книги из ГПНТБ / Ретман А.А. Автоматика и автоматизация портовых перегрузочных работ учебник

А. А. Ретман, В. С. Шиф

АВТОМАТИКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОРТОВЫХ

ПЕРЕГРУЗОЧНЫХ

РАБОТ

е

Утверждено Управлением учебных заведений Министерства морского флота

в качестве учебника для учащихся механизаторской специальности мореходных училищ

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1974

Посвящается 75-летию ос­ нования Одесского мореход­ ного училища

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация в настоящее время является основой техниче­ ского прогресса. Поэтому степень автоматизации во многом оп­ ределяет уровень развития не только той или иной отрасли про­ изводства, но и страны в целом.

Значение автоматизации производственных процессов очень велико. Во-первых, автоматизация дает возможность резко повы­ сить производительность труда. При автоматизации портовых перегрузочных работ резко повышается их интенсивность, сокра­ щается стояночное время судов и других видов транспорта под погрузкой и разгрузкой.

Во-вторых, автоматизация стирает грань между умственным и физическим трудом, облегчает последний. По мере автомати­ зации производства основной фигурой производственного процес­ са становится наладчик, труд которого по характеру все более приближается к инженерно-техническому.

В-третьих, автоматизация позволяет использовать перегрузоч­ ное оборудование в оптимальном режиме, при котором улучшает­ ся качество технической эксплуатации, обеспечивается высокая надежность и техническая безопасность работы перегрузочных машин.

В-четвертых, внедрение средств автоматизации позволяет сни­ зить себестоимость перегрузочных работ, улучшает качество пе­

м а т и к а — это наука об общих принципах расчёта и конструиро­ вания автоматических устройств и систем в целом, которые выполняют свои функции без непосредственного участия человека. А в т о м а т и з а ц и я — это наука о рациональном применении автоматических устройств и систем в различных областях народ­ ного хозяйства: в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в связи, торговле и т. д.

В современной литературе не всегда четко разграничиваются понятия «автоматизация» и «механизация». Если рассматривать эти понятия применительно к перегрузочным работам, то меха­ низированным является такой процесс, где мускульная сила че­ ловека заменена машинами. Автоматизация является высшей

3

ступенью механизации, когда различные машины, механизмы и устройства не только заменяют ручной труд, но и берут на себя функции контроля, регулирования, управления и выполнения пе­ регрузочного процесса или его элемента. Автоматизированные процессы выполняются без участия человека.

Рассмотрим историю становления автоматики как науки.

В конце XVIII — начале XIX вв. резко повысилась производи­ тельность трудового процесса и изменилась роль человека в про­ изводственном цикле, он стал управлять машиной и обслуживать ее. Однако, управляя машиной, человек не всегда в состоянии обеспечить оптимальные показатели управления и высокую про­ изводительность из-за ограниченности своих физических и пси­ хических возможностей. Поэтому во всех случаях, когда предел развития или использования машин, а также качество вы­ полняемой ими работы обусловлены возможностями человека, автоматизация становится наиболее эффективным способом даль­ нейшего развития и совершенствования производства.

Еще задолго до возникновения машинного производства были известны устройства, которые действовали без участия человека. История развития техники богата примерами конструирования всякого рода автоматических устройств. Так, во II в. до н. э. в книге выдающегося греческого ученого и инженера Герона Алек­ сандрийского «Пневматика» описаны автоматические устройства «чудес» Александрийского храма, в конструировании которых он принимал участие. В средние века было создано немало автома­ тических устройств, которые выполняли однообразную или труд­ ную работу.

В конце XVII и в первой половине XVIII в. в России был со­ здан ряд механизмов и устройств с элементами автоматики. К таким механизмам относится «самодействующая пильная мель­ ница» братьев Федора и Осипа Бажениных, часы механика Те­ рентия Волоскова (1729—1806), которые производили астрономи­ ческие вычисления. Выдающийся русский изобретатель и меха­ ник И. П. Кулибин (1735—1816) создал не только знаменитые часы с" автоматами, но и самоходное судно, самоходную коляску, оптический телеграф.

Гениальный русский ученый М. В. Ломоносов (-1711—1765) известен в истории автоматики тем, что разработал принципы автоматической сигнализации о состоянии контролируемого объ­ екта и принципы непрерывной автоматической записи показаний ряда приборов, в том числе изобретением в 1759 г. самопишущего компаса.

До развития машинного производства различные автоматиче­ ские устройства не внедрялись в производственный процесс. Проб­ лема автоматизации выступает в форме реальной технической потребности лишь в середине XX века, когда развитие крупной машинной индустрии достигло высшей ступени.

Создание первой паровой машины в 1763 г. русским механи­ ком И. И. Ползуновым (1728—1766) отмечено также изобрете­

4

автоматический регулятор частоты вращения паровой машины. Принцип работы этих регуляторов находит широкое применение и в настоящее время. Он называется принципом автоматического регулирования по отклонению Ползунова—Уатта. В этот же пе­ риод формируется и принцип Понселе — принцип автоматического регулирования по нагрузке (по возмущению).

Большой вклад в создание и развитие средств автоматизации внесли известные русские инженеры и ученые, такие, как Б. С. Якоби (1801 —1874), который в 1842—1845 гг. изобрел им­ пульсное устройство автоматического управления. Это устройство было усовершенствовано в 1848 г. К. И. Константиновым (1817— 1871); оно явилось прототипом современного шагового электро­ магнитного привода. С именем К. И. Константинова связана одна из первых попыток создания комплексно-автоматизированной производственной установки, где посредством механических и гид­ равлических устройств осуществлялось управление гидравличе­ ским прессом.

В 1869 г. В. Н. Чиколев (1845—1898) предложил дифферен­ циальный регулятор для дуговых ламп, а в 1874 г. им был изо­ бретен электромашинный усилитель, который нашел широкое применение в электромашинной автоматике, в частности в систе­ ме генератор— двигатель. А. П. Давыдов (1826— 1904) сделал попытку комплексной автоматизации управления электрическими устройствами уже не одного объекта, а целой системы.

Развитию телемеханических устройств в большой мере содей­

ми. Телеуправление различными объектами в 1905 г. было пред­ ложено А. А. Холодковским, а в 1908 г. — Ф. С. Матеркиным. В 1914 г. Э. Д. Ульяниным была продемонстрирована установка для телеуправления трехколесной тележкой.

В опубликованной в 1876 г. статье «О регуляторах прямого дей­ ствия» И. А. Вышнеградский дал основы теории регулирования паровых машин. Машину и регулятор он рассматривал как единую динамическую систему, что позволило установить общие методы, которые используются и в настоящее время.

Большой вклад в теорию автоматического регулирования внес словацкий ученый Аурело Стодола (1859—1942). Он распростра­ нил методы И. А. Вышнеградского на системы непрямого регули­ рования и создал теорию инерционного регулятора.

5

русский ученый Н. Е. Жуковский (1847—1921) был автором пер­ вого учебника «Теория регулирования хода машин», изданного в

1909 г.

Известны работы американского ученого Найквиста, который в 1932 г. предложил частотный критерий устойчивой работы элек­ тронных усилителей. Этот критерий применительно к теории ре­ гулирования был обобщен и развит в работах советского ученого А. В. Михайлова (1936 г.).

Еще в предвоенные годы большое внимание уделялось изуче­ нию вопросов устойчивости автоматических систем. В 1945 г. Я. 3. Цыпкин и И. К. Вознесенский предложили методы анализа качества автоматического регулирования по степени устойчиво­ сти. В. В. Солодовников в 1949 г. предложил метод оценки каче­ ства регулирования по частотным характеристикам и разработал метод построения переходных процессов с помощью трапецеи­ дальных характеристик. Все эти исследования, были вызваны бы­ стрым развитием промышленности и транспорта: появились не­ прерывные поточные линии, увеличивались скорости протекания процессов и перехода от одного процесса к другому, усиливались связи между отдельными процессами в общем производственном или транспортном потоке.

Вразработке теории автоматического управления ведущее место и в настоящее время принадлежит советским ученым. . Ком­ мунистическая партия и Советское правительство уделяют боль­ шое внимание внедрению автоматизации и телемеханики в на­ родное хозяйство.

ВДирективах XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану раз­ вития народного хозяйства СССР па 1971—1975 годы предусмат­ ривается «разработать новые конструкции и организовать произ­ водство подъемно-транспортных комплексов машин и механизмов

сдистанционным и автоматическим управлением, а также машин

цикличного действия для автоматизированных конвейерных транс­

портных линий»1. Там же ставится задача «развивать пропуск­ ную способность морских портов, создать в них специализиро­ ванные высокомеханизированные перегрузочные комплексы для погрузки и выгрузки контейнеров, навалочных и лесных грузов»12. Одним из условий выполнения тех больших задач, которые по­ ставлены перед советским морским транспортом в девятой пяти­ летке, является широкая автоматизация портовых перегрузочных работ.

1 Директивы XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народ­ ного хозяйства СССР на 197!—1975 годы. М., Издательство политической ли­ тературы, 1971. стр. 26.

2 Там же, стр. 42.

6

Ч а с т ь п е р в а я

ОСНОВЫ АВТОМАТИКИ

ГЛАВА I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

§1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Ав т о м а т и к а является составной частью технической ки­ бернетики — науки об управлении и связях в различных устрой­ ствах, изучающей общие закономерности сложных динамических систем управления технологическими и производственными про­

ществляют производственный процесс и нуждаются в специально

С этой целью управляющее устройство воздействует на управ­ ляемый объект в соответствии с заданной программой, называе­

значение управляемой величины, либо изменяет ее по некоторому

1 Оптимальный — наилучший, наиболее благоприятный, наиболее соответст­ вующий.

7

закону. Закон изменения управляемой величины может быть за­

р о в а н и я .

На рис. 1 представлена достаточно универсальная блок-схема сложной системы автоматического управления производственными процессами. Эта система может обеспечивать оптимальное управ­ ление работой объекта вне зависимости от внешних воздействий на него и без участия человека.

Управляющие сигналы

Рис. 1. Блок-схема автоматического управления:

Работа оператора сводится к тому, что через устройство вво­ да информации Увх он передает в запоминающее устройство ЗУ всю информацию, необходимую для работы управляемого объек­ та О. К такой информации относятся: показатели нормального режима работы А объекта, программа управления (алгоритм) его работой, программа вывода контрольной информации.

В процессе работы информация о действительном режиме ра­ боты В объекта управления поступает от контролирующих уст­ ройств по каналу обратной связи в устройство сравнения УС, ку­ да из запоминающего устройства ЗУ поступают также программа контроля и показатели нормального режима работы. В зависимо­ сти от программы контроля осуществляется непрерывное или пе­ риодическое сравнение информации В и информации А, а резуль­ таты сравнения поступают в счетно-решающее устройство СРУ. В это же устройство из ЗУ поступает алгоритм управления. Счет­ но-решающее устройство в результате сопоставления и анализа

8

полученной информации вырабатывает оптимальное решение, ко­ торое в виде управляющих сигналов поступает на управляемый объект О, изменяя режим его работы.

Устройство вывода информации УВых также в соответствии с программой вывода непрерывно или периодически обеспечивает передачу информации о состоянии объекта ОУ, отклонениях от нормального режима и о принятых мерах оператору.

Если считать процесс ввода оператором всей необходимой ин­ формации в управляющее устройство управляющим воздействи­ ем, то получение им информации может быть воспринято как обратная связь, с помощью которой оператор осуществляет конт­ роль за работой системы и необходимую наладку. Система, име­ ющая обратную связь, называется з а м к н у т о й .

Понятие «автоматическое управление» может иметь более уз­ кую трактовку. В этом случае имеются в виду методы и средства автоматизации переключений в линиях пневматических, гидрав­ лических и электрических приводов, а также переключений, с помощью которых осуществляются операции пуска, разгона, регу­ лирования скорости, торможения, реверсирования и синхрониза­

Внастоящее время автоматизация производственных процес­ сов в различных отраслях народного хозяйства достигла разных уровней: от автоматической сигнализации до самонастраиваю­ щихся систем. Автоматические устройства могут выполнять раз­ личные функции: автоматическую сигнализацию и контроль, ав­ томатическую блокировку и защиту, автоматический пуск и раз­ гон, регулирование скорости, торможение и остановку двигателей, автоматическое поддерживание определенного ■режима, програм­ мное управление.

Всистемах автоматики, как это показано на рис. 1, применя­ ются различные автоматические устройства; несмотря на это, в любой системе можно выделить характерные общие составные

части — элементы. Э л е м е н т о м называется часть автоматиче­ ской системы, выполняющей определенные самостоятельные функ­ ции. К таким элементам относятся чувствительные, промежуточ­ ные и исполнительные элементы.'В свою очередь промежуточные элементы могут быть усилительными, преобразовательными, вы­ числительными и др.

Из различных сочетаний элементов строится любая система автоматики, подобно тому как из стандартных узлов можно смон­

их работы. Графически каждый элемент в функциональной схеме изображается прямоугольником, а существующие между ними связи — стрелками, направление которых соответствует направле­ нию прохождения сигнала. Только сравнительный орган принято

9