Čo je čiastočná, komplexná a úplná automatizácia

Technologický pokrok je charakterizovaný neustálym rozširovaním automatizácie výroby — od čiastočnej automatizácie, teda automatického vykonávania jednotlivých výrob, operácií, až po komplexnú automatizáciu, od komplexnej — k plnej automatizácii so stále väčším prechodom do dielní a automatických tovární, poskytujúcich najvyššiu technickú a ekonomickú efektívnosť. …

Čiastočná automatizácia

Predpokladom automatizácie výroby je mechanizácia všetkých základných a pomocných operácií technologického procesu. Čiastočná automatizácia je charakteristickou črtou každej výroby.

Presunom ľudských funkcií na stroj na presúvanie nástrojov sa odstránili obmedzenia, ktoré fyzické možnosti človeka kladú na rozvoj výroby a spôsobili prudký skok v jej úrovni a rozsahu, známy ako priemyselná revolúcia konca 18. a začiatku 19. storočia.

Od vzniku prvých automatických strojov sa automatizácia výroby neustále a kvalitatívne rozvíjala.Náhrada objemného parného stroja za ľahko ovládateľný a malých rozmerov elektromotory zásadne zmenil princípy prevádzky a konštrukcie pracovných strojov a zmenil princípy riadenia.

Samostatný pohon samostatných pracovných telies strojov a zavedenie elektrických spojení medzi nimi značne zjednodušilo kinematiku strojov, urobilo ich menej ťažkopádnymi a spoľahlivejšími.

V porovnaní s mechanickými spojeniami, flexibilnejšími a pohodlnejšími v prevádzke, elektrické spojenia umožnili vytvoriť kombinované elektrické a mechanické programové riadenie, ktoré zaisťovalo automatické vykonávanie nemerateľne zložitejších operácií ako automatické stroje s mechanickým programovacím zariadením (Výhody elektrických automatizačných systémov).

S elektrickými pripojeniami sa ľahko dosiahne nielen potrebná sekvencia pohybu pracovných orgánov, ale táto sekvencia sa ľahko zmení, aby sa obnovil pracovný stroj na spracovanie nového produktu. Napríklad moderný počítačom riadený automat (por. CNC stroj) zvládne diely akéhokoľvek tvaru. Na obnovenie takéhoto stroja je potrebné iba zmeniť program.

Elektricky naprogramované riadenie dokáže nielen vykonať potrebný cyklus pohybu pracovných telies bez zásahu človeka, ale aj zabezpečiť automatické spustenie takéhoto cyklu pri splnení určitých podmienok, napríklad pri uvoľnení stroja z už spracovaného produktu, resp. je nová časť materiálu a jeho vlastných priestorov, umiestnených vo vzťahu k pracovným orgánom...

Pre automatické vykonávanie takejto operácie musí byť stroj vybavený citlivými prvkami — senzormi, ktoré sledujú splnenie jednotlivých podmienok. Okrem toho samotný riadiaci systém musí byť schopný kontrolovať súbor splnenia týchto podmienok, teda vyriešiť nejaký logický problém (pozri:Logická operácia).

Rozšírili sa automatické regulátory, ktoré pri vykonávaní svojich funkcií oveľa rýchlejšie a presnejšie, ako to dokáže človek, priniesli výrazné zlepšenie technických a ekonomických ukazovateľov mnohých odvetví a procesov.Slúžia na udržanie konštantného napätia generátora, otáčok motora, tlak a teplota pary v kotloch, hrúbka pásu vo valcovniach, teplota v elektrických peciach atď.

Neexistuje výroba, kde by sa nepoužívali automatické regulátory - zariadenia na riadenie automatických riadiacich systémov. V niektorých prípadoch tieto systémy umožnili vytvárať nové procesy a jednotky, ktoré nebolo možné implementovať manuálne (napr jadrové elektrárne).

Komplexná automatizácia

Najväčší efekt využitia automatických riadiacich systémov sa dosiahne pri komplexnom pokrytí automatizácie všetkých strojov a technologických celkov dielne alebo sekcie.

Integrovaná automatizácia je stupeň automatizácie výroby, v ktorom sa celý súbor operácií spracovania materiálu vrátane ich prepravy uskutočňuje prostredníctvom systému automatických strojov a technológií, jednotiek podľa vopred určených programov a režimov, pomocou rôznych automatických zariadení spojených spoločným manažérsky systém.

Vďaka komplexnej automatizácii sa ľudské funkcie pri riadení technologického procesu redukujú na monitorovanie priebehu procesu, analýzu jeho ukazovateľov a výber prevádzkových režimov zariadenia ako súboru úloh pre automatické regulátory a softvérové ​​zariadenia, v ktorých sú najlepšie ukazovatele. sa dosahujú za týchto podmienok.

Najjednoduchšie integrovateľná automatizácia sa vykonáva v kontinuálnej výrobe, procesoch, ktorých jednotlivé sekcie sú násilne prepojené jedným materiálovým tokom.

Príkladom komplexnej automatizácie procesov je automatická linka, v ktorej každý automatický stroj pomocou softvérového zariadenia vykonáva vopred určenú sekvenciu pohybov svojich pracovných orgánov na vykonanie danej fázy spracovania materiálu a celá súprava lineárnych strojov je prepojená automatickým ovládaním prepravných zariadení – všeobecný sled fáz spracovania až do prijatia hotového výrobku.

Plne automatizované podniky sú všetky Elektráreň (Jadrová elektráreň, tepelná elektráreň, vodná elektráreň). Riadenie hlavného elektrického a strojného zariadenia v týchto staniciach prebieha automaticky a kontrola nad jeho prevádzkou sa sústreďuje spravidla do jedného bodu, odkiaľ zmenový dispečer nastavuje potrebné režimy.

Operatívne riadenie musí byť centralizované a sústredené v rukách jednej osoby. Potreba takejto centralizácie je daná tým, že na rozhodovanie o voľbe režimov jednotlivých technologických celkov je potrebný ucelený obraz o celej výrobe, procese, teda o spracovaní všetkých informácií pochádzajúcich zo všetkých úsekov proces, je potrebný.

Preto medzi riadiacimi systémami zaujímajú popredné miesto zariadenia, ktorých úlohou je organizovať komunikáciu medzi človekom a strojmi, uľahčiť človeku riadenie procesov, odbremeniť jeho nervový systém, oslobodiť mozog od stresu a rutiny. práca.

Navyše človek často nedokáže spracovať veľký tok informácií o priebehu procesov bez pomoci prídavných zariadení.

Napríklad v podmienkach centralizovaného riadenia rozvetvených energetických sústav sú funkcie dispečera centrálneho riadiaceho bodu čoraz zložitejšie a rozhodovanie sa spravidla uskutočňuje v podmienkach akútneho nedostatku času. To všetko si vyžaduje rýchly zber rôznorodých informácií, ktoré sa človeku ukážu vo forme ľahko rozpoznateľného výsledku, potrebného na rozhodovanie.

Vďaka centralizovanému riadeniu sú všetky informácie o stave výroby a procesov centralizované s dispečermi zmien alebo operátormi.

Na sprostredkovanie informácií osobe slúži množstvo indikačných a záznamových zariadení umiestnených na doskách riadiaceho centra pred operátorom alebo dispečerom. Okrem zariadení má dispečing technické zariadenia, ktoré umožňujú sledovať rôzne kritické oblasti výroby.

Na fotografii je kontrolná miestnosť. Sú to vertikálne panely, na ktorých sú umiestnené mnemotechnické schémy riadené odvetvia, procesy, meracie prístroje a rôzne alarmové indikátory a panely automatických ovládacích zariadení, niekedy aj diaľkové ovládače a tlačidlá.

Keďže v podnikoch a odvetviach s veľkým územím sa výmena informácií medzi objektmi riadenia a riadenia a dispečingom uskutočňuje pomocou technických prostriedkov telemechaniky, zariadenia na reprodukciu týchto systémov sú umiestnené na dispečerskom paneli.

Človek riadiaci proces na základe svojich znalostí o jeho vlastnostiach a charakteristikách využíva rozsiahlu predvídavosť, a preto je schopný výrazne zlepšiť riadenie procesu. V úzkom rámci tohto procesu sú vedomosti modelom procesu v ľudskom mozgu.

Pred výberom tej či onej riadiacej akcie si človek pomocou tohto „modelu“ špekulatívne overí, aké budú výsledky akcií na výstupných parametroch procesu.

Až po presvedčení, že tento vplyv prinúti proces zmeniť sa želaným smerom alebo udržať jeho priebeh nezmenený, sa tento vplyv prenáša do reálneho procesu, pričom sa jeho priebeh neustále porovnáva so získanými špekulatívnymi výsledkami a model sa spresňuje.

Podobne ako to robí človek, môže fungovať automatický prediktívny riadiaci systém. Takýto systém by mal mať model procesu, zariadenia, ktoré poskytujú samočinné ladenie parametrov modelu, aby zodpovedali skutočnému procesu, a zariadenie, ktoré v modeli automaticky vyhľadáva také riadiace akcie, ktoré poskytujú najlepší výkon procesu. Zistené vplyvy by sa mali automaticky preniesť do skutočného procesu.

Príkladom komplexného automatického riadiaceho systému je kontinuálna pec na ohrev materiálu, vybavená regulátormi teploty v pracovnom priestore a regulátormi prietoku paliva a vzduchu privádzaného do horákov pece.

Ohrev materiálu vychádzajúceho z pece je daný teplotou jeho pracovného priestoru, rýchlosťou pohybu materiálu a množstvom ďalších faktorov. Teplota pracovného priestoru je zasa určená množstvom spotreby paliva a pomerom spotreby paliva a vzduchu a závisí aj od rýchlosti pohybu ohrievaného materiálu.

Problém udržiavania teploty materiálu v tomto príklade nemožno vyriešiť inštaláciou samostatných, nesúvisiacich regulátorov teploty a prietoku.

Je potrebné, aby sa referencia na regulátor teploty v peci automaticky zvyšovala so zvyšujúcou sa rýchlosťou pohybu materiálu v peci a referencia na regulátor prietoku vzduchu sa zvyšovala so zvyšujúcou sa spotrebou paliva.

Ťažké úlohy vznikajú aj pri vytváraní systémov riadenia procesov s viacnásobnými premenami energie. Príklad tavenia vo vysokej peci. Regulačný zákon tu stanovuje súbor požadovaných hodnôt jednotlivých parametrov procesu (teplota, tlak, prietok atď.), z ktorých každý je ovplyvnený mnohými poruchami spôsobenými vonkajšími a vnútornými faktormi tohto procesu.

Úspech integrovanej automatizácie existujúcich výrobných priestorov je determinovaný takmer výlučne súladom existujúcich zariadení a technológií s požiadavkami na automatické riadenie.

Zariadenia väčšiny prevádzkových podnikov sú určené na manuálne ovládanie.Komplexnú automatizáciu preto spravidla musí sprevádzať modernizácia alebo úplná výmena zariadení, zmena technológie a organizácie výroby, pri ktorej by sa naplno využili možnosti automatického riadenia z hľadiska rýchlosti a presnosti.

Úplnej automatizácii akejkoľvek výrobnej oblasti musí predchádzať dôkladná technická a ekonomická analýza celého súboru opatrení na určenie ekonomickej efektívnosti. Plná automatizácia vám umožňuje centralizovať riadenie výroby a procesov, znižovať počet zamestnancov, zvyšovať produktivitu zariadení, zlepšovať kvalitu produktov a znižovať náklady.

Pri zložitých procesoch vyžaduje centralizácia riadenia použitie automatických riadiacich systémov, ktoré umožňujú zhromažďovať informácie o priebehu riadeného procesu a odovzdávať ich osobe vo forme, ktorá jej vyhovuje.

Integrovaná automatizácia je krokom k plnej automatizácii, končiac vytvorením dielní a automatických tovární.

Plná automatizácia

Plná automatizácia je stupeň automatizácie výroby, v ktorom systém automatov vykonáva bez priamej účasti človeka celý rozsah operácií danej výroby, procesu, vrátane výberu a nastavenia pracovných režimov, ktoré poskytujú najlepší výkon v daných podmienkach. .

Povinnosti osoby sa redukujú na sledovanie správneho fungovania systému manažérstva a jeho jednotlivých jednotiek, ako aj zavádzanie úloh a kritérií do tohto systému, ktoré musí proces spĺňať.

Pre jednoduché procesy bežiace za konštantných podmienok môže byť po zvolení a nastavení optimálny režim dlhodobo udržiavaný a koncept plnej automatizácie sa zhoduje s konceptom komplexnej automatizácie.

Pre väčšinu procesov podliehajúcich vonkajším poruchám je hlavným rozdielom medzi úplnou automatizáciou a komplexnou automatizáciou prenos funkcie výberu a koordinácie prevádzkových režimov jednotlivých strojov a jednotiek (vrátane núdzových situácií) z osoby na automatický riadiaci systém.

Základom prechodu na plnú automatizáciu je automatické vyhľadávanie a nastavenie optimálnych prevádzkových režimov zariadení a automatizácia prevádzkového riadenia, teda koordinácia režimov jednotlivých strojov a jednotiek.

Na riešenie týchto problémov sa vo veľkej miere využívajú počítačové technológie, najmä riadiace stroje (ovládače, priemyselné počítače), analyzovať priebeh výroby, proces, syntetizovať zákonitosti riadenia a určovať kritériá optimality. Automatická analýza technologického toku a syntéza zákonitostí riadenia predurčuje samoprispôsobivosť systémov na plnú automatizáciu.

Systémy úplnej automatizácie majú hierarchický konštrukčný princíp:

• Na 1. stupni sú softvérové ​​a logické riadiace systémy, ako aj automatické riadiace systémy;
• na 2. stupni — systémy pre automatickú optimalizáciu jednotlivých strojov a agregátov;
• na 3. stupni — automatické systémy pre operatívne riadenie.

Trojúrovňová hierarchia riadenia definuje funkčnú štruktúru systémov plnej automatizácie.Hardvérové ​​rozlíšenie tohto systému môže byť rôzne, systém môže byť zostavený tak, ako je uvedené vyššie, ale môže byť zostavený bez jasného oddelenia funkcií vykonávaných jednotlivými zariadeniami.

Rastúca zložitosť riadiacich úloh vedie k zvýšeniu počtu a zložitosti zariadení a v dôsledku toho k zvýšeniu pravdepodobnosti narušenia normálnej prevádzky systému.

Neustále zintenzívnenie procesov a nárast ich rozsahu a zodpovedajúco rastúca hrozba nehôd robí problém spoľahlivosti ešte dôležitejším v automatizácii výroby. Preto sa vyvíjajú stále spoľahlivejšie prvky a spôsoby ich spájania a hľadajú sa spôsoby budovania spoľahlivých systémov z nedostatočne spoľahlivých prvkov.

Systém plnej automatizácie je komplexný a rozvetvený automatický riadiaci systém, ktorý si vyžaduje svoju vysokú spoľahlivosť, zabezpečenú ako spoľahlivosťou jednotlivých prvkov, tak spoľahlivosťou konštrukcie.

Úlohou plnej automatizácie je vytváranie automatických dielní a podnikov (automatických tovární). Veľký ekonomický efekt plnej automatizácie sa dosahuje zlepšením využitia zariadení, zabezpečením rytmu procesu s optimálnou produktivitou a kvalitou produktu za daných podmienok.

Pozri: Automatizácia technologických procesov, Priemyselné roboty v modernej výrobe,  Automatizácia systémov riadenia napájania

Rozvoj technológie automatického riadenia nie je možný bez pokroku v zariadeniach a najmä v tých prvkoch, z ktorých sú riadiace zariadenia postavené.Najdôležitejším problémom pri vývoji automatických riadiacich zariadení a systémov je zvyšovanie ich spoľahlivosti.