ИНСТРУМЕНТИ ЗА АВТОМАТИЗАЦИЯ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИТЕ ПРОЦЕСИ

Под средства за автоматизация на технологичния процес се разбира комплекс от технически устройства, които осигуряват движението на изпълнителните (работни) органи на машината при зададени кинематични параметри (траектории и закони на движение). В общия случай тази задача се решава с помощта на система за управление (CS) и задвижване на работния орган. При първите автоматични машини обаче беше невъзможно да се разделят задвижванията и системата за управление на отделни модули. Пример за структурата на такава машина е показан на фиг.1.

Машината работи по следния начин. Асинхронен електродвигател чрез главния трансмисионен механизъм задвижва разпределителния вал в непрекъснато въртене. Освен това движенията се предават от съответните тласкачи през предавателните механизми 1...5 към работните органи 1...5. Разпределителният вал осигурява не само пренос на механична енергия към работните органи, но е и програмен носител, координиращ движението на последните във времето. В машина с такава структура задвижванията и системата за управление са интегрирани в единични механизми. Горната структура може, например, да съответства на кинематичната диаграма, показана на фиг. 2.

Подобна машина със същото предназначение и съответна производителност по принцип може да има блокова схема, показана на фиг. 3.

Автоматът, показан на фиг. 3, работи по следния начин. Системата за управление подава команди на задвижвания 1...5, които извършват движение в пространството на работните тела 1...5. В този случай системата за управление координира траекториите в пространството и времето. Основната характеристика на машината тук е наличието на ясно дефинирана система за управление и задвижвания за всяко работно тяло. В общия случай автоматът може да включва сензори, които предоставят на системата за управление съответната информация, необходима за генериране на разумни команди. Сензорите обикновено се монтират пред работното тяло или след него (датчици за положение, акселерометри, сензори за ъглова скорост, сила, налягане, температура и др.). Понякога сензорите са разположени вътре в задвижването (на фиг. 3 каналът за предаване на информация е показан с пунктирана линия) и предоставят на CS допълнителна информация (текуща стойност, налягане в цилиндъра, скорост на промяна на тока и др.), която се използва за подобряване на качеството на контрола. Такива връзки се разглеждат по-подробно в специални курсове.Според структурата (фиг.3) могат да се изградят различни автомати, фундаментално различни един от друг. Основната характеристика за тяхната класификация е типът SU. В общия случай класификацията на системите за управление според принципа на действие е показана на фиг.4.

Системите с цикъл могат да бъдат затворени или отворени. Автоматът, чиято структура и кинематична диаграма са показани съответно на фиг. 1 и фиг. 2, има отворена система за управление. Такива машини често се наричат "механични глупаци", защото работят, докато разпределителният вал се върти. Системата за управление не контролира параметрите на технологичния процес, а в случай на дерегулация на отделни механизми, машината продължава да произвежда продукти, дори и да е дефект. Понякога в оборудването може да има едно или повече задвижвания без обратна връзка (вижте устройство 3 на фиг. 3). Фигура 5 показва кинематичната диаграма на машината с отворена система за управление и отделни задвижвания. Автомат с такава схема може да се управлява само навреме (за да се осигури координирано начало на движението на работните тела във времето) с помощта на препрограмируем контролер, командно устройство с разпределителен вал, логическа схема, реализирана на всяка елементна база (пневмоелементи, релета , микросхеми и др.). Основният недостатък на контрола на времето е принудителното надценяване на параметрите на цикъла на машината и следователно намаляването на производителността. Всъщност, когато се създава алгоритъм за управление на времето, трябва да се вземе предвид възможната нестабилност на работата на задвижванията по отношение на времето за реакция, което не се контролира, като се надценяват интервалите от време между подаването на команди за управление. В противен случай може да възникне сблъсък на работните елементи, например поради случайно увеличаване на времето на хода на единия цилиндър и намаляване на времето на хода на другия цилиндър.

В случаите, когато е необходимо да се контролира първоначалното и крайното положение на работните органи (за да се изключат например техните сблъсъци), се използват циклични системи за управление с обратна връзка по положение. Фигура 6 показва кинематична диаграма на автомат с такава система за управление. Опорните сигнали за синхронизиране на задействанията на работните тела 1...5 идват от датчици за положение 7...16. За разлика от машината с структура и кинематична диаграма, показани на фиг.1 и 2, тази машина има по-малко стабилен цикъл. В първия случай всички параметри на цикъла (работа и време на празен ход) се определят единствено от скоростта на разпределителния вал, а във втория (фиг. 4 и 6) те зависят от времето за реакция на всеки цилиндър (това е функция на състоянието на цилиндъра и текущите параметри, характеризиращи технологичния процес). Тази схема обаче, в сравнение със схемата, показана на фиг. 5, ви позволява да увеличите производителността на машината, като елиминирате ненужните интервали от време между издаването на команди за управление.

Всички горепосочени кинематични схеми съответстват на цикличните системи за управление. В случай, че поне едно от задвижванията на автомата има позиционно, контурно или адаптивно управление, тогава е обичайно да го наричаме CS, съответно, позиционен, контурен или адаптивен.

Фигура 7 показва фрагмент от кинематичната диаграма на въртящата се маса на автомат със система за контрол на положението. Задвижването на въртящата се маса RO се осъществява от електромагнит, състоящ се от корпус 1, в който са разположени намотката 2 и подвижната котва 3. Връщането на котвата се осигурява от пружина, а ходът е ограничен от ограничители 5. Върху котвата е монтиран тласкач 6, който посредством ролка 7, лост 8 и вал I се свърза към въртящата се маса RO. Лостът 8 е свързан към неподвижното тяло чрез пружина 9. Подвижният елемент на потенциометричния сензор за положение 10 е неподвижно свързан с котвата.

Когато напрежението се подаде към намотката 2, котвата притиска пружината и, намалявайки пролуката на магнитната верига, придвижва RO посредством праволинеен механизъм за свързване, състоящ се от ролка 7 и връзка 8. Пружината 9 осигурява принудително затваряне на ролка и връзка. Сензорът за положение предоставя на CS информация за текущите координати на RO.

Системата за управление увеличава тока в намотката, докато котвата и следователно RO, твърдо свързан с нея, достигне дадена координата, след което силата на пружината се балансира от електромагнитната теглителна сила. Структурата на системата за управление на такова задвижване може например да изглежда като показаната на фиг. 8.

SU работи по следния начин. Програмният четец извежда на входа на координатния преобразувател променлива x 0, изразена например в двоичен код и съответстваща на необходимата координата на котвата на двигателя. От изхода на координатните преобразуватели, единият от които е сензор за обратна връзка, напреженията U и U 0 се подават към устройството за сравнение, което генерира сигнал за грешка DU, пропорционален на разликата в напрежението на неговите входове. Сигналът за грешка се подава към входа на усилвателя на мощността, който в зависимост от знака и големината на DU извежда ток I към намотката на електромагнита. Ако стойността на грешката стане нула, тогава токът се стабилизира на съответното ниво. Веднага след като изходната връзка по една или друга причина се измести от дадена позиция, текущата стойност започва да се променя по такъв начин, че да я върне в първоначалното си положение. По този начин, ако системата за управление последователно присвои на задвижването краен набор от M координати, записани на програмния носител, тогава задвижването ще има M точки за позициониране. Системите за циклично управление обикновено имат две точки за позициониране за всяка координата (за всяко задвижване). В първите позиционни системи броят на координатите беше ограничен от броя на потенциометрите, всеки от които служи за съхраняване на определена координата. Съвременните контролери ви позволяват да задавате, съхранявате и извеждате в двоичен код почти неограничен брой точки за позициониране.

Фигура 8 показва кинематична диаграма на типично електромеханично задвижване със система за управление на контура. Такива задвижвания се използват широко в металорежещи машини с цифрово управление. Като сензори за обратна връзка се използват тахогенератор (датчик за ъглова скорост) 6 и индуктосин (датчик за линейно изместване) 7. Очевидно механизмът, показан на фиг. 8, позиционната система може да контролира (виж Фиг.7).

По този начин, според кинематичната схема, е невъзможно да се направи разлика между системите за контрол на контура и положението. Факт е, че в системата за управление на контура устройството за програмиране помни и извежда не набор от координати, а непрекъсната функция. По този начин контурната система е по същество позиционна система с безкраен брой точки за позициониране и контролирано време за преход на RO от една точка към друга. В системите за позиционен и контурен контрол има елемент на адаптация, т.е. те могат да осигурят придвижването на RO до дадена точка или движението му по даден закон с различни реакции към него от околната среда.

На практика обаче адаптивните системи за управление се считат за такива системи, които в зависимост от текущата реакция на околната среда могат да променят алгоритъма на машината.

На практика при проектирането на автоматична машина или автоматична линия е изключително важно да се изберат задвижванията на механизмите и системите за управление на етапа на предварителен проект. Тази задача е многокритериална. Обикновено изборът на задвижвания и системи за управление се извършва според следните критерии:

n цена;

n надеждност;

n поддръжка;

n конструктивна и технологична приемственост;

n пожарна и експлозивна безопасност;

n ниво на шум при работа;

n устойчивост на електромагнитни смущения (отнася се за SU);

n устойчивост на твърдо излъчване (отнася се за SU);

n тегловни и размерни характеристики.

Всички задвижвания и системи за управление могат да бъдат класифицирани според вида на използваната енергия. Задвижванията на съвременните технологични машини обикновено използват: електрическа енергия (електромеханични задвижвания), енергия на сгъстен въздух (пневматични задвижвания), енергия на флуидния поток (хидравлични задвижвания), енергия на разреждане (вакуумни задвижвания), задвижвания с двигатели с вътрешно горене. Понякога в машините се използват комбинирани задвижвания. Например: електропневматичен, пневмохидравличен, електрохидравличен и др. Кратки сравнителни характеристики на задвижващите двигатели са дадени в таблица 1. Освен това при избора на задвижване трябва да се вземе предвид трансмисионният механизъм и неговите характеристики. Така че самият двигател може да бъде евтин, но трансмисионният механизъм е скъп, надеждността на двигателя може да бъде голяма, а надеждността на трансмисионния механизъм е малка и т.н.

Най-важният аспект при избора на типа задвижване е непрекъснатостта. Така че, например, ако в новопроектирана машина поне едно от задвижванията е хидравлично, тогава си струва да се обмисли възможността за използване на хидравлика за други работни органи. Ако хидравликата се използва за първи път, тогава трябва да се помни, че тя ще изисква инсталация до оборудването на много скъпа и голяма хидравлична станция по отношение на параметрите на теглото и размера. Същото важи и за пневматиката. Понякога е неразумно да се постави пневматична линия или дори да се купи компресор заради едно пневматично задвижване в една машина. По правило при проектирането на оборудване трябва да се стремим да използваме същия тип задвижвания. В този случай, в допълнение към горното, поддръжката и ремонтът са значително опростени. По-задълбочено сравнение на различните видове задвижвания и системи за управление може да се направи само след изучаване на специални дисциплини.

Въпроси за самоконтрол

1. Какво се нарича инструмент за автоматизация на процесите във връзка с производството?

2. Избройте основните компоненти на автоматична производствена машина.

3. Какво е функционирало като програмен носител в автоматите от първи цикъл?

4. Каква е еволюцията на автоматичните производствени машини?

5. Избройте видовете системи за управление, използвани в технологичното оборудване.

6. Какво е затворено и отворено SU?

7. Кои са основните характеристики на цикличния SU?

8. Каква е разликата между системите за позиционен и контурен контрол?

9. Кои SS се наричат адаптивни?

10. Кои са основните елементи на задвижването на машината?

11. По какви признаци се класифицират задвижванията на машини?

12. Избройте основните видове задвижвания, използвани в технологичните машини.

13. Избройте критериите за сравняване на задвижвания и системи за управление.

14. Дайте пример за затворено циклично задвижване.

А производството не е лесна специалност, а необходима. Какво представлява тя? Къде и върху какво може да се работи след придобиване на професионална степен?

Главна информация

Автоматизацията на технологичните процеси и индустрии е специалност, която ви позволява да създавате съвременни хардуерни и софтуерни инструменти, които могат да проектират, изследват, провеждат техническа диагностика и промишлени тестове. Също така, човек, който го е усвоил, ще може да създаде съвременни системи за управление. Код за специалност автоматизация на технологични процеси и производство - 15.03.04 (220700.62).

Въз основа на него можете бързо да намерите този, който ви интересува, и да видите какво правят там. Но ако говорим за това като цяло, тогава такива отдели обучават специалисти, които могат да създават съвременни автоматизирани обекти, да разработват необходимия софтуер и да ги управляват. Това е автоматизацията

Номерът на специалността беше даден по-рано като две различни числови стойности поради факта, че беше въведена нова система за класификация. Следователно първо се посочва как се обозначава описаната специалност сега, а след това как е направено по-рано.

Какво се изучава

Специалността „автоматизация на технологични процеси и производство на безплатен софтуер“ е по време на обучение набор от инструменти и методи, които са насочени към внедряване на системи, които ви позволяват да управлявате текущи процеси без пряко човешко участие (или най-важните въпроси остават за него).

Обектите на влияние на тези специалисти са онези области на дейност, в които са налице сложни и монотонни процеси:

индустрия;
Селско стопанство;
енергия;
транспорт;
търговия;
лекарството.

Най-голямо внимание се отделя на технологичните и производствени процеси, техническата диагностика, научните изследвания и производствените изпитания.

Подробна информация за обучението

Разгледахме какво се изучава от желаещите да получат описаната специалност като цяло. И сега нека да уточним техните знания:

Събиране, групиране и анализиране на изходните данни, необходими за проектиране на технически системи и техните модули за управление.
Оценете значимостта, перспективите и уместността на обектите, върху които се работи.
Проектиране на хардуерни и софтуерни комплекси от автоматизирани и автоматични системи.
Следете проектите за съответствие със стандартите и други нормативни документи.
Проектирайте модели, които показват продукти на всички етапи от техния жизнен цикъл.
Изберете софтуер и автоматизирани производствени инструменти, които най-добре отговарят на конкретен случай. А също и допълващи ги системи за тестове, диагностика, управление и контрол.
Разработване на изисквания и правила за различните продукти, техния производствен процес, качество, условия на транспортиране и изхвърляне след употреба.
Изпълнявайте и можете да разбирате различна проектна документация.
Оценете нивото на дефекти в създадените продукти, идентифицирайте причините за тях, разработете решения, които ще предотвратят отклонения от нормата.
Сертифицира разработки, технологични процеси, софтуер и
Разработете инструкции за употреба на продуктите.
Подобряване на инструменти и системи за автоматизация за изпълнение на определени процеси.
Поддържайте технологичното оборудване.
Настройка, настройка и регулиране на системите за автоматизация, диагностика и управление.
Подобряване на уменията на служителите, които ще работят с ново оборудване.

Какви позиции можете да очаквате

Разгледахме как се различава специалността „автоматизация на технологични процеси и производство“. Работата по него може да се извършва в следните позиции:

Апарат-оператор.
Верига инженер.
Програмист-разработчик.
Системен инженер.
Оператор на полуавтоматични линии.
Инженер по механизация, автоматизация и автоматизация на производствените процеси.
Проектант на компютърна система.
Инженер по прибори и автоматизация.
Учен по материали.
електротехник.
Разработчик на автоматизирана система за управление.

Както можете да видите, има доста опции. Освен това трябва да се има предвид, че в процеса на изучаване ще се обърне внимание на голям брой езици за програмиране. И това, съответно, ще предостави широки възможности по отношение на заетостта след дипломирането. Например, завършил може да отиде в автомобилен завод, за да работи на поточна линия за автомобили, или в областта на електрониката, за да създаде микроконтролери, процесори и други важни и полезни елементи.

Автоматизацията на технологичните процеси и производството е сложна специалност, предполагаща голям обем знания, така че ще трябва да се подхожда с цялата отговорност. Но като награда трябва да приемете факта, че има много възможности за творчество.

За кого е най-подходящ този път?

Тези, които правят нещо подобно от детството, най-вероятно ще станат успешни в тази област. Например, той отиде в кръг по радиотехника, програмиран на компютъра си или се опита да сглоби свой собствен триизмерен принтер. Ако не сте правили нищо от това, тогава не е нужно да се притеснявате. Има шанс да станете добър специалист, просто трябва да положите значителни усилия.

На какво първо трябва да обърнете внимание

Физиката и математиката са в основата на описаната специалност. Първата наука е необходима, за да се разберат протичащите процеси на хардуерно ниво. Математиката, от друга страна, ви позволява да разработвате решения за сложни проблеми и да създавате модели на нелинейно поведение.

Когато се запознават с програмирането, когато тепърва пишат своите програми „Здравей, свят!“, изглежда, че познаването на формули и алгоритми не е необходимо. Но това е погрешно мнение и колкото по-добре един потенциален инженер разбира математиката, толкова по-големи висоти ще може да постигне при разработването на софтуерен компонент.

Ами ако няма визия за бъдещето?

И така, курсът за обучение е завършен, но няма ясно разбиране какво трябва да се направи? Е, това показва наличието на значителни пропуски в полученото образование. Автоматизацията на технологичните процеси и производства, както вече казахме, е трудна специалност и не е необходимо да се надяваме, че всички необходими знания ще бъдат дадени в университета. Много неща се прехвърлят в самообучение както в планиран режим, така и в смисъл, че човек сам ще се интересува от изучаваните предмети и ще им отделя достатъчно време.

Заключение

Така че разгледахме най-общо специалността "автоматизация на технологични процеси и производства". Отзивите на специалисти, които са завършили тази област и работят тук, казват, че въпреки първоначалните трудности, можете да претендирате за доста добра заплата, започвайки от петнадесет хиляди рубли. И с течение на времето, натрупан опит и умения, обикновен специалист ще може да се класира за до 40 000 рубли! И дори това не е горната граница, защото за буквално брилянтни (четете - тези, които са посветили много време на самоусъвършенстване и развитие) хора, е възможно да получават и значително по-големи суми.

Автоматизацията на производствените процеси е основната посока, в която производството в момента се движи напред по света. Всичко, което преди това е изпълнявано от самия човек, неговите функции, не само физически, но и интелектуални, постепенно преминават към технологията, която сама извършва технологични цикли и упражнява контрол върху тях. Това сега е общият ход на съвременните технологии. Ролята на човек в много индустрии вече е сведена само до контролер за автоматичен контролер.

Най-общо понятието "контрол на процеса" се разбира като набор от операции, необходими за стартиране, спиране на процеса, както и поддържане или промяна на физически величини (индикатори на процеса) в необходимата посока. Отделни машини, възли, устройства, устройства, комплекси от машини и устройства, които трябва да бъдат управлявани, които осъществяват технологични процеси, се наричат обекти за управление или управлявани обекти в автоматизацията. Управляваните обекти са много разнообразни по предназначение.

Автоматизация на технологичните процеси- заместване на физическия труд на човек, изразходван за управление на механизми и машини, чрез работа на специални устройства, които осигуряват този контрол (регулиране на различни параметри, получаване на дадена производителност и качество на продукта без човешка намеса).

Автоматизацията на производствените процеси позволява многократно да се повиши производителността на труда, да се подобри неговата безопасност, екологичност, да се подобри качеството на продукта и да се по-рационално използване на производствените ресурси, включително човешкия потенциал.

Всеки технологичен процес се създава и осъществява за конкретна цел. Производство на крайни продукти или за получаване на междинен резултат. Така че целта на автоматизираното производство може да бъде сортиране, транспортиране, опаковане на продукти. Автоматизацията на производството може да бъде пълна, сложна и частична.

Частична автоматизациявъзниква, когато една операция или отделен производствен цикъл се извършва в автоматичен режим. В този случай се допуска ограничено човешко участие. Най-често частична автоматизация възниква, когато процесът е твърде бърз, за да може самият човек да участва пълноценно в него, докато доста примитивните механични устройства, задвижвани от електрическо оборудване, се справят отлично с него.

Частичната автоматизация, като правило, се използва на съществуващо оборудване и е допълнение към него. Въпреки това, той показва най-голяма ефективност, когато първоначално е включен в цялостната система за автоматизация – веднага се разработва, произвежда и инсталира като неразделна част от нея.

Интегрирана автоматизациятрябва да покрива отделен голям производствен обект, може да бъде отделен цех, електроцентрала. В този случай цялото производство работи в режим на единен взаимосвързан автоматизиран комплекс. Комплексната автоматизация на производствените процеси не винаги е препоръчителна. Неговият обхват е модерно високо развито производство, което използва изключителнонадеждно оборудване.

Повредата на една от машините или агрегатите незабавно спира целия производствен цикъл. Такова производство трябва да има саморегулация и самоорганизация, която се осъществява по предварително създадена програма. В същото време човек участва в производствения процес само като постоянен контролер, наблюдаващ състоянието на цялата система и отделните й части, намесва се в производството за стартиране и в случай на аварийни ситуации или заплаха от такова явление.

Най-високо ниво на автоматизация на производствените процеси - пълна автоматизация. С него самата система осъществява не само производствения процес, но и пълен контрол върху него, който се осъществява от автоматични системи за управление. Пълната автоматизация има смисъл при рентабилно, устойчиво производство с добре установени процеси с постоянен режим на работа.

Всички възможни отклонения от нормата трябва да се предвидят предварително и да се разработят системи за защита срещу тях. Също така пълната автоматизация е необходима за работа, която може да застраши живота, здравето на човека или да се извършва на места, недостъпни за него - под вода, в агресивна среда, в космоса.

Всяка система се състои от компоненти, които изпълняват специфични функции. В автоматизирана система сензорите вземат показания и ги предават, за да вземат решение за управление на системата, командата вече се изпълнява от задвижването.Най-често това е електрическо оборудване, тъй като с помощта на електрически ток е по-целесъобразно да се изпълняват команди.

Необходимо е да се разделят автоматизираната система за управление и автоматичната. В автоматизирана система за управлениесензорите предават показанията на дистанционното управление на оператора и той, след като вече е взел решение, предава команда на изпълнителното оборудване. В автоматична система- сигналът вече е анализиран от електронни устройства, те, след като са взели решение, дават команда на изпълняващите устройства.

Човешкото участие в автоматичните системи все още е необходимо, макар и като контролер. Той има способността да се намеси в процеса по всяко време, да го коригира или да го спре.

Така че температурният сензор може да се повреди и да даде неправилни показания. Електрониката в този случай ще възприема данните си като надеждни, без да ги поставя под въпрос.

Човешкият ум е многократно по-голям от възможностите на електронните устройства, въпреки че е по-нисък от тях по отношение на скоростта на реакция. Операторът може да разпознае, че сензорът е дефектен, да оцени рисковете и просто да го изключи, без да прекъсва процеса. В същото време той трябва да е напълно сигурен, че това няма да доведе до инцидент. За да вземе решение, му помагат опит и интуиция, недостъпни за машините.

Подобна целенасочена намеса в автоматичните системи не крие сериозни рискове, ако решението е взето от професионалист. Изключването на цялата автоматизация и превключването на системата в режим на ръчно управление обаче е изпълнено със сериозни последици поради факта, че човек не може бързо да реагира на промяна в ситуацията.

Класически пример е аварията в атомната електроцентрала в Чернобил, която се превърна в най-голямата причинена от човека катастрофа на миналия век. Това се случи именно поради изключване на автоматичния режим, когато вече разработените програми за предотвратяване на аварийни ситуации не можеха да повлияят на развитието на ситуацията в реактора на станцията.

Автоматизацията на отделните процеси започва в индустрията още през деветнадесети век.Достатъчно е да си припомним автоматичния центробежен регулатор на Watt за парни машини. Но едва с началото на промишленото използване на електричеството стана възможна по-широка автоматизация не на отделни процеси, а на цели технологични цикли. Това се дължи на факта, че преди това механичната сила е била предавана на металорежещи машини с помощта на трансмисии и задвижвания.

Централизираното производство на електричество и използването му в промишлеността като цяло започва едва през двадесети век - преди Първата световна война, когато всяка машина е оборудвана със собствен електродвигател. Именно това обстоятелство направи възможно да се механизира не само самият производствен процес на машината, но и да се механизира нейното управление. Това беше първата стъпка към създаването автоматични машини. Първите образци от които се появяват още в началото на 30-те години на миналия век. Тогава възниква самият термин "автоматизирано производство".

В Русия, тогава в СССР, първите стъпки в тази посока са направени през 30-те и 40-те години на миналия век. За първи път в производството на лагерни части бяха използвани автоматични машини. Тогава дойде първото в света напълно автоматизирано производство на бутала за двигатели на трактори.

Технологичните цикли бяха обединени в единен автоматизиран процес, който започваше с натоварването на суровините и завършваше с опаковането на готовите части. Това стана възможно благодарение на широкото използване на модерно електрическо оборудване по това време, различни релета, дистанционни превключватели и, разбира се, задвижвания.

И само появата на първите електронни компютри направи възможно достигането на ново ниво на автоматизация. Сега технологичният процес е престанал да се разглежда като просто набор от отделни операции, които трябва да се извършват в определена последователност, за да се получи резултат. Сега целият процес стана един.

В момента системите за автоматично управление не само ръководят производствения процес, но и го контролират, наблюдават възникването на аварийни и аварийни ситуации.Пускат и спират технологично оборудване, следят претоварванията, практикуват действия при аварии.

Напоследък системите за автоматично управление улесняват преустройството на оборудване за производството на нови продукти. Това вече е цяла система, състояща се от отделни автоматични многорежимни системи, свързани към централен компютър, който ги свързва в единна мрежа и издава задачи за изпълнение.

Всяка подсистема е отделен компютър със собствен софтуер, предназначен да изпълнява свои собствени задачи. Вече е гъвкави производствени модули.Те се наричат гъвкави, защото могат да бъдат преконфигурирани към други технологични процеси и по този начин да разширят производството, да го версифицират.

Върхът на автоматизираното производство са. Автоматизацията е проникнала в производството от горе до долу. Автоматична транспортна линия за доставка на суровини за производство. Автоматизирано управление и проектиране. Човешкият опит и интелигентност се използват само там, където не могат да бъдат заменени от електроника.

Широкото навлизане на автоматизацията е най-ефективният начин за повишаване на производителността на труда.

В много съоръжения, за да се организира правилният технологичен процес, е необходимо да се поддържат зададените стойности на различни физически параметри за дълго време или да се променят във времето според определен закон. Поради различни външни влияния върху обекта тези параметри се отклоняват от посочените. Операторът или водачът трябва да въздейства върху обекта по такъв начин, че стойностите на регулируемите параметри да не надхвърлят допустимите граници, т.е. да управляват обекта. Отделни функции на оператора могат да се изпълняват от различни автоматични устройства. Тяхното въздействие върху обекта се извършва по команда на лице, което следи състоянието на параметрите. Такова управление се нарича автоматично. За да се изключи напълно човек от процеса на управление, системата трябва да бъде затворена: устройствата трябва да наблюдават отклонението на контролирания параметър и съответно да дадат команда за управление на обекта. Такава затворена система за управление се нарича автоматична система за управление (ACS).

Първите най-прости системи за автоматично управление за поддържане на зададените стойности на нивото на течността, налягането на парите и скоростта на въртене се появяват през втората половина на 18 век. с развитието на парните машини. Създаването на първите автоматични регулатори е интуитивно и е заслуга на отделни изобретатели. За по-нататъшното развитие на средствата за автоматизация бяха необходими методи за изчисляване на автоматични контролери. Още през втората половина на XIX век. е създадена кохерентна теория на автоматичното управление, базирана на математически методи. В трудовете на Д. К. Максуел "За регулаторите" (1866) и I.A. Вишнеградски „За общата теория на регулаторите“ (1876), „За регулаторите с пряко действие“ (1876), регулаторите и обектът на регулиране се разглеждат за първи път като единна динамична система. Теорията на автоматичното управление непрекъснато се разширява и задълбочава.

Настоящият етап на развитие на автоматизацията се характеризира със значително усложняване на задачите за автоматично управление: увеличаване на броя на регулируемите параметри и връзката на регулираните обекти; повишаване на необходимата точност на регулиране, тяхната скорост; увеличаване на дистанционното управление и пр. Тези задачи могат да бъдат решени само на базата на съвременните електронни технологии, широкото навлизане на микропроцесори и универсални компютри.

Широкото навлизане на автоматизацията в хладилните инсталации започва едва през 20-ти век, но още през 60-те години се създават големи напълно автоматизирани инсталации.

За управление на различни технологични процеси е необходимо да се поддържа в определени граници, а понякога и да се променя по определен закон, стойността на една или няколко физически величини едновременно. В същото време е необходимо да се гарантира, че не възникват опасни режими на работа.

Устройство, в което протича процес, който изисква непрекъснато регулиране, се нарича контролиран обект или накратко обект (фиг. 1а).

Физическа величина, чиято стойност не трябва да надхвърля определени граници, се нарича контролиран или контролиран параметър и се обозначава с буквата X. Може да бъде температура t, налягане p, ниво на течността H, относителна влажност? и т.н. Началната (зададена) стойност на контролирания параметър ще бъде обозначена с X 0 . В резултат на външни въздействия върху обекта действителната стойност на X може да се отклони от зададената X 0 . Размерът на отклонението на контролирания параметър от първоначалната му стойност се нарича несъответствие:

Външното въздействие върху обекта, което не зависи от оператора и увеличава несъответствието, се нарича натоварване и се обозначава с Mn (или QH - когато става дума за топлинно натоварване).

За да се намали несъответствието, е необходимо да се упражни въздействие върху обекта, противоположен на товара. Организираното въздействие върху обекта, което намалява несъответствието, се нарича регулаторно въздействие - M p (или Q P - с термична експозиция).

Стойността на параметъра X (по-специално X 0) остава постоянна само когато контролният вход е равен на натоварването:

X = const само когато M p = M n.

Това е основният закон на регулирането (както ръчно, така и автоматично). За да се намали положителното несъответствие, е необходимо M p да е по-голямо по абсолютна стойност от M n. И обратно, когато M p<М н рассогласование увеличивается.

Автоматични системи. При ръчно управление, за да промени управляващото действие, водачът понякога трябва да извърши редица операции (отваряне или затваряне на клапани, стартиране на помпи, компресори, промяна на тяхната производителност и др.). Ако тези операции се извършват от автоматични устройства по команда на човек (например чрез натискане на бутона "Старт"), тогава този метод на работа се нарича автоматично управление. Сложна схема на такъв контрол е показана на фиг. 1b, Елементи 1, 2, 3 и 4 трансформират един физически параметър в друг, по-удобен за прехвърляне към следващия елемент. Стрелките показват посоката на удара. Входният сигнал за автоматично управление X може да бъде натискане на бутон, преместване на дръжката на реостата и т.н. За да се увеличи мощността на предавания сигнал, към отделните елементи може да се подава допълнителна енергия Е.

За да управлява обекта, водачът (операторът) трябва непрекъснато да получава информация от обекта, т.е. да контролира: измерва стойността на регулируемия параметър X и изчислява размера на несъответствието?X. Този процес може също да бъде автоматизиран (автоматично управление), т.е. да се инсталират устройства, които ще показват, записват стойността на ?X или подават сигнал, когато ?X надхвърли допустимите граници.

Получената от обекта информация (верига 5--7) се нарича обратна връзка, а автоматичното управление се нарича директна комуникация.

С автоматично управление и автоматично управление, операторът трябва само да погледне инструментите и да натисне бутон. Възможно ли е да се автоматизира този процес, за да се мине напълно без оператор? Оказва се, че е достатъчно да се приложи изходният сигнал за автоматично управление Xk към входа за автоматично управление (към елемент 1), за да стане процесът на управление напълно автоматизиран. Когато този елемент 1 сравнява сигнала X с даден X 3 . Колкото по-голямо е несъответствието? X, толкова по-голяма е разликата X към --X 3 и съответно регулаторният ефект на M p се увеличава.

Автоматични системи за управление със затворена верига на влияние, при които управляващото действие се генерира в зависимост от несъответствието, се наричат автоматична система за управление (ACS).

Елементи на автоматично управление (1--4) и управление (5--7) при затворена верига образуват автоматичен регулатор. Така системата за автоматично управление се състои от обект и автоматичен контролер (фиг. 1в). Автоматичният контролер (или просто контролер) е устройство, което възприема несъответствието и действа върху обект по такъв начин, че да намали това несъответствие.

Според целта на въздействие върху обекта се разграничават следните системи за управление:

а) стабилизиране

б) софтуер,

в) гледане

г) оптимизиране.

Стабилизиращите системи поддържат стойността на контролирания параметър постоянна (в определените граници). Настройката им е постоянна.

Софтуерни системиконтролите имат настройка, която се променя с течение на времето според дадена програма.

AT системи за проследяваненастройката се променя непрекъснато в зависимост от някакъв външен фактор. В климатичните инсталации например е по-изгодно да се поддържа по-висока температура в помещението през горещите дни, отколкото в хладните дни. Поради това е желателно непрекъснато да променяте настройката в зависимост от външната температура.

AT оптимизиращи системиинформацията, постъпваща в контролера от обекта и външната среда, се обработва предварително, за да се определи най-изгодната стойност на контролирания параметър. Настройката се променя съответно.

За поддържане на зададената стойност на контролирания параметър X 0, в допълнение към системите за автоматично управление, понякога се използва система за автоматично проследяване на натоварването (фиг. 1, d). В тази система контролерът възприема промяната на натоварването, а не несъответствието, осигурявайки непрекъснато равенство M p = M n. Теоретично, X 0 = const е точно предвидено. На практика обаче, поради различни външни влияния върху елементите на регулатора (смущения), равенството M R = M n може да бъде нарушено. Несъответствието ?X, което възниква в този случай, се оказва много по-голямо, отколкото в системата за автоматично управление, тъй като няма обратна връзка в системата за проследяване на натоварването, т.е. тя не реагира на несъответствието?X.

В сложни автоматични системи (фиг. 1, д), наред с основните вериги (директни и обратни), може да има допълнителни вериги на директна и обратна връзка. Ако посоката на допълнителната верига съвпада с основната, тогава тя се нарича права линия (вериги 1 и 4); ако посоките на въздействия не съвпадат, тогава възниква допълнителна обратна връзка (вериги 2 и 3). Входът на автоматичната система се счита за движеща сила, а изходът е регулируем параметър.

Наред с автоматичното поддържане на параметри в посочените граници е необходима и защита на инсталациите от опасни режими, която се извършва от автоматични защитни системи (АСУ). Те могат да бъдат превантивни или спешни.

Превантивната защита действа върху управляващите устройства или отделни елементи на регулатора преди настъпване на опасен режим. Например, ако подаването на вода към кондензатора е прекъснато, компресорът трябва да бъде спрян, без да се чака аварийно повишаване на налягането.

Аварийната защита възприема отклонението на регулируемия параметър и, когато стойността му стане опасна, изключва един от възлите на системата, така че несъответствието да не се увеличава повече. Когато се задейства автоматична защита, нормалното функциониране на системата за автоматично управление спира и контролираният параметър обикновено надхвърля допустимите граници. Ако след задействане на защитата контролираният параметър се върне в определената зона, системата за автоматично управление може да включи отново изключения възел и системата за управление продължава да работи нормално (защита за многократна употреба).

При големи съоръжения по-често се използва еднократен SAS, тоест след като контролираният параметър се върне в допустимата зона, възлите, деактивирани от самата защита, вече не се включват.

SAZ обикновено се комбинира с аларма (обща или диференцирана, тоест указваща причината за операцията). Предимствата на автоматизацията. За да разкрием предимствата на автоматизацията, нека сравним например графиките на температурните промени в хладилната камера при ръчно и автоматично управление (фиг. 2). Нека необходимата температура в камерата е от 0 до 2°C. Когато температурата достигне 0°C (точка 1), водачът спира компресора. Температурата започва да се повишава и когато се повиши до около 2°C, водачът отново включва компресора (точка 2). Графиката показва, че поради ненавременно включване или спиране на компресора температурата в камерата надхвърля допустимите граници (точки 3, 4, 5). При чести покачвания на температурата (раздел А) допустимият срок на годност се намалява, качеството на бързоразвалящите се продукти се влошава. Ниската температура (раздел Б) причинява свиване на продуктите и понякога намалява вкуса им; освен това допълнителната работа на компресора губи електроенергия, охлаждаща вода и преждевременно износва компресора.

С автоматично регулиране температурният превключвател се включва и спира компресора при 0 и +2 °C.

Основните функции на защитните устройства също изпълняват по-надеждно от човек. Водачът може да не забележи бързо повишаване на налягането в кондензатора (поради прекъсване на водоснабдяването), неизправност в маслената помпа и т.н., докато устройствата реагират на тези неизправности моментално. Вярно е, че в някои случаи е по-вероятно проблемите да бъдат забелязани от водача, той ще чуе почукване в дефектен компресор, ще почувства локално изтичане на амоняк. Въпреки това експлоатационният опит показва, че автоматичните инсталации работят много по-надеждно.

По този начин автоматизацията осигурява следните основни предимства:

1) намалява се времето, прекарано за поддръжка;

2) по-точно се поддържа необходимият технологичен режим;

3) намаляват се експлоатационните разходи (за електроенергия, вода, ремонт и др.);

4) повишава надеждността на инсталациите.

Въпреки тези предимства, автоматизацията е осъществима само ако е икономически оправдана, т.е. разходите, свързани с автоматизацията, се компенсират от спестяванията от нейното прилагане. Освен това е необходимо автоматизиране на процеси, нормалното протичане на които не може да се осигури с ръчно управление: прецизни технологични процеси, работа във вредна или експлозивна среда.

От всички процеси на автоматизация автоматичното управление е от най-голямо практическо значение. Следователно, следните се считат основно за автоматични системи за управление, които са в основата на автоматизацията на хладилните инсталации.

литература

1. Автоматизация на технологичните процеси на производството на храни / Изд. Е. Б. Карпина.

2. Автомати, регулатори и управляващи машини: Наръчник / Изд. Б. Д. Кошарски.

3. Петров. I. K., Soloshchenko M. N., Tsarkov V. N. Инструменти и средства за автоматизация за хранително-вкусовата промишленост: Наръчник.

4. Автоматизация на технологичните процеси в хранително-вкусовата промишленост. Соколов.

Въвеждането на технически средства в предприятията за автоматизиране на производствените процеси е основно условие за ефективна работа. Разнообразието от съвременни методи за автоматизация разширява обхвата на тяхното приложение, докато разходите за механизация, като правило, са оправдани от крайния резултат под формата на увеличаване на обема на произвежданите продукти, както и повишаване на неговото качество .

Организациите, които следват пътя на технологичния прогрес, водят пазара, осигуряват по-добри условия на работа и минимизират нуждата от суровини. Поради тази причина големите предприятия вече не могат да се представят без изпълнението на проекти за механизация - изключенията се отнасят само за малките занаятчийски производства, където автоматизацията на производството не се оправдава поради фундаменталния избор в полза на ръчното производство. Но дори и в такива случаи е възможно частично включване на автоматизацията на някои етапи от производството.

Основи на автоматизацията

В широк смисъл автоматизацията включва създаването на такива условия в производството, които ще позволят без човешка намеса да се изпълняват определени задачи за производството и производството на продукти. В този случай ролята на оператора може да бъде решаването на най-критичните задачи. В зависимост от целите автоматизацията на технологичните процеси и производството може да бъде пълна, частична или комплексна. Изборът на конкретен модел се определя от сложността на техническата модернизация на предприятието поради автоматично пълнене.

В заводи и фабрики, където е внедрена пълна автоматизация, цялата функционалност за управление на производството обикновено се прехвърля към механизирани и електронни системи за управление. Този подход е най-рационален, ако режимите на работа не изискват промени. В частична форма автоматизацията се въвежда на отделни етапи от производството или по време на механизацията на автономна техническа компонента, без да се изисква създаване на сложна инфраструктура за управление на целия процес. В определени области обикновено се прилага интегрирано ниво на автоматизация на производството - това може да бъде отдел, цех, линия и т. н. В този случай операторът управлява самата система, без да засяга директния работен поток.

Автоматизирани системи за управление

Като начало е важно да се отбележи, че подобни системи включват пълен контрол върху предприятие, фабрика или завод. Техните функции могат да се отнасят за конкретна част от оборудването, конвейер, цех или производствен обект. В този случай системите за автоматизация на процесите получават и обработват информация от обслужвания обект и въз основа на тези данни извършват коригиращо действие. Например, ако работата на освобождаващия комплекс не отговаря на параметрите на технологичните стандарти, системата ще промени режимите си на работа по специални канали в съответствие с изискванията.

Обекти за автоматизация и техните параметри

Основната задача при внедряването на средства за механизация на производството е да се поддържат качествените параметри на съоръжението, което в резултат ще се отрази и на характеристиките на продукта. Днес експертите се опитват да не се задълбочават в същността на техническите параметри на различни обекти, тъй като теоретично е възможно въвеждането на системи за управление на всеки компонент на производството. Ако разгледаме в това отношение основите на автоматизацията на технологичните процеси, тогава списъкът на обектите за механизация ще включва същите работилници, конвейери, всички видове апарати и инсталации. Може да се сравни само степента на сложност на въвеждането на автоматизация, която зависи от нивото и мащаба на проекта.

По отношение на параметрите, с които работят автоматичните системи, е възможно да се разграничат входните и изходните индикатори. В първия случай това са физическите характеристики на продукта, както и свойствата на самия обект. Във втория, това са директно показателите за качество на готовия продукт.

Нормативни технически средства

Устройствата, които осигуряват регулиране, се използват в системите за автоматизация под формата на специални сигнални устройства. В зависимост от предназначението, те могат да наблюдават и контролират различни параметри на процеса. По-специално автоматизацията на технологичните процеси и производството може да включва сигнални устройства за температурни показатели, налягане, характеристики на потока и др. Технически устройствата могат да бъдат изпълнени като безмащабни устройства с електрически контактни елементи на изхода.

Принципът на действие на управляващите сигнални устройства също е различен. Ако разгледаме най-често срещаните температурни устройства, можем да различим манометрични, живачни, биметални и термисторни модели. Конструктивните характеристики по правило се определят от принципа на действие, но условията на работа също оказват значително влияние върху него. В зависимост от посоката на предприятието, автоматизацията на технологичните процеси и индустрии може да бъде проектирана с очакване на специфични условия на работа. Поради тази причина се разработват и управляващи устройства с фокус върху употреба в условия на висока влажност, физическо налягане или действие на химикали.

Програмируеми системи за автоматизация

Качеството на управление и контрол на производствените процеси се подобри значително на фона на активното снабдяване на предприятията с изчислителни устройства и микропроцесори. От гледна точка на промишлените нужди, възможностите на програмируемите технически средства позволяват не само да се осигури ефективен контрол на технологичните процеси, но и да се автоматизира проектирането, както и да се провеждат производствени тестове и експерименти.

Компютърните устройства, които се използват в съвременните предприятия, решават проблемите на регулирането и контрола на технологичните процеси в реално време. Такива инструменти за автоматизация на производството се наричат компютърни системи и работят на принципа на агрегиране. Системите включват унифицирани функционални блокове и модули, от които е възможно да се правят различни конфигурации и да се адаптира комплекса за работа при определени условия.

Възли и механизми в системите за автоматизация

Директното изпълнение на работните операции се извършва от електрически, хидравлични и пневматични устройства. Според принципа на действие, класификацията включва функционални и порционни механизми. В хранително-вкусовата промишленост такива технологии обикновено се прилагат. Автоматизацията на производството в този случай включва въвеждането на електрически и пневматични механизми, чийто дизайн може да включва електрически задвижвания и регулаторни органи.

Електродвигатели в системите за автоматизация

Основата на задвижващите механизми често се формира от електрически двигатели. Според вида на управление те могат да бъдат представени в безконтактен и контактен вариант. Устройствата, които се управляват от релейно-контактни устройства, когато се манипулират от оператора, могат да променят посоката на движение на работните органи, но скоростта на операциите остава непроменена. Ако се предполага автоматизация и механизация на технологичните процеси с използване на безконтактни устройства, тогава се използват полупроводникови усилватели - електрически или магнитни.

Табла и контролни табла

За инсталиране на оборудване, което трябва да осигури управление и контрол на производствения процес в предприятията, се монтират специални панели и щитове. В тях се поставят устройства за автоматично управление и регулиране, контролно-измервателна апаратура, защитни механизми, както и различни елементи от комуникационната инфраструктура. По дизайн такъв щит може да бъде метален шкаф или плосък панел, върху който е инсталирано оборудване за автоматизация.

Конзолата от своя страна е центърът за дистанционно управление - това е един вид диспечерска или операторска зона. Важно е да се отбележи, че автоматизацията на технологичните процеси и производството също трябва да осигури достъп до поддръжка от персонала. Именно тази функция до голяма степен се определя от панели и панели, които ви позволяват да правите изчисления, да оценявате производствените показатели и като цяло да наблюдавате работния процес.

Проектиране на системи за автоматизация

Основният документ, който действа като ръководство за технологична модернизация на производството с цел автоматизация, е схемата. Той показва структурата, параметрите и характеристиките на устройствата, които по-късно ще действат като средство за автоматична механизация. В стандартната версия диаграмата показва следните данни:

нивото (мащабът) на автоматизация в определено предприятие;
определяне на работните параметри на обекта, който трябва да бъде снабден със средства за управление и регулиране;
характеристики на управление - пълен, дистанционен, оператор;
възможност за блокиране на задвижващи механизми и агрегати;
конфигурация на местоположението на технически средства, включително на конзоли и табла.

Помощни инструменти за автоматизация

Въпреки второстепенната си роля, допълнителните устройства осигуряват важни функции за наблюдение и контрол. Благодарение на тях се осигурява самата връзка между изпълнителните устройства и човека. По отношение на оборудването със спомагателни устройства, автоматизацията на производството може да включва бутонни станции, управляващи релета, различни превключватели и командни конзоли. Има много дизайни и разновидности на тези устройства, но всички те са насочени към ергономично и безопасно управление на ключовите единици в съоръжението.