УДК 630*3:658.011.56(075.8)

Петровский В. С, Харитонов В. В. Автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий.— ,Учебник для вузов. М.: Лесная промышленность, 1990. — 472 с. ISBN 5—7120—0315—5

Изложен фактический уровень и перспективы автоматизации лесопромышленного производства, средства и системы автоматики, автоматизация основных процессов и агрегатов. Рассмотрены современные элементы аналоговой и цифровой автоматики, микропроцессоры и микроЭВМ. Отражены автоматическое регулирование и управление на основе использования непрерывных аналоговых и релейных регуляторов, микроЭВМ, ЧПУ и робототехники, вопросы автоматизации лесопромышленных предприятий по отдельным технологиям.

Для студентов лесотехнических вузов.

Табл. 21. Ил. 222. Библиогр.: 12 назв.

Рецензенты: кафедра автоматизации производственных процессов Белорусского технологического института; зав. сектором средств автоматизации ЦНИИМЭ Е. П. Мазалов

2902010000—014

037(01)—90 ⁷⁴~⁹⁰

ISBN 5—7120—0315—5

© Издательство «Лесная промышленность», 1990

ПРЕДИСЛОВИЕ

Автоматизация производства — одно из решающих направлений технического прогресса народного хозяйства. В лесной, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей промышленности используются разнообразные системы автоматики, начиная от сравнительно простых аналоговых и кончая специальными цифровыми системами автоматики, позволяющими освободить человека от непосредственного участия в технологических процессах.

Прогрессивные технологии на современной базе автоматизации обеспечивают повышение производительности труда, увеличение выпуска, улучшение качества, удешевление различных видов лесной продукции, а также сопровождаются ощутимым технико-экономическим и социальным эффектом.

Решения XXVII съезда КПСС определяют ускоренный рост выпуска и встраивания в технологическое оборудование средств автоматики, микропроцессоров, микроЭВМ во всех отраслях промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, в сфере обслуживания и подъема уровня автоматизации производства в 2 раза.

Внедрение систем автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП), гибких автоматизированных производств (ГАП) различных видов лесопродукции дает возможность существенно повысить эффективность, глубину оптимизации переработки древесины и получить увеличение выхода лесной продукции с 1 га лесного фонда. Концентрация переработки хлыстов, круглых лесоматериалов на нижних складах леспромхозов, лесоперевалочных базах, биржах сырья лесопильно-деревообрабатывающих, целлюлозно-бумажных предприятий дает возможность эффективно автоматизировать процессы обработки древесины.

В учебнике применительно для отрасли рассмотрены элементы, системы аналоговой и цифровой автоматики, автоматическое регулирование и управление, примеры автоматизации производственных процессов лесопромышленных предприятий.

Предисловие, введение, главы 1, 4, 6, 7, 8, 9, 11, § 14.10 написаны В. С. Петровским. В. В. Харитоновым написаны главы 2, 3, 5, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

Приступая к изучению курса «Автоматизация производственных процессов лесопромышленных предприятий», студенты имеют достаточно прочные знания основ высшей математики, физики, вычислительной техники и программирования, электротехники и электроники, механики и гидравлики, деталей машин и теплотехники, основ технологии и оборудования лесозаготовок.

Эти знания помогут читателю уверенно изучить, глубоко понять и по достоинству оценить средства, системы автоматизации лесопромышленного производства.

Уместно отметить, что при рассмотрении отдельных элементов и систем автоматики следует анализировать материал текста, математических выражений, графиков, схем, рисунков. Это даст возможность студентам получить цельное представление о непростых вопросах автоматизации.

Для получения устойчивых знаний и последующей сдачи экзаменов на высокую оценку следует поступить так.

Внимательно прочитать соответствующий параграф и мысленно пересказать его содержание, по памяти написать формулы, несложные схемы, графики. Тем самым вы включите в работу все виды памяти и почувствуете уверенность в своих знаниях.

Понятно, что сложные схемы устройств и систем автоматики бессмысленно запоминать. Авторы надеются, что преподаватели вузов обеспечат студентов подготовленным материалом по сложным схемам автоматики. Если это сделать не удастся, то сложные схемы, очевидно, целесообразно объяснять по учебнику с прикрытым текстом описания схем. Для усвоения материала курса полезными будут ответы читателей на вопросы после каждой главы.

Многие вузы лесотехнического профиля 2 раза в семестр проводят учет текущей успеваемости студентов по соответствующим разделам лекций, лабораторных занятий, по темам самостоятельного изучения материала курса. Успешные занятия и сдача коллоквиумов, в том числе по схемам, подготовленным преподавателями, или по схемам учебника, помогут студентам получить высокие знания и удовлетворение от изучения такой в общем-то сложной дисциплины, как автоматизация.

Учебник состоит из трех разделов.

В первом разделе рассмотрены аналоговые и цифровые элементы автоматических систем, которые используются или пер-

4

спективны для автоматизации лесопромышленного производства. В частности, представление учебного материала по узлам цифровой автоматики, микропроцессоров и микроЭВМ отражает современную и перспективную элементную базу автоматики.

Второй раздел посвящен изучению теории, техники автоматического регулирования и управления. Здесь студенты ознакомятся с линейными, релейными и числовыми системами управления агрегатами, процессами отрасли. Включение в этот раздел систем управления роботами лесопромышленного производства, представляется своевременным.

В третьем разделе изложены основные вопросы автоматизации лесопромышленных процессов. Читатель ознакомится с конкретными системами автоматизации оборудования лесозаготовок и перспективами автоматизации лесопромышленных предприятий.

При изучении этого курса студент выполняет курсовую работу. Учебник дает значительную часть материала при выполнении курсовой работы и для создания соответствующего методического пособия.

После успешной сдачи курсовой работы, зачета, экзамена студенты в дальнейшем могут свои знания в области автоматизации использовать и в дипломном проектировании.

ВВЕДЕНИЕ

Бурный рост выпуска микроэлектроники, средств цифровой автоматики создает условия совершенствования, повышения эффективности автоматизации машин, агрегатов в лесной промышленности.

Оборудование и технология, механизация и автоматизация лесопромышленного производства непрерывно развиваются, совершенствуются, что обеспечивает повышение производительности и эффективности лесозаготовок. Созданные ЦНИИМЭ, ВНИИстройдормаш и другими институтами системы машин для лесосечных, транспортных, лесоскладских работ дали возможность предприятиям машиностроения организовать серийное производство различного лесозаготовительного оборудования, имеющего разнообразные системы автоматики. В частности, лесосечные машины имеют системы гидропривода и гидроавтоматики; автоматизированные установки первичной обработки древесины ЛО-15С, ЛО-68, ЛО-105 и др. оснащены системами электро- и гидроавтоматики.

Оборудование нижних складов для разгрузки лесовозного транспорта, обрезки сучьев, раскряжевки хлыстов, сортировки, штабелевки и погрузки бревен, для производства колотых балансов, технологической щепы, шпал, тары, пиломатериалов оснащается электроприводом, гидроприводом и системами автоматики для дистанционного управления, контроля, регулирования, сигнализации, блокировки. Однако многие машины, агрегаты оснащены устаревшими аналоговыми системами автоматики, которые не дают возможности создавать комплексно-автоматизированные производства различной лесопродукции. Встраивание микропроцессоров, микроЭВМ. в управление лесопромышленным оборудованием, технологиями обеспечивает повышение производительности труда, экономической эффективности производства на предприятиях отрасли.

Раздел 1

ЭЛЕМЕНТЫ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Глава 1

КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОМАТИКИ

1.1. Основные понятия, определения автоматики и автоматизации производственных процессов

Автомат — это устройство, выполняющее некоторый процесс без непосредственного участия человека. До недавнего времени автоматы строили, чтобы заменить человека при выполнении физического труда. В 40—50-х годах XX века появились различного рода автоматические вычислительные машины и другие кибернетические устройства, выполняющие определенные виды умственного труда.

Автоматика — это область теоретических и прикладных знаний об автоматически действующих устройствах и системах. Физически автоматика представляет собой совокупность механизмов и устройств, действующих автоматически.

В зависимости от функций, выполняемых автоматическими устройствами, различают следующие основные виды систем автоматики: автоматический контроль, автоматическая защита, автоматическое регулирование и управление.

Автоматический контроль включает в себя автоматическое измерение, сбор информации, сигнализацию. Автоматическая сигнализация предназначена для оповещания обслуживающего персонала о нормальных, предельных или аварийных значениях контролируемых параметров, о месте и характере нарушений технологического процесса. В качестве сигнальных устройств используются лампы, звонки, сирены, специальные указатели мнемосхем.

Автоматическое измерение служит для измерения и передачи на указательные, регистрирующие приборы физических величин, характеризующих технологический процесс, или параметров оборудования. Обслуживающий персонал по показаниям приборов определяет качество технологического процесса или режим работы агрегатов.

Автоматический сбор информации реализуется различными информационно-измерительными устройствами и предназначен

7

для получения информации о ходе технологического процесса, о качестве и количестве выпускаемой продукции и для дальнейшей обработки, хранения и выдачи информации обслуживающему персоналу или ЭВМ.

Автоматическая защита состоит из технических средств, которые при возникновении ненормальных и аварийных режимов либо прекращают контролируемый процесс, либо автоматически устраняют ненормальные режимы. Автоматическая защита тесно связана с автоматическим управлением и сигнализацией. Она воздействует на управляющие устройства и оповещает персонал об осуществленной операции. Широко применяется релейная защита электроустановок, например защита электропривода агрегатов от длительных перегрузок, от токов короткого замыкания. Автоматическая защита включает в себя также автоблокировку. Устройства автоблокировки в основном предназначены для предотвращения неправильных включений и отключений, а также ошибочных действий обслуживающего персонала. Автоблокировки предупреждают возможные повреждения, аварии.

Дистанционное управление включает в себя методы и устройства управления машинами, агрегатами на расстоянии. Команды на управление подаются обслуживающим персоналом по электрическим соединительным проводам при помощи кнопок, ключей и другой командной аппаратуры.

Автоматическое управление включает в себя комплекс технических средств и методов по управлению объектами без участия обслуживающего персонала: пуск и остановку основных агрегатов, включение и выключение вспомогательных устройств, обеспечение безаварийной работы, воздействие на регулирующие органы объектов, соблюдение необходимых значений параметров технологического процесса в соответствии с требованиями оптимизации и т. д.

Сочетание комплекса технических средств с объектом управления принято называть автоматической системой управления (АСУ).

Разновидностью, частью АСУ является автоматическое регулирование, под которым понимают процесс автоматического поддержания какого-либо параметра на заданном уровне или изменение его по определенному закону. Автоматическое регулирование осуществляется специальным устройством, которое получило название автоматического регулятора. Регулятор измеряет регулируемую величину и при ее отклонении от заданного значения воздействует на объект и устраняет отклонение путем изменения притока вещества или энергии.

Автоматическая система, состоящая из регулятора и объекта управления, называется автоматической системой регулирования (АСР). В общее понятие автоматического управления

составной частью входит также и понятие автоматического регулирования.

По степени автоматизации производственных процессов различают частичную, комплексную и полную автоматизацию.

Частичная автоматизация предполагает автоматизацию только отдельных операций или агрегатов. Она существенно облегчает труд человека.

Комплексная автоматизация означает автоматическое выполнение всего комплекса операций агрегатов по обработке материалов и их транспортировке по заранее заданным программам при помощи различных автоматических устройств, объединенных общей системой управления. В этом случае функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса, его анализу и изменению режима работы автоматических устройств с целью достижения наилучших технико-экономических показателей.

Полная автоматизация в отличие от комплексной возлагает выполнение функций выбора и согласования режимов работы отдельных машин и агрегатов как при нормальном режиме, так и в аварийных ситуациях не на человека, а на специальные автоматические устройства. Причем все основные и вспомогательные установки способны работать в автоматическом режиме длительное время без непосредственного участия человека. За обслуживающим персоналом остаются функции периодического осмотра, профилактического ремонта и перестройки всей системы на новые режимы работы.

К основным понятиям автоматического управления относят прежде всего общее понятие управления, понятия составных частей автоматической системы управления, алгоритма, различных воздействий и др.

Под управлением понимается процесс осуществления совокупности воздействий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого параметра в соответствии с заданным алгоритмом функционирования.

Алгоритм — это предписание, которое определяет содержание и последовательность операций, переводящих исходные данные в искомый результат.

Алгоритм функционирования представляет собой совокупность предписаний, необходимых для правильного выполнения технологического процесса в каком-либо устройстве или совокупности устройств.

Управляемым объектом называют устройство, которое непосредственно осуществляет технологический процесс, нуждающийся в оказании специально огранизованных воздействий извне для выполнения его алгоритмов.

Автоматическое управляющее устройство осуществляет воздействие на управляемый объект в соответствии с алгоритмом управления.

Точка автоматической системы или устройства, к которой приложено рассматриваемое воздействие, называется входом, а та точка, в которой наблюдается эффект, вызванный рассматриваемым воздействием,— выходом. Соответственно и воздействия разделяют на входные и выходные.

Возмущающим считают воздействие, которое ухудшает или нарушает работу системы автоматического управления.

Автоматическое регулирование, управление объектом осуществляется в соответствии с заданным характером изменения задающего или управляющего воздействия при устранении влияния возмущающих воздействий.

Состав автоматических систем. Автоматические системы состоят обычно из объектов контроля, управления и различных элементов автоматики. Основными элементами автоматики являются воспринимающие устройства (датчики), усилители, запоминающие, логические и преобразовательные устройства, реле, управляющие устройства от простейших кнопок дистанционного управления до управляющих ЭВМ, исполнительные механизмы и регулирующие органы непосредственного воздействия на объект.

Промышленный робот — автоматическая машина в виде совокупности манипулятора и перепрограммируемого устройства управления для выполнения в производственном процессе двигательных и управляющих функций, заменяющих аналогичные функции человека.

ЧПУ — числовое программное управление обеспечивает управление движением рабочих органов механизмов, станков, агрегатов и скоростью их перемещения, а также последовательностью цикла обработки, режимами резания материалов, различными вспомогательными функциями.

Системы телемеханики отличаются от систем автоматики тем, что между объектом контроля, управления и контролирующим устройством имеется значительное расстояние, для преодоления которого используются средства телемеханики. Средства телемеханики включают в себя передающие, принимающие устройства и каналы (линии) связи. Телеуправление применяют в комплексе с телеизмерением и телесигнализацией показателей процесса. В качестве каналов связи используется проводная или радиосвязь.

АСУТП— автоматизированные системы управления технологическими процессами, включающие в себя измерительно-преобразовательную, исполнительную аппаратуру и управляющую ЭВМ, служащую для поиска, вычисления требуемых управляющих воздействий, обеспечивающих оптимальные условия протекания технологии. Оптимальное управление процессами, агрегатами в АСУТП осуществляется с определенным участием операторов и частично автоматически.

10

АСУП — автоматизированные системы управления предприятием. Это организационно-экономические системы управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия, органически включающие в себя интегрированные обработки данных системы, главной целью которых является автоматизация информационных процессов на предприятии и усовершенствование формы организации управления.