Технологический процесс с точки зрения управления

1.1. Цель управления химико-технологическим процессом

Химико-технологическая система (ХТС) функционирует нормально, если ее режимные параметры (температура, давление, расход, состав и т.п.) не отклоняются существенным образом от расчетных значений. Для обеспечения нормального функционирования технологической системы ею надо управлять.

Управление – процесс, обеспечивающий необходимое, в соответствии с целевым назначением, протекание химико-технологического процесса (ХТП) путем изменения материальных и энергетических потоков. Технологический процесс, с точки зрения управления, называется объектом управления.

Система управления – это система, объединяющая объект управления и, собственно, управляющую систему.

Управляющая система осуществляет сбор информации о состоянии объекта управления, возмущающих воздействий и состояния внешней среды.

На основе полученной информации принимаются решения по управлению и вырабатываются управляющие воздействия.

1.2. Функциональная структура АСУ ТП

В современных производствах задача управления технологическим процессом осуществляется автоматизированной системой управления технологическим процессом (АСУ ТП). АСУ ТП – это комплекс, объединяющий технологический процесс, технические средства сбора, обработки, преобразования информации, программного, алгоритмического и математического обеспечения и оперативного персонала.

Функциональная структура АСУ ТП представляет собой многоуровневую иерархическую структуру.

Нижний уровень представляет технологический процесс и технические средства получения информации (Д) и реализации управляющих воздействий (ИМ).

“Защита” – подсистема комплексных средств автоматической защиты и блокировок.

“Стабилизация” – подсистема выработки управляющих сигналов и средств автоматического регулирования технологических параметров.

“Оптимизация” – подсистема расчета оптимальных параметров технологического процесса в соответствии с принятыми критерием и целями функционирования технологического процесса.

“Идентификация” – подсистема расчета параметров математических моделей технологического процесса.

“Координация” – подсистема расчета технико-экономических показателей (ТЭП), ввода в систему директив и указаний руководства предприятия и передача информации в другие системы управления предприятием для общей координации управления предприятием.

АСУ ТП – это человеко-машинная система. Функции системы могут быть реализованы в двух режимах ее работы:

автоматизированном, в котором осуществляется автоматический сбор и обработка информации и выработка рекомендаций по управлению, а реализация управляющих воздействий осуществляется оператором;

автоматическом, в котором выработка и реализация управляющих воздействий осуществляется автоматически управляющими устройствами без участия оператора.

Структурная схема взаимодействия оператора и системы управления представлена на рисунке 2 .

АСР – автоматическая система регулирования,

СОИ – система отображения информации ,

ДУ – органы дистанционного управления.

В системе несколько контуров управления:

I контур – автоматизированное;

I I контур – автоматическое;

I I I контур – система, в которой задание изменяет оператор, а управляет технологическим процессом АСР.

Таким образом в системах управления происходит переработка информации о состоянии объекта управления, выработка управляющих воздействий и передача ее в виде сигналов от объекта в управляющую систему и от управляющей системы к объекту управления.

1.3. Задача анализа и синтеза АСР

Технологический процесс как объект управления характеризуется входными и выходными переменными.

На структурной схеме объекта управления (рисунок 3) выделяются соответствующие группы переменных.

– вектор входных переменных, характеризует состояние процесса и называют управляемыми (регулируемыми) параметрами. Это такие параметры, как температура, давление, состав, концентрация, расход и т.п.

– вектор входных переменных, называемых управляющими (регулирующими) воздействиями. К ним относятся параметры, с помощью которых можно изменять материальные и энергетические потоки, в основном расход, давление, температура и т.п.

– вектор входных переменных, называемых возмущающими воздействиями, являющихся внешними воздействиями по отношению к объекту. Это параметры, связанные с изменением режимов работы процесса и внешней среды такие, как изменение расходов, температур, давлений, состава сырья и т.п.

Переменные процесса связаны между собой функциональными зависимостями, и рассматриваются их изменения во времени.

Соответственно, должна быть решена задача анализа системы, определено состояние объекта как функция регулирования, возмущающих параметров и времени

и задачи синтеза, расчета регулирующих воздействий в соответствии с заданным критерием

АСР представляет систему, состоящую из последовательно соединенных элементов, выполняющих определенные функции (рисунок 4).

Действительное значение регулируемого параметра (X) с помощью датчика “Д” преобразуется в сигнал (X_g) и поступает на элемент сравнения “ЭС”, на который поступает заданное значение (X_зд) регулируемого параметра. В “ЭС” вырабатывается сигнал рассогласования (DX), поступающий на регулирующее устройство “РУ”, в котором сигнал усиливается и формируется регулирующее воздействие (X_р) в соответствии с принятым законом регулирования. Регулирующее воздействие поступает на исполнительный механизм “ИМ”, который перемещает регулирующий орган “РО”, изменяя, соответственно, расход вещества или энергии так, чтобы привести регулируемый параметр к заданному значению.

При анализе АСР принято рассматривать упрощенные блок-схемы, в которых элементы “Д”, “ИМ”, “РО” относят к объекту регулирования (рисунок 5).

Здесь X – регулируемый параметр,

X_з – заданное значение регулируемого параметра,

X_в – возмущающее воздействие,

X_р – регулирующее воздействие.

Теоретической базой создания автоматических систем регулирования является теория автоматического управления (ТАУ), которая изучает общие принципы построения автоматических систем и методы их исследования, решает задачу анализа и задачу синтеза.

В задачу анализа входит исследование устойчивости и качества работы АСР, в задачу синтеза входит построение схем регулирования, выбор законов управления, расчет параметров отдельных элементов системы.

Задачей курса является изучение основ ТАУ ХТП.

Читайте также:

A14 — СДВОЕННЫЙ ПРЕСС С ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПОЛОЧЕК ПИДЖАКА
CRM — Customer Relationship Management, или Управление взаимоотношениями с клиентами.
F1: Управление человеческими ресурсами
IV. Общее управление организацией.
IV. Оперативное управление электрохозяйством.
V1: Управление инвестициями.
V1: Управление источниками долгосрочного финансирования.
V1:Управление собственным капиталом. .
Xосе Сильва, Берт Голдман. Управление интеллектом по методу Сильва.
А.Анализ и управление производственными запасами.
Автоматизирования система управления технологическим процессом (АСУТП)
Автоматизированная система программно-логического управления процессом плавки

Цель управления химико-технологическим процессом

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЧЕСКОМ УПРАВЛЕНИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ

Система управления – это система, объединяющая объект управления и, собственно, управляющую систему.

Управляющая система осуществляет сбор информации о состоянии объекта управления, возмущающих воздействий и состояния внешней среды (рис. 4).

Рисунок 4 – Система управления

2.2 Технологические объекты управления

Управляемый технологический процесс вместе с оборудованием, в котором он осуществляется, называется технологическим объектом управления (ТОУ).

К ТОУ относятся как отдельные технологические агрегаты и установки, реализующие локальный технологический процесс, так и целые производства (цехи, участки) промышленного предприятия. Существуют супер-ТОУ (например, установка ЛК-6У на нефтеперерабатывающем заводе), включающие сотни технологических аппаратов.

ТОУ должен удовлетворять следующим требованиям:

1. оборудование ТОУ должно быть полностью механизировано и безотказно работать в установленный межремонтный период,

2. желательно, чтобы реализуемый процесс был непрерывным,

3. технологическая схема ТОУ должна быть составлена таким образом, чтобы он был управляемым т.е.:

а. разбит на определенные зоны с возможностью воздействия на технологический режим в каждой из них изменением материальных или энергетических потоков,

б. чтобы была возможность воздействия на характеристики оборудования,

в. чтобы был обеспечен доступ человека к местам установки датчиков, регулирующих органов,

г. чтобы число возмущающих воздействий, поступающих в основные аппараты схемы, технологический режим в которых обуславливает количество и качество выпускаемых целевых продуктов, было сведено к минимуму. Последнее достигается установкой промежуточных аппаратов- ресиверов, емкостей с мешалками, теплообменников, уменьшающих амплитуду и частоту изменения таких параметров как давление, состав, температуру.

Сложность управления ТОУ заключается в том, что они постоянно подвергаются возмущающим воздействиям, нарушающих технологический режим.

Возмущения условно можно разбить на два вида:

а. Внешние — проникающие в ТОУ извне при изменении всех входных и некоторых выходных параметров, а также параметров окружающей среды. Так изменение давления греющего пара нарушает теплообмен в нагревателе, а значит и температуру продукта на его выходе; изменение расхода кубового остатка повлияет на уровень в ректификационной колонне.

б. Внутренние— возникающие в самом ТОУ при изменении характеристик технологического оборудования (изменение активности катализатора, отключение отдельных аппаратов, коррозия внутренних поверхностей аппаратов).

Технологический процесс как объект управления характеризуется входными и выходными переменными (рис. 5).

Рисунок 5 — Группы переменных, входящих в описание объекта управления

U– вектор входных переменных, характеризует состояние процесса и называют управляемыми (регулируемыми) параметрами. Это такие параметры, как температура, давление, состав, концентрация, расход и т.п.

X– вектор входных переменных, называемых управляющими (регулирующими) воздействиями. К ним относятся параметры, с помощью которых можно изменять материальные и энергетические потоки, в основном расход, давление, температура и т.п.

F– вектор входных переменных, называемых возмущающими воздействиями, являющихся внешними воздействиями по отношению к объекту. Это параметры, связанные с изменением режимов работы процесса и внешней среды такие, как изменение расходов, температур, давлений, состава сырья и т.п.

Давая определение автоматизированному производству, мы говорим, что оно характеризуется передачей функций управления от человека автоматическим устройствам. Что же это за функции? Из чего складывается процесс управления?

Процесс управления складывается из следующих операций, которые можно объединить в три группы:

1.получение и обработка информации о состоянии управляемого технологического процесса,

2.анализ полученной информации и принятие решения о целесообразном воздействии на процесс,

3.осуществление принятого решения, т.е. непосредственное воздействие на процесс путем изменения материальных или энергетических потоков.

Дата добавления: 2015-04-29 ; Просмотров: 699 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Технологический процесс

Первые достоверно известные технологические процессы были разработаны в древнем Шумере — на глиняной табличке клинописью был описан по операциям порядок приготовления пива. С тех пор способы описания технологий производства продуктов питания, инструментов, домашней утвари, оружия и украшений — всего, что изготавливало человечество, многократно усложнились и усовершенствовались. Современный технологический процесс может состоять из десятков, сотен и даже тысяч отдельных операций, он может быть многовариантным и ветвиться в зависимости от различных условий. Выбор той или иной технологии- это непросто выбор тех или иных станков, инструмента и оснастки. Нужно также обеспечить соответствие требованиям технических условий, плановых и финансовых показателей.

Определение и характеристика

ГОСТ дает научно строгое, но сформулированное слишком сухим и наукообразным языком определение технологического процесса. Если же говорить о понятии технологического процесса более понятным языком, то технологический процесс — это совокупность выстроенных в определенном порядке операций. Он направлен на превращение сырья и заготовок в конечные изделия. Для этого с ними совершают определенные действия, обычно выполняемые механизмами. Технологический процесс не существует сам по себе, а является важнейшей частью более общего производственного процесса, включающего в себя в общем случае также процессы контрактации, закупки и логистики, продажи, управления финансами, административного управления и контроля качества.

Схема технологического процесса

Технологи на предприятии занимают весьма важное положение. Они являются своего рода посредниками между конструкторами, создающими идею изделия и выпускающими его чертежи, и производством, которому предстоит воплощать эти идеи и чертежи в металл, дерево, пластмассу и другие материалы. При разработке техпроцесса технологи работают в тесном контакте не только с конструкторами и производством, но и с логистикой, закупками, финансами и службой контроля качества. Именно техпроцесс и является той точкой, в которой сходятся требования всех этих подразделений и находится баланс между ними.

Описание технологического процесса должно содержаться в таких документах, как:

Маршрутная карта — описание высокого уровня, в нем перечислены маршруты перемещения детали или заготовки от одного рабочего места к другому или между цехами.
Операционная карта – описание среднего уровня, более подробное, в нем перечислены все операционные переходы, операции установки-съемки, используемые инструменты.
Технологическая карта — документ самого низкого уровня, содержит самое подробное описание процессов обработки материалов, заготовок, узлов и сборок, параметры этих процессов, рабочие чертежи и используемая оснастка .

Технологическая карта даже для простого на первый взгляд изделия может представлять собой довольно толстый том.

Для сравнения и измерения технологических процессов серийного производства применяются следующие характеристики:

Цикл технологической операции — длительность (измеряется в секундах, часах, днях, месяцах) операции, повторяющейся с определенной периодичностью. Отсчитывается от момента начала операции до момента ее окончания. Длительность цикла не зависит от числа заготовок или деталей, обрабатываемых одномоментно.
Такт выпуска изделия – промежуток времени, через который выпускается это изделие. Рассчитывается как отношение времени, за которое выпускается определенное количество изделий, к этому количеству. Так, если за 20 минут было выпущено 4 изделия, то такт выпуска будет равен 20/4=5 минут/штуку .
Ритм выпуска – величина, обратная такту, определяется как число изделий, выпускаемых в единицу времени (секунду, час, месяц и т.п.).

В дискретном производстве такие характеристики технологических процессов не находят применения ввиду малой повторяемости изделий и больших сроков их выпуска.

Производственная программа — представляет собой список названий и учетных номеров выпускаемых изделий, причем для каждой позиции приводится объемы и сроки выпуска.

Производственная программа предприятия складывается из производственных программ его цехов и участков. Она содержит:

Перечень выпускаемых изделий с детализацией типов, размеров, количества.
Календарные планы выпуска с привязкой к каждой контрольной дате определенного объема выпускаемых изделий.
Количество запасных частей к каждой позиции в рамках процесса поддержки жизненного цикла изделий.
Подробную конструкторско-технологическую документацию, трехмерные модели, чертежи, деталировки и спецификации.
Техусловия на производство и методики управления качеством, включая программы и методики испытаний и измерений.

Производственная программа является разделом общего бизнес-плана предприятия на каждый период планирования.

Виды техпроцессов

Классификация техпроцессов проводится по нескольким параметрам.

По критерию частоты повторения при производстве изделий технологические процессы подразделяют на:

единичный технологический процесс, создается для производства уникальной по конструктивным и технологическим параметрам детали или изделия;
типовой техпроцесс, создается для некоторого количества однотипных изделий, схожих по своим конструктивным и технологическим характеристикам. Единичный техпроцесс, в свою очередь, может состоять из набора типовых техпроцессов. Чем больше типовых техпроцессов применяется на предприятии, тем меньше затраты на подготовку производства и тем выше экономическая эффективность предприятия;
групповой техпроцесс подготавливается для деталей, различных конструктивно, но сходных технологически.

Пример типового технологического процесса

По критерию новизны и инновационности различают такие виды технологических процессов, как:

Типичные. Основные технологические процессы используют традиционные, проверенные конструкции, технологии и операции обработки материалов, инструмента и оснастки.
Перспективные. Такие процессы используют самые передовые технологии, материалы, инструменты, характерные для предприятий — лидеров отрасли.

По критерию степени детализации различают следующие виды технологических процессов:

Маршрутный техпроцесс исполняется в виде маршрутной карты, содержащей информацию верхнего уровня: перечень операций, их последовательность, класс или группа используемого оборудования, технологическая оснастка и общая норма времени.
Пооперационный техпроцесс содержит детализированную последовательность обработки вплоть до уровня переходов, режимов и их параметров. Исполняется в виде операционной карты.

Пример маршрутной карты

Пооперационный техпроцесс был разработан во время Второй Мировой войны в США в условиях нехватки квалифицированной рабочей силы. Детальные и подробные описания каждой стадии технологического процесса позволили привлечь к работе людей, не имевших производственного опыта и в срок выполнить большие военные заказы. В условиях мирного времени и наличия, хорошо обученного и достаточно опытного производственного персонала использование такого вида технологического процесса ведет к непроизводительным расходам. Иногда возникает ситуация, в которой технологи старательно издают толстые тома операционных карт, служба технической документации тиражирует их в положенном числе экземпляров, а производство не открывает эти талмуды. В цеху рабочие и мастера за многие годы работы накопили достаточный опыт и приобрели достаточно высокую квалификацию для того, чтобы самостоятельно выполнить последовательность операций и выбрать режимы работы оборудования. Таким предприятиям имеет смысл подумать об отказе от операционных карт и замене их маршрутными.

Существуют и другие классификации видов технологических процессов.

В ходе конструкторско-технологической подготовки производства различают такие этапы написания технологического процесса, как:

Сбор, обработка и изучение исходных данных.
Определение основных технологических решений.
Подготовка технико-экономического обоснования (или обоснования целесообразности).
Документирование техпроцесса.

Этапы технологического процесса

Трудно с первого раза найти технологические решения, обеспечивающие и плановые сроки, и необходимое качество, и плановую себестоимость изделия. Поэтому процесс разработки технологии – это процесс многовариантный и итеративный.

Если результаты экономических расчетов неудовлетворительны, то технологи повторяют основные этапы разработки технологического процесса до тех пор, пока не достигнут требуемых планом параметров.

Сущность технологического процесса

Процессом называют изменение состояния объекта под воздействием внутренних или внешних по отношению к объекту условий.

Внешними факторами будут механические, химические, температурные, радиационные воздействия, внутренними — способность материала, детали, изделия сопротивляться эти воздействиям и сохранять свою исходную форму и фазовое состояние.

В ходе разработки техпроцесса технолог подбирает те внешние факторы, под воздействием которых материал заготовки или сырья изменит свою форму, размеры или свойства таким образом, чтобы удовлетворять :

техническим спецификациям на конечное изделие;
плановым показателям по срокам и объемам выпуска изделий;
финансово-экономическим показателям, заложенным в бизнес-план предприятия.

За долгое время были выработаны основные принципы построения технологических процессов.

Принцип укрупнения операций

В этом случае в рамках одной операции собирается большее число переходов. С практической точки зрения такой поход позволяет улучшить точность взаимного расположения осей и обрабатываемых поверхностей. Такой эффект достигается за счет выполнения всех объединяемых в операцию переходов за одну остановку на станок или многокоординатный обрабатывающий центр.

Подход также упрощает внутреннюю логистику и снижает внутрицеховые расходы за счет снижения числа установок и наладок режимов работы оборудования.

Особенно важно это для крупногабаритных и сложных деталей, установка которых отнимает много времени.

Принцип применяется при работе на револьверных и многорезцовых токарных станках, многокоординатных обрабатывающих центрах.

Принцип расчленения операций

Операция разбивается на ряд простейших переходов, наладка режимов работы обрабатывающего оборудования выполняется единожды, для первой детали серии, далее оставшиеся детали проходят обработку на тех же режимах.

Такой подход эффективен при больших размерах серий и относительно несложной пространственной конфигурации изделий.

Принцип дает существенный эффект снижения относительной трудоемкости за счет улучшенной организации рабочих мест, совершенствования у рабочих навыка однообразных движений по постановке-снятию заготовок, манипуляций с инструментом и оборудованием.

Абсолютное число установок при этом растет, но сокращается время на настройку режимов оборудования, за счет чего и достигается положительный результат.

Чтобы получить этот положительный эффект, технологу придется позаботиться о применении специализированной оснастки и приспособлений, позволяющих быстро и, главное, точно устанавливать и снимать заготовку. Размер серии также должен быть значительным.

Обработка дерева и металла

На практике одну и ту же деталь, одного и того же размера и веса, из одного и того же материала можно изготовить разными, иногда сильно отличающимися друг от друга методами.

На этапе конструкторско-технологической подготовки производства конструкторы и технологи совместно прорабатывают несколько вариантов описания технологического процесса, изготовления и последовательности обработки изделия. Эти варианты сравниваются по ключевым показателям, насколько полно они удовлетворяют:

техническим условиям на конечный продукт ;
требованиям производственного плана, срокам и объемам отгрузки;
финансово-экономическим показателям, заложенным в бизнес-план предприятия.

На следующем этапе проводится сравнение этих вариантов, из них выбирается оптимальный. Большое влияние на выбор варианта оказывает тип производства.

В случае единичного, или дискретного производства вероятность повторения выпуска одной и той же детали невелика. В этом случае выбирается вариант с минимальными издержками на разработку и создание специальной оснастки, инструмента и приспособлений, с максимальным задействованием универсальных станков и настраиваемой оснастки. Однако исключительные требования к точности соблюдения размеров или к условиям эксплуатации, таким, как радиация ил высоко агрессивные среды, могут вынудить применять и специально изготовленную оснастку, и уникальные инструменты.

При серийном же выпуске процесс производства разбивается на выпуск повторяющихся партий изделий. Технологический процесс оптимизируют с учетом существующего на предприятии оборудования, станком и обрабатывающих центров. Оборудование при этом снабжают специально разработанной оснасткой и приспособлениями, позволяющими сократить непроизводительные потери времени хотя бы на несколько секунд. В масштабе всей партии эти секунды сложатся вместе и дадут достаточный экономический эффект. Станки и обрабатывающие центры подвергают специализации, за станком закрепляют определенные группы операций.

При массовом производстве размеры серий весьма высоки, а выпускаемые детали достаточно долгий срок не подвергаются конструктивным изменениям. Специализация оборудования заходит еще дальше. В этом случае технологически и экономически оправдано закрепление за каждым станком одной и той же операции на все время выпуска серии, а также изготовление спецоснастки и применение отдельного режущего инструмента и средств измерений и контроля.

Оборудование в этом случае физически перемещают в цеху, располагая его в порядке следования операций в технологическом процессе

Средства выполнения технологических процессов

Технологический процесс существует сначала в головах технологов, далее он фиксируется на бумаге, а на современных предприятиях — в базе данных программ, обеспечивающих процесс управления жизненным циклом изделия (PLM). Переход на автоматизированные средства хранения, написания, тиражирования и проверки актуальности технологических процессов- это не вопрос времени, в вопрос выживания предприятия в конкурентной борьбе. При этом предприятиям приходится преодолевать сильное сопротивление высококвалифицированных технологов строй школы, привыкших за долгие годы писать техпроцессы от руки, а потом отдавать их на перепечатку.

Программа управления технологическим процессом

Современные программные средства позволяют автоматически проверять упомянутые в техпроцессе инструмент, материалы и оснастку на применимость и актуальность, повторно использовать ранее написанные техпроцессы целиком или частично. Они повышают производительность труда технолога и существенно снижают риск человеческой ошибки при написании техпроцесса.

Для того чтобы из идей и расчетов технологический процесс превратился в реальность, необходимы физические средства его выполнения.

Технологическое оборудование предназначено для установки, закрепления, ориентации в пространстве и подачи в зону обработки сырья, заготовок, деталей, узлов и сборок.

В зависимости от отрасли производства сюда входят станки, обрабатывающие центры, реакторы, плавильные печи, кузнечные прессы, установки и целые комплексы.

Оборудование обладает длительным сроком использования и может изменять свои функции в зависимости от использования той или иной технологической оснастки.

Технологическая оснастка включает в себя инструмент, литейные формы, штампы, приспособления для установки и снятия детали, для облегчения доступа рабочих к зоне выполнения операций. Оснастка дополняет основное оборудование, расширяя его функциональность. Она имеет более короткий срок использования и иногда специально изготавливается для конкретной партии изделий или даже для одного уникального изделия. При разработке технологии следует шире применять универсальную оснастку, применимую для нескольких типоразмеров изделия. Особенно это важно на дискретных производствах, где стоимость оснастки не распределяется на всю серию, а целиком ложится на себестоимость одного изделия.

Инструмент предназначен для оказания непосредственного физического воздействия на материал заготовки с целью доведения ее формы размеров, физических, химических и других параметров до заданных в технических условиях.

Технолог при выборе инструмента должен принимать во внимание не только цену его покупки, но и ресурс и универсальность. Часто бывает, что более дорогой инструмент позволяет без его замены выпустить в несколько раз больше продукции, чем дешевый аналог. Кроме того, современный универсальный и высокоскоростной инструмент позволит также сократить время машинной обработки, что также прямо ведет к снижению себестоимости. С каждым годом технологи приобретают все больше экономических знаний и навыков, и написание техпроцесса из дела чисто технологического превращается в серьезный инструмент повышения конкурентоспособности предприятия.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Технологический процесс

Технологический процесс — это часть производственного процесса, содержащая целенаправленные действия по изменению и (или) определению состояния предмета труда. К предметам труда относят заготовки и изделия.

В зависимости от применения в производственном процессе для решения одной и той же задачи различных приёмов и оборудования различают следующие виды техпроцессов:

Единичный технологический процесс (ЕТП). Разрабатывается индивидуально для конкретной детали.

Типичный технологический процесс (ТТП). Создается для группы изделий, обладающих общностью конструктивных признаков. Разработку типовых технологических процессов осуществляют на общегосударственном и отраслевом уровнях, а также на уровнях предприятия в соответствии с общими правилами разработки технологических процессов.

Групповой технологический процесс (ГТП).

В промышленности и сельском хозяйстве описание технологического процесса выполняется в документах, именуемых операционная карта технологического процесса (при подробном описании) или маршрутная карта (при кратком описании).

Маршрутная карта — описание маршрутов движения по цеху изготовляемой детали.

Операционная карта — перечень переходов, установок и применяемых инструментов.

Технологическая карта — документ, в котором описан: процесс обработки деталей, материалов, конструкторская документация, технологическая оснастка.

Технологические процессы делят на типовые и перспективные.

Типичный техпроцесс имеет единство содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструкторскими принципами.

Перспективный техпроцесс предполагает опережение (или соответствие) прогрессивному мировому уровню развития технологии производства.

Управление проектированием технологического процесса осуществляется на основе маршрутных и операционных технологических процессов.

Маршрутный технологический процесс оформляется маршрутной картой, где устанавливается перечень и последовательность технологических операций, тип оборудования, на котором эти операции будут выполняться; применяемая оснастка; укрупненная норма времени без указания переходов и режимов обработки.

Операционный технологический процесс детализирует технологию обработки и сборки до переходов и режимов обработки. Здесь оформляются операционные карты технологических процессов.

Характеристика технологического процесса, определяемая как отношение количества операций, выполняемых с использованием средств автоматизации, к полному количеству операций данного процесса.

Характеристики технологических процессов в дискретном и непрерывном производствах существенно различаются. Так, в дискретном производстве выходная продукция измеряется количеством изделий, а не кубическими метрами или тоннами. Операции являются менее сложными и характеризуются меньшим числом параметров.

Характеристика технологического процесса сборки: I — сборка стационарная, II — сборка поточная переходящими специализированными бригадами, III — сборка поточная с механизированным перемещением узлов и изделий.

Дать характеристику технологических процессов как объектов управления — значит отметить и выделить те их особенности, которые существенны с точки зрения создаваемой или совершенствуемой системы автоматического управления.

По характеристике технологических процессов различают электрохимические и электроискровые методы обработки поверхностей.

В результате технического перевооружения создаются технологические схемы производства, отличающиеся непрерывностью. Непрерывность технологических процессов – одна из основных тенденций научно-технического прогресса. Она требует комплексной механизации и автоматизации производства, т. е. открывает новые возможности повышения производительности труда как за счет интенсификации производства, так и за счет экономии живого труда. Так же на производстве очень желательно проводить работы по огнезащите для обеспечения безопасности. Проводя техническое перевооружение производства, следует избегать диспропорции в соотношении основных фондов отдельных цехов, участков. Например, при замене устаревших бетоносмесителей более совершенными увеличивается производительность бетоносмесительных цехов. Однако чтобы полностью загрузить новое оборудование, необходимо увеличить объемы складов заполнителей и цемента, переоборудовать формовочные установки и камеры тепловлажностной обработки, т. е. необходимо привести в соответствие отдельные цеха и переделы.

По способу воздействия на предмет труда и виду применяемого оборудования различают механические и аппаратурные технологические процессы. Механические осуществляются вручную или с помощью машин (станков, сборочных автоматов и т. д.). В этих процессах предмет труда подвергается механическим воздействиям, т. е. изменяются его форма, размеры, положение и некоторые физические свойства обрабатываемых деталей. При аппаратурных процессах происходит изменение физико-химических свойств или химического состава исходных предметов труда под воздействием химических реакций, тепловой энергии, различного рода излучений или биологических объектов. Они протекают в аппаратах различных конструктивных форм: печах, ваннах, камерах, сосудах, реакторах и т. д. Продукт аппаратур-ногоироцесса может отличаться от исходного сырья по химическому составу, структуре и агрегатному состоянию. Такие процессы преобладают в химической, металлургической, пищевой и микробиологической отраслях промышленности. Основное направление развития современных технологических процессов — переход от прерывистых (дискретных, циклических) к непрерывным поточным процессам, обеспечивающим увеличение масштабов производства и эффективное использование технологического оборудования. Все виды технологических процессов на предприятии могут осуществляться лишь в результате труда его работников.

Технологические процессы по источнику энергии, необходимой для их осуществления можно разделить на естественные (пассивные) и активные. Первые происходят как природные процессы и не требуют дополнительной преобразованной человеком энергии для воздействия на предмет труда (сушка сырья, остывание металла в обычных условиях и т.п.). Активные технологические процессы протекают в результате непосредственного воздействия человека на предмет труда, либо в результате воздействия средств труда, приводимых в движение энергией, целесообразно преобразованной человеком.

1 .1Методика анализа технологического процесса

Лабораторная работа № 1

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА КАК ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ.

1.Научиться анализировать технологические процессы (установки) как объекты управления, выявлять их свойства и характеристики, важные с точки зрения задач автоматизации.

2.Приобрести навыки по разработке схем автоматизации технологических процессов с применением средств локальной автоматики.

1 Методика анализа технологического процесса

как объекта управления

Объект управления – динамическая система, характеристики которой изменяются под влиянием возмущающих и управляющих воздействий. Объектами управления могут быть машины, аппараты в которых протекает технологический процесс. Как известно, регулирование –наиболее распространенная разновидность управления непрерывными технологическими процессами. Как и всякая система управления САР состоит из объекта регулирования и соответствующих технических средств автоматизации.

Технологические параметры, которые характеризуют состояние объекта регулирования и в процессе его работы должны соответствовать определенным значениям, называются регулируемыми параметрами.

Действительные значения регулируемых параметров в каждый момент времени называются текущими значениями.

На состояние объекта регулирования и следовательно на на значения регулируемых параметров влияют факторы, которые называются воздействиями.

Существуют возмущающие воздействия, которые действуют произвольно, вызывая нежелательные отклонения регулируемых параметров от заданных значений; а задача системы регулирования заключается в компенсации влияния возмущающих воздействий на объект регулирования, что достигается целенаправленным изменением других регулирующих воздействий.

Возмущающие и регулирующие воздействия можно рассматривать как входные сигналы для объектов регулирования.

Параметры, действующие на технологический процесс, делятся на три группы:

1. входные параметры, которые характеризуют материальные и энергетические потоки на входе в аппарат;

2. внутренние режимные параметры, которые характеризуют условие протекания процесса в объекте.

Объект управления может быть с распространенными и с сосредоточенными параметрами.

Совокупность значений всех параметров процесса – технологический режим, а совокупность значений параметров процесса, которые обеспечивают решение задачи, поставленной при управлении — нормальный технологический режим.

3. выходные параметры, которые характеризуют материальные потоки на выходе из аппарата.

Как было сказано, что возмущающие воздействия нарушают нормальный режим работы процесса. Их подразделяют на две группы:

Внешние возмущающие воздействия, которые поступают в аппарат извне вследствие изменения входных параметров, некоторых выходных параметров и изменения параметров окружающей среды.

Изменения входных параметров сразу приводит к изменению технологического режима в объекте управления.

Изменения большинства выходных параметров не влияют на ход процесса в объекте управления. Более того, они определяются течением процесса в объекте. Изменения параметров окружающей среды наиболее значительно влияют на технологический режим в случае установки аппаратов под открытым небом.

Внутренние возмущающие воздействия возникают внутри самого объекта

управления вследствие, например, загрязнения и коррозии внутренних

поверхностей аппарата, изменения активности катализатора и т.д.

При решении задачи управления особое внимание следует уделить на внешние возмущающие воздействия, т.к. они поступают в объект управления чаще, имеют ступенчатый характер и большую амплитуду изменения и они могут быть устранены перед поступлением в объект управления.

1.1 Построение локальных систем автоматизации ХТП

Локальные системы – это системы, которые выполняют ограниченные (местные) функции. Территориально системы могут располагаться как на местных пунктах управления, так и в помещениях управления.

Современные системы автоматизации строятся ,как правило, в виде многоуровневых и иерархических структур, относительно объекта управления.

Они занимают самый нижний уровень. Располагаются ближе всего к объекту и в наибольшей степени учитывают его специфику. Для синтеза этих систем необходимы подробные математические модели объектов или их каналов.

Функции локальных систем:

— контроль параметров ТП и сигнализации их предельных значений;

— стабилизация (регулирование) ТП на заданном технологическим регламентом уровне;

— программное управление параметрами или объектом по наперед заданным функциями времени, т.е по жестким программам включая пуск и останов;

— защита технологического объекта в предаварийных и аварийных ситуациях;

— технологическая блокировка, определяющая последовательность (включение, отключение) технологического оборудования предотвращающая возникновение аварийной ситуации;

— в случае применения локальных микропроцессорных контроллеров локальные системы выполняют функции сбора, обработки информации.

Технические средства локальных систем

-Первичные измерительные преобразователи;

-автоматические системы защиты и блокировки;

— локальные микропроцессорные контроллеры.

1.3 Этапы построения локальных систем

1.Анализ технологического процесса как объекта управления, выявление его существенных особенностей, важных с точки зрения задач автоматизации.

– Определяется производительность объекта, характер технологического процесса (периодический, непрерывный, смешанный);

— Определяются условия пожаро- и взрывоопасности, агрессивность и токсичность сред, параметры рабочих сред и их физико-химические свойства;

— Определяются основные эксплуатационные возмущения процесса, их характер и место приложения;

— Определяются показатели инерционных свойств отдельных агрегатов и процессов по основным каналам передачи воздействий, запаздывание по основным каналам передачи воздействий, свойства самовыравнивания агрегатов, распределенность или сосредоточенность параметров объекта.

— Определяются свойства управляемости объекта.

2.Анализ существующей локальной системы автоматизации с точки зрения ее технического совершенства и эффективности.

На этом этапе анализируется:

– совершенство организационной и технической структур;

— взаимодействие людей в системе управления,

— структура существующей системы управления;

— централизованная, децентрализованная, смешанная система управления.

— Анализируется совершенство локальных систем, т.е. правильность выбора схем регулирования (каскадных, комбинированных, многомерных), законов регулирования; наличие и совершенство схем защиты и блокировок; наличие приборов качественного анализа.

— Устанавливаются параметры контроля и регулирования, а также места приложения регулирующих воздействий.

3.Установление технологических параметров, подлежащих автоматическому контролю и регулированию, определение пределов изменения технологических параметров и требуемой точности измерения. Определение методов измерения технологических параметров с целью определения в дальнейшем комплекса технических средств автоматизации.

4.Определение точек отбора импульсов интересующих нас переменных и мест приложения эффективных регулирующих воздействий.

5.Выбор наиболее рациональных схем регулирования и законов регулирования.

6.Определение объемов необходимых автоматических защит и блокировок технологического оборудования.

7.Разработка принципиальных электрических схем сигнализации.

8.Определение способов представления оператором информации о ходе технологического процесса, размещение КИП-овского оборудования в помещении управления.

9.Решение вопроса о видах и средствах производственной связи.

Управление технологическими процессами

Компания Pro Мachine > Управление технологическими процессами

Автоматизация

Технологий молочного производства за несколько последних десятилетий претерпела огромные изменения. На смену многочисленным ручным операциям в мелких разрозненных хозяйствах пришли централизованные комплексы заводского типа.

Эта тенденция привела к многочисленным и далеко идущим последствиям. На небольшой ферме все процессы находились под контролем и управлением нескольких квалифицированных исполнителей, которые вручную выполняли большинство работ, в том числе мойку оборудования после их окончания. По мере укрупнения хозяйств и количество задействованных машин, и их габариты увеличивались, а вместе с ними росло и число необходимых ручных операций. В частности, очень трудоемкой операцией была мойка. Каждую машину, находящуюся в контакте с продуктом, приходилось разбирать и мыть, по меньшей мере, раз в день.

В середине 50-х годов была разработана система безразборной мойки (CIP), которая сегодня внедрена почти повсеместно. Эта система позволяет мыть машины без их разборки, так как они сконструированы таким образом, что их можно промывать моющими растворами, циркулирующими по продуктовым линиям в соответствии с заданной программой мойки.

Непрерывный процесс механизации молочного производства постепенно вытеснил значительную часть тяжелого ручного труда, поручив его машинам. Механизация вместе с ростом производственных мощностей привела к увеличению количества обязательных операций. Увеличилось количество клапанов и двигателей. Приобрело существенное значение синхронное выполнение отдельных операций. Ведь каждое несвоевременное включение, например только одного клапана, может привести к существенным потерям продукции. Каждая неточность в технологическом процессе, каждое ошибочное решение оператора могут привести к потере качества и к серьезным экономическим последствиям.

Со временем на предприятиях было установлено все большее число приборов дистанционного управления. Клапаны с ручным управлением заменялись электрическими и пневматическими клапанами. Выключатели для запуска и остановки клапанов, насосов, мешалок и других двигателей монтировались на пультах управления. Устанавливались датчики, направляющие на панель управления данные о параметрах процесса (давление, уровень, температура, расход, pH и т.д.). Для сообщения оператору о правильном срабатывании клапанов и двигателей (на открытие/закрытие и старт/стоп) соответствующие узлы и детали были снабжены специальными устройствами для отправки сигналов обратной связи.

Так постепенно появилась возможность автоматизировать производственный процесс.

Что такое автоматизация?

Строго говоря, понятия “механизация” и “дистанционное управление», о которых шла речь во вступлении, не имеют ничего общего с автоматикой как таковой, но они явились важными шагами на пути к автоматизации. Автоматизация означает, что все действия, необходимые для управления процессом с оптимальной эффективностью, выполняются системой управления в соответствии с инструкциями, заложенными в ее программу:

• Для поддержания связи с системой управления и технологическим процессом используется интерфейс оператора

• Современные автоматизированные системы имеют программное обеспечение для обработки информации, необходимое для составления отчетов, ведения статистики, анализов и т.д.

В автоматизированном процессе система управления должна поддерживать связь с каждым управляемым компонентом производственного процесса и с каждым датчиком. Вот некоторые из сигналов, которыми обмениваются система управления и контролируемый ею технологический процесс:

• Выходные сигналы (команды) на срабатывание элементов, участвующих в технологическом процессе

• Сигналы обратной связи от клапанов и двигателей, сообщающие системе управления о срабатывании данного узла

• Аналоговые сигналы от датчиков температуры, давления и других, которые обеспечивают информацию о параметрах процесса в каждый конкретный момент

• Мониторинговые сигналы от датчиков, которые посылают сигнал о достижении определенного состояния контролируемой системы — например, максимального уровня в емкости, заданной минимальной температуры и т.д.

Сигналы обрабатываются логическим блоком системы управления. Перед тем как продолжить, прервемся, чтобы разобраться в значении термина «логика».

Рис.1 Ход логических рассуждений оператора при решении проблемы управления.

Логика

Логика — это основополагающее понятие в вопросе автоматизации. Она означает механизм принятия решений, который позволяет решать определенную задачу в соответствии с имеющейся моделью. Чтобы решить некую задачу определенным образом, человеческий разум «запрограммирован» имеющимся

у него образованием и опытом. На рис.1 показано, как оператор использует логику для решения задачи управления, которая состоит в направлении молока из группы емкостей в линию

переработки. Он получает информацию о производственном процессе, например, что танк Т1 вскоре опорожнится, танк Т2 в данный момент промывается, танк ТЗ заполнен продуктом. Оператор логически обрабатывает эту информацию. На рисунке проиллюстрирована последовательность его рассуждений: вопросы, которые он себе задает, и решения, которые он принимает. В результате он выполняет свои решения, нажимая кнопки на щите управления, чтобы задействовать нужные клапаны, насосы и другое
оборудование.

Оператор не испытывает трудностей при решении этой задачи управления. Не стоит забывать о возможности принятия ошибочного решения. По ошибке моющий раствор и молоко могут быть смешаны.

В линии переработки может закончиться молоко, что приведет к пригоранию его остатков к теплопередающим поверхностям. Молоко, оставшееся в танке во время его мойки, будет потеряно. Риск таких ошибок возрастает, если оператор одновременно отвечает за несколько подобных участков производства. Он будет находиться в состоянии спешки и стресса, что повышает риск совершения ошибки.

На первый взгляд легко подумать, что оператор постоянно сталкивается

с необходимостью выбора между большим числом вариантов решения поставленной задачи. Но при более внимательном изучении вопроса выясняется, что это не так.

Опыт работы на производстве подсказывает, какие варианты решений обеспечат оптимальное качество продукта, безопасность и экономичность. Другими словами, оператор приобрел более или менее стабильную логику управления. Он выбирает танки в соответствии с наработанными схемами, он пользуется секундомером, чтобы засекать время слива молока из танка, он точно знает, когда нужно переключить линию на заполненный танк, чтобы до минимума свести потери продукта, и так далее. Так может
быть проанализирован любой процесс, и тогда на основе этого анализа можно определить логику управления, которая обеспечивает оптимальные результаты.

Зачем нам нужно автоматическое управление процессом?

При планировании молочного производства необходимо учитывать несколько факторов. Следовательно, окончательное решение — всегда компромисс между факторами, имеющими отношение к продукции, к производственному процессу и к экономии. Только
требования связаны с такими факторами, как рабочая сила, вид продукции и ее количество, качество продукции, вопросы гигиены, законодательства, наличия товаров, гибкости и экономичности производства.

В число факторов, имеющих отношение к продукции, входят сырье, обработка продукции и ее качество, в то время как факторы, относящиеся к технологии производства, включают в себя выбор оборудования для удовлетворения внешних требований. Даже если производственные линии изначально комплектуются с целью обеспечения запланированного качества продукции, все равно приходится идти на многочисленные компромиссы, в особенности если на данном оборудовании предполагается производство разнообразной продукции. Например, это относится к требованиям по мойке оборудования и возможности его подключения к предполагаемой системе мойки. Другие компромиссы также неизбежны там, где речь идет о расходе энергии и подсобных средств и о том, насколько подбираемое оборудование подходит предприятию с этой точки зрения. Здесь необходимо подчеркнуть, что при выборе производственного оборудования необходимо учитывать степень автоматизации рабочих процессов.

Правильно выполненная автоматизация, с полным пониманием специфики продукции, технологических процессов и производственного оборудования, дает массу преимуществ, главные из которых:

• Высокое качество продукции

Безопасность обеспечивается тем, что система управления непрерывно действует и отслеживает процессы в режиме реального времени. Нежелательное смешивание разных продуктов, переполнение емкостей и другие ошибки, приводящие к потере продукции и сбоям в производстве, исключаются.

Тот факт, что все стадии процесса всегда выполняются абсолютно аналогичным образом, означает, что конечный продукт будет отличаться неизменно высоким качеством, потому что здесь исключаются любые отклонения от заданного процесса, которые обычно приводят к ухудшению качества.

Точное управление процессом означает, что потери продукции и расход сервисных сред, моющих растворов и энергии сведены до минимума. Поэтому хорошо сконструированная и адаптированная к данному производству система управления обеспечивает высокую экономичность.

Гибкость производства можно обеспечить, разработав систему автоматизации с учетом различных вариантов технологии и конечного продукта. В этих случаях производство можно переналадить простой сменой рецептуры вместо перепрограммирования.

Кроме того, система автоматизации может предоставить данные и информацию, необходимые для производства, в виде отчетов, статистики, анализов и т.д. Эта информация помогает принимать безошибочные решения по управлению производством.

Каковы задачи управления?

Задачи автоматизированных систем управления можно разделить на четыре основные группы:

1 Цифровой контроль

2 Аналоговый контроль

3 Мониторинговый контроль

4 Программное обеспечение для обработки информации.

Цифровое управление основано на том принципе, что управляемые объекты могут находиться в одном из двух состояний — включенном или выключенном (рис.2). Двигатель может или работать, или не работать. Клапан может быть либо открыт, либо закрыт. Исходя из этого, можно предусматривать абсолютно разные уровни автоматизации:

А Дистанционное управление, подразумевающее управление отдельными объектами с пульта управления, что по существу означает удлиненную руку оператора, то есть одну из разновидностей ручного управления. Этот уровень еще нельзя считать автоматизацией

В Групповой контроль, подразумевающий одновременное управление группой объектов, например, группой клапанов под танком

С Управление работой, то есть открытие и закрытие продуктовых линий или управление операциями перемешивания

D Управление цепочками операций, подразумевающее последовательное выполнение различных функций в соответствии с определенным порядком. Приведем некоторые примеры таких цепочек:

• Очистка различными моющими растворами в строго определенной последовательности и в соответствии с конкретным временным графиком

• Заблаговременное определение маршрутов движения продукта и уровней заполнения

В настоящее время широко практикуется уровень D, позволяющий в полной мере воспользоваться возможностями современных систем управления.

Рис.2 Примером цифрового управления могут служить эти выключатели (вкл/выкл).

Рис.3 Один из примеров аналогового управления — контроль температуры в пастеризаторе.

Аналоговое управление (см. рис.3) означает, что объект может управляться аналоговыми сигналами, посылаемыми командным блоком. Обычно этот вид контроля строится на основе другого (постоянно изменяющегося) сигнала обратной связи, приходящего на блок управления Этот вид управления используется, например, для регулировки подачи пара или горячей воды в пастеризатор. Сигнал обратной связи поступает на блок управления от датчика температуры пастеризации.

Аналоговый контроль играет очень важную роль в обеспечении эффективной работы оборудования молочных заводов. В молочной промышленности аналоговый контроль очень несложен, и число цепей аналогового управления на таких предприятиях обычно довольно невелико. Их основные объекты таковы:

• Системы взвешивания, в задачу которых входит дозирование компонентов согласно рецептуре и их смешивание

• Управление насосным оборудованием

• Нормализация сырья по содержанию сухих веществ или жира.

Система управления часто включает в себя элементы и аналогового, и цифрового управления. Они взаимно дополняют друг друга. Аналоговая система применяется для контроля нагревания в пастеризаторе, в то время как температурный датчик отслеживает температуру. Если она опускается ниже заданного уровня, датчик мгновенно реагирует. Он посылает сигнал в блок управления, и поток в пастеризаторе направляется в обходное направление.

Мониторинг — это непрерывный контроль за различными объектами и состояниями процесса, включая выдачу сигнала тревоги в случае какого-либо сбоя.

В основе мониторингового контроля — сигналы обратной связи от контролируемых объектов. Эти сигналы могут носить разный характер, предназначаясь для:

• Простого мониторингового контроля определенных важных элементов

• Простой регистрации неисправностей

• Блокировок, не позволяющих какой-либо операции начаться или продолжиться, если получен предупреждающий сигнал. Например, начало процедуры мойки может быть блокировано, если не получен сигнал о низком уровне жидкости в соответствующем танке

• Автоматического возобновления работы после устранения неисправности.

Очень важным элементом текущего контроля является самодиагностика, то есть

непрерывная проверка исправности работы контролирующей системы.

Просмотрите бесплатный онлайн-инструмент HTML, CSS и JavaScript: редактор, теги, чит-лист, коды символов, генераторы тегов, шаблоны веб-сайтов и другие.

Рис.4 Управленческая информация позволяет повысить
производительность.

Программное обеспечение для обработки информации

Компьютеры позволяют повышать производительность не только в цехе, но и в офисе.

Они умеют собирать и анализировать информацию и представлять ее в упорядоченной форме, на основе которой можно принимать обоснованные управленческие решения (рис.4). Современные системы располагают такой возможностью. Вот несколько характерных примеров того, что автоматика берет на себя рутинный круг обязанностей тех, кто осуществляет руководство и надзор за производством:

• Регистрация информации, получаемой с производственных участков

• Слежение за продвижением продукта — на каждый элемент производственного оборудования и для каждого продукта на данном предприятии у автоматической системы есть персональный электронный журнал регистрации. Это позволяет

фиксировать всю информацию, от которой зависит готовая продукция. Сюда, в частности, входит систематизация сырья и отслеживание качества обработки продукции

• Регистрация производственной информации. Все данные, имеющие отношение к производству, регистрируются и подвергаются обработке. Эти данные идут в основу отчетов о производстве как конечного продукта, так и промежуточного. Эти отчеты могут выдаваться через необходимые промежутки времени — например, раз в смену, в день, в месяц

• Анализ стоимости, позволяющий оценить экономичность производства. Производительность техники, коммунальные расходы, эффективность эксплуатации машин и оборудования — все эти факторы принимаются в расчет

• Производственное планирование — это ключ к более оптимальному и эффективному использованию оборудования предприятия. Машина обрабатывает информацию обо всех сделанных заказах и сопоставляет ее с характеристиками всех производственных единиц.

В результате появляется ежедневный производственный план для молочного завода, представляющий собой подробную программу производства на данный день, в которой расписаны планы для всех машин и их обеспечение всем необходимым — продуктами, упаковками различных видов, размеров и т.д.

• Планирование технического обслуживания может стать более эффективным, если руководство получает доступ к информации о том, сколько часов проработала каждая машина и сколько срабатываний было у каждого клапана после того, как он в последний раз проходил техническое обслуживание • Гарантия качества. Причина некачественного функционирования легко отслеживается с помощью предоставляемой компьютером информации.

Рис.5
Информация о состоянии производства предоставляется
в наглядном виде Информационной
системой управления производством.

Рис.6
Представление производственной информации на дисплее компьютера.

Что определяет уровень автоматизации?

Уровень автоматизации определяется в соответствии с выбором производственного оборудования для предприятия. Поэтому важно провести тщательный анализ того, как выбранное производственное оборудование будет влиять на возможность автоматизации.

Для этого необходимо знать все системы, задействованные на молочном заводе.

Помимо необходимости учета особенностей данного производства, к системе автоматизации должны быть предъявлены специальные требования. В их числе — интерактивность оператора, то есть возможность исправлять ошибки. Другой важный фактор, свидетельствующий об уровне автоматизации, — объем необходимой отчетной и управленческой информации.

Роль оператора

В задачу автоматизации входит не устранить необходимость в операторе, а увеличить его возможности. Чем сложнее система, тем с меньшим числом мелочей ему приходится иметь дело. Программа должна управлять всеми рутинными функциями процесса, проблемами тактического уровня, в то время как оператор, как главнокомандующий, должен заниматься стратегическими вопросами. Например, он отвечает за выбор емкостей для производственного процесса, определяет время начала промывки различных объектов, при необходимости изменяет время, температуру и другие производственные параметры, заложенные в программу, принимает решения о мерах, направленных на устранение сбоев и нарушений производственного процесса. Имеется ряд средств, которые помогают оператору в этой работе:

• Цветной графический видеодисплей

• Локальные пульты управления. Цветной графический видеодисплей

Цветной графический видеотерминал (рис.6.) в настоящее время повсеместно является неотъемлемой частью операторского оборудования. Особое внимание следует уделять эргономике цвета и графики. Здесь важно все — графическое и цветовое решение, использование символов и формы интерактивности, а также графическая иерархия и т.д. Хорошее изображение поможет оператору в его работе, предоставив ему правильную информацию в нужный момент и в наиболее удобном виде (см. рис.7). Это один из важнейших факторов успешной работы.

Рис.7 Примеры получаемой оператором информации и интерактивных окон на дисплее

Устройство печати

Устройство печати имеет две основные функции. Первая: распечатывание информации, предоставленной контроллером технологического процесса — например, сообщений о неисправностях для оператора или статистических данных для руководства. Вторая: распечатка «жестких» копий с экрана монитора. Это позволяет постоянно документировать графическую информацию, например, о температуре пастеризации или о тенденциях в расходовании электроэнергии, воды и т.д.

Локальные пульты управления

Локальные пульты управления устанавливаются в производственных зонах — там, где удобно осуществлять местный контроль или где есть необходимость принимать информацию на месте.

В числе таких мест участок приемки, станция мойки, пастеризаторы (рис.8) и упаковочные машины. Местные пульты оператора могут быть разного типа — в виде небольших щитов с кнопками и индикаторными лампочками или микропроцессорных блоков с небольшим дисплеем и клавиатурой.

Рис.8 Локальный пульт оператора в зоне пастеризатора.

Как работает система управления?

Управление осуществляется командным блоком, который в определенной последовательности посылает сигналы-команды на срабатывание и остановку различных исполнительных устройств таким образом, чтобы удовлетворялись заложенные в командном блоке логические условия, относящиеся к данному производственному процессу. Исполнительные устройства посылают в командный блок ответные сигналы, подтверждающие исполнение команд. Эти сигналы обратной связи с командным блоком являются условием, позволяющим сделать очередной шаг в управлении работой исполнительных механизмов. Принципиальная схема системы управления показана на рис.9.

Если сигнал обратной связи не получен, может быть послан сигнал о неисправности. В этом случае или останавливается процесс, или подключается другой участок командного блока, чтобы помочь справиться с возникшими трудностями. Это, естественно, предполагает, что данная неисправность предсказуема. Чем сложнее управляемый процесс и чем более жесткие требования предъявляются к его надежности и экономичности, тем более развитой должна быть логическая система блока управления.

Все датчики и все управляемые объекты процесса должны быть соединены с блоком управления. Так, в систему управления поступает вся необходимая информация о температурах, расходах, давлениях и т.д. Обработав эти сигналы, блок управления направляет сигналы-команды в адрес управляемых объектов, задействованных в данном процессе.

Специальные устройства ввода/вывода (3) преобразуют сигналы, поступающие от контролируемого процесса и направляемые к нему (4) в форму, пригодную для компьютерной обработки.

Все необходимое оборудование оператора — видеотерминал (1), печатающие терминалы (2) и локальные пульты управления — подсоединено к блоку управления.

Программируемая система управления

Автоматика — это быстроразвивающаяся область. Не так уж много лет назад системы управления автоматизированными производственными процессами состояли из электромеханических реле, соединенных в одну логическую схему. Им на смену пришли электронные элементы, которые работают быстрее и надежнее, так как не содержат подвижных элементов.

Следующим этапом стали программируемые системы управления, логика работы которых выражается в битах информации, сохраняющихся в памяти компьютера, а не в физической схеме электропроводов. Это позволило с гораздо большей легкостью изменять программу там, где нужно, и снижать стоимость аппаратуры.

В новых системах управления конструкторы воспользовались растущими возможностями и сниженной стоимостью компьютеров и микропроцессоров и рассредоточили командные функции по отдельным участкам. Это наделяет систему в целом большой гибкостью и очень высоким потенциалом. Новые процессоры можно использовать для управления одной машиной и можно группировать для осуществления всеобъемлющего руководства целым предприятием с целью повышения его производительности.

В системы автоматизации обычно входят и программируемые логические контроллеры (PLC), и компьютеры (например, персональные компьютеры PC).

PLC первоначально представлял собой маленькую копию более крупного компьютера, но затем, по мере укрупнения PLC, грань между ним и компьютером стерлась.

Требования к системе управления

Прежде всего от системы управления производственными процессами требуются гибкость, надежность и экономичность. Это означает, что:

• Видеомонитор оператора должен быть удобным и эффективным

• Система должна легко поддаваться расширению

• Язык программирования должен быть эффективным

• Система должна располагать эффективными электронными решениями

• В системе должны быть программы для проведения диагностических тестов, оперативной модификации и моделирования ситуаций.

Расширение системы управления

Существует много универсальных систем автоматизации, которые можно приспособить к любой промышленной схеме. Одно из важнейших требований, предъявляемых к такой системе,- это возможность ее дальнейшего расширения при необходимости. Должна существовать возможность постепенного построения системы любых размеров, позволяющей дополнять ее стандартными элементами. Небольшой регулятор, установленный для управления линией приемки, может в дальнейшем получить дополнительные функции — управление переработкой молока, наполнением и другими операциями, если добавить к нему дополнительные элементы оборудования из той же системы. В то же время в имеющиеся процессоры или в специальный управляющий компьютер могут быть введены дополнительные командные функции.

Очень важно, чтобы при этом все детали системы управления, соединяющей оператора и управляемый процесс,- от самого дальнего датчика до пульта управления — принадлежали одной и той же системе. Пример расширения системы управления будет приведен ниже.

Простой язык программирования

Должен быть разработан язык программирования с функциональной графикой, показанной, например, на рис.10, облетающей понимание и написание технологических программ и формализованных функциональных описаний процесса специалистами, не владеющими компьютерным программированием.

Данный язык должен быть языком высокого уровня, т.е. он должен иметь сходство с человеческим языком. Таким образом, облегчается понимание этого языка неспециалистами. Строение языка должно допускать разбиение прикладных программ на модули, каждый из которых описывает отдельную задачу — например, наполнение танка, мойку трубопровода или распечатку производственных данных. Это облегчает понимание языка и упрощает техническое обслуживание и тестирование прикладных программ.

Рис.10 Заложенные в процессор расширенные функции помощи, описания функциональных блоков (1) и схемы последовательности функций (2) являются эффективным и легко читаемым языком программирования.

Используя язык высокого уровня такого типа, оператор быстро обучается общению с системой. Начав с основ, он постепенно расширяет свой «словарь» до такой степени, что начинает общаться с системой так же просто, как если бы он обсуждал работу с коллегами. Таким образом, оператор получает очень мощный инструмент управления технологическим процессом.

Эффективные электронные решения

Для эффективного управления производственным процессом необходимо применение в данном процессе первоклассных электронных решений. Работа всей системы управления процессом будет поставлена под угрозу, если датчики и другая электроника не будут действовать безупречно.

Рис.11 Система управления клапанами.
1 Клапанные элементы
2 Модем
3 Система управления (PLC)

Хорошим примером электронного решения является система управления клапанами, показанная на рис.11. Управление молочным заводом включает в себя контроль работы сотен и тысяч клапанов и управление их работой в различных сочетаниях и очередности. Для запоминания комбинаций, необходимых для конкретных целей, и для запуска этих комбинаций в кратчайшее время идеально подходят программируемые логические контроллеры. Для этого блок управления должен иметь канал мгновенной связи со всеми клапанами. Это делает систему дорогостоящей, поэтому была разработана новая система клапанов.

Новая система состоит из ряда клапанных элементов (1), по одному на каждый клапан. Клапанные элементы присоединены к общему кабелю и к общей линии сжатого воздуха. Кабель также соединен с модемом (2), связанным с системой управления (3). Монтаж, таким образом, значительно упрощается, при этом такая система управления обходится гораздо дешевле традиционной.

До 120 клапанов могут управляться с помощью одного кабеля, который также снабжает все клапаны электричеством. К системе автоматизации могут быть последовательно подключены несколько модемов, каждый из которых контролирует до 120 клапанов.

Еще одно несомненное достоинство этой системы состоит в том, что она имеет цепь обратной связи. Получив команду на открытие или закрытие, управляющий клапаном элемент докладывает блоку управления о ее исполнении.

С помощью модема постоянно отслеживается состояние всех клапанов и мгновенно передается сообщение в блок управления о любом сбое. Это значительно ускоряет обнаружение и устранение неисправностей, поскольку имеется возможность отсоединять отдельные клапанные элементы без вмешательства в работу всех остальных.

Примеры управляющих систем

Миниатюрный программируемый логический контроллер

На рис.12 показан миниатюрный ПЛК, предназначенный для точечной автоматизации — например, для автоматического программного управления отдельной машиной или фрагментом процесса. Это может касаться приемки молока, работы пастеризатора или мойки, PLC может также применяться на приемке материалов, ферментации, дозировке, стерилизации, приготовлении продуктов по заданной рецептуре, их расфасовке и т.д.

Данный программируемый контроллер основан на микропроцессоре, соединенном с производственным оборудованием через каналы ввода/вывода, число которых может доходить до 240. Поступающие в PLC сигналы несут информацию о состоянии контролируемого оборудования (температура, положение клапана и т.д.), а выходные сигналы контроллера передают команды насосам, клапанам и двигателям.

На рис.13 показан PLC, управляющий линией приемки молока. Микропроцессор этого блока непрерывно изучает поступающие сигналы, сравнивая

состояние процесса в данный конкретный момент с тем, каким оно должно быть в соответствии с заложенными в программу инструкциями, и автоматически принимает необходимые меры в случае каких-либо отклонений.

В системе такого типа PLC может получать инструкции от оператора, находящегося у соответствующего пульта управления. Блок PLC может быть подсоединен к видеодисплею для подачи команд, программирования или диагностических сообщений. В принципе инструкции могут приходить с любого другого блока управления.

Рис.13 Малая система под управлением ПЛК

Рис.14 Большая децентрализованная система автоматизации.
1 Контроллеры технологического
процесса
2 Операторский видеодисплей
3 Сетевой кабель

Децентрализованное управление производственными процессами

Если нужно распространить систему управления на целую производственную линию или на несколько линий (см. рис.14), то для этого понадобятся более мощное по сравнению с PLC вычислительное и коммуникационное оборудование и более емкая память.

Рис.15 Объединенная система управления, включающая Управленческую информационную систему.

Система автоматизации создается из ряда стандартных блоков, включающих:

• Контроллеры технологических процессов (1). Число необходимых контроллеров зависит от размеров той части производственного процесса, которую надлежит автоматизировать, а также от реальной планировки производственных помещений

• Интерфейсы оператора (2). Обычно это один или несколько цветных видеомониторов; их число зависит от числа операторов и зон производственной ответственности

• Кабельную сеть (3). Это основа коммуникации между различными элементами системы. Контроллеры процессов и видеомониторы также включены в эту сеть.

Контроллеры технологических процессов рассредоточены по своим подконтрольным участкам и взаимосвязаны через общую сеть. Другими словами, в высшей степени рентабельно автоматизировать весь завод, объединив ряд контроллеров технологических процессов в единую сеть.

Объединенная система управления заводом

Следующая ступень развития автоматизированной системы управления производством — создание всеобъемлющей сети, которая управляла бы всем заводом. Согласно этой схеме управления, завод

состоит не из одной промышленной зоны, включая в себя, например, участки производства масла, сыра и жидкого молока. В каждой зоне функционирует группа контроллеров производственных процессов (1) и там же нередко имеется собственно пост оператора (2), руководящего получением продуктов от одного участка и отправкой их в другой.

В пределах каждой зоны сеть коммуникаций связана с различными блоками.

Эта же сеть связана и с другими зонами, так что данные, команды, блокировки и т.д. могут передаваться из зоны в зону. Со всем этим оборудованием может быть соединен центральный пост управления всем заводом. Он может быть оснащен несколькими цветными графическими мониторами, каждый из которых сориентирован на конкретный участок и одновременно является резервным для какого-либо другого участка.

Когда все контроллеры производственных процессов предприятия объединены в одну сеть, появляется возможность подсоединить к этой системе центральный терминал текущего обслуживания. С его помощью можно вводить данные для перепрограммирования, переналадки и настройки, отслеживания сбоев.

На предприятии такого масштаба важно отслеживать производство и его экономические параметры. Контроллеры технологических процессов содержат значительный объем информации о производственных процессах в любой момент времени. Знание происходящего является ключом к повышению эффективности и экономичности производства.

Контроллеры производственных процессов сами по себе могут предоставить массу данных и отчетов, но переработка управленческой информации с возможностью дальнейшей ее обработки или сохранения в базе данных должна производиться отдельным компьютером (3).

Современная Управленческая информационная система (УИС) предназначена для работы с большими объемами данных. Она просчитывает и обрабатывает эти данные с целью подготовки различных отчетов, анализа экономичности производства и т.д. для того, чтобы помочь в планировании и составлении профилактических прогнозов в отношении технического обслуживания. Все это примеры того, как можно использовать Управленческую информационную систему.

Эта система построена на основе персональных компьютеров, использующих стандартное программное обеспечение — Excel. Windows и др.

Источники:

http://studopedia.su/15_137892_upravlenie-himiko-tehnologicheskim-protsessom.html
http://stankiexpert.ru/tehnologii/tekhnologicheskijj-process.html
http://studfiles.net/preview/5331943/
http://studfiles.net/preview/2608922/
http://pro-machine.ru/upravlenie-tehnologicheskimi-protsessami/