Автоматизация производства и управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современное развитие техники сушки материалов в значительной степени связанно с применением высоких температур, а в ряде случаев и влажностей сушильного агента или мощных лучистых потоков при радиационной сушке, так как это дает возможность интенсифицировать процесс сушки материалов. Однако эффективное управление быстропротекающими процессами сушки невозможно без применения автоматического регулирования и управления. При ручном регулировании в этих случаях невозможно осуществить точное поддержание высоких температур сушильного агента или излучающей поверхности в заданных пределах, Поэтому неизбежны хотя бы кратковременные превышения заданной температуры, а это часто приводит к порче сушимого материала и сводит на нет все преимущества сушки или применения высоких параметров сушильного агента. Применение автоматизации и автоблокировки в сушильных установках необходимо и по требованиям техники безопасности, например при сушке токами высокой частоты, при сушке взрывоопасных и ядовитых веществ и т.п.

Автоматизация управления повышает культуру эксплуатации и к. п. д. сушильной установки, увеличивает ее производительность, улучшает качество сушки, повышает надежность работы, облегчает условия труда и позволяет уменьшить количество обслуживающего сушилку персонала.

Необходимость автоматизации

Необходимость автоматизации обусловлена следующими причинами:

стремление повысить производительность труда, интенсивность работы при стабильности и надежности функционирования оборудования;

более совершенный технологический процесс невозможен без автоматического управления (обычно при переходе от периодических процессов к непрерывным);

стремление уменьшить затраты на вспомогательные производства, удельный вес которых по капитальным затратам до 50 %, по трудовым - до 70 %, освободиться от физического, монотонного, малоквалифицированного труда;

необходимость упорядочения получения и переработки информации и использование ее для управления всеми производственными процессами.

Процесс отдаления человека от непосредственного воздействия на органы управления и расширения функций автоматических устройств продолжается и становится главным направлением развития всей техники.

Необходимость передачи автоматическим устройствам функций управления диктуется значительным усложнением процессов, повышением требований к точности, необходимостью экономии энергоресурсов, быстротой протекания процессов и т.п. Количество информации, которое необходимо переработать человеку в единицу времени, чтобы управлять, оказывается столь большим, что он не успевает следить за им же созданными агрегатами и процессами. Устранение этой трудности путем простого увеличения обслуживающего персонала невозможно. Кроме того, часто сам характер процесса (как в случае контроля параметров безопасности газифицированного агрегата) требует автоматизации.

Разрешить указанные трудности можно, переложив с человека на автоматику не только простые, но и сложные функции регулирования. Тогда появляется реальная возможность не только автоматически управлять отдельными агрегатами и процессами (что характерно для частичной автоматизации), не только осуществлять комплексную автоматизацию, при которой создается взаимосвязанная система операций с объединением в единый комплекс процессов и агрегатов в масштабе котельных, цехов, заводов, но и переходить к полной автоматизации, когда обеспечивается как автоматизация всех основных и вспомогательных участков, процессов и агрегатов производства, так и автоматизация информационных процессов (получение, передача, хранение и обработка информации) посредством автоматизированных систем управления (АСУ) с применением средств вычислительной техники, с сокращением (или полным выводом) обслуживающего персонала и сведением его функций к наблюдению за работой оборудования и устранению возникающих неполадок.

В общем случае процесс управления состоит из следующих основных элементов: получение информации о задачах управления; получение информации о результатах управления (т.е. о поведении объекта); анализ полученной информации и выработка решения; исполнение решения (т.е. осуществление управляющих воздействий).

На каждый объект оказывает влияние бесчисленное множество внешних воздействий, но из них отбирают лишь те, которые в условиях решаемой задачи существенно влияют на состояние объекта. Эти внешние воздействия называют входными величинами (входными воздействиями или переменными). Для решения задач управления важно различать два типа входных величин: управляющие и возмущающие.

К управляющим относятся такие величины, значениями которых можно распоряжаться при управлении объектом и которые можно изменять для осуществления цели управления. К возмущающим относятся остальные существенные воздействия на объект.

Воздействия объекта на окружающую среду характеризуются значениями выходных величин, совокупность которых определяет состояние объекта, так как именно они позволяют оценивать соответствие изменений в объекте целям управления.

Изменение входных величин, как правило, вызывает изменение выходных величин. Однако изменения на выходе объекта не всегда проявляются сразу, они могут иногда запаздывать, но никогда не могут опережать изменения входных величин, так как входные величины - причина, а выходные - следствие управления.

Целесообразно заметить, что возмущающие воздействия, влияющие на объект, могут иметь не только внешнее происхождение, но и проявляться внутри объекта как результат изменения свойств его элементов после длительной работы и вообще при нарушении нормального функционирования этих элементов.

Управляемый объект и присоединенное к нему устройство, воздействующее на объект с целью обеспечения требуемого режима работы и называемое управляющим устройством, в совокупности образуют систему управления.

В зависимости от выполняемых автоматическими устройствами функций различают следующие основные виды автоматизации: измерения и контроль, сигнализацию, защиту, управление, регулирование.

Автоматические измерения и контроль позволяют при помощи контрольно-измерительных приборов непрерывно или дискретно (периодически) контролировать количественные и качественные показатели технологического процесса, передавать данные на пульты диспетчера или оператора и в случае необходимости регистрировать измеряемые параметры.

Необходимость в автоматическом контроле возникает всегда, когда операция контроля вследствие своей сложности требует от оператора много времени, или когда требуется высокая точность контроля, или когда контролируемая величина изменяется с такой скоростью, что превышает возможности человека, или когда человек не в состоянии следить за контролируемой величиной из-за ее недоступности, специфики протекающего процесса, опасности и т.п.

Обычно различают два вида контроля: контроль предельных положений и непрерывный контроль. При контроле предельных положений контролируются только границы изменяющегося параметра, например включенное или выключенное положение машины, начало или окончание какого-либо процесса, предельные нижний или верхний уровни воды.

При непрерывном контроле происходит непрерывное или повторяющееся через определенные промежутки времени контролирование и измерение процессов и операций.

Автоматический контроль и измерения не только имеют большое самостоятельное значение, но и являются основой всех других, в том числе самых сложных, видов автоматизации.

Автоматическая сигнализация предназначена для передачи командных, информационных и контрольных сигналов оператору или диспетчеру. Зачастую автоматическую сигнализацию трудно отделить от других видов автоматизации, тем не менее она имеет и самостоятельное применение в виде:

предупредительной (сигнализация момента пуска агрегата, начала технологического процесса и т.п.);

исполнительной (контроль выполнения распоряжения обслуживающего персонала, например загорание сигнальной лампы «Отсечка»);

аварийной (извещение обслуживающего персонала о нарушении производственного процесса).

Автоматическая защита предназначена для предотвращения повреждений оборудования при возникновении аварийных режимов работы. Устройства автоматической защиты либо прекращают контролируемый процесс при возникновении ненормальных режимов, либо обеспечивают другие меры ликвидации опасности.

Существует два вида автоматической защиты - это защита, основанная на непосредственном контроле параметров процесса (температуры, давления, уровня и пр.), и защита, основанная на контроле работы агрегатов и их узлов по нагрузке электрической сети или приводных электродвигателей (защита от коротких замыканий и перегрузок, тепловая защита от перегрева, защита непрерывности заземления и т.д.), когда используются различные реле: максимального тока, тепловые, минимального тока, утечки и т.п.

Автоматическая защита, контроль и сигнализация обычно сопутствуют друг другу: часто сначала дается сигнал о существенном отклонении контролируемого параметра от заданного значения, а затем, когда отклонение превысит допустимый уровень, срабатывает автоматика безопасности и выдается соответствующий сигнал.

Особый вид автоматической защиты - автоблокировка, устройства которой не допускают неправильных включений и выключений оборудования, предотвращая повреждения и аварии.

Автоматическое управление служит для автоматического пуска и останова различных двигателей и приводов, запуска в работу и останова отдельных узлов оборудования и агрегатов в целом. По способу посылки импульса на включение или останов устройства автоматического управления делят на полуавтоматические и автоматические. В первом случае устройство приводится в действие нажатием кнопки или поворотом рукоятки оператором с пульта управления (дистанционное управление) или непосредственно у агрегата (местное управление). Во втором случае импульсы посылаются датчиками, контролирующими режим работы (например, автоматическое включение подпиточного насоса котельной при утечке воды из системы отопления).

Автоматическое регулирование предназначено для поддержания без участия человека в течение определенного промежутка времени с требуемой точностью заданных режимов технологического процесса.

Автоматическое регулирование - частный случай автоматического управления, заключающегося в поддержании заданного состояния технологического процесса (необходимых режимов агрегатов) или обеспечении хода этого процесса по заданному заранее или задаваемому в зависимости от каких-либо условий закону.

В системах автоматического регулирования (САР) как совокупности объекта и управляющего устройства последнее называется регулятором, объект - регулируемым объектом, выходная величина - регулируемой величиной или регулируемым параметром.

По функциональной зависимости заданного закона воспроизведения регулируемой величины от входного сигнала, от времени или от других параметров, т.е. в зависимости от выполняемых задач, САР делятся на системы: стабилизации, программного регулирования, следящие, оптимального регулирования.

При выполнении задачи стабилизации система регулирования должна поддерживать регулируемую величину вблизи некоторых неизменных значений, несмотря на действие возмущений. Устанавливаемое с помощью задающего устройства предписанное значение регулируемой величины для такого типа регуляторов остается постоянным.

Задача выполнения программы возникает в случаях, когда заданные значения регулируемых параметров изменяются во времени заранее известным образом. Поскольку закон изменения регулируемого параметра заранее известен, то информация о нем может быть зафиксирована в каком-либо запоминающем задающем устройстве, присоединяемом к регулятору. Если изменение заданных значений регулируемых параметров не известно и они должны меняться в зависимости от значения других величин, возникает задача слежения (например, регулирование подачи воздуха к дутьевым горелкам в зависимости от количества подаваемого топлива). В регуляторе следящей системы для формирования управляющего воздействия используется информация о значении величины, за которой необходимо следить, и информация о состоянии регулируемого объекта, передаваемая по каналу обратной связи.

При стремлении оптимизировать работу регулируемой системы необходимо располагать какой-то мерой, пригодной для того, чтобы сравнивать различные варианты и выделять из них лучшие. Такая мера - величина, характеризующая эффективность управления, называется критерием эффективности. Под системой оптимального регулирования понимают систему с такой совокупностью управляющих воздействий, которая с учетом наложенных на систему ограничений обеспечивает наивыгоднейшее значение критерия эффективности.

Важным классификационным признаком систем регулирования является источник энергии, за счет которой осуществляется перемещение регулирующего органа. Регуляторы, работающие без использования постороннего источника энергии, т.е. перемещающие регулирующий орган с помощью энергии, развиваемой непосредственно измерительным устройством, называются регуляторами прямого действия.

Таким образом, при автоматизации решаются следующие задачи:

1. Задачи регулирования параметров путем решения разностных уравнении, эквивалентных, например, П-, ПИ- и ПИД-алгоритмам в аналоговой технике, и разностных уравнений более высокого порядка, реализация операций канала регулирования, программного управления заданиями регуляторов, синтеза алгоритмов регулирования и т.п.

2. Задачи логического управления путем реализации однотактных (комбинационных) схем при пуске, останове и блокировке работы оборудования с непрерывными процессами, реализации многотактных последовательных схем (конечных автоматов с памятью) при управлении циклическими процессами, обладающими множеством режимов управления (состояний автомата).

3. Задачи анализа динамики объектов и адаптивного управления, сводящиеся к идентификации модели объекта в форме разностных или дифференциальных уравнений при проведении активного или пассивного эксперимента на объекте; синтеза закона регулирования и регулирования по этому закону в каждом или выбранном такте измерения.

4. Задачи контроля, сводящиеся к вводу и выводу данных, линейным и нелинейным преобразованиям переменных процессов, сигнализации, индикации и регистрации данных.

Факторы, влияющие на эффективность автоматизации:

экономическая эффективность;

желание внедрять новую технику (человеческий фактор). При приказе сверху, как это происходило в недавнее время, эффекта нет;

наличие техники, комплексного оборудования для автоматизации;

уровень подготовки среды автоматизации, технологического обеспечения, обученность, подготовленность кадров;

планомерность автоматизации, этапность работ с глубоким научно-техническим и социально-экономическим обоснованием, соблюдением иерархии целей, наличием ответственности.

Классификация способов автоматизации

Современная техника комплексной автоматизации и механизации достигла значительного совершенства, и в настоящее время применяются:

1. Автоматическое регулирование сушилок непрерывного действия, обеспечивающее постоянство заранее заданных значений одного или нескольких параметров режима сушки, например температуры и влажности сушильного агента в различных зонах рабочей камеры сушилки.

2. Программное автоматическое регулирование сушилок периодического действия, обеспечивающее (заранее заданное) регулирование параметров режима сушки по мере протекания процесса сушки, т. е. изменение непрерывно или через определенные промежутки времени температуры и влажности сушильного агента в рабочей камере сушилки.

3. Автоматическая защита и сигнализация, предохраняющие сушильный агрегат от аварии. Обычно в таких случаях используют автоматические сигнализаторы, при их установке в нескольких сушилках делают один звуковой сигнал. В схеме предусматривается кнопка для прекращения звукового сигнала и возможности его последующего включения, если в этот же момент, когда еще не ликвидирована авария в первой камере, повысится температура в какой-либо другой камере. При наличии автоматического регулирования термосигнализацию в ряде случаев не устраивают.

4. Автоматическая блокировка, обеспечивающая включение и выключение группы вспомогательных механизмов и органов управления (задвижек, вентилей, заслонок и т. п.) с определенной последовательностью, требующейся по технологическому процессу. Такой блокировкой, например в малярных сушилках, являются автоматическое выключение подачи газа к горелкам, переключение газов из топки на дымовую трубу и остановка конвейера сушимых материалов, если произойдет аварийная остановка дутьевого вентилятора.

«Подводные камни» при автоматизации

Имеется ряд факторов, препятствующих успешной автоматизации производства:

«луддитство» - разрушение систем автоматизации, роботов станков и т.д. как элементов, лишающих людей работы (нужен учет человеческого фактора);

непродуманность применения систем автоматизации в технологических процессах (эффект дает комплексная последовательно проводимая автоматизация при непрерывности процессов обработки);

неподготовленность обслуживающего персонала, рабочие и руководители с большим стажем работы неохотно идут на переобучение, стремятся работать привычными методами (к автоматизации необходимо широко привлекать молодежь);

консерватизм руководителей производства, личная незаинтересованность в автоматизации («зри в корень» - 70-90 % успеха зависит от деловых качеств руководителей).

Автоматизация электрической печи и сушильной камеры

Имея высокую эффективность и неоспоримую стабильность, тиристорные контроллеры питания стали популярны еще в семидесятых годах. С развитием технологий стоимость регуляторов управления питанием на основе тиристоров стала заметно снижаться, что привело к незаменимости данных устройств в современной промышленности. Основной целью применения тиристорных регуляторов мощности является контроль мощности, подаваемой на нагрузку, для высокоточного поддержания температуры.

На протяжении десятилетий основными устройствами управления количеством энергии, подаваемой на нагрузку, были релейно-контакторные системы, но сегодня эти системы беспощадно вытесняются тиристорным управлением в связи с рядом преимуществ, а именно:

непрерывное регулирование. Частота коммутации тока равна частоте сетевого напряжения, т. е. дискретность равна одному периоду переменного напряжения. Таким образом, температура поддерживается с высокой точностью, а реагирование на все изменения агрессивных воздействий будет быстрым;

механические контакты отсутствуют. Это повышает надежность, а эксплуатационные затраты, которые необходимы для обслуживания заметно сокращаются;

пусковые токи элементов электронагрева могут быть ограничены. Многие печи имеют характеристики, которые напрямую влияют на достаточно низкое сопротивление элементов нагревания, когда находятся в холодном состоянии. Именно поэтому пусковой ток может отличаться от номинального в 10 и более раз. При помощи фазоимпульсного управления представляется возможность ограничить пусковые токи.

Современный регулятор мощности построен на мощной системе управления с цифровым процессором, благодаря чему регуляторы имеют такие преимущества, как:

гибкость конфигурации под каждый технологический процесс, а также вид нагрузки;

жидкокристаллический дисплей, а также наглядная индикация на нем;

автоматическая диагностика неисправностей и защитные комплексы;

два основных типа управления -- числовой и фазоимпульсный;

точная стабилизация, а также ограничение токов;

многозонное регулирование;

легкость интеграции в АСУ ТП.

Данные преимущества позволяют разрабатывать множество решений для модернизации и автоматизации производств. Рассмотрим наиболее распространенные и интересные примеры.

Автоматизация электропечи

В современном мире редко когда на производстве или научно-технических лабораториях не встречаются электрические печи. Основной элемент электрической печи -- ТЭН (термоэлектрический нагреватель). Существуют ТЭНы различных типов, с уникальными свойствами и характеристиками, но все они должны обеспечивать многолетнюю стабильную работу печи и поддерживать максимально точно температуру технологического процесса.

Для поддержания точной температуры и автоматического управления применяют устройство управления нагревом (регулятор) Стратег СУН-3Ф. Стратег СУН-3Ф является мощным ПИД-регулятором с возможностью коммутирования токов до 210А со встроенной системой безопасности при перегреве и коротком замыкании и выходами для аварийной сигнализации.

Для работы устройства управления нагревом необходима информация о текущей температуре печи, т. е. необходима обратная связь по температуре. Для этого к универсальному входу Стратег СУН-3Ф подключается датчик температуры электрической печи. Также устройство необходимо подключить к сетевому напряжению и к выходным шинам подсоединить ТЭНы.

Встроенный дисплей регулятора позволит Вам задать необходимую температуру, которую регулятор будет строго поддерживать с точностью до долей градуса, а также запустить автокалибровку, настроить аварийную сигнализацию и прочее.

Управление работой сушильной камеры

Сушильная камера является одной из разновидностей печей лишь с той разницей, что в сушильной камере более низкие температуры, но температура должна меняться в зависимости от времени по заданной программе. Также в сушильной камере используются системы обдува для повышения эффективности и равномерности сушки.

Подобные задачи регулирования с успехом решаются устройством управления нагревом Стратег СУН-Програм. Данный регулятор не просто поддерживает заданную температуру, а позволяет технологу составить программу, в соответствии с которой температура сушильной камеры будет переходить на разные уровни, вентилятор или обдув будет менять свою интенсивность и прочее. Программа управления составляется на встроенном дисплее Стратег СУН-Програм или на ПК с помощью программного обеспечения.

После задания программы работы и подключения регулятор Стратег СУН-Програм работает в автоматическом режиме и не требует контроля обслуживающего персонала. В случае непредвиденных ситуаций регулятор запустит аварийную сигнализацию и перейдет в безопасный режим работы.

автоматизация технологический электропечь сушильный

Регулятор многозонных систем нагрева

Одна из популярных задач автоматизации -- это управление многозонным нагревом.

Многозонный нагрев встречается и в печах, и в сушильных камерах, и во многих других системах производственного процесса. Особенностью управления нагревом в многозонных системах является необходимость мощного многоканального регулятора с возможностью независимого управления несколькими контурами. Задача для кого-то может показаться сложной или нетривиальной, но она достаточно просто решается при использовании Стратег СУН-Мульти.

В многозонной системе нагрева нагреватели (например, инфракрасные обогреватели) подключаются по схеме «звезда» с общим нулевым проводом, это создает три независимых зоны нагрева. Температура каждой зоны измеряется датчиком температуры Д1,Д2,Д3, который подключен к универсальному входу системы управления нагревом Стратег СУН-Мульти. Получая данные от датчиков температуры, Стратег СУН-Мульти в соответствии с заданной программой регулирует мощность каждого из нагревателей, тем самым управляя температурой.

Также устройства управления нагревом применяются и для многих других задач, например, при автоматизации вентиляционной камеры приточного типа, красильной камеры, электрокотла и т.д.

Заключение

Работы по автоматизации производства - это комплекс различных мер по проведению производственных и технологических процессов с помощью системы единой автоматизации. В данной курсовой работе были изучены различные виды организации производственного процесса, на основе которых можно сделать вывод, что производство при использовании по большей части машин организуется в единую систему, в которой все блоки, элементы, узлы тесно связаны между собой и управляются из единого центра. В этот процесс входит как закупка, монтаж, пуско-наладка нового оборудования, необходимого для приведения всего производства в единую систему, так и настройка и программирование.

Таким образом, автоматизировать производственные и технологические процессы - необходимо, как и для производства, так и для человеческого ресурса.

Производство, прошедшее модернизацию, имеет важные преимущества по сравнению с производством, у которого она отсутствует или находится на низком уровне:

повышает производительность предприятия;

снижает издержки и таким образом понижает себестоимость производимой продукции;

безопаснее и надежнее в работе;

качество продукции также повышается за счет осуществления более точного и целостного управления процессом производства;

В целом происходит заметное снижение производственных и иных затрат на предприятии. Так как автоматизация технологических производств касается предприятия в целом - это чрезвычайно важный и масштабный процесс, который требует значительных временных, трудовых и интеллектуальных ресурсов.

Список используемых источников

Курочкин, Д. В. Логистика: [транспортная, закупочная, производственная, распределительная, складирования, информационная]: курс лекций / Д. В. Курочкин. - Минск: ФУАинформ, 2012. - 268 с.

Клюев, А.С. Автоматизация настройки систем управления / А.С. Клюев, В.Я. Ротач, В.Ф. Кузищин. - М.: Альянс, 2015. - 272 c.

Схиртладзе, А.Г. Автоматизация технологических процессов: Учебное пособие / А.Г. Схиртладзе, С.В. Бочкарев, А.Н. Лыков. - Ст. Оскол: ТНТ, 2013. - 524 c.

https://studopedia.su/17_44540_kachestvo-s-pozitsiy-nadezhnosti.html

https://xreferat.com/76/931-2-ispol-zovanie-processov-sushki-na-farmacevticheskih-fabrikah-i-zavodah.html

Размещено на Allbest.ru