Реферат на тему:
Объекты автоматизации
Выполнил: Матвеев К.В.
студент группы АИ-21
Содержание
автоматизация управление технологический технический
Введение
1. Виды и характеристики объектов автоматизации
2. Структура и принципы управления технологическими процессами
3. Автоматизация технологических процессов
4. Автоматизированная система управления
5. Типовые технические решения при автоматизации технологических процессов
6. Математическое описание объектов автоматизации
Заключение
Список литературы
Введение
Автоматизация -- одно из направлений научно-технического прогресса, применение саморегулирующих технических средств, экономико-математических методов и систем управления, освобождающих человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации, существенно уменьшающих степень этого участия или трудоёмкость выполняемых операций. Требует дополнительного применения датчиков (сенсоров), устройств ввода, управляющих устройств (контроллеров), исполнительных устройств, устройств вывода, использующих электронную технику и методы вычислений, иногда копирующие нервные и мыслительные функции человека. Наряду с термином автоматический, используется понятие автоматизированный, подчеркивающий относительно большую степень участия человека в процессе.
Автоматизируются:
· производственные процессы;
· проектирование;
· организация, планирование и управление;
· научные исследования.
· бизнес-процессы
Цель автоматизации -- повышение производительности труда, улучшение качества продукции, оптимизация управления, устранение человека от производств, опасных для здоровья, повышение надежности и точности производства, увеличение конвертируемости и уменьшение времени обработки данных.
Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи, поэтому решения стоящих перед автоматизацией задач обычно называются системами, например:
· система автоматического управления (САУ);
· система автоматизации проектных работ (САПР);
· автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП).
Автоматизация обладает рядом преимуществ и недостатков в сравнении с предыдущим этапом технического развития.
К основным преимуществам можно отнести:
· Замена человека в задачах, включающих тяжелый физический или монотонный труд.
· Замена человека при выполнении задач в опасных условиях (а именно: пожар, космос, извержения вулканов, ядерные объекты, под водой и т.д.)
· Выполнение задач, которые выходят за рамки человеческих возможностей по весу, скорости, выносливости и т.д.
· Экономика улучшения. Автоматизация может вносить улучшения в экономику предприятия, общества или большей части человечества.
Основными недостатками автоматизации являются:
· Рост уровня безработицы из-за высвобождения людей в результате замены их труда машинным.
· Технические ограничения.
· Угрозы безопасности / Уязвимость.
· Непредсказуемые затраты на разработку.
· Высокая начальная стоимость.
В качестве объектов автоматизации (ОА) можно понимать либо материальные объекты (помещения, установки, машины, выполняющие технологические процессы), либо непосредственно сами технологические процессы. Единого мнения по определению ОА пока нет. С одной стороны, важна эффективность технологических процессов. И в этом смысле под ОА целесообразно понимать именно сам процесс. Например, процессы кормораздачи, горения пламени, формирования биомассы, обработки и накопления информации. С другой стороны, большинство технологических процессов происходит в материальных объектах: животноводческих фермах, калориферах, теплицах, процессорах и т. п. И человек воздействует на эти процессы, как правило, с помощью материальных органов. Поэтому в качестве ОА столь же обоснованно можно принимать материальные носители технологических процессов.
1. Виды и характеристики объектов автоматизации
Технологический процесс как ОА характеризуется несколькими качественными и количественными показателями, на которые влияет ряд возмущающих и управляющих воздействий. Одни возмущения, влияющие на ход ТП, можно контролировать (прирост массы животных на откорме, наступление фазы цветения растений), а другие могут иметь случайный и неконтролируемый характер (поломки оборудования, заболевания животных и растений). Управляющие воздействия регламентируются распорядком дня, режимом работы технологического оборудования, производственными инструкциями и т. д. Технологическая установка как ОА характеризуется некоторыми показателями качества -- технологическими параметрами, являющимися выходными координатами, а также искусственно создаваемыми входными воздействиями, прямо или косвенно влияющими на состояние ОА. Простейшие ОА имеют одну выходную величину и соответственно одно входное воздействие. Например, у водонагревателя-термоса выходной величиной (параметром) является температура воды, а регулирующим воздействием -- электрическое напряжение Uc, подаваемое на электронагреватели (рис. 1.1)
Рис. 1.1 Водонагреватель-термос как объект регулирования: б -- входная величина (электрическое напряжение (Uc); у -- выходная величина (температура воды ив)
К простым можно отнести также технологические установки с несколькими входными и выходными координатами, если между этими координатами не существует функциональных взаимосвязей. Такой объект можно рассматривать как несколько простейших по соответствующим параметрам и каналам входных воздействий. Например, в свинарниках при смешивании комбикорма с водой и другими добавками процессы заполнения смесителя компонентами вполне допустимо рассматривать раздельно (рис. 1.2).
Рис. 1.2 Кормосмеситель как объект управления загрузкой: б1, б2 -- входные воздействия (подача воды Qв и комбикорма Qк в смеситель); y1, y2 -- выходные величины (влагосодержание кормосмеси Wкс и концентрация в ней корма Ск)
И наконец, сложные объекты с несколькими взаимосвязанными входными и выходными координатами требуют учета взаимного влияния смежных воздействий и параметров. Например, при регулировании микроклимата вентиляция влияет не только на концентрацию газов СО2, NH3, H2S в помещении, но и на температуру и влажность. В свою очередь испарение повышает влажность и понижает температуру (рис. 1.3).
Рис. 1.3 Птичник как объект регулирования микроклимата: б1, б2, б3 -- входные величины; у1, у2, у3 -- выходные величины
При небольшом числе взаимосвязанных координат обычно удается установить главные для данного процесса параметры, которым следует отдать предпочтение в процессе управления. Тогда остальные параметры можно рассматривать как второстепенные (зависимые). Однако в современном сельскохозяйственном производстве много технологических объектов, гораздо более сложных по структуре взаимосвязей. Например, птицеферма представляет собой объект с множеством выходных координат (параметры микроклимата, кормления, освещения, уборки помета и сбора яиц, поения и санитарного состояния) и целым рядом управляемых воздействий по обслуживанию птиц. Между этими координатами существуют определенные связи. Все рассмотренные объекты автоматизации имеют сложную внутреннюю структуру и могут быть представлены рядом элементарных функциональных звеньев, определенным образом соединенных между собой. В простейшем случае в структуре ОА можно выделить объект управления ОУ (рис. 1.4) -- технологический процесс, рассматриваемый изолированно, и регулирующий орган РО -- устройство, обеспечивающее целенаправленное воздействие Xр на ОУ.
Рис. 1.4 Структура простейшего объекта автоматизации: Xр -- целенаправленное воздействие
Взаимосвязь между обобщенными координатами объектов управления выражается статическими и динамическими характеристиками. Статическая характеристика ОУ представляет собой зависимость между выходной координатой у (параметром процесса) и результирующим значением входной координаты х -- воздействием в установившемся режиме, т. е. функцию у = f(х) (рис. 1.5). Как очевидно из графика, статическая характеристика может быть линейной (1) и нелинейной (2 или 3). Следует иметь в виду, что статическую характеристику может иметь только статический объект, т. е. такой, который при любом значении х имеет определенное положение и соответствующее ему значение у.
Рис. 1.5 Статические характеристики объектов управления
Если после подачи на вход ОУ воздействия х выходная координата принимает установившееся значение не мгновенно, то такой ОУ называется динамическим и для его описания требуются динамические характеристики. Одной из распространенных характеристик, отражающих динамические свойства ОУ, является кривая переходного процесса.
Рис. 1.6 Динамика переходного процесса
Эта кривая иллюстрирует зависимость выходной координаты у от времени t при воздействии на вход ОУ единичного ступенчатого сигнала x0 (рис. 1.6).
2. Структура и принципы управления технологическими процессами
В общем виде структура управления ТП показана на рис. 2.1. Все многообразие задач, возникающих в ходе управления ТП, можно классифицировать по трем группам:
Рис. 2.1 Структурная схема управления ТП
автоматическое управление ТП -- обеспечивает выработку управляющих воздействий и их реализацию на основании информации о всех контролируемых и управляющих величинах. Автоматическую стабилизацию регулируемых параметров обеспечивает система автоматического регулирования.
автоматический контроль за ходом ТП -- представляет оператору информацию о ходе ТП, его количественных и качественных показателях. Виды автоматического контроля: непрерывный контроль и контроль предельных значений;
автоматическая сигнализация -- оповещает оператора о ходе ТП, предельных или аварийных значениях контролируемых величин, месте и характере нарушения ТП.
При автоматизации сельскохозяйственных ТП используют следующие принципы:
логического управления -- применяют для управления поточно транспортными линиями приготовления и раздачи корма, уборки навоза и т. д. в тех случаях, когда необходимо последовательно пускать, переключать и останавливать механизмы, а также при наличии блокировок, обеспечивающих нормальное функционирование ТП и защиту оборудования в аварийных ситуациях. Для логического управления важно знать состояние ТП в предшествующий момент времени. Принцип логического управления использован, например, в схемах управления оборудованием в поточно-транспортных системах (АВМ-1,5; КОРК-15 и т. д.);
программного управления -- реализуют в разомкнутых САУ. Управляемая величина изменяется по заранее заданной программе. Например, дозу жидкого корма, раздаваемого свиньям, устанавливают в зависимости от состояния животных и поедаемости корма один раз в 10 дней и далее не корректируют. В отличие от принципа логического управления знание состояния ТП в предшествующий момент времени необязательно;
управления по отклонению -- используют в замкнутых САУ. Например, при регулировании уровня воды в баке водокачки неконтролируемые возмущения по нагрузке объекта (изменение расхода воды) или по каналу регулирующего воздействия (изменение подачи насоса) автоматически компенсируются в процессе стабилизации регулируемого параметра (уровня). Недостаток управления по отклонению -- низкие эксплуатационные характеристики в случае значительной инерционности объекта;
управления по возмущению -- используют в разомкнутых САУ. Управляющее воздействие принимают исходя из анализа действующих на систему возмущений. Например, решение о загрузке бункера принимают по результатам анализа расходования кормов в связи с тем, что непрерывный контроль уровня сыпучих материалов затруднителен. Недостатки управления по возмущению -- накопление ошибки регулирования и неспособность управляющего устройства компенсировать непланируемые возмущения;
комбинированного управления -- это комбинация принципов регулирования по отклонению и возмущению. Например, система управления обогревом свинарника включает в себя замкнутую САУ температурой электрообогреваемого пола и разомкнутую систему включения инфракрасного обогрева в зависимости от температуры воздуха.
Все пять рассмотренных принципов управления могут быть осуществлены в системах:
· местного управления (оператор следит за ходом ТП и управляет им, находясь рядом с технологической линией);
· дистанционного управления (оператор следит за ходом ТП по мнемосхеме; при этом улучшаются условия его работы, но контроль за ходом процесса ухудшается);
· централизованного управления (оператор следит за ходом ТП с центрального пульта, имеющего развитую систему контрольно-измерительных приборов или ЭВМ).
3. Автоматизация технологических процессов
Автоматизация технологического процесса -- совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений.