АВТОМАТИЗАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ПРОЦЕСІВ

І СИСТЕМИ АВТОМАТИЧНОГО КЕРУВАННЯ

Електронний посібник

ГОЛОВНА	ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ	АНОТАЦІЯ
ДОДАТКИ	СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ	УКЛАДАЧІ

1. ОСНОВИ АВТОМАТИЗАЦІЇ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОГО ВИРОБНИЦТВА

1.1. Загальні відомості про автоматизацію виробничих процесів

1.1.1. Основні визначення автоматизації технологічних процесів

1.1.2. Основні джерела і показники техніко-економічної ефективності автоматизації технологічних процесів

1.1.1. Основні визначення автоматизації технологічних процесів

Залежно від функцій, які виконуються спеціальними автоматичними пристроями, розрізняють наступні основні види автоматизації:

· автоматичний контроль,

· автоматичний захист,

· автоматичне і дистанційне керування,

· телемеханічне керування.

Автоматичний контроль містить у собі:

· автоматичну сигналізацію;

· автоматичний вимір;

· автоматичне сортування;

· автоматичний збір інформації.

Автоматична сигналізація призначена для повідомлення обслуговуючого персоналу про граничні чи аварійні значення будь-яких фізичних параметрів, про місце і характер порушень технологічного процесу. Сигнальними пристроями служать лампи, дзвоники, сирени, спеціальні мнемонічні покажчики та ін.

Рис. 1.1.1 Система автоматичної сигналізації

Автоматичний вимір дозволяє вимірювати і передавати на спеціальні вказівні прилади значення, що реєструються, чи фізичні величин, що характеризують технологічний процес чи роботу машин. Обслуговуючий персонал за показниками приладів судить про якість технологічного процесу чи про режим роботи машин і агрегатів.

Рис. 1.1.2. Автоматичне вимірювання величин

Автоматичне сортування здійснює контроль і поділ продукції за розміром, вазгою, твердістю, в'язкістю й іншими показниками (наприклад, сортування зерна, яєць, фруктів, картоплі тощо).

Автоматичний збір інформації призначений для одержання інформації про хід технологічного процесу, про якість і кількість продукції, що випускається, і для подальшої обробки, збереження і видачі інформації обслуговуючому персоналу.

Автоматичний захист – це сукупність технічних засобів, що під час виникнення ненормальних і аварійних режимів або припиняють контрольований виробничий процес (наприклад, відключають визначені ділянки електроустановки під час виникнення на них коротких замикань), або автоматично усувають ненормальні режими. Автоматичний захист тісно зв'язаний з автоматичним керуванням і сигналізацією. Вона впливає на органи керування й оповіщає обслуговуючий персонал про здійснену операцію.

Рис. 1.1.3. Пристрої автоматичного захисту

Релейний захист, виконаний на основі реле, широко застосовується на електричних станціях, підстанціях, у мережах і різних електроустановках.

Пристрої автоблокування, що входять в автоматичний захист, в основному призначені для запобігання неправильних вмикань і вимикань і помилкових дій обслуговуючого персоналу; вони попереджають можливі несправності й аварії.

Керування – процес здійснення сукупності впливів, спрямованих на підтримку керованого параметра відповідно до заданого алгоритму функціонування.

Алгоритм – це розпорядження, що визначає зміст і послідовність операцій, що переводить вихідні дані в шуканий результат. Алгоритм функціонування – сукупність розпоряджень, необхідних для правильного виконання технологічного процесу в якому-небудь пристрої або в сукупності пристроїв (системі).

Керованим об'єктом називають пристрій, що безпосередньо здійснює технологічний процес, і потребує в наданні спеціально організованих впливів ззовні для виконання його алгоритму.

Дистанційне керування поєднує методи і технічні засоби керування установками і зосередженими об'єктами на відстані. Імпульси на керування (команди) подаються обслуговуючим персоналом по електричних сполучних проводах за допомогою відповідних кнопок, ключів і іншої командної апаратури.

Рис. 1.1.4. Дистанційне керування

Автоматичне керування містить у собі комплекс технічних засобів і методів із керування об'єктами без участі обслуговуючого персоналу: пуск і зупинку основних установок, вмикання і вимикання допоміжних пристроїв, забезпечення безаварійної роботи, дотримання необхідних значень параметрів відповідно до оптимального ходу технологічного процесу тощо.

Сполучення комплексу технічних пристроїв з об'єктом керування називають системою автоматичного керування (САК).

Різновидом автоматичного керування є автоматичне регулювання, під яким розуміють процес автоматичної підтримки будь-якого параметра на заданому рівні або зміна його за визначеним законом.

Автоматичне регулювання здійснюється спеціальним пристроєм – автоматичним регулятором. Регулятор вимірює регульовану величину і за її відхилення від розрахункового значення, змінює процес роботи об'єкта керування (регулювання) так, щоб виконувався заданий алгоритм функціонування.

Рис. 1.1.5. Пристрій автоматичного регулювання

Автоматична система, що складається з регулятора й об'єкта керування, називається системою автоматичного регулювання (САР). У наступному викладі в загальне поняття «автоматичне керування» входить також і поняття «автоматичне регулювання». Теорія, властивості і методи розрахунку САУ розглядаються в курсі «Теорія автоматичного керування».

Телемеханіка – область науки і техніки, що охоплює теорію і технічні засоби автоматичної передачі на відстань команд керування й інформації про стан об'єкта. Телемеханічні системи, що дозволяють об'єднати в один технологічний процес роботу великого числа машин і установок, розташованих одна від одної на значних відстанях, залежно від призначення прийнято розділяти на системи телесигналізації, телевимірювання і телекерування.

Рис. 1.1.6. Телемеханічна система

Усі розглянуті вище поняття і системи автоматизації поєднуються в новий науково-технічний напрямок, що одержало назву технічної кібернетики.

Кібернетика – наука про цілеспрямоване керування складними системами, що розвиваються, і процесами, що вивчає загальні математичні закони керування об'єктами різної природи.

Залежно від ступеня автоматизації розрізняють:

· ручне керування;

· автоматизоване керування;

· автоматичне керування.


	Під час ручного керування всі функції управління виконує людина-оператор; автоматизованого – частину функцій виконує людина, а іншу частину – автоматичні пристрої; при автоматичному – всі функції керування виконують автоматичні пристрої.

У сучасній автоматиці системи керування розділяють на:

· автоматизовані системи керування виробництвом (АСКВ);

· автоматизовані системи керування технологічними процесами (АСК ТП);

· системи автоматичного керування технологічними процесами (САК ТП).

АСКВ – це людино-машинна система, що забезпечує автоматизований збір і обробку інформації, необхідної для оптимізації керування в різних сферах, головним чином в організаційно-економічній діяльності людини, наприклад, керування господарсько-плановою діяльністю галузі, підприємством, комплексом, територіальним регіоном, тобто керування системою сільськогосподарських підрозділів.

Рис. 1.1.7. Автоматизовані системи керування виробництвом

АСК ТП – це теж людино-машинна система, призначена для контролю режимів роботи, збору й обробки інформації про протікання технологічних процесів локальних виробництв. Звичайно АСК ТП охоплює окремі цехи, тваринницькі і птахівничі ферми, сховища, господарства. АСК ТП у сполученні з ЕОМ допомагає диспетчеру і керівнику підприємства оперативно знаходити рішення з оптимального керування виробничим процесом, спираючись на показники окремих технологічних операцій.

САК ТП – це сукупність автоматичних керуючих пристроїв і керованого об'єкта, взаємодіючих один з одним без особистої участі людини.


	Таким чином, САК ТП – чисто технічні пристрої, що безпосередньо виконують заданий алгоритм функціонування установок, що діють незалежно один від одного. Вони знаходяться на найнижчий сходинці ієрархічної градації систем керування, на середній сходинці знаходяться АСК ТП і на більш високій – АСКВ.

За ступенем автоматичного керування виробничими технологічними процесами розрізняють:

· часткову автоматизацію;

· комплексну автоматизацію;

· повну автоматизацію.

Часткова автоматизація розповсюджується тільки на окремі виробничі операції або установки і не звільняє людину від участі в виробничому процесі, що суттєво полегшує його працю (прибирання гною).

Комплексна автоматизація технологічного процесу означає автоматичне виконання всього комплексу операції і установок з обробки матеріалів і їх транспортування за завчасно заданою програмою за допомогою різних автоматичних пристроїв, які об’єднані загальною системою управління. У цьому випадку функції людини зводяться до спостереження за ходом процесу, його аналізу і зміни режиму роботи автоматичних пристроїв з метою досягнення найкращих техніко-економічних показників (очищення зерна, кормоприготування).

Рис. 1.1.7. Комплексна автоматизація виробництва

Повна автоматизація покладає виконання функцій вибору і узгодження режимів роботи окремих машин і агрегатів як за нормального режиму, так і в аварійних ситуаціях не на людину, а на спеціальні автоматичні пристрої. У цьому випадку всі основні і допоміжні установки можуть робити в автоматичному режимі упродовж тривалого періоду без участі людини. За обслуговуючим персоналом залишаються функції періодичного огляду, профілактичного ремонту і перебудови всієї системи на новий режим роботи (система керування мікрокліматом).

1.1.2. Основні джерела і показники техніко-економічної ефективності автоматизації технологічних процесів


	Економічна ефективність автоматизації вимірюється ступенем зменшення сукупної праці, затрачуваної на виробництво одиниці продукції. *Під* час автоматизації сільськогосподарських виробничих процесів вартість капітальних витрат зазвичай трохи зростає, а експлуатаційні витрати на одиницю продукції істотно скорочуються.

Таким чином, ефективність автоматизації характеризується сумарним скороченням витрат на виробництво одиниці продукції.

Якщо автоматизацію будь-якого процесу можна здійснити різними способами, то треба вибрати найефективніший варіант, що забезпечує більш інтенсивне зниження вартості і більш високий ріст продуктивності праці. При цьому дуже важливо за базовий варіант прийняти найдосконаліший спосіб механізованого виробництва, що застосовується у вітчизняній чи закордонній практиці, оскільки у порівнянні з менш досконалим способом виробництва можна одержати в розрахунках завищену економію засобів. Фактично цей же рівень може бути досягнуто за рахунок більш прогресивної технології машинного способу виробництва без залучення автоматизації.

Рис. 1.1.8. Автоматизоване виробництво

На техніко-економічні показники істотно впливають правильно сформульовані технічні вимоги на автоматизацію технологічного процесу. Наприклад, підвищені вимоги до точності роботи процесу, що автоматизується, приводять до ускладнення пристроїв автоматики і до істотного збільшення капітальних і експлуатаційний витрат.

У результаті техніко-економічних, соціально-економічних і якісних порівнянь автоматизованого і неавтоматизованого способів виробництва визначаються основні показники ефективності автоматизації:

• капітальні витрати;

• експлуатаційні річні витрати;

• рентабельність;

• термін окупності;

• приведені витрати та ін.

Капітальні витрати – одна з основних вихідних величин під час розрахунків економічної ефективності автоматизації.

Рис. 1.1.9. Капітальні витрати на виробництво

Ці витрати складаються з вартості К_за засобів автоматики з урахуванням їх доставки, монтажу і налагодження; витрат К_м на модернізацію діючої техніки і технології, викликану автоматизацією; вартості К_б будівництва і реконструкції будинків у зв'язку з впровадженням автоматизації; залишкової вартості К_зал основних засобів, що підлягають ліквідації під час впровадження пристроїв автоматики, за винятком вартості К_р, отриманої від реалізації частини ліквідованих основних засобів, тобто

К = К_за + К_м + К_б + К_зал - К_р.

Під час визначення капітальних витрат на автоматизацію варто враховувати лише ті додаткові витрати на будівлі, устаткування і перебудову технології, що викликані тільки впровадженням засобів автоматизації.

Річні експлуатаційні витрати виробництва складаються в основному з амортизаційних відрахувань В_а, відрахувань В_пр на поточний ремонт, витрат В_з на зарплату обслуговуючого персоналу, вартості В_е електроенергії і вартості В_п палива і мастильних матеріалів, куди віднесені і деякі інші річні витрати:

В = В_а + В_пр + В_з + В_е + В_п

Економія річних експлуатаційних витрат визначається за формулою:

Е_р = В_н – В_а + П_д,

де В_н – річні витрати під час неавтоматизованого способу виробництва;

В_а – те ж, під час автоматизованого способу виробництва;

П_д– додатковий прибуток за рахунок збільшення якості продукції, зниження втрат тощо.

Під час автоматизації сільськогосподарського виробництва додатковий прибуток П_д, не врахований у раніше наведених формулах, відіграє істотну роль. У низці випадків, приймаючи до уваги цей прибуток, можна застосовувати високонадійні і дорогі автоматизовані засоби, одержуючи при цьому значний економічний ефект.