Практическая работа № 1. Практическая работа Изучение темпов развития автоматизации технологических процессов в сх предприятиях
 Скачать 43.3 Kb.
|
|
Практическая работа № 1. Изучение темпов развития автоматизации технологических процессов в с/х предприятиях Цель: изучить темпы развития автоматизации технологических процессов в с/х предприятиях. Формируемые компетенции ОК-7 - способность к самоорганизации и самообразованию; ОПК-7- способность организовывать контроль качества и управление технологическими процессами; ОПК-9 - готовность к использованию технических средств автоматики и систем автоматизации технологических процессов; ПК-8 - готовность к профессиональной эксплуатации электроустановок. Общие сведения Автоматизация технологических процессов — это этап комплексной механизации, характеризуемый освобождением человека от непосредственного выполнения функций управления технологическими процессами и передачей этих функций автоматическим устройствам. При автоматизации технологические процессы получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации выполняются автоматически при помощи специальных технических средств и систем управления. Существенными тенденциями современного сельскохозяйственного производства являются, с одной стороны, постоянный рост его масштабов, повышение количества и качества сельскохозяйственных продуктов, с другой — прогрессирующий дефицит рабочей силы, растущая непопулярность монотонного и тяжелого, физического ручного труда в полеводстве и животноводстве. Важнейшим, а зачастую и единственным средством разрешения противоречий между ними является комплексная механизация и автоматизация производства. Благодаря механизации и автоматизации резко растет производительность труда. Например, в промышленности за последние 40 лет она выросла в 8 раз. За этот же период объем валовой продукции сельского хозяйства увеличился в 2,5 раза при сокращении в 2...3 раза занятости рабочих, то есть производительность труда в сельском хозяйстве возросла в 5...7 раз. Огромные и важные задачи поставлены перед агропромышленным комплексом в «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 года». Предусмотрено увеличить среднегодовой объем валовой продукции на 14...16% и к 1990 г. поднять производительность труда в общественном секторе сельского хозяйства на 21...23%. Дальнейшее повышение производительности труда в сельском хозяйстве, а, следовательно, и эффективности производства возможно лишь при условии максимальной механизации и автоматизации при неуклонном сокращении доли ручного труда. Сокращение доли тяжелого и малоквалифицированного физического труда — непременное условие дальнейшего экономического роста. КПСС и Советское правительство уделяют этой проблеме постоянное внимание, о чем свидетельствуют решения съездов партии, Пленумов ЦК КПСС, Конституция СССР. Быстрый рост технической и энергетической вооруженности сельскохозяйственного труда, бурное развитие научных исследований с использованием современной научной аппаратуры, широкое использование достижении полупроводниковой микроэлектроники и диспетчерского управления, переход на промышленную основу производства животноводческой и полеводческой продукции на базе комплексной механизации и электрификации технологических процессов подготовили необходимые условия для автоматизации практически всех технологических процессов сельскохозяйственного производства. Широкое внедрение средств автоматизации стало возможным только после осуществления комплексной механизации и электрификации сельскохозяйственного производства. В сельском хозяйстве развернута большая организационная и научно-исследовательская работа по созданию систем автоматики, приборов специфического назначения, которые в ближайшие годы дадут колоссальный экономический эффект. С 1973 года открыта подготовка инженеров-электромехаников по автоматизации сельскохозяйственного производства. Практически во всех инженерных научно-исследовательских институтах агропромышленного комплекса открыты отделы и лаборатории по автоматизации, организованы специализированные советы по защите докторских и кандидатских диссертаций по специальности «Автоматизация технологических процессов» (по отрасли «Сельскохозяйственное производство») и расширен набор в аспирантуру по этой специальности. Был принят ряд постановлений по автоматизации агропромышленного комплекса, обеспечению его средствами автоматики и приборами, в том числе с использованием микропроцессорной техники, манипуляторов и агророботов. Для координации научно-исследовательских работ в ВАСХНИЛе образован совет по автоматизации в сельскохозяйственном производстве. Внедрению средств автоматики способствует научно-технический прогресс в сельском хозяйстве, заключающийся в быстром росте технической и энергетической вооруженности сельскохозяйственного труда, в бурном развитии научных исследований со всесторонним применением научной аппаратуры не только в электромеханизации и мелиорации, но и в области агрозоотехнического обслуживания и технико-экономических расчетов, в ускоренном развитии теории и практики использования автоматически действующих средств и систем для замены физического и умственного труда работников колхозов и совхозов, в широком использовании достижений средств связи и диспетчерского управления, позволяющих существенно улучшить организацию и эффективность труда специалистов и руководителей сельскохозяйственного производства. Анализируя историю и условия развития автоматизации производства процессов, можно отметить три основных этапа, на которых решались различные по своей сложности задачи: 1. Автоматизация рабочего цикла, создание машин-автоматов и полуавтоматов. 2. Автоматизация системы машин, создания автоматических линий. 3. Комплексная автоматизация производственных процессов, создание автоматических цехов и заводов. В свою очередь можно выявить и ступени автоматизации. На первой ступени автоматизация технологических процессов охватывает лишь отдельные операции обработки, а сборку, контроль и упаковку готовой продукции производят вручную или с применением средств механизации. Второй степенью автоматизации является автоматизация системы машин, создания автоматических линий, объединяющих в себе выполнение разнообразных операций обработки, контроля, сборки, упаковки и т.д. – автоматизация производственных процессов. Третьей степенью автоматизации является комплексная автоматизация производственных процессов – создание автоматических участков, цехов и заводов с широким использованием ЭВМ, автоматических систем управления производством, систем управления качеством и т.д. Стратегией машиннотехнологического обеспечения производства сельскохозяйственной продукции России на период до 2010 г. определена настоятельная необходимость формирования конкурентоспособного агропромышленного производства, обеспечивающего продовольственную безопасность страны, интеграцию его в мировое сельскохозяйственное производство. При этом конкурентоспособное сельское хозяйство России должно базироваться на автоматизированных высокоинтенсивных с точным исполнением технологиях. Техника, обеспечивающая эти технологии, должна отвечать требованиям прецизионного управления продукционными процессами как в растениеводстве, так и в животноводстве. Автоматизация производственных процессов - стратегическое направление развития техники и технологий Автоматизация создает научную и техническую основу для возникновения и развития новых направлений технического прогресса. Быстрый рост технической оснащенности и развитие микропроцессорной базы с использованием топоориентированных технологий и новых радионавигационных систем создают необходимые предпосылки для автоматизации процессов в сельскохозяйственном производстве. Учитывая, что мировой уровень механизации основных процессов в полеводстве и животноводстве приближается к 100%, дальнейшее развитие сельскохозяйственной техники будет характеризоваться еще более интенсивным использованием средств и методов автоматизации, информатизации и робототехнических комплексов. Однако внедрение более интенсивных технологических процессов и стремление получить более высокое качество продукции ограничиваются физиологическими возможностями человека. Поэтому уже широко используются высокоточные технологии, базирующиеся на автоматическом управлении процессами. Так, в растениеводстве для этого все больше используются технические средства точного позиционирования на базе спутниковых навигационных систем для точного местоопределения сельскохозяйственных агрегатов на поле. Это позволяет автоматически получать и считывать информацию с электронных карт, отражающих состояние каждого фрагмента поля, закладывать требуемый вид операций по времени и объему в МТА. За последние десятилетия автоматизация сельского хозяйства сформировалась в самостоятельную отрасль науки и техники, охватывающую теорию, принципы построения и способы использования автоматизированных систем управления в сельском хозяйстве, действующих с минимальным участием человека или без его непосредственного участия. Основная особенность автоматизации на современном этапе развития сельскохозяйственного производства заключается в неразрывной связи техники с биологическими объектами, а значит, с непостоянными во времени параметрами (почвы, растений, животных), со свойственной только им непрерывностью процессов производства продукции и цикличностью ее получения. В этих условиях системы автоматики должны учитывать: связь техники с биологическими объектами, а технику рассматривать как человекомашинную систему; многообразие и сложность производственных процессов, что обусловлива ет разнообразие технологических процессов и техники; распределенность контролируемых и регулируемых параметров многих объектов по большому технологическому полю (теплицы) или объекту (хранилища) со случайными возмущающими воздействиями; рассредоточенность сельскохозяйственной техники по большим территориям, удаленность ее ремонтной базы, не редко недостаточную квалификацию об служивающего персонала; условия работы систем автоматики (на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях) с изменением в широких пределах температуры, влажности, состава агрессивных газов, запыленности, интенсивности солнечной радиации и т.д. Производственные процессы сельского хозяйства относятся к сложным объектам управления, что характеризуется большим числом контролируемых и управляемых параметров и действием многочисленных возмущений, влияющих на эффективность выполнения этих процессов. Обслуживающий персонал (механизаторы) часто не в состоянии своевременно реагировать на эти возмущения, носящие заведомо случайный характер. Поэтому ручное управление сельскохозяйственными машинами, агрегатами и технологическими процессами на практике оказывается недостаточно эффективным. Например, для эффективного использования МТА оператор (тракторист) должен управлять загрузкой двигателя трактора, направлением движения агрегата, изменением тяговой мощности, в том числе за счет уменьшения буксования ведущих колес, следить за качественным выполнением технологических операций и обеспечивать безопасность движения. Чем выше рабочая скорость, больше ширина захвата МТА, сложнее управляемая операция, тем большее количество информации должен переработать оператор в единицу времени и тем чаще ему приходится пользоваться органами управления, что приводит к быстрой утомляемости. В связи с этим оператор не редко запаздывает с принятием решения по управлению МТА, в результате чего эффективность и качество работы агрегата существенно снижаются. Поэтому уже сегодня используются на прямолинейном ходе гона системы автоматического вождения МТА. Например, в почво обрабатывающем посевном агрегате "СоюзHorsche" производства Украины используется система GPS с точностью движения по прямой 1,52 см. Еще большим числом параметров требуется управлять при послеуборочной обработке зерна. Рабочий персонал поточных линий должен решать две группы задач: первая - управление многочисленными электроприводами машин и механизмов при выборе маршрутов обработки зерна и ликвидации нештатных ситуаций; вторая - управление режимами работы отдельных машин. При этом контролируется более 20 параметров. Своевременная обработка такого количества информации, как показали исследования, превышает психофизиологические возможности оператора, и поэтому ручное управление поточными линиями послеуборочной обработки зерна малоэффективно (производительность не превышает 65-70% от номинала). К прогрессивным тенденциям в совершенствовании систем автоматизации машин, агрегатов и поточных линий в растениеводстве относится переход от использования совокупностей локальных систем автоматического контроля и регулирования к разработке и использованию многомерных систем автоматизированного управления. В них осуществляются централизация приема и обработки информации локальных систем и формирование контрольных и управляющих воздействий. В техническом отношении - это переход от релейноконтактной и электронной аппаратной техники к програм мируемой микропроцессорной технике. В микропроцессорных системах автоматизированного управления локальные системы автоматического контроля и регулирования будут уже играть роль подсистем. Эти под системы необходимо совершенствовать путем использования более эффективных алгоритмов управления, например, переходом в обоснованных случаях от стабилизирующих систем (подсистем) автоматического регулирования к самонастраивающимся и адаптивным системам. Микропроцессорное исполнение автоматизированных систем управления позволяет их унифицировать, т.е. создать одну унифицированную систему для целой группы аналогичных объектов (например, самоходные комбайны различных типов, пред приятия по послеуборочной обработке зернаразличной производительности и назначения и т.д.). При этом некоторая неодинаковость функций такой унифицированной системы применительно к разным объектам одной группы будет устраняться программными средствами без конструктивного из менения систем. Важными проблемами, требующими решения, являются: достижение необходимой надежности позиционирования и идентификации животных, создание микроклимата с требуемыми параметрами как в целом в помещении, так и в зоне содержания животного, замер продуктивности в потоке и др. При этом следует учитывать и экономические аспекты этих проблем. Важные направления дальнейшего развития автоматизации в растениеводстве и животноводстве - создание и широкое использование роботов и робототехнических систем. Эти работы в нашей стране получили лишь начальное развитие. Применение средств робототехники необходимо, в первую очередь, в процессах, вредных для человека (хранение и использование минеральных удобрений и средств химической защиты растений, протравливание зерна перед посевом и др.), и в процессах, требующих больших затрат труда (посадка рассады, сбор урожая продукции и т.д.). Для выполнения технологических операций в животноводстве применяются десятки машин, почти половина из которых не в достаточной мере восприимчива для применения в них средств автоматизации. Здесь особое внимание следует уделять защите от перегрузки технических средств (что является предтечей не только нарушений технологического процесса, но и травмирования персонала). Механизация и автоматизация - неотъемлемые части ресурсосберегающих интенсивных технологий производства продукции, малоотходных технологий ее переработки, хранения и реализации. По прогнозам, новые высокоинтенсивные технологии позволят повысить продуктивностьрастениеводства и животноводства в 2,53 раза и сократить трудозатраты в 1,5-2 раза и более. Этого не решить без фундаментальных и поисковых исследований. К сожалению, из-за недостаточного финансирования фундаментальные исследования в стране значительно сократились. Задачи фундаментальных исследований по автоматизации на современном этапе видятся в следующем: разработка алгоритмов функционирования и формализация математического описания объектов автоматизации, разработка единых методик исследований родственных технологических процессов, совершенствование сельскохозяйственных технологических процессовс учетом возможностей их комплексной механизации, автоматизации и информатизации; исследования физиологических и поведенческих аспектов взаимодействия систем "человек - машина", "животное - машина", "растение - машина" в условиях автоматизированного производства; научное обобщение мирового опыта автоматизации и информатизации сельского хозяйства, выявление типовых решений и их аналогов в промышленности с целью использования серийной аппаратуры автоматики всельскохозяйственном производстве; определение роли и места фундаментальных исследований в разработке и проектировании новых технологий, машин, агрегатов и установок с учетом возможности расширения их автоматизации в дальнейшем; изыскание методов разработки принципиально новых датчиков физических, химических и биологических величин, которые в автоматических системах используют параметры объектов для управления и передачи информации о них в соответствующие устройства. Датчики являются главным элементом системы автоматики. Они должны быть простыми по устройству, малоинерционными, высоконадежными, способными сочленяться с объектами управления, особенно биологическими, и не влиять на функционирование этих объектов; проведение исследований информационных характеристик машин, агрегатов и по точных линий как систем "человек - машина", оценка возможностей человекаоператора по приему, обработке и использованию информации; совершенствование методик техникоэкономических расчетов эффективности применения систем автоматизации сельхозпроизводства с учетом технологического, структурного, энергетического, трудового, социального выигрыша; разработка и внедрение в перспективе комплекса унифицированных микропроцессорных систем автоматизированного управления машинами, агрегатами и поточными линиями как составных частей нового поколения автоматизированных технологий производства сельскохозяйственной продукции; совершенствование рабочих программ, курсов, дисциплин, баз практик, способствующих более качественной подготовке специалистов (мастеровналадчиков, техников, инженеровэлектромехаников) по проектированию, наладке, техническому обслуживанию и ремонту, эксплуатации систем и средствав томатики, расширение аспирантуры и докторантуры в НИИ и вузах по специальности "Автоматизация технологических процессов и производств" (по отраслям АПК). На третьем этапе направлений развития техники для сельского хозяйства в Стратегии ставится задача "... создания интеллектуальной техники за счет качественно нового уровня автоматизации и даже автоматических процессов сельскохозяйственного производства". Содержание отчета по практической работе 1. Название и цель практической работы. 2. Записанные ответы на все вопросы практики. Рекомендуемые вопросы для собеседования 1. Объясните особенности основных видов автоматизации. 2. Расскажите, что такое объект управления? 3. Дайте определение понятию автоматический контроль? 4. Изложите принцип действия автоматической системы управления. 5. Как классифицируют автоматические системы управления? 6. Что такое автоматическая защита? 7. Расскажите про ненормальные и аварийные режимы работы автоматизированного оборудования. 8. Представьте схему и принцип работы микропроцессорной системы управления? 9. Назовите типовые технические решения при автоматизации ТП. 10. Дайте характеристику ТП сельскохозяйственного производства. 11. Назовите виды воздействий на объект управления. 12. Изложите структуру и принципы управления ТП. 13. Каковы особенности автоматизации сельскохозяйственного производства? Рекомендуемая литература 1. Бородин И. Ф. Автоматизация технологических процессов / И. Ф. Бородин, Ю. А. Судник. – М.: Колос, 2004. – 344 с.: ил. – (Учебники и учеб. пособия для студентов высш. учеб. заведений). 2. Схиртладзе А. Г. Автоматизация технологических процессов и производств [Электронный ресурс]: учебник/ Схиртладзе А. Г., Федотов А. В., Хомченко В. Г.— Электрон. текстовые данные.— Саратов: Вузовское образование, 2015.— 459 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/37830.— ЭБС «IPRbooks», 3. Воробъев В. А. Электрификация и автоматизация сельскохозяйственного производства/ В. А. Воробъев. – М.: КолосС, 2005. – 280 с.4. Бородин И. Ф., Недилько Н. М. Автоматизация технологических процессов. – М: Агропромиздат, 1986. – 368 с. 5. Плетнев Г. П. Автоматизация технологических процессов и производств в теплоэнергетике: учебник для студентов вузов/ Плетнев Г.П.— Электрон. текстовые данные.— М.: Издательский дом МЭИ, 2009.— 352 c.— Режим доступа: http://www.iprbookshop.ru/33088.— ЭБС «IPRbooks», по паролю 6. Хомченко В. Г., Федотов А. В. Автоматизация технологических процессов и производств: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005. – 488 с.7. Добролюбов И. П. Автоматизация технологических процессов сельского хозяйства: Учебное пособие/ - Новосибирск: Новосиб. гос. аграр. ун-т. Ин-т заочного образования и повышения квалификации. 2007. – 162 с. 8 Бородин И. Ф., Андреев С. А. Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления. – М: КолосС, 2006. – 352 с. 9. Мартыненко И. И., Головинский Б. Л., Проценко Р. Д., Резниченко Т. Ф. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М: Агропромиздат, 1985 |