Первые шаги в программирование

Современная автоматизация немыслима без
программирования.
И если вы ещё не пробовали это, то уже пора сделать...
...первые шаги в программирование

Технические средства автоматизации производства

Любая автоматизация невозможна без использования каких-либо технологий, будь то программные или инженерные решения.

Но если говорить об инженерии, то есть об автоматизации технологических процессов и производств, то здесь мы обязательно столкнёмся с необходимостью применять какие-то устройства: датчики, измерители, регуляторы, электроприводы, программы и программаторы и т.п.

Эти все устройства используются при создании автоматизированных систем управления (АСУ) и называются техническими средствами автоматизации (ТСА)...

Что такое ТСА

Выше я попытался простыми словами объяснить, что такое технические средства автоматизации (ТСА). Однако существуют официальная терминология и определения, которыми тоже не следует пренебрегать, становясь на путь автоматизатора. Одно из таких определений выглядит так:

Технические средства автоматизации (ТСА) - это приборы, устройства и технические системы, предназначенные для автоматизации производства. ТСА обеспечивают автоматическое получение, передачу, преобразование, сравнение и использование информации в целях контроля и управления производственными процессами.

Но на этом с официальной частью закончим и перейдём к вольному изложению...

Виды технических средств автоматизации

ТСА можно делить на виды и классифицировать по различным критериям. Но мне ближе всего деление по функциональным признакам. И по функциональным признакам я бы сгруппировал ТСА следующим образом:

  • Сбор и преобразование данных (ввод данных). Этим занимаются устройства, которые стоят на границе между миром людей и системой управления. Сигналы от этих устройств поступают в систему и дальше уже система решает, что с ними делать. То есть через устройства сбора данных мир людей влияет на мир машин - на систему (АСУ). Мир машин через них получает данные о мире людей. Устройства сбора данных в моём больном воображении видятся муравьями, которые непрерывно копошатся, всё время что-то ищут и несут найденное в свой муравейник - в свою систему. Правда, в отличие от муравьев, устройства сбора данных никуда не бегут, а остаются на месте. А вместо ног у них сигналы, которые передаются в систему разными способами.

Муравьи систем автоматизации

  • Передача данных по каналам связи. Иногда устройства сбора данных находятся далеко от системы. Они могут быть на другом производственном участке, в другом городе, в другой стране и даже на другой планете. Поэтому сигналы надо как-то передать в систему. Этим занимаются устройства передачи данных, или устройства связи. Если продолжить аналогию с нашим муравейником, то каналы связи - это лесные тропы, по которым муравьи-сборщики тащат данные в муравейник-систему. Но только теперь муравьи уже не устройства, а сигналы, которые могут быть чем угодно - от электрических импульсов до механических воздействий.
  • Обработка и хранение данных, управление системой. После того, как сигнал наконец-то добрался до системы, его надо как-то обработать. То есть изучить этот сигнал и принять решение, как отреагировать на изменение (или не изменение) сигнала. Этим и занимается “мозг” автоматизированной системы управления (АСУ).
  • Исполнительные устройства. После того, как система приняла и обработала сигнал, у неё созрел план по дальнейшим действиям. Она уже знает, что нужно делать - включить электродвигатель, закрыть клапан, выдать сообщение оператору или запустить процесс самоуничтожения. Но “мозг” ничего не сможет сделать без “рук” и “ног”. Поэтому системе нужны выходные данные и исполнительные устройства, с помощью которых она влияет на наш мир - мир людей.
  • Устройства защиты. Устройства защиты нужны для двух случаев: 1) чтобы защитить систему от людей; 2) чтобы защитить людей от системы. Устройства защиты позволяют в случае непредвиденных ситуаций предотвратить большие неприятности путём создания маленьких неприятностей. Например, отключение электродвигателя конвейера в случае попадания человека в опасную зону может привести к завалу этого конвейера продуктом, но зато спасёт человека от травмы или даже смерти.
  • Устройства для отображения (вывода) данных и взаимодействия с оператором. Несмотря на всё вышесказанное, большинство систем всё-таки недостаточно умны, чтобы работать без участия человека вообще. Поэтому они довольно часто советуются с человеком. Столкнувшись с ситуацией, в которой система не знает, что ей делать дальше, она задаёт вопрос человеку и тем самым перекладывает ответственность с разработчика системы на оператора (ну да, вот такие мы безответственные :-). Например, если система видит превышение тока нагрузки двигателя, но она также знает, что отключение этого двигателя приведёт к большим производственным потерям, то она лучше моргнёт лампочкой, пискнет звонком и выведет на экран предупреждение с вопросом. И пусть оператор решает, что ему делать дальше с этой проблемой…
  • Программные комплексы. Современные АСУ не обходятся без программного обеспечения. И хотя программы нельзя потрогать руками, они таки тоже являются техническими средствами. И, как вы догадались, на самом деле все решения принимает не система, а программист, который разрабатывал программы для этой системы.

Структура АСУ

А теперь чуть более подробно рассмотрим все эти средства автоматизации.

Классификация технических средств автоматизации

Продолжаем ту же песню, но берём на полтона выше. В музыке это называется модуляцией (не удивляйтесь, откуда я это знаю - у меня жена директор музыкальной школы))). И ещё скажу, что подзаголовок не вполне соответствует действительности. Просто я не додумался до чего-то лучшего.

Выше я рассказал о ТСА в такой вольной форме. Сейчас попробую быть более конкретным.

Сбор (ввод данных) и преобразование данных

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Кнопки, переключатели, клавиатуры, панели оператора
  • Датчики, измерительные преобразователи, видеокамеры
  • Усилители и преобразователи сигналов

Все эти устройства так или иначе взаимодействуют с окружающим миром, а результаты этого взаимодействия передают в АСУ (хотя устройства сбора данных тоже являются частью АСУ, поэтому более правильно сказать, что результаты передаются в модуль управления).

Например, при нажатии на кнопку замыкаются (или размыкаются) контакты. Если эти контакты подключены ко входу какого-то прибора, то изменение сигнала на входе даёт прибору понять, что произошло какое-то СОБЫТИЕ. И прибор реагирует на это событие в зависимости от заложенных в прибор сценариев (алгоритмов).

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Преобразователи интерфейсов
  • Коммутаторы, маршрутизаторы, разветвители сигналов (линий связи)
  • Модемы
  • Радиоканальные и другие беспроводные устройства (GSM, GPRS, Wi-Fi и т.п.)

Сигнал, сформированный каким-либо устройством сбора данных, надо как-то передать в систему. В случае с кнопкой всё просто - мы лишь замыкаем или размыкаем электрическую цепь, подключенную ко входу прибора.

Однако есть более сложные сигналы, и более сложные ситуации. Например, когда та же кнопка находится за 1000 километров от АСУ. В этом случае нам придётся применить какие-либо устройства связи и преобразования сигналов. Преобразование требуется для того, чтобы мы могли передать сигнал по каналу связи. Потому что на 1000 километров нельзя передать сигнал с кнопки напрямую - он просто не дойдёт. Да и никто не потянет кабель длиной 1000 км. из-за одной кнопки.

Обработка и хранение данных, управление системой

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Промышленные компьютеры
  • Программируемые логические контроллеры (ПЛК)
  • Программируемые реле
  • Микроконтроллеры и микропроцессорные системы
  • Регулирующие и управляющие приборы (в том числе программируемые)
  • Облачные сервисы, интернет вещей

Подробнее здесь

При создании современных АСУ обычно используются умные программируемые приборы. Хотя и простая автоматика тоже актуальна.

Устройства этой категории - это центр и “мозг” системы управления. Все поступающие в АСУ сигналы обрабатываются именно этими устройствами. Затем, в зависимости от значений поступающих сигналов, система принимает решение о дальнейших действиях.

Например, нажатие на кнопку ПУСК заставляет систему запустить производственную линию. А превышение температуры электродвигателя, которое зафиксировано датчиком температуры и передано в АСУ, заставляет систему отключить этот двигатель и выдать сообщение оператору, включить аварийную сигнализацию и т.п.

Исполнительные устройства

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Выходные устройства управления (реле, пускатели, контакторы)
  • Электромагниты, клапаны, задвижки
  • Электроприводы
  • Сервоприводы
  • Гидро- и пневмоприводы

АСУ имеет “мозг”, но не имеет “рук” и “ног”, которыми мог бы управлять этот “мозг”. Но зато у неё есть исполнительные устройства, с помощью которых система управляет процессами.

Например, если датчик уровня в баке, который наполняется водой с помощью насоса, сигнализировал системе, что бак заполнен, то система даёт команду на отключение насоса. Но напрямую насос, как правило, отключить нельзя. Поэтому выходной сигнал системы поступает на промежуточное реле, которое и отключает насос. А если насос очень мощный, то даже реле будет недостаточно - потребуется ещё и контактор.

Есть, разумеется, и более сложные случаи управления. Но на каждый из них найдётся какое-нибудь исполнительное устройство.

Устройства защиты

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Устройства блокировки и предохранения
  • Гальванические развязки
  • Автоматы защиты
  • Системы диагностики неисправностей и аварий
  • Системы производственной безопасности: обнаружение человека в опасных зонах, системы взрывопредупреждения и т.п.

Как правило, системы безопасности не являются основными функциями АСУ. Однако требования законодательства и ГОСТов заставляют разработчиков предусматривать хотя бы минимальный набор защитных функций.

Наиболее яркий пример - это установка двух кнопок включения на прессе. То есть человек не сможет включить пресс одной рукой, потому что ему надо будет нажать для этого одновременно две кнопки двумя руками (кнопки специально так расположены). Это защита от дурака - даже если захочешь сунуть руку под пресс, то не сможешь её повредить, потому что пресс можно включить только двумя руками.

Другой пример - установка датчика нахождения человека в опасной зоне. Как только человек появляется в зоне, где он может получить травму от оборудования, это оборудование автоматически отключается.

Устройства для отображения (вывода) данных и взаимодействия с оператором

Для выполнения этой функции применяются такие устройства как

  • Устройства звуковой и световой сигнализации (индикации) - в простейшем случае это обычные лампочки и звонки
  • Панели оператора (в том числе сенсорные)
  • Мониторы и другие устройства визуализации
  • Принтеры и другие печатающие и пишущие устройства

Как я уже говорил, любая система, даже самая умная, хотя бы иногда должна общаться с человеком. Хотя бы потому, что она создана человеком и для людей. А способов общения не так уж и много:

  • Обмен звуковой информацией
  • Обмен звуковой визуальной информацией

Телепаты могут ещё обмениваться мыслями )))

Вот для того, чтобы выдавать человеку нужную информацию, существуют устройства отображения (вывода) данных. Некоторые из них могут быть одновременно как устройством вывода, так и устройством ввода (например, панели оператора).

Программные комплексы

Здесь долго говорить не буду, потому что эта тема бесконечная, и требует отдельного рассмотрения. Просто знайте, что современные АСУ напичканы программным обеспечением. Причём это многоуровневое программное обеспечение. Например, ПЛК может иметь операционную систему, о наличии которой обычный инженер даже не догадывается.

ТСА - итоги

А теперь коротко о главном - важные выводы:

  • Как видите, даже видов ТСА достаточно много. А уж сколько сегодня существует всяких разных датчиков, приборов, ПЛК и готовых систем - это уму непостижимо. Поэтому изучать этот вопрос можно бесконечно. И не только можно, но и нужно. Потому что только так можно стать профессионалом с большой буквы.
  • Я знаю о ТСА достаточно много. И если вы не уверены, что знаете больше, то советую подписаться на новости этого сайта (кнопка справа вверху), потому что я постоянно буду добавлять сюда новые статьи. Все статьи я пишу сам, основываясь исключительно на своём опыте и своих знаниях. Так что “лажи” от наёмных копирайтеров вы на этом сайте не увидите.

Что почитать про ТСА

Век живи - век учись. Я постоянно это делаю, и вам советую. Так что если в ваших познаниях про ТСА есть пробелы, то вот небольшая подборка книг, которые могут эти пробелы заполнить…

Технические средства автоматизации и управления на основе IIoT/IoT - Ю.П.Страшун


Технические средства автоматизации и управления на основе IIoT/IoT - Ю.П.Страшун Книга рассказывает о задачах построения систем автоматизации на основе промышленного интернета вещей (IIoT). Это современное и перспективное направление автоматизации, в котором пока ещё достаточно мало специалистов. Несмотря на то, что это учебник для студентов, книга содержит пять глав и раскрывает все основные вопросы о ТСА, которые используются в IoT. В нашей стране таких изданий ещё очень мало. Во всяком случае мне пока попалось только одно - это. Год издания - 2021, 65 стр. Подробнее...

Подробнее...

Технические средства автоматизации и управления - Ю.А.Смирнов


Технические средства автоматизации и управления - Ю.А.Смирнов Пожалуй, самая объемная книга по ТСА из тех, которые мне попадались - 453 страницы любопытной информации. Книга имеет, можно сказать, классическое содержание. Правда, последовательность изложения довольно неожиданная - начинается всё с описания программно-технических комплексов и контроллеров. Но есть сведения и о датчиках, и о терморегуляторах, счётчиках, преобразователях и т.п. Есть также неожиданные темы (для меня), например, очень много говорится об устройствах и машинах на основе пьезо-, гидро-, электро-, опто- и других технологий. Год издания - 2021.

Подробнее...

Технические средства автоматизации и управления - В.А.Рогов, А.Д.Чудаков


Технические средства автоматизации и управления - В.А.Рогов, А.Д.Чудаков Тоже довольно объёмная книга - 405 стр. Чуть постарше своих собратьев, представленных на этой странице (год выпуска - 2017). Но зато она ближе к классическому изложению материала (в моём понимании). Очень много рассказывается о датчиках разных видов. Также целый раздел посвящён средствам преобразования данных. И третий раздел рассказывает об использовании информационных технологий в автоматизации.

Подробнее...

Технические средства автоматизации и управления - В.Г.Захатханов, В.А.Афонькина, В.М.Попов


Технические средства автоматизации и управления - В.Г.Захатханов, В.А.Афонькина, В.М.Попов Книга относительно небольшая - 141 стр. Год выпуска - 2017. И, пожалуй, она ещё ближе к классическому изложению материала. Если вы выбираете свою первую книгу по ТСА, то это, пожалуй, лучший вариант. Здесь вы получите все базовые знания о датчиках, регулирующих и исполнительных устройствах. То есть то, что надо новичку (или студенту) в автоматизации. Кроме того, вам ещё расскажут о моделировании несложных систем автоматического регулирования в среде MATLAB Simulink.

Подробнее...

Здорово, бедный брат студент...

Помните откуда эта фраза? Если да, то вы такой же страпёр, как и я ))) Потому что это фраза из песни Димы Маликова начала 90-х.

Однако все мы вечные студенты, независимо от возраста. Как только человек перестаёт учиться, он начинает деградировать. Но нам с вами это не грозит, не так ли?

Во всяком случае за себя я уверен. Ну и вас буду подтягивать по мере сил. У меня этих сил ещё много, мыслей ещё больше. Так что этот сайт будет наполняться новыми статьями постоянно. И если вы уж добрались до этого места, то не сочтите за труд - вернитесь обратно в начало страницы и подпишитесь на новости, чтобы ничего не пропустить.

Ну и пишите комментарии, если что не так. На а если так, то тем более...


Комментарии для сайта Cackle

Инфо-МАСТЕР ®
Все права защищены ©
e-mail: mail@info-master.su