А.Е. Медведев Автоматизация производственных процессов

1

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация промышленного производства является важнейшим направлением научно-технического прогресса. Она позволяет существенно повысить производительность труда, обеспечить экономию материальных и энергетических ресурсов, повысить качество и снизить себестоимость выпускаемой продукции.

Целью дисциплины «Автоматизация производственных процессов» (АПП) является получение знаний теории и принципов построения современных систем и средств автоматизации типовых технологических процессов в различных отраслях промышленности, а также выработка умений в постановке задач и разработке структурных, функциональных и принципиальных схем систем автоматизации технологических объектов, расчете и выборе технических средств автоматического контроля, управления и регулирования.

Курс АПП рассчитан на 102 часа: а) самостоятельная работа по изучению теоретического материала дисциплины - 34 часа; б) выполнение курсового проекта - 34 часа; в) лекции и лабораторные работы в университете, соответственно, 14 и 20 часов.

Названия тем теоретического материала курса и примерные затраты времени на их изучение представлены в таблице.

2

Программа предусматривает следующие формы контроля знаний студента:

а) экзамен по теоретическому материалу; б) защита лабораторных работ (допуск к экзамену); в) защита с оценкой курсового проекта.

Список учебно-методической литературы, рекомендуемой для изучения дисциплины:

ОСНОВНАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Медведев А.Е. Системы автоматизации и управления. Учеб.

пособие/ А.Е. Медведев, В.Г. Каширских.-Кемерово: КузГТУ, 1998.-

188 с.

2. Каширских В.Г. Автоматизация технологических процессов: Учеб.пособие/ В.Г. Каширских, А.Е. Медведев.-Кемерово: КузГТУ,

1998.-131 с.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

3.Ломакин М.С. Автоматическое управление технологическими процессами карьеров. Учеб. для вузов.- М.: Недра, 1978.-280 с.

4.Автоматизация технологических процессов на предприятиях строительной индустрии: Учеб. пособ. для вузов/ Под ред. Г.К. Не-

чаева.-К.: Высш. шк., 1979.-280 с.

5.Автоматическое управление в химической промышленности: Учеб. для вузов/ Под ред. Е.Г. Дудникова.-М.: Химия, 1987.-368 с.

6.Автоматизация производственных процессов и АСУ ТП в горной промышленности/ В.А. Батицкий, В.Б. Куроедов.-М.: Недра,

1991.-303 с.

7.Методические указания к выполнению лабораторных работ/ Сост.: А.Е. Медведев.-Кемерово: КузГТУ, 1990.-2000.

8.Программа и методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине «Автоматизация производственных процессов»/Сост.: А.Е. Медведев.-Кемерово: КузГТУ, 1998.- 16 с.

3

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ДИСЦИПЛИНЫ

Тема 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ Литература [1, c. 3-74]

Автоматизация производства: определение, этапы, источники и показатели эффективности. Состояние и основные направления автоматизации типовых технологических процессов в промышленности.

Технологические объекты управления: определение и классификация.

Системы автоматизации: определение и классификация. Назначение и структура систем автоматического контроля регулирования, блокировки, защиты и сигнализации. Системы программнологического управления объектами дискретного действия.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП): определение, структура, классификация, виды обеспечений. Принципы построения распределенных АСУ ТП. Технические средства АСУ ТП: программируемые контроллеры, микроЭВМ, управляющие вычислительные комплексы и сети.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучая материал этой темы, необходимо прежде всего усвоить такие понятия, как «автоматизация», «система автоматизации», «автоматизированная система управления технологическим процессом», «распределенное управление».

Для автоматизации отдельных технологических машин и установок применяют различные системы управления, обеспечивающие автоматическое выполнение таких функций, как контроль и регулирование режимных параметров, управление последовательностью технологических операций (операций цикла, пуска-останова), блокировку, защиту и сигнализацию, предупреждающие и предотвращающие возникновение и развитие аварийных ситуаций на объектах управления. Рассмотрите структуры и функции систем автоматизации машин и установок.

Автоматизация технологических процессов, реализуемых комплексом машин и установок, обеспечивается применением АСУ ТП.

4

Рассмотрите виды таких систем управления, их структуры и выполняемые функции.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Что такое автоматизация?

2.Определите понятие «система автоматизации». Дайте классификацию систем автоматизации.

3.Структура и функции одно- и многоканальных систем автоматического контроля.

4.Структура и функции системы автоматического регулирования (САР) каскадной, соотношения параметров с селекцией сигнала рассогласования.

5.Структура и функции систем автоматической защиты.

6.Многоканальные и многоуровневые САУ.

7.Структура и функции систем управления технологическими процессами.

8.Назначение АСУ ТП, их классификация.

9.Информационные и управляющие функции АСУ ТП.

10. Структура и принципы построения распределенных АСУ ТП.

Тема 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ЭКСКАВАЦИИ И БУРЕНИЯ

Литература [3, c. 29-42; 53-124]

Основные направления и эффективность автоматизации экскаваторов. САУ процессом копания мехлопат и драглайнов. Автоматическое программное управление переносом ковша драглайна. АСУ циклом работы одноковшового экскаватора. Автоматическое управление процессом экскавации многоковшовых экскаваторов. Принципы автоматического программного управления роторными экскаваторами.

Основные направления и эффективность автоматизации процессов бурения. Системы автоматического управления процессом бурения шарошечными станками.

5

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В теме рассматриваются вопросы автоматизации одно- и многоковшовых экскаваторов и буровых станков, применяемых на карьерах.

При изучении систем автоматизации указанных объектов рекомендуется определить управляемые величины, управляющие и возмущающие воздействия, динамические свойства и законы управления, построить алгоритмические структурные схемы САУ, ознакомиться с показателями надежности и экономической эффективности применения изучаемых САУ, с перспективами их развития.

Автоматизация управления одноковшовыми экскаваторами включает в себя прежде всего автоматизацию основных операций цикла - копание (черпание) и транспортирование ковша (перенос его из забоя в точку разгрузки и обратно). Изучите принципы построения и структуру САУ копанием для мехлопат и драглайнов, программную САУ переноса ковша драглайна, АСУ циклом мехлопаты.

Автоматизация многоковшовых экскаваторов заключается прежде всего в применении САУ процессом копания и программных САУ установочных операций. Сравните способы и системы автоматического управления процессом копания роторных экскаваторов (РЭ), изучите принципы построения программных систем управления РЭ.

Важнейшую функцию в системах автоматизации шарошечных бурстанков выполняют САУ процессом бурения - они обеспечивают минимизацию затрат на бурение и заданную производительность.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите основные направления и источники эффективности автоматизации карьерных экскаваторов.

2.Структурные схемы САУ копанием мехлопат и драглайнов.

3.Варианты САУ копанием роторных экскаваторов.

4.Структурная схема программной САУ прямым переносом ковша драглайна.

5.Система программного управления роторным экскаватором с цифровыми следящими системами.

6.САУ процессом бурения «Режим-2НМ».

7.САУ процессом бурения «Режим-СВ».

6

Тема 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТРАНСПОРТНЫХ ПРОЦЕССОВ Литература [3, c. 135-169; 6, c. 71-100, 167-190]

Основные направления и эффективность автоматизации конвейерного транспорта сырья и материалов. Автоматическое регулирование режима работы магистрального конвейера. Автоматизированное управление конвейерными линиями.

Автоматизация управления поточно-транспортными системами. Задачи автоматизации промышленного железнодорожного транспорта. Системы дистанционного и автоматического управления локомотивосоставами. Автоматизация управления стрелками и сигнальными огнями.

Задачи автоматизации подъемных установок. Автоматическое управление скиповой подъемной установкой.

Источники эффективности и перспективы автоматизации промышленного транспорта.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Автоматизация конвейерного транспорта включает в себя следующие направления:

1) дистанционно-автоматическое управление конвейерными линиями (управление пуском-остановом, автоматический контроль и защита);

2)автоматическое регулирование режимных параметров (натяжения ленты, загрузки конвейера);

3)АСУ конвейерным транспортом на уровне предприятия на базе средств вычислительной техники (программируемых контроллеров, управляющих вычислительных комплексов).

Изучите принципы построения систем дистанционноавтоматического управления и типовую аппаратуру автоматизации конвейерных линий, а также САР и АСУ, позволяющих существенно повысить эффективность работы конвейерного транспорта.

Автоматизация промышленного железнодорожного транспорта решает такие задачи как: а) управление локомотивами (автоматическое поддержание заданной скорости движения на перегонах, дистанционное управление в местах погрузки и разгрузки состава); б)

7

управление сигнальными огнями и стрелками; в) автоматизированное управление движением поездов.

Система автоматизации подъемной установки должна обеспечивать автоматический контроль и защиту, автоматическое управление скоростью движения подъемных сосудов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Требования и структура систем дистанционно-автоматическо- го управления конвейерными линиями.

2.Способы и системы автоматической стабилизации погонной загрузки ленты конвейера.

3.Способы и системы автоматического регулирования натяжения ленты конвейера.

4.Микропроцессорные АСУ конвейерными линиями.

5.Радиоуправление внутрикарьерными стрелками.

6.Дистанционное управление электровозами на пунктах погрузки и разгрузки.

7.Системы автоматической блокировки стрелок и сигналов на станциях и перегонах.

8.АСУ движением поездов на карьерах.

9.Структура и алгоритмы САУ подъемной установки.

10. Микропроцессорные системы управления подъемными установками.

Тема 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ДРОБЛЕНИЯ, СОРТИРОВКИ, ДОЗИРОВАНИЯ И ВЗВЕШИВАНИЯ МАТЕРИАЛОВ, ПРИГОТОВЛЕНИЯ БЕТОННЫХ СМЕСЕЙ

Литература [2, c. 46-66; 75-95]

Задачи и эффективность автоматизации процессов механической обработки материалов. Автоматическое регулирование производительности щековых дробилок. Автоматическое управление работой виброгрохотов. Оптимизация дробильно-сортировочных процессов.

Системы автоматического контроля и регулирования процесса мокрого помола сырья в шаровых мельницах.

Автоматическое управление дозаторами непрерывного и дискретного действия.

8

Автоматическое взвешивание материалов на конвейерах, в железнодорожных вагонах и автотранспорте.

Автоматическое управление бетоносмесительными установками.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Дробление, сортировка и транспортировка нерудных строительных материалов сортировочных комплексов. Из множества задач автоматизации указанных процессов рассмотрите важнейшие из них: автоматическое регулирование процесса дробления, оптимальное управление процессом сортировки (виброгрохотами), оптимальное управление дробильно-сортировочным процессом.

В цементной промышленности применяются сухой и мокрый способы производства цемента. В качестве исходных материалов для получения клинкера используются искусственно приготовленные смеси из карбонатных и глинистых пород. Измельчение твердых сырьевых материалов осуществляется в шаровых трубных мельницах совместно с водой при мокром способе производства цемента.

Рассмотрите статические и динамические свойства шаровых мельниц мокрого помола, структурную схему системы автоматического контроля и регулирования процесса мокрого помола.

Дозирующие устройства находят широкое применение на различных участках технологических линий строительной и химической индустрии. Весовые дозаторы непрерывного действия предназначены для выдачи постоянного количества материала в единицу времени. Системы управления такими дозаторами представляют собой САР либо массы материала на ленте весового конвейера, либо производительности последнего. Рассмотрите статические и динамические свойства дозаторов непрерывного действия и структурные схемы систем авторегулирования процесса дозирования.

Дозаторы дискретного действия формируют заданную дозу (порцию) материала. В зависимости от способа контроля массы материала (дозы) можно осуществить аналоговое, цифровое либо стартстопное управление исполнительными механизмами питателей дозаторов. Рассмотрите структуру и алгоритмы САУ, реализующие указанные способы управления дискретными дозаторами.

9

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Автоматическое регулирование процесса дробления щековой дробилки.

2.Система оптимального управления процессом сортировки дробленого материала.

3.Система оптимального управления дробильно-сортировочным процессом.

4.Технологический контроль работы шаровой мельницы мокрого помола.

5.Автоматическое регулирование процесса помола в шаровой мельнице.

6.Автоматическое управление дозаторами непрерывного действия по массе.

7.САР производительности дозатора непрерывного действия.

8.САУ дозатором дискретного действия со старт-стопным управлением.

9.САУ дозатором дискретного действия с цифровым управле-

нием.

10.Автоматическое взвешивание материала на конвейерах.

11.Автоматическое взвешивание материала в железнодорожных

вагонах.

12.САУ бетоносмесительной установкой дискретного действия

вфункции времени.

Тема 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Литература [2, c. 95-118]

Задачи и эффективность автоматизации процессов тепловой обработки материалов и изделий.

Автоматическое управление процессом сушки в сушильных барабанах и конвейерных сушилках.

Автоматизация процессов термовлажностной обработки изделий в пропарочных камерах, кассетах и автоклавах.

Автоматический контроль и регулирование процесса обжига клинкера во вращающихся печах, работающих по мокрому способу производства цемента.