Системы автоматического управления

Техническое устройство, при помощи которого автоматически управляют объектом, называют управляющим устройством. Совокупность объекта управления ОУ и управляющего устройства УУ составляет систему автоматического управления, которая в общем случае может быть изображена в виде структурной схемы (рис. 3.1).

Объекты управления в технологических процессах сельскохозяйственного производства характеризуются различными физическими и химическими величинами: температурой, влажностью, уровнем, освещенностью, кислотностью, засоленностью и т. д.

Состояние объекта управления в общем виде характеризуется вектором Y, координатами которого являются отдельные выходные величины. От управляющего устройства на объект управления поступает управляющее воздействие q. На объект управления действуют также различного рода возмущения — помехи К, которые препятствуют процессу управления. На вход управляющего устройства подается воздействие X, которое содержит информацию о требуемом значении вектора Y. Например, при регулировании температуры воздуха и почвы в сооружениях защищенного грунта из опыта уже бывают известны оптимальные значения этих температур для каждого из видов выращиваемых культур.

Рис. 3.1. Структурная схема системы автоматического управления

В ряде систем автоматического управления на вход управляющего устройства, кроме задающего воздействия, поступает информация о возмущениях, действующих на объект управления, и о текущем состоянии его. Управляющее устройство перерабатывает всю поступающую информацию по заложенному в нее закону и

Обратная связь

Рис. 3.2. Функциональная схема системы автоматического управления

выделяет управляющее воздействие, которое направляется к объекту управления.

Для выявления взаимодействия устройств, узлов и элементов автоматики в процессе их работы применяют функциональные схемы.

На рисунке 3.2 изображена функциональная схема системы автоматического управления.

Основные части системы — датчик Д, усилитель У, вычислительное ВУи исполнительное ИУустройства.

Датчики предназначены для преобразования физических величин в электрические сигналы. Датчики различают по названию измеряемой величины, на которую они реагируют. Наиболее распространенные датчики — измерительные преобразователи — описаны выше.

Усилители необходимы для усиления сигналов, поступающих от датчиков. В сельскохозяйственной автоматике широко распространены электромеханические, магнитные и электронные (ламповые и полупроводниковые) усилители.

Вычислительное устройство математически обрабатывает усиленный сигнал и передает его к исполнительному устройству. В сложных системах автоматического управления роль вычислительных устройств выполняют компьютеры и микропроцессоры. Использование ЭВМ в системе управления расширяет возможности осуществления сложных алгоритмов управления при большом числе переменных величин, характеризующих ход технологического процесса. В простых системах автоматического управления вычислительное устройство отсутствует.

В современных системах автоматического управления широко используют контроллеры. Контроллер — это устройство локального управления, работающее в реальном масштабе времени по определенному алгоритму, который может быть задан аппаратно либо программно.

Первые контроллеры выполняли в виде электромеханических командоаппаратов. Это были преимущественно барабанные коммутаторы электрических или пневматических цепей. Реализуемый ими алгоритм управления определялся положением кулачков (штифтов) на вращающемся барабане, которые в заданной последовательности замыкали или размыкали цепи питания исполнительных механизмов.

Затем стали создавать контроллеры в виде автоматов, алгоритм которых определялся схемой соединения логических элементов. Эти контроллеры назвали контроллерами с «жесткой логикой».

В современных системах автоматического управления применяют контроллеры на базе микропроцессоров. Их алгоритм действия определяется не способом соединения отдельных элементов, а программой, вводимой в виде машиночитаемых кодов в блок памяти. Такие контроллеры называют программируемыми. Основные их преимущества: высокая надежность, универсальность и гибкость. Один и тот же программируемый контроллер в зависимости от записанной в его памяти программы можно использовать для решения различных задач управления. Для обновления программы либо заменяют большую интегральную схему памяти (БИС) на другую, в которую «зашита» новая рабочая программа, либо перепрограммируют имеющуюся в контроллере соответствующую БИС памяти. В общем случае контроллер имеет центральный процессор с перепрограммируемым блоком памяти, клавиатуру ввода команд и данных, а также интерфейс связи с внешними устройствами, к которым относятся датчики технологических параметров и исполнительные механизмы. Алгоритм функционирования обеспечивается программой, которая хранится в перепрограммируемой памяти и может быть изменена оператором с помощью клавиатуры.

Исполнительные устройства предназначены для непосредственного воздействия на управляемый объект. В качестве исполнительных устройств применяют электрические реле, контакторы, соленоидные клапаны, электродвигательные исполнительные механизмы и др.