Средства промышленной автоматизации

Вслед за развитием промышленности, технологий, технические средства автоматизации менялись исходя из условий, диктуемых прогрессом. Точнее, изначально автоматизации не было вообще, и все производственные операции выполнялись при непосредственном участии человека или под его контролем.В настоящее время системы автоматизации производства состоят из следующих общих структурных элементов: 

• Средства формирования, первичной обработки информации;
• Средства автоматического извлечения информации;
• Средства передачи информации.

К первой категории относятся средства, которые призваны наносить данные на носители информации. Первоначально для этих целей использовались перфокарты – тонкие листы картона, в которых, в зависимости от записанной информации, особым образом «пробивались» отверстия. В настоящее время этот способ практически не используется, так как более распространена запись на магнитные носители. Устройства, осуществляющие непосредственную запись информации на носители, составляют категорию регистраторов, которые фиксируют первичные данные, полученные на участках, в цехах и иных подразделениях производства.

Полученную информацию  извлекают датчики, которые относятся к группе первичных преобразователей. В зависимости от задач, которые призвана решать автоматизация на том или ином объекте, датчики могут контролировать совершенно разные параметры системы. Современные считывающие устройства способны контролировать более 300 физических, химических, других параметров; при этом даже этого числа бывает недостаточно для реализации некоторых новых инженерных проектов.

Средства передачи информации представляют из себя устройства, которые преобразуют полученные данные в сигналы, удобные для передачи по различным линиям связи. Кроме того, к этой категории средств относится оборудование телемеханики, коммутаторы, радиоаппаратура, аппаратура проводной связи и т.д. Устройства для передачи информации являются связующим звеном между различными уровнями системы автоматизации: они получают информацию от низшего уровня (датчики на объектах) и передают их данные на высший уровень (единая система управления производством).

Для дальнейшего использования полученных от датчиков сигналов в системах автоматизации используются функциональные преобразователи – устройства логической и математической обработки информации. На основе полученных данных, «мозговой центр» системы автоматизации (обычно им является контроллер) изменяет режимы работы оборудования.

Чтобы информация, с которой работает система автоматизации, была понятной человеку, в ней применяется устройства вывода информации (мониторы, шкалы, индикаторы и т.д.). Они показывают диспетчеру важнейшие параметры систем производства для более надежного контроля, оперативного вмешательства в работу в случае необходимости. С этой целью применяются устройства ввода, при помощи которых человек передает системе команды. Для хранения исходных, промежуточных, конечных данных используется единая база данных. Она позволяет работать с информацией на всех уровнях автоматизированной системы управления.

Что касается непосредственного воздействия на оборудование, но для изменения режимов его работы применяются электроприводы, двигатели и подобные механизмы. Они требуют подачи большого количества электроэнергии, поэтому в систему автоматизации входят также устройства выработки управляющих команд. Они преобразуют слабые сигналы от датчиков или контроллеров в более мощные, достаточные для работы электродвигателей.

Высокое качество выпускаемой продукции невозможно без применения систем автоматизированного управления технологическими процессами. Это обусловлено, во-первых, несколькими этапами, которые полуфабрикат проходит до того, как стать готовым изделием, а во-вторых, человеческим фактором. Человек может ошибаться в анализе показаний приборов. Использование автоматики исключает вероятность пропуска брака: при получении сигнала об отклонении производственного процесса от заданных параметров, автоматика самостоятельно найдет причину этих отклонений, подаст команды на их устранение. Особенно важны автоматизированные системы управления на производстве радиоэлектронной и компьютерной техники, так как эта продукция достаточно массовая и при этом требует контроля большого количества параметров во время изготовления. Еще одна сфера применения автоматики – проведение приемо-сдаточных испытаний. Этот этап не менее важен, чем сам процесс изготовления продукции, так как он является конечным пунктом производства перед отправкой изделий заказчикам. Подавляющее большинство стендов для функционального тестирования, а также климатические камеры, вибростенды и другое испытательное оборудование, выполняются с применением средств автоматизации. Автоматика обеспечивает высокую повторяемость процессов тестирования, проводит испытания с высоким качеством.

Для прямого воздействия на технологический процесс в системах автоматизации используются устройства, которые объединены в большую категорию под именем исполнительных устройств. К ним относятся измерительные механизмы (гидравлические, пневматические или электрические), пусковая аппаратура, электроприводы. Необходимым условием работы исполнительных устройств является минимальное воздействие на технологический процесс. Они не должны отбирать энергию у потребителей и снижать КПД оборудования. Наглядным примером является регулирование скорости потока воздуха или жидкости в трубах. Раньше для этого использовали дроссельные заслонки, которые создавали сопротивление и вынуждали работать насосы или вентиляторы с одинаковой энергозатратами, но с меньшей эффективностью. В настоящее время скорость потоков, как правило, регулируется изменением количества оборотов электродвигателей. Такой метод позволяет снизить нагрузку на насосы и вентиляторы в тех случаях, когда не требуется большой поток жидкости или воздуха соответственно. Помимо этого, системы автоматизации помогают эффективно распределять нагрузку между оборудованием, подключать резервные линии питания, защищать оборудование от перегрузок и коротких замыканий, выполнять другие функции по повышению эффективности, безопасности производства.

Поскольку системы автоматизации применяются во всех отраслях промышленности, номенклатура их оборудования может быть бесконечной. Чтобы этого не произошло, были разработаны унифицированные протоколы передачи информации, некоторые типовые агрегаты, что позволило проектировать системы автоматизации под разные задачи на одной и той же базе. Современные предприятия используют пневматические, гидравлические, электрические механизмы для решения задач автоматизации. Особенной популярностью пользуются электрические устройства, так как они универсальны и могут выполнять самые различные функции.