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 . 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.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.

Подобные документы

Общая структура позиционного устройства с числовым программным управлением (УЧПУ), его функциональные возможности и модификационные различия. Элементы пульта оператора, назначение органов управления. Узлы памяти, автоматических циклов и скоростей УЧПУ.

реферат , добавлен 25.11.2012


Понятие автоматизации, ее основные цели и задачи, преимущества и недостатки. Основа автоматизации технологических процессов. Составные части автоматизированной системы управления технологическим процессом. Виды автоматизированной системы управления.

реферат , добавлен 06.06.2011


Предпосылки появления системы автоматизации технологических процессов. Назначение и функции системы. Иерархическая структура автоматизации, обмен информацией между уровнями. Программируемые логические контролеры. Классификация программного обеспечения.

учебное пособие , добавлен 13.06.2012


Оптимизация решения на моделях нелинейного программирования. Решение задачи линейного программирования графическим методом. Разработка раскроя древесно-стружечных плит на заготовки. Затраты времени на обработку деталей. Обоснование решений на моделях СПУ.

курсовая работа , добавлен 17.05.2012


Построение современных систем автоматизации технологических процессов. Перечень контролируемых и регулируемых параметров установки приготовления сиропа. Разработка функциональной схемы автоматизации. Технические характеристики объекта автоматизации.

курсовая работа , добавлен 23.09.2014


Три вида исходной информации при разработке технологических процессов: базовая, руководящая и справочная. Выполнение рабочего чертежа детали. Тип производства и методы изготовления изделий при разработке технологических процессов с применением ЭВМ.

реферат , добавлен 07.03.2009


Краткое описание технологического процесса. Описание схемы автоматизации с обоснованием выбора приборов и технических средств. Сводная спецификация на выбранные приборы. Системы регулирования отдельных технологических параметров и процессов.

3 ..

Введение ( Основы автоматизации технологических процессов )

В настоящее время происходит быстрое развитие производства и применения самодействующих машин и аппаратов, увеличение количества производственных процессов, ведущихся по типу безлюдной технологии. Различные автоматические устройства проникают во все сферы человеческой деятельности, включая науку, производство и быт. Для инженера любой специальности стало необходимым ознакомление с теоретическими основами и практическими приложениями автоматизации применительно к его профессиональным интересам. Это особенно важно для инженеров-электриков, специализирующихся в области автоматизированного электропривода, поскольку большая часть их профессиональной деятельности состоит в создании оборудования для автоматизации различных технологических процессов, его наладке и эксплуатации в производственных условиях.

Обычный курс автоматизации технологических процессов строится на базе технологии определенного производства: машиностроительного, металлургического, химического, текстильного и др. В нем много места уделяется частностям, которые весьма существенны для специалистов соответствующих производств, но не так существенны для инженеров, работающих в сфере создания и эксплуатации систем управления технологическим оборудованием. Специалистам по автоматизированному электроприводу важно получить представление об общих задачах, решаемых автоматизацией в современном высокомеханизированном и автоматизированном производстве, о месте электропривода в системах автоматизации. Они должны изучить основы теории автоматизации технологических процессов и научиться решать простые технические задачи, связанные с проектированием, выбором аппаратной части автоматизированных систем, разработкой алгоритмов и программного обеспечения их функционирования в конкретных условиях эксплуатации.

Термин автоматизация относится к весьма широкому классу производственных процессов и других систем организации трудовой и иной деятельности человека, в которых значительный объем операций, относящихся к процессам получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и особенно информации, передается специализированным техническим устройствам, средствам механизации и управляющим машинам. Автоматизированные процессы, в том числе управление, регулирование и (частично) контроль над ними, протекают автономно, в соответствии с заранее подготовленной и введенной на специальном программоносителе программой, так что не возникает необходимости непосредственного участия человека в их нормальном функционировании. На долю обслуживающего персонала остаются лишь функции общего контроля, а в случае необходимости – ремонта и наладки. Механизация, заключающаяся в замене ручного труда, физических усилий человека машинными операциями, является непременным элементом автоматизации. В отличие от простой механизации автоматизация обязательно включает в себя передачу управляющим машинам операций по управлению и организации автоматизируемого процесса в соответствии с заранее сформулированной и, возможно, уточняемой во время реализации процесса целью. Цели автоматизации многообразны. Они могут включать в себя решение задач повышения производительности и эффективности труда, улучшения качества продукции, оптимизации управления, обеспечения безопасности трудовой деятельности человека, охраны окружающей среды и др.

Цели автоматизации реализуются с помощью автоматизированных систем управления (АСУ), АСУ – это совокупность математических методов, технических средств (основные из них - это компьютеры и др. микропроцессорные устройства), их программного обеспечения и организационных комплексов, обеспечивающих управление и контроль параметров автоматизируемых объектов в соответствии с поставленной целью их автономного функционирования. Среди объектов автоматизации выделяют:

технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы;

проектирование различных агрегатов и машин, судов, зданий и иных сооружений, производственных комплексов;

организацию, планирование и управление в рамках цеха, предприятия, стройки, войсковой части и др.;

научные и технические исследования, медицинское диагностирование, учет и обработку статистических данных, программирование, бытовую технику, охранные системы и пр.

Из всего перечисленного многообразия автоматизируемых объектов мы будем рассматривать только технологические процессы промышленного производства. При автоматизации последних функции управления и контроля, ранее выполнявшихся человеком, передаются автоматическим управляющим устройствам и контрольно-измерительной аппаратуре. Одновременно совершенствуется механизация отдельных рабочих операций. Управляющие устройства, получая информацию по каналам обратной связи об изменении контролируемых параметров, таких как размеры обрабатываемых изделий, скорость обработки, температура, формируют, в соответствии с заданной программой обработки, управляющие сигналы, обеспечивающие выполнение программы обработки в оптимальном рабочем режиме.

В первой главе рассмотрены общие вопросы автоматизации технологических процессов, основные функции и структура АСУТП. Поскольку управление технологическим процессом становится возможным благодаря информационным процессам, которые формируются параллельно текущему техпроцессу, то во второй главе рассмотрены элементы теории информации применительно к формированию информационных процессов управления. Особое внимание здесь уделено вопросам кодирования информации в двоичных кодах, так как эти коды являются базой функционирования всех современных управляющих устройств. Глава завершается рассмотрением способов организации обмена информацией посредством ее передачи по каналам связи в рамках АСУТП.

Построение АСУТП невозможно без достаточно точного и подробного описания свойств и характеристик управляемого технологического объекта (ТО). Поэтому третья глава посвящена изложению аналитических и экспериментальных методов создания модели ТО, отображающей указанные свойства и характеристики.

Центральное место в учебном пособии занимают главы 4 и 5, посвященные методам анализа и синтеза алгоритмов управления АСУТП. В алгоритмах управления отображаются намечаемые способы решения задач АСУТП по стабилизации и программному управлению параметрами и режимами ТО, обеспечивающее протекание техпроцессов в соответствии с заданным критерием оптимальности. Особое внимание уделено рассмотрению способов оптимизации режимов функционирования ТО с линейными и нелинейными характеристиками и созданию блок-схем алгоритмов управления. Последние являются основой создания управляющих программ в процессе программирования аппаратной части систем автоматизации.

В шестой главе освещены этапы проектирования АСУТП, начиная с выбора необходимых технических средств построения АСУТП, разработки технического задания и кончая рабочим проектированием. В заключение, в седьмой главе, рассмотрены в качестве примера вопросы построения систем автоматизации в машиностроении на базе УЧПУ и программируемых логических контроллеров.

Министерство профессионального образования

Томский политехнический университет

Скороспешкин М.В.

Основы автоматизации производственных процессов

Конспект Лекций

Часть 1. Теория Автоматического Управления (ТАУ)

1. Основные термины и определения ТАУ.

1.1. Основные понятия.

Системы управления современными технологическими процессами характеризуются большим количеством технологических параметров, число которых может достигать нескольких тысяч. Для поддержания требуемого режима работы, а в конечном итоге – качества выпускаемой продукции, все эти величины необходимо поддерживать постоянными или изменять по определенному закону.

Физические величины, определяющие ход технологического процесса, называются параметрами технологического процесса . Например, параметрами технологического процесса могут быть: температура, давление, расход, напряжение и т.д.

Параметр технологического процесса, который необходимо поддерживать постоянным или изменять по определенному закону, называется регулируемой величиной или регулируемым параметром .

Значение регулируемой величины в рассматриваемый момент времени называется мгновенным значением .

Значение регулируемой величины, полученное в рассматриваемый момент времени на основании данных некоторого измерительного прибора называется ее измеренным значением .

Пример 1. Схема ручного регулирования температуры сушильного шкафа.

Требуется вручную поддерживать температуру в сушильном шкафу на уровне Т зад.

Человек-оператор в зависимости от показаний ртутного термометра РТ включает или выключает нагревательный элемент Н с помощью рубильника Р. 

На основе данного примера можно ввести определения:

Объект управления (объект регулирования, ОУ) – устройство, требуемый режим работы которого должен поддерживаться извне специально организованными управляющими воздействиями.

Управление – формирование управляющих воздействий, обеспечивающих требуемый режим работы ОУ.

Регулирование – частный вид управления, когда задачей является обеспечение постоянства какой-либо выходной величины ОУ.

Автоматическое управление – управление, осуществляемое без непосредственного участия человека.

Входное воздействие (Х) – воздействие, подаваемое на вход системы или устройства.

Выходное воздействие (Y ) – воздействие, выдаваемое на выходе системы или устройства.

Внешнее воздействие – воздействие внешней среды на систему.

Структурная схема системы регулирования к примеру 1 изображена на рис. 1.2.



Пример 2. Схема автоматического регулирования температуры сушильного шкафа.

В схеме используется ртутный термометр с контактами РТК. При повышении температуры до заданной контакты замыкаются столбиком ртути, катушка релейного элемента РЭ возбуждается и цепь нагревателя Н размыкается контактом РЭ. При понижении температуры контакты термометра размыкаются, реле обесточивается, возобновляя подачу энергии на объект (см. рис. 1.3). 

Р
ис. 1.3

Пример 3. Схема АСР температуры с измерительным мостом.

При температуре объекта, равной заданной, измерительный мост М (см. рис. 1.4) уравновешен, на вход электронного усилителя ЭУ сигнал не поступает и система находится в равновесии. При отклонении температуры изменяется сопротивление терморезистора R Т и равновесие моста нарушается. На входе ЭУ появляется напряжение, фаза которого зависит от знака отклонения температуры от заданной. Напряжение, усиленное в ЭУ, поступает на двигатель Д, который перемещает движок автотрансформатора АТ в соответствующую сторону. При достижении температуры, равной заданной, мост сбалансируется и двигатель отключится.



(задание)

Величина заданного значения температуры устанавливается с помощью резистора R зад. 

Исходя из описанных примеров, можно определить типовую структурную схему одноконтурной АСР (см. рис. 1.5). Принятые обозначения:

x - задающее воздействие (задание), e = х - у - ошибка регулирования, u - управляющее воздействие, f - возмущающее воздействие (возмущение).



Определения:

Задающее воздействие (то же, что входное воздействие Х) - воздействие на систему, определяющее требуемый закон изменения регулируемой величины).

Управляющее воздействие (u) - воздействие управляющего устройства на объект управления.

Управляющее устройство (УУ) - устройство, осуществляющее воздействие на объект управления с целью обеспечения требуемого режима работы.

Возмущающее воздействие (f) - воздействие, стремящееся нарушить требуемую функциональную связь между задающим воздействием и регулируемой величиной.

Ошибка управления (е = х - у) - разность между предписанным (х) и действительным (у) значениями регулируемой величины.

Регулятор (Р) - комплекс устройств, присоединяемых к регулируемому объекту и обеспечивающих автоматическое поддержание заданного значения его регулируемой величины или автоматическое изменение ее по определенному закону.

Автоматическая система регулирования (АСР) - автоматическая система с замкнутой цепью воздействия, в котором управление (u) вырабатывается в результате сравнения истинного значения у с заданным значением х.

Дополнительная связь в структурной схеме АСР, направленная от выхода к входу рассматриваемого участка цепи воздействий, называется обратной связью (ОС). Обратная связь может быть отрицательной или положительной.