Klasyfikacja układów automatyki

Zespół automatycznego urządzenia sterującego i obiektu sterującego połączonych i współpracujących ze sobą zgodnie z algorytmem sterowania nazywa się układem automatycznego sterowania (ACS).

Systemy automatycznego sterowania można podzielić ze względu na sposób sterowania i charakterystykę funkcjonalną. Zgodnie z metodą sterowania wszystkie systemy są podzielone na dwie duże klasy: zwykłą (niesamoregulującą) i samoregulującą (adaptacyjną).

Zwykłe systemy należące do kategorii prostych nie zmieniają swojej struktury w trakcie zarządzania. Są najbardziej rozwiniętymi i szeroko stosowanymi w odlewniach i zakładach cieplnych. Typowe automatyczne systemy sterowania są podzielone na trzy podklasy: otwarte, zamknięte i połączone systemy sterowania.

Z kolei systemy automatycznej regulacji w pętli otwartej dzielą się na automatyczne sztywne systemy sterowania (SZHU) i systemy kontroli zakłóceń.

W pierwszych układach regulator oddziałuje na obiekt regulacji niezależnie od uzyskanego wyniku, czyli wartości zmiennej regulowanej i zakłócenia zewnętrznego. Systemy kontroli zakłóceń działają na zasadzie, że akcja kontrolna jest generowana w zależności od zewnętrznych zakłóceń, które wpływają na obiekt regulacji.

Jako przykład rozważmy system ogrzewania odlewni lub warsztatu cieplnego. W tym przypadku zużycie ciepłej wody w rurze grzewczej sklepu uzależnione jest od zewnętrznych warunków atmosferycznych. Im zimniej na zewnątrz, tym więcej ciepłej wody trafia do grzejników i odwrotnie.

Zamknięte układy automatycznej regulacji działające na zasadzie odchylenia nazywane są również układami automatycznej regulacji (ACS). Ich cechą wyróżniającą jest obecność zamkniętego cyklu przejścia sygnału, czyli obecność kanału zwrotnego, przez który informacja o stanie zmiennej regulowanej jest przekazywana na wejście elementu porównującego.

Układy automatyki mają rozwiązywać trzy problemy: stabilizację wielkości regulowanej (SZR stabilizujący), zmianę wielkości regulowanej według programów znanych (programowalny SZR) lub nieznanych (śledzący SZR).

W przypadku stabilizacji ATS wartość zadana zmiennej regulowanej jest stała. Przykładem takiego układu jest układ regulacji temperatury w przestrzeni roboczej pieca termicznego. W programowym SZR wartość zmiennej sterowanej zmienia się w czasie zgodnie z wcześniej zaprojektowanym (znanym) programem.

W układach serwo wartość zadana zmiennej sterowanej zmienia się w czasie według nieznanego wcześniej programu.ATS śledzące i programowe różnią się od stabilizatorów zasadą przetwarzania sygnału odniesienia.

Najbardziej typowym przykładem serwosterowania jest automatyczne utrzymywanie zadanego stosunku zużycia paliwa do powietrza przy regulacji procesu spalania w piecach do topienia i podgrzewania paliwa.

Systemy automatycznego sterowania: a — otwarte, b — biasowe otwarte, c — zamknięte, d — kombinowane, d — samoregulujące, P — kontroler, OU — obiekt kontrolny, ES — element porównawczy, UAV — urządzenie do analizy działania sterowania : VU — urządzenie obliczeniowe, IU jest urządzeniem wykonawczym, AUU jest automatycznym urządzeniem sterującym, AUO jest urządzeniem do analizy obiektów sterujących.

Układy kombinowane łączą w sobie zalety systemów kontroli odchyleń i zakłóceń, co zwiększa dokładność regulacji. Efekt nieuwzględnionych zakłóceń w połączonych systemach jest kompensowany lub tłumiony przez kontrolę polaryzacji.

Systemy samoregulujące (adaptacyjne) można podzielić na trzy podklasy: systemy ekstremalne, systemy samodostrajające się i systemy samodostrajające się.

Systemy regulacji ekstremalnej nazywane są systemami stabilizującymi, śledzącymi lub programowanymi, w których ustawienie, program lub prawo reprodukcji automatycznie zmienia się w zależności od zmian warunków zewnętrznych lub stanu wewnętrznego systemu, aby stworzyć najkorzystniejszy (optymalny) tryb działania obiekt kontrolny.

W takich systemach zamiast stałego ustawienia lub programu instaluje się automatyczne urządzenie wyszukujące, które analizuje każdą cechę obiektu (wydajność, produktywność, ekonomiczność itp.) i w zależności od uzyskanego wyniku podaje wymaganą wartość regulowaną zmienną do urządzenia sterującego, dzięki czemu ta cecha ma wyjątkową wartość przy ciągłej zmianie różnych zakłócających wpływów, które wpływają na warunki pracy systemu.

W systemach z samodostrajającymi się parametrami, gdy zmieniają się warunki zewnętrzne lub charakterystyka sterowanego obiektu, następuje automatyczna (nie według z góry ustalonego programu) zmiana parametrów zmiennych urządzenia sterującego, zapewniająca stabilną pracę systemu i utrzymanie kontrolowanej wartości na zadanym lub optymalnym poziomie.

W systemach o strukturze samodopasowującej się, gdy zmieniają się warunki zewnętrzne i charakterystyka obiektu sterowania, elementy w schemacie połączeń są przełączane lub wprowadzane są do niego nowe elementy. Celem tych zmian (wyboru) struktury jest osiągnięcie lepszego rozwiązania problemu zarządzania.

Wybór struktury odbywa się poprzez automatyczne wyszukiwanie z wykorzystaniem operacji obliczeniowych i logicznych. Systemy takie muszą nie tylko dostosowywać się do wszelkich zmian warunków zewnętrznych i charakterystyki obiektu, ale także normalnie funkcjonować nawet w przypadku awarii lub uszkodzenia poszczególnych elementów, tworząc nowe obwody w miejsce uszkodzonych. Systemy samoregulujące można zmusić do doskonalenia, „zdobywania doświadczenia” poprzez szybkie wypróbowanie kilku opcji, wybranie i „zapamiętanie” najlepszej.

Klasyfikacja funkcjonalna wszystkie systemy automatycznego sterowania są podzielone na cztery klasy:

• systemy do koordynacji pracy mechanizmów,

• układy regulacji parametrów procesów technologicznych,

• systemy automatycznej kontroli,

• automatyczne systemy zabezpieczające i blokujące.

Układy przeznaczone do koordynowania pracy poszczególnych mechanizmów zakładu lub zakładu jako całości automatycznych sztywnych układów sterowania (SZHU).

Procesy technologiczne systemów automatycznej regulacji (ACS) zapewniają utrzymanie wartości regulowanej na zadanym poziomie lub jej zmianę zgodnie z zadanym programem.

Systemy automatycznego sterowania (ACS) zawierają środki i metody pozyskiwania informacji o aktualnych wartościach parametrów procesu technologicznego (temperatura, ciśnienie, zapylenie lub zawartość gazów w powietrzu itp.) bez bezpośredniego udziału człowieka.

Układy samoczynnych zabezpieczeń (SAZ) i układów blokad (SAB) zapobiegają występowaniu sytuacji awaryjnych podczas pracy urządzeń w stanie stabilnym.