§ 1,2, Функциональные элементы автоматических систем

Система, в которой процесс регулирования производится без участия человека, называется автоматической си­стемой регулирования (АСР).

Достижение конечной цели регулирования в объектах, под­верженных воздействию возмущений, возможно в том случае, когда используется информация о состоянии объекта, т. е. инфор­мация о текущем значении управляемой величины. Для полу­чения этой информации в системах регулирования используются чувствительные элементы, с помощью которых управляемая величина преобразуется в сигналы, удобные для передачи по каналам связи.

Если автоматическую систему рассматривать с позиций функ­ций, которые должны выполнять все соответствующие ее эле­менты, то ее можно представить в виде функциональной схемы, представленной на рис. 1.1.

Непременным элементом любой автоматической системы яв­ляется управляемый объект 1, состояние которого определяют управляемая величина к, управляющая величина µ и возму­щения z. Информацию о текущем значении управляемой величины дают чувствительные элементы 2, которые преобразуют физи­ческий параметр управляемой величины в удобный для передачи

по каналам связи сигнал х_0С. Канал связи 3, по которому пере­дается информация, называется главной обратной связью. В элементе сравнения 4 заданное значение g управ­ляемой величины сравнивается с ее текущим значением х_0С, поступающим от чувствительных элементов по каналу главной обратной связи. В элементе сравнения осуществляется операция алгебраического сложения с формированием сигнала рассогла­сования, или ошибки управления E=g-х_0с. В случае если физические величины х_0с и g различны, используется задающее устройство 11, обеспечивающее требуемый закон изменения за­данного значения управляемой величины и его физического соответствия сигналу х_ос. Все последующие элементы предназна­чены для реализации алгоритма управления.

Усилительный элемент 5 предназначен для усиления ампли­тудного значения сигнала рассогласования (ошибки) е. Коррек­тирующие устройства 6 служат для изменения динамических свойств элементов и системы в целом. Обычно они бывают в виде последовательных корректирующих устройств 6 ив виде мест­ных обратных связей 10. Усилитель мощности 7 усиливает сиг­нал рассогласования до- уровня, необходимого для приведения в действие исполнительного механизма 8, который, изменяя поло­жение регулирующего органа 9, изменяет управляющее воздей­ствие µ.

В промышленной автоматике элементы 2, 3, 4 и 11 объединяют под общим названием датчик 12. Элементы 5, 6, 7, 8, 9, 10 я 12 — под названием регулятор 13.

Таким образом, укрупнено автоматическую систему регу­лирования можно представить в виде объекта 1 и взаимодей­ствующего с ним регулятора 13.

При возникновении рассогласования (ошибки) между задан­ным и текущим значениями регулируемой величины регулятор так воздействует на объект управления, изменяя управляющий параметр р,, чтобы свести это рассогласование к нулю.

В конкретных типах АСР некоторые функциональные эле­менты могут отсутствовать или могут быть заменены другими. Однако путь прохождения сигналов, обозначенный на рис. 1.1 стрелками, в любой автоматической системе неизменен: от эле­мента сравнения к объекту управления и от объекта управления через главную обратную связь к элементу сравнения. Такой путь прохождения сигналов в АСР образует замкнутый контур регу­лирования.

Объекты управления чаще всего являются одномер­ными, т. е. одной управляемой величине соответствует только одно управляющее воздействие. В более сложных случаях объекты управления могут иметь несколько управляемых величин (кото­рые могут быть независимыми и взаимозависимыми) и несколько управляющих воздействий. В этом случае объекты называются многомерными, и если по каждому параметру ведется регулирование, то АСР такого объекта может иметь несколько замкнутых контуров регулирования. В некоторых случаях в объ­ектах возникает зависимость управляющего воздействия от уп­равляемой величины. Такие объекты являются не детектирую­щими, и процесс регулирования ими значительно усложняется.

С помощью возмущающих воздействий г оценивается влия­ние окружающей среды на систему регулирования. Поэтому место

Рис. 1.2. Условные изображения чувствительных элементов и исполнитель­ных механизмов:

1 — термометр ртутный стеклянный; 2 — термометр сопротивления одинарный; 3 — термометр сопротивления поверхностный; 4 — термопара одинарная; 5 — термопара поверхностная; 6 — термопара скоростная; 7 — термобаллон манометрического термометра; 8 — пирометр; 9 — отборное устройство давления, уровня, состава вещества; 10 — счетчик жидкости, газа; 11 — расходомер постоянного перепада; 12 — сужающее устройство; 13 — электромагнитный расходомер; 14 — поплавковое приемное устройство; 15 — то же, ультразвуковое; 16 — то же, радиоактивное; 17 — то же, емкостное; 18 — то же, тензометрическое; 19 — то же, влагомера; 20 — то же, для вязкости, рН-метра; 21 — то же, тахометрическое; 22 — то же, фотоме­трическое; 23 — поршневой исполнительный механизм (ИМ); 24 — электромагнит­ный ИМ; 25 — мембранный ИМ; 26 — ИМ с электродвигателем; 27 — регулирующий проходной клапан; 28 —. регулирующий трехходовой клапан; 29 — регулирую­щая заслонка; 30 -г машина постоянного тока; 31 — усилитель электромашинный с поперечным полем; 32 — муфта электромагнитная; 33 — усилитель магнитный с двумя рабочими и одной управляющей обмотками

приложения возмущающего воздействия может быть самое разно­образное, ибо возмущения могут действовать как на любой функ­циональный элемент системы, так и на любой участок линий связи замкнутого контура регулирования. Нейтрализация возмущений— главная задача систем регулирования.

При выполнении функциональных схем автоматизации необ­ходимо руководствоваться действующим ГОСТ 3925—59 «Обозна­чения основных величин и условные изображения приборов в схемах автоматизации производственных процессов». В схемах автоматизации упрощенно изображают управляемый объект (ма­шины, аппарат « т. д.) вместе с коммуникациями, на которых показывают основные запорные вентили и регулирующие органы, поясняющие место съема сигналов для контрольно-регулирующей аппаратуры. На рис. 1.2 показаны условные изображения различных чувствительных элементов, воспринимающих воздей­ствие управляемых к управляющих величин, и основных видов исполнительных механизмов.

На рис. 1.3 показаны условные изображения измерительных, регулирующих и сигнализирующих вторичных приборов. Изме­рительный прибор изображают в виде круга 1 или части эллипса 2 с горизонтальной чертой посередине; регулирующий прибор — в виде квадрата 3 или прямоугольника 4 с горизонтальной чер­той посередине. Измерительный и регулирующий приборы в одном корпусе изображают комбинированно 5 и 6. Над горизонтальной чертой указывают буквенное изображение измеряемой вели­чины, а под чертой указывают функциональные признаки при­бора согласно табл. 1.1 и 1.2.

В прямоугольниках обозначают вид дистанционной передачи: электрической 7, пневматической 8, гидравлической 9 и меха­нической 10.

В табл. 1.1 даны условные буквенные обозначения контроли­руемых и регулируемых величин (по ГОСТ 3925—59), которые вписываются в условные обозначения прибора вверху над чертой.

В табл. 1.2 даны условные обозначения функциональных приз­наков приборов, которые вписываются в условное обозначение прибора под чертой.