1.1.1. Основні визначення автоматизації технологічних процесів

У залежності від функцій, які виконуються спеціальними автоматичними пристроями, розрізняють наступні основні види автоматизації: автоматичний контроль, автоматичну захист, автоматичне і дистанційне керування, телемеханічне керування.

Автоматичний контроль містить у собі автоматичну сигналізацію, вимір, сортування і збір інформації.

Автоматична сигналізація призначена для повідомлення обслуговуючого персоналу про граничні чи аварійні значення яких-небудь фізичних параметрів, про місце і характер порушень технологічного процесу. Сигнальними пристроями служать лампи, дзвоники, сирени, спеціальні мнемонічні покажчики й ін.

Автоматичний вимір дозволяє вимірювати і передавати на спеціальні вказівні прилади значення, що реєструються, чи фізичні величин, що характеризують технологічний процес чи роботу машин. Обслуговуючий персонал за показниками приладів судить про якість технологічного процесу чи про режим роботи машин і агрегатів.

Автоматичне сортування здійснює контроль і поділ продукції по розміру, вазі, твердості, в'язкості й іншим показникам (наприклад, сортування зерна, яєць, фруктів, картоплі і т.п.).

Автоматичний збір інформації призначений для одержання інформації про хід технологічного процесу, про якість і кількість продукції, що випускається, і для подальшої обробки, збереження і видачі інформації обслуговуючому персоналу.

Автоматичний захист являє собою сукупність технічних засобів, що при виникненні ненормальних і аварійних режимів або припиняють контрольований виробничий процес (наприклад, відключають визначені ділянки електроустановки при виникненні на них коротких замикань), або автоматично усувають ненормальні режими. Автоматичний захист тісно зв'язаний з автоматичним керуванням і сигналізацією. Вона впливає на органи керування й оповіщає обслуговуючий персонал про здійснену операцію.

Релейний захист, виконаний на основі реле, широко застосовується на електричних станціях, підстанціях, у мережах і різних електроустановках.

Пристрої автоблокування, що входять в автоматичний захист, в основному призначені для запобігання неправильних вмикань і вимикань і помилкових дій обслуговуючого персоналу; вони попереджають можливі несправності й аварії.

Керування — процес здійснення сукупності впливів, спрямованих на підтримку керованого параметра відповідно до заданого алгоритму функціонування.

Алгоритм — це розпорядження, що визначає зміст і послідовність операцій, що переводить вихідні дані в шуканий результат. Алгоритм функціонування являє собою сукупність розпоряджень, необхідних для правильного виконання технологічного процесу в якому-небудь чи пристрої сукупності пристроїв.

Керованим об'єктом називають пристрій, що безпосередньо здійснює технологічний процес, і потребує в наданні спеціально організованих впливів ззовні для виконання його алгоритму.

Дистанційне керування поєднує методи і технічні засоби керування установками і зосередженими об'єктами на відстані. Імпульси на керування (команди) подаються обслуговуючим персоналом по електричних сполучних проводах за допомогою відповідних кнопок, ключів і іншої командної апаратури.

Автоматичне керування містить у собі комплекс технічних засобів і методів по керуванню об'єктами без участі обслуговуючого персоналу: пуск і зупинку основних установок, вмикання і вимикання допоміжних пристроїв, забезпечення безаварійної роботи, дотримання необхідних значень параметрів відповідно до оптимального ходу технологічного процесу і т.д.

Сполучення комплексу технічних пристроїв з об'єктом керування називають системою автоматичного керування (САК).

Різновидом автоматичного керування є автоматичне регулювання, під яким розуміють процес автоматичної підтримки якого-небудь параметра на заданому рівні або зміна його по визначеному законі. Автоматичне регулювання здійснюється спеціальним пристроєм – автоматичним регулятором. Регулятор вимірює регульовану величину і при її відхиленні від розрахункового значення, змінює процес роботи об'єкта керування (регулювання) так, щоб виконувався заданий алгоритм функціонування. Автоматична система, що складається з регулятора й об'єкта керування, називається системою автоматичного регулювання (САР). У наступному викладі в загальне поняття «автоматичне керування» входить також і поняття «автоматичне регулювання». Теорія, властивості і методи розрахунку САУ розглядаються в курсі «Теорія автоматичного керування».

Телемеханіка — область науки і техніки, що охоплює теорію і технічні засоби автоматичної передачі на відстань команд керування й інформації про стан об'єкта. Телемеханічні системи, що дозволяють об'єднати в один технологічний процес роботу великого числа машин і установок, розташованих одна від одної на значних відстанях, у залежності від призначення прийнято розділяти на системи телесигналізації, телевимірювання і телекерування.

Усі розглянуті вище поняття і системи автоматизації поєднуються в новий науково-технічний напрямок, що одержало назву технічної кібернетики.

Кібернетика — наука про цілеспрямоване керування складними системами, що розвиваються, і процесами, що вивчає загальні математичні закони керування об'єктами різної природи.

В залежності від ступеня автоматизації розрізняють ручне, автоматизоване і автоматичне керування. При ручному керуванні всі функції управління виконує людина-оператор; при автоматизованому – частину функцій виконує людина, а іншу частину – автоматичні пристрої; при автоматичному – всі функції керування виконують автоматичні пристрої.

У сучасній автоматиці системи керування розділяють на автоматизовані системи керування виробництвом (АСКВ), автоматизовані системи керування технологічними процесами (АСК ТП) і системи автоматичного керування технологічними процесами (САК ТП).

АСКВ — це людино-машинна система, що забезпечує автоматизований збір і обробку інформації, необхідної для оптимізації керування в різних сферах, головним чином в організаційно-економічній діяльності людини, наприклад, керування господарсько-плановою діяльністю галузі, підприємством, комплексом, територіальним регіоном, тобто керування системою сільськогосподарських підрозділів.

АСК ТП – це теж людино-машинна система, призначена для контролю режимів роботи, збору й обробки інформації про протікання технологічних процесів локальних виробництв. Звичайно АСК ТП охоплює окремі цехи, тваринницькі і птахівничі ферми, сховища, господарства. АСК ТП у сполученні з ЕОМ допомагає диспетчеру і керівнику підприємства оперативно знаходити рішення по оптимальному керуванню виробничим процесом, спираючи на показники окремих технологічних операцій.

САК ТП являє собою сукупність автоматичних керуючих пристроїв і керованого об'єкта, взаємодіючих один з одним без особистої участі людини.

Таким чином, САК ТП — чисто технічні пристрої, що безпосередньо виконують заданий алгоритм функціонування установок, що діють незалежно один від одного. Вони знаходяться на найнижчий сходинці ієрархічної градації систем керування, на середній сходинці знаходяться АСК ТП і на більш високій — АСКВ.

По ступеню автоматичного керування виробничими технологічними процесами розрізняють часткову, комплексну і повну автоматизацію.

Часткова автоматизація розповсюджується тільки на окремі виробничі операції або установки і не звільняє людину від участі в виробничому процесі, що суттєво полегшує його працю (прибирання гною).

Комплексна автоматизація технологічного процесу означає автоматичне виконання всього комплексу операції і установок по обробці матеріалів і їх транспортування по завчасно заданій програмі за допомогою різних автоматичних пристроїв, які об’єднані загальною системою управління. В цьому випадку функції людини зводяться до спостереження за ходом процесу, його аналізу і зміни режиму роботи автоматичних пристроїв з метою досягнення найкращих техніко-економічних показників (очищення зерна, кормоприготування).

Повна автоматизація покладає виконання функцій вибору і узгодження режимів роботи окремих машин і агрегатів як при нормальному режимі, так і в аварійних ситуаціях не на людину, а на спеціальні автоматичні пристрої. В цьому випадку всі основні і допоміжні установки можуть робити в автоматичному режимі протягом тривалого періоду без участі людини. За обслуговуючим персоналом залишаються функції періодичного огляду, профілактичного ремонту і перебудови всієї системи на новий режим роботи (система керування мікрокліматом).