Удиртгал хичээл

Орчин үед улс ардын аж ахуйн бүх салбарт технологийн үйл ажиллагааг автоматжуулах, удирдлагын автомат систем нэвтрүүлэх, туршилт тохируулгыг оновчтой хийх шаардлага маш өндөр түвшинд тавигдаж байна. Энэ шаардлагыг хангахын тулд инженерийн мэргэжлийн сургуулиудад машин төхөөрөмжийн удирдлагын системийн талаар онолын зохих түвшинд судлаж онолын мэдлэг практик үйл ажиллагаатай нягт уялдаатай үзэх ёстой.

Үйлдвэрийн процессын автоматжуулалтын онолын үндэс нь автоматик юм. Автоматик гэдэг нь автомат удирдлагын онол, автомат системийг зохион бүтээх зарчим, тэдгээрийг хийх техник хэрэгсэл буюу системийн элементүүдийг хамарсан шинжлэх ухаан техникийн салбар юм.

Машин төхөөрөмжийн удирдлагын системийн тухай ерөнхий ойлголт

Автомат систем гэдэг нь өгөгдсөн хамаарал бүхий даалгаврыг хүний шууд оролцоогүйгээр гүйцэтгэж байгаа удирдагдаж байгаа объект, удирдаж байгаа төхөөрөмж хоёрын хоорондоо харилцан үйлчилж байгаа цогц байдлыг хэлнэ.

Удирдлагын объект гэдэг нь тодорхой техникийн үйлдэл гүйцэтгэж байгаа тусгай техник хэрэгсэл ба тэдгээрийн хамтарсан цогц иж бүрдэлийг хэлнэ. Жишээ нь үйлдвэр цехийн тусгай машин, эсвэл төхөөрөмж, барилга замын машин, тээврийн хэрэгсэл, эрчим хүчний систем гэх мэт.

Техникийн процессыг алгоритмт функцээр бичиж болно. Өөрөөр хэлбэл бие биетэйгээ дараалан холбогдсон (математик болон логик үйлдлийн) процессыг зөв гүйцэтгэх нөхцөлийг хангах урьдчилсан бичиглэл юм.

Удирдлагын алгоритм нь удирдах үйлдлийг тодорхойлно. Өөрөөр хэлбэл өгөгдсөн алгоритм ба түүний функцийг хангаж байхаар объект дээр гаднаас зохион байгуулалттай үйлчлэх цогц үйлдэл юм.

Удирдлага нь янз бүрийн хэлбэрээр гүйцэтгэгдэнэ.  Автомат тохируулгын систем (АТС) нь тохируулагдах объект ба автомат тохируулга хоёроос бүрдсэн, үйлдвэрлэлийн процессыг автоматжуулахад чухал ач холбогдол бүхий удирдлагын автомат систем (УАС)-ийн тодорхой ангилал гэсэн үг юм.

УАС-д гадаад үйлдлийг ялгана. Өөрөөр хэлбэл гадна орчны үйлдэл системд болон дотоод нэг систем нөгөөдөө үзүүлэх нөлөөллийг ялган үзнэ. Системийн үйлдэл дамжуулагдах хэсгийн замыг үйлдлийн хэлхээ гэж нэрлэнэ.

УАС болон АТС-ийн  аль алинийх нь чухал хувьсагч нь удирдах (тохируулах) үйлдэл байдаг. Энэ нь объектод удирдаж (тохируулж)  байгаа төхөөрөмжөөр (тохируулагч төхөөрөмжөөр) үзүүлэх нөлөөллийг хэлэх ба объектын удирдагдаж байгаа (тохируулагдаж байгаа) гаралтын хэмжээг илэрхийлнэ.

Энэ үед хувьсагчийн алгоритмд урьдчилан бичигдсэн тохируулагдаж буй хэмжигдэхүүний өгөгдсөн утга ба объектын тухайн үеийн хугацааны бодит байдалд харгалзах явагдаж буй (урсгал) утга ялгарч явагдана.

УАС-ийн үйлдлийн хэлхээний төрлөөр нь битүү ба задгай гэж ангилна. Эхний тохиолдолд үйлдлийн дамжуулалтын хэлхээ нь битүү хүрээ үүсгэнэ. Хоёр дахид нь энэ хэлхээ задгай болно.

Удирдаж буй үйлдлийг хэлбэржүүлэх битүү УАС –д удирдагдаж буй хэмжигдэхүүний утгын талаархи мэдээллийг ашигладаг бол задгай системд ийт мэдээлэл байдаггүй.  

Автомат удирдлагын энгийн жишээг 1 дүгээр зургаар харуулав.

 

1-р зураг. Шингэн хадгалах сав.

1а зурагт шингэн хадгалах савны түвшингийн тохиргоо, нөлөөлөх хүчин зүйлийн хамаарлыг харуулсан энгийн автомат удирдлагын бүдүүвчийг харуулав. Уг системийн удирдаж буй үйлчлэлд орж байгаа элемент U нь саванд урсан орж буй усны зарцуулалт Q, удирдагдаж буй хэмжигдэхүүн y нь саванд байгаа усны түвшин Н, гадаад өдөөгч нь савнаас урсан гарч буй усны зарцуулалт G байна. Эдгээр хэмжигдэхүүнүүдийн хамаарлыг дараах байдлаар бичиж болно.

Энд:  S-Савны хөндлөн огтлолын талбай

Холбоостой хоёр савны /1 б зураг/ хувьд тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ.

Энэхүү системийн бүтцийн схемийг дараах байдлаар харуулав.

2-р зураг. Функциональ хамаарлын бүдүүвч

Удирдаж буй төхөөрөмжөөр хувиргаж байгаа объектын гаралтын хэмжигдэхүүн нь битүү УАС-д объектын оролтод буцах холбоо ашиглан орж байдаг.

Буцах холбоо гэдэг нь системийн гаралтын хэмжигдэхүүн (эсвэл түүний хэсэг) оролтод дамжуулагдаж байхыг хэлнэ. Өөрөөр хэлбэл үйлдлийн системийн үр дүнгийн үйлчлэл түүний шинж чанарт  нөлөөлнө гэсэн үг юм. Задгай удирдлагын системд буцах холбоо байхгүй.

Битүү УАС-ийн чухал төрлүүдийн нэг бол системийн автомат тохиргоо (САТ) байдаг. САТ гэдэг нь бодит утгыг өгөгдсөн тохируулагдаж байгаа утгатай харьцуулсан үр дүнг удирдаж байгаа (тохируулж байгаа) үйлдлээр хэлбэржих автомат динамик систем юм.

Статик болон статик биш САТ-ын үйлдлын зарчмыг тайлбарлахын тулд жишээ болгон саван дахь шингэний тохируулгын системийг авч үзье.

3-р зураг. А-гар тохируулга. Түвшин Н-ийг хөвөгч 1-ээр хэмжих ба кинематикаар зүүт хэмжих багажтай холбогдоно. Багажны заалтын тусламжтайгаар үйлчилгээний ажилтан 2 гэсэн хавхлагийн тусламжтайгаар Q шингэний алдагдлыг нөхөх шийдвэр гаргана. Энэ нь задгай системд хамрагдах бөгөөд энд гаралтын хэмжигдэхүүний өөрчлөлт (усны түвшингийн өндөр Н) оролтын хэмжигдэхүүнд /нөхөх/ үйлчлэхгүй.

Ийм системд зорилготой оролтын хэмжигдэхүүний өөрчлөлт нь гадаад үйлчлэл болж /бидний жишээн дээр хүний үйлдэл/ өгнө. 1-ын б зурагт автомат түвшин тохируулагчтай битүү системийг үзүүлэв. Түвшингийн өндөр Н-ийн өөрчлөлтөөр хавхлага 2-ын шилжилтийг хийж Q шингэний нөхөлтийг тохируулна. Тийм учраас объект дээрх тохируулагчаас тохируулж буй үйлдэл нь түвшин Н-ийн өөрчлөлт тохируулагдаж буй өгөгдсөн Н хэмжигдэхүүний хэмжээний өөрчлөлттэй шууд хамааралтай хэлбэлзэнэ.

Статистик бус САТ-ын жишээ болгож шингэний түвшинг тогтворжуулах систем болох зураг 1в-г үзэж болно.

Автомат хяналт гэдэгт автоматаар мэдээлэл цуглуулах, ялгах, хэмжих, дохиолол өгөх зэргийг багтаан ойлгож болно.

Автомат дохиолол нь технологийн процессын зөрчигдөл болон зөрчигдсан байрлал, ямар нэгэн физик үзүүлэлтийн аваарын болон хязгаарын нөхцөл байдлыг ажилчинд мэдрүүлэх зорилготой систем юм.

Автомат хэмжилт нь ажлын машин болон технологийн процессыг тодорхойлж буй физик хэмжигдэхүүнийг хэмжиж түүнийгээ тохируулах багаж, тусгай заагчид дамжуулна. Үйлчилж буй ажилчин хүн багажны заалтаар технологийн процессын чанар болон машин агрегатын ажлын горимын үнэлгээг өгнө.

Автомат ангилагч нь бүтээгдэхүүнийг хэмжээ, жин, хатуулаг, аглуун чанар болон бусад үзүүлэлтээр нь ялгаж хянах үйлдэл юм. Жишээ нь үр тариа, өндөг, жимс, төмс, эрдэс чулуулаг зэргийг ангилах үйлдэл орно.

Автомат мэдээлэл цуглуулагч нь тeхнологийн процессын явцын тухай мэдээлэл, гаргаж буй бүтээгдэхүүний тоо, хэмжээний тухай мэдээлэл зэргийг үйлчилж буй ажилчинд өгч боловсруулахад нь зориулж мэдээлэл цуглуулна.

Автомат хамгаалалт нь аваарын горим, хэвийн бус нөхцөл үүсэх үед үйлдвэрийн хянаж буй процессыг зогсоох техникийн хэрэгсэлийг хэлнэ. Жишээ нь: Цахилгааны төхөөрөмжид богино холболт үүссэн үед тодорхой хэсгийг салгах үйл явцыг автомат хамгаалалт гэж үзнэ. Нэг бол хэвийн бус горимыг арилгана.

Автомат хамгаалалт нь автомат дпохиолол болон удирдлагатай маш нягт холбоотой. Энэ нь удирдлагын эрхтэнд нөлөөлж үйлдлийн бий болсон тухай үйлчлэгч ажилчин хүнд мэдээлэл өгнө.

Релейнд үндэслэсэн хамгаалалт ажиллаж байвал релейны хамгаалалт гэж нэрлэнэ. Релейн  хамгаалалтыг цахилгааны янз бүрийн хэлхээ, цахилгаан станц, дэд станцуудад өргөн хэрэглэдэг. Автомат хаалтанд автомат блок багтана.

Автомат хаалтын  төхөөрөмж эь үндсэндээ тоног төхөөрөмжийг буруу залгаж салгахаас хамгаалахад чиглэгдсэн бөгөөд хамгийн гол нь аваарын эвдрэлээс хамгаална.

Автомат систем болон түүний хэсгийн байдал /объект, удирдаж буй төхөөрөмж гэх мэт/ оролт, гаралтын үйлдлийн хамаарлыг илэрхийлэн бичиж болно. Энэхүү оролтын үзүүлэлтийг Х, гаралтын үзүүлэлтийг У гэж нэрлэнэ.

Автомат систем нь хөдөлгөөнтэй хувьсах систем юм. Тэвгээрийн нэг тогтмон байдлаас нөгөөд хуьирах шилжилтийн процессын үр дүнд явагдана. Автомат системийн ажлын горимыг 2 ангилна. Үүнд: тогтонги систем ба хөдөлгөөнт систем орно. Тогтонги системийн үед тогтворжсон болон тэнцвэржсэн горимд байна. Энэ үед координатын систем тогтмол байна. Хөдөлгөөнт /шилжилттэй/ системийн үед хөдөлгөх эсвэл удирдах үйлдлийн нөлөөн дор системийн хөдөлгөөнд байх ба энэ үед координатын систем нь хугацааны өөрчлөлтөд хувьсан өөрчлөгдөж байна.

Системийн төлөв байдал заагдсан горимд тогтонги болон хөдөлгөөний шинжийг бичиж байдаг. Тогтонги горим дахь У-ын Х-ээс хамаарах хамаарлыг тогтонги шинж гэх ба  байна.

Хэрвээ энэ тэгшитгэл шугман хамааралтай бол У-ын Х дахь харьцаа нь чухал тоон үзүүлэлтийн тусламжтайгаар илэрхийлэгдэнэ. Энэ бол дамжуулалтын /хүчиллэгийн/ коэффициент бөгөөд  байна. Энд К коэффициент бол ерөнхий тохиолдод У-ын өөрчлөлтийг Х-ын өөрчлөлтөд харьцуулсан харьцаатай тэнцүү эсвэл статистик үзүүлэлтийн налалтын өнцгийн тангенстай тэнцүү байна.

К коэффициент нь У ба Х-ын хэмжигдэхүүний тэнцүү харьцааны хэмжээстэй байна. Энэ хэмжээс нь У ба Х нэгэн ижил нэгжтэй эсвэл харьцангуй нэгжээр илэрхийлэгдсэн (жишээ нь хамгийн их утгаас хувиар илэрхийлэгдсэн гэх мэт) үед хэмжээсгүй хэмжигдэхүүн байна. Статистик үзүүлэлтийн шугман шинж нь тогтмол коэффициенттэй шугман дифференциал тэгшитгэлээр бичигдсэн зөвхөн шугман системд оршино. Тэдгээрийн шинж чанар нь ажлын дурын горимын үед (хүчиллэгийн коэффициент, тогтмол хугацаа гэх мэт) бүх үзүүлэлтүүд тогтмол байдаг. Дээрхи шаардлага хангаагүй, шугаман дифференциал тэгшитгэлээр бичигдэхгүй систем ба элементүүдийг шугман бус систем гэж нэрлэнэ.

Автоматикийн үндсэн элементүүдийн нэг нь мэдрэх элементүүд байдаг бөгөөд тэдгээр элементүүдийн гол үүрэг нь хяналт тохируулгын мэдээллийг гаргахад чиглэгдэнэ. Өөрөөр хэлбэл машин, агрегатын технологийн процессын тухай мэдээллийг урьдчилан боловсруулах, гарган авахад зориулагдан ажиллах төхөөрөмж юм. Мэдрүүрийн гүйцэтгэх үүрэг нь нэг физик хэмжигдэхүүнийг нөгөөд хувирган дохиолол гаргахад оршино. Үзүүлэлтийг шууд хүлээн авах хувиргагчийн (жишээ нь: машин, түүний хэсгийн даралт, температурын өөрчлөлтийг) мэдрэгчийг мэдрэх элемент гэж нэрлэнэ. Энэ нь шууд нэгжээр эсвэл дам илрэх байж болно. Жишээ нь даралтыг Па-аар эсвэл цахилгаан эсэргүүцлийн хэмжээтэй харилцан хамааралтайгаар илэрхийлж болно.

Үндсэн элементийн дараа (хүлээн авах эрхтэн) үзүүлэлтийн тухай тохиромжтой хэлбэрийн дохиолол гарган авахаар хийгдсэн хувиргагчийг мэдрэгчийн системд байрлуулна.

Дохионы төрөл болон физикийн мөн чанар нь түүнийг цаашид ашиглах нөхцөл байдлаас хамааралтай болгодог. Энгийн тохиолдолд мэдрэгч нь хоёр үүрэг бүхий нэг хувиргагч элементээс бүрддэг. Үүнд: хүлээн авах болон хувиргах тийм мэдрэгчийн төрөлд термопар, эсэргүүцлийн термометрүүд багтана.

Нийлмэл ажиллагаатай мэдрүүр нь олон тооны хувиргагч элементтэй байна. Эдгээр нь тус бүрдээ бие даасан мэдрүүр шиг ашиглаж болох өөр төхөөрөмжүүд байж болно.

Мэдрэгч элементэд орж байгаа үзүүлэлтийг оролтын хэмжигдэхүүн гэх ба сүүлчийн хувиргагч элементийн дохиог гаралтын хэмжигдэхүүн гэнэ.

Мэдрүүрийг оролтын хэмжигдэхүүнээс нь хамааруулан ангилна. Жишээ нь шилжилтийн, температурын, даралтын, зарцуулалтын, түвшингийн гэх мэт.

Нэгэн төрлийн үзүүлэлтийг хамжихэд янз бүрийн үйлдлийн зарчим бүхий мэдрүүрийг ашиглаж болно. Мэдрүүрийн үйлдлийн зарчим нь түүний гаралтын хэмжигдэхүүнээр тодорхойлогдоно. Жишээ нь механик /шилжилт/, цахилгаан, шингэний эсвэл хийн дохиолол байж болно.

Автоматикийн системд электрон болон механик мэдрүүрийг илүүтэй хэрэглэдэг бол хийн, шингэний мэдрүүрийг бага хэрэглэдэг.

Параметрийн мэдрүүр гэдэг нь цахилгаан хэлхээний үзүүлэлтэд цахилгаан биш хэмжигдэхүүнийг хувиргах төхөөрөмж юм.  Жишээ нь эсэргүүцэл, генераторын мэдрүүр цахилгаан хөдөлгөгч хүчинд хувирч байдаг.