Роль автоматизации в техническом прогрессе. Автоматизация технологических процессов (АТП) — это высокий уровень комплексной автоматизации и электрификации сельскохозяйственного производства, при котором человек-оператор полностью или частично заменен специальными техническими средствами контроля и управления.
Механизация, электрификация и автоматизация технологических процессов способствуют повышению производительности труда в сельском хозяйстве при неуклонном сокращении его ручной доли.
Внедрение средств автоматизации стало возможным только после комплексной механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. В мире непрерывно идет научно-исследовательская работа по созданию для сельского хозяйства систем автоматики и приборов специфического назначения, внедрение которых даст значительный экономический эффект. При этом большое значение имеют автоматические системы управления (АСУ) с управляющими микро- ЭВМ. Последние позволяют управлять технологическими процессами (ТП) и производством в целом в оптимальных режимах и значительно экономят затраты труда на единицу продукции.
С помощью средств автоматизации сельскохозяйственного производства можно повысить надежность и продлить срок службы технологического оборудования, облегчить и оздоровить условия труда, повысить его безопасность.
Краткий очерк развития автоматизации. Автоматизацию производства осуществляют с помощью специальных технических средств, которые состоят из большого числа отдельных элементов. Слово «автомат» произошло от древнегреческого «аутоматос», что означает самодействующий аппарат.
Первые дошедшие до нас сведения об автоматических устройствах относятся к началу нашей эры, однако практический интерес к автоматике появился в эпоху промышленного переворота в Европе (XVIII—XIX вв). В 1765 г. И. И. Ползунов изобрел автоматический регулятор питания парового котла, а
в 1784 г. Уайтт разработал автоматический регулятор скорости паровой машины. Оба эти открытия в скором времени стали широко применять в технике.
Первыми автоматическими устройствами в электротехнике были регулятор напряжения Э. X. Ленца и Б. С. Якоби, а также дифференциальный регулятор для дуговых ламп В. Н. Чи- колева, предложенные в середине XIX в.
Широкое внедрение автоматических устройств в производство началось после Первой мировой войны и продолжается до настоящего времени. Элементная база автоматики прошла несколько этапов своего развития.
На первом этапе (и до сих пор) в сельском хозяйстве широко использовали релейно-контактную аппаратуру: реле, магнитные пускатели, распределители, переключатели и т. д. В 30-е годы прошлого столетия широкое распространение в промышленной автоматике получили электронные лампы и различные электровакуумные приборы. Эти приборы из-за ряда недостатков не были приспособлены для широкого использования в автоматике сельскохозяйственного производства. Ограниченный срок службы, низкая виброустойчивость, работа только при положительных температурах и относительной влажности не выше 80%, отсутствие мгновенной готовности к действию из-за наличия цепей разогрева и другие недостатки сдерживали их внедрение в производственные процессы.
На втором этапе, который относится к 50—60-м годам XX века, появились многочисленные полупроводниковые элементы: диоды, триоды, тиристоры, симмисторы и т. д. Эти элементы стали широко использовать при автоматизации сельскохозяйственного производства, так как они имеют практически неограниченный срок службы, высокую виброустойчивость, мгновенную готовность к действию, широкий диапазон мощностей, легко компонуются с релейно-контактной аппаратурой и электрическими исполнительными механизмами.
Одновременно был создан широкий класс гидравлических и, что особенно важно, пневматических логических и функциональных элементов, обладающих некоторыми преимуществами перед электрическими. Эти элементы дешевле и проще по устройству, взрыво- и пожаробезопасны (так как они без электрических цепей), имеют большую коррозийную стойкость и высокую безотказность работы.
На третьем этапе, относящемся к 70-м годам, появилось новое направление в создании узлов автоматики и вычислительной техники на принципиально новых элементах, которые были названы интегральными микросхемами. Эти элементы обусловили существенную микроминиатюризацию автоматических устройств.
На четвертом (сегодняшнем) этапе происходит широкое внедрение вычислительной и микропроцессорной техники. Как интегральные, так и функциональные элементы выполняют на так называемых твердых схемах, представляющих собой монолитные полупроводниковые блоки с неоднородной структурой, принцип действия которых основан на физических свойствах твердого тела.
Интегральные и функциональные микросхемы — основная фундаментальная база развития новой электронной аппаратуры, характеризующейся высокой надежностью работы (интенсивность отказов 10“ 9 1 /ч) из-за отсутствия внутрисхемных соединений и хорошей защиты отдельных ее компонентов от внешних воздействий.
Особенности автоматизации сельскохозяйственного производства. При автоматизации сельского хозяйства учтен богатый опыт автоматизации промышленности. Вместе с тем к методам и средствам автоматизации, применяемым в животноводстве и растениеводстве, предъявляют специфические требования, обусловленные характерными особенностями этих отраслей сельскохозяйственного производства. В отличие от промышленности в сельском хозяйстве к объектам автоматизации помимо техники относятся почва и живые организмы, т. е. машинная технология тесно связана с биологическими процессами. Производственные процессы в сельском хозяйстве сложны и многообразны, имеют большой объем технологической информации и тесную взаимосвязь. Это обусловливает большое разнообразие технологических процессов сельскохозяйственных машин и установок, многие из которых далеко не всегда приспособлены для применения на них устройств автоматики.
В сельскохозяйственном производстве используют свыше 3000 наименований машин по типам, почти 60 % из которых предназначены для полеводства и около 30 % — для животноводства и птицеводства. Следует отметить также рассредоточенность сельскохозяйственной техники по большим площадям и удаленность ее от ремонтной базы, относительно малую мощность установок, низкие скорости движения, сезонность работы в году и непродолжительность использования в течение суток, а также невысокий уровень квалификации операторов. Даже в животноводстве, где операции совершаются и по-
вторяются ежедневно по определенному циклу, общая продолжительность работы машин относительно мала. Следовательно, средства автоматики должны быть очень разнотипными, относительно дешевыми, простыми по устройству и надежными в эксплуатации.
Основная особенность сельскохозяйственного производства заключается в неразрывной связи техники с биологическими объектами (животными, растениями), для которых характерны непрерывность процессов образования продукции и цикличность ее получения, невозможность увеличения выпуска продукции за счет ускорения производства. В этих условиях автоматика должна работать достаточно надежно, так как такой процесс нельзя прервать и практически невозможно наверстать упущенное за счет интенсификации последующего периода.
Возмущающие воздействия имеют высокую степень неоднородности и случайности. У многих сельскохозяйственных объектов автоматики контролируемые и регулируемые параметры распределены как по технологическому процессу (или большому объему), так и во времени. Например, в нагревательных установках и сушилках, зернохранилищах и овощехранилищах, теплицах и животноводческих помещениях необходимо контролировать по всему объему температуру, влажность, газосодержание, освещенность и т. п. Для таких объектов системы автоматики должны иметь оптимальное число датчиков и исполнительных органов и в то же время обеспечивать управление параметрами во всех рассредоточенных зонах с заданной точностью и надежностью.
Большинство сельскохозяйственных установок работает на открытом воздухе, для которого характерны: изменение влажности и температуры в широком диапазоне, наличие примесей, пыли, мякины, песка в полеводстве или агрессивных газов (аммиака, сероводорода и диоксида углерода — углекислого газа) в животноводстве, а также значительные вибрации.
Условия работы средств автоматики в сельском хозяйстве остаются очень тяжелыми, а вероятность возникновения их неисправностей значительно выше, чем в других отраслях. Вследствие перечисленных особенностей методы и средства автоматизации сельскохозяйственного производства существенно отличаются от методов и средств автоматизации промышленности.
Для грамотного выбора, монтажа и эксплуатации технических средств автоматики нужны высококвалифицированные специалисты. Выпускникам техникумов и колледжей по специализации «Автоматизация сельскохозяйственного производства» предстоит решать проблемы научно-технического, организационно-технологического и социально-экономического характера. Они должны хорошо знать технологию производства, его организацию, экономику и планирование, разбираться в механических, электрических, гидравлических и пневматических устройствах автоматики, уметь читать принципиальные схемы и владеть навыками правильной эксплуатации автоматических систем.
Автоматизация производства — это процесс, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация — это основа развития современной промышленности, генеральное направление научно-технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную, комплексную и полную.
При частичной автоматизации часть функций управления производством автоматизирована, а часть выполняется рабочими-операторами (полуавтоматические комплексы). Как правило, такая автоматизация осуществляется в тех случаях, когда управление процессами в следствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку.
При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие-операторы только налаживают технику и контролируют её работу (автоматические комплексы). Комплексная автоматизация требует применения таких систем машин, оборудования, вспомогательной техники, работа которых превращает исходные материалы в готовый продукт без физического вмешательства человека.
Полная автоматизация производства — высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления.
Развитие автоматизации производства можно условно подразделить на три этапа.
Первый этап автоматизации охватывает период времени с начала XVIII до конца XIX столетия. В 20-е годы XVIII столетия в России А.Нартовым был разработан автоматический суппорт для токарно-копировального станка. В 1765 г. русским механиком И.И. Ползуновым — творцом первой паровой машины универсального назначения — был создан первый в мире промышленный автоматический регулятор для поддержания постоянного уровня воды в котле паровой машины. Измерительный орган — поплавок, находящийся на поверхности воды, перемещаясь, изменял подачу жидкости, идущей по трубе в котёл через отверстие клапана. Если уровень воды поднимался выше положенного, то поплавок, перемещаясь вверх, закрывал клапан и подача воды прекращалась. В регуляторе Ползунова была реализована идея, являющаяся и поныне центральной в устройствах автоматического регулирования. В 1784 г. английским механиком Дж. Уаттом также для паровой машины был разработан центробежный регулятор скорости. В течение всего XIX столетия происходило совершенствование регуляторов для паровых машин. На первом этапе развития автоматизации были попытки создания автоматических станков и линий с жёсткой кинематической связью.
Следует отметить, что развитие автоматизации производства в этот период времени основывалось на принципах и методах классической механики.
Второй этап развития автоматизации производства охватывает период времени конец XIX и середина XX столетия. Этот этап связан с развитием электротехники и практическим использованием электричества в средствах автоматизации. В частности, важное значение имеет изобретение П.Л. Шиллнгом магнитоэлектрического реле (1850 г.) — одного из основных элементов электроавтоматики, разработка Ф.М.Балюкевичем и др. в 80-х г.г. XIX столетия ряда устройств автоматической сигнализации на ж.-д. транспорте, создание С.Н.Апостоловым-Бердичевским и др. первой в мире автоматической телефонной станции.
К началу XX века относится широкое развитие и использование электрических систем автоматического регулирования. Индивидуальный привод отдельных рабочих органов машин и введение между ними электрических связей существенно упростили кинематику машин, сделали их менее громоздкими и более надёжными. Будучи более гибкими и удобными в эксплуатации, электрические связи позволили создать комбинированное электрическое и механическое программное управление, обеспечивающее автоматическое выполнение неизмеримо более сложных операций, чем на машинах-автоматах с механическим программным устройством. Для второго этапа развития автоматизации характерно появление электронно-программного управления: были созданы станки с числовым программным управлением, обрабатывающие центры и автоматические линии, содержащие в качестве компонента оборудование с программным управлением.
Сороковые-пятидесятые годы XX столетия ознаменовались началом бурного развития радиоэлектроники. Электронные устройства обеспечивают более высокие быстродействия, чувствительность, точность и надежность автоматических систем. Наступил третий этап развития автоматизации с широким использованием управляющих ЭВМ, которые для каждого момента времени рассчитывают оптимальные режимы технологического процесса и вырабатывают управляющие команды по всем автоматизируемым операциям.
Переходом к третьему этапу развития автоматизации послужили новые возможности ЧПУ, основанные на применении микропроцессорной техники, что позволило создавать принципиально новую систему машин, в которой сочетались бы высокая производительность автоматических линий с требованиями гибкости производственного процесса. Современные микроэлектроника и ЭВМ позволяют достичь высшего уровня автоматизации.
электроавтоматика дискретная микропроцессорная микроэлектроника
| Название: Автоматизация технологических процессов Раздел: Промышленность, производство Тип: реферат Добавлен 05:16:09 03 июня 2011 Похожие работы Просмотров: 39069 Комментариев: 12 Оценило: 24 человек Средний балл: 3.9 Оценка: 4 Скачать |
