Учебник для прикладного бакалавриата 2е издание, исправленное и дополненное
 Скачать 346.13 Kb.
|
|
Раздел 9. АВТОМАТИЗАЦИЯ УСТАНОВОК ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ОБЛУЧЕНИЯ И ОБОГРЕВА Глава 9.1. Автоматизация установок облучения растений .......... 339 Технологические основы облучения растений в парниках и теплицах .....339 Агротехнические нормы облучения рассады растений ..............................341 Автоматизация облучательных установок ..................................................346 Глава 9.2. Автоматизация установок ультрафиолетового облучения ..........................................................................................347 Биологические основы ультрафиолетового облучения в животноводстве и птицеводстве ........................................................347 Автоматическое управление ультрафиолетовым облучением ...................349 Глава 9.3. Автоматизация установок инфракрасного обогрева ... 352 Технологические основы инфракрасного обогрева ....................................352 Автоматическое управление инфракрасным обогревом ............................355 Особенности эксплуатации облучательных установок ..............................357 Контрольные вопросы и задания к разделу 9 ..............................................359 Раздел 10. АВТОМАТИЗАЦИЯ РЕМОНТА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ТЕХНИКИ Глава 10.1. Автоматизация технологических процессов диагностики, мойки, разборки и сборки агрегатов ...................... 363 Технологические основы диагностики сельскохозяйственной техники ....363 Автоматизация технологических процессов мойки, разборки и сборки агрегатов .................................................................................367 Автоматическое управление тельфером .....................................................368 Глава 10.2. Автоматизация процессов восстановления деталей ... 370 Основы восстановления изношенных деталей ...........................................370 Автоматизация процессов восстановления деталей при ремонте .............371 Глава 10.3. Автоматизация обкатки автотракторных двигателей ... 375 Режимы обкатки автотракторных двигателей ............................................375 Автоматизация обкаточных стендов ...........................................................375 Контрольные вопросы к разделу 10 .............................................................377 Перечень лабораторных работ .......................................................379 Литература ....................................................................................... 384 Новые издания по дисциплине «Автоматизация технологических процессов» и смежным дисциплинам .............. 385 Принятые сокращения и обозначения САУ — система автоматического управления САР — система автоматического регулирования ОУ — объект управления ОА — объект автоматизации УУ — управляющее устройство ВЭ — воспринимающий элемент; ВО — воспринимающий орган ПЭ — преобразующий элемент РЭ — регулирующий элемент; РО — регулирующий орган ОС — обратная связь Р — регулятор ТП — технологический процесс АСУ ТП — автоматизированная система управления технологиче- ским процессом АСУП — автоматизированная система управления производством П-, И-, Д-закон — соответственно пропорциональный, интеграль- ный, дифференциальный закон управления (регулирования) у — управляемая (регулируемая, выходная) величина и — управляющее (регулирующее) воздействие g — задающее воздействие f — возмущающее воздействие х — ошибка управления (сигнал рассогласования; отклонение управ- ляемой величины) АЧХ, ФЧХ и АФЧХ — амплитудно-частотная, фазочастотная и ампли- тудно-фазочастотная характеристика h (t)— переходный процесс управления w (t)— весовая функция W (р) — передаточная функция звена или системы в операторной форме (р) — передаточная функция по ошибке 11 Предисловие Автоматизация технологических процессов (АПК) базируется на основе комплексной механизации и электрификации отдельных технологических операций с целью полной или частичной замены оператора специальными техническими средствами контроля и управ- ления. В научных лабораториях мира непрерывно ведется кропотливая исследовательская работа по созданию приборов и систем для повы- шения производительности технологических процессов, повышения качества продукции, снижению отрицательного воздействия на окру- жающую среду и улучшению условий труда. При этом особый упор делается на разработку роботизированных устройств, реализующих гибкие законы управления с помощью микропроцессорных средств. Вместе с тем наряду с постепенным внедрением передовых технических достижений в практике отечественного сельскохозяйственного произ- водства остаются востребованными релейно-контактные управляющие устройства. Такие устройства серийно выпускаются рядом промышлен- ных предприятий и хорошо себя зарекомендовали благодаря высокой надежности, неприхотливости и простоте эксплуатации. Именно поэ- тому в настоящее издание в качестве примеров технических решений по автоматизации технологических процессов в АПК помимо сложных микропроцессорных систем включены широко распространенные, доступные для изучения релейно-контактные схемы. В учебнике рассматриваются вопросы автоматизации сельскохо- зяйственного производства: общие понятия, объекты автоматизации, схемы ее систем, выбор элементов, автоматизация технологических процессов в животноводстве, птицеводстве, полеводстве, в защитном грунте, установок электрического облучения и обогрева, ремонта сель- скохозяйственной техники и др. В результате освоения материала студент должен: знать • основные принципы и особенности автоматизации технологиче- ских процессов в АПК; • современные взгляды и подходы к автоматизации технологиче- ских процессов; • состав, классификацию и принцип действия систем автоматиче- ского управления; • порядок анализа и синтеза автоматических систем; уметь • анализировать технологические процессы и формулировать задачи автоматического управления; • идентифицировать и классифицировать объекты автоматизации; • производить математическое описание объектов и систем авто- матического управления; • составлять и анализировать принципиальные, функциональные и структурные схемы систем автоматического управления; • осуществлять грамотный выбор управляющих устройств; • производить анализ экономической эффективности автоматиза- ции технологических процессов; владеть • методами расчета и выбора технических средств автоматики; • техникой составления и чтения схем систем автоматического управления; • навыками работы с учебной и научной литературой по автомати- зации технологических процессов в АПК; • навыками разрешения проблем, возникающих в ходе эксплуата- ции технических средств автоматики. 13 Введение Роль автоматизации в техническом прогрессе. Автоматизация технологических процессов (АТП) — это высокий уровень комплекс- ной автоматизации и электрификации сельскохозяйственного про- изводства, при котором человек-оператор полностью или частично заменен специальными техническими средствами контроля и управ- ления. Механизация, электрификация и автоматизация технологических процессов способствуют повышению производительности труда в сель- ском хозяйстве при неуклонном сокращении его ручной доли. Внедрение средств автоматизации стало возможным только после комплексной механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. В мире непрерывно идет научно-исследовательская работа по созданию для сельского хозяйства систем автоматики и при- боров специфического назначения, внедрение которых даст значи- тельный экономический эффект. При этом большое значение имеют автоматические системы управления (АСУ) с управляющими микро- ЭВМ. Последние позволяют управлять технологическими процессами (ТП) и производством в целом в оптимальных режимах и значительно экономят затраты труда на единицу продукции. С помощью средств автоматизации сельскохозяйственного произ- водства можно повысить надежность и продлить срок службы техноло- гического оборудования, облегчить и оздоровить условия труда, повы- сить его безопасность. Краткий очерк развития автоматизации. Автоматизацию произ- водства осуществляют с помощью специальных технических средств, которые состоят из большого числа отдельных элементов. Слово «авто- мат» произошло от древнегреческого «аутоматос», что означает само- действующий аппарат. Первые дошедшие до нас сведения об автоматических устройствах относятся к началу нашей эры, однако практический интерес к авто- матике появился в эпоху промышленного переворота в Европе (XVIII— XIX вв). В 1765 г. И. И. Ползунов изобрел автоматический регулятор питания парового котла, а в 1784 г. Уайтт разработал автоматический регулятор скорости паровой машины. Оба эти открытия в скором вре- мени стали широко применять в технике. Первыми автоматическими устройствами в электротехнике были регулятор напряжения Э. X. Ленца и Б. С. Якоби, а также дифферен- 14 циальный регулятор для дуговых ламп В. Н. Чиколева, предложенные в середине XIX в. Широкое внедрение автоматических устройств в производство нача- лось после Первой мировой войны и продолжается до настоящего вре- мени. Элементная база автоматики прошла несколько этапов своего развития. На первом этапе (и до сих пор) в сельском хозяйстве широко исполь- зовали релейно-контактную аппаратуру: реле, магнитные пускатели, распределители, переключатели и т. д. В 1930-е гг. широкое распро- странение в промышленной автоматике получили электронные лампы и различные электровакуумные приборы. Эти приборы из-за ряда недостатков не были приспособлены для широкого использования в автоматике сельскохозяйственного производства. Ограниченный срок службы, низкая виброустойчивость, работа только при положи- тельных температурах и относительной влажности не выше 80 %, отсутствие мгновенной готовности к действию из-за наличия цепей разогрева и другие недостатки сдерживали их внедрение в производ- ственные процессы. На втором этапе, который относится к 1950—1960-м гг., появились многочисленные полупроводниковые элементы: диоды, триоды, тири- сторы, симисторы и т. д. Эти элементы стали широко использовать при автоматизации сельскохозяйственного производства, так как они имеют практически неограниченный срок службы, высокую вибро- устойчивость, мгновенную готовность к действию, широкий диапазон мощностей, легко компонуются с релейно-контактной аппаратурой и электрическими исполнительными механизмами. Одновременно был создан широкий класс гидравлических и, что особенно важно, пневматических логических и функциональных эле- ментов, обладающих некоторыми преимуществами перед электриче- скими. Эти элементы дешевле и проще по устройству, взрыво- и пожа- робезопасны (так как они без электрических цепей), имеют большую коррозийную стойкость и высокую безотказность работы. На третьем этапе, относящемся к 1970-м гг., появилось новое направление в создании узлов автоматики и вычислительной техники на принципиально новых элементах, которые были названы интеграль- ными микросхемами. Эти элементы обусловили существенную микро- миниатюризацию автоматических устройств. На четвертом (сегодняшнем) этапе происходит широкое внедрение вычислительной и микропроцессорной техники. Как интегральные, так и функциональные элементы выполняют на так называемых твер- дых схемах, представляющих собой монолитные полупроводниковые блоки с неоднородной структурой, принцип действия которых основан на физических свойствах твердого тела. Интегральные и функциональные микросхемы — основная фун- даментальная база развития новой электронной аппаратуры, харак- теризующейся высокой надежностью работы (интенсивность отка- 15 зов 10 –9 1/ч) из-за отсутствия внутрисхемных соединений и хорошей защиты отдельных ее компонентов от внешних воздействий. Особенности автоматизации сельскохозяйственного производ- ства. При автоматизации сельского хозяйства учтен богатый опыт автоматизации промышленности. Вместе с тем к методам и средствам автоматизации, применяемым в животноводстве и растениеводстве, предъявляют специфические требования, обусловленные характер- ными особенностями этих отраслей сельскохозяйственного производ- ства. В отличие от промышленности в сельском хозяйстве к объектам автоматизации помимо техники относятся почва и живые организмы, т. е. машинная технология тесно связана с биологическими процессами. Производственные процессы в сельском хозяйстве сложны и многооб- разны, имеют большой объем технологической информации и тесную взаимосвязь. Это обусловливает большое разнообразие технологи- ческих процессов сельскохозяйственных машин и установок, многие из которых далеко не всегда приспособлены для применения на них устройств автоматики. В сельскохозяйственном производстве используют свыше 3000 наи- менований машин по типам, почти 60 % из которых предназначены для полеводства и около 30 % — для животноводства и птицеводства. Следует отметить также рассредоточенность сельскохозяйственной техники по большим площадям и удаленность ее от ремонтной базы, относительно малую мощность установок, низкие скорости движе- ния, сезонность работы в году и непродолжительность использования в течение суток, а также невысокий уровень квалификации операто- ров. Даже в животноводстве, где операции совершаются и повторя- ются ежедневно по определенному циклу, общая продолжительность работы машин относительно мала. Следовательно, средства автома- тики должны быть очень разнотипными, относительно дешевыми, про- стыми по устройству и надежными в эксплуатации. Основная особенность сельскохозяйственного производства заклю- чается в неразрывной связи техники с биологическими объектами (животными, растениями), для которых характерны непрерывность процессов образования продукции и цикличность ее получения, невоз- можность увеличения выпуска продукции за счет ускорения производ- ства. В этих условиях автоматика должна работать достаточно надежно, так как такой процесс нельзя прервать и практически невозможно наверстать упущенное за счет интенсификации последующего периода. Возмущающие воздействия имеют высокую степень неоднородности и случайности. У многих сельскохозяйственных объектов автоматики контролируемые и регулируемые параметры распределены как по тех- нологическому процессу (или большому объему), так и во времени. Например, в нагревательных установках и сушилках, зернохранилищах и овощехранилищах, теплицах и животноводческих помещениях необ- ходимо контролировать по всему объему температуру, влажность, газо- содержание, освещенность и т. п. Для таких объектов системы автома- тики должны иметь оптимальное число датчиков и исполнительных органов и в то же время обеспечивать управление параметрами во всех рассредоточенных зонах с заданной точностью и надежностью. Большинство сельскохозяйственных установок работает на откры- том воздухе, для которого характерны: изменение влажности и темпе- ратуры в широком диапазоне, наличие примесей, пыли, мякины, песка в полеводстве или агрессивных газов (аммиака, сероводорода и диок- сида углерода — углекислого газа) в животноводстве, а также значи- тельные вибрации. Условия работы средств автоматики в сельском хозяйстве остаются очень тяжелыми, а вероятность возникновения их неисправностей зна- чительно выше, чем в других отраслях. Вследствие перечисленных осо- бенностей методы и средства автоматизации сельскохозяйственного производства существенно отличаются от методов и средств автомати- зации промышленности. Для грамотного выбора, монтажа и эксплуатации технических средств автоматики нужны высококвалифицированные специалисты. Выпускникам техникумов и колледжей по специализации «Автоматиза- ция сельскохозяйственного производства» предстоит решать проблемы научно-технического, организационно-технологического и социально- экономического характера. Они должны хорошо знать технологию про- изводства, его организацию, экономику и планирование, разбираться в механических, электрических, гидравлических и пневматических устройствах автоматики, уметь читать принципиальные схемы и вла- деть навыками правильной эксплуатации автоматических систем. Раздел 1 . ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА 19 Глава 1.1 . ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ ОБ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ Виды автоматизации Исходя из функций, выполняемых специальными автоматическими устройствами, различают следующие основные виды автоматизации: автоматический контроль, автоматическая защита, дистанционное, автоматическое и телемеханическое управление. Автоматический контроль включает в себя автоматические сигна- лизацию, измерение, сортировку и сбор информации. Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения обслуживающего персонала о предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, месте и характере нарушений технологического процесса (ТП). Сигнальными устройствами служат лампы, звонки, сирены, специальные мнемонические указатели и дру- гие световые и звуковые устройства. Автоматическое измерение предназначено для измерения и пере- дачи на специальные указательные и регистрирующие приборы зна- чений физических величин, характеризующих ТП или работу машин. Обслуживающий персонал по значениям приборов оценивает качество ТП и режимы работы машин и агрегатов. Автоматическая сортировка имеет целью контроль и разделение продукции и сырья по размерам, массе, твердости, вязкости, цвету и другим показателям (например, сортировка зерна, яиц, картофеля, листьев табака и т. п.). Автоматический сбор информации служит для получения информа- ции о ходе ТП, качестве и количестве выпускаемой продукции и для дальнейшей обработки, хранения и выдачи информации обслуживаю- щему персоналу. Автоматическая защита представляет собой совокупность техниче- ских средств, которые при возникновении ненормальных или аварий- ных режимов либо прекращают контролируемый производственный процесс (например, отключают определенные участки электроуста- новки при возникновении на них коротких замыканий), либо автома- тически восстанавливают нормальный режим работы. Автоматическая защита тесно связана с автоматическим управлением и сигнализацией. Она воздействует на органы управления и оповещает обслуживающий персонал об осуществленной операции. Автоматическую защиту, выполненную на основе реле, называют релейной. Ее применяют на электрических станциях, подстанциях, в сетях и различных устройствах. Дистанционное управление объединяет в себе методы и техни- ческие средства управления установками и различными объектами на расстоянии. Команды на управление подаются обслуживающим пер- соналом по линиям связи с помощью соответствующих кнопок, ключей и другой командной аппаратуры. Автоматическое управление включает в себя комплекс техниче- ских средств и методов по управлению объектами без участия обслужи- вающего персонала: пуск и останов оборудования, включение и отклю- чение вспомогательных устройств, обеспечение безаварийной работы, соблюдение требуемых значений параметров в соответствии с опти- мальным ходом ТП и т. д. Сочетание комплекса технических устройств с объектом управле- ния (ОУ) называют системой автоматического управления (САУ). Под входящим в состав САУ объектом управления понимают отдельную совокупность элементов, в которой технологические процессы подвер- гаются целенаправленным воздействиям. К такой совокупности можно отнести, например, теплицу, хранилище продукции, трактор, комбайн, животное и т. п. Разновидностью автоматического управления является автомати- ческое регулирование , под которым понимают процесс автоматического поддержания какого-либо параметра на заданном уровне или измене- ние его по определенному закону. Автоматическое регулирование осу- ществляется специальным устройством, называемым автоматическим регулятором. Телемеханика — область науки и техники, охватывающая тео- рию и технические средства автоматической передачи на расстояние команд управления и информации о состоянии объекта. Телемехани- ческие системы позволяют объединить в один ТП работу большого числа машин и установок, расположенных одна от другой на значи- тельном расстоянии. В зависимости от назначения их принято раз- делять на системы телесигнализации, телеизмерения и телеуправле- ния. В зависимости от степени автоматизации различают ручное, авто- матизированное и автоматическое управление. При ручном управ- лении все функции управления выполняет человек-оператор. При автоматизированном управлении часть функций выполняет человек, а другую часть — автоматические устройства. При автоматическом управлении все функции управления выполняют автоматические устройства. 21 В современной автоматике различают автоматизированные системы управления производством (АСУП) и технологическими процессами (АСУ ТП). АСУП — это человеко-машинная система, обеспечивающая авто- матизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах, главным образом в организационно-экономической деятельности человека. Например, в управлении хозяйственно-плановой деятельностью отрасли, предпри- ятием, комплексом или территориальным регионом. АСУ ТП — это тоже человеко-машинная система, которая предна- значена для контроля за режимами работы, сбора и обработки инфор- мации о ходе ТП, а также для выдачи управляющих воздействий на ТП в соответствии с принятым критерием управления. Обычно АСУ ТП охватывает отдельные цеха, животноводческие и птицевод- ческие фермы, хранилища, хозяйства в целом. АСУ ТП помогает дис- петчеру и руководителю предприятия оперативно принимать решение по оптимальному управлению производственным процессом, опираясь на показатели отдельных технологических операций. Частичная, комплексная и полная автоматизация технологических процессов По степени автоматизации управления производственными ТП раз- личают частичную, комплексную и полную автоматизацию. Частичная автоматизация распространяется только на отдельные производственные операции или установки. Она не освобождает чело- века от участия в производственном процессе, но существенно облег- чает его труд. Примером может служить дистанционное управление электроприводами. Комплексная автоматизация ТП означает автоматическое выпол- нение всего комплекса операций и установок по обработке материалов и их транспортированию по заранее заданным программам при помощи различных автоматических устройств, входящих в общую систему управления. В этом случае функции человека сводятся к наблюдению за ходом процесса, его анализу и изменению режима работы автома- тических устройств с целью достижения наилучших технико-экономи- ческих показателей. В качестве примера можно привести управление послеуборочной очисткой и сушкой зерна, управление кормопригото- вительными агрегатами. Полная автоматизация в отличие от комплексной возлагает выпол- нение функций выбора и согласования режимов работы отдельных машин и агрегатов не на человека, а на специальные автоматические устройства. В этом случае все основные и вспомогательные установки способны работать в автоматическом режиме в течение длительного периода без непосредственного участия человека. За обслуживающим 22 персоналом остаются функции периодического осмотра, профилак- тического ремонта и перенастройки всей системы на новые режимы работы. Опыт автоматизации промышленности показывает, что при частич- ной автоматизации затраты на средства автоматики составляют 1…10 % капитальных вложений на установку в целом, при комплексной — 10…25 % и при полной — свыше 25 %. В сельском хозяйстве на сред- ства автоматики и метрологические приборы расходуется менее 7 %, хотя относительная стоимость их в теплицах составляет 15…40 % общей стоимости технологического оборудования. Классификация систем автоматического управления Основной задачей любого процесса управления является выработка и реализация решений, обеспечивающих наиболее эффективное дости- жение поставленной цели. Объектом управления может быть ТП цели- ком или отдельная его часть. Процесс управления — это совокупность операций над ОУ, необходимых для достижения цели управления. Типовая САУ включает в себя два элемента — ОУ и устройство управления (УУ). На вход УУ подается сигнал, равный разности фак- тического значения управляемой величины y(t) и ее заданного значе- ния g. Выходной сигнал УУ u(t) одновременно является управляющим воздействием f(t), которое определяет непланируемое изменение y(t). В состав УУ входят измерительный преобразователь (ИП), измеря- ющий регулируемую величину и преобразующий ее в сигнал другой физической природы; задатчик (ЗД); собственно УУ, преобразующее отклонение регулируемой величины от заданного значения в соот- ветствии с заложенным в него алгоритмом; исполнительный меха- низм (ИМ), выполняющий команду регулятора по изменению положе- ния регулирующего органа (РО), управляющего расходом вещества или энергии в ОУ. Современные САУ классифицируют по следующим признакам. По характеру использования информации различают разомкну- тые и замкнутые САУ. В разомкнутых САУ имеет место одностороннее воздействие УУ на ОУ. Разомкнутые САУ в свою очередь подразделяют на системы с жесткой программой и с управлением по возмущению. При- мером системы с жесткой программой может служить САУ освещением в птичнике, когда в заданные моменты времени происходит ступенча- тое включение или отключение групп ламп. В разомкнутых САУ, дей- ствующих по возмущению, управление осуществляется на основании информации о возмущающем воздействии. Например, можно управ- лять работой насоса, подающего воду в водонапорный бак, в зависимо- сти от расхода воды в каждый конкретный момент времени. Замкнутые системы используют информацию о текущих значениях выходной величины y(t), определяют отклонение x(t) управляемой 23 величины от ее заданного значения g и принимают действие к умень- шению или полной ликвидации x(t). Системы, в которых сочетаются принципы управления по возмуще- нию и по отклонению, называют комбинированными. По методу управления САУ подразделяют на приспосабливающи- еся (адаптивные ) и неприспосабливающиеся к изменяющимся условиям работы ОУ. Неприспосабливающиеся САУ предназначены для стационар- ных объектов и имеют постоянную структуру и параметры настройки. Приспосабливающиеся, или адаптивные, САУ целенаправленно изме- няют алгоритм управления или параметры управляющих воздействий для достижения наилучшего управления нестационарным объектом. По результатам работы системы в установившемся состоянии САУ делят на статические и астатические. В статических системах по окончании переходного процесса остается разница между заданным и установившимся значениями управляемой величины. В астатических системах этой разницы нет. По характеру изменения управляющих воздействий во времени САУ делят на непрерывные и прерывистые, или дискретные. В непре- рывных системах управляемая величина y(t) и управляющее воздей- ствие u(t) — непрерывные функции времени. Это проявляется в том, что в случае непрерывного изменения y(t) также непрерывно изменя- ется u(t). В прерывистых системах управляющее воздействие, а иногда и управляемая величина меняются скачкообразно (дискретно) в опре- деленные моменты времени или при достижении определенного зна- чения переменных. Прерывистые САУ, в свою очередь, подразделяют на релейные, импульсные и цифровые. В релейных (позиционных) системах один или несколько элементов имеют существенно нелинейную (релейную) характеристику. В соответствии с этой характеристикой управляющее воздействие изменяется скачкообразно при определенном значении управляемой величины. Импульсные системы имеют в своем составе звено, преобразующее непрерывную управляемую величину в дис- кретную импульсную, т. е. в последовательность импульсов с заданным периодом их появления. При этом управляемой величине пропорцио- нальна амплитуда или длительность импульсов. В цифровых системах управляющие воздействия формируются цифровыми вычислитель- ными устройствами, которые оперируют не с непрерывными сигна- лами, а с дисперсными числовыми последовательностями. По числу управляемых величин различают одно- и многомер- ные САУ. Первые из них имеют одну управляемую величину, вто- рые — несколько. Кроме того, многомерные САУ могут быть разде- лены на системы несвязанного и связанного управления. В системах несвязанного управления УУ непосредственно между собой не связаны и воздействуют на общий для них ОУ раздельно. В системах связанного управления УУ связаны между собой внешними связями с целью умень- шения взаимного влияния управляемых величин. 24 Составляющие экономической эффективности автоматизации Один из главных критериев целесообразности автоматизации тех- нологических процессов — экономическая эффективность. Эконо- мическая эффективность автоматизации определяется уменьшением совокупных текущих и капитальных затрат на производство единицы продукции. При автоматизации сельскохозяйственных процессов капи- тальные затраты обычно несколько возрастают, а эксплуатационные расходы на единицу продукции существенно сокращаются. Иными сло- вами, капитальные затраты возрастают в меньшей степени, чем умень- шаются текущие затраты. Таким образом, эффективность автоматиза- ции характеризуется сокращением затрат на производство единицы продукции. Экономическая эффективность автоматизации формируется из четы- рех составляющих: энергетической, трудовой, структурной и техноло- гической. Энергетическая составляющая определяется по сокращению рас- хода топлива или энергии, увеличению надежности и долговечности работы энергетического оборудования, экономичности работы систем энергообеспечения, повышению КПД силовых установок и т. п. Трудовая составляющая связана с сокращением прямых затрат труда обслуживающего персонала на выполнение ТП. При автоматиза- ции процесса затраты труда существенно сокращаются. В то же время происходит незначительное увеличение капитальных затрат на ее тех- ническое обеспечение. Структурная составляющая обусловлена сокращением регули- рующих и запасных емкостей, уменьшением служебных помещений и инженерных коммуникаций, снижением металлоемкости и стоимо- сти оборудования, увеличением количества продукции, получаемой с единицы площади, или объема производственных зданий, повыше- нием концентрации построек на территории. Технологическая составляющая обусловлена увеличением произ- водства сельскохозяйственной продукции за счет автоматизации ТП. Например, в животноводстве, растениеводстве, защищенном грунте — это создание благоприятных климатических условий путем автомати- ческого управления микроклиматом в зависимости от времени суток, сезона, возраста животных, а также связаное с автоматизацией сокра- щение расхода корма и повышение качества продукции. Методика расчета основных показателей экономической эффективности автоматизации технологических процессов В результате технико-экономических, социально-экономических и качественных сравнений автоматизированного и неавтоматизирован- ного способов производства определяют основные показатели экономи- ческой эффективности автоматизации: капитальные затраты, эксплуа- тационные годовые издержки, рентабельность, срок окупаемости и др. 25 Капитальные затраты можно рассчитать по формуле с м з о р K K K K K K = + + + − , (1.1) где K с — стоимость средств автоматики с учетом их доставки, монтажа и наладки, р.; K м — затраты на модернизацию действующей техники и технологии, связанные с автоматизацией, р.; K з — стоимость стро- ительства и реконструкции зданий в связи с внедрением автоматиза- ции, р.; K о — стоимость основных средств, подлежащих ликвидации при внедрении устройств автоматики, р.; K р — стоимость реализован- ной части ликвидируемых основных средств, р. Годовые эксплуатационные издержки, как правило, вычисляют так: о т з э с И И И И И И = + + + + , (1.2) где И о — амортизационные отчисления, р.; И т — отчисления на теку- щий ремонт, р.; И з — затраты на заработную плату, р.; И э — стоимость электроэнергии, р.; И с — стоимость топлива и смазочных материалов, р. Прибыль, р/год: н а П И И Д = − + , (1.3) где И н — годовые эксплуатационные издержки при неавтоматизиро- ванном производстве, р./год; И а — то же, при автоматизированном производстве, р/год; Д — дополнительный доход, полученный за счет улучшения качества продукции, снижения потерь и т. п., р/год. Срок окупаемости капитальных затрат на автоматизацию при оди- наковом годовом объеме производства а н н а К К И И Д T − = − + , (1.4) где К н , К а — капитальные затраты соответственно при неавтоматизиро- ванном и автоматизированном производстве: К н < К а , р. Производительность труда — важнейший показатель экономиче- ской эффективности. Она определяется качеством продукции, про- изведенной в единицу времени, или количеством рабочего времени, затраченного на производство единицы продукции. Повышение произ- водительности труда, которое произошло в результате автоматизации, отражает уменьшение затрат труда (в процентах): н а т и З З З З 100% − = ⋅ , (1.5) где З н — затраты труда на единицу продукции или вид работы при неавтоматизированном производстве, р.; З а — то же, при автоматизи- рованном производстве, р. Рентабельность производства связана с денежным измерением затрат труда и характеризует уровень доходности производства: Ц С Р С 100% − = ⋅ , (1.6) где Ц — оптовая цена продукции, р.; С — себестоимость продукции, р. При автоматизации ТП следует вычислять показатель ΔР дополни- тельной рентабельности (р.), не связанный с оптовой ценой продукции: н а н С С Р С 100% − ∆ = ⋅ , (1.7) где С н — себестоимость продукции неавтоматизированного производ- ства, р.; С а — то же, автоматизированного производства, р. Приведенные затраты З п позволяют оценить и выбрать (по мини- мальному значению) наиболее эффективный вариант автоматизации ТП. Эти затраты определяют по эксплуатационным издержкам за год и первоначальным капитальным вложениям К на автоматизацию, при- веденным к одинаковой размерности через нормативный коэффициент эффективности Е н п н З И K E − + , (1.8) где Е н = 0,2. Годовой экономический эффект, р., от автоматизации при выпуске одной и той же продукции п1 п2 Э З З А ( ) = − , (1.9) где З п1 , З п2 — приведенные затраты на единицу продукции соответ- ственно до и после автоматизации, р.; А — годовой объем производ- ства продукции после автоматизации. Иногда целесообразно принимать во внимание социальные и эко- номические факторы, изменение которых вызвано использованием средств автоматизации. Поскольку количественно оценить социально- экологические факторы не всегда удается, то выбирают вариант авто- матизации, который лучше удовлетворяет социальным стандартам и экологическим нормативам, например улучшению условий труда, его престижности, снижению уровня вредных веществ и т. д. Экономическую эффективность автоматизации ТП можно анализи- ровать в такой последовательности: собрать и обобщить исходные данные; выбрать базу сравнения; определить затраты, необходимые для приобретения и внедрения средств автоматики; подсчитать годовые эксплуатационные издержки на содержание средств автоматики; исследовать влияние автоматизации на технико-экономические и социально-экологические показатели производственного процесса; выявить ожидаемый экономический эффект от внедрения автома- тизации. |