Л. Л. ГО РИН Ш Т Е Й Н

ОСНОВЫ

АВТОМАТИКИ И АВТОМАТИЗАЦИИ

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

ПРОЦЕССОВ

Допущено Министерством выс­ шего и среднего специального образования СССР

в качестве учебного пособия для студентов инженерно-строитель­ ных вузов и факультетов всех специальностей

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О « В Ы С Ш А Я Ш К О Л А » М О С К В А 1 96 8

ПРЕДИСЛОВИЕ

Быстрое развитие и совершенствование строительной индустрии, выз­ ванное большими темпами роста капитального строительства, привело к значительному насыщению производства автоматическими приборами и устройствами.

Контрольно-измерительные приборы, автоматические устройства, а также способы и пути автоматизации производственных процессов много­ образны. Однако, несмотря на указанное многообразие, имеются общие теоретические положения, составляющие основы автоматики и автомати­ зации. Эти основы, рассматривающие принципы и методы построения авто­ матических установок и автоматизации производства, а также теоретиче­ ские основы контрольно-измерительной техники, являются содержанием данной книги. Кроме того, в книге даны частные схемы автоматизации отдельных участков производства, охватывающие основную часть техноло­ гического потока заводов железобетонных изделий.

Автор выражает глубокую благодарность проф. Л. Я- Цикерману, сделавшему ряд полезных замечаний и исправлений при редактировании рукописи, доц. канд. техн. наук Г. С. Попковичу, а также рецензентам: сотрудникам Ленинградского инженерно-строительного института проф. П. В. Шаравскому, доц. канд. техн. наук А. И. Горфману, доц. канд. техн. наук О. Д. Степанову и сотрудникам Новосибирского инженерно-стро­ ительного института доц. канд. техн. наук Ю. С. Ромашину, доц. канд. техн. наук В. В. Каменскому и инж. М. Е. Мардеру.

В В Е Д Е Н И Е

Комплексная механизация и автоматизация производства являются важнейшим средством повышения производительности и облегчения труда.

В Директивах XXIII съезда КПСС по пятилетнему плану развития на­ родного хозяйства СССР на 1966 —1970 гг. сказано, что нужно обратить особое внимание на необходимость значительного увеличения производства приборов и средств автоматизации, на расширение номенклатуры и совер­ шенствования их технического уровня, неуклонно проводить комплексную механизацию и автоматизацию производства, шире использовать методы научной организации труда.

Слова «автоматика», «автоматизация» и т. п. происходят от греческого слова «автоматос», что означает самодвижущийся.

В настоящее время эти слова имеют другой смысл. Мы называем уста­ новку автоматической в том случае, если она выполняет свои функции без непосредственного участия человека. Наука, изучающая общие принципы и методы построения таких установок и систем, т. е. установок и систем, работающих без непосредственного участия человека, называется автома­ тикой.

Внедрение в производственный процесс автоматических установок на­ зывается автоматизацией.

Для успешного протекания любоготехнологического процесса нужно, чтобы величины, характеризующие этот процесс, имели определенные зна­ чения. Эти величины называются параметрами.

Принудительное поддержание параметров в определенных пределах или изменение их по каким-либо законам называется регулированием. Если регулированиеосуществляется без непосредственного участия чело­ века, orio называется автоматическим.

Установка, в которой производится измерение или регулирование па­ раметров, называется объектом. Для осуществления автоматического ре­ гулирования к объекту подключается комплекс устройств, совокупность которых называется регулятором.

Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования. Автоматические устройства условно разделяются на виды:

1. Автоматический контроль и учет, когда результаты измерения полу­ чаются без непосредственного участия человека.

vj 2. Дистанционное управление, при котором с пульта осуществляется пуск, остановка, изменение режимов и т. п.

3.Автоматическая защита, когда установка без участия человека от­ ключается от электросети при возникновении ненормальных режимов или совершаются другие действия, например открытие предохранительного клапана, устраняющие опасность.

4.Автоматическая блокировка, когда работа нескольких установок связывается определенными зависимостями, обеспечивающими требуемую последовательность включения, надежность и безопасность работы.

5. Автоматическое регулирование, когда без участия человека произ­ водятся все действия, необходимые для того, чтобы параметр находился в заданных пределах или изменялся по определенному закону.

На рис. 1 представлены схемы различных автоматических устройств. Схема автоматического контроля представлена на рис. 1, а, схема дистан­ ционного управления на рис. 1, б и схема автоматического регулирования

При автоматическом учете или контроле (рис.

1, а) объект О действует на измерительное устройство И. Направление дей­ ствия показано стрелками. Измерительное устройство действует на сигна­ лизирующее или указывающее устройство Сг. По такой схеме производит­ ся, например, контроль температуры, давления и т. п., когда автомати­ чески получаются показания или, при необходимости, осуществляется их регистрация.

При дистанционном управлении (рис. 1, б) направление действия обрат­ ное (рис. 1, а) и направлено к объекту. Управляющий элемент У включает силовое устройство С, которое приводит в движение регулирующий орган и этим воздействует на объект.

По такой схеме, например, оператор, находящийся на пульте управле­ ния, нажимая кнопки, включает и выключает исполнительные механизмы, приводящие в движение краны, задвижки и т. п.

Автоматическое регулирование (рис. 1, в), осуществляющее работу без непосредственного участия человека, должно содержать элементы,

Как видно из рис. 1, в>объект О воздействует на измеритель И, который преобразует замеренную величину в удобный для дальнейшего использо­ вания вид, передает ее в управляющий элемент У

Управляющий элемент У получает сигналы из двух источников: от измерителя И и от задатчика 3. На основании этих сигналов вырабатыва­ ется управляющий сигнал, который передается от управляющего элемента

На рис. 1 каждому четырехугольнику присвоены определенные функ­ ции: измеритель, управляющий элемент и т. д. Поэтому такая схема на­ зывается функциональной схемой. Функциональная схема отражает вза­ имодействие устройств, блоков, узлов и элементов машины или системы в процессе работы. Функциональная схема содержит только сигнальные

связи между функциональными звеньями. Вспомогательные коммуникации, например цепи питания, опускаются.

Степень внедрения в производство автоматических установок опреде­ ляет уровень автоматизации. Различают частичную автоматизацию, комп­ лексную автоматизацию и полную автоматизацию.

При частичной автоматизации на предприятии работают отдельные, не связанные между собой автоматизированные установки. Например, на многих заводах железобетонных изделий автоматизирована камера тепло­ влажностной обработки, частично автоматизирован процесс дозирования и широко применяется дистанционное управление.

Даже при такой частичной автоматизации может быть получен ощути­ мый эффект, так как более точно соблюдается технологический режим и более точно производится дозирование. Это приводит к экономии матери­ алов и повышению качества продукции.

При комплексной автоматизации все операции по обработке материалов, включая их транспортировку, осуществляются системой автоматических машин и технологических агрегатов по заранее заданным программам.

За человеком остается согласование работы между отдельными участ­ ками производства, выбор наиболее рациональных режимов работы, ус­ тановка задатчиков регуляторов и т. п., т. е. то, что объединяется поня­ тием «оперативное управление».

Комплексная автоматизация является ступенью для перехода к полной автоматизации, которая достигается путем автоматизации оперативного управления и завершается созданием цехов и заводов-автоматов.

При полной автоматизации осуществляется автоматическое согласо­ вание работы отдельных участков производства, выбор оптимальных ре­ жимов, обеспечивающих наиболее высокие технико-экономические пока­ затели, включая и автоматическое определение этих показателей и ведение оперативного учета.

В этом случае электронная вычислительная машина осуществляет управление отдельными системами автоматического регулирования, воз­ действуя на их задатчики. В тех случаях когда регулирующие воздействия на исполнительные механизмы определяются после ряда математических операций над замеренными величинами, эти воздействия также осущест­

управляющей машины, выполняющей функции управления. Такие системы называются системами автоматического управления (САУ).

Таким образом, если технической базой частичной автоматизации яв­ ляются датчики и регуляторы, а теоретической основой — теория автомати­ ческого регулирования, то при полной автоматизации технической базой, помимо датчиков и регуляторов, являются электронные вычислительные

чем система автоматического регулирования (САР). Если САР состоит из объекта и автоматического регулятора, то САУ также состоит из объекта (управления), автоматического регулятора (или нескольких регуляторов) и электронной вычислительной (управляющей) машины и выполняет более сложные функции управления, чем САР.

Работу любой автоматической системы можно представить в виде потока информации, передаваемой от одного звена системы другому. Каждое звено перерабатывает полученную информацию.

Действительно, получение информации о величине параметров произ­ водит измеряющее устройство, которое перерабатывает полученную ин­

формацию (входную величину или сигнал на входе) в вид, удобный для дальнейшего использования, и передает ее (свою выходную величину или сигнал на выходе) следующему звену, например усилителю, для которого выходной сигнал предыдущего звена является входным сигналом. В ре­ зультате вырабатывается управляющий сигнал, который, поступая в си­ ловой элемент, преобразуется в требуемое воздействие на управляемый объект.

В системах автоматического регулирования процесс преобразования информации относительно прост. Регулятор получает обычно сигналы о величине одного или в сложных объектах двух-трех параметров, а управ­ ляющий сигнал, определяющий регулирующее воздействие, обычно про­ порционален величине какого-либо одного параметра с учетом поправок от остальных.

В системе автоматического управления учитываются входные сигналы от многих источников и производится переработка полученной информации так, что управляющие сигналы, поступающие на силовые элементы, полу­ чаются в результате ряда математических операций над входными сигна­ лами, полученными системой.

Теория автоматического управления является разделом кибернетики — науки об общих принципах и законах управления объектами различной природы (техническими устройствами и живыми организациями) на основе получения, передачи, переработки и использования информации.

В данной книге, являющейся учебным пособием по курсу «Основы ав­ томатики и автоматизации производственных процессов», рассмотрено устройство и принцип действия основных приборов и аппаратов, приме­ няемых при автоматизации на заводах железобетонных изделий. Рассмот­ рены функциональные схемы простых систем автоматического регулиро­ вания и даны некоторые основные понятия из теории автоматического ре­ гулирования, включенные в программу курса.

На заводах железобетонных изделий автоматизируется ряд технологи­ ческих процессов: частично автоматизирована разгрузка, транспорт сы­ рья и бетоносмеси, дозирование, перемешивание. Применяется дистан­ ционное управление почти на всех рабочих операциях (загрузки форм, затирка панелей, уплотнение и т. п.). В камерах и кассетах тепловлажност­ ной обработки имеется автоматическое регулирование температуры. Вместе с тем эти установки не связаны друг с другом. За рядом операций, произво­ димых дистанционно-управляемым механизмом, необходимо вручную произ­ водить доработку.

Проведение и совершенствование автоматизации на заводах железобе­ тонных изделий имеет большое значение. При автоматизации повышается точность дозирования, а следовательно, экономятся материалы и повышается качество, детали становятся более стабильными. При автоматизации тепло­ влажностной обработки экономится энергия, улучшается качество деталей и сокращается время обработки, т. е. увеличивается производительность труда. Блокировка транспортеров делает работу более удобной и сокращает или устраняет возможность завалов и т. д.

Возможности современной техники настолько богаты, что позволяют автоматизировать любую отрасль производства. Однако уровень автомати­ зации определяется, в первую очередь, экономикой и поэтому различные отрасли промышленности в разной степени автоматизированы.

Прежде всего автоматизация внедряется на тех производственных про­ цессах, за ходом которых человек не в состоянии следить, и там, где пре­ бывание опасно для жизни и здоровья человека.

В остальных случаях внедрение автоматических устройств в произ­ водство зависит от степени механизации производства и от того, какую выгоду дает автоматизация.