Классификация элементов автоматики

Любая самая сложная автоматическая система управления состоит из определенного комплекса элементов. Многообразие автоматических систем порождает многообразие элементов, что, в свою очередь, приводит к необходимости их классификации. Нередко признаки классификации выбираются произвольно, и в этом случае она не достигает своей цели и даже дезориентирует при выборе требуемого элемента, т. е. большое значение имеют выявление и обоснование признаков, которые должны быть положены в основу классификации. При этом наиболее важны последовательность расположения, выделение главных и вспомогательных признаков, т. е. разработка соответствующей иерархической структуры.

Этим вопросам пока еше не уделяется достаточного внимания, вероятно, из-за некоторой неопределенности представления о многих элементах, но именно эти разработки могут помочь провести научную классификацию элементов и способствовать тем самым укреплению основ теории элементов автоматики.

В основу классификационной схемы могут быть положены функциональные признаки. В этом случае различают следующие классы элементов (рис. 2.4): сравнение, усиление, распределение, вычисление, память, логика.

Известная доля неопределенности заключена в классе вспомогательных элементов, из которых в будущем должны быть сформированы классы элементов с более конкретными функциональными признаками.

Предлагаемый набор классов элементов позволяет собрать любую автоматическую систему измерения, контроля, регулирования и управления. При этом каждый класс элементов в зависимости от выбранных основных и вспомогательных признаков, в свою очередь, может подразделяться на подклассы, группы, подгруппы, виды, подвиды и т. д.

Элементы автоматики могут быть построены на различной физической и конструктивной основе, поэтому основными их признаками являются функциональная зависимость и принцип формирования элемента. Для дальнейшего подразделения могут быть приняты такие признаки, как состояние вещества, из которого состоит элемент (твердое, жидкое, газообразное), и характер измеряемой величины (или состояния), т. е. механическая, акустическая, тепловая, электрическая, магнитная, химическая и др. Каждому характеру измеряемой величины соответствует множество конкретных измеряемых величин и состояний (табл. 2.1).

Любые величины и состояния могут быть реализованы двумя путями. Первый путь связан с физическими принципами формирования элемента, второй — с конструктивными. Кроме того, важно знать в качестве признака характер выходного параметра элемента: механический, акустический, тепловой, оптический, электрический, магнитный, радиоактивный. На рис. 2.4 приведены основные классификационные признаки элементов автоматики.

Рис. 2.4. Классификационные признаки элементов автоматики.

Таблица 2.1.

Вилы измеряемых элементами автоматики величин и состояний.

Любой элемент может иметь характер преобразования — электрический, пневматический, гидравлический или механический. Таким образом, у элементов сравнения основными классификационными признаками являются характер действия (электрический, пневматический, гидравлический) и характер сравнения (амплитуда сигнала, частота, фаза, продолжительность знак, число импульсов, код). В свою очередь, каждая величина (амплитуда, частота и т. д.) имеет свою разветвленную классификационную схему.

Основными признаками элементов распределения могут быть также характер действия (электрический, пневматический, гидравлический) и принцип действия, лежащий в основе их классификации. Такой признак, как характер действия, относится почти ко всем элементам и в дальнейшем, если не будет особо оговорено, его следует рассматривать как признак каждого элемента.

В схеме на рис. 2.4 перечисляются только основные классификационные признаки ряда элементов, т. е. она не является полной и может уточняться и развиваться. Например, элементы усиления подразделяют прежде всего по выполняемым функциям: усилители тока, напряжения, мощности как постоянного, так и переменного тока. В то же время в зависимости от принципа действия различают следующие электрические усилители: электронные, магнитные, ионные, электромашинные, электромеханические, фотоэлектрические, гальваномагнитные и на основе использования различных нелинейностей.

В свою очередь, усилители любого принципа действия имеют также разветвленную схему классификации.

Для элементов вычисления главным признаком является функциональная зависимость, т. е. то математическое действие, для которого они предназначены, — сложение, вычитание, умножение, деление, возведение в степень, извлечение корня, логарифмирование, потенцирование, реализация тригонометрических функций, дифференцирование по времени и параметру, интегрирование по времени и параметру.

Элементы памяти классифицируются как по выполняемым функциям, так и по принципу их действия. Это прежде всего элементы для задания опорных сигналов, программы, различных временных функций и других параметров.

Элементами исполнения могут быть простейшие и сложные устройства, классифицировать которые можно по принципу действия, имея в виду также разделение их в зависимости от характера действия.

К классу вспомогательных можно отнести элементы, не получившие еще окончательного конструктивного оформления.

Вопросы классификации при формировании научного направления и массовой автоматизации имеют большое значение, поэтому важна дальнейшая разработка признаков разделения элементов и группирования их с одновременным решением вопросов определения особенностей расчета и исследования каждой группы.

Еще большее значение имеет унификация разрабатываемых классификационных схем, поскольку это позволяет достичь определенного их совершенства.