Автоматизация производственных процессов – основное направление, по которому в настоящее время продвигается производство во всем мире. Все, что раньше выполнялось самим человеком, его функции, не только физические, но и интеллектуальные, постепенно переходят к технике, которая сама выполняет технологические циклы и осуществляет контроль за ними. Вот такое теперь генеральное русло современных технологий. Роль человека во многих отраслях уже сводится лишь к контролеру за автоматическим контролером.
В общем случае под понятием «управление технологическим процессом» понимают совокупность операций, необходимых для пуска, остановки процесса, а также поддержания или изменения в требуемом направлении физических величин (показателей процесса). Осуществляющие технологические процессы отдельные машины, агрегаты, аппараты, устройства, комплексы машин и аппаратов, которыми необходимо управлять, в автоматике называют объектами управления или управляемыми объектами. Управляемые объекты весьма разнообразны по своему назначению.
Автоматизация технологических процессов – замена физического труда человека, затрачиваемого на управление механизмами и машинами, работой специальных устройств, обеспечивающих это управление (регулирование различных параметров, получение заданной производительности и качества продукта без вмешательства человека).
Автоматизация производственных процессов позволяет во много раз увеличивать производительность труда, повышать его безопасность, экологичность, улучшать качество продукции и более рационально использовать производственные ресурсы, в том числе, и человеческий потенциал.
Любой технологический процесс создается и осуществляется для получения конкретной цели. Изготовления конечной продукции, или же для получения промежуточного результата. Так целью автоматизированного производства может быть сортировка, транспортировка, упаковка изделия. Автоматизация производства может быть полной, комплексной и частичной.
Частичная автоматизация имеет место, когда в автоматическом режиме осуществляется одна операция или отдельный цикл производства. При этом допускается ограниченное участие в нем человека. Чаще всего частичная автоматизация имеет место, когда процесс протекает слишком быстро для того, чтобы сам человек мог в нем полноценно участвовать, при этом достаточно примитивные механические устройства, приводящиеся в движение при помощи электрического оборудования, отлично с ним справляются.
Частичная автоматизация, как правило, применяется на уже действующем оборудовании, является дополнением к нему. Однако, наибольшую эффективность оно показывает, когда включено в общую систему автоматизации изначально — сразу же разрабатывается, изготовляется и устанавливается как ее составная часть.
Комплексная автоматизация должна охватывать отдельный крупный участок производства, это может быть отдельный цех, электростанция. В этом случае все производство действует в режиме единого взаимосвязанного автоматизированного комплекса. Комплексная автоматизация производственных процессов целесообразна не всегда. Ее область применения – современное высокоразвитое производство, на котором используется чрезвычайно надежное оборудование.
Поломка одного из станков или агрегата тут же останавливает весь производственный цикл. Такое производство должно обладать саморегуляцией и самоорганизацией, которая осуществляется по предварительно созданной программе. При этом человек принимает участие в производственном процессе лишь в качестве постоянного контролера, отслеживающего состояние всей системы и отдельных ее частей, вмешивается в производство для пуска-запуска и при возникновении внештатных ситуаций, или при угрозе такого возникновения.
Наивысшая ступень автоматизации производственных процессов – полная автоматизация . При ней сама система осуществляет не только процесс производства, но и полный контроль над ним, который проводят автоматические системы управления. Полная автоматизация целесообразна на рентабельном, устойчивом производстве с устоявшимися технологическими процессами с неизменным режимом работы.
Все возможные отклонения от нормы должны быть предварительно предусмотрены, и разработаны системы защиты от них. Также полная автоматизация необходима для работ, которые могут угрожать жизни человека, его здоровью или же проводятся в недоступных для него местах – под водой, в агрессивной среде, в космосе.
Каждая система состоит из компонентов, которые выполняют определенные функции. В автоматизированной системе датчики снимают показания и передают для принятия решения по управлению системой, команду выполняет уже привод. Чаще всего это электрическое оборудование, так как именно при помощи электрического тока целесообразнее выполнять команды.
Следует разделять автоматизированные систему управления и автоматические. При автоматизированной системе управления датчики передают показания на пульт оператору, а он уже, приняв решение, передает команду исполнительному оборудованию. При автоматической системе – сигнал анализируется уже электронными устройствами, они же, приняв решение, дают команду устройствам-исполнителям.
Участие человека в автоматических системах все же необходимо, пусть и в качестве контролера. Он имеет возможность вмешаться в технологический процесс в любой момент, откорректировать его или же остановить.
Так, может выйти из строя датчик температуры и подавать неправильные показания. Электроника в таком случае, будет воспринимать его данные, как достоверные, не подвергая их сомнению.
Человеческий разум во много раз превосходит возможности электронных устройств, хотя по быстроте реагирования уступает им. Оператор, может понять, что датчик неисправен, оценить риски, и просто отключить его, не прерывая процесс. При этом он должен быть полностью уверен в том, что это не приведет к аварии. Принять решение ему помогает опыт и интуиция, недоступные машинам.
Такое точечное вмешательство в автоматические системы не несет с собой серьезных рисков, если решение принимает профессионал. Однако, отключение всей автоматики и перевод системы в режим ручного управления чреват серьезными последствиями из-за того, что человек не может быстро реагировать на изменение обстановки.
Классический пример – авария на Чернобыльской атомной электростанции, ставшая самой масштабной техногенной катастрофой прошлого века. Она произошла именно из-за отключения автоматического режима, когда уже разработанные программы по предотвращению аварийных ситуаций не могли влиять на развитие обстановки в реакторе станции.
Автоматизация отдельных процессов началась в промышленности еще в девятнадцатом веке. Достаточно вспомнить автоматический центробежный регулятор для паровых машин конструкции Уатта. Но лишь с началом промышленного использования электричества стала возможной более широкая автоматизация уже не отдельных процессов, а целых технологических циклов. Связано это с тем, что до этого механическое усилие на станки передавалось с помощью трансмиссий и приводов.
Централизованное производство электроэнергии и использование ее в промышленности по большому счету, началось лишь с двадцатого века — перед Первой мировой войной, когда каждый станок был оснащен собственным электродвигателем. Именно это обстоятельство дало возможность механизировать не только сам производственный процесс на станке, но механизировать и его управление. Это был первый шаг к созданию станков-автоматов . Первые образцы которых появились уже в начале 1930-х годов. Тогда и возник сам термин «автоматизированное производство».
В России – тогда еще в СССР, первые шаги в этом направлении были сделаны в 30-40-е годы прошлого века. Впервые автоматические станки были использованы в производстве деталей для подшипников. Затем появилось первое в мире полностью автоматизированное производство поршней для тракторных двигателей.
Технологические циклы соединились в единый автоматизированный процесс, начинавшийся с загрузки сырья и заканчивающийся упаковкой готовых деталей. Это стало возможно, благодаря широкому применению современного на то время электрооборудования, различных реле, дистанционных выключателей, и конечно же, приводов.
И только появление первых электронно-вычислительных машин позволило выйти на новый уровень автоматизации. Теперь уже технологический процесс перестал рассматриваться, как просто совокупность отдельных операций, которые нужно совершать в определенной последовательности для получения результата. Теперь весь процесс стал единым целым.
В настоящее время автоматические системы управления не только ведут производственный процесс, но также контролируют его, отслеживают возникновение внештатных и аварийных ситуаций. Они запускают и останавливают технологическое оборудование, отслеживают перегрузки, отрабатывают действия в случае аварий.
В последнее время автоматические системы управления позволяют достаточно легко перестраивать оборудование на производство новой продукции. Это уже целая система, состоящая из отдельных автоматических многорежимных систем, соединенных с центральным компьютером, который увязывает их в единую сеть, и выдает задания для исполнения.
Каждая подсистема является отдельным компьютером со своим программным обеспечением, предназначенным для выполнения собственных задач. Это уже гибкие производственные модули. Гибкими их называют потому, что их можно перенастроить на другие технологические процессы и тем самым расширять производство, версифицировать его.
Вершиной автоматизированного производства являются промышленные роботы. Автоматизация пронизало производство сверху донизу. Автоматически работают транспортная линия по доставке сырья для производства. Автоматизировано управление и проектирование. Человеческий опыт и интеллект используется лишь там, где его не может заменить электроника.
Идёт приём заявок
Подать заявку 
Для учеников 1-11 классов и дошкольников
- Хакимова Ирина ВикторовнаНаписать 3634 17.01.2017
Номер материала: ДБ-106872
-
17.01.2017 749
-
17.01.2017 252
-
17.01.2017 896
-
17.01.2017 9724
-
17.01.2017 285
-
17.01.2017 782
-
17.01.2017 739
Не нашли то что искали?
Вам будут интересны эти курсы:
Все материалы, размещенные на сайте, созданы авторами сайта либо размещены пользователями сайта и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Авторские права на материалы принадлежат их законным авторам. Частичное или полное копирование материалов сайта без письменного разрешения администрации сайта запрещено! Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения авторов.
Ответственность за разрешение любых спорных моментов, касающихся самих материалов и их содержания, берут на себя пользователи, разместившие материал на сайте. Однако редакция сайта готова оказать всяческую поддержку в решении любых вопросов связанных с работой и содержанием сайта. Если Вы заметили, что на данном сайте незаконно используются материалы, сообщите об этом администрации сайта через форму обратной связи.
Основополагающими понятиями при рассмотрении принципов автоматизации технологических процессов являются понятия системы, автоматизации и управления.
Под системой (рис. 1.1) понимается некоторая сущность, состоящая из многих компонентов и реагирующая на воздействия внешней среды. Система способна воспринимать информацию из внешней среды, перерабатывать ее по некоторым свойственным ей алгоритмам и таким образом оказывать воздействие па внешнюю среду. Для связи с внешним миром у системы имеются входы и выходы.
На практике можно выделить системы естественного и искусственного происхождения, а также комбинированные.
Примером естественной системы может служить человек или животное. Система «человек» получает информацию через органы чувств, т.е. через органы зрения, обоняния, осязания, вкуса, слуха. Способность системы разговаривать, писать, двигаться обеспечивает выход информации.
Рис. 1.1. Обобщенная схема системы
Пример искусственной системы — система управления микроклиматом в теплице. Информация о состоянии внешней среды от датчиков температуры и влажности поступает в систему Выходом является поступление тепла от калорифера или движение фрамуг, увлажнение почвы и воздуха.
В комбинированных системах часть функций выполняется автоматическими устройствами, а часть — человеком.
Каждая система может состоять из множества подсистем, имеющих свои входы и выходы для контакта с внешней средой и другими подсистемами. Отличительными признаками каждой системы являются информационные параметры, алгоритм функционирования и способ воздействия данной системы или подсистемы на внешнюю для нее среду.
В современной автоматике системы управления разделяют на автоматизированные системы управления производством (АСУП), автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системы автоматического управления технологическими процессами (САУ ТП).
АСУП — это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации и управления в различных сферах, главным образом в организационно-экономической деятельности человека, например: управление хозяйственно-плановой деятельностью отрасли, предприятием, комплексом, территориальным регионом.
АСУ ТП — это тоже человеко-машинная система, предназначенная для контроля режимов работы, сбора и обработки информации о протекании технологических процессов локальных производств. Обычно АСУ ТП охватывают отдельные цеха, животноводческие фермы и птицефабрики, хранилища, хозяйства и агрообъедииепия.
САУ ТП представляет собой совокупность автоматических управляющих устройств и управляемого объекта, взаимодействующих друг с другом без непосредственного участия человека. Это чисто технические устройства, непосредственно выполняющие заданный алгоритм функционирования установок, действующих независимо друг от друга. Они находятся па самой низкой ступени иерархической лестницы системы управления, па средней ступени находятся АСУ ТП и на более высокой — АСУП.
АСУ подразделяют па автоматизированные и автоматические.
Система автоматизированная — совокупность управляемого объекта, измерительной, преобразующей, передающей и исполнительной аппаратуры, в которой получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется частично автоматически, а частично с участием людей-операторов.
Система автоматическая — совокупность управляемого объекта, измерительной и управляющей аппаратуры, в которой (в отличие от системы автоматизированной) получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется автоматически, без участия человека.
Автоматизация — применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, частично или полностью освобождающих человека от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации [40, с. 10].
Автоматизируются: технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы; проектирование сложных агрегатов, промышленных сооружений, производственных комплексов; организация, планирование и управление в рамках цеха, предприятия, строительства, отрасли и т.д.; научные исследования, медицинское и техническое диагностирование, программирование, инженерные расчеты и т.д.
Цель автоматизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, отстранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья.
В зависимости от функций, выполняемых специальными автоматическими устройствами, различают следующие основные виды автоматизации [30, с. 7]: автоматический контроль, автоматическую защиту и автоматическое управление.
Автоматический контроль включает автоматическую сигнализацию, измерение, сортировку и сбор информации.
Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения обслуживающего персонала о предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, о месте и характере нарушений технологического процесса (ТП).
По характеру сигнала она бывает световой, звуковой, смешанной. Световая сигнализация может осуществляться ровным светом, мигающим светом, горением сигнальных ламп неполным накалом, световыми указателями различных цветов. Звуковая сигнализация может отличаться по тембру звукового сигнала (звонок, гудок, сирена и т.д.).
При появлении допустимых отклонений от нормальных значений контролируемых или регулируемых величин, при нарушениях нормального режима работы отдельных агрегатов или всей установки в целом используется предупредительная сигнализация (рис. 1.2), которая указывает обслуживающему персоналу па необходимость принятия определенных мер для устранения возникающих неисправностей.
Предупредительная сигнализация обычно выполняется индивидуально в виде табло или транспаранта, загорающегося при подаче сигнала, определяющего характер и место возникновения ненормального режима, а также в виде общего для щита управления звукового сигнала, предназначенного для привлечения внимания эксплуатационного персонала.
Автоматическое измерение позволяет измерять и передавать па специальные указательные или регистрирующие приборы значения физических величин, характеризующих технологический процесс или работу машин. Обслуживающий персонал по показателям приборов судит о качестве технологического процесса или о режиме работы машин и агрегатов.
Автоматическая сортировка осуществляет контроль и разделение продуктов по размеру, весу, твердости, вязкости и другим показателям (например, сортировка зерна, яиц, фруктов, картофеля и т.п.).
Рис. 1.2. Унифицированная схема предупредительной сигнализации: ОК — объект контроля; ПП — первичный преобразователь; УПУ — усилительно-преобразовательное устройство; Ис — индикатор (сигнализатор); ВВ — возмущающее воздействие; X(t) — действительное значение
Автоматический сбор информации предназначен для получения информации о ходе ТП, качестве и количестве выпускаемой продукции и для дальнейшей обработки, хранения и выдачи этой информации обслуживающему персоналу
Автоматическая защита представляет собой совокупность технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов прекращают контролируемый производственный процесс (рис. 1.3). Первичный преобразователь преобразует контролируемый параметр Х< в сигнал X2, который усиливается в усилительно-преобразовательном устройстве до величины Х% и подается на исполнительное устройство (ИУ). Сигнал Х4 ИУ используется для отключения кинематического или энергетического привода объекта защиты. Автоматическая защита тесно связана с автоматическим управлением и сигнализацией. Она воздействует на органы управления и оповещает обслуживающий персонал об осуществленной операции.
Автоматическое управление включает комплекс технических средств и методов по управлению, обеспечивающих пуск и остановку основных и вспомогательных устройств, безаварийную работу, соблюдение требуемых значений параметров в соответствии с заданными технологическими требованиями.
Управление (управляющее воздействие) — целенаправленное воздействие на объект, в результате которого он переходит в требуемое состояние.
Сочетание комплекса технических устройств, реализующих автоматическое управление, с объектом управления (ОУ) называют системой автоматического управления.
Рис. 1.3. Унифицированная схема автоматической защиты:
- 03 — объект защиты; ПП — первичный преобразователь; УПУ — усилительно- преобразовательное устройство; ИУ — исполнительное устройство; ВВ — возмущающее воздействие
- 13
Контрольные вопросы и задания
Уровень автоматизации — рациональное распределение функций между человеком и автоматическими устройствами; определяется на стадии разработки технического проекта автоматизации ТП.
Объем автоматизации — совокупность технических средств автоматического управления, контроля, сигнализации и защиты, обеспечивающих нормальное функционирование объекта автоматизации.
Контрольные вопросы и задания
- 1. Раскройте содержание основополагающих понятий автоматизации технологических процессов.
- 2. Какова цель автоматизации?
- 3. Перечислите основные виды автоматизации. Приведите их краткую характеристику.
