Абдулин С.Ф. Системы автоматики предприятий стройиндустрии
Подождите немного. Документ загружается.
позволяющие перемещать курсор по полю экрана прикосновением пальца.
В составе автоматизированного места оператора-технолога
функционируют подсистемы отображения информации автоматического
контроля и сигнализации, связи оператора с технологическим процессом и
системой.
Подсистема отображения реализует информационную модель
управляемого объекта в виде последовательности кадров, вызываемых на
экране цветных графических терминалов. Каждый кадр представляет
собой мнемосхему участка технологического процесса с текущими
значениями соответствующих переменных, набор графиков изменения
этих переменных во времени или гистограмм распределения нарушения
для границ различного уровня.
Идеология построения систем отображения информации в настоящее
время предусматривает два принципа их реализации:
- представление информации по мере возникновения каких-либо
нарушений или по требованию оператора;
- безусловное представление основной информации о ходе
технологического процесса и её последующей детализации при
возникновении нарушений либо по желанию оператора.
Примером осуществления первого принципа является система
американских фирм Taulor MOD-300, Honeuwel TDS-3000.
Конфигурирование этих систем основано на понятиях «зона контроля»,
«группа элементов» и «динамический элемент», обеспечена возможность
изменения задания регулятором при их вызове, осуществляемого
подведением курсора к значению соответствующей переменной [2, 3].
Второй принцип организации систем отображения информации
является более последовательным в идеологическом плане. Он базируется
на чётком разделении смыслового содержания отображаемой информации
и способов её отображения. Состав информации на выводимых кадрах
выбирается из условия максимальной информативности их
сопоставительного анализа в каждой конкретной ситуации, а форма её
отображения обеспечивает наилучшую психологическую восприимчивость
для оператора в зависимости от характера сопоставления. Любые действия
оператора начинаются с вызова требуемого ему информационного кадра.
Запросы на выводы кадров могут быть организованы различными
способами:
- прямым вызовом по имени (имеется подсказка-меню) или
нажатием соответствующей этому кадру клавиши на алфавитно-цифровой
или функциональной клавиатурах;
- подведением курсора в определённое место мнемосхемы
(обзорного кадра) или движением «окна» по мнемосхеме (детализация
участков мнемосхемы);
- последовательным перелистыванием в прямом и обратном
направлениях.
Регуляторы отображаются в привычном для оператора виде
стилизованных шкал, а величина задания изменяется с помощью клавиш
увеличения или уменьшения.
Совпадение текущих значений регулируемой переменной и задания
отображается на шкале с учётом точности измерений.
Управление дискретными элементами (насосами, компрессорами,
заслонками, отсечными клапанами), требующее незамедлительных
действий оператора в определённых ситуациях, организовано на базе
функциональных клавиатур, что значительно снижает время его реакции
при возникновении нарушения.
Средствами конфигурирования систем могут быть
специализированные языки описания системы, заполнения таблиц, ответы
на вопросы меню.
Выполняется конфигурирование либо с рабочей консоли оператора,
либо с помощью специализированной или персональной ЭВМ,
подключенной к системе.
Надежность и живучесть функций рабочего места оператора-
технолога обеспечивается введением резервной станции с организацией
для неё доступа к информации по всем имеющимся зонам контроля.
В системах управления технологическими процессами используются
сети, являющееся разновидностями стандартного протокола Мар-
протокола автоматизации производства, разработанного компанией
General Motors (США).
С основными тенденциями мирового системостроения специалисты-
разработчики и руководители отраслей промышленности знакомятся на
систематических международных семинарах-презентациях новейших
средств автоматизации и программного обеспечения ведущих
отечественных и зарубежных фирм под руководством Института проблем
управления РАН (ИПУ РАН), а также на всемирных выставках
«Автоматизация» (г. Москва) [3]. По данным этой публикации 10 лет
назад, отмечалось: мало используются экспертные системы, адаптивные и
робастные алгоритмы, системы оптимального управления. Новые
опубликованные материалы за последние 5 лет говорят о решении многих
упомянутых задачах, в том числе в строительной промышленности.
Раздел 1
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ
НА ПРЕДПРИЯТИЯХ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
1. НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ
АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
1.1. Строительство как одна из ведущих отраслей народного
хозяйства страны
Строительство является отраслью народного хозяйства, относящейся
к сфере материального производства. Продукция строительства является
законченной и подготовленной к вводу в эксплуатацию предприятий и
сооружений: жилых домов, школ, больниц и других объектов.
Строительство как отрасль народного хозяйства имеет свои
специфические особенности, к которым относятся характер конечной
продукции и значительная продолжительность технологического цикла
производства, а также разнообразие объектов по назначению, размерам,
планировке. И связано это с тем, что стройиндустрия как огромная отрасль
народного хозяйства состоит из многих подотраслей:
- переработки нерудных строительных материалов с целью
получения компонентов ( заполнителей) для сырья других последующих
подотраслей;
- бетонного и железобетонного производств;
- цементного производства;
- кирпичного и керамического производств;
- асфальтобетонного производства;
- асбестоцементного производства;
- стекольного производства и
- многих других подотраслей для изготовления большого
количества отделочных материалов, необходимых при строительстве
гражданских и промышленных зданий и сооружений.
Значительное влияние на процесс строительства, его сложность и
стоимость оказывают такие факторы, как территориальные особенности,
связанные с характером местности и климатическими условиями.
1.2. Некоторая общность технологических процессов
и систем автоматизации многих подотраслей
строительной индустрии
Работа каждого предприятия основана на производственных
процессах, представляющих собой совокупность различных
взаимосвязанных технологических процессов, представляющих операции
обработки, транспортировки, хранения и контроля, при которых
происходят физическое и химическое воздействия на сырьё и материалы с
целью получения полуфабриката или готовой продукции. Характер этих
воздействий определяется заданными технологическими требованиями:
геометрическими размерами, плотностью и массой изделия, фракционным
и химическим составами, прочностью, температурой и временем
обработки и т. д.
Производства бывают непрерывными, дискретными и непрерывно-
дискретными, что определяет соответствующий выбор необходимых
систем автоматического регулирования.
Каждое предприятие – это совокупность ряда потоков: сырья,
материалов, энергии, трудовых ресурсов, финансов, транспортных средств,
технологической и экономической информации.
Производственный процесс предприятия подвергается случайным
внешним и внутренним воздействиям с колебаниями потоков энергии,
количества и качества сырья, трудовых ресурсов, изменением параметров
оборудования и метеоусловий и т.д.
Таким образом, структура предприятия как динамическая система
может быть представлена, как показано на рис. 1.1.
На входы его подаются различные ресурсы (трудовые и финансовые,
сырьё, материалы и энергия) и информационные воздействия в виде
технологических и экономических требований, регламентирующих ход и
конечный результат производственного процесса. Одновременно на
производственный процесс воздействуют возмущения, которые хотя и
носят случайный характер, но приводят к отклонению параметров
технологических процессов за установленные пределы и тем ухудшают
качество продукции.
На выходе из предприятия готовая продукция должна отвечать
заданным технологическим и экономическим требованиям, что
достигается с помощью автоматической системы управления, устраняя
вредное воздействие возмущений.
Основные виды продукции предприятий строительной индустрии
следующие: бетонные и железобетонные изделия и конструкции,
металлические изделия и конструкции, деревянные изделия,
асбестоцементные изделия, стекло; продукция предприятий строительных
материалов: щебень, кирпич, керамзит, товарный бетон, строительный
раствор, известь, минеральные изделия, линолеум и др.
Рис. 1.1. Структурная схема предприятия как динамической системы
Можно установить общность различных предприятий строительной
индустрии в использовании подобных или одинаковых по своей
физической сущности технологических процессов, при автоматизации
которых могут быть использованы общие принципы. Это положение
иллюстрирует табл. 1.1.
Технологические процессы предприятий строительной индустрии
связаны с использованием типового оборудования, основные задачи
автоматизации которого указаны в табл. 1.2 [4].
Из перечня только основных задач автомотизации технологических
процессов видно, насколько широк должен быть круг методов контроля,
управления, регулирования и разнообразен комплекс технических средств
и приборов автоматики, используемых на предприятиях строительной
индустрии [4].
Ресурсы:
сырьё,
материалы,
энергия, труд,
финансы
Информационные воздействия:
технологические и экономические
требования
Предприятие
Готовая
продукция
Внешние и внутренние возмущения
Таблица 1.1
Технологические процессы на предприятиях стройиндустрии
Технологические процессы
Предприятия для производства
железобетонны
х изделий
товарного
бетона и
раствора
древесно-
стружечных
плит
пластмассовых
изделий
Изделий из
минеральной
ваты
мягкой кровли
металлических
конструкций
Складирование исходных
материалов
+ + + + + + +
Дробление, измельчение,
сортировка
– – + – + + –
Дозирование
(взвешивание)
+ + + + + + +
Смешивание
+ + + – + + +
Арматурно-сварочные
работы
+ – – – – – +
Транспортировка
материалов, сырья и смесей
к местам использования
+ + + + + + +
Формовка, вальцевание,
прессование, уплотнение
+ – + + + + –
Тепловая обработка
+ – + + + + +
Складирование готовой
продукции
+ – + + + + +
Учет сырья и готовой
продукции
+ + + + + + +
Примечание. Знаком « + » отмечены используемые технологические процессы
на указанных предприятиях.
Таблица 1.2
Основные задачи автоматизации технологических процессов и оборудования
Технологические
процессы
Типовое
оборудование
Основные задачи автоматизации
1 2 3
Складирование и учёт
исходных материалов
Бункер Контроль уровня материалов,
автоматизация процессов загрузки и
выгрузки
Силосы Контроль уровня цемента,
автоматизация процессов загрузки,
выгрузки и перекачки
Сбрасывающие
тележки
Автоматическое управление
маятниковым движением в зоне
загрузки
1 2 3
Реверсивные
конвейеры
Автоматическое управление
перемещением и потоком материала
Оборудование
приёмки и
разгрузки
материалов
Контроль перемещения
железнодорожных вагонов,
автоматическое управление
маневровой лебёдкой и механизмами
бурорыхлительной машины
Дробление,
измельчение и
сортировка
Питатели Автоматический контроль
металлических включений,
регулирование производительности
Дробилки Автоматический контроль режима
работы, давления масла, оптимизация
процесса
Грохоты Контроль гранулометрического
состава готовой продукции,
оптимизация процесса
Дозирование и
взвешивание
Дозаторы
дискретного
действия
Автоматическое управление
питателями, входными и выходными
затворами
Дозирование и
взвешивание
Дозаторы
дискретного
действия
Автоматическое управление
питателями, входными и выходными
затворами
Дозаторы
непрерывного
действия
Автоматическое регулирование
производительности
Конвейерные
весы
Автоматический контроль массы
материала, движущегося в потоке
Вагонные и
автомобильные
весы
Автоматический контроль массы
материала в железнодорожных вагонах
и автотранспорте
Смешивание
Смесители
дискретного
действия
Автоматизация процессов загрузки,
перемешивания и выгрузки
Смесители
непрерывного
действия
Автоматическая стабилизация
качества смеси
Арматурно-сварочные
работы
Сварочные
машины и
аппараты
Автоматическая стабилизация и
контроль тока сварки. Программное
управление последовательностью
операций
Продолжение табл. 1.2
1 2 3
Намоточные
машины
напряженной
арматуры
Автоматическая стабилизация
натяжения арматуры
Автоматическа
я поточная
линия для
сварки
арматурных
сеток
Программное управление линией и
циклом сварки. Автоматическая
стабилизация тока сварки
Транспортировка
материалов, сырья и
смесей
Конвейерный
транспорт
Контроль скорости, наличия
материала, последовательное
включение и отключение конвейеров
Пневматическ
ий транспорт
Контроль давления воздуха,
последовательное включение и
отключение пневматических устройств
Самоходные
тележки
Контроль перемещения,
автоматическое адресование в
заданный пункт
Формование,
вальцевание,
прессование и
уплотнение
Вибрационная
установка
Автоматизация процессов укладки и
виброуплотнения бетонной смеси
Прессовальные
станки
Автоматическое управление
механизмом прессования и питателем
Центрифуги Автоматическое управление
приводом центрифуги и механизмами
ложкового питателя
Тепловая обработка Вибропрокатн
ые станки
Автоматический контроль и
стабилизация температуры в
непрерывной камере
термовлажностной обработки
Автоклавы Автоматический контроль и
программное регулирование
температуры и давления пара
Пропарочные
камеры
Автоматический контроль и
программное регулирование
температуры в камере
Кассетные
установки
Автоматический контроль и
программное регулирование
температуры пара
Складирование и учет
готовой продукции
Мостовые
краны
Контроль перемещения,
автоматическое управление
передвижением моста, тележки и
механизмов подъёма грузов
Окончание табл. 1.2
1.3. Общие сведения об автоматизации производства
в основных производящих подотрослях стройиндустрии
1.3.1. Важнейшие технологические процессы и основы
их автоматизации
Как следует из табл. 1.1 и 1.2, для многих подотрослей
стройиндустрии есть общие по функциональному назначению
технологические процессы и часто они осуществляются на оборудовании,
схожем по принципу действия и конструктивному исполнению.
Система управления, выбранная для достижения поставленной цели,
в сочетании с комплексом технических средств для изменения,
регулирования, сбора информации и человеком-оператором образует
автоматизированную систему управления.
Успешное развитие кибернетики позволило применить в
автоматических системах новый принцип управления, названный
принципом адаптации (приспособления), более совершенный по
сравнению с принципами управления по отклонению и по возмущению.
Отличительные особенности этого принципа рассмотрим на примере
самонастраивающейся автоматической системы управления (рис. 1.2),
которая состоит из основной системы и дополнительных устройств.
Основная система построена на принципе управления по отклонению и
включает в себя объект управления (ОУ) и автоматическое управляющее
устройство (АУУ). На вход системы вместе с полезным сигналом Ψ
поступает сигнал помехи n(t). На объект управления действуют
возмущения λ, а динамические характеристики его изменяются в широких
пределах.
ЭВМ
ИУУАС УАО
АУУ ОУ
Обратная связь
σ
U
Ψ+n(t)
λ
Рис. 1.2. Структурная схема самонастраивающейся системы управления
Для достижения требуемых показателей качества процесса
управления к основной системе подключены следующие дополнительные
устройства, образующие контур самонастройки:
- устройство анализа входного сигнала (УАС) для оценки свойств
входного сигнала и помехи;
- устройство анализа объекта (УАО) для оценки изменения
динамических характеристик;
- вычислительное устройство (ЭВМ) для определения способа
изменения параметров, структуры или законов управления на основе
критериев оптимальности системы и информации о сигнале и объекте;
- исполнительное устройство контура самонастройки (ИУ),
выполняющее функцию настройки управляющего устройства.
Воздействие самонастройки является функцией многих переменных:
U = F (φ, Ψ, n, μ, t),
поэтому работу контура самонастройки можно представить как процесс
автоматической настройки управляющего устройства основной системы по
совокупности текущей информации об изменяющихся условиях работы
для достижения поставленной цели управления.
В тех случаях, когда технологический процесс осуществляют
несколько взаимосвязанных агрегатов и установок, для его автоматизации
можно использовать системы, имеющие различную структуру:
децентрализованную, централизованную и иерархическую.
В децентрализованной системе (рис. 1.3, а) обеспечивается
управление отдельными агрегатами (А) или установками посредством
локальных автоматических систем контроля, управления и регулирования
(ЛУ). Координацию работы локальных систем осуществляют операторы,
используя средства оперативной связи.
В централизованной системе (рис. 1.3, б) обеспечивается
координированное управление отдельными агрегатами и установками
посредством комплексных устройств автоматического контроля,
управления и регулирования (ЦУ). В таких системах используются
машины централизованного контроля и многоканальные регуляторы, а в
дальнейшем нашли применение управляющие вычислительные
микромашины и мини-машины. Здесь оператор лишь наблюдает за ходом
технологического процесса и контролирует исправность технических
средств системы.
В иерархической системе (рис. 1.3, в) обеспечивается управление
отдельными агрегатами и установками посредством локальных
автоматических систем контроля, управления и регулирования,
представляющий нижний уровень иерархии. Координирование локальных