2.2. Классификация автоматических систем

В современной технике используется большое число разнообразных автоматических устройств и систем, отличающихся друг от друга физической природой, принципом действия, схемными и конструктивными решениями и т. д. Чтобы облегчить изучение и выбор для автоматизации производственных процессов, их необходимо классифицировать.

Классифицировать автоматические системы можно по назначению, характеру изменения управляющих воздействий, способу формирования сигналов, способу математического описания, виду контролируемых изменении своих свойств, роду используемой энергии и др.

Автоматические устройства и системы, как правило, предназначены для решения лишь нескольких основных задач автоматизации, к которым относятся: сигнализация, контроль, блокировка и защита, пуск и остановка, управление.

Системы автоматической сигнализации предназначе­ны для извещения обслуживающего персонала о состоя­нии той или иной технической установки или о протека­нии того или иного процесса.

Системы автоматического контроля осуществляют без участия человека контроль различных параметров и величин, характеризующих работу установки или протекание процесса.

Системы автоматической блокировки и защиты слу­жат для предотвращения возможности возникновения аварийных ситуаций в технических агрегатах и устройствах.

Системы автоматического пуска и остановки обеспечивают включение, остановку (а иногда и реверс) различных двигателей и приводов по заранее заданной программе.

Системы автоматического управления предназначены для управления работой тех или иных технических агрегатов или протеканием каких-либо процессов без непосредственного участия человека.

Системы автоматического регулирования представля­ют собой частный случай систем автоматического управления.

Автоматическим регулированием называется изменение какой-либо физической величины по требуемому закону.

Физическая величина, подлежащая регулированию, называется обычно регулируемой величиной, а технический агрегат, в котором осуществляется автоматическое регулирование, — регулируемым объектом.

Управляемым процессом в этом случае является процесс изменения регулируемой величины во времени. Цель управления заключается в обеспечении требуемого закона изменения регулируемой величины.

Системы автоматического регулирования в зависимости от характера изменения управляющего воздействия делятся на три класса. Различают системы авто­матической стабилизации, системы программного регулирования и следящие системы.

Системы автоматической стабилизации характеризу­ются тем, что в процессе работы системы управляющее воздействие остается величиной постоянной. Основная задача этой системы — поддержание на постоянном уровне с допустимой ошибкой регулируемой величины независимо от действующих возмущений.

Системы программного регулирования отличаются тем, что управляющее воздействие изменяется по зара­нее установленному закону в функции времени или ко­ординат системы.

В следящих системах управляющее воздействие также является величиной переменной, но математическое описание его во времени не может быть установлено, так как источником сигнала служит внешнее явление, закон изменения которого заранее неизвестен.

В зависимости от способа формирования сигналов различают системы автоматического регулирования непрерывные, импульсные и релейные.

В непрерывных системах во всех элементах, составляющих систему, входные и выходные сигналы являются непрерывными функциями времени.

В импульсных системах с помощью специального устройства, называемого импульсным элементом, непрерывный сигнал квантуется по времени. При этом различают амплитудно-импульсную, широтно-импульсную и частотно-импульсную модуляции.

В релейных автоматических системах управляющее воздействие изменяется скачком всякий раз, когда управляющий сигнал проходит через некоторые фиксированные пороговые значения.

По способу математического описания, принятого при исследовании, выделяют линейные и нелинейные системы.

По виду контролируемых изменений своих свойств различают неприспосабливающиеся и приспосабливающиеся (адаптивные) системы. В последнем классе можно выделить самонастраивающиеся системы с самонастройкой параметров или воздействий и самоорганизующиеся системы с контролируемыми изменениями структуры.

В зависимости от рода используемой энергии различают электрические, гидравлические, пневматические, электромеханические, электропневматические, электрогидравлические и другие регуляторы.

К достоинствам электрических регуляторов относятся компактность, небольшие масса и габариты, возможность применения в схемах регуляторов стандартных электро- и радиоэлементов, широкие возможности по усилению и преобразованию сигналов, возможность управления на больших расстояниях при помощи передачи сигналов по проводным и радиотехническим линиям связи.

Основной недостаток электрических регуляторов — громоздкость и сложность исполнительных элементов электрического типа в тех случаях, когда требуется получение большого крутящего момента при малых скоростях вращения и высоком быстродействии. Для монтажа, наладки и обслуживания электрических и особенно электронных регуляторов требуется персонал довольно высокой квалификации. Электрические регуляторы применяют на гидротехнических сооружениях маги­стральных и межхозяйственных каналов.

Оснастить электроэнергией водовыпуски внутрихозяйственной сети трудно, поэтому в настоящее время здесь применяют автоматические регуляторы гидравлического действия. Важнейшие достоинства гидравлических регуляторов — высокая надежность работы и хорошие динамические свойства гидравлических исполнительных механизмов, развивающие значительные усилия и моменты при высоком быстродействии.

В отечественной и зарубежной практике используют сотни различных автоматических регуляторов гидравлического действия. Некоторые из них могут быть применены на гидротехнических сооружениях для осуществления местной автоматики. При наличии обратной гидравлической связи между объектами, в данном случае между сооружениями, средства местной автоматики обеспечивают автоматическое регулирование на мелиоративных системах или отдельных звеньях. Регуляторы гидравлического действия обеспечивают надежную работу системы во всех эксплуатационных режимах.

Средства гидравлической автоматики представляют собой различного типа регуляторы, использующие энергию перепадов или напоров для автоматической стабилизации уровней, расходов, перепадов, давлений. К средствам гидравлической автоматики можно отнести также конструкции сооружений, обеспечивающие автоматизацию их работы без применения каких-либо автоматических регуляторов.

Все средства гидравлической автоматики для оснащения мелиоративных гидротехнических сооружений можно разделить на четыре группы.

Регуляторы уровней в каналах открытой сети: верхнего, нижнего бьефа, смешанного типа, гидравлических перепадов, водосливные пороги и затворы, водосливные сифоны.

Регуляторы расходов в открытой сети: регуляторы расхода, пропорциональные делители.

Регуляторы напоров в закрытой сети: регуляторы напоров в трубопроводах, регуляторы уровней на водовыпусках в закрытую сеть, регуляторы уровня грунтовых вод.

Автоматические задвижки на закрытой сети: задвижки и клапаны для стационарных систем; то же, для стабилизации напоров и аварийного отключения.