Что такое средства автоматизации. Технические средства автоматизации конспект лекций. Системы автоматизированного управления
Под определения «объекта автоматизации» попадают самые различные технические объекты (металлургические печи, транспорт, различные машины и прочие технические приспособления), а также производственные процессы, которые могут выполняться одним или целым комплексом технологических агрегатов, установок или машин при их взаимодействии с системой управления. На данном этапе развития человечества автоматизация активно внедряется во все сферы человеческой жизни, .
Постоянное совершенствование и внедрение систем автоматизации являются процессами абсолютно взаимосвязанными. С одной стороны, для модернизации различных отраслей необходимо разрабатывать и внедрять системы механизации и автоматизации в уже работающие механизмы, а с другой стороны – при создании абсолютно новой технологии необходимо предусмотреть пути ее эффективной автоматизации.
По своей иерархии технические средства автоматики классифицируют на два класса:
- Системы автоматизированного (автоматического) регулирования САР и управления САУ;
- Устройства, элементы и подсистемы САР и САУ;
Общей функциональной частью обеих систем является объект регулирования (управления). Объект управления – управляемая часть системы (машина или комплекс машин) установленный режим функционирования которой должен поддерживаться управляющей частью системы в соответствии с выбранной ранее задачей управления.
Система управления (СУ) – это динамический замкнутый комплекс, который состоит из управляемых объектов и трех подсистем: логико-вычислительной, информационной и исполнительной. Обобщенная схема приведена ниже:
Информационной подсистемой называют совокупность технических средств для получения, представления и передачи информации. К средствам, чье предназначение получение и преобразование первичной информации о внутренних и внешних факторах работы объектов, над которыми ведется управления, относят – измерительные и чувствительные элементы, анализаторы, датчики первичной информации и другие устройства. К этой категории относят и средства для представления и передачи информации в удобной для системы управления форме – приемники, кодирующие/декодирующие устройства, передатчики, каналы связи и так далее.
Логико-вычислительная система – технические средства, задача которых обработка информации.
Главной задачей средств обработки информации – выработка решений, необходимых для достижения задач управления, сформулированных в техническом задании при изготовлении САУ. Данные решения, как правило, реализуются в форме задающих или управляющих сигналов. К техническим средствам переработки информации относят разнообразные аналоговые и цифровые вычислительные средства, в том числе и микроконтроллеры.
Технические средства, которые используются для формирования сигналов управления и непосредственно управляют объектом, называют исполнительной подсистемой . К техническим средствам исполнительных подсистем в основном относятся электропривода, а также, регуляторы освещения и температуры, электромагниты гидравлических механизмов и так далее.
Системы управления, в процессе работы которых, включая этапы принятие решений и выработку управляющих воздействий, полностью отсутствует участие оператора (оператор только наблюдает за производственным процессом) называют системами автоматического управления САУ .
Системы управления, в которых при принятии оператором решений участвуют вычислительные машины (цифровые, аналоговые или гибридные), называют автоматизированными системами управления АСУ.
Технические средства автоматизации
приборы, устройства и технические системы, предназначенные для автоматизации производства (См. Автоматизация производства). Т. с. а. обеспечивают автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и использование информации в целях контроля и управления производственными процессами. В СССР системный подход к построению и использованию Т. с. а. (их группировка и унификация по функциональному, информационному и конструктивно-технологическому признакам) позволил объединить все Т. с. а. в рамках Государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации - ГСП .
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Технические средства автоматизации" в других словарях:
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА (АВТОМАТИЗАЦИИ) - 13. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА (АВТОМАТИЗАЦИИ) средства автоматизации, в составе которых не используются программные средства. Источник: РБ 004 98: Требования к сертификации управляющих систем, важных для безопасности атомных станций …
технические средства автоматизации - приборы, устройства и технической системы для автоматизирован производства, обеспечиваюдщие автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и вание информации в целях контроля и управления производственными… … Энциклопедический словарь по металлургии
Технические средства автоматизации СКУ, техническое обеспечение СКУ - 7 Технические средства автоматизации СКУ, техническое обеспечение СКУ Совокупность всех компонентов СКУ, за исключением людей (ГОСТ 34.003 90). Совокупность всех технических средств, используемых при функционировании СКУ (ГОСТ 34.003 90) Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ - 7. ПРОГРАММНО ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ совокупность программных и технических средств автоматизации, предназначенных для создания управляющих программно технических систем. Источник: РБ 004 98: Требования к сертификации управляющих… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Технические средства - 3.2 Технические средства систем автоматизации, комплекс технических средств (КТС) совокупность устройств (изделий), обеспечивающих получение, ввод, подготовку, преобразование, обработку, хранение, регистрацию, вывод, отображение, использование и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Средства технические систем автоматизации - 4.8 Источник: РМ 4 239 91: Системы автоматизации. Словарь справочник по терминам. Пособие к СНиП 3.05.07 85 … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Технические средства АСУ ТП - Средства АСУ ТП, включающие изделия государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП), агрегатные средства измерения (АС ИИС), средства вычислительной техники (СВТ) Источник: РД 34.35.414 91: Правила организации… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ - 4.8. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ Технические средства СА Комплект средств, обеспечивающий функционирование СА различного вида и уровня приборы, функциональные блоки, регуляторы, исполнительные устройства, агрегатные комплексы,… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГОСТ 13033-84: ГСП. Приборы и средства автоматизации электрические аналоговые. Общие технические условия - Терминология ГОСТ 13033 84: ГСП. Приборы и средства автоматизации электрические аналоговые. Общие технические условия оригинал документа: 2.10. Требования к питанию 2.10.1. Питание изделий должно осуществляться от одного из следующих источников:… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Технические - 19. Технические указания по технологии производства строительных и монтажных работ при электрификации железных дорог (устройства электроснабжения). М.: Оргтрансстрой, 1966. Источник: ВСН 13 77: Инструкция по монтажу контактных сетей промышленного … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Книги
- Технические средства автоматизации и управления Учебник , Колосов О., Есюткин А., Прокофьев Н. (ред.). Учебник в разной степени (не претендуя на охват "необъятного")подкрепляет и дополняет материалы, излагаемые в соответствии с рабочими программами комплекса дисциплин профессионального цикла…
- Технические средства автоматизации. Учебник для академического бакалавриата , Рачков М.Ю.. В учебнике рассмотрены классификация технических средств автоматизации, методы выбора технических средств по типу производства, а также системы управления оборудованием. Приводится описание…
Классификация технических средств автоматизации не является чем-то, уж слишком, сложным и нагруженным. Однако, в целом технологические средства автоматизации имеют достаточно разветвленную структуру классификации. Попробуем разобраться с ней.
Современные средства автоматизации делятся на две группы: коммутированные и некоммутированные (программированные) технические средства автоматизации:
1) Коммутированные средства автоматизации
Регуляторы
Релейные схемы
2) Программированные средства автоматизации
ADSP процессоры
ADSP процессоры – средство автоматизации, которое используются для сложного математического анализа процессов в системе. Эти процессоры имеют быстродействующие модули ввода/вывода, которые с высокой частотой могут передавать данные на центральный процессор, который с помощью сложного математического аппарата анализирует работу системы. Пример – системы вибродиагностики, которые используют для анализа ряды Фурье, спектральный анализ и счетчик импульсов. Как правило, такие процессоры исполняются в виде отдельной PCI платы, которая монтируется в соответствующий слот компьютера и использует ЦП для математической обработки.
ПЛК (программируемый логический контроллер)
ПЛК – самые распространенные средства автоматизации. Имеют собственный блок питания, центральный процессор, оперативную память, сетевую карту, модули ввода/вывода. Преимущество – высокая надежность работы системы, адаптация к промышленным условиям. Кроме того используются программы, которые выполняются циклически и имеют так называемый Watch Dog, который используется для предотвращения зависания программы. Также программа выполняется последовательно и не имеет параллельных связей и этапов обработки, которые могли бы привести к негативным последствиям.
ПКК (Программируемые компьютерные контроллеры)
ПКК – компьютер с платами ввода/вывода, сетевыми картами, которые служат для ввода/вывода информации.
ПАК
ПАК (программированные автоматизированные контроллеры ) – ПЛК+ПКК. Имеют распределенную сетевую структуру для обработки данных (несколько ПЛК и ПКК).
· Специализированные контроллеры
Специализированные контроллеры – не являются свободно программируемыми средствами автоматизации, а используют стандартные программы, в которых можно изменить только некоторые коэффициенты (параметры ПИД-регулятора, время хода исполнительного механизма, задержки и т.д.). Такие контроллеры ориентированы на заранее известную систему регулирования (вентиляция, отопление, ГВС). В начале нового тысячелетия эти технические средства автоматизации получили большое распространение.
Особенностью ADSP и ПКК является использование стандартных языков программирования: C, C++, Assembler, Pascal , - так как они созданы на базе ПК. Эта особенность средств автоматизации является одновременно и достоинством и недостатком.
Преимущество в том, что с помощью стандартных языков программирования можно написать более сложный и гибкий алгоритм. Недостаток – для работы с ними необходимо создавать драйверы и использовать язык программирования, который является более сложным. Преимуществом ПЛК и ПАК является использование инженерных языков программирования, которые стандартизованы IEC 61131-3 . Эти языки рассчитаны не на программиста, а на инженера-электрика.
Принцип преобразования информации
Принципы управления основаны на принципе преобразования информации.
Преобразователи – устройства, использующиеся в преобразовании величин одной физической природы в другую и обратно.
Датчики – устройства, вырабатывающие дискретный сигнал в зависимости от кода технологического процесса или воздействия на них информации.
Информация и способы её преобразования
Информация должна обладать следующими свойствами :
1. Информация должна быть понятной в соответствии с принятой системой кодирования или её представлении.
2. Каналы передачи информации должны быть помехозащищенными и не допускать проникновение ложной информации.
3. Информация должна быть удобной для её обработки.
4. Информация должна быть удобной для её хранения.
Для передачи информации используются каналы связи, которые могут быть искусственными, естественными, смешанными.
Рис. 3. Каналы связи
По-подробнее о каналах связи мы будем говорить чуть позже.
К средствам формирования и первичной обработки информации относятся клавишные устройства для нанесения данных на карты, ленты или другие носители информации механическим (перфорированием) или магнитным способами; накопленная информация передаётся на последующую обработку или воспроизведение. Из клавишных устройств, перфорирующих или магнитных блоков и трансмиттеров составляются регистраторы производства локального и системного назначения, которые формируют первичную информацию в цехах, на складах и в других местах производства.
Для автоматического извлечения информации служат датчики (первичные преобразователи). Они представляют собой весьма разнообразные по принципам действия устройства, воспринимающие изменения контролируемых параметров технологических процессов. Современная измерительная техника может непосредственно оценивать более 300 различных физических, химических и других величин, но этого для автоматизации ряда новых областей человеческой деятельности бывает недостаточно. Экономически целесообразное расширение номенклатуры датчиков в ГСП достигается унификацией чувствительных элементов. Чувствительные элементы, реагирующие на давление, силу, вес, скорость, ускорение, звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения, применяются в датчиках для контроля загрузки оборудования и его рабочих режимов, качества обработки, учёта выпуска изделий, контроля за их перемещениями на конвейерах, запасами и расходом материалов, заготовок, инструмента и др. Выходные сигналы всех этих датчиков преобразуются в стандартные электрические или пневматические сигналы, которые передаются другими устройствами.
В состав устройств для передачи информации входят преобразователи сигналов в удобные для транслирования виды энергии, аппаратура телемеханики для передачи сигналов по каналам связи на большие расстояния, коммутаторы для распределения сигналов по местам обработки или представления информации. Этими устройствами связываются все периферийные источники информации (клавишные устройства, датчики) с центральной частью системы управления. Их назначение - эффективное использование каналов связи, устранение искажений сигналов и влияния возможных помех при передаче по проводным и беспроводным линиям.
К устройствам для логической и математической обработки информации относятся функциональные преобразователи, изменяющие характер, форму или сочетание сигналов информации, а также устройства для переработки информации по заданным алгоритмам (в т.ч. вычислительные машины) с целью осуществления законов и режимов управления (регулирования).
Вычислительные машины для связи с другими частями системы управления снабжаются устройствами ввода и вывода информации, а также запоминающими устройствами для временного хранения исходных данных, промежуточных и конечных результатов вычислений и др. (см. Ввод данных. Вывод данных, Запоминающее устройство).
Устройства для представления информации показывают человеку-оператору состояние процессов производства и фиксируют его важнейшие параметры. Такими устройствами служат сигнальные табло, мнемонические схемы с наглядными символами на щитах или пультах управления, вторичные стрелочные и цифровые показывающие и регистрирующие приборы, электроннолучевые трубки, алфавитные и цифровые печатные машинки.
Устройства выработки управляющих воздействий преобразуют слабые сигналы информации в более мощные энергетические импульсы требуемой формы, необходимые для приведения в действие исполнительных устройств защиты, регулирования или управления.
Обеспечение высокого качества изделий связано с автоматизацией контроля на всех основных этапах производства. Субъективные оценки со стороны человека заменяются объективными показателями автоматических измерительных постов, связанных с центральными пунктами, где определяется источник брака и откуда направляются команды для предотвращения отклонений за пределы допусков. Особое значение приобретает автоматический контроль с применением ЭВМ на производствах радиотехнических и радиоэлектронных изделий вследствие их массовости и значительного количества контролируемых параметров. Не менее важны и выпускные испытания готовых изделий на надёжность (см. Надёжность технических устройств). Автоматизированные стенды для функциональных, прочностных, климатических, энергетических и специализированных испытаний позволяют быстро и идентично проверять технические и экономические характеристики изделий (продукции).
Исполнительные устройства состоят из пусковой аппаратуры, исполнительных гидравлических, пневматических или электрических механизмов (сервомоторов) и регулирующих органов, воздействующих непосредственно на автоматизируемый процесс. Важно, чтобы их работа не вызывала излишних потерь энергии и снижения кпд процесса. Так, например, дросселирование, которым обычно пользуются для регулирования потоков пара и жидкостей, основанное на увеличении гидравлического сопротивления в трубопроводах, заменяют воздействием на потокообразующие машины или иными, более совершенными способами изменения скорости потоков без потерь напора. Большое значение имеет экономичное и надёжное регулирование электропривода переменного тока, применение безредукторных электрических исполнительных механизмов, бесконтактной пускорегулирующей аппаратуры для управления электродвигателями.
Реализованная в ГСП идея построения приборов для контроля, регулирования и управления в виде агрегатов, состоящих из самостоятельных блоков, выполняющих определённые функции, позволила путём различных сочетаний этих блоков получить широкую номенклатуру устройств для решения многообразных задач одними и теми же средствами. Унификация входных и выходных сигналов обеспечивает сочетание блоков с различными функциями и их взаимозаменяемость.
В состав ГСП входят пневматические, гидравлические и электрические приборы и устройства. Наибольшей универсальностью отличаются электрические устройства, предназначенные для получения, передачи и воспроизведения информации.
Применение универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики (УСЭППА) позволило свести разработку пневматических приборов в основном к сборке их из стандартных узлов и деталей с небольшим количеством соединений. Пневматические устройства широко применяются для контроля и регулирования на многих пожарои взрывоопасных производствах.
Гидравлические устройства ГСП также комплектуются из блоков. Гидравлические приборы и устройства управляют оборудованием, требующим для перестановки регулирующих органов больших скоростей при значительных усилиях и высокой точности, что особенно важно в станках и автоматических линиях.
С целью наиболее рациональной систематизации средств ГСП и для повышения эффективности их производства, а также для упрощения проектирования и комплектации АСУ устройства ГСП при разработке объединяются в агрегатные комплексы. Агрегатные комплексы, благодаря стандартизации входных-выходных параметров и блочной конструкции устройств, наиболее удобно, надёжно и экономно объединяют различные технические средства в автоматизированных системах управления и позволяют собирать разнообразные специализированные установки из блоков автоматики широкого назначения.
Целевое агрегатирование аналитической аппаратуры, испытательных машин, массодозировочных механизмов с унифицированными устройствами измерительной, вычислительной техники и оргатехники облегчает и ускоряет создание базовых конструкций этого оборудования и специализацию заводов по их изготовлению.
Вопрос 1 Основные понятия и определения САиУ
Автоматизация - одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкость выполняемых операций. Автоматизация позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, оптимизировать процессы управления, отстранить человека от производств, опасных для здоровья. Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи. В состав систем автоматизации входят датчики (сенсоров), устройства ввода, управляющие устройства (контроллеры), исполнительные устройства, устройства вывода, компьютеры. Применяемые методы вычислений иногда копируют нервные и мыслительные функции человека. Весь этот комплекс средств обычно называют системами автоматизации и управления .
В основе всех систем автоматизации и управления лежат такие понятия как объект управления, устройство связи с объектом управления, контроль и регуляция технологических параметров, измерение и преобразование сигналов.
Под объектом управления понимается технологический аппарат или их совокупность, в которых осуществляются (или с помощью которых осуществляются) типовые технологические операции смешения, разделения или их взаимное сочетание с простыми операциями. Такой технологический аппарат вместе с технологическим процессом, который в нем протекает и для которого разрабатывают систему автоматического управления и называют объектом управления или объектом автоматизации. Из совокупности входных и выходных величин управляемого объекта можно выделить управляемые величины, управляющие и возмущающие воздействия и помехи. Управляемой величиной является выходная физическая величина или параметр управляемого объекта, которая в процессе функционирования объекта должна поддерживаться на определённом заданном уровне или изменяться по заданному закону. Управляющим воздействием является материальный или энергетический входной поток, изменяя который, можно поддерживать управляемую величину на заданном уровне либо изменять её по заданному закону. Автоматическим устройством или регулятором называют техническое устройство, позволяющее без участия человека, поддерживать величину технологического параметра или менять её по заданному закону. Автоматическое управляющее устройство включает в себя комплекс технических средств, выполняющих в системе определённые функции.В состав автоматической системы регулирования входят: Чувствительный элемент или датчик , служащий для преобразования выходной величины управляемого объекта в пропорциональный электрический или пневматический сигнал, Элемент сравнения - для определения величины рассогласования между текущим и заданным значениями выходной величины. Задающий элемент служит для задания величины технологического параметра, которую необходимо поддерживать на постоянном уровне. Усилительно-преобразующий элемент служит для выработки регулирующего воздействия в зависимости от величины и знака рассогласования за счёт внешнего источника энергии. Исполнительный элемент служит для реализации регулирующего воздействия. выработанного УПЭ. Регулирующий элемент – для изменения материального или энергетического потока с целью поддержания выходной величины на заданном уровне. В практике автоматизации производственных процессов автоматические системы регулирования комплектуются типовыми общепромышленными приборами, выполняющими функции вышеперечисленных элементов. Основным элементом таких систем является вычислительная машина, получающая информацию от аналоговых и дискретных датчиков технологических параметров. Эта же информация может поступать на аналоговые или цифровые устройства представления информации(вторичные приборы). Оператор-технолог обращается к этой машине с помощью пульта для ввода информации, не получаемой от автоматических датчиков, запроса необходимой информации и советов по управлению процессом. Работа САиУ базируется на основе получения и обработки информации.
Основные виды систем автоматизации и управления:
· автоматизированная система планирования (АСП),
· автоматизированная система научных исследований (АСНИ),
· система автоматизированного проектирования (САПР),
· автоматизированный экспериментальный комплекс (АЭК),
· гибкое автоматизированное производство (ГАП) и автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП),
· автоматизированная система управления эксплуатацией (АСУ)
· система автоматического управления(САУ).
Вопрос 2 Состав технических средств автоматизации и управления САиУ.
Технические средства автоматизации и управления - это устройства и приборы, которые могут как сами являться средствами автоматизации, так и входить в состав программно-аппаратного комплекса.
Типовые средства автоматизации и управления могут быть техническими, аппаратными, программно-техническими и общесистемными.
К техническим средствам автоматизации и управления относят:
− датчики;
− исполнительные механизмы;
− регулирующие органы (РО);
− линии связи;
− вторичные приборы (показывающие и регистрирующие);
− устройства аналогового и цифрового регулирования;
− программно-задающие блоки;
− устройства логико-командного управления;
− модули сбора и первичной обработки данных и контроля состояния технологического объектауправления (ТОУ);
− модули гальванической развязки и нормализации сигналов;
− преобразователи сигналов из одной формы в другую;
−модули представления данных, индикации, регистрации и выработки сигналов управления;
− буферные запоминающие устройства;
− программируемые таймеры;
−специализированные вычислительные устройства, устройства допроцессорной подготовки.
Технические средства автоматизации и управления можно систематизировать следующим образом:
СУ – система управления.
ЗУ – Задающее устройство (кнопки, экраны, тумблеры).
УОИ – Устройство отображения информации.
УОИ – Устройство переработки информации.
УсПУ – Преобразовательное / Усилительное устройство.
КС – Канал связи.
ОУ – Объект управления.
ИМ – Исполнительные механизмы.
РО – Рабочие органы (Манипуляторы).
Д – Датчики.
ВП – Вторичные преобразователи.
По функциональному назначению их делят на следующие 5 групп:
Входные устройства. К ним относятся - ЗУ, ВП, Д;
Выходные устройства. К ним относятся - ИМ, УсПИ, РО;
Устройства центральной части. К ним относятся - УПИ;
Средства промышленных сетей. К ним относятся - КС;
Устройства отображения информации – УОИ.
ТСАиУ выполняют следующие функции
: 1. сбор и преобразование информации о состоянии процесса; 2. передачу информации по каналам связи; 3. преобразование, хранение и обработка информации; 4. формирование команд управления в соответствии с выбранными целями (критериями функционирования систем); 5. использование и представление командной информации для воздействия на процесс и связь с оператором с помощью исполнительных механизмов. Поэтому все промышленные средства автоматизации технологических процессов по признаку отношения к системе объединяют в соответствии со стандартом в следующие функциональные группы: 1. средства на входе системы (датчики); 2. средства на выходе системы (выходные преобразователи, средства отображения информации и команд управления процессом, вплоть до речевых); 3. внутрисистемные САиУ (обеспечивающие взаимосвязь между устройствами с различными сигналами и различными машинными языками) например, имеют выходы релейные или с открытым коллектором; 4. средства передачи, хранения и обработки информации.
Такое многообразие групп, типов и конфигураций САиУ приводит к много альтернативной проблеме проектирования технического обеспечения АСУ ТП в каждом конкретном случае. Одним из наиболее важных критериев выбора ТСАиУ может служить их стоимость.
Таким образом, технические средства автоматизации и управления включают в себя приборы для фиксирования, переработки и передачи информации на автоматизированном производстве. С помощью них осуществляется контроль, регулирование и управление автоматизированными линиями производства .
