Исполнительные механизмы

Исполнительный механизм (ИМ} — это устройство, воздейству­ющее на объекты в соответствии с полученным управляющим сигналом.

Рассмотрим на примерах, как исполнительные механизмы вос­принимают управляющие сигналы и выполняют предписанные ими действия.

В подразд. 2.2.3 был рассмотрен алгоритм сортировки изделий. Не учитывая организацию повторения цикла и измерения диа­метра изделия, рассмотрим выполнение команд Поместить изде­лие в магазин № 1 и Поместить изделие в магазин № 2. Очевидно, что исполнительный механизм, выполняющий эти действия, дол­жен иметь некий рычаг, сдвигающий изделие с конвейера либо в сторону первого магазина, либо в сторону второго магазина. В та­кой ситуации на ИМ может подаваться сигнал, например, в виде

43

электрического тока, протекающего либо в одном, либо в другом направлении. Электрический ток обладает энергией, за счет кото­рой может производиться перемещение рычага. Информация о номере магазина выражается направлением тока, в зависимости от которого рычаг смещается в ту или другую сторону.

В подразд. 2.2.3 также был рассмотрен алгоритм погрузки кон­тейнеров. Легко представить кран, который поднимает контей­нер, переносит его к вагону и погружает в вагон. Вопрос заключа­ется в том, какие сигналы надо подавать крану для выполнения этих действий.

Пусть подъем и перемещение груза осуществляются с помо­щью электродвигателей, которые являются исполнительными механизмами. Тогда сигнал может представлять собой электриче­ское напряжение, которое подается на двигатель в течение како­го-то времени.

Очевидно, что чем больше это время, тем на большую высоту кран поднимет груз и на большее расстояние его переместит. Сле­довательно, информация в этом сигнале представлена его дли­тельностью, т.е. временем подачи напряжения на электродвига­тель.

Для выполнения команды Поднять очередной контейнер напря­жение подается на двигатель подъема груза в течение времени, необходимого для подъема груза на достаточную высоту. Для вы­полнения следующей команды Переместить контейнер к вагону напряжение подается на двигатель, перемещающий кран с гру­зом, в течение времени, необходимого для перемещения груза от контейнерной площадки до вагона. Для выполнения команды Погрузить контейнер в вагон напряжение подается на двигатель, опускающий груз, в течение времени, необходимого для опуска­ния груза до пола вагона.

Конечно, выполнение алгоритмов представлено здесь упрощен­но, но оно позволяет понять, какими могут быть сигналы и как на них реагируют ИМ.

Наиболее часто в автоматических системах используются электрические ИМ. Однако существуют механизмы, использую­щие в качестве источника энергии сжатый воздух, — пневмопри­воды. В гидроприводах используется энергия жидкости под давлени­ем. Чаще эти механизмы являются комбинированными и исполь­зуют еще и электрическую энергию.

Датчики

В подразд. 2.2.2 был рассмотрен алгоритм изготовления бутерб­рода. Это алгоритм с ветвлением, и выполняемые действия зави­сят от того, есть ли хлеб в хлебнице. Как это проверить?

44

Если исполнителем алгоритма являетесь вы, то вам достаточно заглянуть в хлебницу. Информацию о том, есть ли там хлеб, вы получите с помощью органов зрения — глаз.

У машины глаз нет, поэтому машине — исполнителю алгорит­ма — требуется какое-то устройство, которое сообщало бы ей нужную информацию. В данном случае это должна быть информа­ция типа «есть —нет». Аналогичное устройство необходимо для выполнения алгоритма сортировки изделий, рассмотренного в подразд. 2.2.3 (там нужно было определить наличие изделий на конвейере). Каким может быть такое устройство и как оно может определить наличие или отсутствие хлеба в хлебнице или детали на конвейере, будет рассмотрено далее.

В подразд. 2.2.4 был рассмотрен алгоритм нагрева детали до нуж­ной температуры. В этом алгоритме есть условие Если температура меньше /, то... Как узнать температуру детали? Для этого нужно какое-то устройство, получающее информацию о температуре и передающее ее дальше для использования при выполнении алго­ритма. Причем это уже не простейшая информация типа «есть — нет», а информация о текущем значении температуры, изменяю­щейся в широком диапазоне.

По этим примерам можно сделать вывод, что для выполнения алгоритмов кроме исполнительных механизмов нужны устройства, умеющие получать информацию об объектах окружающего мира, в том числе воспринимать физические величины, характеризую­щие свойства и состояние этих объектов (перемещение, темпера­туру, влажность, давление, электрическое напряжение и т.д.). Полученную информацию они должны передавать тому, кто бу­дет использовать ее для принятия решения о дальнейших дей­ствиях, — оператору или управляющему устройству.

Поскольку в автоматических системах практически всегда ис­пользуются электрические сигналы, именно их мы и будем рас­сматривать далее как носителей полезной информации. Таким об­разом, рассматриваемые устройства должны формировать элект­рические сигналы, которые содержат информацию о свойствах и состоянии объектов окружающего мира. Устройства, выполняю­щие эту функцию, называются датчиками.

Датчики — это устройства, которые преобразуют физические величины, характеризующие свойства и состояние объектов, в сигналы.

Если речь идет об автоматизации технологического процесса, то датчики получают информацию о свойствах и состоянии обра­батываемых материалов, оборудования, реализующего техноло­гический процесс, выпускаемых изделий и т.д. Эти свойства и состояния могут характеризоваться различными физическими ве­личинами, которые называются параметрами технологического процесса, или технологическими параметрами.

45

Параметрами называются физические величины, которые ха­рактеризуют свойства и состояние объектов.

Существуют датчики перемещения, скорости, температуры, давления, влажности и др. (см. гл. 4). В автоматических устройствах их называют датчиками технологических параметров. Так как па­раметры могут быть как аналоговыми, так и дискретными, датчи­ки тоже подразделяются на аналоговые (датчики перемещения, температуры и т.д.) и дискретные (датчики состояния (напри­мер, «включено—выключено»), количества и т.д.).

Каналы связи

Оператор или управляющее устройство с помощью сигналов передает исполнительным механизмам информацию о требуемых действиях, а датчики с помощью сигналов сообщают о состоянии связанных с ними объектов. Как происходит передача сигналов?

При использовании электрических сигналов под каналом свя­зи понимают, как правило, обычную двухпроводную электриче­скую линию, которая конструктивно может как состоять из от­дельной пары проводов, так и являться частью многопроводного кабеля.

В последнее время широко применяются также оптические ка­бельные линии связи с использованием лазеров и волоконной оптики. Они позволяют передавать одновременно огромное коли­чество сигналов, но требуют установки специальной аппаратуры на обоих концах оптоволоконного кабеля. Эта аппаратура тоже является частью канала связи.

Канал связи — это совокупность технических устройств, обес­печивающих передачу сигналов.

В автоматизированных системах каналы связи играют важную роль, особенно если объекты управления занимают большую тер­риторию и отдалены от оператора или управляющего устройства на значительное расстояние.

Именно в каналах связи сигналы подвергаются наибольшим искажениям из-за воздействия естественных (а иногда и искусст­венно создаваемых) помех. Поэтому передача сигналов с высокой точностью и без искажений возможна лишь при правильном вы­боре каналов связи и их грамотном конструктивном исполнении. Например, недопустима прокладка электрических кабелей, по которым передаются слабые информационные сигналы от датчи­ков, рядом с кабелями, передающими мощные сигналы управле­ния к исполнительным механизмам.

По мере прохождения сигналов по линии связи их мощность уменьшается, так как в кабелях происходит затухание сигналов из-за потерь энергии. Затухание сигналов — одна из важных ха-

 рактеристик линий связи. Другой важной характеристикой линий связи является пропускная способность. Она показывает макси­мальное количество информации, которое можно передать без ошибок по линии связи за единицу времени.

Для снижения стоимости каналов связи при их большой про­тяженности в качестве линий связи стремятся использовать ли­нии, предназначенные для других целей. Широко используются телефонные линии (например, для выхода в Интернет) и даже линии электропередачи. Такие линии наряду со своей основной функцией — передачей электроэнергии переменного тока про­мышленной частоты 50 Гц — передают информационные сигна­лы на частотах от 30 до 500 кГц.

В зависимости от возможного направления передачи сигналов каналы связи подразделяются на симплексные (сигналы передают­ся в одном направлении), дуплексные (сигналы могут одновре­менно передаваться в обоих направлениях) и полудуплексные (с переключением направления).