4 Характеристика производственных процессов как объектов автоматизации

Для определения принципов построения системы, разработки новых принципов, структур и технических средств, удовлетворяющих техническому заданию, выполняется инженерный анализ.

Инженерный анализ начинается с характеристики производственного процесса как объекта автоматизации. Значительное место в инженерном анализе занимают моделирование производственных процессов и оптимизация их систем управления.

Производственные процессы рассматривают как последовательную смену состояний технологических операций во времени, определяемую входными и выходными переменными.

Для химико-технологических процессов входными переменными (факторами) являются физические параметры входных потоков сырья или исходных продуктов, а также параметры различных физико-химических воздействий окружающей среды (температура, давление, влажность и т. п.). Выходными переменными служат физические параметры химических продуктов. Эти параметры подразделяются на параметры состояния (массовый расход, концентрация компонентов, температура и т. д.) и параметры свойств потоков (теплоемкость, плотность, вязкость и т. п.).

Различают также конструкционные параметры, определяемые технологическим оборудованием (машины, аппараты), и технологические параметры (температура, влажность, условия перемещения потоков компонентов), которые влияют на скорость технологических процессов, выход и качество готовых продуктов.

Важное значение для производственного процесса, как объекта автоматизации, имеют текущие величины технико-экономических показателей – удельные расходы сырья и энергии на единицу продукции, себестоимость получаемого продукта и др.

Возмущающими воздействиями для производственного процесса служат: неуправляемые нарушения технологического режима (изменение расхода, состава или энергетического состояния исходных материалов, отказы оборудования, изменение его характеристик и т. д.); оперативные воздействия на изменение условий работы (изменения нагрузки), которые характеризуются контролируемыми возмущениями

Исследование производственных процессов как объектов автоматизации связывают с задачами анализа и синтеза. Задача анализа связана с изучением свойств и эффективности функционирования производственного процесса в зависимости от структуры технологических связей, от значений конструкционных и технологических параметров. Цель анализа состоит в том, чтобы математически связать характеристики состояния производственного процесса (значения выходных переменных) с параметрами и характеристиками состояния его элементов в зависимости от структуры технологических связей между элементами производственного процесса.

Задача синтеза связана с выбором структуры и параметров производственного процесса в зависимости от требуемых свойств процесса и показателей его эффективности (максимальная производительность, степень превращения сырья в готовый продукт, наилучшее качество продукта при заданной производительности, минимум времени окупаемости капитальных затрат, минимум себестоимости получаемого продукта).

Для управления объектами, параметры которых и действующие возмущения практически не изменяются в процессе работы или их изменения заранее известны, применяются автоматические системы с неизменяемыми характеристиками и алгоритмом управления (системы стабилизации и программного управления). Если характеристики объектов управления неизвестны или трудно определить, и действующие возмущения изменяются существенно и заранее неизвестным образом, то для управления проектируются адаптивные системы, алгоритм управления которых автоматически изменяется целенаправленным образом. Если в системах изменяются только параметры управляющего устройства без изменения его структуры, то такие системы относятся к классу самонастраивающихся (экстремальные автоматические системы). Если целенаправленно изменяются параметры и структура управляющего устройства, то системы относятся к классу самоорганизующихся (системы управления переменной структуры). При изменении параметров, структуры и алгоритма управления, системы относятся к классу самообучающихся (замкнутые дискретные системы, реализующие сложный многошаговый процесс с использованием управляющей ЭВМ).

Решения по комплексному автоматизированному управлению технологическими процессами зависят от свойств объекта управления и функций, реализуемых управляющей частью системы.

Существенным классификационным признаком технологического процесса как объекта управления является число контролируемых и управляемых параметров в соответствии со степенью сложности производственного процесса.