Системы автоматического контроля
Предназначены для автоматического получения и обработки информации о состоянии объекта и внешних условиях с целью обнаружения событий, определяющих управляющее воздействие. Автоматический контроль - важнейшая часть автоматического управления, т.к. для успешного ведения процесса необходимо иметь информацию о его ходе и об отклонениях от желаемого с тем, чтобы своевременно оказывать воздействие на процесс в требуемом направлении.
Процесс А.К. состоит из двух основных этапов: 1) восприятие информации о состоянии объекта и внешних условиях с помощью датчиков и преобразовать ее к виду, удобному для последующей обработки. 2) обнаружение в поступающей информации признаков контролируемого события и формирование сигнала о наступлении этого события.
В зависимости от того, какая часть операции по обнаружению контролируемых событий приходится на долю человека, можно говорить о полном А.К. (н-р, контроль агрегатов ГЭС, работающих под замком) и меньшей степени автоматизации (н-р, на оператора возлагается обнаружение маловероятных событий, необходимость замены оборудования, улучшение технологического процесса и т.д.). При этом трудоемкие операции, связанные с восприятием информации (измерение, вычисление и др.), регистрация данных и т.п. возлагается на системы А.К.
Классификации видов контроля и систем контроля, представленные в табл. 1 и 2 соответственно.
Таблица 2. Классификация систем контроля
|
Классификационные признаки |
Вид контроля |
|
По назначению |
Универсальная (базовая) |
|
|
Специализированная |
|
По схемно-конструктивному решению |
Внешняя |
|
|
Внутренняя (встроенная) |
|
|
Смешанная (комбинированная) |
|
По способу функционирования |
Дискретного действия |
|
|
Аналоговая |
|
|
Самоорганизующаяся |
|
|
Много канальная |
|
По способу использования ЭВМ |
С внутренним вычислительным устройством |
|
|
С внешней специализированной ЭВМ |
|
|
С ЭВМ объекта |
|
По характеру индикаторных устройств |
Со знаковой индикацией |
|
|
С записью на цифропечатающее устройство |
|
|
С регистрацией на самописец |
|
|
Пассивный (без воздействия стимулирующих сигналов) |
Системой автоматического (или автоматизированного) контроля (АСК) называют систему, которая производит автоматическое измерение какой-либо величины (освещенности, перемещения, температуры и т.д.) и фиксирует измеренную величину, но не оказывает воздействия непосредственно на технологический процесс [1].
Применение АСК в промышленности обусловлено в первую очередь существенным положительным влиянием их работы на качество работы всей технологической системы в целом.
1.2. Состав и технические показатели аск.
Элементы и устройства, составляющие техническую базу АСК, и их назначение приведены в таблице 3.
Помимо указанных, применяются (в основном в АСК сложных объектов, где необходимо включение в состав АСК электронно-вычислительных машин) следующие устройства:
нормализаторы (осуществляют масштабное преобразование контролируемого сигнала без изменения его формы);
генераторы стимулирующих сигналов;
устройства памяти (накапливают исходные, промежуточные и выходные данные по результатам контроля, сохраняют программы контроля);
арифметические и логические устройства (осуществляют операции с числами и знаками);
анализирующие устройства (обрабатывают и анализируют полученную информацию).
Таблица 3. Техническая база САК.
|
Элементы (устройства) |
Предназначение |
|
Датчики |
-обеспечение физического взаимодействия с объектом; -обеспечение информационной связи 'объект' - 'система контроля" |
|
Электровакуумные, полупроводниковые приборы, интегральные схемы |
- для устройств обработки информации |
|
Каналы связи (кабели, волноводы., световоды и т.п.) |
- передача сигналов |
|
Коммутаторы |
- переключение входных и выходных цепей |
|
Преобразователи |
- преобразование измеряемых пар параметров в вид, удобный для обработки системой контроля |
|
Устройства ввода-вывода |
- ввод и вывод информации |
|
Индикаторные устройства |
- индикация измеряемых параметров |
|
Регистрирующее устройство |
- регистрация измеряемых параметров |
|
Устройства и пульты управления |
- осуществление не автоматического управления |
Полная структурная схема АСК согласно этой работе имеет вид, представленный на рис. 1.
Рис. 1. Структурная схема АСК.
1. Формирователь (объединяет датчики, коммутаторы, преобразователи и генераторы стимулирующих сигналов).
2. Классификатор (содержит компаратор, цифровые вычислительные устройства).
3. Диспетчер (система устройств, выдающих управляющие сигналы для всех составных частей АСК).
4. Информатор (объединяет индикаторные и регистрирующие устройства, элементы самоконтроля и поиска неисправностей в системе АСК).
Основными техническими показателями АСК являются:
точность (или погрешность) измерения (характеризует метрологические свойства системы контроля);
чувствительность (характеризует минимальный уровень сигналов, на который реагируют датчики);
разрешающая способность (определяет доступные для измерения наименьшее значение измеряемого параметра);
емкость системы контроля (оценивается количеством параметров, которые могут измеряться и обрабатываться системой контроля);
пропускная способность (оценивается количеством контролируемых параметров в единицу времени);
время готовности (определяется интервалом времени от момента включения до достижения системой состояния, когда операции контроля выполняются с заданной погрешностью).
Элементами систем АК, обеспечивающими поступление информации о значении контролируемых параметров, являются датчики , встроенные в т.т., выбранных для решения задач контроля (технической диагностики).
Классификационная схема датчиков
Измерительные преобразователи Допускового контроля Генераторы стимулов
Феррит-транзисторные
Бортовые
Наземные Пьезоэлектрические
Стационарные Микроэлектрические
Подвижные ЭВП
ППП
Одноэлементные Газоразрядные
Многоэлементные
Потенциальные
Токовые
Частотные
Время-ипп.
Автономные Кодовые
Внешние Прецезионные
Рабочие
Управляемые Индикаторные
Неуправляемые
Генераторные Аналоговые Дискретные
Существует два основных типа датчиков:
датчики-преобразователи;
пороговые датчики или датчики допускового контроля.
Датчики - преобразователи обеспечивают преобразование контролируемого параметра в величину, удобную для ее передачи, обработки, хранения и т.п. (постоянное напряжение, амплитуду импульса и т.п.). В любом случае преобразование должно осуществляться без существенных погрешностей.
Пороговым датчиком является устройство, которое самостоятельно оценивает контролируемый параметр по принципу: «в норме - не в норме». Если контролируемый параметр находится в пределах установленного допуска, то пороговый датчик выдает сигнал одного потенциала или знака. При выходе контролируемого параметра за пределы поля допуска выдается сигнал другого потенциала (знака). Подобные сигналы в пороговом датчике вырабатываются путем сравнения контролируемого параметра с опорными сигналами.
Поступающие от датчиков сигналы должны быть обработаны. Такую обработку осуществляют устройства обработки информации.
В результате обработки информации вырабатываются соответствующие сигналы, которые поступают на индикаторные и (или) регистрирующие устройства. Регистрирующие устройства обеспечивают и фиксацию наиболее существенных контролируемых параметров. Это делается в тех случаях, когда необходимо сохранить результаты контроля в течении длительного времени с целью осуществления более обстоятельного их анализа.
Наряду с основными устройствами АК осуществляют и ряд дополнительных.
Коммутаторы;
АЦП
Генераторы имитационных или стимулирующих сигналов
Устройства управления
Устройства самоконтроля и др. (по сложности подобные устройства зачастую превосходят основные устройства !!!)
В зависимости от количества источников первичной информации, методов их опроса различают:
Единичный или одноточечный А.К. обычно с помощью простейших одноточечных приборов;
Многоточечный;
Последовательный – поочередно от множества датчиков;
Параллельный _- одновременно;
Обегающий – постоянная очередность и цикличность.
Логический или самонастраивающий или адаптивный – по алгоритму;
Эпизодический и др.
Существует несколько типов классификации систем А.К. (по характеру решаемых задач, назначению, применяемому способу контроля, способу связи с ОУ и т.п.).
В зависимости от места расположения исполнительных устройств различают:
Локальный или местный А.К.
Дистанционный.
Телемеханический с использованием специальных методов кодирования, модуляции и т.д.
При обегающем контроле контролируется большое число параметров при помощи одного устройства, поочередно подключаемого к датчикам каждой из контролируемых величин.
О.К. характерен для централизованного контроля.
Структура устройства обегающего контроля имеет вид:
П1
П2 Д1
ОУ Д2
Дn
ПУ ОВУ
Д1 – n - датчик контроля
П1 – входной и П2 - выходной переключатели.
ОУ – узел контроля объекта управления.
ПУ- программное устройство
ОВУ – общий выходной узел
ИВУ – индивидуальные выходные узлы.
Число т.т., охватываемых обегающим контролем может быть до нескольких тысяч, скорость обегания от единиц т.т. в сек. (теплотехнические процессы) до 10 тыс. т. в сек. (быстропротекающие процессы). Точность операций контроля 0,5 – 1 % (до 0,1 %).
При централизованном контроле контролируемые параметры процесса представляются в центральном устройстве.
Основные функции Ц.К.:
Обнаружение отклонения контролируемых параметров от заданной зоны значений со световой и звуковой сигнализацией и цифровой регистрацией этих отклонений.
Измерение контролируемого параметра и представление результатов измерений (на стрелочный прибор и на цифровой указатель);
вычисление технико-экономических и др. показателей, характеризующих процесс;
цифровая регистрация значений параметров по запросу оператора и др.
При достаточно простом алгоритме управления процессом Ц.К. замыкается через управляющую машину – автоматический режим. При сложных процессах, трудной автоматизации учета всех определяющих управление факторов др. Ц.К. замыкается человеком-оператором.