Автоматична система управління - це що таке? Технологічне обслуговування, принципи та функції

Позбавлення виробничих і функціональних процесів від безпосередньої участі людини дозволило скоротити витрати на обслуговування керованого об'єкта і в деяких областях поліпшити якість готового продукту. Незважаючи на активний розвиток електроніки, багато системи поки ще залишаються залежними від операторів, що обумовлюється також і складнощами впровадження нових моделей виробничого контролю. На сьогоднішній день автоматична система управління – це одна з найперспективніших форм здійснення виробничої діяльності, яка, втім, ставить перед користувачами і нові технологічні завдання.

Теорія та принципи автоматизації

Спочатку концепція автоматичного керування розвивалася як один з розділів технічної механіки. Зокрема, фахівці в цьому напрямку розробляли принципи управління електричними машинами і паровими котлами, але не виходячи за рамки електротехніки. У міру свого розвитку теорія систем автоматичного управління стала визначати функціональні органи робочої структури в якості повноцінних об'єктів, які впливають на виробничий процес. Таким чином була виявлена ціла спільність взаємозалежних процесів управління, укладених в одну динамічну модель. На сучасному етапі розвитку теоретики автоматичних систем вивчають принципи їх побудови, а також закономірності процесів, що протікають всередині готових моделей. На якість роботи, точність і гнучкість в плані адаптації систем впливають такі фактори, як умови роботи, призначення пристрою, конструкційні особливості і т. д.

Побудова систем автоматизації

У процесі розробки керуючих систем на базі автоматики центральне місце відводиться створенню алгоритму функціональної структури. На першому етапі побудови збираються необхідні вихідні дані, серед яких властивості керованого об'єкта, завдання управління, характер зовнішніх впливів, вимоги до точності контролю і т. д. Далі опрацьовуються техніко-експлуатаційні якості контролера управління автоматичними системами. Пристрій цієї частини як центрального функціонального органу нагадує технічний виконавчий механізм, який буде повідомляти команди керованого об'єкту. На даній інфраструктурі замикається ланцюг робочих елементів системи, властивості якої визначаються один раз спочатку і можуть змінювати окремі значення також у заданих діапазонах. На цьому і грунтується принцип фіксованої структури системи управління. Вона залишається незмінною у тому сенсі, що її характеристики встановлюються до безпосередньої побудови керуючого алгоритму.

Компенсуючий ефект в системах автоматизації

Принцип компенсації закладається алгоритм системи управління в цілях підвищення точності контролю і скорочення ймовірності помилок. Необхідність реалізації компенсуючих контурів в алгоритмі пов'язана з недосконалістю прямого автоматичного контролю. Наприклад, в процесі подачі сигналів оператор може регулярно міняти конфігурацію діючих команд відповідно з урахуванням найдрібніших впливів на систему. Автоматика, у свою чергу, прораховує лише обмежені набори умов і поточні властивості об'єкта. Як же будується робота системи автоматичного управління з ефектом компенсації? Можливі відхилення регульованої величини від необхідних значень нівелюються шляхом впливу через зворотній зв'язок. Спеціально для виконання подібних коригувань керуючі контури доповнюються допоміжними командними лініями, які в постійному режимі стабілізують динамічні властивості системи. На цих засадах працюють багатоконтурні системи з многосвязным управлінням або одночасним регулюванням декількох параметрів цільового об'єкта.

Класифікації автоматичного управління

Керуючі системи цього типу в основному розрізняються по цілям контролю, способом передачі команд і видами контурної зв'язку. Спочатку ставилися завдання підтримки певних законів вимірювання. У цій групі можна виділити системи програмного управління, стежать пристрої та інші механізми, що функціонують строго по певним параметрам. Сьогодні ж, у міру розвитку інтелектуальних принципів контролю, ускладнилися і завдання автоматичних систем управління – це може бути цілий комплекс завдань, для вирішення яких використовуються не тільки закладені оператором дані, але і динамічні свідчення, виведені за алгоритмами з застосуванням і значень від спряженого вимірювального обладнання. За способами трансляції команд і управління в цілому виділяють самоналагоджувальні, самоорганізуються і самообучаемые системи. Безпосередньо взаємодія між компонентами керуючого пристрою може базуватися на аналогових контурах і сучасних бездротових модулях.

Прості та складні системи автоматизації

Різниця між методами реалізації алгоритмів керування дозволяє позначити принципові відмінності в існуючих системах автоматики. В якості найпростішого приклад можна привести регулятор частоти обертання електродвигуна. Керуючим об'єктом виступає відцентровий регулятор, керованим – сам двигун, а регулюючий вплив здійснюється через налаштування позиції дросельної заслінки. І ключова задача управління, і принцип її реалізації досягаються шляхом простого дії в процесі контролю вала обертання, пов'язаного з маховими механізмом. Структурна схема управління складними системами вимагає в ході розробки не тільки врахування теоретичних методів обчислення, але і підключення принципів моделювання. Можуть використовуватися цифрові обчислювальні машини, які дозволять прорахувати автоматичні системи керування процесами різного порядку. Крім прямих експлуатаційних показників в таких конфігураціях враховуються і непрямі фактори впливу на зразок нелінійності координат. Для складних систем важливі принципи гнучкого динамічного управління і забезпечення чутливості контурів взаємодії підсистем.

Функціональні завдання

В результаті аналізу цілей управління формується набір конкретних технологічних функцій, які можуть бути представлені у вигляді окремих завдань або комплексу операцій. У загальному вигляді елементи функціонального дії ґрунтуються на наступних завданнях:

Прогнозування і планування.

Контроль, облік і аналіз.

Регулювання і координація.

На нижчих структурних ланках реалізується точковий функціонал автоматичної системи управління – це операції формування конкретних впливів на підконтрольний об'єкт. Зокрема, задачі обробки інформації можуть бути представлені зберіганням, пошуком, відображенням і перетворенням даних.

Технічне забезпечення автоматичного управління

Хоча головною метою побудови автоматичних контролерів є керуючий функціонал, навіть найпростіші системи в обов'язковому порядку включають засоби вимірювання та обліку. Від інформаційних датчиків, обчислювальних машин і сенсорів на контролери надходять робочі дані. Це показники, на основі яких мікропроцесори, зокрема, дають команди виконавчим механізмам. Наприклад, автоматичне управління технічними системами на фізичному рівні може реалізовуватися через електромагнітні пристрої з елементами запірної арматури. Більш широке охоплення мають електродвигунні виконавчі кошти, контролюючі роботу обладнання, агрегатів і різної техніки.

Техобслуговування автоматики

Підтримка справного чи працездатного стану елементів керуючого комплексу неможлива без проведення своєчасного технічного обслуговування. Це набір профілактичних і ремонтних заходів, який затверджується розробником системи або головним інженером на експлуатує підприємстві. У більшості випадків технічне обслуговування систем автоматичного управління передбачає виконання наступних заходів:

Перевірка зовнішнього стану апаратури і механічних агрегатів.

Чищення обладнання без розтину і монтажу.

Перевірка працездатності блокуючих механізмів і заземлення.

Перевірка надійності фіксуючих вузлів – монтажних скоб, затискних елементів, металовиробів, приєднання роз'ємів і напівмуфт.

Перевірка стану електротехнічних джерел живлення.

Ремонт, заміна або відновлення пошкоджених частин комплексу.

Навчання систем автоматичного контролю і управління

Зміна умов роботи більшості систем у сучасному світі зумовлює необхідність створення моделей їх адаптації. Звичайно, такі завдання можуть виконуватись і вручну, але такий підхід суперечить самій концепції автоматичного управління. Тому створюються нові теорії навчання, адаптації та самоорганізації контролюючих систем. Найбільш перспективними напрямками в цій галузі можна назвати системи зворотного зв'язку, пристрої розпізнавання образів і теорії штучного інтелекту. Об'єднуються ж принципи навчання у кожному з цих випадків тим, що система самостійно обирає тактику подальших дій, виходячи з широкого спектра даних про своєму стані – на сьогоднішній день вже стали стандартними відомості про температурі, вологості, вібрації і т. д.

Висновок

Цілі, які ставлять перед собою розробники сучасних пристроїв контролю і управління, вийшли далеко за межі простих завдань механізмів саморегуляції. У нинішньому розумінні перспективна автоматична система управління – це багатофункціональний комплекс, здатний виконувати завдання проектування та обслуговувати процеси колективної комунікації між групами співробітників. Подібні системи вимагають чималих витрат на впровадження і подальше навчання, але зниження виробничих витрат вже в процесі експлуатації виправдовує такі вкладення. Інша справа, що в деяких областях автоматичні навчані системи готові пропонувати можливості, на які поки ще немає достатнього попиту.