Автоматизація технологічних процесів�Лекція 1

ЗАГАЛЬНІ ПОНЯТТЯ ПРО АВТОМАТИЗАЦІЮ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

1. Основні види автоматизації
2. Класифікація автоматичних систем управління
3. Системи автоматичного управ-ління в сільському господарстві
4. Показники техніко-економічної ефективності систем автоматизації

Основні види автоматизації

Автоматичний

контроль

Автоматичний

захист

Дистанційне

управління

є сукупністю технічних засобів, які при виникненні ненормальних

і аварійних режимів або припиняють контрольований виробничий

процес, або автоматично усувають ненормальні режими.

Є релейний захист оснований на реле і пристроях автоблокування,

які попереджують можливі пошкодження і аварії.

включає автоматичні сигналізацію,

вимірювання,

сортування і

збір інформації

об'єднує методи і технічні засоби управління установками і

зосередженими об'єктами на відстані. Імпульси на управління

(команди) подаються обслуговуючим персоналом по

електричних сполучних проводах за допомогою відповідних

кнопок, ключів і іншої командної апаратури

Автоматичне

управління

включає комплекс технічних засобів і методів по управлінню

об'єктами без участі обслуговуючого персоналу: пуск і зупинку

основних установок,включення і відключення допоміжних

пристроїв, забезпечення безаварійної роботи, дотримання

необхідних значень параметрів відповідно до оптимального ходу

технологічного процесу

Автоматичний контроль

Автоматична

сигналізація

Автоматичне

вимірювання

Автоматичний

збір інформації

Призначена для

сповіщення

обслуговуючого

персоналу про

граничні або

аварійні

значення

яких-небудь

фізичних

параметрів,

про місце

і характер

порушень

технологічного

процесу.

Автоматичне

сортування

Дозволяє

вимірювати

і передавати на

спеціальні вказівні

або реєструючі

прилади значення

фізичних величин,

що характеризують

технологічний

процес або роботу

машин.

Здійснює контроль

і розділення

продукції за

розміром, вагою,

твердістю,

в'язкістю і

іншими

показниками.

Призначений для

отримання

інформації про хід

технологічного

процесу, про

якість і кількість

продукції, що

випускається,

і для подальшої

обробки,

зберігання і видачі

інформації

обслуговуючому

персоналу

процесс здійснення сукупності дій, направлених на підтримку керованого параметра відповідно до заданого алгоритму функціонування.

Управління –

Алгоритмом функціонування

є сукупність розпоряджень, необхідних для правильного виконання технологічного процесу в якому-небудь пристрої або сукупності пристроїв.

Керованим об'єктом

називають пристрій, який безпосередньо здійснює технологічний процес, що потребує надання спеціально організованих дій ззовні для виконання його алгоритму.

Система автоматичного�управління

(САУ) - поєднання комплексу технічних пристроїв з об'єктом управління.

Автоматичне і автоматизоване�управління

При автоматизованому управлінні частину функцій виконує людина, а іншу частину - автоматичний пристрій. При автоматичному всі функції управління виконують автоматичні пристрої.

Поділ систем управління

Автоматизовані системи управління�виробництвом (АСУВ)

Автоматизовані системи управління�технологічними�процесами (АСУ ТП)

Системи автоматичного управління управління�технологічними�процесами (САУ ТП)

Поділ систем автоматизації

Комплексна автоматизація� означає автоматичне виконання всього комплексу операцій і установок по обробці матеріалів і їх транспортуванню по заздалегідь заданих програмах за допомогою різних автоматичних пристроїв, об'єднаних загальною системою управління

Повна автоматизація покладає виконання функцій вибору і узгодження режимів роботи окремих машин і агрегатів як при нормальному режимі, так і в аварійних ситуаціях не на людину, а на спеціальні автоматичні пристрої

Часткова автоматизація�розповсюджується тільки на окремі виробничі операції або установки. Вона не звільняє людини від участі у виробничому процесі, але істотно полегшує його працю.

1 – об'єкт управління; 2 – вимірювальний прилад; 3 – оператор ; 4 – регулюючий орган;

Ручне управління

вихідні параметри Y(t), зовнішні збурення X_з(t), управляючі дії X(t)

1 – об'єкт управління; 2 – вимірювальний прилад; 3 – оператор ; 4 – регулюючий орган; 5 – елемент, що управляє; 6 – задатчик; 7 – виконавчий механізм

Автоматичне управління

вихідні параметри Y(t), зовнішні збурення X_з(t), управляючі дії X(t), задане значення керованої величини Y₀

Класифікація автоматичних систем управління (регулювання)

Замкнена функціональна схема автоматичної СУ з управлінням по відхиленню: 1 - регулятор; 2 – вимірювальний перетворювач рівня води; 3 – виконавчий механізм; 5 – регулюючий орган.

Замкнені системи управління

• Замкнені системи використовують поточну інформацію про вихідні величини, визначають відхилення (t) керованої величини Y(t) від її заданого значення Y₀ і діють до зменшення або повного виключення (t).

​

• Ознака замкненої системи, що діє від відхилення регульованої величини, – зворотний зв'язок (ЗЗ) з виходу ОУ на його вхід.

Розімкнена і комбінована функціональні схеми автоматичної СУ з управлінням по збуренню: 1 - регулятор; 2, 4 – вимірювальний перетворювач рівня води і тиску; 3 – виконавчий механізм; 5 – регулюючий орган.

Розімкнені системи управління

• У розімкнених автоматичних СУ, що діють по збуренню, управління здійснюється на основі інформації про вхідні (збурюючі) дії. Збурень може бути декілька, серед них неконтрольовані, що може викликати відхилення регульованої величини Y(t) від заданої Y₀.

​

• Комбінована систему управління поєднує в собі управління по відхиленню і збуренню і краще стабілізує регульовану величину.

Класифікація СУ по методах управління

Програмні

Адаптивні

Стабілізуючі

​

Системи змінюють керовану величину за заданою програмою

Приклад:

Система управління температурою в теплиці залежно від часу доби

Системи забезпечують зміну керованої величини у певному співвідно-шенні до завдання

Приклад:

Система управління температурою в теплиці залежно від рівня природної освітленості

Самоналагоджувальні

Системи змінюють параметр управління для досягнення найкращого управління об'єктом

Екстремальні

Шукають максимум або мінімум керованої величини

​

Системи підтримують керовану величину на заданому рівні.

Приклад:

Система регулювання температури ґрунту в теплиці

СУ, що не пристосовуються

​

СУ, що пристосовуються

​

Слідкуючі

По результатах роботи у сталому стані

• після закінчення перехідного процесу існує різниця між заданим і сталим значеннями керованої величини, яку називають статичною помилкою Y_ст

​

Статичні

Астатичні

• після закінчення перехідного процесу керована величина дорівнює заданому значенню

По характеру зміни управляючих дій в часі

Безперервні

Періодичні

Релейні

• керована величина і управляюча дія, – є безперервними функціями часу

Імпульсні

Цифрові

• один з елементів, як правило це пристрій управлін-ня, має суттєво нелінійну (релейну) характеристику, відповідно до якої управляюча дія змінюється стрибкоподібно при певному значенні керованої величини

​

• мають в своєму складі ланку, що перетворює керовану величину в дискретну імпульсну

• формування управляючих дій здійснюється цифровими обчислювальними пристроями

По числу керованих величин

• Мають по одній вхідній і вихідній величині

​

Одновимірні

Багатовимірні

• Мають декілька вхідних і вихідних величин

По виду диференційного рівняння

Лінійні

• відносять системи, поведінка яких описується лінійними диференціальними рівняннями

• відносять системи, поведінка яких описується нелінійними диференціальними рівняннями, причому в системі досить мати всього один нелінійний елемент, щоб вся вона стала нелінійною

Нелінійні

Рівні управління ТП в сільському господарстві

Обладнання

Використовують

​

автоматичні пристрої з інформацією про збурення, що діють по розімкненому ланцюгу перетворення сигналу в управляючу на ОУ дію;

автоматичні регулятори, які забезпечують стабілізацію заданого значення регульованої величини шляхом утворення управляючої дії відповідної до відхиленню цієї величини від заданого значення;

засоби автоматичного контролю, які виконують функції вимірювання і реєстрації контрольованих параметрів процесу, а також сигналізації про досягнення цими параметрами встановлених граничних значень;

системи оптимізації, які автоматично визначають і підтримують оптимальний режим протікання ТП.

• системи управління такими складними ТП, які характеризуються великим об'ємом інформації, що переробляється, і не можуть управлятися автоматичним пристроєм без участі людини ;
• функції управління розподіляються між людиною-оператором і обчислювальною машиною;
• універсальність елементів і блоків автоматики, а також використання типових вимірювальних перетворювачів

Для найпростіших технологічних операцій і типового обладнання

Нижчий → локальні САУ

​

Вищий → АСУ ТП

​

Задачі САУ

Для забезпечення ефективного управління і надійної роботи технологічного обладнання

Варіанти оперативного управління ТП СГ

• при якому оператор виконує всі функції по обслуговуванню локальних систем автоматичного управління послідовно одного об'єкту за іншим.

​

Децентралізований

контроль і

управління

• при якому функції управління виконує оператор, але тепер з робочого місця в центральному диспетчерському пункті, куди стікається інформація про хід ТП, що пройшла первинну обробку, селекцію, узагальнення, зіставлення і т.д.

• при якому функції управління певною мірою здійснює людина із застосуванням розвинених технічних засобів і ЕОМ

• при якому роль оператора зводиться тільки до спостереження за роботою системи, обслуговування ЕОМ і зміни різних завдань по управлінню ТП

Централізований

контроль і

управління

Автоматизоване

управління

Автоматичне

управління

Економічна ефективність автоматизації

• Вимірюється ступенем зменшення сукупної праці, що витрачається на виробництво одиниці продукції.
• При оцінці ЕЕА за базовий варіант приймається більш передовий і досконалий – варіант механізованого виробництва, який використовується або планується до впровадження в перспективі у вітчизняній або зарубіжній практиці.
• Економічна ефективність автоматизації складається з енергетичного, трудового, структурного і технологічного ефектів.

Енергетичний ефект

визначають по

скороченню

витрати палива або

енергії,

збільшенню надійності і

довговічності роботи

Енергетичного

устаткування,

економічності роботи

систем

енергозабезпечення,

підвищенню ККД

силових установок

Трудовий ефект

пов'язаний із

скороченням прямих

витрат

людської праці

обслуговуючого

персоналу на

виконання ТП

сільськогосподарського

виробництва

Структурний ефект

обумовлений

скороченням регулюючих

і запасних ємкостей, зменшенням

службових приміщень і

інженерних комунікацій,

зниженням металоємності і

вартості устаткування,

збільшенням отримання продукції

з одиниці площі або

об'єму виробничих приміщень,

підвищенням концентрації

споруд на території

Технологічний ефект

обумовлений в

основному

збільшенням

виробництва

сільськогосподарської

продукції

за рахунок

автоматизації ТП

Основні показники ефективності автоматизації

К = К_з + К_м+ К_б+ К_о – К_р

складаються з вартості засобів К_з автоматики з урахуванням їх доставки, монтажу і наладки; витрат на модернізацію К_м. діючої техніки і технології, викликану автоматизацією; вартості будівництва і реконструкції будівель К_б у зв'язку з впровадженням автоматизації; залишковій вартості К_о основних засобів, за вирахуванням вартості Кр, отриманої від реалізації частини основних коштів , які ліквідуються

Капітальні

витрати

Річні

експлуатаційні

витрати

виробництва

В = В_а + В_р + В_з + В_е + В_п складаються в основному з амортизаційних відрахувань В_а, відрахувань В_р на поточний ремонт, витрат на зарплату В_з обслуговуючого персоналу, вартості електроенергії В_е і вартості палива і змащувальних матеріалів В_п

Основні показники ефективності автоматизації

П = В_н − В_а + Д

де В_н – річні витрати при неавтоматизованому способі виробництва; В_а – те ж, при автоматизованому способі виробництва; Д – додатковий прибуток за рахунок збільшення якості продукції, зниження втрат

Термін

окупності

капітальних

витрат

​

​

де К_а і К_н – капітальні витрати відповідно автоматизованого і неавтоматизованого виробництва (К_н < К_а) і В_н і В_а – експлуатаційні річні витрати відповідно неавтоматизованого і автоматизованого виробництва {В_н > В_а)

Прибуток

річних

експлуатаційних

витрат

Нормативний коефіцієнт економічної ефективності додаткових капітальних витрат Е = 1/Т_н

Основні показники ефективності автоматизації

З_т = (З_н – З_а)100/З_н

де З_н – витрати праці на одиницю продукції або вид роботи при неавтоматизованому виробництві; З_а – те ж, при автоматизованому виробництві.

Економія

праці

Е_т = (З_н – З_а)А,

де А – річний обсяг виробництва продукції після автоматизації.

Підвищення

продуктивності

праці

Рентабельність

виробництва

Р = (Ц – С)100/С

де Ц – оптова ціна продукції, гр.; С – собівартість продукції, гр.

Показники економічної ефективності автоматизації необхідно розраховувати для того, щоб встановити черговість автоматизації найбільш прогресивних і економічно вигідних ТП в сільськогосподарському виробництві, вибрати найбільш економічні методи і технічні засоби автоматизації, визначити техніко-економічні показники її ефективності, підрахувати річний економічний ефект, маючи на увазі подальше матеріальне стимулювання працівників.

Література:

1. Автоматика и автоматизация производственных процессов. И.И.Мартыненко, Б.Л.Головинский, Р.Д.Проценко, Т.Ф.Резниченко. – М.: Агропромиздат, 1985. – 335 с., ил. – (Учебники и учебные пособия для высших с.-х. учебных заведений).
2. Бородин И.Ф., Судник Ю.А. Автоматизация технологических процессов. – М.: КолосС, 2004. – 344 с.
3. Барало О.В. «Автоматизація технологічних процесів і систем автоматичного керування»

​