Какво е частична, сложна и пълна автоматизация

Технологичният прогрес се характеризира с непрекъснато разширяване на автоматизацията на производството — от частична автоматизация, тоест автоматично изпълнение на отделни производства, операции, до сложна автоматизация, от сложна — до пълна автоматизация с непрекъснато нарастващ преход към цехове и автоматични заводи, осигуряващи най -високата техническа и икономическа ефективност. …

Частична автоматизация

Предпоставка за автоматизация на производството е механизирането на всички основни и спомагателни операции на технологичния процес. Частичната автоматизация е отличителна черта на всяко производство.

Прехвърлянето на човешки функции към машината за преместване на инструменти премахна ограниченията, наложени от човешките физически възможности върху развитието на производството и предизвика рязък скок в нейното ниво и мащаб, известен като индустриалната революция от края на 18 век — началото на 19 век.

От създаването на първите автоматични машини автоматизацията на производството се развива непрекъснато и качествено. Смяна на обемиста парна машина с лесна за работа и малка по размер електродвигатели коренно промени принципите на работа и проектиране на работещи машини и промени принципите на управление.

Индивидуалното задвижване на отделни работни тела на машините и въвеждането на електрически връзки между тях значително опростиха кинематиката на машините, направиха ги по -малко тромави и по -надеждни.

В сравнение с механичните връзки, по -гъвкави и удобни в експлоатация, електрическите връзки направиха възможно създаването на комбинирано електрическо и механично програмирано управление, което осигури автоматично изпълнение на неизмеримо по -сложни операции, отколкото на автоматични машини с механично програмно устройство (Предимства на системите за електрическа автоматизация).

С електрическите връзки лесно се постига не само необходимата последователност на движение на работните органи, но и тази последователност лесно се променя, за да се възстанови работната машина за обработка на нов продукт. Например, съвременна компютърно управлявана автоматична машина (вж. CNC машина) може да борави с части от всякаква форма. За да възстановите такава машина, е необходимо само да смените програмата.

Електрическото програмирано управление може не само да извърши необходимия цикъл на движение на работните органи без човешка намеса, но и да осигури автоматичното стартиране на такъв цикъл, когато са изпълнени определени условия, например когато машината се освобождава от вече обработен продукт, има нова порция материал и правилните му пространства, разположени спрямо работните органи …

За автоматично извършване на такава операция машината трябва да бъде оборудвана с чувствителни елементи — сензори, които следят за изпълнението на отделните условия. Освен това самата система за управление трябва да може да проверява съвкупността от изпълнението на тези условия, тоест да решава някакъв логически проблем (виж:Логическа операция).

Широко разпространение получиха автоматичните регулатори, които, изпълнявайки функциите си много по -бързо и по -точно, отколкото човек може, са осигурили значително подобрение на техническите и икономическите показатели на много индустрии и процеси.Те служат за поддържане на постоянно напрежение на генератора, обороти на двигателя, налягане и температура на парата в котлите, дебелина на лентата в валцови мелници, температура в електрически пещи и др.

Няма производство, където да не се използват автоматични контролери — устройства за управление на автоматични системи за управление. В някои случаи тези системи направиха възможно създаването на нови процеси и единици, които не могат да бъдат внедрени с ръчно управление (например атомни електроцентрали).

Комплексна автоматизация

Най -големият ефект от използването на автоматични системи за управление се постига с цялостно обхващане на автоматизацията на всички машини и технологични възли на цех или секция.

Интегрираната автоматизация е етап от автоматизацията на производството, при който целият набор от операции за обработка на материали, включително транспортирането им, се осъществява чрез система от автоматични машини и технологии, единици съгласно предварително определени програми и режими, използващи различни автоматични устройства, обединени от обща система за управление.

Със сложната автоматизация човешките функции при контрола на технологичния процес се свеждат до наблюдение на хода на процеса, анализиране на неговите показатели и избор на режимите на работа на оборудването като набор от задачи за автоматични регулатори и софтуерни устройства, в които най -добрите показатели се постигат при тези условия.

Най -лесно интегрираната автоматизация се осъществява в непрекъснато производство, процеси, отделни участъци от които са принудително свързани чрез един материален поток.

Пример за сложна автоматизация на процеса е автоматична линия, в която всяка автоматична машина, използвайки софтуерно устройство, изпълнява предварително определена последователност от движения на своите работни органи, за да извърши дадена фаза на обработка на материала, а целият набор от линейни машини, свързани чрез автоматично работещи транспортни устройства — обща последователност от фази на обработка до получаване на готовия продукт.

Цялостно автоматизирани предприятия са всички Електроцентрала (Атомна електроцентрала, ТЕЦ, водноелектрическа централа). Управлението на основното електрическо и механично оборудване в тези станции се извършва автоматично, а контролът върху работата му е концентриран, като правило, в една точка, откъдето диспечерът на смяната задава необходимите режими.

Оперативното управление трябва да бъде централизирано и концентрирано в ръцете на един човек. Необходимостта от такава централизация се дължи на факта, че за да се вземе решение за избора на режими на отделни технологични единици, е необходима пълна картина на цялото производство, процес, тоест обработката на цялата информация, идваща от всички раздели на процеса.

Следователно сред системите за управление устройствата заемат видно място, чиято задача е да организират комуникацията между човек и машини, да улеснят човек да контролира процесите, да облекчи нервната му система, да освободи мозъка от напрегната и рутинна работа .

Освен това човек често не може да обработи голям поток от информация за протичането на процесите без помощта на допълнителни устройства.

Например, в условията на централизирано управление на разклонени електроенергийни системи, функциите на диспечера на централния контролен пункт стават все по-сложни, а вземането на решения, като правило, се извършва в условия на остър недостиг на време. Всичко това налага бързото събиране на разнообразна информация, за да се покаже на човек под формата на лесно забележим резултат, необходим за вземане на решения.

С централизирания контрол цялата информация за състоянието на производството и процеса се концентрира с диспечери на смени или оператори.

За да предадете информация на човек, има многобройни индикаторни и записващи устройства, разположени на дъските на центъра за управление пред оператора или диспечера. В допълнение към устройствата, контролната зала разполага с технически устройства, които ви позволяват да наблюдавате различни критични области на производството.

Снимката показва контролната зала. Това е вертикален (и) панел (и), върху който са разположени мнемонични схеми контролирани индустрии, процеси, измервателни уреди и различни алармени индикатори и панели на устройства за автоматично управление, понякога също клавиши и бутони за дистанционно управление.

Тъй като в предприятията и индустриите с голяма територия обменът на информация между обектите на контрол и управление и диспечерския пункт се осъществява с помощта на технически средства на телемеханиката, устройствата за възпроизвеждане на тези системи се поставят на диспечерския табло.

Човекът, управляващ процес въз основа на познанията си за неговите свойства и характеристики, използва широко предвиждане и благодарение на това е в състояние значително да подобри контрола на процеса. В тесните рамки на този процес знанието е модел на процеса в човешкия мозък.

Преди да избере едно или друго контролно действие, човек, използвайки този „модел“, спекулативно проверява какви ще бъдат резултатите от действията върху изходните параметри на процеса.

Едва след като се увери, че това въздействие ще принуди процеса да се промени в желаната посока или да запази хода си непроменен, човек прехвърля това въздействие върху реалния процес, като непрекъснато сравнява хода му с получените спекулативно резултати и усъвършенства модела.

Подобно на начина, по който човек го прави, може да работи автоматична система за предсказуем контрол. Такава система трябва да има модел на процес, устройства, които осигуряват самостоятелна настройка на параметрите на модела, за да го съпоставят с реалния процес, и устройство, което автоматично търси модела за такива действия за управление, които осигуряват най-добрата производителност на процеса. Откритите влияния трябва автоматично да се прехвърлят в реалния процес.

Пример за сложна автоматична система за управление е непрекъсната пещ за нагряване на материала, оборудвана с регулатори на температурата в работното пространство и регулатори на дебита на горивото и въздуха, подавани към горелките на пещта.

Нагряването на материала, напускащ пещта, се определя от температурата на работното му пространство, скоростта на движение на материала и редица други фактори. На свой ред температурата на работното пространство се определя от количеството разход на гориво и съотношението гориво — разход на въздух, а също така зависи от скоростта на движение на нагрятия материал.

Проблемът с поддържането на температурата на материала в този пример не може да бъде решен чрез инсталиране на отделни, несвързани регулатори на температурата и потока.

Необходимо е препратката към температурния регулатор в пещта да се увеличава автоматично с увеличаване на скоростта на движение на материала в пещта, а препратката към регулатора на въздушния поток се увеличава с увеличаване на разхода на гориво.

Трудни задачи възникват и при създаването на системи за управление на процеси с многократно преобразуване на енергия. Пример за топене на доменни пещи. Тук законът за контрол установява набор от необходими стойности на отделни параметри на процеса (температура, налягане, дебит и т.н.), всеки от които е повлиян от много смущения, причинени от външни и вътрешни фактори за този процес.

Успехът на интегрираната автоматизация на съществуващите производствени площи се определя почти изцяло от съответствието на съществуващото оборудване и технология с изискванията за автоматичен контрол.

Оборудването на повечето действащи предприятия е предназначено за ръчно управление. Следователно сложната автоматизация, като правило, трябва да бъде придружена от модернизация или пълна подмяна на оборудването, промяна в технологията и организацията на производството, при която възможностите за автоматично управление по отношение на скоростта и точността биха били напълно използвани.

Цялостната автоматизация на всяка производствена зона трябва да бъде предшествана от задълбочен технически и икономически анализ на целия набор от мерки за определяне на икономическата ефективност. Цялостната автоматизация ви позволява да централизирате производството и управлението на процесите, да намалите персонала, да увеличите производителността на оборудването, да подобрите качеството на продуктите и да намалите разходите.

За сложни процеси централизацията на управлението изисква използването на автоматични системи за управление, които позволяват събиране на информация за протичането на контролиран процес и предаването й на лице във удобна за него форма.

Интегрираната автоматизация е стъпка към пълна автоматизация, завършваща със създаването на цехове и автоматични заводи.

Пълна автоматизация

Пълната автоматизация е етап на автоматизация на производството, при който система от автоматични машини изпълнява, без пряко човешко участие, целия диапазон от операции на дадено производство, процес, включително избора и установяването на режими на работа, които осигуряват най -доброто представяне в дадени условия.

Задълженията на едно лице се свеждат до наблюдение на правилното функциониране на системата за управление и нейните отделни звена, както и до въвеждане на задачи и критерии в тази система, които процесът трябва да задоволи.

За прости процеси, протичащи при постоянни условия, след като бъдат избрани и настроени, оптималният режим може да се поддържа дълго време и концепцията за пълна автоматизация съвпада с концепцията за сложна автоматизация.

За повечето процеси, подложени на външни смущения, основната разлика между пълната автоматизация и сложната автоматизация е прехвърлянето на функцията за избор и координиране на режимите на работа на отделни машини и агрегати (включително в аварийни ситуации) от човек на автоматичен контрол система.

Основата за преминаването към пълна автоматизация е автоматичното търсене и установяване на оптимални режими на работа на оборудването и автоматизацията на оперативното управление, тоест съгласуването на режимите на отделни машини и агрегати.

За решаването на тези проблеми се използват широко компютърни технологии, по -специално машини за управление (контролери, индустриални компютри), анализирайки хода на производството, процеса, синтезирайки законите за контрол и определяйки критериите за оптималност. Автоматичният анализ на технологичния поток и синтезът на законите за управление предопределят самоприспособимостта на системите за пълна автоматизация.

Системите за пълна автоматизация имат йерархичен принцип на изграждане:

• На 1 -ви етап има софтуерни и логически системи за управление, както и системи за автоматично управление;
• на 2 -ри етап — системи за автоматична оптимизация на отделни машини и агрегати;
• на 3 -ти етап — автоматични системи за оперативно управление.

Тристепенната йерархия на управление определя функционалната структура на системите за пълна автоматизация. Хардуерната разделителна способност на тази система може да бъде различна, системата може да бъде изградена, както е показано по -горе, но може да бъде изградена без ясно разделяне на функциите, изпълнявани от отделни устройства.

Нарастващата сложност на контролните задачи води до увеличаване на броя и сложността на оборудването и вследствие на това до увеличаване на вероятността от нарушаване на нормалната работа на системата.

Непрекъснатото интензифициране на процесите и увеличаването на техния мащаб и съответно нарастващата заплаха от аварии правят проблема с надеждността още по -важен при автоматизацията на производството. Затова се разработват все по -надеждни елементи и методи за тяхното свързване, както и се търсят методи за изграждане на надеждни системи от недостатъчно надеждни елементи.

Системата за пълна автоматизация е сложна и разклонена система за автоматично управление, която изисква нейната висока надеждност, осигурена както от надеждността на отделните елементи, така и от надеждността на конструкцията.

Задачата на пълна автоматизация е създаването на автоматични цехове и предприятия (автоматични заводи). Големият икономически ефект от пълната автоматизация се постига чрез подобряване на използването на оборудване, осигуряване на ритъма на процеса с оптимална производителност и качество на продукта при дадените условия.

Вижте: Автоматизация на технологичните процеси, Индустриални роботи в съвременното производство,  Автоматизация на системите за управление на електрозахранването

Развитието на технологията за автоматично управление е невъзможно без напредък в оборудването и най -вече в онези елементи, от които са изградени устройства за управление. Най -важният проблем при разработването на оборудване и системи за автоматично управление е повишаването на тяхната надеждност.