Klassifizierung des Geräts in die Haupttypen von Standardautomatisierungsgeräten. Technische Mittel zur Produktionsautomatisierung. Programmierbare Automatisierungssysteme

Frage 1 Grundkonzepte und Definitionen von A&C

Automatisierung- einer der Bereiche des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts, der selbstregulierende technische Mittel und mathematische Methoden mit dem Ziel einsetzt, Menschen von der Teilnahme an den Prozessen der Gewinnung, Umwandlung, Übertragung und Nutzung von Energie, Materialien oder Informationen zu befreien oder den Grad erheblich zu verringern dieser Beteiligung oder der Komplexität der durchgeführten Operationen. Automatisierung ermöglicht es, die Arbeitsproduktivität zu steigern, die Produktqualität zu verbessern, Managementprozesse zu optimieren und Menschen aus gesundheitsgefährdenden Produktionsprozessen zu entfernen. Automatisierung erfordert, mit Ausnahme der einfachsten Fälle, einen integrierten, systematischen Ansatz zur Lösung eines Problems. Zu den Automatisierungssystemen gehören Sensoren (Sensoren), Eingabegeräte, Steuergeräte (Controller), Aktoren, Ausgabegeräte und Computer. Die verwendeten Rechenmethoden kopieren teilweise die Nerven- und Geistesfunktionen des Menschen. Dieser gesamte Werkzeugkomplex wird üblicherweise als Automatisierungs- und Steuerungssysteme bezeichnet.

Alle Automatisierungs- und Steuerungssysteme basieren auf Konzepten wie einem Steuerobjekt, einem Kommunikationsgerät mit einem Steuerobjekt, der Steuerung und Regelung technologischer Parameter, der Messung und Umwandlung von Signalen.

Unter dem Kontrollobjekt wird ein technologischer Apparat oder eine Reihe davon verstanden, in dem standardmäßige technologische Vorgänge des Mischens, Trennens oder deren gegenseitige Kombination mit einfachen Vorgängen durchgeführt werden (oder mit deren Hilfe sie durchgeführt werden). Ein solcher technologischer Apparat, zusammen mit dem technologischen Prozess, der in ihm abläuft und für den das System entwickelt wird automatische Kontrolle und wird als Steuerungsobjekt oder Automatisierungsobjekt bezeichnet. Aus der Menge der Ein- und Ausgangsgrößen eines geregelten Objekts lassen sich Regelgrößen, Regel- und Störeinflüsse sowie Interferenzen unterscheiden. Kontrollierte Menge ist eine physikalische Ausgangsgröße oder ein Parameter eines gesteuerten Objekts, der während des Betriebs des Objekts auf einem bestimmten festgelegten Niveau gehalten oder gemäß einem bestimmten Gesetz geändert werden muss. Kontrollaktion ist ein Stoff- oder Energiezufuhrfluss, durch dessen Änderung es möglich ist, den kontrollierten Wert auf einem bestimmten Niveau zu halten oder ihn gemäß einem bestimmten Gesetz zu ändern. Ein automatisches Gerät oder ein Regler ist ein technisches Gerät, das es ermöglicht, ohne menschliches Eingreifen den Wert eines technologischen Parameters aufrechtzuerhalten oder ihn gemäß einem bestimmten Gesetz zu ändern. Ein automatisches Kontrollgerät umfasst eine Reihe technischer Mittel, die bestimmte Funktionen im System ausführen. Das automatische Kontrollsystem umfasst: Sensorelement oder Sensor, das dazu dient, den Ausgangswert des Regelobjekts in ein proportionales elektrisches oder pneumatisches Signal umzuwandeln, Vergleichselement- um das Ausmaß der Abweichung zwischen den aktuellen und den vorgegebenen Werten der Ausgangsgröße zu bestimmen. Einstellelement dient der Einstellung des Wertes des Prozessparameters, der auf einem konstanten Niveau gehalten werden muss. Verstärken-Umwandeln Das Element dient dazu, eine regulierende Wirkung zu erzeugen, die von der Größe und dem Vorzeichen der Fehlanpassung aufgrund einer externen Energiequelle abhängt. Aktorelement dient der Umsetzung regulatorischer Einflussnahme. Produziert von UPE. Regulierungselement– den Material- oder Energiefluss zu verändern, um den Outputwert auf einem bestimmten Niveau zu halten. In der Automatisierungspraxis Während der Produktionsprozesse sind automatische Steuerungssysteme mit standardmäßigen allgemeinen Industriegeräten ausgestattet, die die Funktionen der oben genannten Elemente ausführen. Das Hauptelement solcher Systeme ist ein Computer, der von analogen und diskreten Sensoren Informationen über technologische Parameter empfängt. Die gleichen Informationen können an analoge oder digitale Informationspräsentationsgeräte (Sekundärgeräte) gesendet werden. Der Prozessbediener greift über eine Fernbedienung auf diese Maschine zu, um Informationen einzugeben, die er nicht von ihm erhalten hat automatische Sensoren, um die notwendigen Informationen und Ratschläge zur Verwaltung des Prozesses anzufordern. Die Arbeit des automatisierten Kontrollsystems basiert auf dem Empfang und der Verarbeitung von Informationen.

Haupttypen von Automatisierungs- und Steuerungssystemen:

· automatisiertes Planungssystem (APS),

· automatisiertes System der wissenschaftlichen Forschung (ASNI),

· System computergestütztes Design(CAD),

· automatisierter Versuchskomplex (AEC),

· flexibles automatisiertes Produktions- (GAP) und automatisiertes Prozessleitsystem (APCS),

· automatisiertes Betriebsleitsystem (ACS)

· Automatisches Kontrollsystem (ACS).

Frage 2 Zusammensetzung der technischen Mittel zur Automatisierung und Steuerung automatisierter Steuerungssysteme.

Technische Mittel Automatisierung und Steuerung sind Geräte und Instrumente, die entweder selbst Automatisierungswerkzeuge oder Teil eines Hardware- und Softwarekomplexes sein können.

Typische Automatisierungs- und Steuerungstools können technisch, hardware-, software- und systemweit sein.

Zu den technischen Mitteln zur Automatisierung und Steuerung gehören:

− Sensoren;

− Aktoren;

− Regulierungsbehörden (RO);

− Kommunikationsleitungen;

− Sekundärinstrumente (Anzeige und Aufzeichnung);

− analoge und digitale Steuergeräte;

− Programmierblöcke;

− Logiksteuerungsgeräte;

− Module zur Sammlung und Primärverarbeitung von Daten und zur Überwachung des Zustands eines technologischen Kontrollobjekts (TOU);

− Module zur galvanischen Trennung und Signalnormalisierung;

− Signalwandler von einer Form in eine andere;

−Module zur Datenpräsentation, Anzeige, Aufzeichnung und Generierung von Steuersignalen;

− Pufferspeicher;

− programmierbare Timer;

− spezialisierte Computergeräte, Vorprozessor-Vorbereitungsgeräte.

Technische Mittel zur Automatisierung und Steuerung können wie folgt systematisiert werden:

CS – Kontrollsystem.
Speicher – Master-Gerät (Tasten, Bildschirme, Kippschalter).

UIO – Informationsanzeigegerät.
UIO – Informationsverarbeitungsgerät.

USPU – Konverter-/Verstärkergerät.
CS – Kommunikationskanal.
OU – Kontrollobjekt.
IM – Aktuatoren.

RO – Arbeitsorgane (Manipulatoren).

D – Sensoren.
VP – Sekundärwandler.

Entsprechend ihrem funktionalen Zweck werden sie in die folgenden 5 Gruppen eingeteilt:

Eingabegeräte. Dazu gehören - ZU, VP, D;

Ausgabegeräte. Dazu gehören – IM, USPI, RO;

Geräte des zentralen Teils. Dazu gehören: UPI;

Einrichtungen Industrielle Netzwerke. Dazu gehören - KS;

Informationsanzeigegeräte – UIO.

TSAiU führt die folgenden Funktionen aus: 1. Sammlung und Umwandlung von Informationen über den Stand des Prozesses; 2. Übermittlung von Informationen über Kommunikationskanäle; 3. Umwandlung, Speicherung und Verarbeitung von Informationen; 4. Bildung von Managementteams entsprechend den gewählten Zielen (Kriterien für das Funktionieren von Systemen); 5. Nutzung und Darstellung von Befehlsinformationen zur Beeinflussung des Prozesses und zur Kommunikation mit dem Bediener über Aktoren. Daher werden alle industriellen Mittel zur Automatisierung technologischer Prozesse entsprechend ihrer Beziehung zum System gemäß der Norm in folgende Funktionsgruppen zusammengefasst: 1. Mittel am Systemeingang (Sensoren); 2. Mittel am Ausgang des Systems (Ausgangswandler, Mittel zur Anzeige von Informationen und Prozesssteuerungsbefehlen bis hin zur Sprache); 3. Systeminterne Steuerungssysteme (die eine Verbindung zwischen Geräten mit unterschiedlichen Signalen und unterschiedlichen Maschinensprachen ermöglichen) verfügen beispielsweise über Relais- oder Open-Collector-Ausgänge; 4. Mittel zur Übermittlung, Speicherung und Verarbeitung von Informationen.
Eine solche Vielfalt an Gruppen, Typen und Konfigurationen von Steuerungssystemen führt zu vielen alternativen Entwurfsproblemen technische Unterstützung APCS in jedem konkreter Fall. Einer der meisten wichtige Kriterien Die Wahl von TSAiU kann auf der Grundlage ihrer Kosten erfolgen.

Zu den technischen Mitteln der Automatisierung und Steuerung zählen somit Geräte zur Erfassung, Verarbeitung und Übertragung von Informationen in der automatisierten Produktion. Mit ihrer Hilfe werden automatisierte Produktionslinien überwacht, geregelt und gesteuert.

Allgemeine Informationen zur Prozessautomatisierung

Prozesse Lebensmittelproduktion

Grundlegende Konzepte und Definitionen der Automatisierung

Maschine(griechisch automatos – selbsttätig) ist ein Gerät (eine Reihe von Geräten), das ohne menschliches Eingreifen funktioniert.

Automatisierung ist ein Prozess in der Entwicklung der maschinellen Produktion, bei dem Management- und Kontrollfunktionen, die zuvor von Menschen ausgeführt wurden, auf Instrumente und automatische Geräte übertragen werden.

Ziel der Automatisierung– Steigerung der Arbeitsproduktivität, Verbesserung der Produktqualität, Optimierung von Planung und Management, Vermeidung von Arbeiten unter gesundheitsgefährdenden Bedingungen.

Automatisierung ist eine der Hauptrichtungen des wissenschaftlichen und technischen Fortschritts.

Automatisierung Wie akademische Disziplin ist ein Bereich des theoretischen und angewandten Wissens über automatisch arbeitende Geräte und Systeme.

Die Geschichte der Automatisierung als Technologiezweig ist eng mit der Entwicklung automatischer Maschinen verbunden. automatische Geräte und automatisierte Komplexe. In ihren Anfängen stützte sich die Automatisierung auf die theoretische Mechanik und die Theorie elektrischer Schaltkreise und Systeme und löste Probleme im Zusammenhang mit der Regulierung des Drucks in Dampfkesseln, des Dampfkolbenhubs und der Rotationsgeschwindigkeit elektrische Maschinen, Steuerung des Betriebs von Automaten, automatischen Telefonzentralen, Relaisschutzgeräten. Dementsprechend wurden in dieser Zeit technische Mittel zur Automatisierung entwickelt und in Bezug auf automatische Steuerungssysteme eingesetzt. Die intensive Entwicklung aller Wissenschafts- und Technikzweige am Ende der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts führte auch zu einem rasanten Wachstum der automatischen Steuerungstechnik, deren Einsatz immer universeller wird.

Die zweite Hälfte des 20. Jahrhunderts war geprägt von der weiteren Verbesserung der technischen Automatisierungsmittel und der weit verbreiteten, wenn auch für verschiedene Sektoren der Volkswirtschaft ungleichmäßigen Verbreitung automatischer Steuergeräte mit dem Übergang zu komplexeren automatischen Systemen, insbesondere in der Industrie - von der Automatisierung einzelner Einheiten bis hin zur komplexen Automatisierung von Werkstätten und Fabriken. Eine Besonderheit ist der Einsatz der Automatisierung an geografisch weit voneinander entfernten Anlagen, beispielsweise großen Industrie- und Energiekomplexen, landwirtschaftlichen Anlagen zur Herstellung und Verarbeitung landwirtschaftlicher Produkte etc. Für die Kommunikation zwischen einzelnen Geräten in solchen Systemen wird Telemechanik eingesetzt, die zusammen mit Steuergeräten und gesteuerten Objekten teleautomatische Systeme bilden. Dabei kommt den technischen (auch telemechanischen) Möglichkeiten der Informationserfassung und automatischen Verarbeitung eine große Bedeutung zu, da viele Probleme in komplexen automatischen Steuerungssystemen nur mit Hilfe der Computertechnik gelöst werden können. Schließlich weicht die Theorie der automatischen Steuerung einer verallgemeinerten Theorie der automatischen Steuerung, die alle theoretischen Aspekte der Automatisierung vereint und die Grundlage der allgemeinen Theorie der Steuerung bildet.

Die Einführung der Automatisierung in der Produktion hat die Arbeitsproduktivität erheblich gesteigert und den Anteil der in verschiedenen Produktionsbereichen beschäftigten Arbeitnehmer verringert. Vor der Einführung der Automatisierung erfolgte der Ersatz körperlicher Arbeit durch die Mechanisierung der Haupt- und Nebenvorgänge des Produktionsprozesses. Geistige Arbeit lange Zeit blieb unmechanisiert. Gegenwärtig werden intellektuelle Arbeitsabläufe zum Gegenstand der Mechanisierung und Automatisierung.

Es gibt verschiedene Arten der Automatisierung.

1. Automatische Kontrolle umfasst automatische Alarmierung, Messung, Sammlung und Sortierung von Informationen.

2. Automatischer Alarm soll über Grenz- oder Notfallwerte jeglicher Art informieren physikalische Parameter, über den Ort und die Art der technischen Verstöße.

3. Automatische Messung Bietet die Messung und Übertragung der Werte kontrollierter physikalischer Größen an spezielle Aufzeichnungsgeräte.

4. Automatische Sortierung führt die Kontrolle und Trennung von Produkten und Rohstoffen nach Größe, Viskosität und anderen Indikatoren durch.

5. Automatischer Schutz Hierbei handelt es sich um eine Reihe technischer Mittel, die die Beendigung eines kontrollierten technologischen Prozesses gewährleisten, wenn ungewöhnliche oder Notfallbedingungen auftreten.

6. Automatische Kontrolle umfasst eine Reihe technischer Mittel und Methoden zur Steuerung des optimalen Fortschritts technologischer Prozesse.

7. Automatische Regulierung Hält die Werte physikalischer Größen auf einem bestimmten Niveau oder ändert sie gemäß dem erforderlichen Gesetz ohne direkte menschliche Beteiligung.

Diese und andere Konzepte im Zusammenhang mit Automatisierung und Steuerung werden vereint durch Kybernetik– die Wissenschaft der Verwaltung komplexer sich entwickelnder Systeme und Prozesse, Untersuchung der allgemeinen mathematischen Gesetze der Objektkontrolle unterschiedlicher Natur(kibernetas (Griechisch) – Manager, Steuermann, Steuermann).

Automatisches Kontrollsystem(ACS) ist eine Reihe von Kontrollobjekten ( OU) und Steuergeräte ( UU), die ohne menschliche Beteiligung miteinander interagieren und deren Handeln auf die Erreichung eines bestimmten Ziels abzielt.

Automatisches Kontrollsystem(SAR) – Gesamtheit OU und eine automatische Steuerung, die miteinander interagiert, sorgt dafür, dass die TP-Parameter auf einem bestimmten Niveau gehalten oder gemäß den erforderlichen Gesetzen geändert werden, und funktioniert auch ohne menschliches Eingreifen. ATS ist eine Art selbstfahrende Waffe.

Die Klassifizierung technischer Automatisierungsgeräte ist nicht allzu kompliziert und aufwendig. Allerdings im Allgemeinen technologische Mittel Automatisierung haben eine ziemlich umfangreiche Klassifizierungsstruktur. Versuchen wir es herauszufinden.

Moderne Automatisierungswerkzeuge werden in zwei Gruppen unterteilt: geschaltete und nicht kommutierte (programmierte) technische Automatisierungswerkzeuge:

1) Geschaltete Automatisierungsausrüstung

Regulierungsbehörden

Relaisschaltungen

2) Programmierte Automatisierungstools

ADSP-Prozessoren

ADSP-Prozessoren sind ein Automatisierungstool, das zur komplexen mathematischen Analyse von Prozessen im System verwendet wird. Diese Prozessoren verfügen über Hochgeschwindigkeits-Eingabe-/Ausgabemodule, die Daten mit hohen Frequenzen an den Zentralprozessor übertragen können, der mithilfe komplexer Mathematik den Betrieb des Systems analysiert. Ein Beispiel sind Schwingungsdiagnosesysteme, die Fourier-Reihen zur Analyse nutzen, Spektralanalyse und einen Impulszähler. In der Regel werden solche Prozessoren in Form einer separaten PCI-Karte implementiert, die in den entsprechenden Steckplatz des Computers eingebaut wird und die CPU für die mathematische Verarbeitung nutzt.

SPS (speicherprogrammierbare Steuerung)

SPSen sind die gebräuchlichsten Automatisierungswerkzeuge. Sie verfügen über eine eigene Stromversorgung, Zentralprozessor, RAM, Netzwerkkarte und Ein-/Ausgabemodule. Der Vorteil ist eine hohe Zuverlässigkeit des Systems und eine Anpassung an industrielle Bedingungen. Darüber hinaus kommen Programme zum Einsatz, die zyklisch laufen und über einen sogenannten Watch Dog verfügen, der ein Einfrieren des Programms verhindern soll. Außerdem läuft das Programm sequentiell ab und weist keine parallelen Verbindungen und Verarbeitungsschritte auf, die zu negativen Folgen führen könnten.

PKK (Programmierbare Computersteuerungen)

PKK ist ein Computer mit Ein-/Ausgabekarten, Netzwerkkarten, die zur Ein-/Ausgabe von Informationen verwendet werden.

PACK

PAK ( programmierte automatisierte Steuerungen) – PLC+PKK. Sie verfügen über eine verteilte Netzwerkstruktur zur Datenverarbeitung (mehrere SPS und PCs).

· Spezialisierte Controller

Spezialregler sind keine frei programmierbaren Automatisierungswerkzeuge, sondern nutzen Standardprogramme, bei denen nur einige Koeffizienten geändert werden können (PID-Reglerparameter, Aktorlaufzeit, Verzögerungen usw.). Solche Controller sind im Voraus orientiert bekanntes System Regulierung (Lüftung, Heizung, Warmwasserbereitung). Zu Beginn des neuen Jahrtausends verbreiteten sich diese technischen Mittel zur Automatisierung.

Ein Merkmal von ADSP und PKK ist die Verwendung von Standardprogrammiersprachen: C, C++, Assembler, Pascal, da diese auf einem PC erstellt werden. Diese Funktion von Automatisierungstools ist sowohl ein Vorteil als auch ein Nachteil.

Der Vorteil besteht darin, dass Sie mit Standardprogrammiersprachen komplexere und komplexere Programmiersprachen schreiben können flexibler Algorithmus. Der Nachteil besteht darin, dass man für die Arbeit mit ihnen Treiber erstellen und eine komplexere Programmiersprache verwenden muss. Der Vorteil von SPS und PACs liegt in der Verwendung von technischen Programmiersprachen, die durch IEC 61131-3 standardisiert sind. Diese Sprachen sind nicht für einen Programmierer, sondern für einen Elektrotechniker gedacht.

Prinzip der Informationstransformation

Managementprinzipien basieren auf dem Prinzip der Informationstransformation.

Konverter sind Geräte zur Umwandlung von Größen einer physikalischen Art in eine andere und umgekehrt.

Sensoren sind Geräte, die je nach Code ein diskretes Signal erzeugen technologischer Prozess oder Kontakt mit Informationen.

Informationen und Methoden zur Konvertierung

Die Informationen müssen Folgendes enthalten Eigenschaften:

1. Informationen müssen entsprechend dem angenommenen Kodierungssystem bzw. dessen Darstellung verständlich sein.

2. Informationsübertragungskanäle müssen lärmsicher sein und das Eindringen falscher Informationen verhindern.

3. Informationen müssen für die Verarbeitung geeignet sein.

4. Informationen sollten bequem zu speichern sein.

Zur Übermittlung von Informationen werden Kommunikationskanäle genutzt, die künstlich, natürlich oder gemischt sein können.

Reis. 3. Kommunikationskanäle

Auf die Kommunikationskanäle werden wir etwas später noch näher eingehen.

Zu den Mitteln zur Erzeugung und Primärverarbeitung von Informationen gehören Tastaturgeräte zum Aufbringen von Daten auf Karten, Bänder oder andere Informationsträger durch mechanische (Stanzen) oder magnetische Verfahren; Die gesammelten Informationen werden zur späteren Verarbeitung oder Reproduktion übertragen. Aus Tastaturgeräten, Stanz- oder Magnetblöcken und Sendern werden Produktionsschreiber für lokale und systemische Zwecke gebildet, die in Werkstätten, Lagern und anderen Produktionsstätten Primärinformationen generieren.

Zur automatischen Informationsgewinnung werden Sensoren (Primärwandler) eingesetzt. Es handelt sich um Geräte mit sehr unterschiedlichen Funktionsprinzipien, die Veränderungen in den kontrollierten Parametern technologischer Prozesse erfassen. Moderne Messtechnik kann mehr als 300 verschiedene physikalische, chemische und andere Größen direkt auswerten, erfordert jedoch eine Automatisierung in vielen neuen Bereichen Menschliche Aktivität manchmal reicht es nicht. Eine wirtschaftlich sinnvolle Erweiterung des Sensorspektrums im GPS wird durch die Vereinheitlichung der empfindlichen Elemente erreicht. Empfindliche Elemente, die auf Druck, Kraft, Gewicht, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Schall, Licht, thermische und radioaktive Strahlung reagieren, werden in Sensoren verwendet, um die Belastung von Geräten und deren Betriebsmodi, die Qualität der Verarbeitung und die Berücksichtigung der Produktfreisetzung zu steuern. Überwachung ihrer Bewegungen auf Förderbändern, Beständen und Verbrauch von Materialien, Werkstücken, Werkzeugen usw. Die Ausgangssignale all dieser Sensoren werden in elektrische oder pneumatische Standardsignale umgewandelt, die von anderen Geräten übertragen werden.

Zu den Geräten zur Übertragung von Informationen gehören Signalwandler in für den Rundfunk geeignete Energieformen, telemechanische Geräte zur Übertragung von Signalen über Kommunikationskanäle über große Entfernungen und Schalter zur Verteilung von Signalen an Orte, an denen Informationen verarbeitet oder präsentiert werden. Diese Geräte verbinden alle peripheren Informationsquellen (Tastaturgeräte, Sensoren) mit dem zentralen Teil des Steuerungssystems. Ihr Zweck ist effiziente Nutzung Kommunikationskanäle, wodurch Signalverzerrungen und der Einfluss möglicher Interferenzen bei der Übertragung über drahtgebundene und drahtlose Leitungen vermieden werden.

Zu den Geräten zur logischen und mathematischen Informationsverarbeitung gehören Funktionswandler, die die Art, Form oder Kombination von Informationssignalen ändern, sowie Geräte zur Verarbeitung von Informationen nach vorgegebenen Algorithmen (einschließlich Computern), um Gesetze und Steuerungs-(Regelungs-)Modi umzusetzen.

Computer zur Kommunikation mit anderen Teilen des Steuerungssystems sind mit Informationseingabe- und -ausgabegeräten sowie Speichergeräten zur temporären Speicherung von Quelldaten, Zwischen- und Datenspeichern ausgestattet endgültige Ergebnisse Berechnungen usw. (siehe Dateneingabe. Datenausgabe, Speichergerät).

Geräte zur Informationsdarstellung zeigen dem menschlichen Bediener den Zustand von Produktionsprozessen an und zeichnen ihn auf die wichtigsten Parameter. Solche Geräte sind Signaltafeln, Gedächtnisschalttafeln mit visuellen Symbolen auf Tafeln oder Bedienfeldern, sekundäre Zeiger- und digitale Anzeige- und Aufzeichnungsinstrumente, Kathodenstrahlröhren, alphabetische und digitale Schreibmaschinen.

Geräte zur Erzeugung von Steueraktionen wandeln schwache Informationssignale in stärkere Energieimpulse der erforderlichen Form um, die zur Aktivierung von Schutz-, Regel- oder Steueraktoren erforderlich sind.

Sicherheit Gute Qualität Produkte ist mit der Automatisierung der Steuerung in allen Hauptstufen der Produktion verbunden. Subjektive menschliche Einschätzungen werden durch objektive Indikatoren von automatischen Messstationen ersetzt, die an zentrale Stellen angeschlossen sind, an denen die Fehlerquelle ermittelt und von wo aus Befehle gesendet werden, um Abweichungen außerhalb der Toleranzen zu verhindern. Der automatischen Steuerung mittels Computern kommt bei der Herstellung funktechnischer und funkelektronischer Produkte aufgrund der Massenproduktion und einer erheblichen Anzahl gesteuerter Parameter eine besondere Bedeutung zu. Nicht weniger wichtig sind abschließende Tests der fertigen Produkte auf Zuverlässigkeit (siehe Zuverlässigkeit). technische Geräte). Automatisierte Prüfstände für Funktions-, Festigkeits-, Klima-, Energie- und Fachprüfungen ermöglichen Ihnen eine schnelle und identische Überprüfung technischer und technischer Prüfungen wirtschaftliche Merkmale Produkte (Produkte).

Betätigungsgeräte bestehen aus Startgeräten, hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Betätigungsmechanismen (Servomotoren) und Regulierungsbehörden, die direkt auf den automatisierten Prozess einwirken. Es ist wichtig, dass ihr Betrieb keine unnötigen Energieverluste verursacht und die Effizienz des Prozesses verringert. So wird beispielsweise die Drosselung, die üblicherweise zur Regulierung des Dampf- und Flüssigkeitsstroms eingesetzt wird und auf der Erhöhung des hydraulischen Widerstands in Rohrleitungen basiert, durch die Beeinflussung von Strömungsformmaschinen oder andere, fortschrittlichere Methoden zur Änderung der Strömungsgeschwindigkeit ersetzt ohne Druckverlust. Eine wirtschaftliche und zuverlässige Steuerung des Elektroantriebs ist von großer Bedeutung Wechselstrom, der Einsatz von getriebelosen elektrischen Aktuatoren und kontaktlosen Vorschaltgeräten zur Steuerung von Elektromotoren.

Die im GSP umgesetzte Idee, Instrumente zur Überwachung, Regelung und Steuerung in Form von Einheiten zu konstruieren, die aus unabhängigen Blöcken bestehen, die bestimmte Funktionen ausführen, hat dies ermöglicht verschiedene Kombinationen Durch die Verwendung dieser Blöcke erhält man eine breite Palette von Geräten, mit denen man unterschiedliche Probleme mit denselben Mitteln lösen kann. Die Vereinheitlichung von Ein- und Ausgangssignalen gewährleistet die Kombination von Blöcken mit unterschiedlichen Funktionen und deren Austauschbarkeit.

Das GSP umfasst pneumatische, hydraulische und elektronische Geräte und Geräte. Die größte Vielseitigkeit ist elektronische Geräte, bestimmt für den Empfang, die Übertragung und die Wiedergabe von Informationen.

Der Einsatz eines universellen Systems industrieller pneumatischer Automatisierungselemente (USEPPA) ermöglichte es, die Entwicklung pneumatischer Geräte hauptsächlich auf deren Zusammenbau aus Standardeinheiten und Teilen mit wenigen Anschlüssen zu reduzieren. Pneumatikgeräte werden in vielen feuer- und explosionsgefährdeten Branchen häufig zur Steuerung und Regelung eingesetzt.

GSP-Hydraulikgeräte werden ebenfalls aus Blöcken zusammengebaut. Hydraulische Geräte und Gerätesteuerungsgeräte, die hohe Geschwindigkeiten erfordern, um die Steuerelemente mit erheblichem Aufwand und hoher Genauigkeit einzustellen, was besonders bei Werkzeugmaschinen und automatischen Linien wichtig ist.

Um GSP-Anlagen möglichst rational zu systematisieren und die Effizienz ihrer Produktion zu steigern sowie den Entwurf und die Konfiguration automatisierter Steuerungssysteme zu vereinfachen, werden GSP-Geräte bei der Entwicklung zu Aggregatkomplexen zusammengefasst. Aggregatkomplexe kombinieren dank der Standardisierung der Eingabe-Ausgabe-Parameter und des Blockdesigns von Geräten verschiedene technische Mittel in automatisierten Steuerungssystemen am bequemsten, zuverlässigsten und wirtschaftlichsten und ermöglichen den Zusammenbau verschiedener Spezialinstallationen aus Allzweck-Automatisierungseinheiten.

Gezielte Aggregation von Analysegeräten, Prüfmaschinen, Massendosierungsmechanismen mit einheitlichen Mess-, Computer- und Bürogeräten erleichtern und beschleunigen die Erstellung grundlegender Designs dieser Geräte und die Spezialisierung von Fabriken für ihre Produktion.

Bundesamt für Bildung

Staatliche Bildungseinrichtung

höhere Berufsausbildung

„Staatliche Technische Universität Omsk“

V.N. Gudinov, A.P. Korneytschuk

TECHNISCHE AUTOMATISIERUNGSWERKZEUGE
Vorlesungsnotizen

Omsk 2006
UDC 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

G
REZENSIONEN:
N.S. Galdin, Doktor der technischen Wissenschaften, Professor der Abteilung für PTTM und G, SibADI,

V.V. Zakharov, Leiter der Automatisierungsabteilung von ZAO NOMBUS.
Gudinov V. N., Korneychuk A. P.

G Technische Mittel zur Automatisierung: Skriptum. – Omsk: Verlag der Staatlichen Technischen Universität Omsk, 2006. – 52 S.
Das Vorlesungsskript vermittelt grundlegende Informationen über moderne technische und Software-Hardware-Automatisierungswerkzeuge (TSA) und Software-Hardware-Komplexe (STC), die Prinzipien ihrer Konstruktion, Klassifizierung, Zusammensetzung, Zweck, Eigenschaften und Anwendungsmerkmale in verschiedenen automatisierten Steuerungs- und Regelungssystemen Systeme technologischer Prozesse (APCS).

Das Vorlesungsskript richtet sich an Studierende des Vollzeit-, Abend-, Fern- und Fernstudiums im Fachgebiet 220301 – „Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion“.
Veröffentlicht durch Beschluss des Redaktions- und Verlagsrates der Staatlichen Technischen Universität Omsk.
UDC 681.5.08(075)

BBK 973.26-04ya73

© V.N. Gudinov, A.P. Korneychuk 2006

© Staat Omsk

Technische Universität, 2006

1. ALLGEMEINE INFORMATIONEN ZU TECHNISCHEN AUTOMATISIERUNGSWERKZEUGEN

GRUNDLEGENDE KONZEPTE UND DEFINITIONEN
Ziel des Kurses „Technische Automatisierungstools“ (TSA) ist das Studium der elementaren Grundlagen automatischer Prozessleitsysteme. Zunächst stellen wir die grundlegenden Konzepte und Definitionen vor.

Element(Gerät) – ein strukturell vollständiges technisches Produkt, das dazu bestimmt ist, bestimmte Funktionen in Automatisierungssystemen auszuführen (Messung, Signalübertragung, Informationsspeicherung, Verarbeitung, Erzeugung von Steuerbefehlen usw.).

Automatisches Kontrollsystem (ACS)– eine Reihe technischer Geräte sowie Soft- und Hardware, die miteinander interagieren, um ein bestimmtes Kontrollgesetz (Algorithmus) umzusetzen.

Automatisiertes Prozessleitsystem (APCS)– ein System zur Entwicklung und Umsetzung von Kontrollmaßnahmen an einem technologischen Kontrollobjekt und ist ein Mensch-Maschine-System, das die automatische Sammlung und Verarbeitung von Informationen ermöglicht, die zur Steuerung dieses technologischen Objekts gemäß anerkannten Kriterien (technisch, technologisch, wirtschaftlich) erforderlich sind.

Technologisches Kontrollobjekt (TOU) - eine Reihe von technologischen Geräten und der darauf gemäß den einschlägigen Anweisungen und Vorschriften durchgeführte technologische Prozess.

Bei der Erstellung moderner automatisierter Prozessleitsysteme wird auf globale Integration und Vereinheitlichung geachtet technische Lösungen. Die Hauptanforderung an moderne automatische Steuerungssysteme ist die Offenheit des Systems, wenn die verwendeten Datenformate und die prozedurale Schnittstelle dafür definiert und beschrieben werden, was den Anschluss „externer“, unabhängig entwickelter Geräte und Geräte daran ermöglicht. Hinter letzten Jahren Der TCA-Markt hat sich erheblich verändert, viele inländische Unternehmen wurden gegründet, die Automatisierungstools und -systeme herstellen, und Systemintegratoren sind entstanden. Seit den frühen 90er Jahren begannen führende ausländische Hersteller von TCA, ihre Produkte über Vertriebsbüros, Niederlassungen, Joint Ventures und Händlerfirmen in großem Umfang in den GUS-Staaten einzuführen.

Die intensive Entwicklung und schnelle Dynamik des Marktes für moderne Steuerungstechnik erfordert die Entstehung von Literatur, die den aktuellen Stand der TCA widerspiegelt. Derzeit sind die neuesten Informationen über Automatisierungsgeräte in- und ausländischer Unternehmen verstreut und werden hauptsächlich in Zeitschriften oder im globalen Internet auf den Websites produzierender Unternehmen oder auf Fachseiten präsentiert Informationsportale, wie www.asutp.ru, www.mka.ru, www.industrialauto.ru. Der Zweck dieses Vorlesungsskripts ist eine systematische Präsentation von Material über die Elemente und Industriekomplexe von TSA. Die Zusammenfassung richtet sich an Studierende der Fachrichtung „Automatisierung technologischer Prozesse und Produktion“, die das Fach „Technische Automatisierungswerkzeuge“ studieren.

1.1. Klassifizierung von TSA nach Funktionszweck im ACS

Gemäß GOST 12997-84 ist der gesamte TSA-Komplex entsprechend seinem Funktionszweck im ACS in die folgenden sieben Gruppen unterteilt (Abb. 1).

Reis. 1. Klassifizierung von TSA nach Funktionszweck im ACS:

CS – Kontrollsystem; OU – Kontrollobjekt; CS – Kommunikationskanäle;

Speicher – Master-Geräte; UPI – Informationsverarbeitungsgeräte;

USPU – Verstärker- und Konvertierungsgeräte; UIO – Informationsanzeigegeräte; IM – Aktoren; RO – Arbeitsgremien; KU – Steuergeräte; D – Sensoren; VP – Sekundärwandler

1.2. TCA-Entwicklungstrends
1. Erhöhte TCA-Funktionalität:

– in der Steuerungsfunktion (vom einfachsten Start/Stopp und automatischem Reversieren bis hin zum zyklischen und numerischen Programm und der adaptiven Steuerung);

– in der Alarmfunktion (von den einfachsten Glühbirnen bis hin zu Text- und Grafikanzeigen);

– in der Diagnosefunktion (von der Anzeige eines offenen Stromkreises bis zum Softwaretest des gesamten Automatisierungssystems);

– in der Funktion der Kommunikation mit anderen Systemen (von der kabelgebundenen Kommunikation bis hin zu vernetzten Industrieanlagen).

2. Eine Komplikation der Elementbasis bedeutet einen Übergang von Relaiskontaktkreisen zu kontaktlose Schaltkreise zum Thema Halbleiter einzelne Elemente und von ihnen zu integrierten Schaltkreisen mit zunehmendem Integrationsgrad (Abb. 2).

Reis. 2. Entwicklungsstadien von Elektrofahrzeugen
3. Übergang von starren (Hardware-, Schaltkreis-)Strukturen zu flexiblen (rekonfigurierbaren, umprogrammierbaren) Strukturen.

4. Übergang von manuellen (intuitiven) TCA-Entwurfsmethoden zu maschinellen, wissenschaftlich fundierten computergestützten Entwurfssystemen (CAD).

1.3. TCA-Bildgebungsmethoden
Im Rahmen des Studiums dieser Lehrveranstaltung können verschiedene Methoden zur Darstellung und Präsentation von TCAs und ihren Komponenten eingesetzt werden. Die am häufigsten verwendeten sind die folgenden:

1. Konstruktive Methode(Abb. 7-13) beinhaltet die Darstellung von Instrumenten und Geräten mit maschinentechnischen Zeichenmethoden in Form von technischen Zeichnungen, Grundrissen, gängige Typen, Projektionen (einschließlich axonometrischer), Abschnitte, Abschnitte usw. .

2. Schaltungsmethode(Abb. 14.16-21.23) geht gemäß GOST ESKD von der Darstellung von TCA durch Diagramme aus verschiedene Arten(elektrisch, pneumatisch, hydraulisch, kinematisch) und Typen (strukturell, funktional, grundlegend, Installation usw.).

3. Mathematisches Modell wird häufiger für softwareimplementierte TSA verwendet und kann dargestellt werden durch:

– Übertragungsfunktionen typischer dynamischer Verbindungen;

– Differentialgleichungen laufender Prozesse;

– logische Funktionen zur Steuerung von Ausgängen und Transitionen;

– Zustandsgraphen, Zyklogramme, Zeitdiagramme (Abb. 14, 28);

– Blockdiagramme funktionierender Algorithmen (Abb. 40) usw.
1.4. Grundprinzipien der TCA-Konstruktion
Für den Aufbau moderner automatisierter Prozessleitsysteme sind vielfältige Geräte und Elemente erforderlich. Die Befriedigung der Bedürfnisse von Steuerungssystemen unterschiedlicher Qualität und Komplexität für Automatisierungsgeräte durch deren individuelle Entwicklung und Produktion würde das Problem der Automatisierung immens machen und die Auswahl an Instrumenten und Automatisierungsgeräten nahezu grenzenlos machen.

Ende der 50er Jahre formulierte die UdSSR das Problem der Schaffung eines einheitlichen Staates Staatssystem Industrielle Instrumente und Automatisierungsanlagen (GSP)– stellt einen rational organisierten Satz von Instrumenten und Geräten dar, die den Prinzipien der Typisierung, Vereinheitlichung und Aggregation entsprechen und für den Aufbau automatisierter Systeme zum Messen, Überwachen, Regeln und Verwalten technologischer Prozesse in verschiedenen Industrien bestimmt sind. Und seit den 70er Jahren deckt APS auch nicht-industrielle Bereiche menschlicher Tätigkeit ab, wie wissenschaftliche Forschung, Tests, Medizin usw.

Tippen- Dies ist eine sinnvolle Reduzierung der Vielfalt ausgewählter Typen, Konstruktionen von Maschinen, Geräten und Geräten auf eine kleine Anzahl der in jeder Hinsicht besten Muster, die erhebliche qualitative Merkmale aufweisen. Während des Typisierungsprozesses werden Standarddesigns entwickelt und installiert, die grundlegende Elemente und Parameter enthalten, die einer Reihe von Produkten, darunter auch vielversprechenden, gemeinsam sind. Der Typisierungsprozess entspricht einer Gruppierung, bei der einige anfängliche, gegebene Elemente in eine begrenzte Anzahl von Typen klassifiziert werden, wobei tatsächliche Einschränkungen berücksichtigt werden.

Vereinigung– Dies ist die Reduzierung verschiedener Arten von Produkten und Mitteln zu ihrer Herstellung auf ein rationales Minimum an Standardgrößen, Marken, Formen und Eigenschaften. Es bringt Einheitlichkeit in die Hauptparameter Standardlösungen TCA beseitigt auch die ungerechtfertigte Vielfalt von Mitteln mit demselben Zweck und die Vielfalt ihrer Teile. Geräte, ihre Blöcke und Module, die in ihrem Funktionszweck identisch oder unterschiedlich sind, aber von einem Grunddesign abgeleitet sind, bilden eine einheitliche Serie.

Anhäufung ist die Entwicklung und Verwendung einer begrenzten Auswahl standardisierter einheitlicher Module, Blöcke, Geräte und einheitlicher Standardstrukturen (UTC) für den Aufbau vieler komplexer problemorientierter Systeme und Komplexe. Durch die Aggregation können Sie verschiedene Modifikationen von Produkten auf derselben Basis erstellen, um TSA für denselben Zweck, jedoch mit unterschiedlichen technischen Eigenschaften, zu erstellen.

Das Prinzip der Aggregation ist in vielen Bereichen der Technik weit verbreitet (z. B. modulare Maschinen und modulare Industrieroboter im Maschinenbau, IBM-kompatible Computer in Steuerungssystemen und Automatisierung der Informationsverarbeitung usw.).

2. STAATLICHES INDUSTRIELLES GERÄTESYSTEM

UND AUTOMATISIERUNG BEDEUTET

GSP ist ein komplexes Entwicklungssystem, das aus einer Reihe von Subsystemen besteht, die aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet und klassifiziert werden können. Betrachten wir die funktional-hierarchische und konstruktiv-technologische Struktur der technischen Mittel des APS.
2.1. Funktional-hierarchische Struktur von SHGs

Reis. 3. Hierarchie der SHGs
Besondere Merkmale moderner Strukturen zum Aufbau automatisierter Steuerungssysteme für Industrieunternehmen sind: die Durchdringung von Rechenwerkzeugen und die Einführung von Netzwerktechnologien auf allen Managementebenen.

In der weltweiten Praxis unterscheiden Spezialisten für integrierte Produktionsautomatisierung außerdem fünf Managementebenen modernes Unternehmen(Abb. 4), was vollständig mit der obigen hierarchischen Struktur der SHG übereinstimmt.

Auf der Ebene ER.P.– Enterprise Resource Planning (Enterprise Resource Planning) Berechnungen und Analysen von Finanz- und Wirtschaftsindikatoren werden durchgeführt, strategische Verwaltungs- und Logistikaufgaben werden gelöst.

Auf der Ebene MES– Manufacturing Execution Systems (Produktionsausführungssysteme) – Aufgaben des Produktqualitätsmanagements, Planung und Kontrolle des Ablaufs des technologischen Prozesses, Verwaltung der Produktion und der Humanressourcen im Rahmen des technologischen Prozesses, Wartung der Produktionsausrüstung.

Diese beiden Ebenen beziehen sich auf die Aufgaben automatisierter Kontrollsysteme (automatisierte Unternehmensmanagementsysteme) und die technischen Mittel, mit denen diese Aufgaben umgesetzt werden – das sind Büro-Personalcomputer (PCs) und darauf basierende Workstations im Dienste der Chefspezialisten der Unternehmen.


Reis. 4. Pyramide des modernen Produktionsmanagements.
Auf den nächsten drei Ebenen werden Probleme gelöst, die zur Klasse der automatisierten Prozessleitsysteme (automatisierte Prozessleitsysteme) gehören.

SCADA– Aufsichtskontrolle und Datenerfassung (Datenerfassungs- und Überwachungs-(Dispatcher-)Kontrollsystem) ist eine Ebene der taktischen Betriebsführung, auf der Probleme der Optimierung, Diagnose, Anpassung usw. gelöst werden.

Kontrolle- Ebene– Ebene der direkten (lokalen) Steuerung, die auf solchen TCAs implementiert ist wie: Software – Bedientafeln (Fernbedienungen), SPS – speicherprogrammierbare Steuerungen, USO – Kommunikationsgeräte mit dem Objekt.

HMI– Mensch-Maschine-Schnittstelle (Mensch-Maschine-Kommunikation) – visualisiert (zeigt Informationen) den Fortschritt des technologischen Prozesses an.

Eingang/ Ausgabe– Die Ein-/Ausgänge des Steuerobjekts sind

Sensoren und Aktoren (S/AM) von spezifischen technologische Anlagen und Arbeitsmaschinen.

2.2. Strukturelle und technologische Struktur des APS


Reis. 5. SHG-Struktur
UKTS(einheitlicher Satz technischer Mittel) – es ist eine Sammlung verschiedene Typen technische Produkte, auf Leistung ausgelegt verschiedene Funktionen, aber auf der Grundlage des gleichen Funktionsprinzips aufgebaut und mit den gleichen Strukturelementen ausgestattet.

HANDELT(Gesamtkomplex technischer Mittel) – es ist eine Sammlung verschiedene Arten technische Produkte und Geräte, die entsprechend ihrem Funktionszweck miteinander verbunden sind, Design, Art der Stromversorgung, Pegel der Ein-/Ausgangssignale, erstellt auf einheitlicher Design-, Software- und Hardwarebasis nach dem Block-Modular-Prinzip. Beispiele für bekannte inländische UKTS und ACTS sind in der Tabelle aufgeführt. 1.

PTK ( Software- und Hardwarekomplex ) – Hierbei handelt es sich um eine Reihe von Mikroprozessor-Automatisierungstools (speicherprogrammierbare Steuerungen, lokale Regler, Kommunikationsgeräte mit dem Objekt), Anzeigetafeln von Bedienern und Servern, industrielle Netzwerke, die die aufgeführten Komponenten miteinander verbinden, sowie industrielle Netzwerke Software Alle diese Komponenten wurden entwickelt, um verteilte automatisierte Prozessleitsysteme in verschiedenen Branchen zu erstellen. Beispiele für moderne in- und ausländische Hard- und Softwaresysteme sind in der Tabelle aufgeführt. 2.

Spezifische Komplexe technischer Mittel bestehen aus Hunderten und Tausenden verschiedener Arten, Größen, Modifikationen und Designs von Instrumenten und Geräten.

Produktart- Hierbei handelt es sich um eine Reihe technischer Produkte mit identischer Funktionalität, einem einzigen Funktionsprinzip und derselben Nomenklatur der Hauptparameter.

Standardgröße– Produkte des gleichen Typs, aber mit eigenen spezifischen Werten des Hauptparameters.

Änderung ist eine Sammlung gleichartiger Produkte, die bestimmte Designmerkmale aufweisen.

Ausführung– Konstruktionsmerkmale, die sich auf die Leistungsmerkmale auswirken.

TCA-Komplexe Tabelle 1