1.2 Основные понятия и определения
Задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления различными техническими процессами.
Любой технологический процесс можно расчленить на ряд более простых неравнозначных составных, но связанных между собой процессов. В связи с этим говорят, что в технологическом процессе выделяют рабочие операции, т.е. действия, непосредственным результатом которых является требуемая
обработка материала, энергии, информации, и операции управления, обеспечивающие придание в нужные моменты нужных режимов, направлений и т.п.
Рабочие операции сопряжены с затратами энергии, и, если они выполняются человеком, то на их выполнение затрачивается его физическая сила. На операции управления затрачивается интеллектуальный труд человека, и эти операции требуют определенной квалификации исполнителя. Замена труда человека в рабочих операциях работой машин и механизмов называется механизацией.
Совокупность операций управления образует процесс управления. Таким образом, под управлением понимают такую организацию того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенной цели.
Замена труда человека в операциях управления действиями технических управляющих устройств называется автоматизацией. Техническое устройство, выполняющее операции управления без непосредственного участия человека, называется автоматическим устройством.
Совокупность технических средств, выполняющих данный процесс, является объектом управления.
Совокупность средств управления и объекта образует систему управления. Система, в которой все рабочие операции и операции управления выполняют автоматические устройства, называется автоматической. Система, в которой автоматизирована только часть операций, другая же их часть сохраняется за
людьми, называется автоматизированной (частично автоматической).
Частным случаем управления является регулирование. При регулировании координаты процесса (давление, температура, расход, положение и пр.) поддерживаются на заданном значении с помощью специальных устройств – автоматических регуляторов. Совокупность регулируемого объекта и автома-
тического регулятора образует систему автоматического регулирования. Объекты регулирования и управления по своей физической природе весьма разнообразны, но принципы построения систем управления и методы их исследования одни и те же.
Для наглядного схематического изображения системы автоматического управления (регулирования) используют структурные схемы, в которых отдельные элементы системы изображаются в виде прямоугольников, а связи между элементами – линиями со стрелками, показывающими направление
передачи сигнала (рис. 1.1). Основными элементами системы автоматического регулирования являются объект и регулирующее устройство (регулятор).
Объект 1 2 3
а) б)
Рис. 1.1 Примеры структурных схем:
а – один элемент системы; б – несколько элементов системы
Объект
u(t)
xв(t) y(t)
Объект
u1(t)
xв1(t)
un(t)
. . . y1(t)
ym(t)
. . .
. . .
xвl(t)
а) б)
Рис. 1.2 Примеры изображения объектов с входными и
выходными сигналами:
а – односвязный – характеризуется наличием векторов, имеющих по одной координате; б – многосвязный – характеризуется несколькими
взаимосвязанными координатами
Любой элемент системы характеризуется входной координатой (сигналом) x(t) и выходной коорди-
натой y(t), которая зависит от входного сигнала. В свою очередь входная координата может носить воз-
мущающий и управляющий (регулирующий) характер. Возмущающее воздействие (возмущение) xв(t)
вызывает отклонение управляемой (регулируемой) координаты от заданного значения. Управляющее
u(t) (регулирующее xр(t)) воздействие служит для поддержания управляемой (регулируемой) координа-
ты y(t) в соответствии с некоторым законом управления (поддержания регулируемой координаты на
заданном уровне) (рис. 1.2).
Объектами управления являются в процессах химической технологии – механизмы, машины и ап-
параты, в которых протекают технологические процессы (измельчение, перемешивание, кристаллиза-
ция, сушка и др.); производства серной кислоты, автомобильных шин и т.п.; предприятия – заводы,
фабрики и целые отрасли – химическая1075 _f1, нефтеперерабатывающая и т.п.