Автоматизація технологічних процесів, реферат

Широке впровадження автоматизації - найбільш ефективний шлях підвищення продуктивності праці.

На багатьох об'єктах для організації правильного технологічного процесу необхідно тривало підтримувати задані значення різних фізичних параметрів або змінювати їх у часі за певним законом. Внаслідок різних зовнішніх впливів на об'єкт ці параметри відхиляються від заданих. Оператор або машиніст повинен так впливати на об'єкт, щоб значення регульованих параметрів не виходили за допустимі межі, т. Е. Управляти об'єктом. Окремі функції оператора можуть виконувати різні автоматичні прилади. Вплив їх на об'єкт здійснюється за командою людини, який стежить за станом параметрів. Таке управління називають автоматичним. Щоб повністю виключити людини з процесу управління, система повинна бути замкнутої: прилади повинні стежити за відхиленням регульованого параметра і відповідно давати команду на управління об'єктом. Така замкнута система управління називається системою автоматичного регулювання (САР).

Перші найпростіші автоматичні системи регулювання для підтримки заданих значень рівня рідини, тиску пара, швидкості обертання з'явилися в другій половині XVIII ст. з розвитком парових машин. Створення перших автоматичних регуляторів йшло інтуїтивно і було заслугою окремих винахідників. Для подальшого розвитку засобів автоматизації необхідні були методи розрахунку автоматичних регуляторів. Уже в другій половині XIX ст. була створена струнка теорія автоматичного регулювання, заснована на математичних методах. У роботах Д. К. Максвелла "Про регуляторах" (1866р.) Та І.А. Вишнеградський "Про загальну теорії регуляторів" (1876р.), "Про регуляторах прямої дії" (1876р.) Регулятори і об'єкт регулювання вперше розглядаються як єдина динамічна система. Теорія автоматичного регулювання безперервно розширюється і поглиблюється.

Сучасний етап розвитку автоматизації характеризується значним ускладненням завдань автоматичного управління: збільшенням числа регульованих параметрів і взаємозв'язком об'єктів регулювання; підвищенням необхідної точності регулювання, їх швидкодії; збільшенням дистанційності управління і т. д. Ці завдання можуть бути вирішені тільки на базі сучасної електронної техніки, широкого впровадження мікропроцесорів і універсальних комп'ютерів.

Широке впровадження автоматизації на холодильних установках почалося тільки в XX ст. але вже в 60-х роках створені великі повністю автоматизовані установки.

Для управління різними технологічними процесами необхідно підтримувати в заданих межах, а іноді змінювати за певним законом значення однієї або одночасно декількох фізичних величин. При цьому необхідно стежити, щоб не виникали небезпечні режими роботи.

Пристрій, в якому протікає процес, що вимагає безперервного регулювання, називають керованим об'єктом, або скорочено об'єктом (рис. 1, а).

Фізична величина, значення якої не повинно виходити за певні межі, називається керованим, або регульованим параметром і позначається буквою X. Це може бути температура t, тиск р, рівень рідини Н, відносна вологість # 63; і т. д. Початкове (заданий) значення регульованого параметра позначимо Х0. В результаті зовнішніх впливів на об'єкт дійсне значення X може відхилятися від заданого Х0. Величину відхилення регульованого параметра від свого початкового значення називають неузгодженість:

Зовнішній вплив на об'єкт, що не залежить від оператора і збільшує неузгодженість, називають навантаженням і позначають Мн (або QH - коли мова йде про теплове навантаження).

Щоб зменшити неузгодженість, необхідно надати на об'єкт вплив, протилежне навантаженні. Організоване вплив на об'єкт, що зменшує неузгодженість, називають регулюючим впливом - Мр (або QP - при тепловій дії).

Значення параметра X (зокрема, Х0) зберігається постійним тільки тоді, коли регулюючий вплив одно навантаженні:

Х = const тільки при Мр = Мн.

Це основний закон регулювання (як ручного, так і автоматичного). Для зменшення позитивного неузгодженості необхідно, щоб Мр було по модулю більше, ніж Мн. І навпаки, при Мр <Мн рассогласование увеличивается.

Автоматичні системи. При ручному регулюванні для зміни регулюючого впливу машиністу доводиться іноді виконувати цілий ряд операцій (відкриття або закриття вентилів, пуск насосів, компресорів, зміна їх продуктивності і т. Д.). Якщо ці операції виконуються автоматичними пристроями по команді людини (наприклад, натисканням кнопки "Пуск"), то такий спосіб роботи називають автоматичним управлінням. Складна схема такого управління показана на рис. 1, б, Елементи 1, 2, 3 і 4 перетворять один фізичний параметр в інший, більш зручний для передачі наступного елементу. Стрілки показують напрямок впливу. Вхідним сигналом автоматичного управління Хупр може бути натискання кнопки, переміщення ручки реостата і т. Д. Для збільшення потужності сигналу, що передається до окремих елементів може бути підведена додаткова енергія Е.

Для управління об'єктом машиністу (оператору) необхідно безперервно отримувати інформацію від об'єкта, т. Е. Вести контроль: заміряти значення регульованого параметра X і підраховувати величину неузгодженості # 63; Х. Цей процес також можна автоматизувати (автоматичний контроль), т. Е. Встановити прилади, які будуть показувати, записувати величину # 63; Х або подавати сигнал при виході # 63; Х за допустимі межі.

Інформацію, отриману від об'єкта (ланцюжок 5-7), називають зворотним зв'язком, а автоматичне керування - прямим зв'язком.

При автоматичному управлінні і автоматичному контролі оператору досить поглянути на прилади та натиснути кнопку. Чи не можна і цей процес автоматизувати, щоб зовсім обійтися без оператора? Виявляється, достатньо подати вихідний сигнал автоматичного контролю Хк на вхід автоматичного управління (до елементу 1), щоб процес управління став повністю автоматизованим. При цьому елемент 1 порівнює сигнал Хк з заданим Х3. Чим більше неузгодженість # 63; Х, тим більше різниця Хк --Х3. і відповідно збільшується регулюючий вплив Мр.

Автоматичні системи управління з замкнутим ланцюгом дії, в яких керуючий вплив виробляється в залежності від неузгодженості, називають системою автоматичної регулювання (САР).

Елементи автоматичного управління (1--4) і контролю (5-7) при замиканні ланцюга утворюють автоматичний регулятор. Таким чином, автоматична система регулювання складається з об'єкта і автоматичного регулятора (рис. 1, в). Автоматичним регулятором (або просто регулятором) називають пристрій, який сприймає неузгодженість і впливає на об'єкт так, щоб зменшити це неузгодженість.

За мети впливу на об'єкт розрізняють наступні системи управління:

Стабілізуючі системи підтримують значення регульованого параметра постійним (в заданих межах). Налаштування у них постійна.

Програмні системи управління мають настройку, що змінюється з часом за заданою програмою.

У стежать системах настройка безперервно змінюється в залежності від якогось зовнішнього чинника. В установках кондиціонування повітря, наприклад, в спекотні дні вигідніше підтримувати в приміщенні більш високу температуру, ніж в прохолодні. Тому бажано безперервно змінювати налаштування в залежності від температури зовнішнього повітря.

У оптимізують системах надходить на регулятор інформація від об'єкта і зовнішнього середовища попередньо обробляється для визначення найбільш вигідного значення регульованого параметра. Відповідно до цього змінюється настройка.

Для підтримки заданого значення регульованого параметра Х0 крім автоматичних систем регулювання іноді застосовують автоматичну систему відстеження навантаження (рис. 1, г). У цій системі регулятор сприймає зміна навантаження, а не неузгодженості, забезпечуючи безперервне рівність Мр = Мн. Теоретично при цьому точно забезпечується X0 = const. Однак практично через різних зовнішніх впливів на елементи регулятора (перешкоди) рівність МР = Мн може порушитися. Що виникає при цьому неузгодженість # 63; Х виявляється значно більше, ніж в системі автоматичного регулювання, так як в системі відстеження навантаження відсутній зворотний зв'язок, т. Е. Вона не реагує на неузгодженість # 63; Х.

У складних автоматичних системах (рис. 1, д) поряд з основними цілями (прямий і зворотній зв'язками) можуть бути і додаткові ланцюга прямого і зворотного зв'язків. Якщо напрямок додаткової ланцюга збігається з основною, то її називають прямою (ланцюга 1 і 4); якщо напрямки впливів не збігаються, то виникає додаткова зворотний зв'язок (ланцюга 2 і 3). Входом автоматичної системи вважають задає вплив, виходом - регульований параметр.

Поряд з автоматичним підтриманням параметрів в заданих межах необхідна також захист установок від небезпечних режимів, яку виконують системи автоматичного захисту (САЗ). Вони можуть бути профілактичними або аварійними.

Профілактична захист впливає на регулюючі пристрої або окремі елементи регулятора до настання небезпечного режиму. Наприклад, в разі припинення подачі води на конденсатор компресор треба зупинити, не чекаючи аварійного підвищення тиску.

Аварійний захист сприймає відхилення регульованого параметра і, коли значення його стає небезпечним, відключає один з вузлів системи, щоб неузгодженість більше не зростала. При спрацьовуванні автоматичного захисту нормальне функціонування системи автоматичного регулювання припиняється і регульований параметр зазвичай виходить за допустимі межі. Якщо після спрацьовування захисту контрольований параметр повернувся в задану зону, САЗ може знову включити відключений вузол, і система регулювання продовжує нормально працювати (захист багаторазового дії).

На великих об'єктах частіше застосовують САЗ одноразової дії, т. Е. Після повернення контрольованого параметра в допустиму зону відключені захистом вузли самі вже не включаються.

САЗ зазвичай поєднують з сигналізацією (загальною або диференційованої, т. Е. Вказує на причину спрацювання). Переваги автоматизації. Щоб виявити переваги автоматизації, порівняємо для прикладу графіки зміни температури в холодильній камері при ручному й автоматичному її регулювання (рис. 2). Нехай необхідна температура в камері від 0 до 2 ° С. Коли температура досягає 0 ° С (точка 1), машиніст зупиняє компресор. Температура починає підвищуватися, і, коли підніметься приблизно до 2 ° С, машиніст знову включає компресор (точка 2). Графік показує, що через несвоєчасне включення або зупинки компресора температура в камері виходить за допустимі межі (точки 3, 4, 5). При частих підвищеннях температури (ділянка А) скорочуються допустимі терміни зберігання, погіршується якість швидкопсувних продуктів. Знижена температура (ділянка Б) викликає усушку продуктів, а іноді і знижує їх смакові якості; крім того, на додаткову роботу компресора безцільно витрачаються електроенергія, що охолоджує вода, передчасно настає знос компресора.

При автоматичному регулюванні реле температури включає і зупиняє компресор при 0 і +2 ° С.

Основні функції захисту прилади також виконують надійніше, ніж людина. Машиніст може не помітити швидкого підвищення тиску в конденсаторі (через припинення подачі води), несправність в масляному насосі і ін. Прилади же реагують на ці несправності миттєво. Правда, в деяких випадках неполадки швидше будуть помічені машиністом, він почує стукіт в несправному компресорі, відчує місцеву витік аміаку. Все ж досвід експлуатації показав, що автоматичні установки працюють значно надійніше.

Таким чином, автоматизація забезпечує наступні основні переваги:

1) скорочуються витрати часу на обслуговування;

2) точніше підтримується необхідний технологічний режим;

3) зменшуються експлуатаційні витрати (на електроенергію, воду, ремонт і ін.);

4) підвищується надійність роботи установок.

Незважаючи на перераховані переваги, автоматизація доцільна лише в тих випадках, коли це економічно обгрунтовано, т. Е. Витрати, пов'язані з автоматизацією, окупаються економією від її впровадження. Крім того, необхідно автоматизувати процеси, нормальний перебіг яких не може бути забезпечене при ручному управлінні: точні технологічні процеси, робота у шкідливою або вибухонебезпечному середовищі.

З усіх процесів автоматизації найбільше практичне значення має автоматичне регулювання. Тому далі в основному розглядаються автоматичні системи регулювання, що є основою автоматизації холодильних установок.

1. Автоматизація технологічних процесів харчових виробництв / Под ред. Е. Б. Карпіна.

2. Автоматичні прилади, регулятори та керуючі машини: Довідник / За ред. Б. Д. Кошарского.

3. Петров. І. К. Солощенко М. Н. Царьков В. Н. Прилади й засоби автоматизації для харчової промисловості: Довідник.

4. Автоматизація технологічних процесів харчової промисловості. Соколов.