На головну

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ АЛГОРИТМІВ

  1. A. Допоміжні елементи для зв'язку функцій між собою.
  2. B. Допоміжні елементи при потроєння.
  3. I. Основні поняття математичної теорії ПОЛЯ
  4. I. Основи молекулярно-кінетичної теорії
  5. N Таким чином, всі види енергії діють на ТЗ і її елементи, викликають в ній цілий ряд небажаних процесів, створюють умови для погіршення її функціональних характеристик.
  6. VI. Основи теорії моделювання
  7. Автором теорії соціальної стратифікації і соціальної мобільності є

Будь-яка система управління повинна виконувати наступні функції:

· Збір інформації про поточний стан технологічного об'єкта управління (ТОУ);

· Визначення критеріїв якості роботи ТОУ;

· Знаходження оптимального режиму функціонування ТОУ і оптимальних керуючих впливів, що забезпечують екстремум критеріїв якості;

· Реалізація знайденого оптимального режиму на ТОУ.

Ці функції можуть виконуватися обслуговуючим персоналом або ТСА. Розрізняють чотири типи систем управління (СУ):

1) інформаційні;

2) автоматичного управління;

3) централізованого контролю і регулювання;

4) автоматизовані системи управління технологічними процесами.

Інформаційні (неавтоматизовані) системи управління (рисунок 1) застосовуються рідко, тільки для надійно функціонують, простих технологічних об'єктів управління ТОУ.

Малюнок 1 - Структура інформаційної системи управління:

Д - датчик (первинний вимірювальний перетворювач); НП - нормуючий перетворювач; ВП - вторинний показує прилад; Опу операторський пункт управління (щити, пульти, мнемосхеми, пристрої сигналізації); УДУ - пристрої дистанційного керування (кнопки, ключі, байпасні панелі управління і ін.); ІМ - виконавчий механізм; РВ - регулюючий орган; З - пристрої сигналізації; МС - мнемосхеми.

У деяких випадках до складу інформаційної системи управління входять регулятори прямої дії і вбудовані в технологічне обладнання регулятори.

У системах автоматичного управління (рисунок 2) всі функції виконуються автоматично за допомогою відповідних технічних засобів.

Функції оператора включають в себе:

· Технічну діагностику стану САУ і відновлення відмовили елементів системи;

· Корекцію законів регулювання;

· Зміна завдання;

· Перехід на ручне керування;

· Технічне обслуговування обладнання.

Малюнок 2 - Структура системи автоматичного управління (САУ):

КП - кодує перетворювач; ЛЗ - лінії зв'язку (дроти, імпульсні трубки); ВУ - обчислювальні пристрої

Системи централізованого контролю і регулювання (СЦКР) (рисунок 3). САУ застосовуються для простих ТОУ, режими функціонування яких характеризуються невеликим числом координат, а якість роботи одним легко обчислюється критерієм. Окремим випадком САУ є автоматична система регулювання (АСР).

Система управління, автоматично підтримує екстремальне значення ТОУ, відноситься до класу систем екстремального регулювання.

Малюнок 3 - Структура системи централізованого контролю та регулювання:

ОПУ - операторський пункт управління; Д - датчик; НП - нормуючий перетворювач; КП - кодують і декодуючі перетворювачі; ЦР - центральні регулятори; МР - багатоканальне засіб реєстрації (друк); З - пристрій сигналізації предаварийного режиму; МПП - багатоканальні показують прилади (дисплеї); МС - мнемосхема; ІМ - виконавчий механізм; РВ - регулюючий орган; К - контролер.

АСР, що підтримують заданий значення вихідний регульованою координати ТОУ, підрозділяються на:

· Стабілізуючі;

· Програмні;

· Стежать;

· Адаптивні.

Екстремальні регулятори застосовуються вкрай рідко.

Технічні структури СЦКР можуть бути двох типів:

1) з індивідуальними ТСА;

2) з колективними ТСА.

В системі першого типу кожен канал конструюють з ТСА індивідуального користування. До них відносяться датчики, що нормують перетворювачі, регулятори, вторинні прилади, виконавчі механізми, регулюючі органи.

Вихід з ладу одного каналу регулювання не приводить до зупинки технологічного об'єкта.

Така побудова збільшує вартість системи, але підвищує її надійність.

Система другого типу складається з ТСА індивідуального і колективного користування. До ТСА колективного користування відносять: комутатор, КП (кодують і декодуючі перетворювачі), ЦР (центральні регулятори), МР (багатоканальне засіб реєстрації (друк)), МПП (багатоканальні показують прилади (дисплеї)).

Вартість колективної системи трохи нижче, але надійність в сильному ступені залежить від надійності колективних ТСА.

При значній довжині лінії зв'язку застосовують індивідуальні кодують і декодуючі перетворювачі, розміщені близько датчиків і виконавчих механізмів. Це підвищує вартість системи, але покращує перешкодозахищеність лінії зв'язку.

Автоматизовані системи управління технологічними процесами (АСУТП) (рисунок 4) - це машинна система, в якій ТСА здійснюють отримання інформації про стан об'єктів, обчислюють критерії якості, знаходять оптимальні настройки управління. Функції оператора зводяться до аналізу отриманої інформації та реалізації за допомогою локальних АСР або дистанційного керування РО.

Розрізняють такі типи АСУТП:

централізована АСУ ТП (всі функції обробки інформації та управління виконує одна керуюча обчислювальна машина КОМ) (малюнок 4);

Малюнок 4 - Структура централізованої АСУ ТП:

УСО - пристрій зв'язку з об'єктом; ДУ - дистанційне керування; СОІ - засіб відображення інформації

супервизорного АСУТП (має ряд локальних АСР, побудованих на базі ТСА індивідуального користування та центральної КОМ (ЦУВМ), що має інформаційну лінію зв'язку з локальними системами) (малюнок 5);

Малюнок 5 - Структура супервизорного АСУТП: ЛР - локальні регулятори

розподілена АСУТП - характеризується поділом функцій контролю обробки інформації та управління між декількома територіально розподіленими об'єктами і обчислювальними машинами.

У загальному випадку типові засоби автоматизації можуть бути технічними, апаратними, програмно-технічними і загальносистемними.

До технічних засобів автоматизації (ТСА) відносять:

· Датчики;

· Виконавчі механізми;

· Регулюючі органи (РО);

· Лінії зв'язку;

· Вторинні прилади (що показують і реєструють);

· Пристрої аналогового і цифрового регулювання;

· Програмно-задають блоки;

· Пристрої логіко-командного управління;

· Модулі збору і первинної обробки даних і контролю стану технологічного об'єкта управління (ТОУ);

· Модулі гальванічної розв'язки і нормалізації сигналів;

· Перетворювачі сигналів з однієї форми в іншу;

· Модулі представлення даних, індикації, реєстрації та вироблення сигналів управління;

· Буферні пристрої, що запам'ятовують;

· Програмовані таймери;

· Спеціалізовані обчислювальні пристрої, пристрої допроцессорной підготовки.

До програмно-технічних засобів автоматизації відносять:

· Аналого-цифрові і цифро-аналогові перетворювачі;

Керуючі засоби;

· Блоки багатоконтурного аналогового і аналого-цифрового регулювання;

· Пристрої багатозв'язного програмного логічного управління;

· Програмовані мікроконтролери;

· Локально-обчислювальні мережі.

До загальносистемних засобів автоматизації відносять:

· Пристрою сполучення і адаптери зв'язку;

· Блоки загальної пам'яті;

· Магістралі (шини);

· Пристрої загальносистемної діагностики;

· Процесори прямого доступу для накопичення інформації;

· Пульти оператора.

Надійна і ефективна робота систем автоматизації в першу чергу визначається достовірністю одержуваної про об'єкт управління інформації. Отримання в АСУТП точної, своєчасної, повної і зручної для використання інформації забезпечується вимірювальної інформаційною системою (ІВС). ІВС являє собою сукупність технічних засобів, об'єднаних загальним алгоритмом функціонування і призначених для, автоматичного (автоматизованого) отримання, збору, перетворення інформації та подання її для безпосереднього сприйняття людиною або технічними засобами з метою формування керуючих сигналів.

На малюнку 6 показана узагальнена функціональна схема каналу вимірювальної інформаційної системи. Від джерела інформації ІІ сигнал послідовно проходить первинний вимірювальний перетворювач ПІП, вторинний вимірювальний перетворювач ВІП, вимірювальний пристрій ІУ, пристрій подання інформації УПІ і надходить до споживача інформації ПІ. За необхідності влаштування каналу отримують живлення від різних видів джерел енергії ІЕ і в складних каналах передають і отримують сигнали від пристроїв управління і допоміжних пристроїв УУ і В. Узгоджена і надійна робота пристроїв цього каналу неможлива без пристроїв управління і допоміжних пристроїв, в які можуть входити обчислювальні пристрої, пристрої пам'яті, виконавчі пристрої і т. п. У конкретних каналах ряд пристроїв може бути відсутнім.

Якщо функціональна схема каналу ІВС складається з ІІ + ПІП + ВІП + ІУ + ПІ, то за загальноприйнятою класифікацією це система автоматичного вимірювання САИ або система автоматичного контролю САК. Якщо функціональна схема каналу ІВС складається з ІІ + ПІП + ВІП + УПІ + ІУ + ПІ, то за загальноприйнятою класифікацією це система автоматичного сигналізації САС або система автоматичного контролю САК. Якщо функціональна схема каналу ІВС передає і приймає сигнал від механізмів формування команд УФК, то за загальноприйнятою класифікацією це система автоматичного управління або регулювання САУ або САР.


Малюнок 6 - Узагальнена функціональна схема каналу вимірювальної інформаційної системи

Джерела інформації ІІ, або об'єкти вимірювання дуже різноманітні. Більшість об'єктів і процесів характеризується великою кількістю різних параметрів, кожен з яких може бути визначений окремо, але в реальних умовах діє на вимірювальний перетворювач спільно з усіма іншими параметрами. Конкретні засоби отримання інформації ПІП і ВІП призначені для вимірювання тільки цікавить нас єдиного параметра, званого вимірюваноївеличиною.

Як Ви вже знаєте, технічний засіб для вимірювання тієї чи іншої величини, що включає в себе конструктивну сукупність ряду вимірювальних перетворювачів і розміщене безпосередньо в об'єкта вимірювання, називається датчиком. У датчику можуть бути як тільки ПІП, наприклад, термопара, так і ПІП і ВІП, наприклад, автоматичні конвеєрні ваги з уніфікованим вихідним сигналом.

Сигнал з датчиків через лінії дистанційної передачі надходить або на ВІП, або на вимірювальні пристрої ІУ, які розташовані в більш сприятливих умовах.

Пристрої подання інформації УПІ (табло, стрілочні покажчики і т. П.) В залежності від конкретних вимог розміщуються в місцях споживання інформації (людиною або технічним пристроєм), наприклад на диспетчерському пункті або місцевому щиті управління.

Зобразимо систему автоматичного управління з основними її елементами на конкретних прикладах.

Технологічний процес та обладнання, в якому воно здійснюється, називається, як правило, об'єктом управління (в більш вузькому сенсі іноді говорять про об'єкт регулювання).

Кожен об'єкт управління має свій вхідні і вихідні впливу (параметри). Вхідні впливу мінливий випадковим чином в часі, впливають на вихідні показники, і які в кращому разі можуть бути проконтрольовані, але не оперативно змінені за нашим бажанням, звуться вхідних впливів, що обурюють (дивись малюнок 7).

Zi

 f (t)

 
 


Хi Yi

Малюнок 7 - До опису процесів і виробництв як об'єкт управління

Вхідні впливу (Хi), Які можуть бути оперативно і цілеспрямовано змінені (людиною або технічним пристроєм) з метою отримання заданих вихідних параметрів (Yi) Звуться керуючих впливів.

Вихідні параметри - це параметри, за допомогою яких оцінюється стан або якість ведення процесу. Це можуть бути найпростіші технологічні показники, що характеризують роботу агрегату, хід процесу або більш складні параметри, що характеризують, наприклад, ефективність роботи обладнання, процесів або підприємства в цілому.

При характеристиці об'єктів управління виділяють також такі вхідні впливу як перешкоди, які треба відрізняти від характеристики збурюючих впливів.

Перешкодами, як правило, називають групу впливів, що обурюють, які також впливають на вихідні показники. Вони не можуть бути, як змінені оперативно, за нашим бажанням, так і проконтрольовані, ми про них можемо тільки здогадуватися. До перешкод або роду їх діяльності, як правило, відносять такі поняття як: старіння обладнання, забивання устаткування, знос окремих частин системи і так далі.

Таким чином, розглянемо систему автоматичного управління рівнем рідини в ємності, в яку вона (рідина) втікає і витікає відповідно до вимог споживання.

Qвх

           
   
 
     
 


 h Qвих

       
 
 
   


Малюнок 8 - Ємність з рідиною як об'єкт управління

Уявімо фізичний об'єкт з рідиною з позиції раніше нами даних визначень.

 ОУ
Q1(T)

Qвх h (t)

 Датчик рівня
h

y2(T)

h1(T)

       
   
 
 


hтек(T)

 Вказівник
 регулюючий пристрій
y1(T) cрассогл ЕС hзад(T)

Малюнок 9 - Структурна схема системи автоматичного регулювання рівня рідини в ємності, де h, h1(T), hтек(T) - це уніфікований струмовий сигнал 0-5, 4-20, 0-20мА або стандартний цифровий сигнал, cрассогл = hтек(T) - hзад(T)

Відповідно до зображеної структурною схемою системи автоматичного регулювання вихідна регульована величина h-рівень рідини, вимірюється за допомогою датчика рівня.

Сигнал з датчика h1(T) надходить у вимірювальний прилад, який за аналогією з датчиком, називається вторинним приладом. Вторинні прилади призначені для реєстрації (запису, візуалізації) інформації і передачі її на наступні пристрої системи.

Інформація з вторинного приладу hтек(T) надходить на елемент порівняння ЕС, куди також входить сигнал від задатчика про заданому значенні hзад(T) регульованої величини. Результат порівняння двох величин у вигляді сигналу неузгодженості cрассогл(T) = hтек(T) -hзад(T) званий неузгодженістю (або відхиленням) надходить в регулюючий пристрій.

Регулюючий пристрій (регулятор) призначене для формування керуючого (регулює) впливу y за певним законом і передачі його на виконавчий механізм ЇМ, про те які закони регулювання і які регулятори використовуються, в даний час в промисловості, будемо розглядати далі.

Виконавчі механізми можуть бути, як і інші елементи, в залежності від роду використовуваної енергії електричними, пневматичними, гідравлічними. Виконавчий механізм призначений для обробки команд вироблених регулятором і впливу на кінцеве ланка системи регулювання - регульований орган.

Регулюючий орган РО призначений для зміни кількості речовини або енергії, що надходить в об'єкт управління, до досягнення заданого значення вихідної (регульованої) величини.

Зупинимося коротко на алгоритмі функціонування даної системи. Отже, при коливаннях об'ємної витрати Qmax? Q min припустимо, що Q »Qmax, Тоді рівень h почне різко знижуватися, що неодмінно зафіксується датчиком, зрівняється з заданим значенням і результат неузгодженості надійде в регулюючий пристрій. Останнє виробить регулюючий вплив, за допомогою якого ІМ перемістить регулюючий орган таким чином, що в ємність додасться необхідну кількість рідини, і рівень відновиться до колишнього значення. Якщо не вжити жодних заходів з управління, то рівень знизиться, що призводить до нестабільного і нерівномірного постачання споживачам рідиною, що безперервно зафіксується датчиком порівняння із заданим значенням і результат неузгодженості надійде в регулюючий пристрій.

Таким чином, працюють практично всі системи автоматичного регулювання за винятком деяких спеціальних, таких як пошукові системи екстремального керування, що стежать і так далі.

Вимірювальний перетворювач (датчик) структурно може бути представлений у вигляді окремих елементів: чутливого елемента (первинного перетворювача), проміжних перетворювачів, що нормує перетворювача (кінцевого перетворювача). Структурна схема вимірювального перетворювача (датчика) прямого перетворення представлена ??на малюнок 10.

Малюнок 10 - Структурна схема вимірювального перетворювача (датчика) прямого перетворення

Часто, вимірювальні перетворювачі складаються тільки з чутливого елемента, наприклад: термопари, термоопору.

Чутливий елемент призначений для сприйняття вимірюваної фізичної величини і передачі сигналу на наступні елементи. Як правило, вихідним сигналом чутливого елемента є природний сигнал, пропорційний вимірюваній величині: струм, напруга, опір, ємність, потужність.

Поряд з вимірювальними перетворювачами прямого перетворення широке застосування отримали вимірювальні перетворювачі компенсаційного типу, структурна схема якого наведена на малюнку 12.

Малюнок 12 - Структурна схема вимірювального перетворювача (датчика) компенсаційного типу

Вихідний сигнал вимірювального перетворювача за допомогою елемента зворотного зв'язку подається на вхід елемента порівняння перетворювача, де порівнюється з поточним значенням вимірюваної фізичної величини.

Проміжні перетворювачі, як правило, служать для перетворення вимірюваної фізичної величини в таку ж фізичну величину іншого масштабу (масштабні перетворювачі) або перетворять вимірювану фізичну величину в іншу більш зручну для подальшого перетворення (посилення) форму.

Нормуючий перетворювач призначений для перетворення природного сигналу будь-якої природи в уніфікований сигнал струму, напруги, частоти, тиску стисненого повітря або рідини.

Сучасні вимірювальні перетворювачі крім функції безпосереднього вимірювання і перетворення фізичної величини (технологічного параметра) також можуть виконувати функцію індикації за допомогою цифрових дисплейних індикаторів.

Засоби отримання інформації - вимірювальні перетворювачі і датчики можуть бути класифіковані по ряду ознак.

У кожного вимірювального перетворювача датчика розрізняють природну вхідну величину, для вимірювання якої він призначений. Інші фактори, що впливають на покази засобу вимірювання, відносять до перешкод. Точно так само виділяють і природну вихідну величину, що має найбільшу зв'язок з природною вхідний величиною.

Якщо вимірювальний перетворювач має однакові по фізичній природі вхідну і вихідну величини, він називається однорідним; в іншому випадку - неоднорідним.

Серед однорідних вимірювальних перетворювачів можна виділити перетворювачі електричних величин в електричні (підсилювачі, трансформатори, випрямлячі, модулятори і т. П.), Пневматичних в пневматичні (підсилювачі, модулятори і т. П.), Неелектричних величин в неелектричні (важелі, редуктори, мембрани , пружини і т. п.).

Серед неоднорідних вимірювальних перетворювачів найбільшу групу складають перетворювачі неелектричних величин в електричні (термопари, тензодатчики, п'єзоелементи, індукційні датчики і т п.). По виду природної вихідної величини ці перетворювачі поділяють на дві підгрупи: генераторні, що мають вихід е. д. з., і параметричні з вихідною величиною у вигляді зміни R, С або L.

Можна виділити перетворювачі неелектричних величин в пневматичні (змінне пневмосопротівленіе елемент сопло-заслінка, пневмотумблер і т п.), Електричних величин в неелектричні (електромагніти, електродвигуни, електронагрівачі і т. П.).

Часто назва датчика визначається за найменуваннями вихідний і вхідний величин чутливого елемента, наприклад індуктивні датчики тиску, реостатні датчики переміщення, ємнісні датчики рівня.

Основні властивості датчика, як одного з елементів (конструктивно і пространстветвенно відокремленого) системи автоматичного управління, визначаються його статичними і динамічними характеристиками.

Статична характеристика датчика визначає функціональну залежність вихідної величини датчика у від вхідних х [у = f (х)] в сталому режимі.

Статичні характеристики датчиків можуть бути виражені аналітично і графічно.

По виду статичної характеристики розрізняють датчики з безперервною і з релейного характеристикою. У датчиків з безперервною характеристикою плавному поступової зміни вхідної величини відповідає плавне поступове зміна вихідної величини. У датчиків з релейного характеристикою при деякому значенні плавно змінюється вхідний величини відбувається різке, стрибкоподібне зміна вихідної величини.

Якщо при якомусь значенні вхідної величини датчика (зазвичай це значення приймається за середнє, або нульове) відбувається зміна знака вихідної величини, датчик називається реверсивним, якщо знак вихідної величини не змінюється - нереверсивним.

Якщо безперервна статична характеристика датчика має вигляд прямої лінії, вона називається лінійної, в іншому випадку - нелінійної.

На малюнку 13 показані статичні характеристики найбільш поширених датчиків.

 у у у

у2

 ?у

у1

 х х х

 0 0 х1 х2 хотп хсраб

а Б В

 у у

у2 ?у

у1 ?

у0 ?х 0

 х х х

 0 0 2а

г д е

 у у у

       
   
 


сраб -хотп

 х х х

отп хсраб 0 хотп хсраб 0 0

 ж з і

Малюнок 13 Статичні характеристики датчиків:

а - безперервна нереверсивна нелінійна; б - безперервна нереверсивна лінійна; в - релейний нереверсивна; г - безперервна реверсивна нелінійна; д - безперервна реверсивна лінійна; е - нелінійна реверсивна з зонної нечутливості 2а; ж - релейний реверсивна двопозиційна; з - релейний реверсивна Трипозиційна; і - безперервна реверсивна з петлею гистерезиса (із зоною нечутливості)

Безперервні характеристики мають такі датчики, як термопари, термоопору, чутливі елементи індуктивних датчиків, тензо-п'єзодатчиків, фотодатчики і ін. Теоретично статичні характеристики майже всіх цих датчиків нелінійні, але практично в робочому діапазоні ця нелінійність незначна.

До датчикам з релейного характеристикою відносяться різні контактні датчики механічних переміщень (наприклад, кінцеві вимикачі), електромагнітні і пневматичні реле, електродні (контактні) датчики рівня різних середовищ, ртутні контактні термометри і т. Д.

Безперервні нелінійні характеристики можна линеаризовать, провівши певним чином січну (штрихова лінія на малюнку 13, а, г). При невеликій зоні нечутливості можна линеаризовать і характеристику, показану на малюнку 13, е, замінивши її штриховий; можливо це і при невеликій величині петлі гистерезиса. Якщо у характеристики з зоною нечутливості використовується одна гілка (нереверсивна), намагаються працювати на лінійній частині характеристики після зони нечутливості.

Лінеаризація, дозволяючи значно спростити розрахунки і аналіз систем автоматичного регулювання, веде при цьому до додаткових помилок, тому потрібно, щоб реальні характеристики датчиків були близькі до лінійних безперервним характеристикам.

У загальному випадку аналітичний вираз для безперервної лінійної характеристики (рисунок 13, д) записується як рівняння прямої лінії, що не проходить через початок координат:

у = уо + Sх.

Коефіцієнт називають чутливістю датчика.

Для нелінійних характеристик величина не є постійною величиною.

Для однорідних перетворювачів величину S називають коефіцієнтом посилення.

Порогом чутливості датчика називають за абсолютним значенням величину вхідного сигналу, при якій починає змінюватися вихідний сигнал. У зоні порогової нечутливості вихідний сигнал залишається постійним при зміні вхідного сигналу. Для характеристики на малюнку 13, е при початкових значеннях поріг чутливості визначається величиною а.

Для статичних характеристик релейних датчиків можна визначити коефіцієнт повернення КВ (див. Малюнок 13, в, ж, з)

.

Релейні датчики в порівнянні з безперервними володіють такими перевагами, як простота і висока надійність, високий коефіцієнт посилення за проектною потужністю.

Динамічна характеристика датчика визначає зміна його вихідної величини в часі при зміні вхідної величини.

Більшість простих промислових датчиків (датчики температури, тиску, переміщення) за динамічними властивостями можна віднести до аперіодичної ланки першого порядку з постійною часу Т, що характеризує їх інерційність. Невеликий величиною запізнювання ? зазвичай нехтують.

У технічному паспорті інерційність датчика характеризується швидкодією (ч, хв, с), що визначаються відрізком часу від моменту подачі на вхід стрибкоподібного впливу до моменту встановлення на виході значення вихідної величини, яка дорівнює 0,67 сталого значення при нульових початкових умовах. Для аперіодичної ланки першого порядку ця величина дорівнює величині постійної часу Т.

Якщо інерційність (швидкодія) датчика значно менше (більше), ніж інерційність (швидкодія) об'єкта вимірювання, то в практичних розрахунках динамічні властивості датчика (постійні часу, запізнення не враховують. Датчик розглядають як безінерційною ланка з коефіцієнтом посилення, рівним чутливості датчика S.

Якість роботи датчика характеризується похибкою його вимірів. Похибка оцінюється по відношенню до номінальної характеристиці датчика, яка визначається як якась середня лінія для безлічі статичних характеристик датчиків даного типу (партії) і приводиться зазвичай в технічному паспорті на даний датчик.

Розрізняють статичну і динамічну складові похибки. Величина статичної складової не залежить від швидкості зміни вимірюваного параметра і динамічних властивостей датчика, а величина динамічної складової залежить як від швидкості зміни вимірюваного параметра, так і від його динамічних властивостей. Збільшення швидкодії датчика зменшує динамічну складову похибки.

Слід відрізняти похибка вимірювання датчиком даної величини від загальної похибки вимірювання заданого параметра об'єкта. На загальну похибка може вплинути, наприклад, неправильний, неправильний вибір місця установки датчика на об'єкті, порушення умов його експлуатації і т. П.

Похибка вимірювання датчика знаходиться по відхиленню його реальної характеристики від номінальної і визначається як різниця

?у = ур - ун або ?х = хн - хр .

Це так звані абсолютні похибки вимірювання по вихідний і вхідний величинам, виражені в одиницях виміру цих величин.

Абсолютна похибка не може служити мірою точності датчика, так як, наприклад ? х = 0,5 У при х = 1000 В достатньо мало, але при х = 1 В дуже велике. Тому вводять поняття відносної похибки

.

Так як величина відносної похибки змінюється при величини х і у, а при х або у рівному нулю стає рівною нескінченності, вводять поняття зведеної похибки.

Метод зрівноважування дозволяє отримувати меншу результуючу похибку, ніж метод прямого перетворення. Похибки прямих перетворювачів, охоплених зворотним зв'язком, практично не впливають на результати вимірювання, і чутливий елемент працює при малих відхиленнях.

В реальних конструкціях датчиків розрізняють по виду сигналу зворотного зв'язку схеми з механічною та електричною (або пневматичної) компенсацією. Серед схем з механічною компенсацією виділяють схеми компенсації переміщення й схеми силовий компенсації.

Найбільшого поширення отримують останнім часом компенсаційні статичні схеми з силовою компенсацією.

До сучасних датчиків, що забезпечує високу ефективність їх використання в автоматичних системах управління на збагачувальних фабриках, висувають такі вимоги:

- Висока точність, що визначається класом приладу, в межах 0,5-1,0 і тільки для ряду датчиків (датчиків витрати забруднених середовищ, датчиків речового складу і т. П.) В межах 1,5-2,5;

- Малий поріг нечутливості в межах 0,1- 0,05%;

- Безперервна і лінійна залежність для параметрів об'єкта, що вимагають точного регулювання;

- Висока надійність в заданих умовах експлуатації з ймовірністю безвідмовної роботи в межах 0,9-0,95 за 2000 год;

- Мала інерційність (високу швидкодію), на порядок менше (вище), ніж по даному параметру у контрольованого об'єкта;

- Відсутність помітного впливу на контрольований об'єкт середу, т. Е., Як правило, чутливі елементи датчиків повинні бути малогабаритними;

- Висока стабільність показань і стійкість до зовнішніх перешкод;

- Можливість роботи в агресивних, пожежо- та вибухонебезпечних середовищах;

- Споживання невеликої потужності;

- Висока уніфікація (за параметрами вихідних сигналів габаритам і т. П.);

- Зручність в обслуговуванні та ремонті.

Ряд вимог (малі собівартість і габарити), знаходяться в суперечності з іншими вимогами (висока точність, надійність і т. П.), Тому при виборі датчика необхідно пред'являти до нього розумні, обгрунтовані вимоги і враховувати економічний ефект від його впровадження.

Загальнопромислові датчики широкого призначення.

Серед великої кількості промислових датчиків виділити датчики, які застосовуються дуже широко в різних галузях промисловості в якості самостійних джерел інформації і як складові елементи інших, більш складних датчиків. До цих датчиків можна віднести датчики механічних переміщень, зусиль, тиску і перепаду тиску, витрати рідини і газів, температури.

Датчики механічних переміщень можуть бути застосовані як самостійні пристрої для контролю положення рухомих об'єктів або їх частин; але головним чином їх застосовують як перетворюють елементи в інших датчиках і пристроях.

Для контролю дискретних положень будь-яких рухомих об'єктів або окремих частин пристроїв застосовують зазвичай датчики, що мають релейний статичну характеристику (див. Малюнок 13, в). Найбільш поширені контактні електричні датчики, в яких під дією рухомого елемента відбувається різке стрибкоподібне переміщення (замикання або розмикання) рухомих контактів. Це призводить до релейного зміни струму в вимірювальної ланцюга, яке фіксується яким-небудь електромагнітним реле. Датчики крайніх положень називаються кінцевими вимикачами, а проміжних - колійними або просто контактними датчиками положення.

У пневматичних механічних вимикачах при натисканні на вхідний елемент відбувається закриття або відкриття пневматичного каналу, що призводить до різкого зростання або зменшення тиску повітря в вимірювальної ланцюга, яке в подальшому перетворюється в релейний пневматичний або електричний сигнал. Пневматичні вимикачі застосовують у вибухонебезпечних або дуже зволожених середовищах.

Перевагами релейних датчиків механічних переміщень є їх простота і дешевизна.

Засоби вимірювання та подання інформації.

Пристрої даної групи, призначені для візуального представлення інформації людині-оператору і для видачі сигналів в групу спеціальних засобів обробки інформації і вироблення команд управління, можуть бути класифіковані за такими ознаками: призначення, вид відображення інформації, вид інформації, що відображається, форма подання інформації, вид, вхідного сигналу.

Розрізняють аналогові і дискретні методи представлення вимірювальної інформації. В обох випадках найпростішою формою видачі є відображення результатів вимірювання на візуально зчитується шкалою вказівного пристрою.

За призначенням кошти діляться на дві основні групи. Першу з них складають засоби вимірювання, які виконують операції вимірювання (порівняння з мірою) і представлення результатів у формі, зручній для сприйняття людиною і іншими технічними засобами. До другої групи належать засоби, призначені тільки для відображення результатів вимірювання і їх обробки, виконаних іншими засобами.

Розглянемо класифікацію засобів вимірювання. По виду відображення інформації розрізняють реєструють і показують кошти. Реєстрація проводиться на спеціальних довгострокових носіях інформації, для цифрових ВП в пам'ять і на зовнішні носії інформації, для аналогових - на діаграмну папір і т. П.

По виду відображається, реєструють і показують засоби вимірювання поділяються на безперервні (запис лінією), дискретні (друкування знаків - цифр, букв) і комбіновані.

За формою подання інформації реєструють засоби вимірювання можна поділити на графічні і знакі - графічні, а показують - на графічні, знакові і з покажчиком на шкалі (стрілка, світлову пляму).

Серед графічних реєструють засобів вимірювання можна виділити самописні прилади (запис на діаграмному папері) і двокоординатні графопостроители. Знакографіческіе реєструють засоби мають той же поділ, але запис у них для окремих точок виробляється цифрами та літерами.

Показують вимірювальні пристрої підрозділяються на стрілочні, зі світловою плямою, цифрові.

По виду вимірюваних величин вимірювальні засоби можна поділити на електричні, пневматичні і гідравлічні.

У свою чергу електричні прилади підрозділяють на вольтметри, амперметри, вимірювачі параметрів електричних ланцюгів, прилади частотно-часової групи, комбіновані прилади, фазометри.

Ознаки класифікації засобів представлення інформації аналогічні класифікаційними ознаками засобів вимірювання.

У цій групі засобів більш розвинені засоби з графічної і знаковою формою подання інформації, що визначаються розвитком засобів обчислювальної техніки. Вхідні сигнали цих коштів мають дискретний (цифровий) характер. Тут більш розвинені показують кошти у вигляді дисплеїв, наприклад, універсальні знакографіческіе індикатори-дисплеї. До групи показують засобів відносяться і різні індикатори подій (сигнальні табло, мнемосхемние і т. П.).

Сучасні агрегатовані комплекси, призначені для використання в АСУТП, мають різноманітні технічні засоби вимірювання та подання інформації.

За наявності в вимірювальних приладах різних додаткових вихідних пристроїв, призначених для зв'язку із засобами подання інформації, із засобами вироблення команд управління і із засобами впливу на об'єкт регулювання, розрізняють наступні модифікації приладів:

з задають пристроями, що виробляють сигнал, пропорційний різниці між заданим і дійсним значенням параметра;

з регулюючими пристроями, що виробляють електричний або пневматичний сигнал за типовим законом регулювання, що діє на виконавчі пристрої систем регулювання.

За кількістю однойменних Реальні показники можуть відрізнятися показують вимірювальні прилади поділяють на одно- і багатоканальні, за кількістю реєстрованих - на одно- і багатоточкові. Прилади з різнойменними вимірюваними параметрами, які мають кілька шкал і покажчиків, називають многошкальнимі.

У загальному випадку в залежності від виконуваних функцій у вторинному приладі можуть бути виділені наступні основні елементи: вхідні вимірювальна схема, підсилювально-перетворює пристрій, индицируют пристрій (покажчик), записуючий пристрій і додаткові вихідні пристрої.

Контроль і управління об'єктами в АСУТП відбувається шляхом передачі на певні відстані вимірювальної та командної інформації.

Передача інформації на місце її споживання повинна бути здійснена з мінімальними спотвореннями (втратою) інформації і з максимальною швидкодією (швидкістю) при економічно доцільних витратах.

Залежно від відстані розрізняють дистанційний і телемеханічний способи передачі інформації.

При дистанційному способі, що застосовується для невеликих відстаней (десятки метрів - для гідравлічних, сотні метрів - для пневматичних, кілька кілометрів - для електричних сигналів), спеціальні засоби і методи передачі сигналів не застосовують.

У дистанційних системах контролю і управління сигнали передаються зазвичай в аналоговому вигляді за звичайними індивідуальним каналах зв'язку (многопроводним - для електричних і многотрубний - для пневмо- і гідравлічних сигналів). Однак зі збільшенням відстані передачі виникають все більші перекручування інформації, падає швидкодію і зростає вартість через збільшення вартості ліній зв'язку (кабелів, проводів, імпульсних трубок).

Для збільшення дальності і швидкості передачі інформації і для зниження її вартості застосовують спеціальні засоби і способи телемеханіки.

Телемеханічні системи в залежності від виконуваних функцій поділяють на системи телевимірювання (ТІ), телесигналізації (ТС), телеуправління (ТУ) і телерегулювання (ТР). Більшість технічних засобів і способів телемеханіки є загальними для всіх цих систем.

У телемеханічної системі ТИ і ТЗ можна виділити два комплекти апаратури: передавальний і приймальний, з'єднані між собою лінією зв'язку. Структурна схема телемеханічної інформаційної системи показана на рисунок 14.

Малюнок 14 - Структурна схема телемеханічної інформаційної системи

У передавальному комплекті сигнали про вимірювані параметри Х1, Х2, ..., Хn з вимірювальних перетворювачів 1 (датчиків) надходять на комутуючі пристрій 2, далі на шифратор 3 і в лінію зв'язку. По лінії зв'язку сигнали надходять в приймальний комплект, де дешифруються в дешифраторі 4 і з допомогу комутатора 5 розподіляються на пристрої вимірювання та подання інформації 6.

Слід відрізняти канал зв'язку і лінію зв'язку.

Каналом зв'язку називається сукупність технічних засобів,
 забезпечують передачу повідомлень по лінії зв'язку від одного
 джерела інформації до одного приймача. Канал зв'язку утворюється за рахунок певних засобів і способів передачі сигналів на одній і тій же лінії зв'язку може бути кілька каналів зв'язку.

Як лінії зв'язку використовують провідні лінії зв'язку, лінії електропередач і радіолінії для електричних сигналів і імпульсні трубки для пневматичних сигналів.

Залежно від виду сигналу і способу його перетворення телемеханічні системипідрозділяють на системи з сигналами інтенсивності, з модульованими сигналами і з цифровими
 і нецифрові кодованими сигналами.

Якщо використання струмових сигналів в системах інтенсивності дозволяє збільшити дальність передачі сигналів до декількох кілометрів, то використання частотних і імпульсних сигналів дозволяє передавати сигнали на сотні і тисячі кілометрів, а контроль і управління рухомих об'єктів (наприклад, самоскидів на кар'єрах) можливий тільки по частотним радіоканалах.

Використання імпульсних сигналів в пневматичних система дозволяє збільшити максимальну дальність передачі сигналів з 300 м до одного кілометра.

Комутатори призначені для поділу сигналів як
 за часом, так і по різним місцевим ланцюгах. вони виробляють
 почергове підключення до лінії зв'язку джерел і приймачів сигналів.

При наявності комутаторів на передавальному і приймальному комплекту проводиться синхронне (в часі) підключення до лінії зв'язку відповідних один одному джерел і приймачів сигналів.

У телемеханических системах з модуляцією сигналів і в кодоімпульсной системах необхідним елементом є прямі перетворювачі-шифратори сигналів і зворотні перетворювачі-дешифратори. У прямих перетворювачах станься перетворення вимірюваної величини в імпульсні або безперервні частотні (зазвичай синусоїдальні) сигнали. На вхід прямих перетворювачів безперервний сигнал надходить зазвичай у вигляді механічного переміщення, електричної напруги або тиску пневматичного сигналу.

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРІЇ АЛГОРИТМІВ

Слово алгоритм (або алгорифм) походить від імені арабського математика (з Хорезма Мохаммеда ібн Муси Альхварізмі (IX ст.), З трактату якого Європа в XII в. Познайомилася з позиційною системою числення і з арифметичними діями над числами в таких системах. У зв'язку з цим і саме поняття алгоритму асоціювалося на початку з мистецтвом рахунку. Поступово поняття алгоритму деформувалося і до початку XX в. під алгоритмом стали розуміти чітко визначену процедуру вирішення деякого класу задач. Звичайно, наведене пояснення не може служити визначенням поняття алгоритму. Однак, таким вельми туманним поняттям алгоритму математики задовольнялися аж до XX ст., поки не знадобилося в доказі відсутності алгоритмів для розв'язання деяких класів задач. Справа в тому, що до початку XX ст. в математиці накопичилося багато завдань алгоритмічного характеру не піддаватися рішенню, незважаючи на численні зусилля математиків . Прикладом може служити відома 10-я проблема Гільберта сформульована ним в доповіді "Математичні проблеми", виголошеній в 1900 році на II Міжнародному конгресі математиків в Парижі. Ця проблема полягала в знаходженні способу, що дозволяє за кінцеве число операцій встановити, вирішується чи довільно заданий рівняння алгебри з цілими коефіцієнтами в цілих числах чи ні. Наявність таких завдань зароджуються у математиків ідею про доведення відсутності алгоритмів їх вирішення. Результати про відсутність алгоритмів розв'язання задач тими чи іншими обмеженими засобами на той час вже були. Наприклад, було відомо, що завдання трисекции кута, подвоєння куба і т. Д. Нерозв'язні за допомогою циркуля і лінійки. Однак тепер мова йшла про відсутність алгорітмавообще. Для вирішення такого роду завдань необхідний був новий якісний стрибок в математиці. А саме, потрібно було дати точне визначення поняття алгоритму, оскільки неможливо довести відсутність чогось туманного і розпливчастого.

Завдання визначення алгоритму була вирішена в 30-х роках XX ст, в роботах математиків і логіків Гільберта, Геделя, Черча, Кліні, Посту і Тьюринга. Було дано кілька різних визначень поняття алгоритму. При цьому Гільберт, Гедель, Черч і Кліні підійшли до поняття алгоритму через обчислюваності арифметичні функції, а Пост і Тьюринг - через зведення алгоритму до елементарних перетворень слів в кінцевих алфавітах.

Другий підхід до визначення алгоритму був використаний в 40-х роках і радянським математиком А. А. Марковим (1903-1979). Певні їм алгоритми отримали назву нормальних алгоритмів Маркова.

Перш ніж дати суворе визначення алгоритму, математики проаналізували відомі приклади алгоритмів і виділили найбільш загальні їх властивості. Для виявлення цих властивостей розглянемо і ми уважніше, наприклад, добре відомий з курсу алгебри алгоритм Евкліда знаходження найбільшого спільного дільника двох натуральних чисел. У ньому пропонується ділити з залишком 1-е число на 2-е, потім 2-е на отриманий (перший) залишок, потім 1-Й залишок на 2-й залишок і т. Д. До тих пір, поки не вийде залишок, рівний нулю. Останній, що не рівний нулю, залишок і буде шуканим найбільшим спільним дільником. В результаті будь-яка пара натуральних чисел a, b перетворюється в число d, рівне їх найбільшою загальною делителю:

(A, b) = d.

Характерними властивостями алгоритму Евкліда є:

1) масовість-алгоритм може бути застосований до будь-якої парі натуральних чисел, причому сама схема роботи алгоритму не залежить від вихідних даних (в будь-якому випадку поділи 1-е число на 2-е і т. Д.);

2) дискретність-весь алгоритм можна розбити на окремі елементарні операції (кроки алгоритму), які можуть бути пронумеровані натуральними числами в порядкеіх виконання;

3) детермінованість - кожен крок алгоритму однозначно визначається його попередніми кроками;

4) кінцева визначеність-вихідні дані, а також результати кожного кроку алгоритму і відповідь записуються у вигляді кінцевих послідовностей символів вихідного кінцевого алфавіту.

Неважко бачити, що зазначеними властивостями володіють і інші відомі нам алгоритми, наприклад, алгоритми множення цілих чисел, многочленів і матриць, алгоритм Гаусса для вирішення систем лінійних рівнянь і т. Д.

На прикладі алгоритму Евкліда проглядаються не тільки загальні риси алгоритму взагалі, а й згадані вище два підходи до загального визначення алгоритму. А саме, з одного боку, це обчислення значень деякої числової функції двох змінних о. 6 .. а з іншого-перетворення однієї послідовності символів (цифр чисел а і b, розділених комою) в іншу послідовність (цифр числа d).

Звичайно, не всі алгоритми повинні мати справу з натуральними числами, однак слова в довільному кінцевому (і навіть рахунковому) алфавіті можна занумерувати натуральними числами і тому будь-який алгоритм можна звести до обчислення арифметичної функції. Тим самим суворе визначення алгоритму при першому підході по суті зводиться до знаходження якогось суворого і конструктивного опису всіх обчислюваних арифметичних функцій. При другому підході потрібно чітко визначити елементарні перетворення слів і послідовності їх виконання у всіх алгоритмах.

У кожному з наявних в даний час визначень алгоритму, по суті, описується певний клас алгоритмів і наводиться обгрунтування того, що рішення будь-якого класу задач зводиться до алгоритму з виділеного класу. Обгрунтування, як правило, полягає в побудові великої кількості прикладів і в доведенні замкнутості виділеного класу алгоритмів щодо різного роду комбінацій алгоритмів (композиції, об'єднання, розгалуження і т. П.). Найбільш переконливим доказом на зазначеному обґрунтуванні стало доказ равносильности всіх наявних визначень алгоритмів. В результаті до теперішнього часу в математичному світі склалося досить одностайна думка про законність наявних визначень алгоритму. так що якщо доводиться відсутність, скажімо, нормального алгоритму для вирішення будь-якого класу задач, то йдеться про відсутність алгоритму взагалі.

У цьому розділі ми опишемо три різних визначення поняття алгоритму і наведемо найпростіші приклади на доказ теорем про відсутність алгоритмів для розв'язання деяких завдань.

На закінчення відзначимо, що наявність алгоритмічно нерозв'язних завдань ні в якій мірі не суперечить загальновизнаним положенням діалектичного матеріалізму про пізнання світу. Справа в тому, що в теорії алгоритмів йдеться про відсутність загального алгоритму для вирішення дуже широкого (нескінченного) класу задач, а не будь-якої окремої завдання.

 



Інформаційно-вимірювальна система. Датчики. Вторинні прилади. Лінії зв'язку. | НОРМАЛЬНІ АЛГОРИТМИ
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати