Телекоммуникационные системы автоматического управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Основные классификационные признаки систем автоматики

2. Дайте определение понятию "Телемеханика". Классификация систем телемеханики

Список литературы

1. Основные классификационные признаки систем автоматики

Автоматикой называется отрасль науки и техники, охватывающая теорию и принципы построения автоматических систем и устройств, выполняющих свои основные функции без непосредственного участия человека.

Классификация систем автоматики:

1. Автоматические системы контроля, которые могут иметь разновидности в виде автоматических систем измерения (АСИ) и автоматически систем сигнализации (АСС).

2. Автоматические системы управления (АСУ). Частным случаем АСУ является автоматическая система регулирования (АСР).

Автоматическая система контроля. АСК служит для осуществления автоматического контроля одного или нескольких параметров производственного процесса и включает в себя контролируемый объект, датчик, сравнительное устройство, задающее устройство, воспроизводящее устройство.

Рис 1.1 - Структурная схема автоматической системы контроля

КО имеет один или несколько контролируемых параметров, которые снимаются датчиком и подаются на сравнивающее устройство, куда поступает эталонное значение параметра, вырабатываемое задающим устройством. В сравнивающем устройстве происходит сравнение текущего контролируемого параметра с эталонным в виде вычитания этих двух величин. Если разница этих двух сигналов равна 0, то текущее значение параметра равно эталонному и воспроизводящее устройство покажет значение ошибки "=0".

Если контролируемый параметр отличается от эталонного, то разностный сигнал будет отображен на воспроизводящем устройстве, который покажет величину ошибки.

Существует несколько видов контроля, эти виды отличаются по характеру использования информации, размеров и формы обрабатываемых деталей.

1. По характеру использования информации, полученной при контроле, различают:

- Пассивный контроль - производится по завершению обработки деталей и служит для отбраковки негодных деталей и для набора остаточных данных, необходимых для выявления причин брака.

- Активный контроль - постоянно определяется фактический размер деталей непосредственно на станке, при этом деталь может измеряться даже в процессе обработки, либо с остановкой станка. Информация при активном контроле подается в систему управления станком, либо в специальные адаптивные устройства - с целью управления самим процессом обработки.

2. По характеру взаимодействия измеряемого средства и обрабатываемой детали.

- Контактные методы - являются традиционными, и они обладают недостатком: на точность методов будет влиять износ измерения наконечников.

- Бесконтактные методы - развиваются сравнительно недавно - оптические методы, в том числе использование лазерных систем. Они позволяют измерять размер детали дистанционно, т. е. не загромождая рабочей зоны даже в процессе обработки.

3. По степени достоверности получаемых результатов:

- Прямой метод контроля, когда о размере детали мы судим по отсчету, снимаемого с данного устройства.

- Косвенный о точности детали в конце обработки судят по положению инструмента.

Системы автоматического контроля предназначены для контроля технологических процессов, при этом характер поведения и параметры их известны. В этом случае объект контроля рассматривается как детерминированный. Эти системы осуществляют контроль соотношения между текущим (измеренным) состоянием объекта и установленной "нормой поведения" по известной математической модели объекта. По результатам обработки полученной информации выдается суждение о состоянии объектов контроля. Таким образом, задачей САК является отнесение объекта к одному из возможных качественных состояний, а не получение количественной информации об объекте, что характерно для ИС. В САК благодаря переходу от измерения абсолютных величин к относительным (в процентах "нормального" значения) эффективность работы значительно повышается. Оператор САК при таком способе количественной оценки получает информацию в единицах, непосредственно характеризующих уровень опасности в поведении контролируемого объекта (процесса). Как правило, САК имеют обратную связь, используемую для воздействия на объект контроля. В них внешняя память имеет значительно меньший объем, чем объем памяти ИС, так как обработка и представление информации ведутся в реальном ритме контроля объекта. Объем априорной информации об объекте контроля в отличие от ИС достаточен для составления алгоритма контроля и функционирования самой САК, предусматривающего выполнение операций по обработке информации.

Алгоритм функционирования САК определяется параметрами объекта контроля. Например, существуют параметры, кратковременное отклонение которых от "нормального" значения может повлечь за собой возникновение аварийной ситуации; кратковременное отклонение других параметров существенно не влияет на нормальный ход процесса и поведение объекта; третья группа параметров используется для расчета технико-экономических показателей (расход сырья, выход основного продукта и т. д.). По сравнению с ИС эксплуатационные параметры САК более высокие: длительность непрерывной работы, устойчивость и воздействие промышленных помех, климатические и механические воздействия. В настоящее время в основу классификации САК положена общая классификация ИИС с учетом специфики функций, выполняемых САК. Системы автоматического контроля могут быть встроенные в объект контроля и внешние по отношению к нему. Первые преимущественно применяются в сложном радиоэлектронном оборудовании и входят в комплект такого оборудования. Вторые обычно более универсальны. телемеханика автоматическая управление контроль

Системы управления. В блок-схему входит задающее устройство, вырабатывающее командный сигнал; преобразующее устройство служит для преобразования и усиления командного сигнала; исполнительное устройство является исполнительным органом, которым может быть эл. Двигатель, пускатель, реле, реостат, потенциометр, взрыватель и т.д.; управляемый объект, который управляется командой с ЗУ.

Рис 1.2 - Схема разомкнутой системы автоматического управления

- Разомкнутая система автоматического управления служит для автоматического управления состоянием, работой и др. функциями управляемого объекта без отображения результатов или при отсутствии результатов управляющего воздействия.

- Замкнутая система автоматического управления (система автоматического регулирования). Отличается от разомкнутой цепи наличием обратной связи, которая подводит через датчик текущие значения параметра объекта регулирования к сравнивающему устройству, где происходит его сравнение с эталонным значением параметра, вырабатываемым ЗУ.

Система автоматического регулирования служит для автоматического поддержания постоянства выходного параметра объекта регулирования с заданной точностью, характеризующую производственный процесс, и включает в себя ЗУ для выработки эталонного значения параметров; СУ для определения разности между эталонным и текущим значением параметра (сигнала рассогласования); исполнительного устройства; объекта регулирования и датчика, предназначенного для снятия текущего значения параметра, его преобразования в необходимый вид сигнала и подачи на сравнивающее устройство.

Рис 1.3 - Схема системы автоматического управления

Система автоматического управления (САУ) поддерживает или улучшает функционирование управляемого объекта. В ряде случаев вспомогательные для САУ операции (пуск, остановка, контроль, наладка и т.д.) также могут быть автоматизированы. САУ функционирует в основном в составе производственного или какого-либо другого комплекса.

САУ классифицируются в основном по цели управления, типу контура управления и способу передачи сигналов. Первоначально перед САУ ставились задачи поддержания определённых законов изменения во времени управляемых величин. В этом классе систем различают системы автоматического регулирования (CAP), в задачу которых входит сохранение постоянными значения управляемой величины; системы программного управления, где управляемая величина изменяется по заданной программе; следящие системы, для которых программа управления заранее неизвестна. В дальнейшем цель управления стала связываться непосредственно с определёнными комплексными показателями качества, характеризующими систему (её производительность, точность воспроизведения и т. п.); к показателю качества могут предъявляться требования достижения им предельных (наибольших или наименьших) значений, для чего были разработаны адаптивные, или самоприспосабливающиеся системы. Последние различаются по способу управления: в самонастраивающихся системах меняются параметры устройства управления, пока не будут достигнуты оптимальные или близкие к оптимальным значения управляемых величин; в самоорганизующихся системах с той же целью может меняться и её структура. Наиболее широки, в принципе, возможности самообучающихся систем, улучшающих алгоритмы своего функционирования на основе анализа опыта управления. Отыскание оптимального режима в адаптивных САУ может осуществляться как с помощью автоматического поиска, так и беспоисковым образом.

Устойчивость системы автоматического управления, способность системы автоматического управления (САУ) нормально функционировать и противостоять различным неизбежным возмущениям (воздействиям). Состояние САУ называется устойчивым, если отклонение от него остаётся сколь угодно малым при любых достаточно малых изменениях входных сигналов. У. САУ разного типа определяется различными методами.

Точность системы автоматического управления, одна из важнейших характеристик систем автоматического управления (САУ), определяющая степень приближения реального управляемого процесса (УП) к требуемому. Отклонение УП от требуемого вызывается динамическими свойствами объекта управления (ОУ) и САУ, ошибками измерительных и исполнительных устройств, входящих в САУ, внутренними шумами в некоторых её элементах и внешними помехами. Оно складывается из систематической и случайной ошибок. Систематическая ошибка представляет собой математическое ожидание случайного отклонения УП от требуемого. Случайная ошибка обычно характеризуется дисперсией или средним квадратичным отклонением (в случае одномерного УП) либо корреляционной матрицей (в случае многомерного УП). Соотношение между систематической и случайной ошибками определяется полосой пропускания системы (диапазоном частот колебаний входного сигнала, на которые система заметно реагирует). С расширением полосы пропускания система становится менее инерционной, и систематическая ошибка уменьшается, однако при этом увеличивается дисперсия случайной ошибки. Поэтому при проектировании САУ ищут некоторое компромиссное решение задачи выбора полосы пропускания. Т. тесно связана с другой важной характеристикой САУ- её чувствительностью.

Управление сложными системами обычно осуществляется в условиях неопределённости - при отсутствии достаточной информации о характеристиках полезных сигналов и помех, а в некоторых случаях и об ОУ. Поэтому возникает проблема повышения точности САУ непосредственно в процессе её работы. Это достигается применением принципов адаптации, обучения или самообучения. Статистическая теория УП даёт теоретические основания для проектирования адаптивных (в частности самонастраивающихся), обучающихся и самообучающихся САУ, а также методы оценки эффективности обучения - повышения их Т. Развитие статистической теории УП привело к созданию в начале 70-х гг. 20 в. основ теории стохастических систем, распространяющей и обобщающей методы статистической теории УП (в том числе методы расчёта Т.) на системы, включающие не только машины, автоматические устройства и ЭВМ, но и коллективы людей.

Самонастраивающаяся система автоматического управления, самоприспосабливающаяся система, в которой приспособление к случайно изменяющимся условиям обеспечивается автоматическим изменением параметров настройки или путём автоматического поиска оптимальной настройки. В любой несамонастраивающейся автоматической системе управления имеются параметры, которые влияют на устойчивость и качество процессов управления и могут быть изменены при регулировке (настройке) системы. Если эти параметры остаются неизменными, а условия функционирования (характеристики управляемого объекта, возмущающие воздействия) существенно изменяются, то процесс управления может ухудшиться или даже стать неустойчивым. Ручная настройка системы часто оказывается обременительной, а иногда и невозможной. Использование в таких случаях С. с. технически и экономически целесообразно и даже может оказаться единственным способом надёжного управления.

2. Дайте определение понятию "Телемеханика". Классификация систем телемеханики

Телемеханикой называется отрасль науки и техники, охватывающую теорию и принципы построения автоматических систем управления производственным процессом на объектах, находящихся на больших расстояниях от пункта управления (например, управления: космическими аппаратами и приборами, ядерных установок, работой автоматических цехов и заводов, переводом стрелок на железных дорогах).

Классификация систем телемеханики

По своему характеру системы телемеханики бывают:

- системы измерения ТИ;

- системы сигнализации ТС;

- системы телеуправления ТУ.

Системы телемеханики по устройству и принципу действия аналогичны системам автоматики, но для передачи и приема эталонных сигналов и команд они включают в себя передатчики, линии связи и приемники.

Рис. 2.1 - Схема телеуправления

Передатчик и приемник служат для передачи и приема электрических сигналов, соответствующих контролируемому параметру.

Аналогично разомкнутой системе управления устроена и работает разомкнутая система телеуправления.

Системы замкнутого телеуправления. Системы замкнутого телеуправления называются системами телерегулирования. Они служат для поддержания постоянства одного или нескольких параметров, объекта регулирования, находящегося на большом удалении от диспетчерского пункта (десятки тысяч км).

Рис. 2.2 - Схема системы замкнутого телеуправления

Замкнутая система телеуправления характеризуется наличием обратной связи между объектом регулирования и диспетчерским пунктом и включает в себя задающее устройство, вырабатывающего значение эталонного значения параметра; сравнивающее устройство, которое входит в состав ППУ (приемно-передающего устройства); в нем происходит сравнение эталонного значения параметра и текущего значения, полученного от цепи обратной связи. Сравнение производиться, как правило, амплитудным или фазовым дискриминатором, который выполняется по диодной или транзисторной схеме и производит вычитание сигнала. Если разность сигналов не равна нулю, то результируемый сигнал (сигнал рассогласования) усиливается по напряжению, преобразуется по частоте и мощности в передатчике и передается в линию связи. В месте объекта управления сигнал принимается приемником, усиливается и поступает на исполнительное устройство, которое, воздействуя на орган регулирования, приводит к изменению контролируемого параметра объекта регулирования, текущее значение которого снимается датчиком, преобразуется по частоте и мощности в передатчике поступает в линию связи, после чего принимается ППУ диспетчерского пункта, где опять происходит сравнение. Если разница сигналов равна нулю, то автоматическое регулирование на этом прекращается, т.к. в этом случае эталонное значение сигнала будет равным текущему значению. Если разница не равна нулю, то процесс телерегулирования продолжается до тех пор, пока не сравняется эталонное и текущее значение параметров. В цепь обратной связи входит: датчик, передатчик, линия связи, приемник.

Системы измерения ТИ. Из тех основных телемеханических функций (телеуправление, телесигнализация, телеизмерения) телеизмерение (ТИ) является наиболее сложным, что обусловлено требованием передачи информации с большой точностью. Разнообразие телеизмерений велико. Однако в последние годы наблюдается тенденция в сторону преимущественного применения кодоимпульсных ТИ.

Телеизмерение - получение информации о значениях измеряемых параметров контролируемых или управляемых объектов методами и средствами телемеханики.

- Телеизмерение по вызову - ТИ по команде, посылаемой с пункта управления на контролируемый пункт и вызывающей подключение на контролируемом пункте передающих устройств, а на пункте управления - соответствующих приемных устройств.

ТИ по вызову позволяет использовать одну линию связи (канал ТИ) для поочередного наблюдения за многими объектами ТИ. Диспетчер с помощью отдельной системы ТУ может подключать к каналу ТИ желаемый объект ТИ. На пункте управления показания можно наблюдать на общем выходном приборе. Если показания имеют различные шкалы, то измеряемые величины подключаются к разным приборам. При ТИ по вызову можно применять автоматический опрос объектов ТИ циклически по заданной программе.

- Телеизмерение по выбору - ТИ передается путем подключения к устройствам пункта управления соответствующих приемных приборов при постоянно подключенных передающих устройствах на контролируемых пунктах.

Различают:

- Телеизмерение текущих значений (ТИТ) - получение информации о значении измеряемого параметра в момент опроса устройством телемеханики.

- Телеизмерение интегральных значений (ТИИ) - получение информации об интегральных значениях измеряемых величин, проинтегрированных по заданному параметру, например, времени, в месте передачи.

Телеизмерения имеют особенности, облегчающих их от обычных электрических измерений, которые не могут быть применены для измерения на расстоянии вследствие возникновения погрешностей из-за изменения сопротивления линии связи при изменении параметров окружающей среды t0 и влажности. Даже если бы указанные погрешности находились в допустимых пределах, передача большого числа показаний потребовала бы большого числа проводов. Кроме того, в некоторых случаях (передача измерения с подвижных объектов самолетов, ракет и др.) обычные методы измерения принципиально не могут быть использованы. Методы телеизмерения позволяют уменьшить погрешность при передаче измеряемых величин на большие расстояния, а также многократно использовать линию связи.

Сущность телеизмерения заключается в том, что измеряемая величина, предварительно преобразованная в ток или напряжение, дополнительно преобразуется в сигнал, который затем передается не сама измеряемая величина, а эквивалентный ей сигнал, параметры которого выбирают ток, чтобы искажения при передаче были минимальными.

Системы сигнализации ТС. Телесигнализация (ТC) (DI - Digital Input) используется для дистанционного контроля дискретных изменений состояния объекта, например, включен/выключен, движется/стоит, норма/авария и т.п. Для получения данных объект оснащают датчиками. В простейшем случае применяют двухпозиционные контактные переключатели, но могут использоваться и многопозиционные переключатели. Контроллер КП опрашивает состояние датчиков и при изменении состояния передает информацию о событии на ПУ в короткой посылке, обычно называемой телесигналом. Контроллер ПУ при получении ТС передает его для обработки в ЭВМ (и на контроллер щита) для оповещения диспетчера и отображения изменившегося состояния объекта.

Сигнализация о состоянии объектов и систем телемеханики. Такая сигнализация имеется как в системах ТС, предназначенных только для целей сигнализации, так и в системах ТУ - ТС. Она может осуществляться автоматически, либо по вызову диспетчера. Сигнализация о состоянии объектов в устройствах ТС является всегда адресной, т.е. конкретно указывает, какой объект изменил свое состояние. Практически она всегда адресная и в системах ТУ-ТС.

Сигнализация об исправной работе системы. Для этого выделяется один из каналов системы и с КП посылается сигнал, отчего на ПУ в случае исправности системы постоянно горит сигнальная лампа (на ТМ-512: 01010101 и т.д.).

Сигнализация, подтверждающая выполнение команд ТУ, или известительная сигнализация. (На ТМ-512: 1111-2 байта единиц).

Сигнализация, о выходе измеряемого параметра за установленные пределы. Сюда же можно отнести аварийную сигнализацию.

Методы сигнализации. Телесигнализация всегда обладает приоритетом по сравнению с телеуправлением, т.к. в некоторых (например, аварийных) ситуациях она может нести очень ценную и большую информацию для диспетчера, приводящую к возможной отмене передачи намеченных команд ТУ.

Сигнализация по методу "светлого щита". Она означает, что зажженная лампа на щите будет гореть до тех пор, пока объект включен и погаснет лишь тогда, когда объект отключится. Если все объекты включены, то все индикаторы будут светиться. Это представляет неудобства для диспетчера в случае большого числа сигналов. Действительно, если горят, например, 250 ламп, то обнаружить, где загорелась еще одна, довольно трудно, даже если это и сопровождается звуковой сигнализацией.

Сигнализация по методу "темного, или мимического щита" - о положении объекта судят не по индикаторной лампочке, которая обычно погашена, а по положению ключа. Индикаторная лампочка загорается лишь при изменении состояния объекта. Например, если пришел сигнал о том, что объект 3 включился, то загорается индикаторная лампочка 3 и звенит звонок. Возникает несоответствие между новым состоянием объекта и состоянием ключа, который повернут в положение, указывающее, что объект отключен (ведь объект был отключен до последнего момента, на что и указывает ключ). Диспетчер переключает ключ (эти ключи иногда называют квитирующими, т. к. переключение ключа - своеобразная выдача квитанции о получение извещения) в положение "вкл.", лампочка гаснет, звонок перестает звенеть. Таким образом, в обычном состоянии лампочки не горят (щит темный), а состояние объекта сигнализируется положением ключа.

Системы телеуправления ТУ. Телеуправление (ТУ) (в англоязычных источниках DO - Digital Output) обеспечивает дистанционное управление объектом контроля. Управление начинается с выдачи оператором (диспетчером) команды телеуправления с ЭВМ или пульта управления. Команды ТУ обычно двухпозиционные: ТУ Включить и ТУ Отключить. Команда ТУ передается с пункта управления (ПУ) на контролируемый пункт (КП) по каналу связи. Контроллер КП, получив команду ТУ, проверяет ее достоверность и выдает электрический сигнал на исполнительное устройство (например, включает пусковое реле электродвигателя). Для контроля выполнения команды контроллер КП передает на ПУ квитанцию ТУ. Применяются также более сложные алгоритмы выдачи ТУ, например, с промежуточным контролем готовности исполнительных цепей.

Для защиты команд ТУ от искажений при передаче применяют специальное кодирование, например, передают команду дважды, в прямом и инверсном виде и т.п. Обычно в одном цикле управляют только одним объектом.

Телеуправление (ТУ), управление на расстоянии, осуществляемое средствами телемеханики; раздел телемеханики, к которому относятся передача на расстояние управляющей информации (команд) и преобразование её в управляющие воздействия на объект управления. Каждый управляемый объект в системах телемеханики характеризуется обычно двумя состояниями (например, открыто - закрыто, включено - выключено), поэтому и управляющая информация имеет, как правило, одно-два, реже несколько слов в команде. В большинстве систем ТУ принят двухступенчатый способ передачи сигналов: сначала передаётся адрес объекта, а затем (обычно после подтверждения правильности адреса) управляющая информация. Системы ТУ используют для передачи как дискретной, так и непрерывной управляющей информации; в последнем случае системы ТУ составляют самостоятельную группу систем телерегулирования.

В связи с тем, что ТУ без контроля за состоянием объекта затруднено, оно обычно дополняется телесигнализацией. В ряде случаев управление объектами ведётся по определённой жёсткой программе. Если число таких программ невелико, а сами программы несложны, то систему ТУ дополняют специальными автоматическими устройствами, реализующими эти программы; при этом в функции оператора входят выбор нужной программы и своевременный пуск системы, что существенно облегчает его работу. Обычно передача управляющей информации осуществляется с помощью комбинированной телеуправления и телесигнализации системы, либо с помощью комплексной телемеханической системы.

Список литературы

1. Теория автоматического управления. /Под ред. Воронова А.А. -М.; Высш. шк.

2. Макаров И.М., Менский Б.М. Линейные автоматические системы. -М.: Машиностроение, 1982.

3. Системы с переменной структурой и их применение в задачах автоматизации полёта, М., 1968.

4. Воронов А.А., Основы теории автоматического управления, ч. 3, М. - Л., 1970.

5. Емельянов С.В., Системы автоматического управления с переменной структурой, М., 1967.

6. Шишмарев В.Ю. Типовые элементы систем автоматического управления: Учеб. пособие. - М.: Изд. центр "Академия", 2007. - 304 с.

7. Востриков А.С., Французова Г.А. Теория автоматического регулирования: Учеб. пособие для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 2005. - 365 с.

8. Лукас В.А. Теория автоматического управления: Учеб. для вузов. - М.: Недра, 1990. - 416 с.

9. Тутевич В.Н. Телемеханика: Учеб. для ВУЗов. - М.: Высшая школа,1985. - 423 с.: ил.

10. Ильин В.А. Телеуправление и телеизмерение: Учеб. для ВУЗов. - М.: Энергоиздат, 1982. - 560 с.: ил.

11. Теория передачи сигналов: Учебник для вузов/ Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. - М.: Связь, 1980. - 288 с.

Размещено на Allbest.ru