1-5. ОБЩАЯ ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА РЕГУЛЯТОРА ПО ОТКЛОНЕНИЮ

Функциональная схема САР, в которой более детально представлены основные функциональные элементы регулятора, показана на рис. 1-8. Измерительный элемент ИЭ (датчик) измеряет выходную величину х объекта О, т. е. преобразует х в другую величину, удобную для дальнейших преобразований в

процессе выработки сигнала управления. Задающее устройство вырабатывает в сопоставимом масштабе аналогичную физическую величину о, пропорциональную мгновенным значениям регулируемой величины, которые требуется поддерживать в соответствии с алгоритмом функционирования. В элементе сравнения вырабатывается разность поступающая на вычислительное устройство ВУ (в простейшем случае это функциональный преобразователь), построенное в соответствии с требуемым алгоритмом управления. Если мощность полученного сигнала недостаточна для приведения в действие регулирующего органа, сигнал усиливается в усилителе или каскаде усилителей У и и затем поступает на исполнительный элемент И, вырабатывающий управляющее воздействие и на объект. Если выходной величиной исполнительного элемента является механическое перемещение, его обычно называют сервомотором (название «сервомотор» не применяется к исполнительным элементам с иными видами выходных величин, например к возбудителям электрических машин). На схеме, кроме того, прерывистыми линиями показаны корректирующие элементы назначение которых состоит в улучшении динамических свойств процесса регулирования. Способы включения довольно разнообразны, на схеме показаны только три из них: последовательно с регулятором параллельно с некоторой его частью и коррекции обратной связью Синтез и расчет коректирующих элементов составляют одну из существенных задач теории автоматического управления.

Рис. 1-8.

Быстрое распространение автоматического регулирования в различных отраслях промышленности приводило на первых шагах к нескоординированной разработке технических средств в многочисленных маломощных ведомственных предприятиях, в результате чего появилось множество разнотипных, не взаимозаменяемых и не согласованных между собою приборов и элементов. При таком способе производства удовлетворить потребности бурно развивающейся промышленности в технических средствах автоматики было невозможно.

Вместе с тем изучение принципов автоматизации показывало, что в практике используется не очень большое число общих закономерностей и принципов управления. Возникла проблема типизации и унификации применяемых принципов и средств в масштабе страны.

В конце 40-х годов Институт автоматики и телемеханики АН СССР сформулировал принцип агрегатного построения систем автоматики из унифицированных блоков. Разработка такой системы требовала организации научной и промышленной разработки в крупном масштабе. Министерством приборостроения, средств автоматики и систем управления на основе агрегатного принципа начала разрабатываться государственная система промышленных приборов

и средств автоматизации (ГСП) с целесообразно ограниченной номенклатурой.

В ГСП и агрегатных комплексах используются два основных вида сигналов внутри системы управления — электрические и пневматические. Соответственно элементы, связывающие объект с управляющим устройством (датчики), состоят из двух частей — измерительного модуля и унифицированного преобразователя сигнала, получаемого от измерительного модуля, в унифицированный электрический или пневматический сигнал. Преобразователи могут сопрягаться с любым из измерительных модулей. Построены они по принципу компенсации усилий: на входе преобразователя сравниваются усилия, создаваемые измерительным модулем, с усилием, пропорциональным выходному сигналу преобразователя, и достигается достаточно точная линейная зависимость между входной и выходной величинами датчика. Для электрического сигнала (тока) установлены два диапазона: мА, для пневматического (давления)

Промышленность выпускает датчики с измерительными блоками давлений и перепадов давлений, уровня жидкостей, вязкости и плотности жидкости, температур, скоростей вращения, сил. Кроме унифицированных, выпускается ряд датчиков другого типа — тахометрические, индукционные и ультразвуковые расходомеры; емкостные, индуктивные ультразвуковые и радиоинтерференционные, терморезисторные и полупроводниковые датчики; механических величин; датчики с термометрами сопротивления; кондуктометрические, потенциометрические, фотометрические, рефрактометрические датчики.

Для автоматизации систем управления технологическими процессами с мощными станками, агрегатами и крупным оборудованием, для быстрых перемещений с большими усилиями выпускаются гидравлические устройства, сопрягаемые с датчиками ГСП посредством электрогидравлических или пневмогидравлических преобразователей. Имеются устройства, работающие на минеральных или синтетических маслах и на воде, причем все модули, блоки, узлы и изделия, работающие на одном виде рабочей жидкости, взаимозаменяемы и сопрягаемы.

Все основные схемы регулирования строятся практически на основе 15 модулей. Из модулей образуются блоки, конструируемые с расчетом размещения на щите на площади мм. Конструкция блоков обеспечивает легкий доступ к элементам настройки параметров и быструю смену блоков. В группу блоков электрических регулирующих устройств входят блоки формирования законов регулирования: ПИД с аналоговым (т. е. непрерывным) выходом, ПИ с релейным выходом, блоки дифференцирования и интегрирования. Для выработки управляющих воздействий выпускаются функциональные блоки — извлечения квадратного корня, возведения в квадрат, умножения и деления двух переменных и др. Разрабатываются блоки на основе микроэлектроники и интегральной технологии. Помимо электрических, выпускаются регулирующие устройства «Старт», комплектуемые из блоков на основе универсальной системы элементов промышленной пневмоавтоматики УСЭППА,. имеющих функциональные модули: пневмоусилители, реле, сопротивления, емкости и др. Развиваются одновременно устройства струйной пневмоавтоматики (пневмоники). Приборы и устройства этого вида состоят из функциональных струйных модулей в виде плоских пластин с углубленными каналами и полостями определенных форм и ориентации. Соединенные шлангами или коммуникационными каналами в платах между собою модули образуют струйные схемы-блоки. Гидравлические устройства строятся из модулей типа элементов системы гидравлических регулирующих устройств автоматики (СЭГРА).

Конечным звеном систем регулирования являются исполнительные устройства, состоящие из исполнительного механизма и регулирующего органа. Выпускаются электрические, пневматические и гидравлические исполнительные-механизмы — прямоходные и, поворотные (одно- и многообразные). Электрические двигатели выпускаются также шаговые до частот вращения 4500 об/мин и частот импульсов 1000 Гц. Разработаны конструкции унифицированных регулирующих органов.

Устройства ГСП сочетаются в агрегатные комплексы различного назначения. В их числе комплексы для задач программного управления АСПУ задач автоматического контроля и регулирования АСКР. В качестве примера можно указать агрегатный комплекс для регулирования по закону ПИ уровня воды в барабане парового котла, комплекс регулирования по закону ПИД температуры в прецизионной диффузионной электропечи, агрегатный комплекс средств контроля и регулирования с частотной ферродинамической аппаратурой для различных систем управления и т. д.