Автоматизация на производствени процеси и производство. Какъв софтуер да изберете за автоматизиране на производствените процеси
Внедряване в предприятията технически средствапозволяването на автоматизирани производствени процеси е основно условие ефективна работа. Разнообразие съвременни методиавтоматизацията разширява обхвата на тяхното приложение, докато разходите за механизация като правило се оправдават от крайния резултат под формата на увеличаване на обема на произведените продукти, както и повишаване на тяхното качество.
Организациите, които следват пътя на технологичния прогрес, заемат водещи позиции на пазара, осигуряват по-добри условия на труд и минимизират нуждата от суровини. Поради тази причина големи предприятияВече не е възможно да си представим без изпълнението на проекти за механизация - изключения важат само за малки занаятчийски производства, където автоматизацията на производството не се оправдава поради основния избор в полза на ръчна изработка. Но дори и в такива случаи е възможно частично да се включи автоматизацията на някои етапи от производството.
Основи на автоматизацията
В широк смисъл автоматизацията включва създаването на такива условия в производството, които ще позволят определени задачи за производство и освобождаване на продукти да се изпълняват без човешка намеса. В този случай ролята на оператора може да бъде решаването на най-критичните задачи. В зависимост от поставените цели 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 автоматичното попълване.
В заводи и фабрики, където се продава пълна автоматизация, обикновено механизирано и електронни системиуправлението се прехвърля цялата функционалност за контрол на производството. Този подход е най-рационален, ако условията на работа не предполагат промени. В частична форма автоматизацията се осъществява на отделни етапи от производството или по време на механизирането на автономен технически компонент, без да се налага създаването на сложна инфраструктура за управление на целия процес. Цялостно ниво на автоматизация на производството обикновено се прилага в определени зони - това може да бъде отдел, цех, линия и т.н. Операторът в в такъв случайконтролира самата система, без да засяга непосредствения работен процес.
Автоматизирани системи за управление
Като начало е важно да се отбележи, че такива системи предполагат пълен контрол над предприятие, фабрика или завод. Техните функции могат да се разширят до конкретно оборудване, конвейер, цех или производствена зона. В този случай системите за автоматизация на процеси получават и обработват информация от обслужвания обект и въз основа на тези данни оказват коригиращо въздействие. Например, ако работата на производствения комплекс не отговаря на параметрите на технологичните стандарти, системата ще използва специални канали, за да промени режимите си на работа според изискванията.
Обекти на автоматизация и техните параметри
Основната задача при въвеждането на средства за механизация на производството е поддържането на качествените параметри на съоръжението, което в крайна сметка ще се отрази на характеристиките на продукта. Днес експертите се опитват да не навлизат в същността на техническите параметри на различни обекти, тъй като теоретично внедряването на системи за управление е възможно във 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 устройства и инсталации. Може само да се сравни степента на сложност на внедряването на автоматизация, която зависи от нивото и мащаба на проекта.
По отношение на параметрите, с които работят автоматичните системи, можем да разграничим входни и изходни индикатори. В първия случай е така физически характеристикипродуктите, както и свойствата на самия обект. Във втория това са преките показатели за качество на готовия продукт.
Регулиращи технически средства
Устройствата, които осигуряват регулиране, се използват в системите за автоматизация под формата на специални аларми. В зависимост от предназначението си те могат да наблюдават и контролират различни параметри на процеса. По-специално, автоматизацията на технологични процеси и производство може да включва аларми за температура, налягане, характеристики на потока и т.н. Технически устройствата могат да бъдат изпълнени като безмащабни устройства с електрически контактни елементи на изхода.
Принципът на действие на контролните аларми също е различен. Ако разгледаме най-често срещаните температурни устройства, можем да различим манометрични, живачни, биметални и термисторни модели. Конструктивният дизайн, като правило, се определя от принципа на работа, но условията на работа също оказват значително влияние върху него. В зависимост от посоката на работа на предприятието, автоматизацията на технологичните процеси и производството може да бъде проектирана, като се вземат предвид специфичните условия на работа. Поради тази причина контролните устройства са проектирани с акцент върху употребата им в условия на висока влажност, физически натискили въздействието на химикали.
Програмируеми системи за автоматизация
Качеството на управление и контрол на производствените процеси значително се повиши на фона на активното снабдяване на предприятията с изчислителни устройства и микропроцесори. От гледна точка на индустриалните нужди, възможностите на програмируемите технически средства позволяват не само да се осигури ефективно управление технологични процеси, но и за автоматизиране на дизайна, както и за провеждане на производствени тестове и експерименти.
Компютърните устройства, които се използват в съвременните предприятия, решават проблемите на регулиране и контрол на технологичните процеси в реално време. Такива средства за автоматизация на производството се наричат изчислителни системи и работят на принципа на агрегацията. Системите включват унифицирани функционални блокове и модули, от които можете да създавате различни конфигурации и да адаптирате комплекса за работа в определени условия.
Възли и механизми в системите за автоматизация
Директното изпълнение на работните операции се осъществява от електрически, хидравлични и пневматични устройства. Според принципа на действие класификацията включва функционални и порционни механизми. IN Хранително-вкусовата промишленостТакива технологии обикновено се прилагат. Автоматизацията на производството в този случай включва въвеждането на електрически и пневматични механизми, чиито конструкции могат да включват електрически задвижвания и регулаторни органи.
Електрически двигатели в системи за автоматизация
Основата на задвижващите механизми често се формира от електрически двигатели. В зависимост от вида на управлението те могат да бъдат представени в безконтактен и контактен вариант. Устройствата, които се управляват от релейни контактни устройства, могат да променят посоката на движение на работните части, когато се манипулират от оператора, но скоростта на операциите остава непроменена. Ако се предполага автоматизация и механизация на технологичните процеси с помощта 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, са инсталирани специални конзоли и панели. Разполагат устройства за автоматично управление и регулиране, контролно-измервателна апаратура, защитни механизми, както и различни елементи на 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 – тя е своеобразна контролна зала или операторска зона. Важно е да се отбележи, че автоматизацията на технологичните процеси и производство трябва да осигурява и достъп до поддръжка от страна на персонала. Именно тази функция до голяма степен се определя от конзоли 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 служи 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 средства за автоматична механизация. В стандартната версия диаграмата показва следните данни:
- ниво (мащаб) на автоматизация в конкретно предприятие;
- определяне на експлоатационните параметри на съоръжението, което трябва да бъде обезпечено със средства за управление и регулиране;
- характеристики на управление - пълно, дистанционно, операторско;
- възможност за блокиране на изпълнителни механизми и възли;
- конфигурация на местоположението на техническото оборудване, включително на конзоли и панели.
Спомагателни средства за автоматизация
Въпреки второстепенната си роля, допълнителните устройства осигуряват важни функции за наблюдение и контрол. Благодарение на тях се осигурява еднаква връзка между изпълнителните механизми и човек. По отношение на оборудването със спомагателни устройства автоматизацията на производството може да включва бутонни станции, контролни релета, различни превключватели и командни панели. Има много дизайни и разновидности на тези устройства, но всички те са фокусирани върху ергономичен и безопасен контрол на ключови единици на място.
Автоматизацията на технологичните процеси е намаляване или премахване на ръчния труд, изразходван за монтаж, затягане и отстраняване на части, управление на машината и контрол на размерите.
Автоматизацията се извършва в следните направления:
а) автоматизация на отделни машини и агрегати, която се извършва както при проектиране на новосъздадено оборудване, така и при модернизиране на съществуващо оборудване;
б) създаване на автоматични линии за производство на определен детайл или продукт;
в) организиране на автоматични цехове и предприятия за производство на продукти, които се произвеждат в големи количества.
Автоматизацията на отделните машини осигурява различна степен на участие на работниците в операцията. Създават се машини с полуавтоматичен цикъл, при който функциите на работника са да монтира детайла, да стартира машината и да извади обработвания детайл. Пример за това са въртящите се мултифрези и зъбонарезни машинии машини с автоматичен цикъл, оборудвани с устройства, които осигуряват работата на машината без участието на работник; автоматични въртящи се кули; машини за шлайфане на челни повърхности на бутални пръстени и др.
Най-простият метод за автоматизация е оборудването на машини с надлъжни и напречни ограничители, циферблати, измервателни линии, автоматични крайни превключватели и превключватели, автоматични устройства за обработка на шлифовъчния диск, хидравлични или пневматични скоби, устройства за зареждане, автоматични контроли и др.
Производствените линии за обработка на масово произведени части се създават чрез използване на оборудване с различна степен на автоматизация. Автоматичните производствени линии могат да бъдат създадени на базата на съществуващо оборудване чрез оборудване на машини с автоматични транспортни и товарни средства. Въпреки това, когато се произвеждат сложни части, обработени различни видове, организирането на автоматична линия на базата на съществуващи машини може да бъде скъпо и трудно. Следователно повечето автоматични линии са оборудвани с агрегат, със специално предназначениеи универсални машини, чиито конструкции включват възможност за включване в автоматични линии.
В автоматичните линии операторите обикновено работят върху първата операция (монтиране на детайла) и нататък последна операция(премахване на част). Останалите работници - настройчици - са заети с настройка на машини, подмяна на инструменти и отстраняване на проблеми, които възникват.
Предимството на автоматичните линии е намалените разходи за труд, по-висока производителност, по-ниски разходи за продукти, по-кратки производствени цикли, по-кратки натрупвания и намалена нужда от производствено пространство.
В автомобилната и тракторната промишленост, селскостопанското инженерство, производството на сачмени лагери и метални изделия, автоматичните линии се използват все повече не само за обработка на части, но и за производство на заготовки, студено щамповане на части и монтаж на компоненти. Проектирането на технологични процеси за обработка на части на автоматични машинни линии трябва да се извършва, като се вземат предвид характеристиките на автоматичната поддръжка на машината. Необходимо е да се стремим да опростим линията и да я направим по-надеждна, да предвидим възможността за създаване на определен запас от части на склад между операциите, осигуряване на работата на линията при настройка на една от машините, за улесняване на условията за смяна на инструменти, за да се гарантира добро отстраняванечипове, наличие на възли за ремонт и настройка. При големи количестваоперации, препоръчително е линията да се раздели на няколко части, комбинирайки хомогенни операции (фрезоване, пробиване, пробиване и др.).
Голямо място в автоматизацията на технологичните процеси заема внедряването на машини, агрегати и линии с програмно управление. Най-простият метод за програмно управление на автоматични и полуавтоматични стругове е да се контролират всички движения на машинните части с помощта на разпределителни валове с гърбици. Настройката на разпределителния вал и гърбиците определя работната програма на машината.
При копирно-фрезови, хидро- и електрически копирни стругове програмата за движение на дебеломер се задава от копирна машина. Произвеждат се машини, при които програмата за движение на работните органи се изготвя под формата на перфорирана карта и се въвежда в четящата машина. Това устройство предава команди чрез електронно устройство към задвижващи механизми, които включват определени механизми на машината. Машините, в които програмата се записва на магнитна лента, имат подобно устройство. Програмата на движенията на работните органи на такива машини може да бъде записана, когато първата част се обработва от работника. високо квалифициран; след това програмата се възпроизвежда неограничен брой пъти от четящата машина.
Автоматичните линии от много машини също работят като програмно управлявани машини. Програмата на тези линии се задава чрез настройка на системата от крайни изключватели, електрически, хидравлични и пневматични релета и друго оборудване. Широко разпространение получават металорежещи машини и автоматични линии, при които управлението на работните органи се осъществява от компютри, работещи по зададена програма.
Машините с компютърно управление осигуряват автоматизация на процеса на обработка, намаляват времето за обработка и повишават производителността на труда. Смяната на компютърно управлявани машини, които работят с перфокарти или магнитна лента, не изисква много време. Това ви позволява да автоматизирате производствените процеси на части, произведени в малки партиди.
Материалът на статията е написан въз основа на литературния източник "Технология на производство на двигатели с вътрешно горене" М. Л. Ягудин
Автоматизацията на производствените процеси е основната посока, по която в момента се движи производството в целия свят. Всичко, което преди това е извършвано от самия човек, неговите функции, не само физически, но и интелектуални, постепенно се прехвърлят към технологията, която сама извършва технологичните цикли и ги контролира. Това е общата посока сега модерни технологии. Ролята на човек в много индустрии вече е сведена само до контролер зад автоматичен контролер.
Като цяло понятието „контрол на технологичния процес“ се разбира като набор от операции, необходими за стартиране, спиране на процеса, както и поддържане или промяна в необходимата посока на физическите величини (индикатори на процеса). Отделни машини, агрегати, устройства, устройства, комплекси от машини и устройства, които извършват технологични процеси, които трябва да бъдат контролирани, се наричат обекти на управление или контролирани обекти в автоматизацията. Управляваните обекти са много разнообразни по предназначение.
Автоматизация на технологичните процеси– замяна на човешкия физически труд, изразходван за управление на механизми и машини, с работата на специални устройства, които осигуряват този контрол (регулиране на различни параметри, получаване на определена производителност и качество на продукта без човешка намеса).
Автоматизацията на производствените процеси позволява многократно увеличаване на производителността на труда, повишаване на неговата безопасност, екологичност, подобряване на качеството на продукта и по-ефективно използване на производствените ресурси, включително човешкия потенциал.
Всеки технологичен процес се създава и осъществява за постигане на определена цел. Производство на крайния продукт или за получаване на междинен резултат. По този начин целта на автоматизираното производство може да бъде сортиране, транспортиране и опаковане на продукт. Автоматизацията на производството може да бъде пълна, комплексна или частична.
Частична автоматизациявъзниква, когато една операция или отделен производствен цикъл се извършва автоматично. В същото време се допуска ограничено човешко участие в него. Най-често частичната автоматизация се случва, когато процесът протича твърде бързо, за да може самият човек да участва напълно в него, докато доста примитивните механични устройства, задвижвани от електрическо оборудване, се справят добре с него.
Частичната автоматизация, като правило, се използва на съществуващо оборудване и е допълнение към него. Най-ефективен обаче е, когато е включен в обща системаавтоматизация от самото начало – веднага се разработва, произвежда и монтира като негова неразделна част.
Цялостна автоматизациятрябва да обхваща отделна голяма производствена площ, това може да бъде отделен цех или електроцентрала. В този случай цялото производство работи в режим на единен взаимосвързан автоматизиран комплекс. Комплексната автоматизация на производствените процеси не винаги е препоръчителна. Областта му на приложение е съвременното високоразвито 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 този случай човек участва в производствения процес само като постоянен контролер, който следи състоянието на цялата система и нейните отделни части и се намесва в производството за стартиране и когато възникнат извънредни ситуации или когато има заплаха на такова събитие.
Най-високо ниво на автоматизация на производствените процеси – пълна автоматизация. При нея самата система осъществява не само производствения процес, но и пълен контрол върху него, който се осъществява от автоматични системи за управление. Пълната автоматизация е препоръчителна при рентабилно, устойчиво производство с установени технологични процеси с постоянен режим на работа.
всичко възможни отклоненияот нормата трябва предварително да се предвидят и да се разработят системи за защита срещу тях. Пълна автоматизация е необходима и за работа, която може да застраши човешкия живот, неговото здраве или се извършва на недостъпни за него места - под вода, в агресивна среда, в космоса.
Всяка система се състои от компоненти, които изпълняват определени функции. IN автоматизирана системаСензорите вземат показания и ги предават, за да вземат решение как да управляват системата; командата се изпълнява от задвижването.Най-често това е електрическо оборудване, тъй като е с помощта електрически токПо-разумно е да се изпълняват команди.
Необходимо е да се прави разлика между автоматизирани системи за управление и автоматични. При автоматизирана система за управлениесензорите предават показания на конзолата на оператора и той, след като е взел решение, предава командата на изпълнителното оборудване. При автоматична система– сигналът се анализира от електронни устройства, които след вземане на решение дават команда на изпълнителните устройства.
Човешкото участие в автоматичните системи все още е необходимо, макар и като контролер. Той има способността по всяко време да се намеси в технологичния процес, да го коригира или спре.
Така че температурният сензор може да се повреди и да даде неправилни показания. В този случай електрониката ще възприеме своите данни като надеждни, без да ги поставя под въпрос.
Човешкият ум многократно превъзхожда възможностите на електронните устройства, макар и да им отстъпва по скорост на реакция. Операторът може да разбере, че сензорът е повреден, да оцени рисковете и просто да го изключи, без да прекъсва процеса. В същото време той трябва да е напълно уверен, че това няма да доведе до инцидент. Опитът и интуицията, които са недостъпни за машините, му помагат да вземе решение.
Такава 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 променящите се условия.
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 защото автоматичният режим беше изключен, когато вече разработените програми за предотвратяване на аварийни ситуации не можеха да повлияят на развитието на ситуацията в реактора на централата.
Автоматизацията на отделните процеси започва в промишлеността още през деветнадесети век.Достатъчно е да си припомним автоматичния центробежен регулатор за парни машини, проектиран от Watt. 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 се е предавала на машини с помощта на трансмисии и задвижвания.
Централизираното производство на електроенергия и използването й в промишлеността като цяло започва едва през ХХ век - преди Първата световна война, когато всяка машина е оборудвана със собствен електродвигател. Именно това обстоятелство направи възможно механизирането не само на производствен процесна машината, но механизирайте нейното управление. Това беше първата стъпка към създаването автоматични машини. Първите проби от които се появяват в началото на 30-те години. Тогава се появи самият термин „автоматизирано производство“.
В Русия – тогава още в СССР – първите стъпки в тази насока са направени през 30-40-те години на миналия век. За първи път в производството на лагерни части бяха използвани автоматични машини. Тогава идва първото в света напълно автоматизирано производство на бутала за тракторни двигатели.
Технологичните цикли бяха обединени в един автоматизиран процес, като се започне от зареждането на суровини и завърши с опаковането на готовите части. Това стана възможно благодарение на широко приложениемодерно електрическо оборудване по това време, различни релета, дистанционни превключватели и, разбира се, задвижвания.
И едва появата на първите електронни компютри направи възможно достигането ново нивоавтоматизация. Сега технологичният процес е престанал да се разглежда просто като набор от отделни операции, които трябва да се извършват в определена последователност, за да се получи резултат. Сега целият процес е един.
В момента системите за автоматично управление не само провеждат производствения процес, но и го контролират и наблюдават възникването на необичайни и аварийни ситуации.Те пускат и спират технологично оборудване, следят претоварванията и разработват действия при аварии.
IN напоследъкавтоматичните системи за управление правят доста лесно възстановяването на оборудването за производство на нови продукти. Това вече е цяла система, състояща се от отделни автоматични многорежимни системи, свързани към централен компютър, който ги свързва в една мрежа и издава задачи за изпълнение.
Всяка подсистема е отделен компютър със собствена софтуерпроектиран да изпълнява собствените си задачи. Вече е гъвкави производствени модули.Наричат се гъвкави, защото могат да бъдат преконфигурирани за други технологични процеси и по този начин да разширят производството и да го разнообразят.
Върхът на автоматизираното производство е. Автоматизацията е проникнала в производството от горе до долу. Транспортната линия за доставка на суровини за производство работи автоматично. Автоматизирано управление и проектиране. Човешкият опит и интелект се използват само там, където електрониката не може да го замени.
Видовете системи за автоматизация включват:
- неизменни системи.Това са системи, в които последователността от действия се определя от конфигурацията на оборудването или условията на процеса и не може да бъде променяна по време на процеса.
- програмируеми системи.Това са системи, в които последователността от действия може да варира в зависимост от дадената програма и конфигурация на процеса. Изборът на необходимата последователност от действия се осъществява чрез набор от инструкции, които могат да бъдат разчетени и интерпретирани от системата.
- гъвкави (самонастройващи се) системи.Това са системи, които могат да правят избор необходими действияв ход. Промяната на конфигурацията на процеса (последователността и условията за извършване на операции) се извършва въз основа на информация за хода на процеса.
Тези видове системи могат да се използват на всички нива на автоматизация на процесите поотделно или като част от комбинирана система.
Във всеки сектор на икономиката има предприятия и организации, които произвеждат продукти или предоставят услуги. Всички тези предприятия могат да бъдат разделени на три групи в зависимост от тяхната „отдалеченост“ във веригата за преработка на природните ресурси.
Първата група предприятия са предприятия, които добиват или произвеждат Природни ресурси. Такива предприятия включват например земеделски производители и предприятия за производство на нефт и газ.
Втората група предприятия са предприятия, преработващи природни суровини. Те произвеждат продукти от суровини, добивани или произведени от предприятия от първата група. Такива предприятия включват например предприятия от автомобилната индустрия, стоманодобивни предприятия, предприятия за електроника, електроцентрали и др.
Третата група са предприятията от сектора на услугите. Такива организации включват например банки, образователни институции, лечебни заведения, ресторанти и др.
За всички предприятия е възможно да се идентифицират общи групи от процеси, свързани с производството на продукти или предоставянето на услуги.
Такива процеси включват:
- бизнес процеси;
- процеси на проектиране и разработка;
- производствени процеси;
- процеси на контрол и анализ.
- Бизнес процесите са процеси, които осигуряват взаимодействие в рамките на организацията и с външни заинтересовани страни (клиенти, доставчици, регулаторни органи и др.). Тази категория процеси включва процеси на маркетинг и продажби, взаимодействие с потребителите, процеси на финансово, персонално, материално планиране и счетоводство и др.
- Процеси на проектиране и разработка– това са всички процеси, свързани с разработването на продукт или услуга. Такива процеси включват процесите на планиране на развитието, събиране и подготовка на първоначални данни, изпълнение на проекта, наблюдение и анализ на резултатите от проектирането и др.
- Производствени процесиса процесите, необходими за производство на продукти или предоставяне на услуги. Тази група включва всички производствени и технологични процеси. Те също така включват процеси за планиране на търсенето и планиране на капацитета, логистични процеси и процеси на обслужване.
- Процеси на контрол и анализ– тази група процеси е свързана със събирането и обработката на информация за изпълнението на процесите. Такива процеси включват процеси за контрол на качеството, оперативно управление, процеси за контрол на запасите и др.
Повечето от процесите, принадлежащи към тези групи, могат да бъдат автоматизирани. Днес има класове системи, които осигуряват автоматизация на тези процеси.
Технически спецификации на подсистема "Складове". | Техническо задание на подсистема "Документооборот". | Техническо задание на подсистема "Снабдяване". | |
Стратегия за автоматизация на процесите
Автоматизацията на процесите е сложна и отнемаща време задача. За успешното решаване на този проблем е необходимо да се придържате към определена стратегия за автоматизация. Тя ви позволява да подобрите процесите и да спечелите редица значителни ползи от автоматизацията.
Накратко стратегията може да се формулира по следния начин:
- разбиране на процеса.За да автоматизирате процес, трябва да разберете съществуващия процес с всичките му подробности. Процесът трябва да бъде напълно анализиран. Трябва да се определят входовете и изходите на процеса, последователността на действията, връзката с други процеси, съставът на ресурсите на процеса и др.
- опростяване на процеса.След като анализът на процеса е извършен, процесът трябва да бъде опростен. Ненужните дейности, които не добавят стойност, трябва да бъдат намалени. Отделните операции могат да се комбинират или изпълняват паралелно. За подобряване на процеса могат да бъдат предложени други технологии за неговото изпълнение.
- автоматизация на процесите.Автоматизирането на процеса може да се извърши само след като процесът е опростен доколкото е възможно. Колкото по-прост е процесът, толкова по-лесно е да се автоматизира и толкова по-ефективен ще бъде автоматизираният процес.
Широко разпространеното внедряване на автоматизацията е най-много ефективен начинповишаване на производителността на труда.
В много съоръжения, за да се организира правилен технологичен процес, е необходимо да се поддържат зададени стойности на различни физически параметри за дълго време или да се променят във времето според определен закон. Поради различни външни влиянияза обект тези параметри се отклоняват от посочените. Операторът или водачът трябва да повлияе на обекта по такъв начин, че стойностите на контролираните параметри да не надхвърлят допустимите граници, т.е. да контролират обекта. Индивидуалните функции на оператора могат да се изпълняват от различни автоматични устройства. Тяхното въздействие върху обекта се осъществява по команда от лице, което следи състоянието на параметрите. Този тип управление се нарича автоматично. За да се изключи напълно човек от процеса на управление, системата трябва да бъде затворена: устройствата трябва да следят отклонението на контролирания параметър и съответно да дават команда за управление на обекта. Такава затворена система за управление се нарича система за автоматично управление (ACS).
Първите прости автоматични системи за управление за поддържане на определени стойности на нивото на течността, налягането на парата и скоростта на въртене се появяват през втората половина на 18 век. с развитието на парните машини. Създаването на първите автоматични регулатори беше интуитивно и беше заслуга на отделни изобретатели. За по-нататъшното развитие на средствата за автоматизация бяха необходими методи за изчисляване на автоматични регулатори. Още през втората половина на 19в. е създадена хармонична теория за автоматичното регулиране, основана на математически методи. В трудовете на Д. К. Максуел „За регулаторите“ (1866) и И.А. Вишнеградски „За общата теория на регулаторите“ (1876), „За регулаторите пряко действие"(1876) регулаторите и обектът на регулиране се разглеждат за първи път като единна динамична система. Теорията на автоматичното регулиране 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 регулираните параметри и взаимовръзката на регулираните обекти; повишаване на необходимата точност и скорост на управление; увеличаване на дистанционното управление и т.н. Тези проблеми могат да бъдат решени само на базата на съвременните електронни технологии, широкото въвеждане на микропроцесори и универсални компютри.
Широкото въвеждане на автоматизация в хладилните агрегати започва едва през 20 век, но още през 60-те години са създадени големи, напълно автоматизирани агрегати.
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 този случай е необходимо да се гарантира, че не възникват опасни работни условия.
Устройство, в което протича процес, изискващ 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 регулируем параметър и се обозначава с буквата X. Може ли това да бъде температура t, налягане p, ниво на течността H, относителна влажност? и т.н. Означаваме началната (зададена) стойност на контролирания параметър като X 0 . В резултат на външни въздействия върху обекта действителната стойност на X може да се отклони от зададената X 0 . Степента на отклонение на контролирания параметър от първоначалната му стойност се нарича несъответствие:
Външно влияние върху обект, независимо от оператора и увеличаващо несъответствието, се нарича натоварване и се обозначава с Mn (или QH - когато ние говорим заза топлинно натоварване).
За да се намали несъответствието, е необходимо да се упражни въздействие върху обекта, противоположен на товара. Организирано въздействие върху обект, което намалява несъответствието, се нарича регулаторно влияние - M p (или Q P - за термично въздействие).
Стойността на параметъра X (по-специално X 0) остава постоянна само когато управляващото действие е равно на натоварването:
X = const само за M p = M n.
Това е основният закон за регулиране (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, за M p<М н рассогласование увеличивается.
Автоматични системи. При ръчно регулиране, за да промени регулаторния ефект, 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 такова управление е показана на фиг. 1, б, Елементи 1, 2, 3 и 4 трансформират един физически параметър в друг, по-удобен за предаване към следващия елемент. Стрелките показват посоката на влияние. Входният сигнал за автоматично управление X control може да бъде натискане на бутон, преместване на дръжката на реостата и др. За увеличаване на мощността на предавания сигнал може да се подаде допълнителна енергия E към отделни елементи.
За да управлява обект, водачът (операторът) трябва непрекъснато да получава информация от обекта, т.е. да извършва контрол: измерва стойността на контролирания параметър X и изчислява стойността на несъответствието? X. Този процес може също да бъде автоматизиран (автоматично управление), т.е. инсталиране на устройства, които ще показват, записват стойността X или дават сигнал, когато X надхвърли допустимите граници.
Информацията, получена от обекта (верига 5-7), се нарича обратна връзка, а автоматичното управление се нарича директна комуникация.
При автоматично управление и автоматично управление операторът просто трябва да погледне устройствата и да натисне бутон. Възможно ли е да се автоматизира този процес, така че напълно да се освободим от оператор? Оказва се, че е достатъчно да се подаде изходният сигнал за автоматично управление X към входа за автоматично управление (към елемент 1), така че процесът на управление да стане напълно автоматизиран. В този случай елемент 1 сравнява сигнала X k с дадения X 3 . Колкото по-голямо е несъответствието X, толкова по-голяма е разликата X към - X 3 и съответно регулаторният ефект на M r се увеличава.
Системите за автоматично управление със затворена верига на влияние, при които управляващото действие се генерира в зависимост от несъответствието, се наричат система за автоматично управление (ACS).
Елементите за автоматично управление (1--4) и мониторинг (5--7) образуват автоматичен регулатор, когато веригата е затворена. Така системата за автоматично управление се състои от обект и автоматичен контролер (фиг. 1, в). Автоматичният регулатор (или просто регулатор) е устройство, което възприема несъответствие и действа върху обект по такъв начин, че да намали това несъответствие.
Въз основа на целта за въздействие върху обекта се разграничават следните системи за управление:
а) стабилизиране,
б) софтуер,
в) последователи
г) оптимизиране.
Стабилизиращите системи поддържат стойността на контролирания параметър постоянна (в определени граници). Настройките им са постоянни.
Софтуерни системиконтролите имат настройка, която се променя с времето според дадена програма.
IN системи за проследяваненастройката непрекъснато се променя в зависимост от някакъв външен фактор. При климатичните системи например е по-изгодно да се поддържа по-висока стайна температура в горещите дни, отколкото в хладните дни. Поради това е препоръчително непрекъснато да променяте настройката в зависимост от външната температура.
IN оптимизиращи системиПолучената от контролера информация от обекта и външната среда се обработва предварително за определяне на най-благоприятната стойност на контролирания параметър. Настройката се променя съответно.
За поддържане на зададената стойност на контролирания параметър X0, в допълнение към системите за автоматично управление, понякога се използва система за автоматично наблюдение на натоварването (фиг. 1d). В тази система контролерът възприема промените в натоварването, а не несъответствието, осигурявайки непрекъснато равенство M p = M n. Теоретично това гарантира точно, че X 0 = const. Въпреки това, практически поради различни външни въздействия върху елементите на контролера (смущения), равенството M R = M n може да бъде нарушено. Несъответствието X, което възниква в този случай, се оказва значително по-голямо, отколкото в системата за автоматично управление, тъй като в системата за наблюдение на натоварването няма обратна връзка, т.е. тя не реагира на несъответствието X.
В сложни автоматични системи (фиг. 1, д), заедно с основните вериги (директна и обратна връзка), може да има допълнителни вериги за предна и обратна връзка. Ако посоката на допълнителната верига съвпада с основната, тогава тя се нарича права (вериги 1 и 4); ако посоките на влиянията не съвпадат, тогава възниква допълнителна обратна връзка (вериги 2 и 3). Входът на автоматичната система се счита за действие за настройка, а изходът е контролираният параметър.
Наред с автоматичното поддържане на параметрите в зададени граници е необходима и защита на инсталациите от опасни условия, което се осъществява от автоматични системи за защита (APS). Те могат да бъдат превантивни или спешни.
Превантивната защита засяга устройствата за управление или отделни елементи на регулатора преди настъпването на опасен режим. Например, ако захранването с вода към кондензатора е прекъснато, компресорът трябва да бъде спрян, без да се чака аварийно повишаване на налягането.
Аварийната защита възприема отклонението на регулирания параметър и когато стойността му стане опасна, изключва един от възлите на системата, така че несъответствието повече да не се увеличава. При задействане на автоматичната защита нормалното функциониране на системата за автоматично управление спира и контролираният параметър обикновено излиза извън допустимите граници. Ако след задействане на защитата контролираният параметър се върне в определената зона, EPS може да включи отново деактивирания модул и системата за управление продължава да работи нормално (многократна защита).
При големи съоръжения по-често се използва защита за самозащита с едно действие, т.е. 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, т.е. посочваща причината за задействането). Ползи от автоматизацията. За да идентифицираме предимствата на автоматизацията, нека сравним например графиките на температурните промени в хладилната камера с ръчно и автоматично управление (фиг. 2). Нека желаната температура в камерата е от 0 до 2°C. Когато температурата достигне 0°C (точка 1), водачът спира компресора. Температурата започва да се покачва и когато се повиши до приблизително 2°C, водачът отново включва компресора (точка 2). Графиката показва, че поради ненавременно стартиране или спиране на компресора, температурата в камерата излиза извън допустимите граници (точки 3, 4, 5). При често повишаване на температурата (раздел А) допустимият срок на годност се намалява и качеството на нетрайните продукти се влошава. Ниската температура (секция B) причинява изсушаване на продуктите и понякога намалява техния вкус; В допълнение, допълнителната работа на компресора губи електроенергия и охлаждаща вода, причинявайки преждевременно износване на компресора.
При автоматично управление температурното реле се включва и спира компресора при 0 и +2 °C.
Устройствата също изпълняват основни защитни функции по-надеждно от хората. Водачът може да не забележи бързо повишаване на налягането в кондензатора (поради загуба на водоснабдяване), неизправност в маслената помпа и т.н., но 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 дефектния компресор и 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) времето, изразходвано за поддръжка, се намалява;
2) по-точно се поддържа необходимия технологичен режим;
3) намаляват се експлоатационните разходи (за ток, вода, ремонти и др.);
4) надеждността на инсталациите се увеличава.
Въпреки изброените предимства, автоматизацията е препоръчителна само в случаите, когато е икономически оправдана, т.е. разходите, свързани с автоматизацията, се компенсират от спестяванията от нейното внедряване. Освен това е необходимо да се автоматизират процеси, чиято нормална работа не може да се осигури с ръчно управление: прецизни технологични процеси, работа в опасни или експлозивни среди.
От всички процеси на автоматизация автоматичното регулиране има най-голямо практическо значение. Затова по-нататък разглеждаме основно системите за автоматично управление, които са в основата на автоматизацията на хладилните агрегати.
Литература
1. Автоматизация на технологичните процеси в производството на храни / Изд. Е. Б. Карпина.
2. Автоматични устройства, регулатори и управляващи машини: Наръчник / Ed. Б. Д. Кошарски.
3. Петров. И. К., Солошченко М. Н., Царков В. Н. Уреди и средства за автоматизация на хранително-вкусовата промишленост: Наръчник.
4. Автоматизация на технологичните процеси в хранително-вкусовата промишленост. Соколов.