БАЗОВЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Система (др.-греч. σύστημα - целое, составленное из частей) - совокупность разнородных элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которые образуют определённую целостность, единство и рассматриваются как единое целое.
Автомат - самодействующее устройство (аппарат, машина, прибор), производящее работу по заданной программе без непосредственного участия человека.
Источник: Словарь русского языка (МАС)
Автоматика - в узком смысле - совокупность методов и технических средств, исключающих участие человека при выполнении операций конкретного процесса.
Источник: БСЭ, 1969-1978 | Г. И. Белов
Автоматизация производства, процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. … Различают автоматизацию: частичную, комплексную и полную.
Частичная автоматизация производства, точнее - автоматизация отдельных производственных операций, осуществляется в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его.
Комплексная автоматизация производства - охватывает все основные производственные функции предприятия, хозяйства, службы; цех, завод, электростанция функционируют как единый взаимосвязанный автоматизированный комплекс, действующего по заданной или самоорганизующейся программе, функции человека при этом ограничиваются общим контролем и управлением работой комплекса.
Для автоматического извлечения информации служат датчики (первичные преобразователи). Они представляют собой весьма разнообразные по принципам действия устройства, воспринимающие изменения контролируемых параметров технологических процессов. Чувствительные элементы, реагирующие на давление, силу, вес, скорость, ускорение, звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения, применяются в датчиках для контроля загрузки оборудования и его рабочих режимов, качества обработки, учёта выпуска изделий, контроля за их перемещениями на конвейерах, запасами и расходом материалов, заготовок, инструмента и др. Выходные сигналы всех этих датчиков преобразуются в стандартные электрические или пневматические сигналы, которые передаются другими устройствами.
В состав устройств для передачи информации входят преобразователи сигналов в удобные для транслирования виды энергии, аппаратура телемеханики для передачи сигналов по каналам связи на большие расстояния, коммутаторы для распределения сигналов по местам обработки или представления информации. Этими устройствами связываются все периферийные источники информации (клавишные устройства, датчики) с центральной частью системы управления. Их назначение - эффективное использование каналов связи, устранение искажений сигналов и влияния возможных помех при передаче по проводным и беспроводным линиям.
К устройствам для логической и математической обработки информации относятся функциональные преобразователи, изменяющие характер, форму или сочетание сигналов информации, а также устройства для переработки информации по заданным алгоритмам (в т. ч. вычислительные машины) с целью осуществления законов и режимов управления (регулирования).
Вычислительные машины для связи с другими частями системы управления снабжаются устройствами ввода и вывода информации, а также запоминающими устройствами для временного хранения исходных данных, промежуточных и конечных результатов вычислений и др.
Устройства для представления информации показывают человеку-оператору состояние процессов производства и фиксируют его важнейшие параметры. Такими устройствами служат сигнальные табло, мнемонические схемы с наглядными символами на щитах или пультах управления, вторичные стрелочные и цифровые показывающие и регистрирующие приборы, электроннолучевые трубки, алфавитные и цифровые печатные машинки.
Устройства выработки управляющих воздействий преобразуют слабые сигналы информации в более мощные энергетические импульсы требуемой формы, необходимые для приведения в действие исполнительных устройств защиты, регулирования или управления.
Исполнительные устройства состоят из пусковой аппаратуры, исполнительных гидравлических, пневматических или электрических механизмов (сервомоторов) и регулирующих органов, воздействующих непосредственно на автоматизируемый процесс. Унификация входных и выходных сигналов обеспечивает сочетание блоков с различными функциями и их взаимозаменяемость.
Источник: БСЭ, 1969-1978 | К. Н. Руднев
Контроллер - устройство или система для управления чем-либо, регулирования чего-либо.
Назначение контроллера и исполнительных устройств в системах с обратной связью (англ. feedback system), в том, чтобы измерить и сравнить значение выходного сигнала со значением опорного сигнала и уменьшить разницу между ними. В общем, контроллер и привод системы являются механизмами, посредством которых управление каким либо процессом в системе осуществляется автоматически и зависит только от значения переменной на выходе этой системы.
Системы управления тесно связаны с концепцией автоматизации (англ. automation), но два основных типа управления, с прямой (англ. feedforward) связью или иначе с разомкнутым контуром управления и обратной (англ. feedback) связью или замкнутым контуром управления, имеют давнее происхождение.
Например, ткацкий станок, изобретенный Жозефом Мари Жаккардом в 1801 году, является одним из примеров прямой связи; наличие или отсутствие отверстий в перфокарте заставляло нить подниматься или опускаться при ходе челнока, создавая тем самым запрограммированный рисунок; однако никакой информации от процесса для корректировки работы станка не поступало.
Управление с обратной связью, в которой информация от процесса используется для корректировки работы машины, имеет более древнюю историю. Римские инженеры поддерживали уровень воды в системе акведуков с помощью плавающих клапанов, которые открывались и закрывались на соответствующих уровнях.
Учение об автоматах до 19 века замыкалось в рамки классической прикладной механики, рассматривавшей их как обособленные механизмы. Основы науки об автоматическом управлении по существу впервые были изложены в статье шотландского физика Дж. К. Максвелла "О регулировании" (1868) и труде русского учёного И. А. Вышнеградского "О регуляторах прямого действия" (1877), в котором впервые регулятор и машина рассматривались как единая система.
В тридцатые годы прошлого столетия произошло дальнейшее развитие систем управления на основе электрической обратной связи в междугородных телефонных усилителях, в это же время создаётся общая теория сервомеханизмом. Пневматический регулятор стал основой в разработке ранних автоматизированных систем в химической и нефтяной промышленности, а также первых аналоговых компьютеров. Всё это послужило основой для разработки теории управления и автоматизированных систем во время Второй мировой войны, таких как зенитные батареи и противопожарные системы.
В России одними из первых изобретений в направлении автоматизации железнодорожного транспорта были автоматический указатель скорости инженера-механика С. Прауса (1868) и прибор для автоматической регистрации скорости движения поезда, времени его прибытия, продолжительности остановки, времени отправления и местонахождения поезда, созданный инженером В. Зальманом и механиком О. Графтио (1878). О степени распространения автоматических устройств в практике железнодорожного транспорта свидетельствует то, что на Московско-Брестской железной дороге уже в 1892 существовал отдел "механического контроля поездов".
Система управления – в общем виде её можно рассматривать как абстрактный механизм (модель) приведения переменной величины или набора переменных величин на выходе устройства к предписанной норме. Система управления может содержать значения контролируемых констант или их значения в определённом заданном диапазоне. Система управления может быть электрической, механической или комбинированной.
В современную автоматизированную систему управления входят устройства для первичного формирования, автоматического извлечения и передачи, логической и математической обработки информации, устройства для представления полученных результатов человеку, выработки управляющих воздействий и исполнительные устройства.
Источники: БСЭ, 1969-1978 ; Encyclopædia Britannica 2003
Телемеханика - область науки и техники, предметом которой является разработка методов и технических средств передачи и приёма информации (сигналов) с целью управления и контроля на расстоянии. Телемеханика отличается от других областей науки и техники, связанных с передачей информации на расстояние (телефония, телеграфия, телевидение и др.), рядом специфических особенностей, важнейшие из которых - передача очень медленно меняющихся данных; необходимость высокой точности передачи измеряемых величин; недопустимость большого запаздывания сигналов; высокая надёжность передачи команд управления высокая степень автоматизации процессов сбора и использования информации (телемеханика допускает участие человека в передаче данных только с одной стороны тракта передачи); централизованность переработки информации. Указанные особенности обусловлены спецификой задач, решаемых телеамеханикой. Как правило, телемеханизация применяется тогда, когда необходимо и целесообразно объединить разобщённые или территориально рассредоточенные объекты управления в единый комплекс либо когда присутствие человека на объекте управления нежелательно.
Методы и средства телемеханики включают, как и любой процесс управления, собственно управление, то есть воздействие на объект с целью изменения его состояния (положения в пространстве, значений его параметров), и контроль за состоянием объекта. Управление и контроль с помощью средств телемеханики осуществляются обычно с пункта управления или диспетчерского пункта, где находится оператор (диспетчер). Объекты управления могут быть сосредоточены в одном месте, на одном контролируемом (управляемом) пункте либо рассредоточены, то есть расположены по одному или группами на большой территории (в пространстве). Расстояние между контролируемым пунктом и пунктом управления может быть от нескольких десятков (например, при управлении строительным краном) до десятков и сотен тысяч км (например, при управлении автоматической межпланетной станцией). Для передачи телемеханической информации используют выделенные для этого линии связи (проводные и кабельные), радиоканалы, оптические, гидравлические и акустические каналы, распределительные электрические сети и линии электропередачи. Нередко телемеханическая информация передаётся по каналам, предназначенным для передачи др. сигналов — например, по телефонным каналам и каналам передачи данных. Совокупность устройств, посредством которых с помощью человека-оператора осуществляется управление объектами и контроль за их состоянием на расстоянии, называется телемеханической системой. Соответственно системы телемеханики, выполняющие функции только управления и только контроля, называются системами телеуправления и телеконтроля.
Частично в телемеханической системе управляющие воздействия могут вырабатываться управляющим автоматом (например, для автоматического аварийного отключения оборудования). При телеуправлении сложными объектами используются ЭВМ для обработки полученной контрольной информации, функционирующие в режиме "советчика". Такие телемеханические системы называются телеинформационными. Телемеханические системы, в которых управляющие воздействия вырабатываются полностью автоматически, называются телеавтоматическими системами управления.
При телемеханическом управлении команды управления передаются оператором (диспетчером) с пульта управления по каналу связи на объекты. Команды формируются оператором на пульте управления с помощью органов ручной коммутации (тумблеров, переключателей, кнопок). С пульта управления в линию связи поступает кодированный сигнал, обычно в виде последовательности импульсов с определёнными признаками. Из-за необходимости обеспечивать высокую надёжность передачи команд управления применяются специфические методы кодирования, а также методы обнаружения и исправления ошибок с помощью квитирования сигналов (повторения сигналов по обратному каналу). При приёме кодовая посылка преобразуется в управляющее воздействие на соответствующий исполнительный механизм (например, в простейшем случае - на реле, включающее двигатель).
При телемеханическом контроле информация передаётся в обратном направлении - от объекта к оператору. Контрольная информация о состоянии объекта поступает обычно с измерительных преобразователей (датчиков), реагирующих на изменения параметров объекта. Для удобства передачи такой информации используют кодирование и модуляцию или только одну модуляцию, в том числе двух- и трёхкратную (например, двухкратную частотную, широтно-импульсную и затем частотную модуляцию). На пульте управления после демодуляции и декодирования индикаторы воспроизводят значение измеряемого параметра или отображают изменение состояния (положения) объекта управления. Сообщения, передаваемые системой телемеханики, обычно содержат информацию двух видов: сигнализирующую, дающую качественную оценку состояния как отдельных органов управления объекта ("включено", "выключено", "открыто" и т. д.), так и объекта в целом ("стоит", "движется", "вверху", "внизу" и др.), а также параметров, характеризующих объект ("норма", "меньше нормы", "больше нормы", "авария" и др.), и измерительную, дающую количественную оценку контролируемого параметра (например, температуры, давления, напряжения в электрической цепи, угла поворота вала и т. д.). Поэтому и соответствующие процессы телемеханического контроля называются телесигнализацией и телеизмерением.
Телеуправление и телеконтроль отличаются от дистанционного управления и дистанционного контроля тем, что все сигналы управления и контроля передаются по одной линии связи (существуют многопроводные системы, однако число проводов в них существенно меньше числа управляемых или контролируемых объектов). Эта особенность телемеханики позволяет осуществлять передачу информации на расстояние с меньшими материальными затратами, чем при дистанционном управлении.
Для обеспечения независимой передачи (и приёма) многих сигналов по одному каналу связи в телемеханике применяется так называемое разделение сигналов, при котором сигналы сохраняют индивидуальные свойства и не искажают друг друга. Из множества способов разделения сигналов обычно применяется разделение по времени (каждому объекту отводится определённый интервал времени), по частоте (для каждого объекта устанавливается своя полоса частот), смешанное - частотно-временное и адресное (каждому контролируемому пункту присваивается адрес, и все сообщения обязательно начинаются с кода адреса выбранного контролируемым пунктом).
Теория телемеханики изучает вопросы формирования и преобразования телемеханических сигналов, передачи их по линиям связи с ограничивающей полосой пропускания частот и при наличии помех, представления информации оператору и технической реализации ТМС. К основным проблемам телемеханики относятся проблемы повышения достоверности передачи информации, эффективного использования каналов связи и создания экономичной и надёжной аппаратуры.
Первые попытки производить измерения и управлять работой машин на расстоянии относятся к концу 19 в.; термин "телемеханика" был предложен в 1905 французским учёным Э. Бранли. Первоначально с понятием телемеханика связывали представление об управлении по радио подвижными военными объектами. Известны случаи применения средств боевой техники, оснащенных устройствами управления на расстоянии, в 1-й мировой войне 1914-18. Практическое применение телемеханики в мирных целях началось в 20-х гг. 20 в. главным образом на железнодорожном транспорте.
Источник: БСЭ, 1969-1978 | Г. А. Шастова