3. Структурні схеми автоматичних систем

Автоматичні системи в загальному виді зручно наводити у вигляді структурних схем, які визначають складові частини системи, їх призначення та взаємозв’язок. Структурні схеми відбивають структуру, тобто ту сукупність складових (блоків) автоматичної системи, на які вона може бути поділена за певними ознаками і шляхів передачі впливу між ними. Графічно ці складові автоматичної системи часто зображають у вигляді прямокутників, а зв’язки, які здійснюються між ними - стрілками відповідно до напрямку проходження сигналу.

Розрізняють алгоритмічні, функціональні і конструктивні структури автоматичних систем.

В алгоритмічній структурі кожна частина призначена для виконання певного алгоритму перетворення інформації, яка являє собою частину алгоритму функціонування автоматичної системи.

Функціональною являється структура автоматичної системи, де кожна частина виконує певну функцію.

В конструктивній структурі кожна виділена частина являє собою самостійне конструктивне ціле.

В теорії автоматичного керування найбільш широко використовуються функціональні схеми, які графічно відображають функціональні структури.

Функціональні схеми автоматичних пристроїв зображено на рис 1-6. Функціональна схема відбиває лише сигнальні зв’язки між елементами системи. Кожний елемент зображено чотирикутником, якому надаються певні функції. У системах автоматичного регулювання блок, пристрій, окремий елемент, якщо вони виконують будь-яку цілком визначену функцію, прийнято називати ланкою системи. Ланка-найпростіша складова частина автоматичного пристрою. Ланки можуть бути зовсім різними за своїм призначенням, виконуваними функціями, принципом дії і конструкцією.

Рис 1-Функціональна схема системи

Автоматичного контролю і обліку

Систему автоматичного контролю і обліку показано на рис 1. До іі складу входять такі ланки:

об’єкт-апарат, механізм або інший пристрій, в якому вимірюється, підтримується на заданому рівні або змінюється за певним законом будь-яка величина (параметр)
датчик-пристрій, який виробляє сигнал (електричний, механічний, гідравлічний), пропорційний за величиною вимірюваному параметру і зручний для передачі на наступну ланку системи
підсилювач-пристрій, який перетворює вхідний сигнал за величиною, але не за родом
керуючий орган - пристрій, який перетворює вхідний сигнал у сигнал керування
відтворюючий орган - пристрій, який сигналізує, вимірює або записує контрольовану величину

У системі автоматичного контролю об’єкт діє на датчик. Напрямок дії на функціональній схемі показано стрілками. Датчик виробляє сигнал, пропорційний за величиною вимірюваному параметру й передає його на підсилювач .Підсилюючий пристрій підсилює цей сигнал й передає його на керуючий орган. Останній перетворює вхідний сигнал у сигнал керування, який діє на відтворюючий орган. Відтворюючий орган вимірює або записує контрольовану величину.

За такою схемою здійснюють контроль температури, тиску, витрати сировини, концентрації, облік готової продукції тощо. Ця схема не має функцій керування виробництвом, їх виконує обслуговуючий персонал, дії яких ґрунтуються на аналізі здійснюваних вимірювань.

Рис 2 - Функціональна схема системи дистанційного керування

Систему дистанційного керування показано на рис 2. До її складу входять такі ланки:

керуючий орган, який виробляє сигнал керування
виконавчий орган, що складається з силового й регулюючого пристроїв (двигун, засувка, контактор, шибер) і діє на робочі параметри об’єкта
об’єкт, тобто апарат або машина, робочий режим якого регулюється

При дистанційному керуванні автоматична система може забезпечити необхідну послідовність,початок і закінчення окремих операцій,з яких складається робочий процес. У цій системі керуюча дія спрямовується в бік об’єкта. Командний імпульс подає на керуючий орган людина. Керуючий орган виробляє сигнал керування, який приводить в дію виконавчий орган. Силовий і регулюючий пристрої виконавчого органу приводять у дію виконавчі механізми, які діють на робочі параметри об’єкта (механізми, що подають сировину або енергію в апарат або здійснюють механічні переміщення, підтримуючи таким чином заданий режим установки).

За такою схемою, наприклад, оператор, який знаходиться за пультом керування, вмикає виконавчі механізми, що приводять у дію пристрої по переміщенню вантажів, або регулює подачу енергії в апарат, робочу швидкість двигуна тощо. У цій системі автоматики нема функцій контролю технологічного процесу і обліку готової продукції.

До її складу входять такі ланки:

блок живлення-пристрій, який постачає енергією об’єкт і всі ланки автоматичної системи
об’єкт-апарат або машина, захист яких здійснює система
керуючий орган-пристрій, який перетворює сигнал датчика в сигнал керування
виконавчий орган-пристрій, який перетворює сигнал керування в дію, що забезпечує відключення блока живлення від об’єкта

Система автоматичного захисту припиняє подачу енергії на об’єкт у разі виникнення аварійного стану механізмів і апаратури, що входять до складу об’єкта.

Рис 3 - Функціональна схема системи автоматичного захисту

Принцип роботи системи автоматичного захисту. Від блока живлення подається енергія для забезпечення його нормальної роботи. При виникненні аварійної ситуації (перенапруга, коротке замикання, неприпустиме зниження напруги, підвищення тиску або температури понад установленими нормами тощо) датчик виробляє сигнал, який надходить на керуючий орган. Останній перетворює сигнал, що надійшов, у сигнал керування, який діє на виконавчий орган. Виконавчий орган приводить у неробочий стан ті елементи блока живлення, через які на об’єкт подається енергія. За такою схемою, наприклад, здійснюється захист від „сухого ходу” у кип’ятильниках безперервної дії.

У роботі цієї системи людина участі не бере, а лише настроює систему.

Систему автоматичного блокування показано на рис 4.