книги из ГПНТБ / Основы автоматизации для металлургов

ВВЕДЕНИЕ

Предшествующее развитие техники, начиная с мануфактур н кончая современными заводами, оказалось возможным в значи­ тельной мере благодаря механизации, уменьшившей значение фи­ зического труда и давшей возможность человеку заниматься во­ просами управления и регулирования.

Развитие металлургических процессов до сих пор также опре­ делялось возможностями повышения уровня их механизации. Так,, создание современных доменных печей или высокопроизводитель­ ных обжимных станов оказалось возможным только благодаря механизации, которая устранила применение физического труда,, ограничивавшего возможности производства.

В связи с постоянным ростом темпов производства, все боль­ шим усложнением производственной структуры, повышением тре­ бований к точности и качеству продукции, а также экономической оптимизации как в области технологии, так и в области организа­ ции производства человек оказывается уже не в состоянии выпол­ нять достаточно эффективно функции регулирования отдельных процессов и производства в целом. Часто повторяющиеся однооб­ разные действия притупляют его внимание, и способности его мыш­ ления оказываются недостаточными для того, чтобы комплексно охватить все элементы изменяющейся ситуации на данном произ­ водственном участке.

Вот почему новой ступенью развития техники, позволяющей ис­ пользовать возможности современной металлургической техноло­ гии, является автоматизация. Внедрение автоматизации обуслов­ ливается не только требованиями экономики или интенсификации производства. Постоянно ускоряющийся темп развития техники не создает условий для длительного накопления опыта и обучения. Современные высокопроизводительные агрегаты являются очень дорогими и их следует использовать как можно полнее раньше, чем они морально устареют. Часто технологический процесс состоит из ряда быстро сменяющихся последовательных операций, которые соединяются в непрерывный или почти непрерывный процесс, тре­ бующий постоянного контроля и вмешательства, что связано с об­ работкой большого количества информации или с учетом таких связей, которые человек в настоящее время не в состоянии опера­ тивно оценить и вовремя принять необходимые решения. И, нако­ нец, развитие человеческого общества продвинулось настолько, что люди не хотят работать в тяжелых условиях.

12

Современное развитие вычислительных устройств, которые в со­ стоянии принимать и обрабатывать практически любое количество производственной информации, оценивать сложные ситуации и осу­ ществлять логическое вмешательство в управление производством, привело к такому перевороту в автоматизации управления произ­ водством, что в настоящее время часто говорят о второй промыш­ ленной или научно-технической революции.

Автоматизация не устраняет недостатков механизации (нена­ дежность механизмов, небольшая мощность двигателей и др.) и не решает технологических проблем, поэтому основными предпо­ сылками автоматизации являются высокий уровень механизации и обеспечение необходимого уровня технологии и точности информа­ ции о производственно-технологических процессах, обусловленной внедрением совершенной измерительной техники. Из множества случаев, описанных в литературе, видно, что перед широким внед­ рением автоматизации часто проводят реконструкцию производст­ венного оборудования и механизмов и обеспечивают соблюдение технологической дисциплины.

Необходимым условием достижения хороших результатов явля­ ется выбор соответствующих средств автоматизации.

Автоматизация приводит к изменению характера участия че­ ловека в процессе управления-—от простого размышления при двухпозиционном управлении (например, включить — выключить) через автоматическую стабилизацию выбранной величины и до комплексного автоматического управления технологическими про­ цессами. До недавнего времени в нашем распоряжении были про­ стые средства, которых едва хватало для решения проблем двухпозиционного управления и стабилизации. Более сложные системы

Другим условием, вытекающим из предыдущего, является по­ вышение эксплуатационной надежности автоматического оборудо­ вания. Попытки осуществлять автоматические измерения, управ­ ление и регулирование в прошедшие годы часто не имели успеха только потому, что надежность применявшихся тогда приборов и средств автоматизации была существенно ниже, чем надежность уже проверенных металлургических агрегатов и оборудования.

Так же как паровая машина для привода блюминга была за­ менена электродвигателем, оперативность, мощность и надежность которого удовлетворяли требованиям металлургического производ­ ства, так и электроника должна была в своем развитии достичь современного уровня. Сейчас уже сложное электронное оборудова­ ние, которое состоит из сотен тысяч элементов, является более на­ дежным, чем обычно используемые элементы механизации и основ­ ное оборудование.

И, наконец, последним условием успешного внедрения автома­ тизации является тесное сотрудничество между технологами, ме­ таллургами и специалистами, которые разрабатывают средства

13

Гл а в а I

ОБ Щ И Е ПОЛОЖЕНИЯ

1.ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Вдальнейшем понятие автоматизации будем применять только при использовании технических средств для выработки управляю­ щих воздействий. Под механизацией будем понимать такое исполь­ зование машин, при котором заменяется или умножается физиче­ ская деятельность человека.

Блок-схема процесса управления показана на рис. 1. Под уп­ равлением понимают воздействие управляющего органа на управ­ ляемый объект. Управление может быть ручным или автоматиче­ ским, прямым или косвенным, непосредственным или дистанци­ онным.

Управляющим органом в данном случае является крановщик, ко­ торый реализует указание о посадке слитков. Управляемым объ­ ектом является слиток. Исполнительным органом служит оборудо­ вание управления краном и крышками нагревательных ячеек. На­ блюдая за процессом посадки, крановщик получает информацию о действительном положении слитка и определяет отклонение от требуемого положения. В зависимости от величины отклонения он осуществляет управляющее вмешательство.

При автоматическом управлении работу крановщика выполняет прибор, который оценивает отклонение действительного положения слитка от заданного и в соответствии с величиной и характером отклонения воздействует через исполнительный орган на слиток (управляемый объект) так, чтобы слиток занял нужное положение (обусловленное внешней командой).

В зависимости от масштабов, в которых функции управляющей деятельности человека заменяются техническими средствами, сле­

и автоматического регулирования является «автоматическое управ­ ление».

К системам программного управления относятся элементарные однофункциональные автоматические устройства, заменяющие про­ стые функции человека, при этом обратная связь, как правило, не применяется.

Под автоматическим регулированием следует понимать автома­ тическое поддержание определенной величины на заданном уровне

15

при колебании внешних условий или регулирование этой величины в заданных пределах.

И, наконец, под кибернетическими системами понимают такие системы, которые осуществляют не только автоматическое регу­ лирование, но и автоматический выбор условий и способа этого регулирования.

Рис. 1. Блок - схема управления

В зависимости от масштабов применения автоматики, т. е. с ко­ личественной точки зрения, процесс автоматизации можно разде­ лить на следующие этапы: 1) автоматизация узлов; 2) автомати­ зация участков; 3) комплексная автоматизация.

Последняя классификация не отражает качественной стороны автоматизации, так как, например, при комплексной автоматиза­ ции могут быть автоматизированы только самые простые функции управления и, наоборот, при автоматизации узлов может быть использовано специализированное автоматическое вычислительное устройство.

2. УСЛОВИЯ УСПЕШНОГО ВНЕДРЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ

Внедрение автоматизации на металлургических предприятиях возможно в том случае, если имеются следующие основные ус­ ловия:

1)достаточный уровень механизации и соответствующий техни­ ческий уровень производственных агрегатов;

2)совершенная измерительная техника, обладающая доста­

точной точностью, необходимой для автоматизации производства;

3)доступность средств автоматизации и достаточная их надеж­

ность;

4)наличие алгоритмов и моделей производственного процесса. Рассмотрим перечисленные выше условия.

Уровень механизации в настоящее время не является пол­

ностью удовлетворительным. Практика свидетельствует о том, что

16

современные средства механизации мало надежны и требуют по­ стоянного вмешательства в технологический процесс различных работников в случае неудовлетворительной работы механизмов или выхода их из строя. В качестве примера можно привести вы­ равнивание раската на охлаждающих рольгангах — стеллажах (кривой или длинный раскат) или кантовку на блюминге. При­ веденные примеры показывают, что вопросам механизации не уде­ ляется достаточного внимания. Часто эти вопросы считают решен­ ными. В действительности же решение вопросов механизации является одним из основных условий успеха полной автоматизации. Эти трудности с механизацией возникают потому, что еще очень велика сила традиций и при создании механизмов стремятся к тому, чтобы они работали, «как люди». Традиции в технике являются гораздо большим грузом, чем это можно себе предста­ вить (так, например, на металлургических предприятиях работают новые дизельные маневровые электровозы, пульт управления ко­

механизированных участков можно установить, сколько людей можно было бы высвободить, если бы вопросам механизации уде­ лялось систематическое внимание. Следует отметить, что не всякая механизация создает условия для автоматизации. Условия, при ко­ торых процессом управляет человек, существенно отличаются от условий автоматического управления. Приведем один наглядный пример: подача раската по рольгангу и краном. В обоих случаях операция осуществляется механизмами, которые избавили чело­ века от тяжелого физического труда, но автоматизировать можно только процесс подачи раската по рольгангу. Вопрос автоматиза­ ции работы кранов очень сложен и пока нельзя сказать, что он решается успешно.

Чтобы можно было следить за ходом технологического процес­ са, необходимо иметь достаточную информацию о нем в каждый момент времени. В случае применения автоматического счетнорешающего устройства необходимо обеспечить ввод в него указан­ ной информации. Изучение сложных производственных процессов и управления ими в металлургии осложняется отсутствием соответ­ ствующих методов и необходимых приборов. Проблема создания методов измерений и конструкций чувствительных элементов (дат­ чиков) является в настоящее время мировой проблемой.

Серьезным тормозом внедрения автоматизации на металлур­ гических предприятиях является постоянный недостаток необходи­ мых приборов и оборудования. Кроме чувствительных элементов, недостает регуляторов, исполнительных органов, усилителей и дру­ гих приборов, пригодных для использования в условиях металлур­ гического производства.

При комплексной автоматизации возникает также ряд трудно­ стей, связанных с общими проблемами управления и организации производства. Научным методом исследования этих сложных взаи­ мосвязей является исследование операций, йесдвдование операций

2 З а к а з № 141

требует глубоких знаний специальных методов, начиная с матема­ тической статистики, методов линейного программирования, тео­ рии игр, теории массового обслуживания, включая методы Монте Карло, и кончая алгеброй логики, теорией информации и киберне­ тикой. Кроме того, необходимо знание целого ряда вспомогатель­ ных дисциплин. Ясно, что только хорошо подготовленный коллек­ тив может решать такие задачи.

При определении уровня автоматизации для конкретного про­ цесса можно руководствоваться следующими соображениями:

1)если речь идет о хорошо известных производственных про­ цессах, у которых возмущающие факторы почти полностью устра­ нены, входные компоненты и их параметры не имеют слишком много вариантов, а допуски являются очень узкими, то можно ис­ пользовать программное управление или системы автоматического регулирования;

2)в тех случаях, когда необходима гибкая реакция на все

внешние факторы, влияющие на технологический процесс, или в тех случаях, когда необходима оптимизация процесса, следует использовать автоматические счетно-решающие устройства.

В заключение следует напомнить, что автоматизация как об­ ласть науки переживает бурное развитие и не имеет за собой тра­ диций законченных научных систем. Поэтому можно ожидать, что здесь произойдут изменения, которые могут внести значительные коррективы существующих взглядов на теорию управления.

1.КЛАССИФИКАЦИЯ

Сразвитием систем управления постоянно совершенствуются системы сбора и передачи информации. Количество информации, необходимой для оптимального управления всей производственной деятельностью, постоянно возрастает. При простых системах авто­

матического регулирования мы измеряем только одну величину и в зависимости от этой величины осуществляем регулирование. В более сложных системах таких величин несколько. В сложных системах необходимо знать десятки и сотни контролируемых вели­ чин в различные моменты времени, чтобы можно было осуществить управление производственным процессом. Современная степень разделения труда и вытекающие отсюда требования к координа­ ции и кооперации производства требуют такого количества данных, которые можно обработать только путем использования современ­ ной вычислительной техники.

18

Большую часть информации для регулирования технологиче­ ских процессов получают путем измерений. На отдельных методах измерений и конструкции собственно датчиков мы здесь останавли­ ваться не будем, они достаточно подробно описаны в литературе [46, 49, 52].

2. ИЗМЕРЕНИЯ

Измерения и контроль

Физические измерения являются предметом практической фи­ зики. Поэтому мы повторим лишь самые основные понятия.

Измерение — это процесс, при котором значение измеряемой ве­ личины мы выражаем в определенных единицах: в цифровой или другой равноценной форме. Измерение следует проводить соответ­ ствующим методом и соответствующими приборами, а результат измерения должен быть выражен с известной точностью. Самым важным требованием к измерению является точность.

На практике мы часто встречаемся с понятием контроля. Раз­ личие между измерением и контролем заключается в том, что при измерении речь идет о простом определении значения определен­ ной величины, тогда как при контроле осуществляется сравнение значения контролируемой величины с заданным и определяется их соотношение. Контроль производственного процесса является од­ ним из наиболее важных средств интенсификации производства и улучшения качества продукции. Однако при контроле не ограни­ чиваются только выявлением и регистрацией отклонений от за­ данных значений, кроме этого, стремятся обнаружить и причины возникновения этих отклонений с тем, чтобы их уменьшить или вообще устранить.

Автоматизация контроля измеряемых параметров является од­ ним из основных условий автоматического регулирования произ­ водства. Автоматический контроль дает основную информацию о состоянии изделий и производственного оборудования, а тем са­ мым и исходную информацию для регулирования. При автомати­ зированном производстве выходные сигналы контрольных прибо­ ров (отклонения от заданной величины) являются для регулирую­ щей части автоматики величинами регулирующего воздействия.

Состояние технологического контроля в металлургии

Состояние технологического контроля на металлургических предприятиях ЧССР пока нельзя считать удовлетворительным. Оно не отвечает все возрастающим требованиям к качеству продукции. Основными причинами являются недостаточная требовательность к изготовителям по качеству продукции и экономичности произ­ водства, недостатки соответствующих методов контроля качества, трудности с созданием контрольных приборов для слежения за фи­ зическими величинами, неправильные взгляды на экономичность при создании контрольного оборудования и недостаточная обра-

20