close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

3386 zelichenok g.g avtomatizaciya tehnologicheskih processov i ucheta na predpriyatiyah stroitelnoy industrii

код для вставкиСкачать
АВТОМАТИЗАЦИЯ
И УЧ ЕТА
на предприятиях
строительной
индустрии
I
г»
л.
ВоШ
Л
А
Я
€
Я
ч
шШ
н
I
\
4
-
&
Г. Г. Зеличенок
4р
канд. техн. наук,
лауреат Государственной премии СССР
\
на предприятиях
строительной
индустрии
Допущено Министерством высшего
и среднего специального образования СССР
в качестве учебного пособия
для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности
«Автоматизация и комплексная
механизация строительства»
МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА* 1975
■
«Ф вяяге3-54
УДК 658.5:624(075.8)
РЕЦЕНЗЕНТЫ :
кафедра автоматизации строительного производст­
ва Киевского инженерно-строительного института (зав.
кафедрой докт. техн. наук проф. Г. К. Н ечаев);
Кафедра автоматики и автоматизации производст­
венных процессов Днепропетровского инженерно-строительного института (зав. кафедрой канд. техн. наук доц.
А. И. Танатар).
|
; :
БИ БЛ Й с ТЕКА
П авпс
-иого
КЙДУСI Г»? » |»
его т &
Зеличенок Г. Г.
3-54
Автоматизация технологических процессов
и учета на предприятиях строительной инду­
стрии. Учеб. пособие для вузов. М., «Высш.
школа», 1975.
351 с. с ил.
В книге рассм атриваю тся основные полож ения и предпо­
сылки эффективной автом атизации, специальны е средства авто­
м атизации отрасли, схемы автом атизации процессов контроля,
а т а к ж е отдельны х типовых и вспомогательных процессов пред­
приятий строительной индустрии в целом, надеж ность, экономи­
ческая эффективность, а т а к ж е тенденции развития авто м ати за­
ции этих предприятий. Кроме того, в книге освещены вопросы
диспетчеризации, применения вычислительной техники и авто­
матизированны х систем управления.
3 — — 7127■-148—74
001(01)—75
©
6Ф6.5:6С
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ВЫСШАЯ ШКОЛА», 1975 г
ПРЕДИСЛОВИЕ
Создание в стране мощной строительной
индустрии (дробильно-сортировочные заводы,
заводы товарного бетона, железобетонных из­
делий и др.) сопровождалось внедрением авто­
матизации в эту отрасль народного хозяйства.
Строительство новых заводов в значитель­
ной мере ведется по пути создания крупных
предприятий большой мощности с широким
фронтом работ.
Во вновь сооружаемых и реконструируе­
мых предприятиях строительной индустрии зн а­
чительно повышается уровень автоматизации и
увеличивается количество автоматически конт­
ролируемых параметров и автоматически уп­
равляемых процессов.
Изучению курса «Автоматизация техноло­
гических процессов и учета на предприятиях
строительной индустрии» предшествует усвое­
ние следующих дисциплин: промышленная
электроника; электрические измерения; автома­
тика, телемеханика и системы управления про­
изводственными процессами; элементы и систе­
мы гидропневмоавтоматики; элементы и систе­
мы электроавтоматики; проектирование, мон­
таж и эксплуатация систем автоматики, вы­
числительная техника в инженерных и эконо­
мических расчетах.
В книге приводятся схемы и характери­
стики аппаратуры специального назначения,
применяемой на предприятиях строительной
индустрии. Значительное внимание уделено
методике проектирования автоматизированных
предприятий строительной индустрии, вопро­
сам «надежности», даны сведения о наиболее
распространенных процессах, являющихся ти­
повыми или принципиально общими для пред­
приятий различного профиля и номенклатуры
(тепловые, дозирования, транспортно-складские
и т. д.).
Из различных схем автоматизации^ разно­
характерных предприятий строительной инду­
стрии в учебном пособии приведены схемы ав­
томатизации предприятий с наиболее харак­
терными процессами, в том числе дробильносортировочных и бетонных заводов, заводов
железобетонных изделий и др.
В учебнике подробно излагается материал
по системам автоматизации, базирующимся на
новейших и прогрессивных решениях с приме­
нением полупроводниковой техники: системам,
основанным на логических элементах, аппара­
туре с использованием у л ь тр азв у к а, радиоак­
тивных излучений, а такж е на релейно-контакт­
ных схемах.
В книге дано математическое описание тех
процессов, которые достаточно глубоко изуче­
ны, хотя они еще и не получили практического
применения в проектных разработках; введены
разделы, освещающие вопросы, касающиеся вь числительной техники и автоматизированных
систем управления (АСУ), так как студенты,
обучающиеся в настоящее время по специаль
но<ги 0638, должны будут работать в качестве
инженеров в условиях широкого применения
вычислительной техники и АСУ.
В отдельных главах приведено краткое
описание технологического процесса, которое
разумеется, не заменяет соответствующей спе­
циальной дисциплины, но должно
внимание студентов на основные технолог
ческие положения автоматизируемого проИ
6
0
С
З
.
-
;
Учебник базируется на материалах разра­
боток проектных и исследовательских органи­
заций, а такж е вузов и на исследовательских
р аб о тах , вы полненны х н а к а ф е д р е «А втом ати
зашш производственных процессов» МАДИ.
А в то м ати зац и я п редприятий строительной
индустрии я в л я е т с я сравн и тельн о м олодой о б ­
ластью , р а зв и т и е которой з а т р у д н я е т с я р я д о м
факторов и, в частности, отсутствием матема^
тического описания значительной части машин
и процессов. Этот пробел постепенно воспол­
няется проводимыми в настоящее ВР ^ Я
У
но-исследовательскими работами, однако к ак
эксплуатируемые, так и вновь запроектиро­
ванные предприятия еще не базируются н
уж е имеющихся математических описаниях
ЯВЕ
■основываются
ности схемы автоматизации не
на математическом описании, переходные яро *
цессы не анализируются. Последнее обстоятель­
ство в ряде случаев затрудняет возможность
непосредственной увязки теории №
|||||
ского р егу л и р о ван и я и в зя т ы х и з п ракти ки
п р о екти р о ван и я и эк сп л у атац и и прим еров авто-
матизированных предприятии.
Учитывая, что данная книга является первым учебником по автоматизации для инженерно-строительных и автомобильно-дорожных
вузов,Готовящ их инженеров по специальности
0638 автор будет весьма признателен за
указания и замечания по содержанию книги,
которые следует направлять в адрес издатель­
ства «Высшая школа».
г
\
ОСНОВНЫ Е ПО ЛОЖ ЕНИЯ
АВТОМ АТИЗАЦИИ П Р Е Д П Р И Я Т И Й
автоматиофор
зации предприятий строительной инду­
стрии.
Задача автоматического управле­
ния технологическим процессом сводит­
ся и заключается в осуществлении воз­
действий на ход технологического про­
цесса (так называемых управляющих
воздействий). Эти воздействия выбра­
ны из множества возможных на основе
получаемой информации о протекании
процесса и направленных на поддержа­
ние определенных режимов или улуч­
шение функционирования управляемо­
го объекта в 1соответствии
с целью уп|Н
равления.
Г;^ ?
Функции управления производством
сводятся к организации
(вопросы
средств и предметов труда и труд), пла­
нированию (задача оптимального п ла­
нирования ) и оперативному управле­
нию производственным процессом. Опе­
ративное управление производством
осуществляется на основе сравнения
текущей и плановой информации о со­
стоянии технологических процессов и
выработке оперативных решений, не­
прерывно поддерживающих производ­
ство в заданном оптимальном режиме.
Качество управления характери­
зуется технико-экономическим показа­
телем эффективности, которым может
служить производительность процесса
или агрегата, себестоимость продукта
и др.
Оптимальное управление технологи­
ческим процессом экстремизирует технико-экономический показатель при
обязательном соблюдении ограничений
по выходным и управляющим парамет­
рам.
На предприятиях строительной ин­
дустрии система оперативного управле­
ния решает две основные задачи: за д а ­
чу оперативного планирования и управления, а такж е задачу технологическо1го управления.
,
^ ^
Ц
Решение этих задач обеспечивает
оптимизацию общего критерия управ-
§ 1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРЕДПРИЯТИИ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
Программа КПСС и Директивы
XXIV съезда КПСС предусматривают
массовое внедрение комплексной авто­
матизации производства, переход к це­
хам и предприятиям-автоматам, широ­
кое использование счетно-решающих и
управляющих машин, а также приме­
нение автоматизированных систем уп­
равления (АСУ). Д л я этого необходи­
мо дальнейшее развитие производства
автоматики, телемеханики, электрони­
ки и точных приборов.
Повышение объемов и эффективно­
сти общественного производства при
минимальных затратах материальных
и трудовых ресурсов может быть до­
стигнуто за счет роста научно-техниче­
ского прогресса,
совершенствования
организации и управления хозяйством,
использования новейших достижений
науки, применения прогрессивной тех­
нологии и .совершенствования оборудо­
вания. При этом особое значение имеет
мощавтоматизация
производства
ный фактор развития производитель­
ных сил.
Автоматизация как качественно но­
вый этап производственного процесса
характеризуется прежде всего осво­
бождением человека от функций непо­
средственного контроля и управления.
Она обеспечивает осуществление наи­
более передовых технологических про­
цессов, а такж е оптимальное использо­
вание сырья, энергии и оборудования.
Н а предприятия строительной ин­
дустрии распространяются общие по­
ложения и тенденции развития автома­
тизации производственных процессов с
определенной корректировкой на специфйку
нический уровень. Эти общие положения и тенденции должны соответственно учитываться при разработке основ­
ных направлений, конкретных схем и
4
о
и т. д.). Такое важное свойство, как
автономность, присуще лишь многосвязным системам. Так как регулируе­
мые величины взаимосвязаны, то с из­
менением одной из них (например, |§ ),
О
как правило,, изменяются и друга
У* (/=?Ч / =
п).
Одним из принципов построения
многосвязных систем является принцип
автономности, состоящий в создании
такой 1 системы, где отдельные ее кана­
лы, например контуры регулирования
по составляющим У* (1 = 1 , ..., п), не
влияют друг на друга, т. е. многосвяз­
ная система ведет себя как ряд незави­
симых систем с одной регулируемой
величиной.
Д ля характеристики систем автома­
тического регулирования употребляет­
ся термин «качество регулирования»,
т. е. оценка функционирования систе­
мы или сравнения эффективности ди­
намических систем. Критерий качества
(в явном или неявном виде) присутст­
вует в любом исследовании.
В настоящее время наибольшее
развитие получила теория оптимальных
систем, которая изучает вопросы пост­
роения автоматических систем, обеспе­
чивающих наилучшие результаты, а
также теория адаптивных и сложных
систем.
Теория оптимального управления
родилась из стремления максимально
использовать все потенциальные воз­
можности систем, учитывая при этом
различного рода ограничивающие фак­
торы, и создать оптимальную в какомлибо заранее заданном смысле систему
(например, обеспечить максимальную
производительность агрегата при за­
данном расходе сырья, топлива или
энергии). В задачи теории оптималь­
ного управления входит показатель ка­
чества (оптимальности), являющийся
функционалом задающей Уо и регули­
руемой У величин, а также других пе­
ременных, характеризующих поведение
системы.
Проблема оптимальности является
одной из основных в автоматическом
управлении. Несмотря на то, что фун­
даментальные результаты теории опти­
мальных систем возникли на основе де­
терминистских задач (предполагающих полное и точное описание систе­
мы), они распространяются и на стоха­
стические
задачи
(предполагаются
известными вероятностные — стохасти­
ческие характеристики системы). Сто­
хастические задачи регулирования бо­
лее полно учитывают реальные условия
работы автоматических систем и слож­
нее детерминированных. Так, задача ре
гулирования ( 1 . 1 ) при случайных воз­
действиях должна быть сформулирова­
на более точно, — следует уточнить, в
каком смысле нужно понимать равен­
ство ( 1 -1 ) (должно выполняться точно
или приближенно равенство математи­
ческих ожиданий либо дисперсии вели­
чин Ц У и т. д .). в этом случае задача
управления может быть сформулирова­
на, например, как задача минимизации
функционала:
Г
(
1
.
2
)
/ = Аф
знак математического ожида
где М
ния.
Если предположить, что характери­
стики объекта системы заранее полно­
стью неизвестны, то возникает задача
управления в условиях неопределенно­
сти которую можно сформулировать
как задачу поиска экстремума функ­
ционала:
(1.3)
/ = М [ < Ж , К 0, с)],
где с = К ..., ст} - вектор, компонен­
ты которого представляют собой значе­
ния параметров, изменяющих состоя­
ние объекта.
Существенной особенностью задач
теории адаптивных систем является то,
что вычислить показатель качества
( 1 .3) невозможно, так как неизвестна
функция распределения случайной ве­
личины У. В зависимости от способов
ее получения (в общем случае в 3®ви'
симости от способов получения инфор­
мации об объекте), а также от степени
неопределенности характеристик о
екта адаптивные системы бывают с не
зависимым (пассивным) и активным
накоплением информации
(системы
дуального управления).
Приведенную классификацию мож­
но продолжить. Но мы сочли целесооб­
разным выделить лишь те типы систем
управления, в которых наиболее четко
проглядывают задачи управления и
способы их осуществления.
Показав возрастающую сложность
задач управления объектами, система­
ми, остановимся в заключение на так
называемых больших системах. Сам по
себе термин большая система доста­
точно условен и характеризует скорее
наши теперешние возможности уп­
равления.
• ..
Как правило, большой системой на­
зывают такую систему, для решения
7
задач управления которой требуется
разработка специальных методов (по­
рой эвристических). Задачи управле­
ния большими системами по сути ничем
не отличаются от перечисленных выше
«обычных» задач
управления. Все
трудности управления большими си­
стемами объясняются большой размер­
ностью задач, значительным числом
варьируемых переменных. Это задачи
оптимального текущего и перспектив­
ного планирования, задачи распределе_ния ресурсов и т. д.
*
0 ( 0 = 0/1 ( 0 , .... Уп (0>. управляющие
воздействия — вектором и Щ Щ {Щ (О >
иг ( 0 , возмущающие воздействия —
вектором /( 0 —(М 0 > —» М О ) . а так
называемые промежуточные перемен­
ные—вектором ж( 0 “ {*1 ( 0 » —»*™(0 }Математическая модель объекта
представляет аналитическое выраже­
ние взаимосвязи между указанными
переменными, т. е. в соответствии с вве­
денными обозначениями уравнение мо­
дели объекта имеет вид:
при непрерывном наблюдении за
объектом
I
[у Щ Ш
Ш
/ ( 0 ] = о ; о - 4)
если исследованию подлежат пара­
метры объекта в дискретные моменты
времени 1—кТ (где Т — шаг дискрет­
ности к = 0, | | ...),
I
Р(у[ЬТ\, х[кТ\, и [ к Т ] , / \ к Т \ ) = 0 , (1.5)
р
§ 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ
ПРОЦЕССА И СОСТАВЛЕНИЕ
СТРУКТУРНЫХ СХЕМ
■
В предыдущих параграфах данной
главы уже фигурировали термины: уп­
равляемый
процесс,
управляемый
объект, состояние объекта, регулируе­
мая и задающая величины и т. д.
Смысл употребляемых понятий очеви­
ден. Тем не менее представляется целе­
сообразным более строго и более де­
тально остановиться на математиче­
автоматиза­
ском описании объекто
ции, так как построение математиче­
ской модели объекта является основой
решения задач управления. От точно­
сти построения модели объекта зависит
эффективность решения всего ком­
плекса задач управления. Таким обра­
зом, вопрос математического описания
исследуемого объекта, явления — это
центральный вопрос решения задач ав­
томатизации.
Математическая модель объекта —
это описание изучаемых процессов,, яв­
лений с использованием языка матема­
тики. Модель характеризуют ряд пара­
метров: входные переменные (называе­
мые управляющими
воздействиями,
или управлениями) и выходные пере­
менные (выходные координаты объек­
т а — управляемые переменные); часто
ограничиваются описанием
объекта
лишь относительно указанных парамет­
ров.
'
■'
' 7 '^:•
В большинстве случаев какой-либо
процесс рассматривают не обособленно, а в непосредственной связи с иными
процессами, явлениями, учитывая их
влияние на исследуемый процесс. Влия­
ние внешних условий характеризуют
т а к называемыми возмущающими воз­
действиями (возмущениями).
В дальнейшем выходные координа­
ты объекта рбозначаются вектором
О
где Р — оператор, содержание которо­
го расшифровывается дальше на при­
мере линейных объектов с постоянны­
ми параметрами.
Ниже рассматриваются так назы­
ваемые динамические объекты, т. е.
процессы и явления, изменяющиеся во
времени. Поэтому выражения вида
(1.4), (1 .5 )— суть дифференциальные,
интегральные или разностные уравне­
ния. Объекты, описываемые выраже­
нием (1.4), называются непрерывными,
а выражением (1.5), — дискретными.
Особый класс динамических объек­
тов составляют объекты, у которых
значения каждой из величин у[кТ],
х[кТ], и[кТ], \[кТ] принадлежат конеч­
ным множествам. При указанных усло­
виях уравнения
типа (1 .5 )— суть
уравнения конечных динамических си­
стем, к которым принадлежат •Гак назы­
ваемые конечные автоматы.
Параметры, характеризующие объ­
ект, делятся на детерминированные и
случайные. Соответственно и объекты
называют детерминированными и сто­
хастическими.
Математическая модель — это лишь
копия (с той или иной точностью, до­
стоверностью) реального процесса, явления. Промежуточным звеном между
реальным явлением и его математиче­
ской моделью служит «описательная
модель» процесса, являющаяся базой
как для построения математической
модели, так и для последующего ее
уточнения.
Уточнение модели (приближение ее
к оригиналу) связано с увеличением
л ^ 1 ; , - 1 ______- .
И
8
В
_- •
___________
•
^
___
№ 2 ________________ ________ __________ ъ
Я
* * т т / ч
I
является постановка эксперимента с
вводимых для ее характеристики пере­
целью построения самой модели объек­
менных — с усложнением модели. В ре­
та. Способы получения модели объекта
зультате математическая модель, хотя
на основе экспериментальных данных
сама по себе и достаточно точная, мо­
( идентификация объектов) образуют
жет стать трудно обозримой и по сути
непригодной для дальнейших исследо­
отдельное научное направление Полученную таким образом модель называний. (Здесь уместно подчеркнуть, что
построение математической |
модрли является лишь эта­
пом подготовки к последую­
щим исследованиям). В то
же в^емя
использование
кнз
упрощенной, грубой мате­
матической модели, несмот­
ря на удобство обращения с
ней, иногда может привести
и
к качественно неверным ре/ |_______________________________
зульта^там. Поэтому экспе- Рис. 1.1. Статическая харак- Рис. 1 .2. Семейство статических характеристик
теристика
риментальная проверка не­
обходима для того, чтобы
вают экспериментальной. Исследова­
выяснить правомерность представле­
ние объектов обычно начинают с изу­
ния модели объекта формулами (1.4)
чения их статических характеристик.
и (1.5). Аналитические выражения ти­
Статическая характеристика элепа (1.4), (1.5) получают двумя спосо­
отражает
мента системы, объекта
бами. С одной стороны, подлежащий
О
взаимосвязь значений его входной ве­
исследованию сложный объект как бы
личины и установившихся значений
расчленяют на более простые, для ковыходной величины. Отложим по оси
торых записывают соответствующие
•абсцисс установившееся значение вход­
аналитические зависимости на основе
ной координаты объекта У9
а по оси ординат - - устаноУ
У
вившееся значение его выходнои координаты V (рис.
1. 1).
В случае, когда на эле­
мент системы, объекта д е й т
ствует и возмущающее воз­
действие, следует строить се­
мейство статических харак­
теристик (рис. 1.2). К аж дая
снимается
характеристика
и
значепри
фиксированном
о
нии ■возмущающего
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ воздейРис. 1.3. Характеристика ас­ Рис. 1.4. Точки астатизма ста­
ствия.
тических характеристик ( / и 2)
татического элемента
У статических элементов
касательная к любой точке
статической
характеристики
имеет
по­
известных законов; затем эти выраже­
ложительный
угловой
коэффициент.
ния соединяют. Полученную таким об­
разом модель называют аналитиче­
ской.
к=<1У1<аГ> 0.
Получение аналитической модели
сложного
объекта — задача
очень
Значение к
какой-либо точке О
трудная. Сам по себе термин «сложный
статической характеристики называет­
объект» подразумевает многообразие
ся коэффициентом усиления.
протекающих процессов, явлений, свя­
Астатические элементы при некото­
занных в единое целое. Иногда иссле­
ром
значении входной
величины
дователь и проектировщик поставлены
1)=11о находятся в равновесии при лю­
в такие условия, что для них затрудни­
бом значении выходной величины, а.
тельно изучить отдельные процессы или
при отличных от 1)0 значениях входной,
даже выделить их. Наиболее правиль­
величины вообще не имеют равновесноным, а иногда единственно возможным
мь
9
I
&
| йм йМЙШНИМ
го состояния. В этом смысле их стати­
ческая характеристика является пря­
мой, параллельной
оси
ординат
(рис. 1.3).
Если статическая характеристика
содержит точки, касательные в кото­
рых параллельны оси ординат, то такие
точки называются точками астатизма
(рис. 1.4).
^
|.
Значение к служит мерой астатизма
системы. Чем больше к, тем больше
приближаются к астатическим свойст­
ва элементов. Кроме того, к характе­
ризует свойство самовыравнивания
объекта, звена, его способность перехо­
дить из одного состояния в другое.
Имея статические характеристики от­
дельных
звеньев
системы, можно
построить статическую характеристику
системы в целом, которую |н азы ваю т
статической характеристикой системы
регулирования.
Исследование объектов, процессов
строительной индустрии как объектов
автоматического управления дается в
следующей главе. Здесь рассматри­
вается способ математического описа­
ния достаточно сложных линейных не­
прерывных динамических объектов с
постоянными
параметрами на базе
уравнений их составных частей — от­
дельных динамических звеньев. Вос­
пользуемся преобразованием Лапласа
и рассмотрим зависимости между изо­
бражениями У(5) = Ь { у ( ( ) } , ^ ( 5) —
= Ы и ( 0 }> исключив промежуточные
переменные Х ( 5 ) = Х { х ( 0 } (^ — сим­
вол преобразования Л ап ласа). Д иск­
ретные линейные объекты исследуются
аналогично, если воспользоваться дис­
кретным преобразованием Л апласа или
^-преобразованием.
К ак известно, связь между У(5) и
II (5) выражается через так называе­
мую передаточную функцию объекта.
В дальнейшем для простоты ограни­
чимся рассмотрением объектов с одним
входом и выходом, т. е. У («) и ^ ( « ) —
скалярные величины.
Объекты автоматического регули­
рования очень разнообразны: электри­
ческие, в которых все параметры
электрические величины (токи, напря­
жения, сопротивления и т. д.); электро­
механические, в которых в осуществле­
нии функций регулирования кроме
электрических принимают участие ме­
ханические элементы — пружины, жид­
костное трение, массы и т. д.; механиче­
ские пневматические, гидравлические
и всевозможные комбинации указан- я
ных объектов.
Я
Различные по физической сущности 1
объекты регулирования могут иметь ■
одинаковые структуры и соответствен- 1
но одинаковые передаточные функции. Я
Поэтому, изучая свойства объектов по |
их передаточным функциям, можно Ц
определить характеристики последних I
(с точки зрения устойчивости и качест- 1
ва) независимо от того, соответствует 1
ли этой структуре электрическая, гид- 3
равлическая или какая-либо другая |
реальная система. Так как элементы |
систем автоматического регулирования |
и их передаточные функции могут быть 1
различными, в теорию автоматического Ц
регулирования вводят некоторое мини- 1
мальное количество элементарных зве­
ньев, комбинацией которых можно по­
лучить схемы, соответствующие по сво­
им статическим и динамическим свои- |
ствам самым разнообразным элементам
автоматического регулирования.
1
Рассмотрим элементарные звенья,
которые в дальнейшем будут исполь­
зованы для исследования структурных
свойств систем автоматического регу- 1
лирования.
-1
В качестве основного структурного
I
звена примем звено второго порядка, |
которое соответствует реальному эле- 1
менту с массой, жидкостным трением и
упругой силой, или электрической це­
пи, состоящей из индуктивности, оми- I
ческого сопротивления и емкости. Су­
ществуют элементы, в которых один из
этих параметров настолько мал, что
его влиянием на свойства элемента
можно пренебречь. Поэтому целесообразно кроме полного звена второго по­
рядка принять в качестве элементарных
такие звенья, где один или два из вхо­
дящих в звено второго порядка параметров отсутствуют. Тогда получим
следующую группу элементарных зве­
ньев:
звено второго порядка с уравне­
нием
(Д524- 6 5 + 1-) Г (5) = Ш (5),
где У(5) — выходная величина звена;
[ / ( 5) — входная величина звена; к
коэффициент усиления; а, Ь постоян­
ные, имеющие размерность с2;
звено первого порядка, или аперио­
дическое звено
(&5+1) У ($ )= & /(« );
интегрирующее звено
Ь&У (5)— Ш (5);
10
зывает исчезающе малое влияние на
предыдущее, и этим обратным влия­
нием можно пренебречь. Благодаря
этому свойству можно установить весь­
ма простые правила нахождения пере­
даточных функций сложных систем, со­
стоящих из последовательных и парал­
лельных соединений
элементарных
звеньев.
1.
Последовательное соеди­
нение э л е м е н т а р н ы х звень­
ев. Допустим, что рассматриваемая
динамическая система в разомкнутом
состоянии может быть представлена
последовательной цепочкой элементар­
ных звеньев с передаточными функция­
ми №1 (5), ..., №п(5).
Обозначив входные и выходные сиг­
налы звеньев через У. (5 ) и У*+}(&), со­
ставим следующую систему уравнений
(рис. 1.5):
консервативное звено
(а5а- И ) Г ( 5 ) = * { /( 5 ) ;
усилительное звено
У (5) = Ш (5).
В случае если отдельные элементы
цепи регулирования сами по себе неус­
тойчивы, следует добавить группу эле­
ментарных звеньев, которую можно
представить так:
а) рая2
\)У ( з ) ~ Ш (я)
г
б) (аз
■
в) (аз
г)
(Ьз— 1)У (з).— Ш
д) (аз
2
(5);
1)Г(5)=Аб/(5)
Звенья а ), г) и д) соответственно
называют: звеном второго порядка с
отрицательным статизмом; апериодиче
ским звеном с отрицательным статиз
мом; консервативным звеном с отрица
тельным статизмом. Комбинируя эле­
ментарные звенья, можно составить
схему, которая по своим динамическим
свойствам эквивалентна любой реаль­
ной системе без дополнительных стаби­
лизирующих устройств.
Д л я того чтобы структурно предста­
вить всевозможные комбинации звень­
ев, введем звено, операторное уравне­
ние которого описывается функцией
вида
Рис. 1.5. Последовательное соединение звеньев
Г* (5) = ^ ! (5) </(*),
Г 2 (5) = Г 2 ( 5 ) Г 1 (5),
(1.7)
Н 1№ « И ®
Исключая все промежуточные пере­
менные, найдем связь между Уп (з) и
II (5) в следующем виде:
Л\5я* -Ь &2$Я|
... 1
е - « . (1.6)
Ь\8П* -}? Я ••• Ц |
Г (5) = Г„(5)/^(5) = Г 1(я)...\Гл (5), (1/8)
Частными случаями указанного зве­
на являются:
дифференцирующие звенья первого,
Г
*
•
второго и т. д. порядк а
интегрирующее звено У(8)111(5) =
= 1/ЬП2з ;
изодромная или гибкая обратная
связь У (з)III(з) —ап\51(Ьп2з + \) \
звено запаздывания У (з)/1/ (5) = е -зт.
Введение элементарных звеньев и
структурных схем значительно упро­
щает нахождение передаточных функ­
ций систем и дает возможность в ряде
случаев
вести
исследование
их
свойств в общем виде. Нахождение пе­
редаточной функции сложного объекта,
сложной
системы,
представленной
структурной схемой из элементарных
звеньев, упрощается благодаря тому,
что, по предположению, элементарные,
звенья имеют однонаправленное дейст­
вие, т. е. последующее звено в цепи ока­
где № (5) — передаточная
функция
объекта, системы, состоящей из п по­
следовательно включенных звеньев.
Таким образом, передаточная функ­
ция последовательного соединения зве­
ньев с передаточными
функциями
№, (5) ( 1 = 1 , ..., п) равна произведению
передаточных
функций
отдельных
звеньев.
.
11(5)
Рис. 1.6. Параллельное соеди
нение звеньев
2. П а р а л л е л ь н о е
ние
элементарных
11
\
«чЭ'едтгвезвенье
дают возможность довольно просто
найти передаточную функцию системы
любой сложности, если задана ее струк­
турная схема, т. е. характер соедине­
ния элементарных звеньев. Метод со­
ставления структурных схем упрощает
исследование линейных систем автома­
тического
управления и является
эффективным аппаратом проектирова­
ния линейных систем управления.
Н а рис. 1.6 представлена схема, состоя­
щ ая из двух параллельно включенных
звеньев с передаточными функциями
№ ,( 5) и ИМ*). Найдем передаточную
функцию этой системы. Д ля этой цели
напишем следующие уравнения:
(1-9)
У 2 ( 5 ) = \ Г 2 (5) и («);
У (5 ) =
^ ( 5 ) + Г , (Я).
( 1 . 10)
( 1. 11)
Ж
уш
Подставляя в (1.11) вместо | щ | | и
У3( 5) их значения из (1.9) и (1.10),по­
лучим
у (5)= 1^ ( 4)+ Ж В Н (*)•
/V,(!) Ь
редаточная функция № ( | | будет
равна
Г (5) Ц У ( 8 ) / и (5) = Й § § |
Г 2(5).
Рис. 1.8. Структурная схема
системы
( 1. 12)
Следовательно, при параллельном
соединении звеньев их передаточные
функции складываются.
3. З а м к н у т а я с и с т е м а. Пусть
выходной сигнал У ($) звена с передаточной функцией
подается со
знаком минус на вход звена с переда­
точной функцией 1^2 (5), выход которо­
го У2(5) совместно с задающим сигна­
лом Уо(з| подается на вход ^ ( з ) зве­
на К7! (5) (рис. 1.7).
многоконтурнои
В качестве примера приведем вырадие для передаточной функции № (5)
системы (рис. 1.8):
У (5)
Я®
Г
Ш
(1 +
N 2 (я )
Ггг
1+
(*) ^ 2 (5)
Щ
^
1 Ц
( х ) ^Г 2 ( 5 )
-+-
:А
( 5) Щ 2 ( 5)
Л- г
X
-
1
| 1 + Л Г 1( 5 ) ^ 1( 5 ) Г 2( 5 ) 1
х Ж (5) + ^4 Щ]
х [щ I) 1 ^4 Ш
ной св язью
Основные уравнения имеют вид:
|||р Й |
(5),
(1.15)
§ 4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРЕДПРИЯТИИ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
Рис. 1.7. Система с о б р ат-
У (5 ) |
X
При разработке проектов автомати­
зированных предприятий следует ори­
ентироваться на различные уровни
(ступени) и этапы внедрения автомати­
зированного управления.
Первый этап автоматизации в ос­
новном связан с механизацией отдель­
ных операций, управляемых дистанци­
онно оператором на основании инструк­
ции или личного опыта.
Второй этап автоматизации харак­
теризуется внедрением отдельных си­
стем автоматического регулирования,
автоматически изменяющих положение
регулирующих органов в соответствии
с изменениями в ходе процесса.
Третий этап связан с применением
управляющих вычислительных машин.
Н а основании вводимой в машину ин-
(1.13)
6Г1 (5) = Г 0 ( 5 ) - Г 2 ( 5 ) К ( 5 ) .
Исключив переменную ^ 1 (5), полу
чим
г (я)= У (&)/Уо Л
^ 1 ( я) / [ 1 + ^ 1 ( « ) ^ 2 ( я)]* (1-14)
Ш
Таким образом, передаточная функ­
ция замкнутой системы выразится как
частное от деления передаточной функ­
ции $М $) прямой цепи на сумму из
единицы и передаточной функции ра­
зомкнутой системы № 1 ( 5) №2(5).
П р и в е д е н н ы е п р а в и л а получения п е ­
р е д а т о ч н о й ф ункц ии с л о ж н о г о о б ъ е к ­
т а , с л о ж н о й системы на основе п е р е д а ­
т о ч н ы х ф ункц ий э л е м е н т а р н ы х звен ьев
12
формации о текущих изменениях па­
раметров процесса, она управляет про­
цессом, обеспечивая' оптимизацию его
технико-экономических показателей.
Первые этапы автоматизации ха­
рактеризуются обычно повышением
производительности и эффективности
отдельных машин (бетоносмесителей,
дробилок, пропарочных камер и т. п.).
При. этом применяют большое число
регуляторов различного назначения, а
т а к ж е , необходим большой штат, об­
служивающий и перерабатывающий
поступающую информацию. На более
высоком уровне автоматизации осу­
ществляется централизация контроля
технологического процесса и централи­
зация управления машинами и уста­
новками, подключенными в систему
централизованного контроля. На выс­
шем уровне автоматизации выбор ре­
жима работы всего комплекса и со­
ответствующие команды управления
вырабатывает УВМ.
Степень (уровень) автоматизации
определяется не только техническим
состоянием, но и количественным охва­
том. С этой точки зрения различают
частичную, комплексную и полную ав­
томатизацию.
При проектировании автоматизации
каждой из ступеней следует учитывать
перспективу перехода на следующую
более высокую ступень, что позволит с
наименьшими затратами переходить от
частичной к комплексной и полной ав­
томатизации.
При частичной автоматизации часть
производственных процессов управля­
ется автоматически, а часть — или не
автоматизирована совсем, или имеет
более низкий уровень автоматизации.
При частичной автоматизации в
первую очередь автоматизируют объ­
екты и системы, определяющие безо­
пасное и безаварийное ведение работ,
и такие производственные процессы,
которые являются основными с точки
зрения обеспечения качества продук­
ции, экономической эффективности ав­
томатизации и при этом наиболее труд­
ны для управления оператором. Рацио­
нально осуществленная частичная ав­
томатизация может дать значительный
технологический и экономический эф­
фект. Частичную автоматизацию сле­
дует применять главным образом на
действующих предприятиях, где пере­
ход к комплексной или полной автома­
тизации в большинстве случаев требу­
ет замены основного технологического
оборудования, нового строительства и
других фундаментальных мероприятий.
Во избежание принятия ошибочных
решений возможность и целесообраз­
ность повышения уровня и степени ав­
томатизации должна особенно тщ а­
тельно проверяться в случаях рекон­
струкции действующих частично авто­
матизированных предприятий.
Следует учитывать, что при автома­
тизации работы отдельных машин их
производительность может возрасти
незначительно и эффективность произ­
веденных затрат на автоматизацию бу­
дет недостаточна, поскольку произво­
дительность этих машин часто зависит
от производительности смежных агре­
гатов.
Комплексная автоматизация наибо­
лее эффективна на предприятиях с не­
прерывным технологическим процес­
сом. Она значительно уменьшает влия­
ние субъективных факторов человека
(мастерство, утомляемость, быстрота
реагирования и т. п.) на технологиче­
ский процесс и дает возможность до­
стигнуть более ритмичной и высоко­
производительной работы.
При комплексной автоматизации
достигается согласованная работа от­
дельных автоматизированных объек­
тов, удаленных друг от друга, возмож­
но применение вычислительной техни­
ки и управляющих машин. При
комплексной автоматизации весь авто­
матизируемый участок производства
рассматривается как единая взаимо­
связанная система, обеспечивающая
выполнение требуемой последователь­
ности отдельных операций или фаз тех­
нологического процесса.
В ряде случаев комплексно автома­
тизированное предприятие слагается
из раздельных автоматизированных
комплексов, охватывающих все опера­
ции на отдельных участках, например
операции на складах сырья, по техно­
логической переработке сырья и полу­
фабрикатов и операции с готовыми
изделиями (сортировка, маркировка,
контроль, упаковка). В случае несколь­
ких раздельных автоматизированных
комплексов они должны быть сблоки­
рованы между собой и управляться
единым диспетчерским пунктом.
При полной автоматизации управ­
ление
технологическим
процессом,
включая определение технико-экономи­
ческих показателей с использованием
их для оптимизации процесса, ведется
с участием человека на этапе выработ-
ки задания и критериев и без участия
человека — в процессе управления про­
изводством.
На полностью автоматизированных
предприятиях помимо автоматического
контроля за работой отдельных звеньев
предприятия должны быть обеспечены
автоматический сбор и обработка ин­
формации с выдачей данных о наибо­
лее экономически целесообразном ходе
производственного процесса на управ­
ляющую машину с учетом всех выяв­
ляющихся факторов (колебаний со­
става сырья, требований потребителя и
т. д.). Н а высшем уровне автоматиза­
ции изменение программы работы пред­
приятия и отдельных его узлов произ­
водится УВМ, анализирующей посту­
пающую
в
нее
информацию
и,
сопоставляя результаты анализа с
заданными критериями, выбирающей
программу в соответствии с ними. При
полной автоматизации появляются це­
хи-автоматы и заводы-автоматы. З а ­
вод-автомат— это предприятие, на ко­
тором весь производственный процесс,
включая все виды подготовки произ­
водства, управление технологическими
процессами, а такж е учет и отчетность,
осуществляются системой машин, тех­
нологических агрегатов и устройств
автоматического управления. Человек
выполняет работу по определению критериев, закладываемых в систему, а
также — общего надзора и контроля
за поведением системы. Функции об­
служивающего персонала, который мо­
жет быть размещен и вне предприятия,
на центральном пункте контроля и уп­
равления, сводятся к контролю за хо­
дом процесса и вмешательству при ава­
рийных отклонениях от нормы.
Заводы-автоматы целесообразны в
случаях, когда число разнородных про­
цессов в них невелико. При большом
количестве разнородных процессов си­
стема автоматики может получиться
очень сложной, что снизит ее экономи­
ческие показатели и эксплуатационную
надежность.
Выбор оптимального уровня автоматизации должен производиться диф­
ференцированно, с учетом масштаба
производства, назначения, уровня технологии и режима работы этих предприятий, а такж е экономической эф
при дан­
фективности
ных условиях.
Внедрение автоматизации в произ­
водство, оснащенное машинами и аг­
регатами, в конструкции которых не
Ь
ЛЬ Л *
в* V*
было предусмотрено включение их в
автоматические системы, вызывает не­
обходимость создания сложных автома­
тических систем для контроля и защи■ты ■их[ от
■ йаварийных
А й в режимо:в. В этом
случае система автоматики должна
компенсировать недостатки конструк­
ции, что значительно усложняет си­
стему и снижает в целом ее надеж ­
ность.
•; >1
Д л я перехода от системы автомати­
ческого управления отдельными опера­
циями к системе комплексной автома­
тизации необходимо выполнить ряд
подготовительных мероприятий: а) усо­
вершенствовать технологическое обору­
дование и приспособить его к нуждам
автоматизации; б) ликвидировать ко­
лебание состава сырья, в частности,
путем усреднения; в) обеспечить беспе­
ребойное поступление сыпучих мате­
риалов; г) усовершенствовать и рас­
ширить номенклатуру средств автома­
тизации; д) изучить отдельные участки
как объекты автоматического регули­
рования. Изученные до настоящего
времени статические и динамические
свойства части процесса характеризу­
ют только его отдельные участки. От­
дельные характеристики недостаточны
для создания системы комплексной ав­
томатизации. Необходимы данные о
взаимосвязи между отдельными параметрами.
При разработке проектов автомати­
зации влияние возмущений, характери­
зующихся определенной, заранее из­
вестной закономерностью, должно быть
учтено в системе автоматического уп­
равления. Влияние случайных возму­
щений должно компенсироваться после
непосредственного выявления возмуще­
ний, либо после обнаружения отклоне­
ний, вызванных возмущениями.
Можно рекомендовать следующие
правила выбора взаимозависимой си­
стемы показателей и параметров про­
изводственного процесса для его фор­
мализации: 1) выбранные показатели
производственного процесса должны
наиболее точно характеризовать требования, предъявляемые к данному про­
цессу (производительность может быть
основным показателем для одного процесса, а точность — основным для другого);
' 2) они должны составлять
|
”наи­
”
более простые соотношения, чтобы не
усложнять математическую модель
процесса, а также наиболее полно и
точно описывать его отдельные элемен­
ты и фазы; 3) показатели и параметры
^^
■
_____
Г' '
рШ
" . Е2
14
-'
-_••_-_ __ _^ _ — — _ —
_т
«V
«V
% IЧ Т
V 4»
следует выбирать такими, чтобы обе­
спечить их определение наиболее удоб­
ным путем; 4) выбор параметров про­
изводственного процесса должен обе­
спечивать возможность их изменения в
процессе функционирования системы
управления; 5) если отдельные техно­
логические операции или операции уп­
равления осуществляются людьми-оператор^ми, то необходимо предусмо­
треть такие показатели и параметры
процесс, чтобы имелась возможность
их кодирования в удобной форме для
представления на индикаторных уст­
ройствах с целью информирования людей-операторов о состоянии автомати­
зированной производственной системы;
6) показатели и параметры производ­
ственного процесса должны включать
в себя такие показатели и параметры
машинной части автоматизированной
производственной системы, которые
характеризовали бы отдельные агрега­
ты (приборы, блоки, станки и пр.) ма­
шин, с тем чтобы при'нарушении нор­
мального хода производственного про­
цесса из-за выхода за допуск того или
иного показателя можно было бы ло­
кализовать неисправность заменой или
ремонтом конкретного агрегата (при­
бора, блока, станка и пр.); 7) показа­
тели и параметры производственного
процесса должны включать в себя та­
кие показатели и параметры людей-операторов, по изменениям которых мож­
но будет в дальнейшем судить о при­
обретении людьми навыков работы и
на основании этого строить систему их
обучения работе в соответствии с кри­
териями качества данного производственого процесса.
Г Л А ВА 2
П Р Е Д П Р И Я Т И Я СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
§ 1. СОВРЕМЕННЫЙ УРОВЕНЬ
СОСТОЯНИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРЕДПРИЯТИИ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
рактеризуется рядом особенностей, в
частности: а) большрй сложностью
разнохарактерных прбцессов, трудно
поддающихся математическому описа­
нию; б) наличием действия множества
случайных факторов; в) динамич­
ностью, как следствием развитая про­
цесса строительства во времени; г)
иерархичностью, многоступенчатостью
структуры (например, домостроитель­
ный комбинат, завод, цех, пролет,
строительный трест, управление, учас­
ток); д) целенаправленностью регули­
рования, связанной с соблюдением но­
менклатуры, сроков поставки, технико­
экономических показателей и т. д.
Таким образом, комплекс предприятии строительной индустрии может
быть определен как сложная динами­
ческая система с многоступенчатой
структурой.
Автоматизация предприятий строительной индустрии должна:
значительно повысить качество го­
товой продукции за счет соблюдения
режимов технологических процессов и
производительность — за счет обеспе­
чения ритмичности производства;
снизить затраты сырья, электроэнер­
гии, топлива, воды и других вспомога­
тельных материалов;
обеспечить безопасность труда и
улучшить условия работы обслуживаю­
щего персонала;
сократить количество персонала,
непосредственно занятого на производ­
стве и в сфер^ управления.
Со времени создания в СССР перавтоматизированных
ых
частично
предприятии строииндустрии прошло
около двадцати лет. На дробильно-сор­
тировочных, цементно-бетонных заво­
дах, заводах железобетонных изделий
и других применяют системы дистан­
ционного управления; осуществляется
автоматическое дозирование и автома­
тизированное выполнение отдельных
рабочих движений; распространены ре­
гистрирующие приборы для дистап-
Индустриальные методы строитель­
ства, внедряемые в СССР, получили
широкое распространение. От масшта­
ба производства и от совершенствова­
ния предприятий строительной инду­
стрии в значительной степени зависит
выполнение плановых заданий по объе­
му строительства, повышению произво­
дительности труда и экономической
эффективности в этой области народ­
ного хозяйства.
*
Стоимость продукции предприятий
строительной индустрии и промышлен­
ности строительных материалов, по­
ставляющих готовые изделия и полу­
фабрикаты, составляет 80—85% всей
себестоимости строительства.
Развитие строительной индустрии
требует значительных капиталовложе­
ний и привлечения большого количест­
ва обслуживающего персонала. Это
коренным образом противоречит на­
правлениям современного развития
промышленности.
Ввиду того что предприятия строи­
тельной индустрии характеризуются
высокой материалоемкостью, а произ­
водимая ими продукция — большой
грузоемкостью и низкой транспорта­
бельностью, их следует располагать по
возможности ближе к источникам
сырья и пунктам потребления.
Предприятия строительной инду­
стрии имеют последовательную струк­
туру производства. Основные техноло­
гические агрегаты работают в непре­
рывном, дискретном или в дискретно­
непрерывном режимах на разных уров­
нях технологического процесса.
Комплекс предприятий строитель­
ной индустрии большого промышлен­
ного и строительного района (строи­
тельство дорог, аэродромов, домострои­
тельные комбинаты и т. п.) ха­
16
ционного контроля рабочих процессов.
В основном автоматизированы такие
процессы, как дробление,' пропарка,
сушка, дозирование, и осуществляется
постепенный переход к комплексной
автоматизации производственных про­
цессов и применению УВМ и АСУ (ав­
томатизированных систем управления).
В частично автоматизированных
предприятиях строительной индустрии
широко используются приборы тепло­
технического контроля как местные
(т. е. установленные непосредственно
в месте производства измерений), так
и дистанционные (с передачей сигналоз
на центральный щит, пульт управления
или в системы автоматического регу­
лирования), а также регистрирующие
приборы. Полностью автоматизирова­
ны процессы дозирования порционными
и непрерывными дозаторами, основан­
ными на весовом и ооъемном принципе
действия. В значительной степени ав­
томатизированы тепловые режимы при
нагревании, пропарке, сушке и пере­
мешивании. Автоматизированы систе­
мы маслосмазки и защиты дробильных
агрегатов, внедрены дистанционный
контроль и управление технологически­
ми и транспортными агрегатами дро­
бильно-сортировочных заводов.
Разработаны и внедряются системы
автоматического управления сложным
транспортно-складским хозяйством, до­
заторы на бесконтактных элементах, на
тензоизмерителях, а также системы на
логических элементах в блочном испол­
нении. Начинает широко применяться
ультразвуковой контроль прочности бе­
тонных изделий. Разработаны системы
автоматического регулирования тепло­
вого режима камер пропаривания по
сигналам аппаратуры автоматического
контроля набора прочности в процессе
пропаривания; применяются автомати­
ческие гранулометры. Последние в со­
четании с дробилками с дистанцион­
ным регулированием щели дают воз­
можность автоматически поддерживать
оптимальное соотношение отдельных
фракций готовой продукции. Внедрены
и дают значительный технический эф ­
фект системы автоматического диспет­
черского управления домостроительны­
ми комбинатами и другими предприя­
тиями строительной индустрии.
Применяется вычислительная тех­
ника для управления дозировочными
отделениями бетонных заводов, выбора
оптимальных режимов и др. Успешно
эксплуатируются диспетчерские и ав­
томатизированные системы управления
(АСУ) домостроительными комбината­
ми, охватывающие строительный кон­
вейер в составе: заводы строительных
— транспорт —
деталей и конструкции —
монтажная площадка. Внедрена АСУ
строительством Главмосстроя, охваты­
вающая весь комплекс строительства,
начиная от нулевого цикла и кончая от­
делочными работами. Предприятия
строительной индустрии входят в эту
АСУ как один из составных элементов.
Внедрение частичной автоматиза­
ции в производство строительных ма­
териалов, полуфабрикатов и изделий
повысило его технический уровень. Од­
нако ряд обстоятельств тормозит по­
вышение уровня и внедрение комплек­
сной автоматизации многих предприя­
тий строительной индустрии. К ним от­
носятся: наличие неполностью механи­
зированных процессов; недостаточная
надежность технологического и транс­
портного оборудования; отсутствие дат­
чиков контроля некоторых параметров
процесса и качества сырья и полуфаб­
рикатов; нестабильность сырья; труд­
ности контроля качества сырья полу­
фабрикатов и готовой продукции; от­
сутствие математического описания
технологического процесса.
В силу особенностей технологиче­
ских процессов и из-за трудностей, свя­
занных с измерением некоторых пара­
метров и идентификацией объектов,
комплексная и тем более полная авто­
матизация предприятий строительной
индустрии еще затруднена.
§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДПРИЯТИИ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
К предприятиям строительной ин­
дустрии относят предприятия по пере­
работке нерудных материалов, заводы
по производству бетонных смесей, керамзитобетона, железобетонных изде­
лий и др.
Технологические процессы предприятии строительной индустрии ха­
рактеризуются: а) поточностью произ­
водства с непрерывными или циклично­
повторяющимися процессами; б) боль­
шими массами и грузопотоками сырья,
поступающего в большинстве случаев в
виде сыпучих материалов, жидких или
тестообразных масс, штучных грузов
или полуфабрикатов; в) изменяющейся
О
17
Б И Б Л ”1 0 1 Г * г
\
Павлодареи
"ядш твш тс ш ь н
(в ограниченных пределах) по сортам
и типоразмерам в соответствии с тре­
бованиями потребителей программой,
причем необходимо сокращать до м ак­
симума номенклатуру, сорта и типораз­
меры для каждого специализируемого
предприятия; г) наличием (в зависи­
мости от назначения предприятия) тех­
нологических процессов дробления,
сортировки, обогащения, дозирования,
перемешивания, формования, в том
числе на большинстве предприятий
тепловых процессов; д) наличием на
всех видах предприятий внутризавод­
ского межоперационного непрерывного
транспорта или подъемно-транспорт­
ных операций; е) нестабильным во вре­
мени потреблением и не всегда осу­
ществленной полностью увязкой между
изменяющимися запросами и програм­
мой предприятия по сортам или типо­
размерам, что влечет за собой необход и м о сть в с о зд а н и и с к л а д о в готовой
п род укц и и (по м е р е в н е д р ен и я п р о в о ­
д и м ы х о р г а н и з а ц и о н н ы х м ер о п р и яти й
по р а б о т е «с колес» н еобходи м ость в
с к л а д а х готовой п р о д у к ц и и б у д ет сн и ­
ж а т ь с я ; ж ) н еоб ходи м остью со зд ан и я,
пом имо о п ер ац и о н н ы х , т а к ж е р е з е р в ­
ных с к л а д о в сы р ья.
Современные предприятия строи­
тельной и н дустри и п р е д с т а в л я ю т со ­
бой поточное производство, в к л ю ч а ю ­
щ е е одн у или н еск о л ьк о поточны х линий,— у ч астко в, на к о то р ы х постоянно
или пери оди чески и з г о т о в л я е т с я один
или несколько видов изделий. Отличи­
ем поточной линии является такое
пространственное расположение тех
или иных этапов производственного
процесса и такая система взаимосвязи
между ними, которые соответствуют
последовательности выполнения этих
этапов процесса во времени. При этом
каж дая последующая операция явля­
ется продолжением одной из нескодь/ ких предыдущих (например, укладка
арматурного каркаса в форму железо­
бетонного изделия, в свою очередь про­
шедшую на своих постах очистку и
смазку; заполнение бетонной смесью и
вибрация формы, пропаривание в ка­
мерах непрерывного действия или ямных пропарочных камерах и т. д.).
Один из распространенных видов
поточных производственных процессов
предприятий строительной индустрии
характеризуется тем, что основной тех­
нологический процесс выполняется на
одном агрегате. Так, на цементно-бетон­
ных заводах такие функции выполняет
н в Ш Ш
1шВш I «
смеситель, на заводах железобетонных
изделий — формовочная установка и
т. д. Параметры этого агрегата во
многом определяют показатели работы
таких производств. Этот агрегат часто
является лимитирующим, препятствующим минимизации производственных
затрат на единицу продукции.
Д л я предприятий строительной индустрии характерны процессы дробления, помола, сортировки, взвешивания,
перемешивания, формирования, тепловой обработки, а также аппаратурные
процессы
(автоклавная
обработка
I
-
щ
щ
я
1
я
Я
Ш
1 ;
1 ;
I
||
и дрМеханические
-)’*
„
Я
процессы переработ- я
ки сырья в конечный продукт или полуфабрикат на предприятиях строи- |
тельной индустрии по их проектной 1
технологической схеме относят к детер- |
минированным. Однако в .связи с не- |
стабильностью исходного сырья запро|
граммированный детерминированный
процесс нарушается различными возму­
щениями и всплесками. Так, детерми­
нированный
процесс
дозирования ,
составляющих бетонной смеси, запро­
граммированный по лабораторным дан­
ным о влажности песка и щебня, на- |
рушается колебаниями влажности по­
ступающего со склада песка и щебня.
Предприятия строительной инду­
стрии могут классифицироваться по
различным признакам.
1
По принципу работы их делят на |
объекты с технологическим процессом,
а) непрерывным, б) циклично-повто­
ряющимся, в) комбинированным.
,
По характеристике сырья — на объ­
екты: а) с твердым сырьем (с порош­
кообразным — цемент,
минеральный
порошок; с мелкофракционным куско­
в ы м — песок, щебень мелких фракции;
с крупнофракционным кусковым
щебень крупных фракций; с штучным
полуфабрикатом); б) с жидким, тесто­
образным сырьем (вода, жидкие добав­
ки, растворы, бетонная смесь, битум);
в) с комбинированным из нескольких
видов сырья.
По характеристике технологическо­
го процесса — на объекты: а) механи­
ческие (связанные с дроблением, сор­
тировкой и обогащением; со смешива­
нием различных компонентов; с фор­
мированием или прессованием); б)
термические (связанные с тепловой
обработкой пропариванием, сушкой,
подогревом, обжигом; с несколькими
различными сочетаниями тепловых
процессов).
18
К
ж
Приемные
бункера
Технологическии
агрегат
Транспортное
устройство
Л
/%
*л
Транспорт­
ные
устройства
Операционный
склад
К
Направляющее
(распределительное)
устройство
Технологический
агрегат
Технологический
агрегат
Приемный бункер
или транспортное
устройство
-
Расходные бункера
Расходные
(или резервные)
бункера
Дозаторы
у
Т ранспертирующие
устройства
Расходные бункера
Транспортное устройство
для исходного продукта
Сортировочное (обогатительное)
устройство
4
Транспортное
устройство
Нагретый
(высушенный)
продукт
1
Транспортное
устройство
Транспортное
устройство
Транспортное
устройство
Противоточный
тепловой агрегат
с перемещением
нагреваемого
продукта
Г рузоподъемное
или транспортирующее
устройство
Транспортное
устройство
Нагреваемый
(высушиваемый)
продукт
Тепловой агрегат без перемещения
обрабатываемого продукта
Нагретый (высушенный)
продукт
Рис. 2.1. Типовые технологические процессы предприятий строительной индустрии
став песка или в зимних условиях не
выдерживается их температура, то ав­
томатика не может обеспечить качества
приготовляемой смеси и, следователь­
но, ее применение не даст должного
эффекта.
|
Имеются трудности при решении з а ­
дач, связанных с непосредственным
контролем протекания производствен­
ных процессов, наиболее характерных
для предприятий строительной инду­
стрии и промышленности строительных
материалов (перемешивания, пропар­
ки, ультразвукового контроля при фор­
мовании и проверке качества готовых
железобетонных изделий и др.). Если
нет возможности непосредственно конт­
ролировать полуфабрикаты и готовую
продукцию в процессе производства, то
обеспечить высокое качество их можно
только за счет жесткого соблюдения
рецептов смесей и заданных парамет­
ров технологического процесса — дли­
тельности процесса, температуры, д а в ­
ления, натяжения и т. п.
Наибольший эффект дает автомати­
зация, целевой установкой которой я в ­
ляется достижение комплексного кри­
терия оптимальности. Последний з а ­
висит от особенностей отдельного про­
цесса и удельного веса различных ф ак ­
торов.
Комплексный критерий оптималь­
ности автоматизации транспортных
процессов должен базироваться на
обеспечении: минимальной протяжен­
ности транспортирования груза, мини­
мума перегрузок; гибкости схемы, по­
зволяющей любые необходимые по ком­
поновке и технологическому процессу
режимы транспортирования; надежно­
сти и долговечности; удельных трудо­
затрат и капиталовложений; себестои­
мости транспортирования на единицу
готовой продукции.
Комплексный критерий оптималь­
ности автоматизации тепловых процес­
сов должен базироваться на учете
обеспечения необходимого перепада
температур между теплоносителем Ц
подогреваемым объектом, максималь­
ным тепловым к. п. д., относительно
простого конструкторского решения
тепловых агрегатов и соответственно
удельных капиталовложений и себе­
стоимости единицы продукции.
Комплексный критерий оптималь­
ности автоматизации дробильно-сорти­
ровочных и обогатительных заводов
должен основываться на обеспечении
максимальной производительности це-
Типовые технологические процессы
приведены на рис. 2.1'. В зависимости
от назначения предприятия это могут
быть: а) технологический агрегат (дро­
билка, смеситель); б) транспортные
устройства (ленточный конвейер, пи­
татель, элеватор, кр ан ,эстакад н ая или
напольная тележ ка); в) направляющее
(распределительное) устройство (сбра­
сывающая тележка или плужки ленточ­
ного конвейера, челноковый конвейер,
поворотная воронка); г) сортировочное
устройство (многоситовый или бара­
банный грохот, агрегат обогащения
для разделения на фракции или классы
по крупности или качественным пока­
за т е л я м — удельному весу, цвету); д)
противоточный тепловой агрегат с пе­
ремещением нагреваемого продукта
(сушильный барабан, сушильные и на­
гревательные печи); е) тепловой агре­
гат замкнутого контура, без перемеще­
ния нагреваемого продукта (пропароч­
ные камеры ямного и кассетного типа,
автоклавы); ж) форма с прессованием
для железобетонных изделий, с вибра­
цией и пригрузом, формы прессов для
штучных массовых строительных дета­
лей. Поскольку аналитические зависи­
мости, характеризующие, например,
свойства процессов дробления и обога­
щения нерудных, приготовления бетон­
ной смеси и железобетонных изделий
и т. д., установлены еще не полностью,
автоматизация в предприятиях строи­
тельной индустрии практически осу­
ществляется поэтапно.
Выше было сказано, что отставание
в автоматизации основных технологи­
ческих процессов частично объясняется
колебаниями качества сырья, трудно­
стями контроля качества сырья, полу­
фабрикатов и готовой продукции. Н а ­
пример, до сих пор нет надежных спо­
собов контроля качества бетонной
смеси в ходе процесса или непосред­
ственно после приготовления, а при
контроле железобетонных изделий от­
сутствует серийная аппаратура для
проверки расположения и натяжения
арматуры. Соотношение разных исход­
ных материалов, входящих в состав и з ­
готовляемого продукта, устанавливает­
ся исходя не из результатов определе­
ния качества готовой продукции, а по
заранее заданному рецепту. При этом
должны предъявляться повышенные
требования к соблюдению кондиции на
сырье. Если такие требования не вы­
полняю тся— например меняется гр а­
нулометрический состав щебня или со­
20
почки технологических машин (дроби­
лок, грохотов), соблюдений грануло­
метрии и соотношения фракций конеч­
ного продукта, эффективности обога­
щения, минимуме засоренности, на
минимальных энергозатратах, трудо­
затратах и минимальном количестве
агрегатов технологической и транспорт­
ной цепочки, на удельных капиталовло­
жениях на единицу продукции и себестоимрсти переработки единицы про­
дукций.
Комплексный критерий оптимально­
сти систем автоматики производства
железобетонных изделий должен обе­
спечивать высокое качество железобе­
тонного изделия (максимально возможную марку при данной бетонной смеизделия,
точность
размеро
си),
проектное положение арматуры, сокра­
щение срока пропаривания (оборачи­
ваемость камер пропаривания), наи­
меньшие энергозатраты (электроэнер­
гия, пар), минимальные трудозатраты,
высокую надежность и долговечность,
минимальные удельные капиталовло­
жения на единицу продукции и себе­
стоимость переработки единицы гото­
вой продукции.
Критерий оптимальности системы
автоматизации бетонных заводов дол­
жен обеспечивать максимальную плот­
ность и высокую марку бетонной сме­
си -при минимальном расходе вяжуще­
го и заполнителей при наименьшей про­
должительности процесса загрузки,
перемешивания и выгрузки (повышение
съема продукции с 1 м3 емкости сме­
сителя), минимум трудозатрат, высо­
кую надежность и долговечность, ми­
нимальные удельные капиталовложе­
ния на единицу продукции и себестои­
мость переработки единицы готовой
продукции.
Комплексный критерий оптималь­
ности автоматического дозирования
должен базироваться на показателях
точности дозирования, быстродействия,
надежности и долговечности, удельных
капиталовложений и себестоимости
переработки.
Большая часть предприятий строи­
тельной индустрии имеет сходную
структуру себестоимости, что дает воз­
можность квалифицированно решать
вопросы их автоматизации, оптимизи­
руя производство по параметрам, ока­
зывающим наибольшее влияние на эко­
номические показатели деятельности.
Анализ структуры себестоимости по­
зволяет выявить наиболее эффективное
направление и уровень автоматизации.
Так, если в калькуляции себестои­
мости значительное место занимают
трудовые затраты, то при осуществле­
нии автоматизации необходимо особое
внимание уделить уменьшению коли­
чества обслуживающего персонала.
Если основная доля затрат падает
на стоимость сырья и основных мате­
риалов, то задача автоматизации обе­
спечить минимальные потери сырья и
повысить выход и качество конечного
продукта.
|
В результате такого анализа долж­
на быть намечена оптимизация произ­
водства по одному или нескольким ос­
новным критериям (себестоимости или
производительности, расходу дефицитного сырья, энергозатратам и ДР-)
Результаты анализа должны ока­
зать соответствующее влияние на уро­
вень автоматизации. Однако в настоя­
щее время практически реализуется
только частичная автоматизация и
комплексная автоматизация отдельных
участков с выбором автоматизируемых
процессов, оказывающих наибольшее
влияние на результаты деятельности.
Так, при частичной автоматизации це­
ментно-бетонного завода первоочеред­
ными объектами являются дозировоч­
ное и смесительное отделения, от рабо­
ты которых зависит необходимый со­
став смеси и качество перемешивания.
При частичной автоматизации пред­
приятий стройиндустрии с большими и
разветвленными транспортными грузо­
потоками первоочередными объектами
автоматизации являются также наибо­
лее трудоемкие транспортные опера­
ции.
На заводе железобетонных изделий
автоматизированы бетоносмесительное
и пропарочное отделения. Примером
комплексной автоматизации участков
может служить схема комплексной ав­
томатизации бетонного завода, у кото­
рого раздельно автоматизированы все
операции на складах сырья и в смесительнои установке.
Полная автоматизация, например на
бетонном заводе, должна обеспечивать
регулирование количества и соотноше­
ния дозируемых материалов в зависи­
мости от показателей, характеризую­
щих готовую бетонную смесь. Автома­
тически должны регулироваться коли­
чество теплоносителя, поступающего в
систему подогрева расходного резер­
вуара для воды и бункеров-заполните­
лей в зависимости от температуры го21
товои бетонной смеси, а также запасы
на складах. Д л я эффективного внедре­
ния автоматизации в предприятия
строительной индустрии необходимы:
1 ) массовость и однотипность продук­
ции; 2 ) повторяющаяся цикличность
или непрерывность производственного
процесса; 3) наличие отработанного
технологического процесса, а также
оборудования
высокой
надежности
(смесителей, транспортирующих машин
и т. д . ) ; 4) стабилизация качественных
показателей сырья ■— постоянная гра­
нулометрия обогащенных заполните­
лей, сортность цемента, химический со­
став добавок и т. д.; наличие пол­
ностью механизированного процесса;
5) наличие необходимых средств авто­
матизации
высокой
надежности;
6) ритм процесса, который делает н'евозможнЫм неправильное воздействие
со стороны оператора; 7) обеспечение
требований сангигиены и техники без­
опасности (например, обрушение сво­
дов в цементных силосах, взятие проб
смеси в процессе перемешивания).
В соответствии с предпосылками и
условиями эффективного внедрения ав­
томатизации одной из задач подготов­
ки производства к переводу на автома­
тический режим любого уровня являет­
ся сведение к минимуму возмущающих
входных воздействий на техноло­
гический процесс со стороны поступаю­
щего сырья. Так, для дробилки возму­
щающими воздействиями со стороны
поступающего сырья являются колеба­
ния прочности и крупности исходного
сырья. Д ля смесительного отделения
завода товарного бетона возмущающи­
ми воздействиями со стороны посту­
пающего сырья являются колебания
гранулометрии и повышенное количест­
во примесей в заполнителях, наруше­
ния заданного соотношения отдельных
фракций заполнителей, колебания ко­
личества воды в заполнителях и тем­
пературы заполнителей и воды.
Автоматизации
технологического
процесса должна предшествовать ме­
ханизация всех входящих в нее опера­
ций и обеспечение длительной безоста­
новочной работы оборудования и беспе­
ребойное поступление перерабатывае­
мого сырья стабильного качества, элек­
троэнергии, пара, сжатого воздуха.
Вопросы автоматизации нельзя решать
в отрыве от технологии и от модерниза­
ции действующего оборудования и кон­
струирования новых машин. Наиболез
высокий экономический эффект дает
автоматизация, которая осуществляется в тесной связи с совершенствованием технологии производства и, как правило, при уже осуществленной или запроектированной комплексной механизации.
Я
Щ
щ
Я
Ц
Я
§ 3. МАШИНЫ И ПРЕДПРИЯТИЯ
СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
КАК ОБЪЕКТЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
1
1
I
Способы построения математиче- Я
ских моделей объектов автоматизации, Ц
их краткая характеристика приводи- Ш
лись в гл. 1, § 3.
ш
При построении конкретной модели 1
следует четко представить цель иссле- 1
дования, а затем произвести классифи- §
кацию переменных, т. е. выделить вход- 1
ные и выходные переменные, возмущаю- |
щие воздействия. Примерами выходных
1
переменных служат качество конечноI
го продукта и технико-экономические
1
показатели производственных процесI
сов (энергозатраты, удельный расход
I
сырья, трудозатраты, накладные рас1
ходы). Примерами входных переменI
ных служат качество сырья, его физиI
ческие и химические характеристики и
1
технико-экономические показатели ма1
териальной базы предприятия (обору- I
дование, сооружения).
Ц
Д л я конкретных предприятий строи|
тельной индустрии можно дать более
|
полную характеристику этих перемен- Щ
ных. Так, выходными переменными для
1
предприятий класса бетонных заводов
|
являются марка (сорт) смеси; качестI
во бетонной смеси, характеризующееся
1
однородностью, пластичностью, маркой
1
бетона, себестоимость конечного проI
дукта, зависящая от стоимости сырья,
]
величин зарплаты, эксплуатационных
I
расходов и амортизационных отчисле|
ний. Входными переменными для пред]
приятий класса бетонных заводов слу|
ж ат химические параметры, зависящие
от сорта цемента и заполнителей; фи­
зические параметры — гранулометрия,
влажность заполнителей; переменные,
определяемые применяемым оборудо­
ванием (тип смесителя, дозаторов, су­
шильных барабанов и др.).
Д л я предприятий класса заводов
железобетонных изделий выходными
переменными являются: марка изде/
лия, его габариты, положение армату­
ры, качество поверхности, технико-экономические показатели, а входными
переменными — марка бетонной смеси
и ее пластичность, качество арматур­
ной стали, арматурных каркасов, пара-
виороустроиств, оборудования
для тепловлажностной обработки.
Д ля заводов класса дробильно-сор­
тировочных к выходным переменным
относят: точность классов грануломет­
рии конечного продукта, процент при­
месей (глины, слюды), технико-эконо­
мические показатели. К входным пере­
менным— качество (размеры кусков,
засоренность и прочность) исходного
сырья; параметры дробильно-сортиро­
вочный агрегатов, режим подачи транс­
порта под погрузку готового продукта
и др.
Таким образом, вид и количество
входных и выходных параметров зави­
сит от конкретной задачи, конкретного
исследования. Так, например, исследуя
процесс сушки, за выходные параметры
принимают температуру, влажность
или одновременно температуру и влаж ­
ность окружающего воздуха. В сушиль­
ных барабанах в качестве выходных
величин можно рассматривать темпера­
туру нагрева продукта, количество про­
дукта, давление топливного газа.
Характеристики реальных объектов
нелинейные. Рассмотрение линейных
моделей реальных объектов является
лишь их приближенным исследовани­
ем (см. гл. 1, § 3). При этом точность
модели зависит от вида характеристик
объекта. Как видно из рассмотрения
статических характеристик отдельных
звеньев системы, при изменении ее
режима работы (нагрузки на объект
и т. д.) коэффициенты усиления объексистемы, как правило, изме­
няются. Поэтому процесс регулирова
ния нужно исследовать при каждом из
возможных режимов.
Уравнения системы следует состав­
лять, рассматривая приращения ее ко­
ординат Дх, Ау относительно исследуе­
мого равновесного состояния, исследуе­
мого режима работы.
Рассмотрим процесс нагрева, ле­
жащий в основе работы пропарочной
камеры, сушильного барабана и дру­
гих агрегатов теплового действия.
Пусть 0 — температура тела, имеюще­
го массу т и теплоемкость единицы
массы С; Щ и Щ — количество тепла,
соответственно подводимого к телу и
отводимого от него в единицу времени,
причем
метры
АО** |
02==р2о4‘
I
где ^\о = ^20 — количество подводимо­
го (отводимого) тепла при тепловом
равновесии.
Тогда
Д(? =
— Д(?2
(2.2)
это тепло, затрачиваемое в единицу
времени на изменение температуры
тела.
Если ЛВ изменение температуры за
время сН, то
тСйЪ — ЩсИ
(2-3)
и, следовательно,
тС (с1В/сИ)= Д(2
(2.4)
или получим нелинейное дифференци­
альное уравнение
= [1 /(т С )]/7 ( 0 , д (/),
(2.5)
Как подвод тепла ДС2ь так и отвод его
А (?2 зависят от условий теплообмена и, *
в частности, от изменения входной ве­
личины Д17, влияющей на условия теп­
лообмена. Кроме того, или обе вели­
чины ДС?! и ДС?2, или хотя бы одна из
этих величин зависят от изменения тем­
пературы 0, являющейся выходной ко-1
ординатой, т. е.
/ ? ( 0 ,0 ) = 0 . (2.6)
В каждом конкретном случае функ­
ция Р вычисляется в соответствии с
законами теплопередачи и излучения
тепла. Раскладывая Д(2 в ряд Тейлора,
приближенно имеем:
Ь(} = (дР/д9) д в -{-(дГ/дСГ) д ^ /—
Ш й4дЭ +® Й
(2- 7)
где й Я —д Р /д д в , к2= д Р / д ^ и . (2.8)
Если известно не аналитическое вы­
ражение (2.6), а статические характе­
ристики (см. рис. 1.2), то коэффициен­
ты к х, §2 можно определить как каса­
тельные в соответствующих точках ха­
рактеристик, соответствующих иссле­
дуемому равновесному режиму.Если полагать 0 = 0 о + Д 0 , где 0о —
температура, соответствующая тепло­
вому равновесию, то вместо уравнения
(2.5) окончательно получим линейное
дифференциальное уравнение
й Д0/й1 -|- (кг/тС) к & = ( к 2/тС) дII. (2.9)
Обычно для простоты вместо Д0,
\ И используют обозначения 0, I}. При
этом уравнение
(2.1)
(Лв[сН)-\-(к1/тС)& — (к2/ т С ) и
23
и
(2.10)
следующие обозначения:
весовой расход сырья в соответствующих точках в единицу времени; а\, а,ъ
— поверхность 1 кг
сырья в соответствующих точках; а —
средняя поверхность 1 кг сырья в мель­
нице; (2 — количество сырья в мельнипроизводительность мельницы;
це; Р
тЛШЯ
ш степень открытия шибера входя­
щего сырья у ленточного транспортера;
время движения материала от ре­
гулирующего шибера до мельницы (это
время считаем постоянным, полагая
неизменной скорость ленточного транс­
портера).
Уравнение материального баланса
для мельницы имеет вид:
ДЯг + ДЯ4— АВ2= сКуШ. (2. 11)
Введем
характеризует изменение величин 0 , V
вблизи определенного равновесного ре­
жима. Коэффициенты к\, к2 должны
соответствовать этому режиму.
Д0, ДГ/— малые величины, т. е.
квадраты и более высокие степени и
произведения этих величин значитель*
но меньше их первых степеней и пре-
Полагаем, что а\, ....
Р — некото­
рые функции от ф. Поверхностью вхо­
дящего сырья Я] пренебрегаем. Состав­
л я ем уравнение баланса поверхности
пыли для мельницы (полагаем, что ко­
нечная фракция пылевидная). Это
уравнение по существу является урав­
нением энергетического баланса:
ШР'/дО)
В± (да^дС^) Лф
а , ДВ
Рис. 2.2. Структурная схема мельницы
Ш Ш Ы Л Л<3
= а ( Щ Щ Щ(Э (да!дО) •[ЛСЦсИ). (2.12)
Подача материала в мельницу В\ от­
стает от открытия шибера на время т.
Поэтому можно записать
&В1У )= (д В 1/д т ш) д т ш(/—т). (2.13)
небрежимо малы. Только при этих до­
пущениях применимы общие методы
линейной теории регулирования.
Элементы, для которых нелинейные
уравнения могут быть заменены ли­
нейными хотя бы для малых возмуще­
ний (Д0, дг/), называются линеаризуе­
мыми. Только такие уравнения обра­
зуют линейную модель объекта.
В качестве второго примера полу­
чения линейной модели объектов строи­
тельной индустрии рассмотрим уравне­
ние динамики мельницы (рис. 2.2).
Путь движения сырья в рассматривае­
мой мельнице следующий. Из бункера
входящего сырья 3 через шибер 2, ре­
гулирующий загрузку мельницы, мате­
риал идет на ленточный транспортер 1,
который подает его в мельницу 8, где
он перемалывается металлическими
шарами, высушивается за счет вентиля­
ции и в определенной фракции уносит­
ся из мельницы, направляясь по тру­
бе 7 к сепаратору 6. Здесь отделяется
готовая фракция, которая далее транс­
портируется по трубопроводу 5. Него­
товая фракция от сепаратора идет по
трубе возврата 4 обратно в мельницу.
Уравнение материального баланса
для сепаратора имеет вид
(2.14)
ДВ ,
Д^
дв о,
а уравнение баланса поверхности пыл»
для сепаратора
ЩЬ.В+ В2(даг1дО) Щ — а 3д Я
В а {да^дС}) д(?— а 4д Я 4
Вл( д а ^ ) д<2= 0 .
( 2 . 15>
Из уравнений (2.11) — (2.15) полу­
чаем
а — (2 (да/д(})] щ Ш +
а3 (дВ1/д т ш) д т ш(*—*).
(2.16)
Мельница будет работать устойчиво, пока 1 се коэффициенты левой части
уравнения (2.1*6) — одного знака. Очевидно,
а з -- а > 0 и (да/дС})<0. Поэтому а3— а— С}(да1д(Э)>0. Далее, учи24
рения реакции объекта на стандартный
входной сигнал (ступенчатый или гар­
монический) или в результате статисти­
ческой обработки входного и выходного
сигналов объекта.
тывая соотношение / г= 5 3а3, легко ус­
тановить следующее:_
{дР 1д0)— Вь{да31дО)=а^дВ^дО). (2.17)
Таким образом, коэффициент при
Д(2 в выражении (2.16) положителен,
пока дВ3/ ( д ( 2 ) > 0] Это значит, что
|Н
мельница
Н Н Н как
Н Щобъект
^ Ц | регулирования
устойчива, пока ее производительность
по расходу пылевидной фракции рас­
тет с увеличением ее загрузки
Уравнение (2.16) характерно не
только Для мельниц, а также для дро­
билок, грохотов, конвейеров и ряда
других объектов строительной индустрии.
Наличие больших постоянных вре­
мени и транспортного запаздывания т
характерно для широкого класса про­
мышленных объектов строительной ин­
дустрии. В ленточном питателе, напри­
мер, время запаздывания определяет­
ся длиной пути перемещения материа­
ла лентой и скоростью ее перемещения.
Уравнения вида (2.9), (2.16) можно
записать в комплексной плоскости, во­
спользовавшись преобразованием Л ап ­
ласа, или можно записать передаточ­
ные функции рассмотренных типов
объектов в следующем виде:
(2.18)
№
1)
В дальнейшем при рассмотрении конкрет­
ных объектов строительной индустрии будут
приводиться модели объектов, построенные на
основе экспериментальных данных.
Так как в книге даны в основном непре­
рывные системы автоматического управления
отдельными процессами, а такж е учитывая ог­
раниченный объем, здесь не приводятся дис­
кретные аналоги выражений (2.9), (2.16),
(2.18) — (2.21).
§ 4. ВОПРОСЫ УСТОЙЧИВОСТИ САР
НА П Р Е Д П Р И Я Т И Я Х С Т РО И Т Е Л ЬН О Й
ИНДУСТРИИ
Устойчивость системы регулирова­
ния является обязательным условием
ее работоспособности. Как известно,
понятие устойчивости связано с тен­
денцией изменения наблюдаемой коор­
динаты. Устойчивые системы, будучи
выведенными из состояния равнове­
сия, стремятся после снятия внешнего
воздействия к исходному состоянию.
Неустойчивые системы в тех же усло­
виях расположены к дальнейшему
удалению от исходного состояния. Си­
стемы, находящиеся на границе устой­
чивости, после снятия внешнего воз­
действия не возвращаются в исходное
состояние, но и не стремятся от него
удалиться.
ШШ
к
где
Т
дР/дСТ
дР/дЪ
(2.19)
тС
Вопрос Аисследования устойчивости дина­
мических систем подробно разбирается в соот­
ветствующих учебных курсах по автоматическо­
му регулированию. В данном учебнике кратко
изложены лишь основные критерии устойчиво­
сти и дана методика расчета систем автомати­
ческого регулирования на примерах, типичных
для объектов строительной индустрии. В по­
следующих главах при исследовании конкрет­
ных объектов неоднократно будут сопостав­
ляться структурные схемы исследуемых систем
с разобранными в этом параграфе. В данной
книге рассматриваются лишь непрерывные ав ­
томатические системы—-линейные и нелиней­
ные.
— для объектов, описываемых уравне­
нием (2.9);
Ш («)=(А И Й И В 1), (2.20)
аг (ШШтщ)
где к —
(дР/д<3) — Въ{да^/дС))
Т
Ш /Ш
( 2.
21)
(&*■$/<?(?)
для объектов, описываемых уравне­
нием (2.16).
Рассмотренные объекты, как гово­
рилось в гл.
§
соответственно инерционным звеном и
инерционным звеном с запаздыванием.
Как видно из приведенных выражений,
получение аналитических зависимостей
вида (2.9), (2.16) требует проведения
тщательного исследования и базиру­
ется на знании зависимостей В \ ( т ш),
Р (Я ), а{(3), а 3(<2) и т. д. Выражения
вида (2.Г8) — (2.21) проще находить
экспериментально, посредством изме­
Л . и н е й н ы е с и с т е м ы . Переда­
точные функций замкнутых систем ав­
томатического регулирования удобно
разделить на две группы. К первой
Группе отнесем передаточные функции
симметричного типа, которые имеют
следующий вид:
№
передаточная
где
ШЙ
разомкнутой системы.
25
функция
Ко второй группе отнесем переда­
точные функции несимметричные, ко­
торые имеют вид
=
(* )/[!+ №(*)]■ (2.23)
Частотный критерий устойчивости Найкви ста-Михайлова. Система автоматического регу­
лирования будет устойчивой, если разность
между положительными и отрицательными пе­
реходами амплитудно-фазовой характеристики
разомкнутой системы и7(/со) отрезка действи­
тельной оси (— о о ,— 1) равна р/2, где р — .
число корней с положительной действительной
частью характеристического уравнения разомк­
нутой системы Р | ( $ ) = 0.
Я
В отличие от критериев Михайлова и Р ау­
с а — Гурвица данный критерий применим и
для линейных систем, содержащих звенья чи­
стого запаздывания. Распространение крите­
рия Найквиста— Михайлова на этот случай
сделано Я. 3. Цыпкиным).
>
Здесь №1 (5) учитывает внешние
возмущения и место их приложения в
схеме. В такой более общей записи
могут быть учтены и начальные усло­
вия процесса регулирования.
Допустим, что передаточная функ­
ция разомкнутой системы выражается
следующей дробно-рациональной фуно
кциеи:
(2. 24)
Приведенные критерии устойчиво­
сти позволяют не только проверять
устойчивость системы, но и исследо­
вать влияние на устойчивость одного
или нескольких параметров системы.
При этом следует задаться численны­
ми значениями исследуемых парамет­
ров и, используя какой-либо из указан ­
ных критериев, выделить области ус­
тойчивости в пространстве этих п ар а­
метров.
Весьма эффективным и широко
распространенным на практике мето­
дом выделения областей устойчивости
является разработанный Ю. И. Неймарком метод 31 -разбиения.
Предположим, что необходимо ис­
следовать влияние на динамические
свойства системы некоторого парамет­
ра т, линейно входящего в характери­
стическое уравнение
(2. 27)
§ I) 1 (5)И о.
тогда характеристическое уравнение,
соответствующее дифференциальному
уравнению замкнутой системы, запи­
шется 'гак:
1+ #1 (*)/<?! (®)=О
ИЛИ
(2. 25)
/> (5 )= /? 1(в) + 0 1(5 )= 0 .
уравнение
Характеристическое
замкнутой системы можно предста­
вить в виде
Д '$)= ал8п
а л_ 1$л'т_1-|-...-]~#ощ 0. (2. 26)
Замкнутая линейная динамическая
система будет устойчивой, если корни
уравнения
характеристического
ее
леж ат в левой полуплоскости комплекс­
ного переменного 5. Поэтому все крите­
рии устойчивости линейных непрерыв­
ных динамических систем сводятся к
формулировке условий, накладывае­
мых на коэффициенты характеристиче­
ского уравнения а г- (1 = 0, 1, ..., п), либо
на вид # 1 ( 5), <21 ($) в уравнении (2.25),
при которых характеристическое урав­
нение замкнутой системы не имеет кор­
ней в правой полуплоскости.
Щ
Уравнение кривой 3) -разбиения по па­
раметру т запишется:
о
х
Построив кривую по уравнению
(2.28), получим всю совокупность зн а­
чений параметра т, при которых си­
стема остается устойчивой.
Амплитудно-фазовая характеристи­
ка замкнутой системы дйя случая
(2.22) запишется в следующей форме:
Я И И Щ Щ Я Ц Г (/<»)] (2.29)
Критерий устойчивости М ихайлова. Для
у с т о й ч и в о с т и линейной
динамической системы
-необходимо и достаточно, чтобы при измене­
нии со от 0 до оо годограф вектора 2?(/со) про­
ходил против часовой стрелки п квадрантов,
где п — порядок характеристического уравне­
ния.
.]. - ^
^
1
Критерий устойчивости
Рауса-Гурвица.
Для устойчивости системы необходимо и д о ­
статочно, чтобы
выполнялось
неравенство
а п> 0 и главные миноры матрицы
Дл-1
ап
0
о
0...
ап
йп—2
&п—1
ап
0 ...
ап-3 а п
а п- 1
^п—1 &п—6 ЙШ—5 ^/1—4 ап—з
—5
ап
•
•
(2. 28)
%
или с учетом уравнений (2.27), (2.28)
Ях ( » / / ? ( »
(2. 30)
т 1 [<?ЩШ ШИ
Уравнение (2.30) связывает частотные
свойства замкнутой системы регули­
рования с видом кривой 3) -разбиения
по параметру т.
Рассмотрим случай, когда в каче­
стве параметра взят общий коэффи­
циент усиления системы К. Тогда урав-
•
•
были положительными.
26
нение амплитудно-фазовой характери­
стики замкнутой системы для случая
(2.22) приводится к следующему виду:
№ ( »
к
К + [М (М/Ы ( » ]
мы. Как известно, запас устойчивости
по фазе АФХ разомкнутой системы
определяется следующим образом. Из
начала координат плоскости АФХ
разомкнутой системы (рис. 2.4) как
из центра нужно провести окружность
с радиусом, равным единице. Частота
в точке пересечения этой окружности
с АФХ называется частотой среза, а
угол, образованный отрицательной ве­
щественной осью и отрезком, проведенным из начала координат в точку
точку Ш
частотой среза,
спеза. называют запасом
устойчивости по фазе (угол сра на
(2. 31)
щШШмА
где К
представляет
собой уравнение кривой 3 -разбиения
по комплексному параметру К.
Нл основании уравнения (2.31) из
кривой; ЗИ -разбиения по К весьма про­
сто находятся качественные показате­
ли системы, вытекающие из свойств
вещественных частотных характериПлоскость к
Рис. 2.4. Определение запаса
устойчивости по фазе по ам­
плитудно-фазовой
характери­
стике разомкнутой системы
Рис. 2.3. Определение амплитудно
частотной характеристики по кри
вой ^-разбиения
рис. 2.4). В обозначениях уравнения
(2.31) амплитудно-фазовая характери­
стика разомкнутой системы выражает­
ся соотношением
Щ ЦШ) = К Щ ] Ш)1М (/со)* (2. 32)
стик; из этой кривои легко находятся
запас устойчивости по фазе и модулю
и степень колебательности, определяю­
щая величину пика на амплитудно-ча­
стичной характеристике системы.
На рис. 2.3 представлена возмож­
ная форма кривой 3/-разбиения_по об­
щему коэффициенту усиления К. З н а ­
чение знаменателя уравнения (2.31)
при некоторой частоте т и выбранном
/Со (при © = 0) определяется вектором
Ъс. Следовательно, амплитудное значе­
ние (2.31) при Ко и
определяется
отношением отрезков аЪ[Ьс. Определив
амплитудные значения для всего диа­
пазона частот, находим амплитудночастотную характеристику. Выбрав
Ко, легко найти пик на амплитудночастотной характеристике замкнутой
| системы без построения этой характе­
ристики. Действительно, проведем из
точки Ь, как из центра, окружность, к а ­
сающуюся кривой 3 -разбиения. Тогда
отношение величины Ко к величине ра­
диуса окружности, т. е. отношение
аЪ/Ы и дает величину пика на амплитудно-частотной характеристике замк­
нутой системы. Нетрудно также опре­
делить запас устойчивости но фазе и
по модулю амплитудно-фазовой харак­
теристики (АФХ) разомкнутой систе-
(1 то время как уравнение кривой
3) -разбиения по К имеет вид
К = — М ( М / Ы (;ш).
(2. 33)
Рис. 2.5. Определение запаса ус­
тойчивости по ф азе по кривой
<5?-разбиения
На основании уравнений (2.32) и
(2.33) определение запаса устойчиво­
сти по фазе АФХ разомкнутой систе­
мы из кривои 3 -разбиения проводится
следующим образом: из начала коор­
динат плоскости К как из центра про­
водят окружность с радиусом Ко\ тогда
27
- ' ' -VV ■
\\
,
■
так что по кривой 3) -разбиения для
передаточной функции замкнутой си­
стемы вида (2.22) легко построить
вещественную частотную характери­
стику замкнутой системы Р(а>).
ФУ
ция замкнутой системы имеет вид
(2.23), амплитудно-фазовую характе­
ристику Щ§Ш) можно записать так:
угол фа определит запас устойчивости
по фазе (рис. 2.5). Запас устойчиво­
сти по модулю определить нетрудно,
так как на плоскости выделена вся
совокупность значений коэффициента
усиления, при которых система остает­
ся устойчивой.
Найдем теперь из кривой 3 )-разбие­
ния некоторые показатели качества,
вытекающие из свойств вещественной
частотной характеристики замкнутой
системы. Д ля этого надо выяснить, как
может быть построена вещественная
частотная характеристика замкнутой
системы, если построена кривая ^ - р а з ­
биения по К — имеется в виду симмет­
ричный случай — уравнение (2.31). 1
Выше было установлено, как из
кривой .О-разбиения по К можно по­
строить амплитудно-частотную характеристику замкнутой системы. Построить вещественную частотную ха­
рактеристику нетрудно, если, кроме
амплитудной, удается просто найти и
фазовую частотную характеристику
замкнутой системы из кривой Щ -раз­
биения.
Шл Ш
[<?! Ш Ш ( » ]
(2. 36)
■в+ <? (/‘■О/Ж»
Поэтому для построения веществен­
ной частотной характеристики по кри­
вой ^-р азб и ен и я необходимо построить
некоторую вспомогательную кривую
ШШ
Ц 0 и)
1шг
а
Рис. 2.7. Построение частотных х а ­
рактеристик замкнутой системы
• по кривой ,27-разбиения (вспомога­
тельная кривая не зависит от т)
Способы построения вспомогатель­
ной и результирующей кривых принци­
пиально ничем не отличаются от рас­
смотренного выше случая передаточ-
Рис. 2.6. Построение частотных
характеристик замкнутой системы
по кривой ^ -р азби ен и я
1т г
Фаза
для некоторой часто­
ты т определяется фазой его знаме­
нателя для этой частоты (см. уравне­
ние 2.31). Но так как для заданной
частоты
ей
знаменатель
(2.31)
определяется отрезком Ьс, то фаза
(2.31) для этой частоты равна а ( т )
(см. рис. 2.3, 2.6). Аналогично можно
определить соответствующие фазы для
всех частот и, следовательно, по­
строить всю фазовую характеристику
замкнутой системы. Теперь нетрудно
найти и вещественную характеристику.
Обозначив ее через Р{(о), можно напи­
сать для частоты
Р (Ш/) = (аЬ/Ьс) соз а (шр (2. 34)
Опустим перпендикуляр из начала
координат Нна Нотрезок
И Щ Ъс
Ц (рис. 2.6).
Тогда согласно выражению (2.34) •
(2. 35)
Р[^1) — Ьс1/Ьс
№ 5
Рис. 2.8. Построение частотных
характеристик замкнутой системы
по к р и в о й ^ -разбиения (вспомога­
тельная кривая зависит от х)
ной функции вида (2.22). Методи­
ку построения соответствующих кри­
вых легко проследить из рис, 2.7 [вспоне
зависит
кривая
могательная
от т; Р(сй1) шшш (ей/Ьс) С 0 5 | (ш < )]
28
и рис. 2.8 (вспомогательная кривая
зависит от т)
устойчивости, приводя формулы для
выбора ряда параметров из условия
устойчивости системы регулирования.
Использование эффективного метода
^-разбиения без указания конкретных
числовых значений отдельных пара­
метров системы было бы чисто фор­
мальным и исследование ничем не от­
личалось бы от приведенного на
рис. 2.3—2.8.
Рассмотрим систему автоматическо­
го регулирования, структурная схема
которой изображена на рис. 2.9. Пере­
даточная функция разомкн)той систе­
мы равна
V Л )» ) Ш / * У Ж М
= тГ„(Уш)+Г8(уш)
(обозначения на рис. 2.8 аналогичны
обозначениям на рис. 2.7).
В дальнейшем при оценке динами­
ческих характеристик отдельных си­
стем автоматического регулирования
мы воспользуемся свойствами кривой
^-разбиения (в случае передаточной
функции вида 2.22) и свойствами кри­
вой 31 -разбиения и вспомогательной
кривой, которые сводятся к следующе­
му:
а) область положительности веще­
ственной частотной характеристики
замкнутой системы определяется ча­
стотой Юс, при которой векторы числи­
теля и знаменателя выражения (2.36)
впервые становятся перпендикулярны­
ми. Время переходного процесса (
ограничено снизу величиной я/сос, т. е.
/>я/<вс.
Если задана величина шс, то значе­
ние т, при котором сое будет опреде­
лять область положительности, харак­
теризуется длиной отрезка аё (см.
рис. 2.7) (для частоты <ое проводится
вектор аЫ числителя
выражения
(2.36); из точки <вс кривой 3) -разбие­
ния опускается перпендикуляр на пря­
мую аIV) ;
б) если для некоторого начального
интервала частот отношение абсолют­
ных значений векторов числителя и
знаменателя выражения (2.36) и угол
между ними у (и) практически неизменены, а в дальнейшем отношение их
уменьшается в то время как угол у (со)
не уменьшается, то промежуток вре­
мени регулирования лежит в пределах
(я/юс) < * < (4я/(ос) ;
) если выполняются условия пре­
дыдущего пункта, а векторы числителя
и знаменателя выражения (2.36) не
становятся взаимно перпендикулярны­
ми ни при какой частоте, то перерегу­
лирование не будет превышать 18%.
Покажем на конкретных примерах,
каким образом исследовать замкнутые
системы автоматического регулирова­
ния, разбирая при этом структурные
схемы, которые встретятся в дальней­
шем при исследовании отдельных объ­
ектов строительной индустрии. Не свя­
зывая исследование с конкретными
числовыми параметрами системы, огра­
ничимся лишь рассмотрением вопросов
(2. 37)
где Л=»Л|М*з.
Характеристическое уравнение замкну­
той системы имеет вид
а 353-(- а 2«2
4-00= 0» (2.38)
где Оз~Т\Тч\ #2 —7\ + 7*2;
+ &1&263;
а 0=*:к.
Рис. 2.9. Структурная схема замкнутой си­
стемы регулирования
Условие устойчивости согласно критерию Рауса — Гурвица имеет вид
> 0 , а а> 0, а 2> 0 , а 0> 0, | ,
(2. 39)
Д
>
Первые четыре условия выполняют­
ся автоматически при ко>0 и /г*>0
(1 = 1 ,
3 ).
Если учесть, что коэффициент уси­
ления 6р участка системы от точки А
до точки В, определяющий установив­
шуюся скоростную ошибку системы,
равен
(2.40)
кр= к [ ц ( \ + к
условие
зовать к виду
Щ
Отсюда
! (1 +
к хК к о) >
^р-^СО/Т'О+О/Т’а)-
о
(2.41)
Выше говорилось, что многие объ­
екты строительной индустрии характе29
ризуются запаздыванием. Рассмотрим
систему регулирования, содержащую
звено запаздывания, структурная схема которой показана на рис. 2.10.
Передаточная функция разомкну­
той системы равна
ИЛИ
№ (8 )= к 9к1е - Г / ( Т з + \ ) { Т \ * + Т * + 1).
(2.42)
Величина ©кр (см. рис. 2.11) опре­
деляется из выражения
( П - 27-* + П +
(2.44)
откуда находится критическая частота
И кр
Д ля исследования устойчивости си­
стемы воспользуемся модификацией
критерия
Найквиста — Михайлова,
предложенной Я. 3. Цыпкиным. Постро­
им окружность единичного радиуса е- *»*
и характеристику О0(з) = (1/к0к\)[Т$+
+ 1) (Г1252+ Г 25 -И )], 5=,/© (рис. 2.11).
Система в разомкнутом состоянии ус­
тойчива, и поэтому условием устойчи­
вости замкнутой системы является р а ­
венство нулю суммы переходов через
отрезок вещественной оси (— 1,0) годоКо
1 75-И
1
|
[
откуда окончательно условия устойчи­
вости принимают вид
т^> г кр ^Кр/ШКр*
( Т \ + Т ЪТ )(Т 2+ Т ) >
(2.46)
> П Г (1 + * А > .
где Ткр — критическое время запаздывания.
Н е л и н е й н ы е с и с т е м ы . Изу­
чение динамических свойств нелиней­
ных систем не может быть выполнено
при помощи аппарата теории линейных
систем и представляет значительные
математические трудности. Поэтому
для приближенного исследования нелинеиных автоматических систем высоко­
го порядка разработаны различные ме­
тоды, позволяющие заменить исследо­
вания нелинейных систем исследова­
ниями в определенном смысле эквива­
лентных им линейных систем.
Наиболее распространенным мето­
дом расчета в инженерной практике
является так называемый метод гармо­
нического баланса. Суть этого метода
(а такж е и многих других существую­
щих приближенных методов расчета
нелинейных автоматических систем) в
том, что при исследованиях автомати­
ческих колебаний, которые предпола­
гаются близкими к гармоническим ко­
лебаниям, производится разложение
нелинейной функции Р (х) в ряд Фурье.
При этом ограничиваются первыми
членами разложения.
Д ля однозначной симметричной не­
линейности можно считать
/ г (д:)=(]>(Л)51п
(2.47)
0-5Х
е
1
кр
V
Рис. 2.10. Структурная схема замкнутой
системы с запаздыванием
I
графа С0(/со), т. е. величина запазды­
вания т должна превышать критиче­
скую величину тКр, определяемую точ­
кой А пересечения единичной окруж­
ности и годографа С0(/со). Так как в
точке А модуль Со (/со) равен единице,
то имеем
1
^ ( Т 1 + Т 2Т))2+ ^ кр(Т+Т2)2 1
VI
(2. 43)
где х(^) — гармоническое входное воз­
действие; х(1) = А 51П
Н(А) — коэф­
фициент усиления линеаризованного
нелинейного звена, зависящий от ам ­
плитуды колебаний А;
Н (А )
Рис. 2.11. Исследование устойчивости
системы с запаздыванием
30
1
яА
2*
\. Р (А 51П г) 51п г й г , (2. 48)
о
используя критерии Гурвица, Найквиста — Михайлова, Михайлова, метод
^-разбиения и др. Исследование нали­
чия периодического решения, а также
гармонических автоколебаний вида
х(1) = Л 51п со/ заключается в нахожде­
нии таких со и Л, при которых эквива­
лентная линеаризованная система бу­
дет неустойчивой. Устойчивость экви­
валентной линеаризованной системы
при любых А свидетельствует и об
устойчивости исходной линейной систе-
Для петлевых симметричных нели­
нейностей разложение в ряд Фурье в
первом приближении'дает
л **
/=■(,*}= <}>(Л) 51П
ф* (Л ) СОЗ
[Ах(Л)-}- ;Л2(Л)] х у ) = Н (Л) X (О,
1
А* И *
Щ
:'1
I \
.
'
г'".:’
— \ Р (А 51П г) соз гс1г> (2.50)
Рис. 2.12. Исследование устойчивости нелинейной системы с однозначной симметричной нелинейностью
й|
мы (при этом следует помнить, что
описанный метод приближенный и ре­
зультат базируется на правомерности
разложений вида (2.47), (2.49).
Д ля того чтобы представить раз­
личные виды критерия устойчивости,
базирующиеся на методах гармониче­
ского баланса, достаточно в рассмот­
ренных выше критериях устойчивости
линейных систем положить одну из пе­
редаточных функций отдельных звень­
ев замкнутой системы, равной к ( А ) .
Методику исследования устойчивости
нелинейных систем описанным мето­
дом разберем на примере системы ав­
томатического регулирования, струк­
турная схема которой изображена на
рис. 2.12. Подобная структурная схе-
п ( А ) — эквивалентный
коэффициент
„ усиления линеаризованного нелинейно­
го звена;
I
Л(Л) = Л1(Л )+ у А 2(Л).
(2.51)
Коэффициенты Н(А) легко опреде­
лить по известным характеристикам
нелинейных элементов.
1
Сущность метода гармонической
линеаризации состоит в том, что исход­
ную нелинейную систему при помощи
гармонической линеаризации заменя­
ют линейной, ряд коэффициентов кото­
рой зависит от амплитуды колебаний.
Д алее эти коэффициенты условно
считают постоянными, и исследование
устойчивости производят, по существу,
как для обычной линейной системы,
31
1
Повторно исследуем данную систе­
му, используя при этом критерий Нейк■
■ ■ ■ — Михайлова. Если в системе
виста
существуют незатухающие периодиче­
ские колебания с частотой со, то долж-»
ны выполняться условия:
Я
ма, как будет видно из последующих
глав, соответствует многим объектам
строительной индустрии.
Уравнения системы (рис. 2.12, а, б)
имеют вид:
Тг{с1х г1сИ)-{■х х—
^1^8»
I
Т 2{с1х2/сИ )= хи
А ( Д ) ^ ( / “0 4 - 1 = 0
(2.57)
« М /« )= 1 /А И ),
(2.58)
или
(2. 52)
Т ш (4хМ ()+ х3
^2^1'
'Р ==
где Ш (/<в|
амплитудно-фазовая х а ­
рактеристика линейной части систе­
мы;
я
—
Характеристическое уравнение лине­
аризованной системы, где Р ( <р)«
«*А(А)ф, записывается следующим об­
разом:
а х5 -|-а 0= 0, (2.53)
где
а
ж ИВ
—
I
(Т'х + Т'з) Т’г.
8 1 В 11 В 1 Ш > + 1 ]
(2. 59)
Построим годографы
Щ (/со) и
1/А (Л)
отдельно на
комплексной
плоскости (рис. 2.12, г). Каждой точке
годографа | — (/со) | соответствует
определенное значение частоты со. К а ж ­
дой точке годографа 1/А (Л) соответст­
вует определенная амплитуда колеба­
ний Л.
1
Устойчивой системе регулирования
соответствует взаимное расположение
годографов ИЙра(/со) и 1/А(Л), изо­
браженное на рис. 2.12, г. Если нели­
нейная характеристика имеет петлю
возврата (рис. 2.13, а), это может су­
щественно* повлиять на динамические
Ж
—
1}
к \ [куГ -Ш
(2. 54)
ах— Тг [1 -)- %фф (Л)], I
а 0=А ,А (Л ).
О
Условие
устойчивости запишем,
воспользовавшись критерием Гурвица.
Так как в рассматриваемом примере
все коэффициенты больше нуля, то ус­
ловием устойчивости в данном случае
служит неравенство
или
Нч>)
ГГ , + г , ) т в >
> лш щ ш ш Ш Л
И
В
откуда
А (Л )<
V
[^Х^з —Ц2! (^*1 + Т’з) &]
. (2. 55)
Из условия (2.55) следует, чго ус­
тойчивость ухудшается при увеличении
коэффициента А (А ), зависимость ве­
личины которого от амплитуды авто­
колебаний показана на рис. 2.12, в.
Таким образом, в рассматриваемом
примере при определении условий ус­
тойчивости необходимо принять макси­
мальное значение А (А) , равное 21/яц.
Подставив это значение в (2.55), окон­
чательно получим
2кг [ТгТ3 Т2(Т\ + Г3) кч]
>
яТ2 (Т\ + ш
—
V 1/М Л)
(2. 56)
-
Это условие устойчивости совпада­
ет с условием устойчивости для данной
системы, полученным на основе точно­
го метода Ляпунова.
Я1/Ш)
б)
Рис. 2.13. Исследование устойчивости
нелинейной системы с петлевой сим-.
метричной нелинейностью
32
свойства системы регулирования. Пусть
годограф — Г , (/о) такой же, как и на
рис. 2.12, г, а годограф 1/А (А) имеет
вид, изображенный на рис. 2.13, б. Д о ­
пустим, что эти годографы пересека­
ются в точках М и N. Следовательно,
в этих точках осуществляется равен­
ство (2.58). Поэтому возможны коле­
бания с частотой о т и амплитудой Ах,
соответствующие точке N, а также ав­
токолебания с частотой сом и амплиту­
дой ЛдД соответствующие точке и м .
Дополнительный анализ показывает,
что только автоколебания, соответст­
вующие точке М, устойчивы. Из вида
изображенных годографов 1/к. (А) и
— (/ю) легко заключить, каким об­
разом следует изменять параметры
системы, чтобы она была устойчивой.
Взаимное расположение кривых долж ­
но быть таким1, чтобы они не пересе­
кались.
Характер исследования не зависит
от вида амплитудно-фазовой характе­
ристики линейной части системы. По­
этому приведенную методику расчета
часто применяют для объектов с з а ­
паздыванием.
Уравнение вида (2.57) уже встре­
чалось ранее при рассмотрении метода
^-разбиения для исследования устой­
чивости линейных систем. Метод
^-разбиения можно применять и в
случае приближенного исследования
нелинейных систем.
Чаще всего контролю подлежат: 1) ли­
нейные и угловые положения, переме­
щения, а также отклонения от разме­
ров (контроль положения заслонок,
шиберов, сбрасывающих тележек, р аз­
меров изделий и др.); 2) линейные и
угловые скорости (скорость ленты кон­
вейера, угловая скорость барабана
и др.); 3) скорость и расход жидко­
стей, газов и пульп в трубопроводах
(цементно-воздушной смеси при пнев­
матическом транспортировании и др.);
4) усилия и давления, натяжение лен­
ты транспортера, давление пуансона
пресса, натяжение каната подъемника,
давление жидкости или газа в трубо­
проводе или резервуаре и др.; 5) ин­
тервалы времени (продолжительность
перемешивания и выгрузки из смеси­
теля, время подъема температуры в
пропарочной камере и др.); 6) после­
довательность операций (очередность
выгрузки из дозаторов в смеситель,
загрузки различных отсеков бункеров,
очередность операций формования ж е­
лезобетонных изделий и др.); 7) уро­
вень (уровень топлива в баках, воды
в резервуарах, песка, щебня и цемен­
та в расходных бункерах и др.);
8) объем (воды, поступающей в еди­
ницу времени в смеситель непрерывно­
го действия и др.); 9) масса (масса
цемента, воды, щебня и песка при при­
готовлении бетона; готовой бетонной
смеси, отправляемой
потребителю,
и др.); Ю) весовой расход сыпучих
материалов (при непрерывном дозиро­
вании составляющих бетонной смеси,
для учета выхода щебня различных
фракций при дроблении и д р .); 11) тем­
пература (теплоносителя при сушке
подогретых заполнителей, среды в про­
парочной камере, готовой цементно­
бетонной и асфальтобетонной смеси
и др.); 12) физические и физико-меха­
нические свойства материалов (отно­
сительная влажность песка и глины,
подвижность бетонной смеси, плот­
ность бетонной смеси в формах при
вибрировании и др.); 13) параметры
электрического тока (напряжение, си­
ла тока, частота); 14) числа, Характе­
ризующие количество операций или из­
делий (число замесов и оборотов вала,
количество изделий и др.).
При автоматизации предприятий
строительной индустрии чаще всего
автоматизируются процессы, приве­
денные ниже.
1.
Транспортно-складские операции
с сырьем и полуфабрикатами, в том
§ 5. АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ,
КОМАНДЫ УПРАВЛЕНИЯ
И БЛОКИРОВОЧНЫЕ СВЯЗИ
В автоматизации предприятий стро­
ительной индустрии наметился ряд об­
щих направлений, основывающихся на
однотипности таких операций, как дро­
бление,
сортировка,
дозирование,
сушка, пропаривание и т. д. В связи с
разнообразием производственных про­
цессов в различных предприятиях
строительной индустрии особое внима­
ние должно быть уделено проектиро­
ванию типовых решений автоматиза. ций, разработка которых базируется
на систематизации автоматического
контроля, команд управления и блоки­
ровочных связей.
При автоматизации предприятий
стройиндустрии возникает необходи­
мость в автоматическом контроле
•управления многими параметрами, ха­
рактеризующими
производственные
процессы или режим работы машин.
2 Г. Г. Зеличенок
33
V
числе: а) прием сырья, поступающего
на завод извне, разгрузка прибываю­
щих на завод сыпучих материалов
(включая размораживание или рыхле­
ние в зимних условиях), топлива (при
наличии котельной), арматуры, древе­
сины и др.; б) транспортно-складская
переработка сырья непосредственно на
заводе, например, транспортирование
на склад и хранение в соответствую­
щих емкостях заполнителей, цемента,
сыпучего сырья, арматуры и др.;
в) транспортирование заполнителей,
цемента и добавок, арматуры и др. в
расходные бункера и емкости; г) по­
догрев в зимнее время заполнителей и
воды в специальных устройствах на
складе заполнителей и на смеситель­
ной установке с соответствующими
транспортными операциями.
2. Процессы дробления, сортировки
и обогащения, помола кусковых и по­
рошкообразных материалов на гравий­
ных и песчаных, а такж е обогатитель­
ных предприятиях нерудной промыш­
ленности, гипса и гипсовых изделий
и др.
--Щ й Ж Ж
3. Операции дозирования, переме­
шивания и выгрузки готовой смеси.
Дозирование заполнителей, цемента,
воды и добавок и выгрузка отдозированных компонентов
смесительные
машины на бетонных и. растворных з а ­
водах, предприятиях, производящих
искусственные пористые заполнители,
минеральную вату и изделия из нее,
древесноволокнистые плиты, гипсовые
изделия, цемент, полимерные материа­
лы и изделия из пластмасс. Переме­
шивание составляющих смеси по опре­
деленному режиму во времени. Вы­
грузка готовой смеси в технологические
машины или средства транспорта.
4. Операции формования и уплот-;
нения с применением прессования,
вибрации, проката (железобетонных
плит и труб, гипсовых и древесноволок­
нистых плит, изделий из минеральной
ваты и керамики и др.); процессы от­
делки поверхности (на заводах ж еле­
зобетонных, керамических, асбоцемент­
ных и гипсовых, мягких рулонных и
плиточных изделий, материалов и из­
делий из пластмасс).
5. Тепловые процессы — подогрев,
сушка и обжиг сырья или полуфабри­
ката при технологической переработ­
ке. Подогрев воды, сыпучего сырья
(заполнителей, глины), сушка и про­
парка на цементных, бетонных, рас­
творных заводах, заводах железобетон­
34
ных изделии, цехах для приготовлени:
керамзита, термозита, аглопорита ]
других искусственных пористых запол
нителей, заводах минеральной ваты I
изделии из нее, древесноволокнистые
плит, асбоцементных и гипсовых изде
лий, стекольных и других заводах.
6. Процессы упаковки и маркиров
ки на всех заводах, выпускающих про­
дукцию в таре и упаковке (минераль­
ная вата и изделия из нее, сухая отдозированная
смесь
для
бетона,
плитрчные изделия, изделия из пласт­
масс).
______
о
7. Погрузка готовой продукции в
виде сыпучих материалов и штучных
изделий в средства транспорта из
складов, бункеров, силосов и склад­
ских штабелей штучных изделий.
8. Учет сырья, полуфабриката и го­
товой продукции.
9. Вспомогательные
процессы
в
операции
обеспечение сжатым воздухом и горячей водой; аспирация,
вентиляция, гидрообеспыливание; при­
готовление и транспортирование доба­
вок и др.
В зависимости от местных условий
на заводах, кроме перечисленных, мо­
гут иметь место и другие дополнитель­
ные процессы. Например, при наличии
высоких подпочвенных вод — откачка
их из заглубленных подштабельных
траншей. Однако многие из указанных
процессов
(особенно
транспортно­
складские операции, дозирование со­
ставляющих и др.) повторяются на
различных предприятиях. Это позволя­
ет использовать для автоматизации
однотипных процессов на различных
предприятиях строительной индустрии
типовые схемы и аппаратуру, напри­
мер: циферблатные головки с бескон­
тактными задатчиками веса порций
на различных по производительности,
назначению и компоновке бетонных и
асфальтобетонных заводах; типовые
схемы контроля, пуска и остановки
транспортерных линий и др.
Унификации схем и средств автома­
тики для различных предприятий стро­
ительной индустрии способствует од­
нотипность команд, подаваемых авто­
матически или с пульта при управле­
нии характерными производственными
процессами. Наиболее распространен­
ными являются следующие команды
управления: 1) пуском постановкой —
это ежесменный пуск и остановка з а ­
вода (цеха, линии), остановка цеха
(линии) при задержках, пуск цеха (ли-
после временной остановки;
2) транспортными и складскими опера­
циями — это включение и выключение
сблокированных
электродвигателей
транспортных, питающих и технологи­
ческих механизмов; открытие и закры­
тие задвижек, затворов, клапанов, уз­
лов питания; перемещение разгрузоч­
ных тележек ленточных конвейеров,
штабелеукладчиков,
сбрасывающих
плужке в, муфт скреперных лебедок;
перемещение клапанов и переключате­
лей, поворотных воронок для измене­
ния направления грузопотока; включе­
ние и выключение устройств сводообрушения; 3) рецептурой составляющих
дозирования
это загрузка дозато­
ров, взвешивание, выгрузка дозато­
ров, регулировка доз воды по влагосодержанию сырья, по консистенции смеси, повторение циклов дозирования;
4) основными технологическими опера­
циями — к ним относятся режим рабо­
ты смесительных машин, формую­
щих машин, прессов, прокатных ста­
нов и других рабочих машин, повто­
рение циклов машин
цикличного
действия; 5) термическим режимом —
включение и выключение подачи теп­
лоносителя; 6) прочими операциями
подачи сырья — включением и выклю­
чением подачи теплоносителя, включе­
нием и выключением системы аспира­
ции, направлением грузопотока через
устройство обогащения (фракциониро­
вание, удаление примесей).
Команды управления операциями,
которые могут быть обеспечены ста­
бильным сырьем и надежно контроли­
роваться имеющейся аппаратурой, мо­
гут даваться системой автоматики по
заданной программе. Команды управ­
ления операциями, требующими на­
блюдения и вмешательства оператора,
должны подаваться с пульта.
Широко применяемая в схемах ав­
томатизации блокировка представляет
собой взаимосвязь отдельных элемен­
тов схем управления, обеспечивающую
требуемую последовательность вклю­
чения механизмов и ограничение пере­
мещений их в заданных зонах, надеж­
ность работы и безопасность обслужи­
вания. Блокировка реле — схемная или
механическая связь, вводимая при
срабатывании реле, с помощью кото­
рой рабочие части реле удерживаются
от возвращения в исходное положение
по исчезновении причин, вызывающих
его срабатывание.
кии)
При осуществлении блокировочных
связей можно применять типовые схе­
мы и аппаратуру. Наиболее распро­
страненные виды этих связей перечис­
лены ниже: 1) при неправильно срабо­
тавших исполнительных механизмах
соответствующая часть системы отклю­
чается; 2) при невключенных транс­
портных и технологических механиз­
мах питающие их устройства выклю­
чены; 3) при перегрузке транспортных
механизмов питающие их устройства
выключаются; 4) при заполнении бун­
керов и резервуаров питающие их ус­
тройства выключаются; 5) при опо­
рожнении бункеров и резервуаров
включаются питающие их устройства;
6) запуск и остановка транспортных и
технологических машин в заданной по­
следовательности; 7) аварийное вы­
ключение группы механизмов при
остановке или перегрузке одного из
них в потоке; 8) то же, при заполнении
перегрузочных устройств; 9) то же,
при промежуточном положении пере­
кидного клапана или поворотной во­
ронки; 10) то же, при обрыве и буксо­
вании ленты конвейера, элеватора;
11) возможность одновременной вы­
грузки только одного сорта сырья (из
одного отсека бункера); 12) невозмож­
ность загрузки в заполненную емкость
(бункер, резервуар, барабан бетономе­
шалки); 13) включение устройств сводообрушения при прекращении грави­
тационного
поступления
сыпучих;
14) изменение количества теплоноси­
теля при отклонении заданного режи­
ма подогрева; 15) блокировка отдель­
ных дозаторов между собой; 16) воз­
можность выгрузки дозаторов в зави­
симости от состояния смесительных
машин; 17) возможность выгрузки до­
заторов в зависимости от степени з а ­
полнения бункера готовой
смеси;
18) зависимость дозы воды от факти­
ческого мгновенного влагосодержания
в сырье; 19) зависимость дозы воды
от фактической пластичности готового
продукта или полуфабриката; 20) воз­
можность загрузки и выгрузки камер
термической обработки.
Блокировки механизмов с тяжелым
пуском и механизмов, пуск которых
возможен лишь после их разгрузки
(например, дробилка), с другими ме­
ханизмами должны предусматривать:
продолжение работы загруженного ме­
ханизма при остановке участка; инди­
видуальную остановку последнего или
ф ■
2
35
стем управления. В обоих случаях ана­
литическая запись структуры одина­
кова.
Работа схем релейно-контактной
автоматики основана на определенных
логических преобразованиях входных
команд.
■■ж
А л г е б р а л о г и к и («булева»
а л г е б р а ) характеризуется двумя со­
стояниями переменных: истинным и
ложным (состояние равно 1 или 0).
Релейно-контактные схемы также ха­
состояниями
рактеризуются
двумя
электрических цепей: они могут быть
только замкнутыми или только разомк­
нутыми. Это дает возможность при
анализе и синтезе релейно-контактных
цепей использовать законы алгебры
логики.
'-Щ
В табл. 2.1 приведены обозначения
и названия функций «булевой» алгеб­
ры с указанием возможных комбина­
ций входных сигналов и их обозначе-
автоматическое отключение после раз­
грузки материала.
Д л я некоторых производств треавтоматическийповторный
буется
пуск (АПП) работавших участков поеле кратковременного исчезновения
напряжения в системе электроснабже­
ния. АПП участков допустим лишь в
течение 2—3 с после остановки участ­
ков, т. е. на время, необходимое для
автоматического включения резервно­
го источника питания. В течение 2—3 с
АПП участков не опасен для обслу­
живающего персонала, так как за ко­
роткий промежуток времени не все ме­
ханизмы остановятся, и обслуживаю­
щий персонал не успеет подойти к
останавливающимся механизмам.
иг
§6. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
ПРИМЕНЕНИЯ АЛГЕБРЫ
ЛОГИКИ К РАСЧЕТУ
РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНЫХ СХЕМ
и
НИИ.
ТАБЛИЦА
Д о последнего времени большинство проектировщиков систем автома­
тизации пользовались «интуитивным»
методом проектирования схем.
При этом проектировщик по запи­
санным в словесной форме условиям
работы строит схему, руководствуясь
своей интуицией и опытом или извест­
ными ему подобными схемами.
Интуитивные методы разработки
схем автоматизации часто приводят к
излишнеи
аппаратуры
применению
или контактов, или наоборот, не
необходимые
полностью учитывают
V
связи.
Прогрессивные методы проектиро­
вания базируются на использовании
структурной теории релейно-контактных устройств.
4
Использование для щсинтеза
ш щ щ щ схем
методо математической логики дает
-возможность ввести в процесс проек­
тирования ряд формальных приемов,
которые позволяют достаточно быстро
найти наиболее оптимальный (эконо­
мичный и надежный) вариант схемы.
Субъективный фактор — интуиция про­
ектировщика, его опыт и квалифика­
ция — в этом случае гораздо в мень­
шей степени влияют на конечный ре­
зультат. В основе разработки схем на
логических элементах лежит алгебра
Буля.
Теория релейных схем может быть
использована при проектировании как
контактных, так и бесконтактных си­
К
а
X
>>
е
Комбинации
входных
сигналов
Название функции
у
Н улевая
/о
Стрелка Пирса (ин­
/1
версия суммы)
Запрет а
/2
Инверсия а
/з
Запрет Ь
/4
Инверсия Ь
/б
Неравнозначность
/б
Функция Ш еффера
/?
И-НЕ
Произведение И
/8
Равнозначность
/9
Повторение
/ю
"/и Импликация
Повторение
/12
Импликация
/1 3
Сумма И Л И
/1 4
Единичная
/1 5
а 1
Ь1
2.1
О
1 0 0 о<Ая
0 1 0 О
0 0 0 0 0
0 ■0 0 1 а \Ь
0 о 1 0 \Ь~^а
0 0 1 1 а
0 1 0 0 а^Ь
Ь
0 1 1 0
0 1 1 0 аФ Ь
0 1 1 1 а Ь
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
0 0 аЬ
0 1 а~Ь
Ь
1 0
1 1
0 0
а
0 1 Ь-+а
1 0 \а + Ь
1 1I 1 '
Принято считать, что аналогом по­
нятия «Истинно» (соответствующего
единице) является замкнутая электри­
ческая цепь, а понятия «Ложно» —
разомкнутая электрическая цепь.
В релейно-контактных схемах логи­
ческому сложению соответствует па­
раллельное соединение контактов, лопоследовагическому |_умцожению
тельное соединение контактов, а р аз­
мыкающему
контакту — логическая
инверсия. При этом в логическом сло­
жении и умножении могут участвовать
36
как замыкающие, так и размыкающие
контакты любых участвующих в рабо­
те схемы релейно-контактных аппара­
тов.
В математической логике реализуе­
мые схемы подразделяются на однотактные и многотактные. Однотактные
схемы характеризуются тем, что в них
состояние выходов в каждый момент
времени однозначно определяется со­
стоянием входов. Таким образом, если
при формулировке условий не употре­
бляются слова «до», «после», «когда»,
«произошло» и другие, определяющие
последовательность входных сигналов
во времени, и если любой произволь­
ной комбинации входных сигналов со­
ответствует только одно определенное
значение выходов, то из этого следует,
что заданные условия определяют однотактную схему.
Синтез
однотактных
релейных
схем сводится к составлению структур­
ной формулы, - описывающей логиче­
скую функцию, которую должно вы­
полнять данное устройство.
Синтез однотактных схем обычно
ведется методами: синтеза по таблице
соответствия или синтеза по матрицам
Карно. Каждый из этих методов име­
ет • свои преимущества и недостатки.
В многотактных схемах одной и
той же комбинации
входных
сигналов,
о
поданной на входы в разные моменты
времени, могут соответствовать не­
сколько различных значений выходов.
Чтобы их реализовать, необходимо
определить дополнительные элементы,
которые позволили бы различать ком­
бинации входных сигналов, поданных
ранее от аналогичных комбинаций, а
также на те же входы в последующие
моменты времени. Д ля это^о в схемы
вводят элементы памяти или проме­
жуточные переменные, определяющие
в каждый данный момент времени
внутреннее состояние схемы.
Таким образом, в многотактных схе­
мах состояние выходов определяется
не только состоянием входов в данный
момент времени, но и тем внутренним
состоянием, в котором схема находи­
лась в момент времени, предшество­
вавший данному. Под состоянием многотактной схемы понимается совокуп­
ность значений входных и промежуточ­
ных
переменных
в
некотором
интервале времени, в течение которого
указанные переменные сохраняют свои
значения неизменными.
Существуют такие методы синтеза
многотактных схем: с помощью таблиц
переходов (метод Хауффмена); с по­
мощью операторов алгебры состояний'
и событий. Эти методы широко используются в практике автоматизации.
Производство бесконтактных логи­
ческих элементов и внедрение схем
автоматизации, основанных на этих
элементах,
позволяют
значительно
улучшить схемы автоматизации, осно­
ванные на этих процессах. Разработки
систем логических элементов начались
примерно с 1954— 1955 гг. Первая ав­
томатическая установка на бесконтактных элементах была пущена в
эксплуатацию в 1956 г.
Быстрому развитию схем на бес­
контактных и, в частности, логических
элементах содействовал ряд сущест­
венных предпосылок. Так, если ско­
рость срабатывания электромагнитно­
го реле равна 1 переключению в мину­
ту, это значит, что при сроке службы,
допускающем 10 млн. срабатываний,
оно прослужит около 20 лет. Если ско­
рость повысить до 1 срабатывания в
секунду, срок службы снизится до 4
месяцев, но и в эти сроки реле требует
определенного ухода, наблюдения и
регулировки, которые все же не могут
гарантировать полного отсутствия от­
казов в контактах, несмотря на то, что
механическая прочность реле не нару­
шается.
Срок службы бесконтактных эле­
ментов (если не будет нарушена их
механическая прочность) практически
не ограничен и не зависит от числа со­
вершенных ими переключений. Эти
элементы почти не изнашиваются, так
как не имеют хрупких частей. Они из­
готовлены в виде залитых блоков, что
изолирует их от внешних !воздействий
и позволяет использовать в загрязнен­
ной и взрывоопасной 'Среде. Эти эле­
менты не нуждаются в уходе, не тре­
буют наладки и регулировки при из­
готовлении и эксплуатации. Они обла­
дают более высоким быстродействием,
чем реле. Ввиду этих преимуществ в
последние годы при автоматизации
вместо электромагнитных реле широ­
ко применяются бесконтактные элементы.
Степень замены контактной аппа­
ратуры на бесконтактную может быть
различной. Конечной целью являются
полностью бесконтактные системы, где
все операции (начиная от ввода управ«V
I
37
&
а
ляющих команд, кончая управлением
исполнительными механизмами) осу­
ществляются при помощи бесконтакт­
ной аппаратуры. Однако, в связи с
тем, что бесконтактная аппаратура вы­
полняется на основе различных физи­
ческих явлений (магнитные логические
элементы, пневматические, гидравли­
ческие и струйные элементы), выбор
конкретного типа бесконтактной аппа­
ратуры должен производиться с учетом
суммы всех факторов. Необходимо учи­
тывать, что полупроводниковые логи­
ческие элементы реагируют на внеш­
нюю температуру, магнитные логиче­
ские элементы дороже по сравнению с
полупроводниковыми, громоздки, тяж е­
лы, обладают более низким быстро­
действием; пневматические элементы
требуют для работы очищенного воз­
духа (чего сложно добиться в строи­
тельной индустрии), чувствительны к
утечкам воздуха. Гидравлические и
струйные элементы требуют дополни­
тельной насосной станции и менее на­
дежны в условиях строительной инду­
стрии и т. д.
В настоящее время отечественной
промышленностью серийно выпускает­
ся статическая полупроводниковая ап­
паратура дискретного действия (эле­
менты
серий: «Логика-1», «Мир»,
«Спектр»).
В табл. 2.2 приведены элементы
этих серий, выполняющие функции
«ИЛИ-НЕ», «И-НЕ».
ТАБЛИЦА 2.2
Серия
Т ин
Функция
Количество
элементов в
модуле
«Логика-Т»
«Спектр»
«Мир-1»
Т-101
ИНВ
Р1м
И Л И -Н Е
И Л И -Н Е
И-НЕ
2
5
1
Транзисторные логические элемен­
ты Т системы бесконтактных элемен­
тов «Логика», выпуск которых произ­
водится Калининским заводом элект­
роаппаратуры, обеспечивают возмож­
ность построения практически любых
дискретных систем промышленной ав­
томатики. Бесконтактные системы, по­
строенные на элементах Т, могут на­
дежно работать не менее пяти лет со
скоростью до 50 ООО включений в се­
кунду при условиях сильной запылен­
ности и влажности до 95%, при измене­
нии температуры окружающей среды
от —40 до +50° С и при значительных
вибрационных и ударных нагрузках, а
также в условиях взрывоопасных и аг­
рессивных сред. Элементы Т не требу­
ют ухода в эксплуатации. Логические
элементы на полупроводниках выпу­
скают
западно-германские
фирмы
АРО (система «Ьо^1з1а1») и 31тепз
(система « Щ т а й к — зу з{ ет» ), фран­
цузские фирмы (системы «Ке 1а 1з 1а 1» и
«Ьо§ 1з 1ог»),
американская
фирма
« С о т т а г ш е а И Ь ЕсПзоп и Со», а фирма
НСА вместе с логическими схемами
выпускает и интегральные схемы.
В отечественной строительной про­
мышленности существуют следующие
системы с применением бесконтактных
элементов: 1) система автоматическо- ■-]
го управления бетонным заводом
«Ангара», выполненная на потенциаль­
ных элементах; 2) автоматического уп­
равления бетонным заводом, один в а­
риант которой выполнен на бескон­
тактных
элементах вычислительной
машины «Минск-2», другой — на бес­
контактных элементах серии «Т»; 3) си­
стема автоматического управления бе­
тонным заводом, разработанная Крас­
нодарским Ц К Н И Б и реализованная
на заводе Ж Б И г. Новороссийска. Си­
стема выполнена на бесконтактных ло­
гических элементах серии «Т»; 4) си­
стема «Униблок», разработанная для
управления бетонным или асфальто­
бетонным заводом.
I
Ниже рассматривается сопоставле­
ние узла релейно-контактной схемы и
схемы на бесконтактных логических
элементах и приводится диаграмма со­
стояний применительно к бункеру с
датчиками уровня. В отличие от реле,
которые имеют, как правило, один
вход (цепь катушки) и несколько вы­
ходов (контактов), бесконтактные ло­
гические элементы имеют несколько
входов и, как правило, один выход.
Это обстоятельство определяет специ­
фичность составления схем на логиче­
ских элементах. При разработке эле­
ктрических схем рекомендуется приме­
нение алгебры
релейно-контактных
схем в соответствии с приведенными
выше положениями. В этом случае
принято обозначать катушки реле и
контакторов приписными буквами .4, Б,
В , ..., а их контакты — соответствующи­
ми строчными буквами а, б, в , з а ­
мыкающие контакты — буквой без чер­
точки (например, б), размыкающие —
буквой с черточкой наверху (напри­
фическом изображемер, б). При
НИИ схема обозначается в виде линий,
идущих к точкам питания, в разрезе
которых поставлены буквы, соответствующие катушкам аппаратов или их
контактам.
Основой алгебры релейных схем
является „запись
_ _ ^ _ _ их
_ _ _ ! и д е аналитиче­
ских выражений (структурных фор­
мул), характеризующих зависимость
Ж
жения (Д Н С ); датчиком верхнего
•ровня (ДВУ); двумя датчиками наличия м а т е р и а л а на ленте (ДНМ1 и
Д Н М 2 ).
С о став л яется стр у к ту р н ая ф о р м у л а
вклю чения реле отклю чения механизмов транспортной системы в случаях:
если скольжение ленты конвейера
превышает допустимое (при срабаты­
вании датчика Д Н С ); когда заполнит­
ся бункер (при срабатывании ДВУ);
при включенном вибролотковом затво­
ре
в случае исчезновения материала
на ленте
реверсивного конвейера
------------------------------‘--------- 1 т м
отпускании реле ДНМ1 или ДНМ2, так
как датчик ветви, по которой не транс­
портируется материал, будет выдавать
сигнал 0).
Вводятся
обозначения:
сигнал
ДНС
а; сигнал ДВУ — Ь\ сигнал,
выдаваемый магнитным пускателем
ви бролоткового затвора,
с; сигнал,
выдаваемый ДНМ1 —
ДНМ 2 — е;
реагирующий элемент (реле выключе­
ния механизмов) — р. Таким образом,
I
Рис. 2.14. Узел релейно-контактной схемы:
о релейно-контактная схема; б — структурная
1'
' схема
наличия или отсутствия замкнутой це­
пи во всей схеме в целом от замкнуто­
го или разомкнутого состояния ее от­
дельных элементов, а- также законов,
характеризующих специфику релейных
схем и позволяющих про-_____
изводить п р е о б р а з о в а н и я ^ ^ ^ □
^ ^ж^ Н
сне
г
формул.
аВ ООО 001 011 010 110 111 107 100
Принято
обозначать
ДВУ □
00 ПГ 0 0 0 0 0 0
параллельное соединение
КЯИН
1
—
01
Г1 1 1 1 ; ; 1 I\1[
знаком
алгебраического
11 [[ЕЕ~
1
сложения, последователь­
/
/
1
1
шяш
ное соединение — знаком
10
\ 1 г г 1 ГГ ГГ щ
алгебраического умноже­
ния.
Д ля схемы, приведенщ
ной на рис. 2.14, струк­
турная формула будет
Г?
[0 |И
иметь вид: Р ( х ) = а б + г +
+ абв.
1
У
п
При
проектировании
|
схем по заданным техно­
р
логическим условиям ра­
боты следует записать
&
г
структурные
формулы
сначала для отдельных уз­
В)
лов, а затем общую. По­
Рис. 2.15. Поточно-транспортная система из двух конвейеров и
следняя должна быть пре­
промежуточного бункера:
образована таким обра­ а — технологическая схема; б — карта Карно; в — принципиальная схема
схема на бесконтактных эле­
зом, чтобы она содержала на контактных элементах; г — структурная
ментах
минимальное количество
элементов. Преобразования выполняют
имеется пять входных переменных И
в соответствии с основными законами
одна выходная переменная (реагирую­
алгебры релейно-контактных схем.
щий элемент). Карта Карно будет в
Ниже приведен синтез релейной
этом случае содержать 25= 32 клетки
схемы транспортной системы, состоя­
(рис. 2.15,6). Клетки заполняют. Для
щей из конвейера /, расходного бунке­
получения минимальной структурной
ра 2, вибролоткового затвора 3 и ре­
формулы в ДНФ объединяются все
версивного конвейера 4 (рис. 2.15,а).
клетки, содержащие 1: строки 01 и 11
Механизмы транспортной системы
(16 клеток); строки 11 и го
Ю (16
Н Йкле
Н
оборудованы датчиком наличияскольток); столбец 100 (4 клетки). В соот
И
■
*■■■■
—
39
\
ш
ветствни со свойствами карт Карно
математические выражения первого и
второго контуров не зависят от четырех
переменных, а третьего контура — от
двух переменных. Следовательно, мате­
матическое выражение объединения
клеток строк 01 и 11 не зависит от а, с,
1
3
©@
н
0 -
ж
к^Г
шм
ф
0
Ш
*
»
0®0-1 ] 0-
*
в
ГН
^
ф в
I
&
•
•
•
•
1
■
«
1
#
•
•
I
к
Я
§
р
■
•
д
*
4
?
г
X X X
X
УН а
#
УВ
кь
6
*
и
д
т
0
0
1
п
/
/
о
п
0
1
0
1
\
6)
А
,
V
Ж
Ш
д
*
й)
г
V
й
На)
*
б)
Рис. 2.16. Бункер с датчиками верхнего и ниж­
него уровня:
а — состояние загрузки бункера; б, в — диаграм м ы
состоянии
11 Ии
е, объединение клеток строк Щ
10 — от Ь, с, й, е, а клетки столбца
100 — от а и Ь. Таким образом, струк­
турная формула включения реле Р бу­
дет иметь вид
а
^ («я) = а —
[- Ь
Диаграмма состояний, отображаю­
щая заданные условия работы, пока­
зана на рис. 2.16, б, в. Из диаграммы
видно, что в тактах 2 и 4 при одинако­
вых комбинациях значений входных
сигналов выходной сигнал звена имеет
различные значения. Рабочие такты
диаграммы состояний подразделяются
на переходные и устойчивые. В пере*
ходных тактах ( / и 3) происходит изме­
нение выходного сигнала, а в устойчи­
вых тактах (2 и 4) выходной сигнал не
изменяется.
|
Реализуемая диаграмма состояний
обладает следующими свойствами: пе­
реходные такты отличаются комбина­
циями значений : ходных и выходного
сигналов; устойчивые такты отличают­
ся только значением выходного сигнала; переходные такты отличаются от
устойчивых комбинациями значений
входных сигналов.
Ц
В данном примере диаграмма состо-1
яний обладает указанными свойства-1
ми, т. е. является реализуемой. Элемен-1
тарная последовательная функция мо­
жет быть представлена в двух основных
формах: конъюнктивной и дизъюнктив­
ной. Конъюнктивная форма функции
выражается равенством
1
/ М = 7 ( о)1/(1)У<«],
|
где /(1) — единичная и ДО) — нулевая ,
функции. Они выражают сигналы, пе­
реключающие звено памяти соответст­
венно в единичное и нулевое состояние.
Дизъюнктивная форма записывается
так:
сЛв •
н
Принципиальная схема на контакт­
ных элементах, построенная по этой
формуле, изображена на рис. 2.15, с, а
структурная схема на бесконтактных
элементах — на рис. 2.15, г.
Элементарную
последовательную
функцию можно определить по диа­
грамме состояний, где в определенной
последовательности (одной или двух)
указывались все возможные комбина­
ции входных сигналов и соответствую­
щие им значения выходного сигнала.
В качестве примера приводится ме­
тодика определения логической функ­
ции звена, контролирующего состояние
емкости (бункера) по сигналам датчи­
ков нижнего УН и верхнего УВ уров­
ней (рис. 2.16,а).
Изменение состояния бункера хапоследоваракте^изуется четырьмя
тельными тактами: / — пустой бункер,
2 — загрузка, 3 — заполненный, 4ШI
разгрузка. Выход звена контроля бун­
кера равен единице в течение тактов
1 и 2, что необходимо для периодиче­
ского заполнения бункера материалом.
/ (м) = / (1) V и1(б)-*
Единичная и нулевая функции опре*
деляются по соответствующим переход­
ным тактам диаграммы состояний.
По переходным тактам 1 и 3 (рис.
2.16, б, в) получили следующие пере­
ключающие функции:
1
/ ( 1 ) = и 1и2;
/{$)')'= и,
В результате сравнения объединенных
стрелками столбцов таблицы соответ­
ствия можно записать переключающие
функции в виде:
к'
/ ( 1 ) = / ( 0 ) — к, .
Тогда конъюнктивная и дизъюнкфор лы элементарной последовательной функции выразятся следую­
щими равенствами:
/ (и)= й2(%V и); / (к)=% \ / и 2и.
40
§ 7. Н ЕК О ТО РЫ Е П О Л О Ж Е Н И Я ТЕО РИ И
МАССОВОГО О Б С Л У Ж И В А Н И Я *
ьание поступает в обслуживающую
систему, удовлетворяется (обслужива­
ется) обслуживающим каналом и поки­
дает ее. При этом возможны случаи,
когда уже обслуженные требования
поступают в следующую фазу обслужи­
вания и т. д.
Последовательность событий во вре­
мени называется п о т о к о м с о б ы ­
т и й . Различают в х о д я щ и й п о ­
т о к — поток требований, поступаю­
щих в обслуживающую систему, и в ыходящий
поток
требований,
покидающих обслуживающую систему.
В теории массового обслуживания рас­
сматриваются в основном о д н о р о д т
н ы е п о т о к и , в которых события раз­
личаются только моментами их появления. В р е м е н е м о б с л у ж и в а н и я
считается период, в течение которого
удовлетворяется заявка на обслужива­
ние, т. е. период от начала обслужива­
ния (а не от момента поступления тре­
бований в систему) и до его завершения.
По характеру потоки требований
могут быть регулярными, которые по­
являются через равные периоды, и сто­
хастические, когда требования появля­
ются случайно. В этом случае о появ­
лении того или иного события (заявки,
требования) можно говорить только с
определенной вероятностью.
Случайные величины, как известно,
описываются законами распределения.
При описании потока требований так­
же прежде всего должен быть найден
закон распределения вероятностей, на­
пример моментов появления требова­
ния. Реальные потоки могут иметь раз­
личные распределения: нормальное по­
казательное, бета-распределение и др.
До настоящего времени в теории в наи­
более законченном виде разработаны
аналитические решения в основном для
тех моделей задач массового обслужи­
вания, в которых поток требований является простейшим.
Простейшими
‘ потокакги'
являются такие, которые обладают од­
новременно свойствами стационарно*
сти, ординарности и отсутствия пвследствия. Характер стационарного потока
требований не изменяется со временем.,
т. е. вероятность поступления опреде­
ленного количества требований в тече­
ние какого-то промежутка времени' не
зависит от начала отсчета времени, а.
зависит от длины промежутка.
Ординарным
является такой,
поток, в котором вероятность поступле'-
Привлечение аппарата теории мас­
сового обслуживания для формализа­
ции
производственных
процессов,
протекающих при участии человекаоператора (эргатических процессов),
позволяет решить такие вопросы авто­
матизации, как очередность удовлетво­
рения Заявок потребителей, необходи­
мое число операторов, количество при­
боров на индивидуальном пульте к аж ­
дого оператора и др. Важным является
также возможность вычисления с удов­
летворительной точностью вероятностей
каждого состояния системы «опера­
тор — машина», в том числе и различ­
ных нежелательных состояний (аварий­
ных ситуаций).
Терминология, применяемая в тео­
рии -массового обслуживания. Та часть
процессов, в которой возникают запро­
сы, называется
обслуживаемой
с и с т е м о й . Та часть, которая прини­
мает запросы и удовлетворяет их, на­
зывается о б с л у ж и в а ю щ е й
си­
с т е м о й . Совокупность обслуживаю­
щей и обслуживаемой системы об­
разует
систему
массового
обслуживания.
Так, например, отдельные части ос­
новного производства на бетонных за­
водах непрерывно требуют услуг (об­
служивания) в соответствии с техноло­
гическим режимом прохождения изде­
лия, начиная с момента поступления
сырья, кончая выходом готового про­
дукта. Каждая последующая операция
(режим) является обслуживающей си­
стемой для предыдущей, а каждая пре­
дыдущая — источником потока заявок
на обслуживание. .
Запрос на выполнение какой-либо
услуги работы в теории массового об­
служивания
называется
заявкой
(требованием).
Обслуживанием
называется
удовлетворение поступившего в систе­
му запроса на выполнение услуги. Все
процессы массового обслуживания про­
текают по одной и той же схеме: требо-
щ
* Применение теории массового обслужи­
вания целесообразно при проектировании заво­
дов бетонных смесей, железобетонных изделий
и др. В связи с ограниченным объемом учеб­
ного пособия приведены только классификация
очередей и свойства простейшего потока с
тем, чтобы привлечь внимание студентов к этой
теории, не предусмотренной учебной програм­
мой. Д л я соответствующих расчетов необходи­
мо обратиться к специальной литературе.
41
*
массового обслуживания, т. е. в уста­
новлении наличия нерегулярности в те­
чение процесса обслуживания в иссле­
дуемой системе; 6) в формулировании
модели задачи. Лишь после проведе­
ния такого предварительного качест­
венного анализа можно переходить к
последующим этапам исследований.
Исходными данными для проведе­
ния экономико-математического экспе­
риментирования с помощью моделей
теории массового обслуживания явля­
ются: тип закона распределения, опи­
сывающего поток требований, и кон­
кретное значение его параметров (для
простейшего потока будет закон П уас­
сона с параметром X; периоды между
моментами появления требований при
этом будут описываться показатель­
ным законом распределения с тем же
параметром); тип закона распределе­
ния, описывающего время обслужива­
ния, и конкретное значение его пара­
метров (при1 показательном распреде­
лении — это единственный параметр
Ц ; существующее количество обслужи­
вающих аппаратов.
В строительной индустрии обслужи­
вающими аппаратами могут являться
бункера и силосы складов сыпучих,
бункера, которые заполняют машины
цементно- и асфальтобетонной смесью,
формовочные посты и посты отгрузки
готовых изделий заводов железобетон­
ных изделий и др.
Простейший
поток
описывается
функцией распределения вида
ния в систему за короткий промежуток
времени больше одного требования бес­
конечно мала.
П о т о к о м без п о с л е д с т в и я
называется такой, в котором вероят­
ность поступления определенного числа
требований после произвольного мо­
мента времени не зависит от числа тре­
бований, поступивших в систему до это­
го момента.
\
Построение модели .массового об­
служивания при исследовании произ­
водственных
процессов начинается
прежде всего с конкретного определе­
ния основных понятий теории массово­
го обслуживания для данной задачи,
т. е. что подразумевается в данных ус­
ловиях под понятием требование и по­
ток требований; что значит время об­
служивания в данной задаче; каковы
источники, посылающие требования в
систему, и может ли быть подсчитано
их количество; какие аппараты в систе­
ме являются обслуживающими и их ко­
личество; каков характер обслужива­
ния в системе.
Н а основании этого выбирают со­
ответствующие формулы из теории мас­
сового обслуживания, по которым мож­
но рассчитать показатели качества
функционирования исследуемой систе­
мы при различных вариантах ее орга­
низации.
Таким образом, начальный этап ис­
следований заключается: 1) в выборе
объекта исследований, т. е. в опреде­
лении системы взаимосвязанных произ­
водственных подразделений, связь ме­
жду которыми носит характер массо­
вого обслуживания
(удовлетворение
каких-то потребностей одного подраз­
деления со стороны другого); 2) в оп­
ределении
факторов, оказывающих
влияние на показатели качества функ­
ционирования исследуемои системы и
направлений их влияния; 3) в установ­
лении того факта, что все возможности
технического совершествования интере­
сующей нас системы на данном этапе
уже исчерпаны и дальнейшее улучше­
ние ее работы возможно лишь путем
изменения организации; 4) в определе­
нии возможных вариантов изменения
ее организации (т. е. других, кроме
существующего, возможных количест­
венных размеров обслуживаемой и об­
служивающей систем), а такж е качест­
венном исследовании последствий, к
которым эти изменения приведут; 5) в
доказательстве возможности примене­
ния для исследований методов теории
Р Л 1)
1 Я О , 1, 2 . . . (2.60)
К!
где Рк — вероятность того, что в тече­
ние времени й В в систему поступит
точно К требований; К — число заявок
в системе; | — параметр потока —
среднее число требований, поступаю­
щих в систему в единицу времени; е
основание натурального логарифма.
Изменяя I и К, по приведенной фор­
муле можно рассчитать вероятность
любого состояния потока требований.
Реальные потоки часто являются
простейшими или же близкими к ним
и могут быть описаны законом П уас­
сона.
Если вероятность поступления за
малый промежуток времени одного тре­
бования небольшая, то вероятность то­
го, что за это время поступят два тре­
бования и больше, будет ничтожно м а­
ла, и поток требований можно считать
42
ординарным. Д ля многих реальных по­
токов характерно также отсутствие по­
следствия.
В теории массового обслуживания
при анализе реальных потоков требо­
ваний и при доказательстве близости
их к простейшему потоку чаще всего
исследуют не моменты 1\ появления
требований, а промежутки Т между
этими моментами.
Вероятность того, что в систему по­
ступит требований не больше какого-то
заранее заданного числа К, равна
к
(2. 61)
исследуют не моменты появления тре­
бований, а промежутки между этими
моментами. Одним из признаков того,
что исследуемый поток заявок близок
к простейшему, является распределе­
ние частот Шг и частот т г/л повторения
промежутков времени Г между момен­
тами появления заявок на обслужива­
ние в соответствии с функцией экспо­
ненциального закона распределения
(2. 63)
или приближенно
т,/п
шШВиШ Ий
г
где т,- — число встречающихся при на­
блюдении одинаковых промежутков
(частота попадания промежутков
■ЙШ Ш ЙЁВ В
данный интервал); п — общее число
наблюдавшихся промежутков (по всем
интервалам); Д/ — величина интерва­
ла, выбранного при группировке (еди­
ничный интервал).
Оценки функционирования систем
массового обслуживания. Целью ис­
следования производственного процес­
са методами теории массового обслу­
живания является анализ качества их
функционирования с дальнейшим вы­
явлением возможности его улучшения.
Качество функционирования систем
массового обслуживания в каждом слу­
чае имеет конкретный смысл, выражен­
ный различными количественными по­
казателями. К таким количественным
показателям можно отнести: величину
очереди, ожидающей обслуживание;
среднее время обслуживания; время
ожидания момента обслуживания; про­
стой обслуживающих аппаратов; веро­
ятность того, что все поступившие в си­
стему требования будут обслужены
и т. п.
,
Таким образом, под качеством фун­
кционирования системы массового об­
служивания понимается не качество
выполнения той или иной работы, з а ­
прос на которую поступил в систему, а
степень ее удовлетворения.
Так, если методами теории массово­
го обслуживания исследуется работа
загрузочного бункера, то под качест­
вом, с точки зрения теории массового
обслуживания, понимается величина
очереди машин, ожидающих загрузки,
среднее время загрузки, время простоя
загрузочных бункеров.
Показатели технического качества,
как известно, определяют в соответст­
вии с техническими требованиями на
а
Время обслуживания является важ ­
нейшей характеристикой системы об­
служивания. Как правило, это случай­
ная величина. Причиной этого явля­
ется нестабильность, неидентичность,
сложность и т. п. работы обслуживаю­
щей системы. Время, затрачиваемое на
обслуживание заявок, зависит в значи­
тельной мере также от квалификации,
сноровки обслуживающего персонала,
наличия тестов, хорошо отработанных
правил выполнения операций, степени
автоматизации процесса обслуживания
и т.
Время обслуживания зависит от ус­
ловий внешней среды (открытые рабо­
ты или работы в закрытом помещении),
теоретических и практических навы­
ков обслуживающего персонала, его з а ­
интересованности в работе, отношения
к аппаратуре, а также материальнотехнического обеспечения. Следова­
тельно, время обслуживания является
случайной величинои и описывается з а ­
коном распределения
О
о
О
(2. 64)
О (/) = Р [/г;бСл< *] >
где Р[*обсл < I — вероятность того, что
время обслуживания не превосходит
некоторой величины I.
Среднее время обслуживания р, оп­
ределяется по формуле математическо­
го ожидания и для экспоненционального закона обслуживания имеет вид
оо
(2. 62)
пг в
ГЙ В Ш М щ
о
С/
где Й Ш — плотность
распределения
времени обслуживания.
Исследование характеристик потока
заявок. В теории массового обслужива­
ния при анализе реальных потоков з а ­
явок, как уже отмечалось, чаще всего
43
выпускаемую продукцию или же инст­
рукциями на качество выполнения от­
дельных операций. Однако следует учи­
тывать, что показатели технического
качества косвенным образом входят в
показатели функционирования систем
массового обслуживания и в опреде­
ленной мере влияют на перечисленные
выше качественные характеристики си­
стем массового обслуживания.
В связи с неудовлетворительным
функционированием системы (или ее
части) некоторые заявки могут выпол­
няться некачественно, т. е. может соз­
даться ситуация, когда определенное
количество заявок как бы циркулирует
вхолостую внутри системы массового
обслуживания. Это может привести к
ошибочному мнению относительно по­
казателей качества функционирования
системы массового обслуживания (так
как, например, время простоя каналов
обслуживания будет минимальным).
В общем случае количественные по­
казатели
функционирования систем
массового обслуживания зависят от ви­
л а системы, ее структуры, взаимосвязи
между отдельными звеньями, а также
от величин, характеризующих ее пара­
метры.
Д ля решения задач массового об­
служивания необходимо установить
функциональные зависимости между
показателями качества функциониро­
вания системы и характеристиками
потока заявок (требований), поступаю­
щих в систему. Эти зависимости, выра­
женные через количественные показа­
тели, являются основной характеристи­
кой любой системы массового обслу­
живания.
Из сказанного следует, что показа­
тели качества в основном связаны с к а ­
чеством и надежностью системы обслу­
живания, а также-с ее экономическими
/ показателями. Экономические показаЛ тели характеризуют систему с точки
зрения стоимости, трудовых затрат об­
служивающего
персонала, убытков,
связанных с несвоевременным обслу­
живанием. .
Анализируя качество работы систе­
мы массового обслуживания, несом­
ненно, прежде всего необходимо опре­
делить вид критерия эффективности.
Например, если необходимо сократить
до минимума время ожидания, крите­
рием эффективности будет время ожи­
дания машин в очереди. В этом случае
необходимо проводить сравнительный
ан али з различных вариантов обслужи­
вания с учетом минимума ожидания в
очереди. Уменьшить очередь можно пу­
тем увеличения числа параллельных
каналов обслуживания или установкой
одного высокопроизводительного кана­
ла обслуживания. Эти решения обу­
словливают определенную структуру
системы
массового
обслуживания.
К аж дая из рассматриваемых структур
имеет положительные и отрицательные
стороны. Так, при всестороннем анали­
зе можно показать, например, что уве­
личение числа параллельных каналов
повышает надежность обслуживания,
но в то же время требует большую про­
изводственную площадь для своей ре- ,
ализации.
? ■-л; | V : ;::Я
§ 8. ОСНОВЫ ТЕОРИИ НАДЕЖНОСТИ
Надежность является одной из ха-*
рактеристик качества системы и харак­
теризует поведение системы в эксплу­
атационных условиях. Подобно другим
характеристикам (точность, быстродей­
ствие и др.) надежность оценивается
количественно. Отличительной особен­
ностью надежности является то, что ее
нельзя определить непосредственно на
стадии проектирования элемента или
системы, а можно только в результате
сбора статистических данных в ходе
эксплуатации или статистических лабо­
раторных испытаний. Это объясняется
тем, что на параметры надежности ока­
зывают влияние множество факторов
на стадиях проектирования, изготовле­
ния и эксплуатации автоматических си­
стем, учесть которые аналитически не­
возможно.
л
Количественная оценка надежности
дается на основе теории вероятности и
ее специальных разделов (математиче­
ской статистики и теории случайных
функций).
I
Под количественным значением на­
дежности автоматической системы по­
нимают вероятность выполнения систе­
мой заданных ей функций в течение
требуемого интервала времени в задан­
ных условиях эксплуатации.
Надежность автоматических систем
в общем случае есть функция трех ее
параметров: безотказности, восстанав­
ливаемости и готовности, т. е.
/ ? = / ( Я , Р в, Я г),
(2.65)
|д е Я — надежность; Р — безотказ­
ность; Рв — восстанавливаемость; Рт
готовность.
44
з о т к а з н о с т ь НРГявляется одной
_ _Б е___
из главных составных частей надежно­
сти автоматической системы. Для си­
стем, которые не восстанавливаются в
течение требуемого интервала времени
работы, характеристики надежности
системы совпадают с ее характеристи­
ками безотказности
Восста­
л а в лМр в а е м о с т ь
характеризует
свойства системы, позволяющее восста­
новить гаи отказе ее работоспособность
в пределах срока службы. Г о т о в ­
н о с т ь характеризуется частным от де­
ления наработки системы в единицах
времени за некоторый период эксплуатацин на сумму этой нараоотки и оощего времени, затраченного на отыскание
и устранение отказов за тот же период.
Долговечность машин и аппаратов — это продолжительность их рабо­
ты в данных условиях эксплуатации до
таких изменений вследствие износа, ко­
торые делают дальнейшую эксплуата­
цию экономически нецелесообразной
износа и старения. Кроме внезапных и
постепенных отказов, возникают преры­
вистые отказы, называемые сбоями.
Прерывистые отказы в основном опре­
деляются помехами, воздействующими
на систему (для контактных систем, на­
пример, вибрациями).
Вероятность безотказной
р а б о т ы — вероятность того, что в оп­
ределенных условиях эксплуатации в
пределах заданной продолжительности
работы отказов не возникает.
Если предположить, что ра< пределение вероятности отказов экспоненци­
ально, то можно записать:
и
/Л
' 0
р
или. опасной.
Безотказность (вероятность безот­
казной работы) — вероятность того, что
система или элемент будут сохранять
свои выходные параметры в заданных
границах допусков в течение опреде­
ленного времени в реальных условиях
эксплуатации. Для определенного ин­
тервала времени и заданных условий
эксплуатации автоматическая система
может находиться в одном из двух со­
стояний: исправном или неисправном.
Эти состояния системы характеризу­
ются равенством
• ( 2.
(2.67)
где Р 0( 0 — вероятность безотказной
работы в течение интервала времени;
Я*— интенсивность отказов.
При Х = соп51 (экспоненциальный
закон, определяющий случайные отказы)
I
X/— е //гср.
Л (О
Н а р а б о т к а — величина, приня­
тая для измерения продолжительности
работы системы (может измеряться
единицами времени, числом циклов,
включений и т. д.).
Средняя наработка на отказ Гср —
среднее значение продолжительности
работы системы между отказами — оп­
ределяется как математическое ожида­
ние времени исправной работы:
и
/> + <2=1,
е
ос
тср
66)
где Р — вероятность безотказной ра­
боты системы; (2 — вероятность отказа.
Под отказом понимается нарушение
работоспособности изделия. В общем
случае отказ автоматической системы
определяется как выход ее параметра
за границы установленного допуска.
В эксплуатационных условиях измене­
ние выходного параметра представляет
собой случайную функцию. Выход па­
раметра за границу допуска может
происходить или скачком или в резуль­
тате постепенного непрерывного изме­
нения параметра прибора.
Поэтому, исходя из характера изме­
нения параметра, целесообразно разде­
лить отказы системы (приборов и эле­
ментов) на внезапные и постепенные.
Внезапные отказы обычно возникают в
результате скрытых производственных
дефектов, постепенные — в результате
Р 0(/) <11
О
( 2. 68)
При Я=сопз1
ЛГ0
V
4.
^ ч
1
1
=
1
Т ср
(2. 69)
Nо
где л — интенсивность отказов изделия; Щ — число изделий, над которыми
проводится испытание; щ — время без­
отказной работы 1 -то изделия.
Высокая надежность автоматических систем может быть ооеспечена
только комплексом методов, применя­
емых на всех фазах создания и эксплу­
атации системы.
На стадии проектирования надеж­
ность нерезервированной системы обе­
спечивается следующими основными
методами:
1) выбором простых и стабильных
схем. Число элементов и связей между
45
нении избыточных элементов или бло­
ков, которые заменяют основные ра>
бочие единицы в случае их отказа.
Резервирование делится на общее не­
раздельное. Раздельное (поэлемент­
ное) резервирование дает больший вы­
игрыш в надежности, чем общее.
1
Виды резервирования следующие:
прямое — отказавшие элементы заме*?
щаются идентичными резервными; кос-/
венное — функции отказавшего рабо-чего элемента принимают на себя дру­
гие рабочие элементы в качестве
дополнительной нагрузки; поэлемент­
ное (индивидуальное) — каждый рабо­
чий элемент имеет свои резервные;
блочное
(групповое),
системное—]
дублирование систем.
1
В автоматических системах приме­
няют резервирование постоянное и с
применением логических схем.
При постоянном резервировании ре­
зервные устройства все время включе­
ны в схему, при этом до момента ремон­
та включенными в схему остаются и
отказавшие устройства. Постоянное ре­
зервирование
отличается простотой
схем, возможностью применения к р аз­
личным конструкциям (схемам, узлам,
приборам, элементам) и даж е к внутриэлементным связям. Наиболее эф­
фективно постоянное резервирование
к элементам и внутриэлементным евщ
ними должно быть наименьшее, так
как вероятность отказа в нерезервиро­
ванных системах в первом приближе­
нии пропорциональна количеству эле­
ментов.
В стабильной по принципу действия схеме
обычно наблюдаются минимальные связи м еж ­
ду параметрами отдельных элементов на вели­
чину ошибки на выходе системы. Но иногда
условия простоты и стабильности схемы я в л я ­
ются противоречивыми. Например, применение
обратных связей для обеспечения стабильности
коэффициента передачи системы связано с уве­
личением общего количества элементов систе­
мы;
2) применением качественных и пер­
спективных элементов и выбором рёжимов работы элементов, соответству­
ющих пониженным нагрузкам. Вероят­
ность отказа нерезервированной систе­
мы в первом приближении равна сум­
ме вероятностей отказов элементов.
Следовательно, безотказность нерезер­
вированных систем зависит не только
от количества, но и от качества элемен­
тов. В свою очередь, показатели безот­
казности элементов в большой степени
зависят от режимов работы элементов.
Поэтому при проектировании режимы
работы элементов можно выбирать зна­
чительно меньшими, чем номинальные,
но при этом степень уменьшения нагру­
зок будет зависеть от конкретных задач; ..
'— у,.
:Д; ^
3) разработкой конструкций, обе­
спечивающих минимальные нагрузки
на систему и элементы, а также удоб­
ство обслуживания системы. Такими
конструктивными
мерами являются
герметизация — защита от влаги и пы­
ли, искусственное охлаждение для по­
вышения теплоотдачи, амортизация —
для снижения влияния механических
нагрузок и т. д.
Меры,
повышающие . надежность
при эксплуатации, следующие: блочная
конструкция системы, применение стан­
дартных и унифицированных узлов и
блоков, приборы для проверки, обеспе­
чение доступности и т. д.
Если на стадии проектирования не
удается обеспечить требуемую безот­
казность системы, то вводят резерви­
рование.
/ • ,
В случае, если заданного уровня на­
дежности не удается достичь облегче­
нием режимов, использованием в схе­
мах высоконадежных элементов и дру­
гими способами, применяют метод ре­
зервирования.
Ж. ..'ж
ЗЯЙ.
■-
Недостатки постоянного резервиро­
в а н и я — это изменение параметров схе­
мы и режимов работы при отказах ре­
зервных устройств; увеличение веса,
объема, стоимости аппаратуры и услож­
нение эксплуатации. Резервирование с
применением логических схем дает воз­
можность избежать этих недостатков.
Оно обеспечивает неизменность параметров схемы при отказах элементов,
а такж е сохраняет ресурс резервных
устройств, находящихся в режиме ожи­
дания в ненагруженном состоянии.
Однако такое резервирование связа-.
но с применением дополнительных уст­
ройств в виде индикаторов отказа, пе­
реключателей и др. Эти дополнитель­
ные устройства могут явиться источни­
ком отказов, они увеличивают вес и сто­
имость системы.
Еще большие возможности повыше­
ния надежности могут представляться
в результате применения самооргани­
зующихся систем, в которых при отка­
зах отдельных элементов или измене­
нии внешних условий изменяется струк­
тура
системы, перераспределяются
Резервирование, к а к метод повыш е­
ния н а д е ж н о с т и , з а к л ю ч а е т с я в п р и м е ­
46
функции между ее отдельными элемен­
тами.
На безотказность системы при экс­
плуатации
оказывает значительное
влияние уровень культуры производст­
ва системы, который характеризует
следующие факты: 1) строгое соблюде­
ние технологических процессов, которое
должно начинаться с входного контро­
ля материалов и изделий, применяемых
в систем®. Производственный контроль
технологического процесса предупреж­
дает скрьггые производственные дефек­
ты продукции, которые могут обнару­
житься только при эксплуатации; 2)
проведение тренировочных испытаний
(приработки) системы в производствен­
ных условиях при повышенных (по
сравнению с номинальными) нагруз­
ках, что позволяет устранить большин­
ство производственных отказов (в том
числе скрытых).
Правильная организация эксплуата­
ции системы также является одним из
решающих факторов обеспечения вы­
сокой надежности. Своевременное про­
ведение профилактических мероприя­
тий позволяет предупредить появление
отказов в рабочий период. Прогнозиро­
вание отказов дает возможность свое­
временно заменить так называемые
критические элементы. Так как полно­
стью исключить отказы в рабочий пе­
риод невозможно, то систему и прави­
ла ее эксплуатации нужно проектиро­
вать таким образом, чтобы обеспечить
минимальное время восстановления от­
казавшей системы. В связи с этим боль­
шое значение имеет разработка схем
автоматической проверки и обнаруже­
ния отказов. Поэтому важны высокая
техническая подготовка обслуживаю­
щего персонала, его опыт, мастерство,
а также своевременное снабжение си­
стем запасными частями, элементами и
материалами.
Вероятность отказа резервирован­
ной системы с общим резервом (Фо) и
раздельным ((2Р) связаны соотноше­
нием
т
(2.70)
N
/Я
щ
где т — кратность резервирования;
N — число элементов в системе.
Преимущество раздельного резер­
вирования особенно сказывается при
низких значениях надежности основ­
ной системы и при больших значени­
ях N.
Уровень резервирования выбирает­
ся из соображений как необходимой
надежности, так и ремонтопригодности.
По способу включения резервиро­
вание делится на постоянное, замеще­
нием и скользящее.
Постоянное резервирование означа­
ет, что резервные элементы подключе­
ны параллельно основным на все время
работы. Схема считается нормально
действующей, если исправен хотя бы
один из параллельно включенных эле­
ментов. Функциональная надежность
такой системы будет сохранена только
в том случае, когда элементы «развязаны» друг от- друга. Иначе говоря,
выход из строя я = 1 параллельных
элементов или цепей не должен изме­
нять существенно выходных парамет­
ров системы. Например, два усилителя
с достаточным диапазоном автомати­
ческой регулировки усиления могут
быть включены параллельно.
Резервирование замещением пред­
усматривает наличие автоматических
устройств, включающих резерв при от­
казе рабочего блока (элемента). Ввод
резерва может осуществляться и вруч­
ную оператором. Преимущество резер­
вирования замещением заключается в
наличии резерва, не изменяющего ре­
жим работы системы и в сохранении
ресурса работоспособности резервного
блока, что обусловливает большой вы­
игрыш в надежности по сравнению с
постоянным включением резерва. Не­
смотря на преимущества резервирова­
ния замещением, использование его на
практике встречает серьезные трудно­
сти. Это обусловлено необходимостью
использования высоконадежных пере­
ключающих устройств (на порядок
выше резервированных), что практи­
чески трудно достижимо. При исполь­
зовании
переключающих устройств
такой же надежности, как и резерви­
руемых, снижается общая надежность
системы. Использование ручного ввода
резерва, предусматривающего наличие
оператора, целесообразно только в ис­
ключительных случаях и неприемлемо
для большинства автоматизируемых
объектов, так как при этом резко сни­
жается эффективность.
Таким образом, наиболее выгодным
.является метод поэлементного резер­
вирования. Поскольку надежных пере­
ключателей в настоящее время еще
недостаточно,
способ
постоянного
включения резерва является, как пра­
вило, вполне приемлемым. Однако
ввиду того, что надежность отдельных
элементов одной системы может резко
47
сти. В табл. 2.3 приведен рекомендуе­
мый класс надежности аппаратуры в
I
зависимости от ее назначения.
I
Д ля выполнения
окончательного I
расчета должны быть учтены реальные I
условия работы элементов и известны В
следующие данные об аппаратуре:® I
принципиальная схема; тип элементов |
и режим их работы (напряжение, ток, | | |
мощность- и т. д.); условия о к р у ж а ю -щ |
щей среды.
^
Порядок расчета следующий:
всех
составляют спецификацию
элементов с указанием номинальных
данных и режимов эксплуатации;
|
выбирают по таблицам (приведен­
ным в специальной литературе) вели­
чины интенсивности отказов: к а — для
каждого элемента; \ 0.с — для отключенного состояния; лп — для переклюй
чающих элементов и реле на одно
переключение;
1
рассчитывают коэффициент нагруз­
ки каждого элемента Ка,
|
определяют по графикам поправоч­
ные коэффициенты интенсивности от­
казов, учитывающие фактический ре­
жим работы элементов и условия ок­
ружающей среды, коэффициент Т)т И
дополнительную долю интенсивности
отказов АЯК для реле или вычислен­
ную величину <7ЯП;
по полученным данным вычисляют
интенсивность отказов элементов для
фактических условий работы по формулам: ШВЫ#! — для всех элементов,
кроме реле и переключающих устI ■Я Ш И Н — Для реле;
роиста; р Ш ш
к = к ю + д к п — для переключающих эле­
ментов и реле с большим числом сра­
батываний в час.
I
Расчет надежности производится в
несколько этапов. На первом этапе
производится ориентировочный расчет.
Ориентировочный расчет надежно­
сти сложной системы можно проводить
в начале проектирования параллельно
с расчетом принципиальной схемы. Это
позволяет не только оценить надеж ­
ность разрабатываемой схемы, но и во­
время внести корректировку в принци­
пиальную схему и тем самым повысить
ее надежность.
целесооб
разно вести по блокам или узлам, кон­
структивно оформленным в одно целое.
Это позволяет' сравнить блоки по на­
дежности, выявить слабые места систе­
мы и наметить пути по ее повышению.
Д л я расчета должно быть известно
число элементов каждого типа и вид
отличаться, необходимо в первую оче­
редь резервировать элементы с низким
значением надежности.
Необходимый уровень надежности
каждого элемента определяется, исхо­
дя из заданного уровня надежности
системы и количества содержащихся в
ней элементов.
N Г
Р.ЭЛ
ш
V
(2.71)
Рс,
где Р с — вероятность безотказной р а ­
боты системы в течение заданного про­
межутка времени; N — число элемен­
тов в системе.
|
Сравнив величину требуемой на­
дежности элементов с фактической,
проводят резервирование элементов,
доводя их надежность до требуемого
уровня.
Кратность резервирования каждого
элемента
1п (1 -
т
Р эл)
(2.72)
1п (1 — Р эл.ф)
.V
резервирования;
где т — кратность
Р ЭЛ -требуемая надежность элемента; Рэп.ф — фактическая надежность
элемента.
Общее резервирование
N
Я 0(/} = 1
п р,т
1
1
—
т+ 1
(2.73)
1
где Рг — вероятность безотказной ра­
боты /-го элемента; N — число элемен­
тов в основной (резервной) схеме; т
число резервных систем.
Число резервных систем определя­
ется выражением
т
1п [1 — Р 0 ( 0 ]
1п
I1
я I" (01
1,
О
(2. 74)
безотказной
где Л> ( 0 — вероятность
работы в исходных условиях без учета
факторов, влияющих на интенсивность
отказов.
Поэлементное резервирование
(2. 75)
где
т —
1п
Ж Ро (*)1
1п [1 — Р I (/)]
1
Чем выше класс надежности аппа­
ратуры, тем она сложнее и дороже.
Однако в некоторых случаях по усло­
виям производства и технике безопас­
ности требуется применение аппарату­
ры только высокого класса надежно­
48
ТАБЛИЦА 2.3
ои
Назначение аппаратуры
I
Обеспечение
без­
опасности
ведения
работ
Автоматизация объ­
ек то в которые д о л ж ­
ны безотказно рабо­
тать в любой произ­
вольный
момент
в
течение определенно­
го промежутка време­
ни
*
Автоматизация тех­
Ша
нологических процес­
сов, не имеющих ре­
зерва во времени, ак­
кумулирующих емко­
стей или запаса про­
изводительности
Шб Автоматизация тех­
нологических процес­
сов, имеющих резерв
производительности,
для которых можно
допустить непродол­
жительный простой
IV
Автоматизация
вспомогательных про­
цессов, простой кото­
рых прямо не приво­
дит к материальным
потерям
II
Возможность перерывов
в работе
Не допускается
Допускается .ремонт
в процессе эксплуата­
ции при наличии ре­
зервного оборудова­
ния или при условии
Т сР, не превышающе­
го допустимого вре­
мени простоев
Допускается
про­
стой
продолжитель­
ностью не более 0,5 ч
Контрольные
параметры
и их требуе­
мая величина
Последствия
отказов
Р (720)* >
Крупная
> 0 ,9 9
авария с ве­
роятностью
травматизма
Р (720) >
Крупная
> 0 ,9 7
авария с ве­
,** Х 1 Г
роятностью и
< 15 мин
травматизма,
если
Пример
Контроль безопас­
ности условий рабо­
ты котлов, реакторов
Подача . электро
энергии, воды, теплоэнергии и др.
Г пр о с т > Г с р
Значительныи материальныи
ущерб при
Р ^ 7 2 0 ) > 0 ,9
Оборудование
*сР< 3 0 мин I точных линии
по
о
Г о р о ст > * ср
Р (720) >
> 0 ,8 5
Допускается
про­
стой
продолжитель­
ностью не более 1 ч
То же
Допускаются дли
тельные простои. Вре
мя ремонта не регла
ментируется
Незначи­
тельные ма­
териальные
потери
*
с
Р
<
1
Транспортное обо­
рудование
в цехах
(краны, станки)
4
Р (720) >
> 0 ,7 5
Вспомогательное
транспортное обору­
дование (бойлерные)
* Вероятность безотказной работы.
** Время восстановления.
где
соединения. Фактический р е ж и м р а б о ­
ты не учитывается.
Ориентировочный расчет выполня­
ют в следующем порядке:
составляют спецификацию всех эле­
ментов аппаратуры;
выбирают по таблицам величину
интенсивности отказов, соответствую­
щую каждому элементу;
определяют суммарную интенсив­
ность отказов системы по формуле
х = у . л д |0,
Ас
интенсивность отказов систе-
мы;
определяют среднюю наработку на
отказ:
(2.78)
Т ср
(наработка на отказ — среднее значе­
ние наработки восстанавливаемого эле­
мента между двумя последовательно
возникшими отказами);
рассчитывают кратность резервиро­
вания ненадежных элементов, блоков
или всей системы в целом:
(2.76)
1-1
тп=
1п[1 - Р 0«)]
1п [ 1 -
где N —- количество элементов одного
типа; п — количество групп однотип­
ных элементов; Л,о — интенсивность от­
казов Цго элемента в исходных усло­
виях;
определяют вероятность безотказ­
ной работы аппаратуры в течение з а ­
данного интервала времени I:
( 2.
Р ф (01
1,
(2.79)
где Р ф ( 0 — вероятность безотказной
работы с учетом реальных условий и
режима;
определяют суммарную интенсив­
ность отказов каждого блока и всей
аппаратуры, учитывая вид соединения
элементов и блоков между собой Хс;
устанавливают вероятность безот­
казной работы в течение заданного
77 )
49
времени (условно вычисление произво­
дят для периода 720 ч) или, задаваясь
значениями щ строят графически зави­
симость вероятности безотказной рабо­
ты от времени работы аппаратуры:
Т СР ■ я
определяют кратность резервирования
(2. 80)
т
1п [1 — />0(0]
( 2. 81)
ЙЙЯШ Ш
где Рф( ( ) — вероятность безотказной
работы с учетом реальных условий и
режима.
;
ГЛАВА 3
НЕКОТОРЫЕ СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ
И РЕГУЛИРОВАНИЯ
ющей среды (температуры, давления,
плотности, влажности) на нормальную
работу датчика; разрушающее дейст­
вие на датчик контролируемой и окру­
жающей среды вследствие химическо­
го взаимодействия с ней, абразивных
43
свойств ее и т. п.; наличие в месте ус­
тановки датчика недопустимых для его
нормальной работы вибраций, магнит­
ных и электрических полей, радиоак­
тивных излучений и др.; возможность
применения датчика с учетом требова­
ний пожаро- и взрывобезопасности;
расстояние, на которое может быть пе­
редана информация, выделяемая дат­
чиком; предельные допустимые для
данного датчика значения измеряемой
величины и других параметров среды.
Выбор датчиков производится в два
этапа. Сначала выбирают разновид­
ность датчика (например, при измере­
манометрическии
нии температуры
термометр, термометр сопротивления,
термопара), затем определяют его ти­
поразмер.
В простейших системах автоматического
регулирования управляющий
элемент отсутствует, и измерительный
орган оказывает непосредственное воз­
действие на исполнительный элемент.
Такие системы называют системами
прямого регулирования. В настоящее
время наиболее распространены систе­
мы непрямого регулирования с управ­
ляющим звеном (управляющим орга­
ном). Последнее, получая сигналы от
измерительного органа, преобразовы­
вает их в сигналы иного рода, которые
поступают на исполнительный элемент.
Преобразование сигналов заключа­
ется:
1) в усилении их мощности
это
одна из важнейших, а иногда единст­
венная функция управляющего органа.
Поэтому простейшие типы управляю­
щих органов представляют собой усилители; 2) в преобразовании формы
сигнала. Иногда для управления исполннтельным органом требуется нзме-
§ 1. ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО
УПРАВЛЕНИЯ
Автоматическая система представ­
ляет собой совокупность отдельно свя­
занных между собой элементов. Эле­
ментом
называется
конструктивно
обособленная часть автоматической
системы, выполняющая определенные
самостоятельные функции.
В зависимости от назначения эле­
менты автоматики делят на измери­
тельные, управляющие и исполнитель­
ные.
К числу измерительных элементов
можно отнести: фотоэлементы и фото­
сопротивления, потенциометрические и
индуктивные датчики, емкостные д ат­
чики, пьезоэлементы и др.
Эти элементы предназначены для
измерения различных параметров (как
электрических, так и неэлектрических)
управляемого процесса или внешней
среды. Большая часть регуляторов
предназначена для регулирования не­
электрических величин. Назначение из­
мерительного элемента заключается в
измерении физической величины (на­
пример, давления, температуры) и в
преобразовании ее в величину электри­
ческую. Последней может быть любой
параметр электрической цепи или чис­
ловая характеристика, относящаяся к
ней (сопротивление, индуктивность, ем­
кость, сила тока, величина напряже­
ния, сдвиг фаз, частота, число импуль­
сов в секунду или число, передаваемое
каким-либо импульсным кодом и др.).
При выборе измерительных элемен­
тов следует учитывать ряд условий;
факторов метрологического и режимно­
го характера, наиболее существенные
из которых следующие: допустимая
погрешность, определяющая класс точ­
ности датчика; инерционность датчика,
характеризуемая его постоянной вре­
мени; пределы измерения с гарантиро­
ванной точностью; влияние физических
параметров контролируемой и окружа­
51
объект регулирования — это пневмати­
ческие, гидравлические (приводы) и
электродвигатели.
Я
Ниже приводятся их основные ха­
рактеристики, достоинства и недостат­
ки.
Я
нить фазу переменного напряжения на
его входе. Однако возможен случай,
когда на вход управляющего органа
поступает постоянное напряжение, ве­
личина которого меняется, или пере­
менное напряжение постоянной фазы,
амплитуда которого меняется. В этом
случае задача управляющего органа
состоит в том, чтобы преобразовать из­
менение
величины или амплитуды
входного напряжения в изменение ф а­
зы выходного напряжения; возможны
и иные примеры преобразования фор­
мы сигнала: преобразование числа им­
пульсов в фазу переменного напряже­
ния, постоянного напряжения — в чис­
ло импульсов в секунду и т. д.; 3) в по­
лучении дополнительных сигналов, например, пропорциональных первой или
второй производным от величины вход­
ного сигнала. Эти сигналы нередко
применяются для обеспечения устойчи­
вости и надлежащего качества переход­
ных процессов в системе; 4) во вклю­
чении различных исполнительных орга­
нов в зависимости от характера вход­
ного сигнала — его величины или Дру­
гих параметров.
В электрических системах автома­
тического регулирования наиболее час­
то применяются следующие типы уси­
тиратронные,
лителей: Пэлектронные,
■мйййй элекмагнитные, электромашинные,
тромагнитные реле.
Замыкающим звеном в системах
автоматики являются обычно исполни­
тельные элементы,
преобразующие
сигнал от датчика, прошедшии через
промежуточные звенья, в какой-либо
вид движения с целью воздействия на
объект автоматического управления
или регулирования.
Д ля передачи усилий и механиче­
ских перемещений (а такж е информа­
ции) применяют пневматический, гид­
равлический, электрический и комбинированные виды энергии.
В качестве силовых двигателей ис­
полнительных механизмов используют
пневмо- и гидромоторы, осуществляю­
щие непрерывное вращение выходного
вала, моментные пневмо- и гидроцилиндры, поворачивающие выходной
вал на ограниченный угол, и силовые
пневмо- и гидроцилиндры, преобразую­
щие энергию потока сжатого воздуха
или жидкости в поступательное пере­
мещение выходного штока.
Имеется большое количество типов
исполнительных органов, осуществляю­
щих непосредственное воздействие на
Пневматические
исполнительные
механизмы (пневмоприводы). Пневмо­
приводы питаются от источников сж а­
того воздуха (компрессоров) и состоят
из пневмодвигателей (цилиндров или
моторов), связанных с исполнительным
органом — системой подготовки возду­
ха и воздухопроводов (труб и гибких
шлангов) распределительной, контро­
лирующей и блокирующей аппаратурой.
• *•
•
К достоинствам пневматических ис­
полнительных механизмов относятся:
недефицитность рабочего тела (возду­
ха), взрывопожаробезопасность, низ­
кая металлоемкость (отсутствует об­
ратный трубопровод), централизован­
ное снабжение
сжатым
воздухом,
предохранение от перегрузок и поло­
мок механизмов, приводимых в движе­
ние пневмоприводом (вследствие упру­
гости сжатого воздуха).
|
Недостатками
являются: низкий
к.п.д. (до 30%'), потери давления в
трубопроводах, образование в них конденсата и наледей, влияние внешней
температуры, инерционность при длин­
ных трубопроводах и недостаточная
плавность хода вследствие сжимаемои
сти воздуха, ограниченный радиус
действия (обычно не более 100— 150 м),
сложность монтажа и герметизации.
и
о
Гидравлические
исполнительные
механизмы (гидроприводы). Исполни­
тельные механизмы данного типа пи­
таются от источников жидкости под
давлением и состоят в основном из эле­
ментов, выполняющих те же функции,
что и в пневмоприводах. В зависимости
от вида устройства, управляющего ско­
ростью гидропривода, исполнительные
гидравлические механизмы делят на
дроссельного, объемного (гидростати­
ческого) и струйного управления. В ме­
ханизмах первого типа скорость дви­
гателя определяется площадью попе­
речного
сечения
управляющего
дросселя и перепадом давлений на нем;
в механизмах вторрго типа — количе­
ством (объемом) рабочей жидкости,
подаваемой, например, насосом в еди­
ницу времени; в механизмах третьего
типа — отклонением конца струйной
трубки и к.п.д. преобразования кинети-
ш
и
о
52
ческой энергии струи 'в механическую
энергию движущегося поршня.
В системах автоматики чаще ис­
пользуют гидравлические исполнитель­
ные механизмы с дроссельным управ­
лением (особенно с золотниковым уп­
равлением и с соплом — заслонкой),
так как они просты по конструкции и
имеют малые габариты и высокое
быстродействие. У исполнительных ме­
ханизмов с объемным управлением
сложная конструкция и сравнительно
небольшое быстродействие. Их целе­
сообразно применять в системах управ­
ления с большими выходными мощно­
стями (порядка 5 кВт и более). Испол­
нительные механизмы со струйным
управлением имеют очень низкии к.п.д.
и поэтому их применяют редко.
К достоинствам гидравлических ме­
ханизмов относятся: возможность при­
менения высоких давлений (в несколь­
ко сотен атм) и, следовательно, воз­
можность передачи больших усилий
при малых габаритах, плавность дви­
жения рабочего органа, возможность
получения любого закона движения
рабочего органа, плавного бесступен­
чатого регулирования в широком диа-.
пазоне, а такж е высокая точность остановки.
| К недостатка м относятся: низкий
радиус действия (до 60 м), высокая
металлоемкость (так как в них необхо­
дим обратный трубопровод), высокие
требования к герметизации стыков,
значительная инерционность, влияние
температуры на вязкость рабочей
жидкости (масла), потери энергии на
трение жидкости о внутренние стенки
трубопроводов и на преодоление мест­
ных сопротивлений, низкий к.п.д. при
малых нагрузках.
Электрические исполнительные ме­
ханизмы (сервомоторы). Данные ис­
полнительные механизмы питаются от
централизованных источников электро­
энергии и в зависимости от применяе­
мого первичного двигателя подразде­
ляются на моторные и соленоидные.
При необходимости в переменной
скорости исполнительного органа в
сервомоторов
применяют:
качестве
1) двигатели постоянного тока неза­
висимого возбуждения с постоянной
величиной тока в обмотке возбужде­
ния, управляемые, изменением напря­
жения якоря; 2) двигатели постоянно­
го тока независимого возбуждения с
постоянной величиной напряжения на
якоре, управляемые изменением тока
возбуждения; 3) сериесные двигатели
постоянного тока с двумя обмотками
возбуждения; 4) двухфазные асин­
хронные двигатели; 5) электромагнит­
ные муфты. Реже используют коллек­
торные двигатели переменного тока.
Трехфазные асинхронные двигатели
обычно применяют в случаях, когда
требуется постоянная скорость движе­
ния, а также в качестве приводов элек­
тромагнитных муфт.
„I
В соленоидных исполнительных ме­
ханизмах (электромагнитных приво­
дах) силовым элементом является
соленоид или электромагнит постоян­
ного или переменного тока.
К достоинствам электрических ис­
полнительных механизмов относятся:
теоретически неограниченный радиус
действия, высокий к.п.д., гибкость и
простота прокладки коммуникаций и
соединений отдельных элементов, воз­
можность их применения при отрица­
тельной
температуре
окружающей
среды.
Недостатками являются: взрыво- и
пожароопасность, необходимость спе­
циальной аппаратуры.
Практика автоматизации показала
эффективность применения комбини­
рованных систем управления, в том
числе электроппевматических и электрогидравлических. Кроме
высокой
точности, быстродействия и малых га ­
баритов они обладают возможностью
использования всех преимуществ как
электрических методов измерения, уси­
ления и преобразования, так и силовых
гидравлических и пневматических ис­
полнительных механизмов.
В предприятиях строительной ин­
дустрии для открытия и закрытия кла­
панов, задвижек и т. п. широкое при­
менение
наряду с электрическими
получили электропневматические ис­
полнительные механизмы поршневого
типа двустороннего действия (с двусто­
ронней подачей давления).
Электропневматический
исполни­
тельный механизм состоит из электро­
магнитного
привода, управляющего
работой воздушного клапана, и порш­
невого
пневмодвигателя — пневмати­
ческого цилиндра.
На рис. 3.1 приведен электровоздушный клапан, получающий сигнал
из системы автоматики или пульта уп­
равления и состоящий из электромаг­
нита и воздушного клапана, соединяю­
щего магистраль сжатого воздуха с
одной из полостей пневматического ци53
щ
линдра. Электропневматический исполнительный механизм работает по дис­
кретному принципу, по схеме «Откры­
то — закрыто», без | 'промежуточного
1
положения.
На значительной части предприя­
тий строительной индустрии необходи­
мо контролировать следующее.
й в Р Р * л Я-.Г.
~
т1 •
кх
41
". ...•- * . * - ? ' ,.*Т.
■*...*-
ТОГУ*
-
*Я -
•
6. Параметры сырья и готового про­
дукта при отклонениях выше допусти­
мых: влагосодержания, пластичности,
твердости.
Ц
7. Давление сжатого воздуха и
разрежение, создаваемое аспирацией.
При процессах, не требующих по­
стоянного контроля, вместо непрерыв­
ного телеизмерения и контроля можно
применять телеизмерения по вызову и
избирательный контроль.
Ц
—л , И
§ 2. СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ
Автоматическое управление тепло­
выми процессами может осуществлять­
ся: 1) по сигналам датчиков, реагиру­
ющих на температуру теплоносителя
при нагреве и температуру сушильного
агента при сушке; 2) по заранее з а ­
данной программе изменяющегося во
времени температурного режима (про­
граммное регулирование); 3) по сиг­
налам датчиков, реагирующих на ф ак­
тическое состояние и параметры нагре­
ваемого или просушиваемого материала.
'
К достоинствам первых двух мето­
дов следует отнести их относительную
простоту, проверенность в практике и
наличие для этой цели серийной аппа­
ратуры. Недостатком является то, что
Й некоторых случаях невозможно по­
лучать информацию о параметрах про­
сушиваемого материала (температуре,
влажности, наборе прочности), особен­
но при контроле в потоке. Этот недо­
статок отсутствует при автоматизации
по методу, приведенному в п. 3. Одна­
ко данный метод применяют редко
:риинои аппаратуры, периодически
или непрерывно
контролирующей состояние и парамет­
ры материала в процессе его нагрева
или сушки.
При комбинированной схеме основ­
ное управление осуществляется по наи­
более стабильному (или определяюще­
му) параметру и корректируется по
сигналам датчиков других параметров.
Так, например, в схеме автоматическо­
го управления конвейерным сушилом
температурный режим или длитель­
ность процесса сушки могут корректи­
роваться
сигналами
относительной
влажности воздуха (агента сушки) или
материала, проходящего процесс суш­
ки.
Рис. 3.1.
Четырехходовой электровоздушный
клапан Е-505:
1 — корпус; 2 — шток в сборе; 3 — стакан клапана; 4 —
траверза; 5 — стакан; б — пружина; 7 — палец; 8 —
штуцер; 9 — электромагнит
1. Состояние машин и рабочих ор­
ганов: включение и выключение элек­
тродвигателей
технологических
и
транспортных машин; положение з а ­
движек, затворов, клапанов в узлах
питания.
2. Транспортные процессы: положе­
ние разгрузочных тележек ленточных
конвейеров, штабелеукладчиков, сбра­
сывающих плужков, скреперов; разме­
ры и направление грузопотоков, поло­
жение перекидных клапанов, поворот­
ных воронок (при остановке в проме­
жуточном положении); уровни запол­
нения бункеров и резервуаров и ш та­
белей сырья и готовой продукции; бук­
сование и разрыв лент конвейеров и
элеваторов; прекращение грузопото­
ков при работающих транспортных
устройствах (вследствие сводообразования).
3. Термический режим: температу­
ра теплоносителя; температура сырья
и полуфабриката; температура воды;
температура готовой продукции.
4. Дозирование — состояние доза­
торов: загружен; разгружен.
5. Перемешивание— состояние сме­
сительных машин: загружена, вращ а­
ется, разгружена.
и
54
о
Системы автоматики тепловой обэаботки железобетонных изделий, попучившие распространение на заводах,
эазируются на программных регулято­
рах температуры ПРТЭ-2М; програм­
мных
регуляторах
температуры
ЭРП-61; установках ПУСК-ЗС; уста­
новках МРТЭ-10 и различных экспери­
ментальных устройствах.
Программный регулятор температу­
ры электронный ПРТЭ-2М непрямого
действия состоит из следующих блоков:
программного задатчика температуры;
измерительного моста с микроампер-
а)
1
*)
Рис.
3.2. Принципиальная электрическая
схема регулятора температуры типа
ПРТЭ-2М:
а, б — принципиальные схемы; в — структурная
схема; / — объект
регулирования;
2 — система
компенсации; 3 — измерительный мост;
про*
граммно-сигнализнрующее устройство; 5 — ф а зо ­
чувствительный усилитель с релейным выходом;
б — исполнительный механизм
55
метром, проградуированным в °С; ре­
гулирующего моста; фазочувствитель­
ного усилителя с релейным выходом;
блока питания; исполнительного меха­
низма.
Данный регулятор при наличии рас­
согласования между температурой, з а ­
данной в данный момент времени, и
температурой в ямной камере, подает
фазочу
в и тел ьн ы й усилитель сигнал опреде­
ленной фазы на открытие или закры ­
тие парового вентиля. В соответствии
с полученным сигналом паровой вен­
тиль откроет или закроет доступ пара
в ямную камеру, и уровень темпера­
туры в камере будет согласовываться
с заданным. Д л я коммутации цепей
автоматики в конструкции прибора
предусмотрены микропереключатели,
время срабатывания которых настраи­
вается в диапазоне от 0 до 24 ч. На ли­
цевой части прибора
смонтирован
микроамперметр для индикации вели­
чины температуры в объекте тепловой
обработки. Погрешность регулирова­
ния температуры ±2,5° С; диапазон
регулирования от 20 до 100° С; мощ­
ность, потребляемая регулятором, —
35 Вт; максимальное приращение тем­
пературы 50° С/'ч.
Измерительная часть регулятора
ПРТЭ-2М представляет
собой два
независимых моста: измерительный и
регулирующий. Измерительный мост
образован сопротивлениями Ц , /?2, # 3,
^4, Ят 1 (рис. 3.2, а ); в диагональ его
включен микроамперметр, шкала кото­
рого проградуирована* в °С. Питание
измерительного моста осуществляется
от стабилизированного источника на­
пряжения. Регулирующий мост обра­
зован сопротивлениями /?6, # 7, /?8, /?Т2Датчик температуры ^ т2 устанавлива­
ется в одной зоне с датчиком измери­
тельного моста. Программное задание
температуры осуществляется реостат­
ным задатчиком / ? 3а д , движок которого
кинематически связан с роликом, пере­
мещающимся по профилированному
соответственно заданной температурной гсоогоамме
лркя лу На_._
оси
синпрограмме лекалу.
_ ____
хронного двигателя С Д помимо лекала
укреплен пифербл
показывающий
время, прошедшее от начала термо­
влажностной обработки. Сигнал р аз­
баланса с усилителя, собранного на
лампе 6Н2П, поступает на фазочувст­
вительный каскад, собранный на тира­
троне, нагрузкой которого является
реле Р . Настройка фазочувствительно/ ■V
V «
ж
мт а
—
_ — ----- —
56
го каскада осуществляется потенцио­
метром $ | 5. При совпадении фаз сигна­
ла разбаланса и анодного напряжения
тиратрона последний зажигается Ц
срабатывает реле Р. Контакт К\ замы­
кается, и на катушку электромагнитно­
го вентиля подается напряжение. Вен­
тиль открывается, и в камеру поступает
пар, что вызывает соответствующее
повышение температуры.
|
Задатчиком температуры в приборе
ПРТЭ-2М является копир, изготовлен­
ный из пластин, поставляемых комп­
лектно с прибором. В прибор встроены
микропереключатели, связанные с ме­
ханизмом задачи программы. Они используются для выдачи командных!
сигналов по времени.
После окончания процесса регули­
рования температуры ПРТЭ-2М авто­
матически отключается от сети.
I
Схема действует следующим обра­
зом. После подготовки камеры к тер­
мообработке оператор включает при­
бор ПРТЭ-2М от выходного реле
прибора Р, при разбалансе моста сра­
батывает реле 1Р1 (рис. 32, б), управ­
ляющее подачей пара в камеру. Зам ы ­
кается нормально открытый (н. о.)
контакт этого реле в цепи главных
электромагнитов вентиля 1ЭТ, вентиль
открывается, и пар поступает в камеру
Когда температура
паровоздушной
смеси в камере превысит заданную,
катушка выходного реле прибора Р и
соответственно реле 1Р1 — обесточатся.
Замыкается н. з. контакт в цепи элек­
тромагнитов защелки вентиля 1ЭЗ, и
вентиль закрывается. Откроется он,
когда
температура
паровоздушной
смеси станет ниже заданной. По такой
схеме происходит процесс регулирова­
ния температуры паровоздушной сме­
си в камере.
1
По окончании периода изометриче­
ской выдержки в приборе ПРТЭ-2М
срабатывает микропереключатель П2,
включая катушку реле 1РЗ. Нормаль­
но открытыми контактами реле 1РЗ
включаются электромагниты защелки
вентиля 1ЭЗ —
— вентиль закрывается.
Нормально открытый контакт реле
используется в схеме светозвуковой
сигнализации (ЛСКИП, З С К И П ). П о
этому сигналу обслуживающий персо­
нал открывает соответствующий ши­
бер на воздуховоде для охлаждения
камеры. Съем звукового сигнала про­
изводится кнопкой КСС, установлен­
ной на щите.
При спаде температуры реле РП,
ранее включавшее электромагнитный
вентиль СВВ для впуска пара, через
магнитный пускатель РУВ управляет
работой вентилятора.
По окончании периода охлаждения
в приборе ПРТЭ-2М,
срабатывает
микропереключатель П1. Он снимает
питанш с прибора ПРТЭ-2М и вклю­
чает реле 1Р2. Последнее дает сигнал
об окончании цикла термообработки
(ЛОЦ, ЗСО Ц ).
Съем звукового сигнала произво­
дит оператор теплового щита, устанав­
ливая циферблат механизма задачи
программы в начальное положение и
отключая прибор ПРТЭ-2М.
Измерительный мост сбалансиро­
ван при температуре 0° С, когда сопро­
тивление электрического термометра
сопротивления /?т1 равно 53 Ом. Пол­
ный разбаланс моста наступает при
температуре в измеряемой среде, рав­
ной 100° С; при этом сопротивление
датчика /?Т1 равно 75, 62 Ом, а стрелка
прибора отклоняется на всю шкалу
(0— 100°С). Переменное сопротивле­
ние #2 служит для балансировки моста
при температуре 0° С, а переменное
сопротивление #5 — для регулирования
верхнего предела измерений при тем­
пературе 100° С. Питание усилителя
происходит от выпрямителя, собранно­
го из четырех германиевых диодов ти­
па Д7Ж . Выпрямленное напряжение
сглаживается фильтром С7, /?18, Сб.
Основным недостатком описанной
системы является то, что при резком
прекращении подачи пара нарушается
температурный режим в соседних ка­
мерах, так как происходит образова­
ние паровоздушной волны, которая
нарушает парораспределение между
камерами. Особенно это явление з а ­
метно в маломощных сетях теплопере­
дачи. Эффективным средством борьбы
с этим является установка регуляторов
давления в камерных паропроводах.
Как показал опыт промышленной
эксплуатации
регулятора ПРТЭ-2М
эта система является достаточно на­
дежной, с высокой точностью регули. рования, сравнительно дешевой и про­
стой.
Электронный программный регуля­
тор ЭРП-61 непрямого действия (изодромный)
состоит из следующих
блоков: программно-сигнализирующегс
устройства, измерительного моста, ф а­
зочувствительного усилителя с релей­
ным выходом; системы компенсации;
блока питания; исполнительного меха­
низма типа ИМ-2-120 или ПР-61.
Регулятор работает следующим об­
разом. Если температура в объекте
тепловой обработки меньше темпера­
туры задатчика, то с регулирующего
моста сигнал разбаланса определен­
ной фазы поступит на фазочувстви­
тельный усилитель, вследствие чего
начнет с помощью исполнительного
механизма открываться парсвой кла­
пан. В результате температура
в
камере повысится. При равенстве тем­
ператур камеры и задатчика исполни­
тельный механизм не работает. Если
температура камеры превышает тем­
пературу задатчика, то на фазочувст­
вительный усилитель подается сигнал
противоположной фазы, и исполнитель­
ный механизм начинает закрывать
паровой вентиль. Погрешность регули­
рования ±1,5° С; диапазон регулиро­
вания 0— 100° С и 0—200° С; минималь­
ное приращение температуры 55° С.
На предприятиях по производству
железобетонных изделий весьма эффек­
тивно применение многоканальных
регуляторов, позволяющих при помо­
щи одного измерительного прибора и
специального распределительного уст­
ройства контролировать и регулиро­
вать тепловой режим группы пропароч­
ных камер. К.числу таких установок
относится МРТЭ-10 (многоканальный
электронный программный регулятор
температуры, представляющий собой
установку на десять точек контроля и
регулирования). В установке использу­
ются десять задающих программных
блоков регулятора ПРТЭ-2М с регули­
рующими мостами и один измеритель­
ный блок. Переключение с канала на
канал обеспечивается обегающим уст­
ройством. Технические данные уста­
новки те же, что и у ПРТЭ-2М. Одна­
ко надежность системы в целом не­
сколько ниже.
В последнее время большое распростране­
ние получила многоканальная пневматическая
установка централизованного контроля, авто­
матического программного регулирования и
дистанционного управления ПУСК-ЗС, предна­
значенная для обеспечения постоянного конт­
роля и автоматического управления десятью
или двадцатью контурами программного регу­
лирования с возможностью ручного дистанци­
онного управления. Данная система состоит
из электромеханических программных блоков и
регулирующих блоков, собранных на модулях
УСЭПП (/4), причем каждый канал автономен.
Для надежной работы установки необходим
очищенный воздух. Погрешность регулирова1ЙВ
■:
1%, диапазон 0— 100°С, п отр еб л яем ая
мощность 50 Вт, расход воздуха 10 Н м 3/ч.
НИЯ
прочностных показателях бетона в са­
мом изделии. В приборах, обеспечиваю­
щих измерение скорости распростране­
ния ультразвука, регистрация времени
распространения ультразвукового им­
пульса, прошедшего через бетон, опре­
деляется по цифровой шкале переключателеи дискретного отсчета.
§ 3. СРЕДСТВА АВТОМАТИЧЕСКОГО
КОНТРОЛЯ ПЛОТНОСТИ
И КОНСИСТЕНЦИИ
и
Наибольшая область применения
автоматического контроля плотности в
строительной
индустрии — производ­
ство строительных деталей на базе р аз­
личных бетонов.
Из акустических средств контроля
плотности наиболее распространены
приборы, основанные на ультразвуко­
вом импульсном методе, применяемом
при контроле прочности бетона. Основ­
ной причиной использования ультра­
звукового метода явилось то, что проч­
ность бетона в процессе его твердения
и изменение упругих свойств влияют на
скорость распространения ультразвуко­
вого импульса в бетоне.
С 1/1— 1973 г. введен ГОСТ 17624—72 на
ультразвуковой метод определения прочности
тяж елы х и легких бетонов (с маркой выше
200) на сж атие в железобетонных изделиях и
конструкциях. Определение прочности произ­
водится по предварительно построенной зави ­
симости «скорость — прочность», установлен­
ной по результатам ультразвуковых и р азр у ­
шающих испытаний образцов.
Д л я измерения времени распространения
ультразвука в образцах, изделиях и конструк­
циях применяется способ сквозного прозвучивания с установкой ультразвуковых преобразо­
вателей с противоположных сторон изделия или
конструкции.
Д опускается проводить измерение времени
распространения ультразвука способом поверх­
ностного прозвучивания или продольного про-,
филирования в тех случаях, когда конструк­
тивные особенности изделий не позволяют
осуществить измерения способом сквозного про­
звучивания. При этом способе приемный пре­
образователь устанавливаю т последовательно
на ряд позиций, расположенных на линии, со­
единяющей центры установки приемного и из­
меряющего преобразователя.
П о данным ГОСТа скорости распростране­
ния ультразвука в 3520 м/с соответствует проч­
ность на сж атие 151 кГ/см2, (148-105 Н ),
2385 м/с — 54 кГ/см2 (528-104 Н ), 3960 м/с —
210 кГ/см2 (205*10* Н ).
15
Рис. 3.3. Приборы для измерения проч­
ности бетонных изделий:
а
б
ультразвуковы м
импульсным
методом ударны х испытаний;
нансным методом
методом;
в — резо­
На рис. 3.3, а представлен прибор,
основанный на ультразвуковом им­
пульсном методе. От генератора 1 им­
пульс посылается к кристаллу сегнетовой соли, вмонтированному в щуп 2.
Кристалл преобразует электрический
импульс в ультразвуковой и посылает
его в исследуемый бетон 3. Колебания,
прошедшие через изделие, воздейству­
ют на приемный преобразователь 4,
преобразующий акустический сигнал в
электрический. Последний усиливается
усилителем 5 и подводится к электрон­
нолучевой трубке 6, на которой появ­
ляются изображения принятого и по­
сланного сигналов. Расстояние между
этими сигналами будет зависеть от ско­
рости звука и длины изделия. Скор<5сть
распространения ультразвука опреде­
ляется по меткам времени. С учётом
Основным преимуществом импульс­
ного метода по отношению к существу­
ющим механическим является возмож­
ность проведения многократных испы­
таний непосредственно в изделиях, со­
оружениях, дорожных покрытиях и др.
В приборах, основанных на ультра­
звуковом импульсном методе, осуще­
ствляется измерение скорости распро­
странения ультразвукового импульса в
бетоне. Это дает возможность судить о
58
значения длины изделия и времени
прохождения импульса можно опреде­
лить скорость ультразвука по формуле
ъ==1/{,
(3.1)
где V — скорость
распространения
ультразвука, м/с; I — база прозвучивания, мм; ^ — время распространения
ультразвука, мкс.
По физической сущности ударные
механические испытания бетона прак­
тически Це отличаются от импульсных.
Разница ' заключается в частотах ис­
пользуемых колебаний. В случае удар­
ных испытаний — это низкие звуковые
частоты. Генератор счетных импульсов
7 (см. рис. 3.3, б) через равные интер­
валы времени
(1 мкс)
посылает
импульсы в пусковую схему 8. Как
только наносится удар по образцу и
звуковая волна доходит до пускового
звукоприемника 12, электрические сиг­
налы, возникшие в нем и усиленные на
усилителях 11, открывают схему пус­
кового устройства, и счетные импульсы
начинают поступать на запоминающее
устройство 9. Когда звуковая волна
доходит до стопорящего звукоприемни­
ка 13, она после преобразования в
электричеокий сигнал закроет пусковое
устройство. Таким образом, запомина­
ющее устройство запомнит количество
импульсов, пришедших за определен­
ное время (время распространения
звуковой волны), что отразится на уст­
ройстве индексации 10, т. е. их количе­
ство будет зависеть от скорости рас­
пространения звука.
Недостаток приборов, основанных
на этом методе, заключается в том, что
его целесообразно применять лишь на
массивных сооружениях.
Сущность работы приборов, осно­
ванных на резонансном методе, заклю­
чается в возбуждении в испытываемом
образце звуковых колебаний (см. рис.
3.3, в). Эти колебания создаются гене­
ратором 15, преобразуются электроди­
намическим возбудителем и посред­
ством штыря 16, укрепленного в катуш­
ке преобразователя, соприкасающегося
острием с торцом бетонного образца.
В последнем возбуждаются звуковые
волны, воспринимаемые приемным пре­
образователем 14, который представ­
ляет собой звукосниматель, игла кото­
рого касается торца испытываемого
изделия. Снимаемые с приемного пре­
образователя электрические колебания
подводятся к входу усилителя 17, с вы­
ходом которого связаны вертикальные
пластины осциллографа 18. Н а экране
появится вертикальная линия, которая
в момент резонанса (совпадение собсвенной частоты и частоты колебаний)
будет иметь максимальное значение.
Определив резонансную частоту, мож­
но найти динамический модуль упруго­
сти, по которому судят о прочности бе­
тона. Недостатком резонансного мето­
да по сравнению с ультразвуковым
импульсным методом является невоз­
можность использования его для опре­
деления прочности бетона в изделиях в
связи с необходимостью возбуждения
колебаний во всем измеряемом объ­
екте.
Кроме контроля плотности готовых
бетонных изделий, аппаратуру, осно­
ванную на ультразвуковом импульсном
методе, применяют при автоматизации
тепловых процессов для контроля за
нарастанием прочности бетона в усло­
виях тепловой обработки. Зная зависи­
мость между измерением прочности бе­
тона и температурой, можно автомати­
зировать режим тепловой обработки с
учетом
прочностных характеристик
бетона.
Изменение скорости распростране­
ния ультразвуковых колебаний в бето­
не в процессе его твердения в условиях
тепловой обработки происходит сле­
дующим образом. В начальный момент
времени, после окончания цикла фор­
мования бетона, величина скорости
ультразвука очень мала (меньше, чем
скорость ультразвука в воздухе). Это
объясняется тем, что бетон представля­
ет собой в этот момент смесь с полным
отсутствием связей, и передача ультра­
звуковой волны происходит за счет со­
ударения частиц. В последующие
104-60 мин скорость ультразвуковых
колебаний быстро растет и к концу
предварительной выдержки может до­
стигать 1500—2000 м/с. При этом обра­
зуется сложный кристаллизационный
каркас, и в бетоне появляется началь­
ная прочность. Затем на первых этапах
тепловой обработки быстро изменяется
скорость ультразвука (примерно по
линейному закону) и происходит дальнейшее упрочнение структуры бетона.
При последующем структурообразовании рост скорости ультразвука замед­
ляется и становится затухающим, а
иногда, начиная с какого-то момента,
изменение скорости практически пре­
кращается.
Некоторые системы автоматическо­
го регулирования теплового режима по
59
!I
набору прочности базируются иа при­
менении ультразвукового прибора —
«Автоматического сигнализатора проч­
ности АСП» (рис. 3.4, а, б).
Определение
прочности
бетона
ультразвуковым импульсным методом
может осуществляться с достаточной
для практики точностью только для из­
вестных составов бетона. Поэтому для
используются для запуска генератора
зондирующих импульсов 4 и системы
отсчета времени 5, 6, 7, 8.
щ
Полученные с генератора зондирую­
щих импульсов электрические импульсы возбуждают ультразвуковой д а й
чик-излучатель 9, и ультразвуковые
колебания поступают в исследуемый
материал 10. Приемник акустического
зонда 11 преобразовы­
вает
ультразвуковые
колебания в электрическии сигнал, который
поступает на усилитель
12, 13, где синусоидаль­
ный
сигнал
преобразо­
Задание
вывается
в
импульсы
Времени”
-200мпс
длительностью 500 мкс
а)
крутым
передним
фронтом.
Передний
Рис. 3.4. Автоматический сигнализатор прочности АСП:
а — структурная схема; / — генератор синхронизирующих импульсов; 2 — гене­
фронт этого импульса
ратор зондирующих импульсов; 3 — излучатель ультразвуковых колебаний;
соответствует
началу
бетон; 5 — приемник ультразвуковых колебаний; 6 — предварительный выносной усилитель; 7 — оконечный усилитель; 8 — блок зад ан и я времени; 9-~
первои
полуволны
при­
схема совпадения и сигнализации; б — схема автоматики ямной камеры; О Р —
объект регулирования (ямная кам ера); АСП — автоматический сигнализатор
нятого сигнала. Полу­
прочности; БУиС — блок управления и сигнализации; ПРТЭ-2М — программный
ченный с выхода основ­
регулятор температуры
ного усилителя импульс
•I*|
в 500 мкс поступает
определения прочности бетона ультра­
совместно с импульсом системы отсчезвуковым импульсным методом состав­
|* | 5— 8 прибора в блок совпадения 14.
ляют тарировочные зависимости между
Система отсчета прибора состоит из
скоростью распространения ультразву­
блоков задержки на 1,8, 18, 180 и
ка и прочностью данного состава бето­
200 мкс. Блоки задержки 5 и 8 синхро­
на на сжатие.
низируются отметками времени от ге­
Структурная схема прибора «Бе­
нератора синхроимпульсов. Таким об­
тон ЗМ» приведена на рис. 3.5. Генера­
разом, на выходе системы отсчета мо­
тор меток времени с кварцевой стабиж ет быть получен стробирующий им­
пульс, задержанный относительно ос­
новной отметки времени на время от 0
до 399,8 мкс, дискретно через 0,2 мкс.
Н а выходе блока совпадения 14 будет
выделяться импульс, если задержанный стробирующий импульс относи­
тельно основной отметки времени бу­
дет больше или равен времени про­
хождения ультразвукового импульса
через исследуемыи материал, Выделившийся на выходе блока совпадения
сигнал запускает блок автоматической
Рис. 3.5. Структурная схема прибора «Бесигнализации времени распростране­
тон ЗМ»
ния, состоящий из блока расширения
лизацией частоты вырабатывает высо­
импульса 15 и оконечного релейного
костабильные кратковременные им­
блока 16.
пульсы (метки времени), следующие с
Конструктивно прибор состоит из
частотой повторения 50 кГц, т. е. с пе­
электронного блока, сетевого и бата­
риодом 20 мкс. Генератор меток вре­
рейного блоков питания. Д л я измере­
мени 1, блокинг-генератор 2 и синхро­
ния скорости и затухания ультразвуко­
низатор составляют генератор синхро­
вых колебаний и получения данных об
импульс 3, на его выходе выделяются
упругих и вязких свойствах исследуе­
импульсы длительностью 4 -—5 мкс. Чамых образцов разработан ультразвустота повторения
синхроимпульсов
ковой импульсный прибор УИС-2 (рис.
30 40 Гц. Основные отметки времени
3.6, а ) .
1 0
о
Наблюдение или контроль за нара­
станием прочности при твердении тре­
бует предварительной тарировки для
каждого состава бетона, если необхо­
димо получать абсолютные значения
Сырость
разЫятки
Яркость
Собмещение
зонд. ипп.
мтта
V!
= А к к дм. 6к л,
Просмотр линии
200^—^1000
П л а с т и н ы /' г/ ' К 2000
Разд.
Ш
'
С А Гч
( \)
Усиление гру&о
сопрот 0#щ дход В/од усилит
Рис. 3.6. Ультразвуковой
импульсным
прибор
У И С -2 :
а — внешний вид; о — функциональная схема
прочности. Д ля проведения испытаний
готовых изделий необходима обяза­
тельная предварительная тарировка по
контрольным кубам из бетона данного
состава. При этом нужно построить з а ­
висимость
«скорость ультразвука —
прочность» (по результатам испытания
не менее 30—40 образцов).
Если в изделии возбуждается ульт­
развуковой сигнал Л0= 7 ( 0 . 70 на Рас~
стоянии I от места возбуждения этот
сигнал будет через время
(где
V — скорость ультразвука).
Ультразвуковой сигнал А\ на рас­
стоянии I от места возбуждения равен:
А 1— / ( { — 1№).
(3.2)
Сравнением величин сигналов До и
А\ во времени определяют скорость
ультразвука.
На рис. 3.6, б приведена упрощен­
ная функциональная схема прибора
УИС-2. Работой прибора управляет
синхронизатор 2, вырабатывающий им­
пульсы с частотой повторения 50 Гц.
Эти импульсы запускают генератор
мощных импульсов 3, электрические
сигналы которого подаются на ультра­
звуковой преобразователь-излучатель
4. Прошедшие через изделие или обра­
зец 5 ультразвуковые* сигналы улавли­
ваются приемником 6, который их пре­
образует в электрические сигналы. Эти
сигналы усиливаются широкополос­
ным усилителем 7 и подаются на вер­
тикально отклоняющие пластины элек­
троннолучевого индикатора 8. На го­
ризонтально отклоняющие пластины
подается пилообразное напряжение от
генератора ждущей развертки 1, кото­
рый запускается импульсами синхро­
низатора 2. На электроннолучевой ин­
дикатор 8 также подаются импульсы
от генератора мощных
импульсов.
Длительность интервала времени меж­
ду импульсом от генератора мощных
импульсов, подаваемых на излучатель,
и принятым сигналом отсчитывается по
экрану электроннолучевого индикато­
ра (осциллографической трубки с эк­
раном диаметром 80 мм) при помощи
калибрационных меток времени. Эти
метки вырабатываются генератором
меток времени 9, который также з а ­
пускается импульсами синхронизато­
ра. Д ля точного отсчета интервала вре­
мени используются дополнительные
функциональные элементы (генерато­
ры задержки и др.).
При условии предварительной т а ­
рировки с помощью прибора можно
определить прочность бетона с точ­
ностью не менее ± 1 0 % . Д ля осуществ­
ления автоматического контроля проч­
ности готовых железобетонных изделий
применяют специальные многоточеч­
ные стенды, в которых прижимаются к
изделию некоторое число приемников
и излучателей.
Приборы, основанные на радиомет­
рических методах контроля плотности,
используют
эффект взаимодействия
61
измерение гидростатического давления I
(применение датчиков плотности, осно­
ванных на непрерывном взвешивании, I
ограничивается измерением плотности I
растворов, не дающих осадков в изме- I
рительной системе).
Ц 1
2.
Приборы, основанные на измерении величин, характеризующих уело* I
вия распространения различных видов 1
энергии в технологической среде: рас- ■
пространение электрической и тепло- I
вой-энергии, распространение акусти- I
ческих колебаний (ультразвук), рас- I
пространение электромагнитных коле- I
баний (видимый спектор, рентгеновы и 1
гамма-лучи).
Измерение плотности пульпы и рас- I
творов кондуктометрическим методом Ш
преимущественно осуществляется по I
замеру электропроводности и с по- I
мощью проникающих излучений.
; I
С изменением соотношения твердой I
фазы и жидкой связано изменение эф- I
фективного сечения жидкости, от кото- I
рого зависит электрическая проводи- I
мость. На этом основаны аппараты, из- I
меряющие содержание твердой фазы в I
пульпе по электропроводности пульпы. I
Наличие в жидкой фазе большого I
количества хорошо проводящих элект- I
ролитов (кислот, щелочей) может при- I
вести к существенным погрешностям, 1
так как незначительные колебания I
концентрации реагентов становятся со­
измеримы по своему влиянию на
электропроводность пульпы с воздей­
ствием довольно значительных измене­
ний содержания твердой фазы.
Преимуществом
радиационных
плотномеров является возможность из­
мерения плотности без непосредствен­
ного контакта со средой, что особенно
важно в случаях, когда пульпа имеет
свойство налипать на элементы датчика, что возможно на предприятиях
строительной индустрии,
’ Весовой плотномер (рис. 3.7) осно- Н
ван на взвешивании подвижной части
пульпопровода 1, которая связана гиб­
ким шлангом 2 с неподвижной частью
пульпопровода 3. Величина отклонения
подвижной части пульпопровода про­
порциональна концентрации твердых
частиц в пульпе. При отклонении под- 1
вижной части индукционный датчик 4,
плунжер которого связан с подвижной
частью кинематически, вырабатывает
сигнал, преобразуемый в перемещение
лекала 7. Л екало через систему рыча­
га и пружины воздействует как отри­
цательная обратная связь на подвижамин
радиоактивного излучения с веще­
ством. Применяют приборы радиомет­
рического контроля, основанные на ме­
тоде просвечивания в узком пучке из­
лучения, на методе просвечивания в
широком пучке излучения и на методе
рассеянного излучения.
Радиометрическими методами м ож ­
но осуществлять: 1) экспрессный конт­
роль в пределах допустимой точности;
2) контроль качества бетона при одно­
стороннем доступе к изделию; 3) опре­
деление объемной массы бетона в из­
делии без контакта с самим изделием,
что позволяет осуществлять непрерыв­
ный контроль качества; 4) получение
наиболее полной информации о каче­
стве изделий.
I
Основным недостатком данных при­
боров является необходимость биоло­
гической
защиты
обслуживающего
персонала от действия радиоактивно­
го излучения. Но так как источники из­
лучения, применяемые в строительной
индустрии, имеют небольшую актив­
ность, то данный недостаток оказывает­
ся почти несущественным.
С 1 января 1973 г. введен в дей­
ствие ГОСТ 17623—72 на радиоизотопные методы определения объемной
массы бетонов тяжелых, легких и яче­
истых: определение объемной массы
этими методами должно производиться
по ослаблению или рассеянию взаимо­
действующего с бетоном гамма-излуче­
нию радиоизотопным плотномером по
прилагаемому к нему градуировочно­
му графику «объемная масса — пока­
зания прибора».
При определении объемной массы
по интенсивности прошедшего через
бетонную смесь или бетон гамма-излу­
чений источник и детектор устанавли­
ваются
с противоположных сторон
контролируемого объекта, при методе
рассеянного излучения источник и де­
тектор устанавливаются на одной по­
верхности контролируемого объекта.
Рекомендуются плотномеры зондового
типа — ИПР-1 и РП-3 и поверхностно­
го типа — ИПР-У и РИП-бетон.
Измерение плотности' растворов и
пульп осуществляют приборы, осно­
ванные на различных методах.
1.
Приборы, основанные на измере­
нии механических или гидромеханиче­
ских величин: взвешивание определен­
ного объема жидкости, определение
частичного погружения поплавка, оп­
ределение потери в весе полностью
погруженного в жидкость поплавка,
•.
ный пульпопровод. В системе преду­
смотрена передача сигнала на вторич­
ны й прибор 5 и регулятор 6 для изме­
нения концентрации пульпы в случае
отклонения подвижной части от задан­
ного положения.
Для автоматического измерения и
регулирования концентрации водных
Рис. 3.7. Весовой плотномер
суспензий разработано специальное
устройство. В приборе используется
схема включения бесконтактной сельсинной пары, работающая при больших
углах рассогласования, что значитель­
но упрощает механическую часть уст­
ройства,- повышает точность измерения
и обеспечивает работу прибора при ма­
лых скоростях вращения роторной на­
садки.
Принципиальная схема устройства
(рис. 3.8) состоит из сельсина-датчика
2. механически соединенного с выходным валом двухфазового конденсаторсинхронного д в и г а т е л я /, вращающегося с постоянной скоростью со. Сельсин-датчик по индикаторной схеме со­
единен с сельсином-приемником 3, на
н
о
г
оси которого укреплена роторная на­
садка 4, помещенная в контролируе­
мую среду. Наличие тормозного мо­
мента на валу сельсина вызовет появ­
ление угла рассогласования 0 между
магнитными осями сельсинов. При
этом в роторных цепях между сельси­
нами будут протекать токи и, Н, к, ве­
личина которых является мерой кон­
центрации твердой фракции в водной
суспензии.
Д ля большинства пульп и суспен­
зий (в определенном интервале кон­
существует однозначная
центрации)
зависимость между величиной концентрации с и силами внутреннего тре­
ния ц.
В определенном интервале концент­
рации суспензии при неизменных физи­
ко-химических
свойствах
твердой
фракции и растворителя в пределах уг­
ла рассогласования @ ^ я / 6 зависи­
мость между концентрацией суспензии
и роторным током сельсина практиче­
ски линейна, т. е.
(3. 3)
/ = кШ
где
— коэффициент пропорциональ­
ности, зависящий от электромеханиче­
ских сельсинов, габаритов и формы те­
ла вращения и угловой скорости.
Измерение роторного тока сельсина
производится с помощью трансформа­
тора Тр1. Реостатно-емкостный фильтр
С 1, Кь р 2 уменьшает пульсацию тока,
модулированного низкой частотой .вра­
щения сельсинов. Применение балансНого катодного повторителя, собранно­
го на двойном триоде лампы Л1, позволяет производить измерение кон­
центрации суспензии как приборами с
утопленным нулем, так и с нулем в
начале шкалы. Электронный блок пи­
тается через разделительный транс­
форматор Тр2, вторичное напряжение
которого выпрямляется выпрямителем
Д2 и стабилизируется стабилизатором
напряжения Л2. Падение напряжения
на сопротивлении Яг является сигна­
лом для стандартных автоматических
потенциометров типов, обеспечивающих
запись и регулирование концентрации
суспензии.
В схему включен показывающий
прибор МА.
При измерении суспензий с высо­
кой концентрацией между телом враще­
ния и суспензией образуется слой
жидкости,
нарушающий
линейную
связь между силами внутреннего тре­
ния и концентрацией- В этом случае в
о
вход
потенциометра
Рис. 3.8. Принципиальная электрическая схема
устройства для автоматического измерения и
регулирования концентрации водных суспензий
63
качестве роторной насадки целесооб­
разно применять мешалку, лопасти
которой постоянно перемешивают и у с ­
редняют суспензии. Однако при этом
на поверхности
мешалки налипают
сгустки суспензии, которые, увеличи­
вая поверхность мешалки, повышают
тормозной момент без изменения вели­
чины концентрации суспензии.
Стабильная вязкость бетонной сме­
си является необходимым условием
для обеспечения комплексной автома­
тизации производства бетонных работ
и железобетонных изделий.
Попытки контроля вязкости бетоннои смеси в процессе ее перемешива­
ния производились
на
различных
принципах, в том числе: на принципе
измерения механического усилия, ока­
зываемого бетонной смесью при ее перемешивании
на импульсныи орган
датчика; на принципе учета мощности,
употребляемой двигателем бетоносме­
сителя.
Контроль
пластичности бетонной
смеси в процессе ее перемешивания
осуществлялся в ряде эксперименталь­
ных схем, базирующихся на зависимо­
сти сопротивления бетонной смеси от
скорости вращения датчика-цилиндра,
погруженного в смесь, а также на зависимости нагрузки электродвигателя
бетоносмесителя от колебаний плас­
тичности бетонной смеси.
На некоторых бетонных заводах в
бетоносмеситель неопрокидного типа
устанавливались автоматические консистентомеры, показывающие пластич­
ность смеси в процессе ее перемеши­
вания и выполнение в виде поворотных
конусов или лопаток внутри смеситель­
ного барабана. Эти консистентомеры
повооотного типа оказались недостаточно чувствительны к фиксации и из­
менению осадки конуса жестких бетон­
ных смесей.
' В некоторых автоматических консистентомерах, дававших показания о
пластичности бетонной смеси в процес­
се ее перемешивания, для получения
импульса
использовалось свойство
массы бетонной смеси занимать в сме­
сительном барабане наклоняющегося
типа то или иное положение, в зависи­
мости от пластичности. Пластичные
смеси накапливаются в задней части
вращающегося наклонного смеситель­
ного барабана в большей степени, чем
жесткие, и соответственно увеличивают
момент, поворачивающий бетоносме­
ситель на ее запуск, с увеличением угV
о
IV И
•г
О
ла наклона бетоносмесительного бара­
бана.
-Я
Консистометр состоит из системы
шарниров и рычагов, прикрепленных к
наклоняющейся траверсе и присоеди­
ненных через амортизационный воз­
душный цилиндр к пружинному коль*
цу, которое при изменении наклона
смесительного барабана воздействует
на соленоид.
Я
При
перемещении соленоидного
сердечника сила тока в обмотке со­
леноида изменяется и воздействует на
другой соленоид, воздействующий на
перо самопишущего прибора. При ис­
пользовании жестких смесей консис­
тентомеры этого типа работают не­
удовлетворительно.
Л
Ни одна из упомянутых схем едщ
не является достаточно надежной для
применения ее в комплексно автомати­
зированном заводе. Н а д созданием до­
статочно надеж ного прибора ведутся
поисковые
научно-исследовательские
работы.
;
/р
Д л я автоматического определения
степени уплотнения бетонной смеси
при формовании железобетонных из­
делий предложены два метода: радио­
метрический, основанный на поглоще­
нии лучей в зависимости от плотности
бетона, и метод, основанный на изме­
рении электропроводности бетонной
смеси при ее формовании.
Я
Н иж е приведена схема автоматиче­
ского сигнализатора степени уплотне­
ния бетонной смеси (рис. 3.9). П осл ед­
ний предназначен для автоматического
отключения виброплощадки по дости­
жении бетонной смесью максимально
возможной степени уплотнения, о б е­
спечиваемой в условиях предприятий
сборного ж елезобетона.
Я
Р абота схемы осуществляется сле­
дующим образом. Напряжение, выра­
батываемое генератором, поступает на
вход катодного повторителя для полу­
чения необходимой мощности. Д а л ее с
выхода катодного повторителя напря­
жение генератора поступает на элект­
роды сигнализации степени уплотне­
ния. В зависимости от сопротивления
данного участка бетонной массы про­
исходит распределение выходного на­
пряжения генератора. В момент уплот­
нения бетонной смеси ее сопротивле­
ние изменяется, в связи с этим
напряжение на сопротивлении Кн так­
ж е изменяется. Напряжение, снятое с
сопротивления Кн, поступает на один
из токосъемников шагового искателя,
и
■ ‘Ф
I с ламелям которого подключены кон[генсаторы Сп (конденсаторы памяти).
Токосъемник, передвигаясь по кон­
тактному полю, по очереди заряжает
Ц1 четыре конденсатора Сп. Коммута­
ция шагового искателя осуществлена
гаким образом, что в то время, когда
выключит питание реле МКУ-48, кото­
рое своими контактами или через про­
межуточное пусковое устройство вы­
ключит двигатель виброуплотнительной площадки.
На рис. ЗЛО, а, б приведены схемы
универсального радиометрического ра-
и бых
/
Я
2
кРП-5
МКУ-48
РП-5
4
Вх1\
К
О
&
Рис. 3.9. Структурная схема автоматического сигнализатора степени уплот
нения бетонной смеси АСУ:
/ — генератор КС; 2 — катодный повторитель; 3 — датчик степени уплотнения; 4 —
дифференциальный усилитель постоянного тока; 5 — шаговый искатель; 6 — заряд­
ный токосъемник шагового искателя; 7 — выпрямительное устройство (блок питания):
8 — релаксационный генератор
происходит заряд конденсатора Сп»,
через второй токосъемник подключает­
ся на вход дифференциального усили­
теля конденсатор Щйчф- Когда токо-^
съемник начинает заряжать конденсатор СП1, токосъемники подключают
на входы дифференциального усили­
теля конденсаторы Спг, Спз- Так как
за время переключения шагового
искателя, которое может быть измене­
но от 1 до 10 с, напряжение на сопро­
тивлении Кн успевает измениться на
величину ЛИ, то на входы усилителя
поступают напряжения, отличающиеся
на величину АС/. Если А V превышает
входную чувствительность усилителя,
то реле на выходе усилителя остается
замкнутым и сигнала на отключение
прибор не з ыдает.
В .процессе уплотнения бетонной
массы проводимость ее постепенно пе­
рестает меняться, и напряжения, посту­
пающие на конденсаторы Сп, становят­
ся почти равными. Когда разность на­
пряжений на конденсаторах С П2 и Спз
станет меньше входной чувствительно­
сти дифференциального усилителя, то
токи, протекающие через обмотки реле
РП-5, станут равными, якорь реле зай­
мет нейтральное среднее положение и
3 Г. Г. Зеличенок
диометра (РАУ). Оценка плотности
материала в формуемом изделии про­
изводится по методу просвечивания
или рассеяния. Принцип действия схем
состоит в следующем. Источник излу­
чения 1 посылает направленный пучок
гамма-квантов 2 в материал формуе­
мого изделия 3. Ослабленное в резуль­
тате взаимодействия со средой излуче­
ние регистрируется приемником 4, При
этом в приемнике возникают импуль­
сы, которые регистрируются прибором
РАУ. Интенсивность импульсов нахо­
дится в определенной зависимости от
плотности материала; при достижении
о аданной интенсивности регистрируемого излучения, которая соответствует
необходимой степени уплотнения фор­
муемого материала, срабатывает реле
прибора 5, и процесс уплотнения при
помощи
вибраторов автоматически
прекращается.
Функциональная
схема прибора
приведена на рис. 3.10, в. Импульсы
тока, поступающие от газовых счетчи­
ков ГС на вход прибора, усиливаются
и преобразуются в отрицательные им­
пульсы стандартной амплитуды и дли­
тельности (блоки 8, 9, 10, 11). Эти
импульсы поступают на дозирующий
65
и
та металлоискателей первой группы
основана на принципе электромагнит­
ной индукции. Они обычно содержат
электромагнит или электромагнитную
цепь с постоянными магнитами, которые монтируются на раме конвейера.
* В магнитном зазоре раз­
мещают конвейерную лен0 0 ®
ярме магнитной
ту. На яоме
цепи располагается ин■ййййШ катушка с
Аукционная
------0
большим числом витков.
со
каИндукционный ток
тушке возникает вследст­
вие
изменения
потока
магнитной индукции, выз­
ванного попаданием фер­
ромагнитных предметов в
О)
воздушный зазор. Досто­
инством таких металлоис­
------9
—
12
Г------ ? 1\ кателей является высокая
- г - н 1"
в
процессе
стабильность
тс•Г
недостатэксплуатации;7
14 — |
ком их является то, что
0
—
1
1
1
ими можно обнаруживать
только магнитные мате­
риалы.
|
в)
вто­
Металлоискатели Г
’
Рис. 3.10. Универсальный автоматический радиометр «РАУ»:
рой группы, раоотающие
а» б — принципиальные схемы прибора; в — функциональная схема;
на
переменном
магнитном
1 — источник излучения; 2 — пучок гамма-квантов; 3 — формуемое изде­
потоке
промышленной,
лие; 4 — приемник излучения; 5 — указательный прибор; 6 — стенд;
7 — прибор проверки; 8 — усилитель; 9 — усилитель-преобразователь;
звуковой
(повышенной)
и
10 — реостат;
11 — одновибратор-нормализатор;
12 — интегрирующая
цепь; 13 — катодный повторитель; 14 — вольтметр; 15 — минимальные
высокои частоты, оонаруреле; 16 — питание
живают
металлические
предметы в результате
влияния последних на величину напря­
средним временем между импульсами.
женности магнитного поля металличе­
Большое сопротивление утечки препят­
ских масс. В металле возникают ин­
ствует быстрому стеканию электриче­
дуктированные или вихревые электри­
ских зарядов с конденсатора, благо­
ческие токи. Вихревые токи, как и вся­
даря чему средний потенциал, до
кие индуктированные токи стремятся
которого заряж ается конденсатор, пропротиводействовать вызвавшей их си­
порционален скорости поступления им­
ле и, следовательно, уменьшают основпульсов или скорости счета. Этот по­
ной магнитныи поток конвейерных ка­
тенциал подается через катодный по­
тушек. Вихревые токи возникают как
вторитель 13 на ламповый вольтметр
в черных (ферромагнитных), так и в
14, шкала которого отградуирована в
цветных (немагнитных) металлах.
1
импульсах в секунду, и на схему диф­
Введение ферромагнитных предме­
ференциального усилителя минималь­
тов в зону магнитного поля вызывает,
ного реле 15.
с одной стороны, увеличение магнит­
В условиях предприятий строитель­
ного потока вследствие влияния маг­
ной индустрии (например, дробильных
нитной проницаемости, а с другой —
заводов) требуется автоматическое об­
его уменьшение вследствие влияния
наружение металлических включений
вихревых токов.
I
в транспортируемом потоке перераба­
В зависимости от выбранного рабо­
тываемых материалов. Своевременное
чего диапазона частот возникает то
удаление этих включений предохранит
или другое физическое явление, по­
от поломок и аварий механизмы.
скольку вихревые токи находятся в
Металлоискатели по конструкции
квадратичной зависимости от частоты
могут быть разделены на две основные
колебаний магнитного потока. В ме­
группы: в одних используется постоян­
таллоискателях, работающих на проный, в других переменный поток. Рабо-
конденсатор и через него на интегри­
рующую цепочку (блок 12). Таким образом, каждый импульс приносит оп­
ределенное количество электрического
заряда на конденсатор интегрирующеи
цепи за время, малое по сравнению со
и
о
О
66
О
мыщленнои частоте,- вихревые токи
весьма малы, и такие металлоискатели
могут обнаруживать только ферромаг­
нитные материалы. При звуковой час­
тоте потери на вихревые токи возрас­
тают и становятся уже достаточными
для того, чтобы металлоискатель мог
обнаружить и немагнитные материалы.
В пределах этого диапазона частот
живаются в результате вызываемого
ферромагнитные материалы обнаруим увеличения коэффициента самоин­
дукции конвейерных рамок, а немаг­
нитные
материалы — в
результате
уменьшения коэффициента самоиндук­
ции.
3*
Повышение частоты магнитного по­
ля до сверхзвуковых или радиочастот
вызывает такое возрастание потерь на
вихревые токи в металлах, что они на­
чинают преобладать над ферромагнит­
ными свойствами металлических пред­
метов. На высоких частотах все метал­
лы независимо от их магнитной харак­
теристики обнаруживаются под влия­
нием возникающих потерь на вихревые
токи. Это позволяет использовать ме­
таллоискатели для защиты дробилок
не только от ферромагнитных, но и не­
магнитных металлов (зубьев экскава­
торов, футеровок из марганцовистых
сталей и др.).
»У
й'
ГЛАВА 4
АВТОМ АТИЧЕСКИЙ УЧЕТ
§ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
УСТРОЙСТВ
АВТОМАТИЧЕСКОГО УЧЕТА
ным понимается сигнал, фиксирующий
характерное явление, происходящее §
процессе выполнения производствен­
ной операции, используемое как приз­
нак для подачи учетного сигнала.
|
Устройство выдачи сигнала — часть
устройства первичного учета, обеспе­
чивающая физическое и логическое
формирование первичных датчиков. 1
В качестве характерных явлений
для формирования учетного сигнала
могут быть использованы: перемеще­
ния обрабатываемой детали; переме­
щения частей оборудования; переме­
щения органов управления оборудованием< низменения
ш ц ц я р я режима в цепи
(напряжение, ток) питания электро­
изменения
двигателя оборудования;
режима в гидро­ и пневмосистемах
оборудования; изменения режима (на­
пряжение и ток) в электрических це­
пях автоматического управления обо­
рудованием; изменения размеров или
состояния детали; изменения состоя­
ния элементов в силовых электриче­
ских цепях оборудования.
I
Д л я выработки сигнала можно ис­
пользовать два и более характерных
явления. При этом их следует выби­
рать так, чтобы они были независимы.
Под зависимостью явлений следует
понимать необходимость появления
одного из них при возникновении дру­
гого в период одного операционного
цикла.
|
Однофакторными
устройствами
первичного учета называются такие
устройства, которые фиксируют про­
хождение детали через учетную грани­
цу по одному характерному явлению.
Это наиболее простые УПУ, которые
отвечают требованиям точности счета
только тогда, когда единственным х а­
рактерным явлением выбирается факт
прохождения самой обрабатываемой
детали через некоторую определенную
точку.
л
Автоматизированное УПУ должны
отвечать определенным требованиям.
Автоматический учет на предприя­
тиях строительной индустрии является
обязательным элементом, организую­
щим
автоматизированное производ­
ство. Автоматический учет применяет­
ся как при периодических, так и при
непрерывных процессах для учета: ко­
личества сыпучих, жидких и газообраз­
ных тел; штучной продукции, выработ­
ки, производительности; времени рабо­
ты машин и простоев; различных видов
энергии. Учет может производиться как
за определенный промежуток времени
(час, смену), так и нарастающим ито­
гом, начиная от любой координаты
времени.
Учет количества сыпучих и жидких
тел может производиться по объему и
массе порциями и непрерывно. Учет
количества газообразных тел произво­
дится по объему. Штучные изделия
можно (в зависимости от местных ус­
ловий) учитывать только по количе­
ству, или же по количеству с разбивкой по размерам или другим каче­
ственным показателям. Учет энергии
(электрической, тепловой, механиче­
ской) также может производиться за
определенный период времени (час,
смену) и нарастающим итогом.
Под устройством первичного учета
(УПУ) принято понимать еовокупность технических средств (элемен­
тов), обеспечивающих получение пер­
вичного (впервые выработанного) учет­
ного сигнала, фиксирующего явление
(факт) прохождения процесса через
учетную границу.
Автоматизированными УПУ следу­
ет считать такие, которые выдают пер­
вичный учетный сигнал без участия че­
ловека.
- часть устроиПервичный датчик —
ства первичного учета, :вырабатывающ ая первичный сигнал. Под первич­
**я '
68
|
1. Должна быть обеспечена высо■
з работе — выше иа' ■ дежности остальных устройств систе1 мы оперативного управления основным
I производством и надежности самого
I технологического оборудования, на коI тором установлено устройство первичI того учета.
I
2. При проектировании устройств
■ первичного учета следует стараться
I обеспечить возможность использоваI ния разработанного устройства на разI личном
технологическом
оборудоI вании.
>1
3. Конструкция устройства должна
’1 быть такова, чтобы можно было осуI I ществить его внедрение без какой-лиI бо отладки после его установки и мон"»■ тажа на технологическом оборудова­
ли нии. При этом следует обеспечить реш монтоспособность
устройства путем
I применения разъемных электрических
Я соединений его составных частей.
Щ
4. Должна быть обеспечена рабо■-1 тоспособность устройств в цеховых усI ловиях без дополнительной настройки
I при переналадке технологического обоI рудования на другую деталь.
I
5. Устройства
первичного учета
I должны иметь как контактный, так и
1 бесконтактный выходы для обеспечеI ния возможности их соединения с лиг
К ниями управляющих, систем — С о Г Н
I чиков, а также и с выпускаемыми проК мышленностью электроимпульсными и
■ другими счетчиками.
I
§ 2. УЧЕТ КОЛИЧЕСТВА СЫПУЧИХ ТЕЛ
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
■
I
I
I
I
I
I
Учет количества сыпучих тел производится с использованием датчиков,
основанных на различных принципах и
конструктивных решениях, а учет расхода при порционном режиме подачи
вещества осуществляется
весовыми
устройствами (в частности, выполненными в виде порционных дозаторов,
для чего к дозаторам сыпучих и жидких тел в ряде схем присоединяют
устройства, учитывающие нарастающим итогом количество циклов или же
суммирующие
вес
отдозированных
компонентов каждой фракции).
Д ля автоматического учета количества сыпучих материалов получили широкое распространение весы с приставками для суммирования и дистанционной передачи сигналов. Автоматические конвейерные весы, делятся по
принципу действия на весы дискретно-
го и непрерывного действия, отличаю­
щиеся дискретным и непрерывным
учетом
непрерывно' перемещаемого
лентой конвейера материала. Конвей­
ерные весы с дискретной системой ре­
гистрации основаны на взвешивании
участков ленты конвейера, передаю­
щих нагрузку на весы каждый раз,
когда лента переместится на длину
участка, равного теоретической длине
платформы. В весах этого типа при
непрерывном характере перемещения
материала осуществляется дискретное
взвешивание отдельных участков лен­
ты конвейера.
Автоматические весы непрерывного
действия типа ЛТМ предназначены
для непрерывного взвешивания сыпу­
чего материала, перемещаемого ста­
ционарными ленточными конвейерами
(транспортерами). Результаты изме­
рения .фиксируются на щите весов и
устанавливаемом дистанционном пульте вторичных приборов. Пульт вторич­
ных приборов поставляется с весами.
Весы взвешивают с точностью до ± 1%
при условии, что в течение 85% време­
ни работы весов погонная нагрузка
изменяется в пределах от половинной
до максимальной и остальное время —
от 0 до половинной.
Работа механизма весов происхо­
дит следующим образом. Вес материа­
ла на ленте транспортера восприни­
мается чувствительным элементом —
двумя весовыми роликовыми опорами,
закрепленными
на грузоподъемной
платформе 1 (рис. 4.1). Через проме­
жуточные рычаги и демпфер 2 усилие
массы передается на грузоприемное
плечо квадранта 4. На квадрант воз­
действует усилие массы накладного
груза 3, уравновешивающего собствен­
ную массу рычагов. Квадрант 4 через ,
поводок 5 шарнирно соединен с роли­
ком 16 каретки интегратора 8. Ролик
16 образует фрикционную пару с дис­
ком 15. Последний приводится в дви­
жение через соответствующую переда­
чу приводным роликом 14. Приводной
ролик прижимается к холостой ветви
ленты транспортера, которая и сооб­
щает ему движение. Следовательно,
угловая скорость диска 15 интегратора
всегда соответствует линейной скоро­
сти ленты транспортера.
Каждое отклонение квадранта от
увеличения
полезной нагрузки
на
платформу 1 вызывает поворот ролика
16 вокруг горизонтальной оси, что при­
водит к образованию некоторого угла
69
I
.
-
между окружными скоростями диска 15
и ролика 16 в точке их касания. Этот
угол обусловливает появление силы,
стремящейся
переместить ролик 16
дальше от центра диска 15. Перемеще­
ние его возможно лишь вместе с карет­
кой 8, катящейся по неподвижному
рельсу, и будет происходить до совме­
щения направлений окружных скоро­
стей ролика и диска на новом расстоя
са, а следовательно, и величину произ­
водительности в каждый момент вре­
мени при неизменной скорости транс­
портера. Сельсины 9, 11 соответствен­
но передают на пульт вторичных при­
боров мгновенные значения произво­
дительности и суммарной массы мате­
риала.
Я
Весы имеют также электрическое
сигнальное устройство, фиксирующее
Рис. 4.1. Кинематическая схема автоматических весов ЛТМ
нии их фрикционнои точки от центра
диска. Отклонение квадранта 4 от
уменьшения полезной нагрузки в про­
тивоположную сторону вызовет обрат­
ный процесс.
л
Таким образом, каждому положе­
нию квадранта 4, определяющему ве­
личину погонной нагрузки на ленте, со­
ответствует определенное расстояние
фрикционной точки ролика 16 от цент­
ра диска 15, при котором угловая ско­
рость ролика пропорциональна иско­
мому весу материала. Угловые скоро­
сти диска 15 и ролика суммируются
зубчатым дифференциалом 13. Резуль­
тирующая скорость ведомого вала диф­
ференциала обусловливает вращение
первого диска счетчика 12, показываю­
щего вес прошедшего материала и пе­
редающего крутящий момент сельсину
счетчика .11. Весы снабжены указате­
лем производительности транспортера
9 и 10, отражающим положение карет­
ки 8 относительно неподвижного рель-
перегрузку и недогрузку ленты конвей­
ера при его работе. Сигнальное устрой­
ство состоит из конечного 6 и путевого
7 микропереключателей МП-1, сраба­
тывающих при передвижении каретки
8 по неподвижному рельсу. Конечный
переключатель (нагрузка выше допус­
тимой) включается при достижении
наибольшей допустимой погонной на­
грузки на ленте транспортера. Путевой
переключатель (нагрузки ниже реко­
мендуемой) включается при работе с
погонными нагрузками менее половин­
ной. Перегрузка ленты (погонная на­
грузка больше максимальной) счетчи­
ком не учитывается.
Изменение скорости движения лен­
ты транспортера в процессе работы в
пределах до 2,5 м/с не оказывает влия­
ния на точность работы весов.
При сравнительно редко применяе­
мых скоростях ленты более 2,5 м/с на­
чинает сказываться более частое коле­
бание усилий, передаваемых грузо-
подъемной платформой на уравнове­
шивающий квадрант, и точность пока­
заний весов снижается.
На рис. 4.2 приведена структурная
схема электротензорезисторных весов
На рис. 4.3 приведена принци­
пиальная электрическая схема ленточ­
ных конвейерных весов: Р — мгновен­
ная нагрузка на тензорезИстор; Д В —
датчик веса; ^ = ^V мгновенная произ­
водительность; 1 — скорость движения
ленты; | — усилие от мгновенной на­
грузки в точке, где стоит Д В . В общем
случае 1 и | — переменные величины.
Слой перемещаемого материала нерав­
номерен. Масса материала за время ^
I
равна ф ГдусИ.
о
Весы непрерывного взвешивания
должны обеспечивать реализацию опе­
рации в данной формуле.
Изменение | осуществляется датчи­
ком веса. При применении потенцио­
метрического датчика на выходе выра­
батывается напряжение, пропорцио­
нальное <7. При измерении компенсаци-
Шшт о=Г цуси
Структурная схема электротензо­
резисторных весов типа ЭТВ-2
типа ЭТВ-2. В них напряжение V тензосопротивлений ДВ, пропорциональ­
ное величине погонной нагрузки
по­
ступает на вход усилителя (У). Уси­
ленное напряжение
подается на
управляющую обмотку исI
полнительного двигателя
ИД. Последний переме­
щает движок перемножа­
ющего потенциометра ПП.
Одновременно через цепь
обратной связи ОС на элемент сравнения подается
напряжение 11к противоположной по сравнению с
Ш фазы. Когда разность
напряжении I ДС/= У — 1)к
станет близкой к нулю,
электродвигатель остановится. Угол поворота вала
электродвигателя 0 будет
пропорционален 9. С тахогенератора ТГ, приводи­
мого в движение от опор­
ного ролика или привод­
ной звездочки конвейера,
напряжение 6/т, пропор­
циональное скорости дви­
жения V несущего полот­
на
(ленты конвейера),
подается на перемножа­
ющий потенциометр ПП,
с которого на интегра­
тор И снимается напря­
жение
V и, пропорциональное текущеи произ­ Рис. 4.3. Принципиальная схема электротензорезисторных
весов
водительности конвейера
# п=<70.
онным методом возможно непрерывное
Интегратор весов осуществляет неизмерение <7.
прерывное интегрирование производиД ля того чтобы система выдавала
тельности в функции времени, а его
сигналы на учетное устройство, в схе­
счетный
механизм дает суммарную
ме должны быть подключены: И — инмассу прошедшего через весы груза
■тегрирующее
М ш н а й устройство;
й й й н н Т Г датчик
нарастающим итогом.
-
71
скорости — тахогенератор: СМ — счет­
ный механизм В схеме Лр — сопроти
ление реохорда источника компенса­
ционного напряжения; О Н 1, ОНг — об­
мотки напряжения (измерительная и
компенсационная соответственно) ин­
дукционного счетчика; О В 1 и ОВ2—то­
ковые обмотки счетчика (измеритель­
ная и компенсационная); ОТГ — об­
мотка тахогенератора; О В — обмотка
возбуждения.
Валик Р Д всегда занимает угловые
положения, которые зависят от | —
мгновенного веса;
ТГ (тахогенера­
т о р ) — связь с угловой скоростью ро­
лика; { / ( у ) — пропорционально скоро­
сти веса; Р 1 и Кг — сопротивления с
движком, выполняющим роль умножа­
ющего устройства; УП — показы]
мгновенные значения V (до); электри­
ческий ток пропорционален V (^у) ; ве­
личина тока ОВ пропорциональна про­
изводительности. Скорость вращения
диска Д будет зависеть от этой мгно­
венной производительности в каждый
момент времени, следовательно, счет­
чик будет производить операцию инте­
грирования во времени.
Диск Д связан с декадным счетчи­
ком СМ. ОНг и ОВг — компенсацион­
ные обмотки, которые осуществляют
температурную компенсацию. Магнит­
ные потоки и угловая скорость диска
направлены в противоположную сторо­
ну, вследствие чего температура окру­
жающей среды на точность измерения
(в определенных пределах) не влияет.
Напряжение $2 пропорционально
мгновенному значению массы транс­
портируемого материала, воспринимае­
мого тензометрами г датчика ДВ.
Напряжение- 11* пропорционально
скорости V: а — контргруз (противо­
вес), компенсирующий влияние массы
ленты конвейера и ролика, благодаря
чему Д В показывает только массу
транспортируемой ленты; О В 1, ОВг,
О Н 1,
О Н 2 образуют индукционный
счетчик, диск Д которого связан со
счетчиком СМ.
В Польше выпускаются изотопные
конвейерные весы Ш1Т-2, предназна­
ченные для взвешивания сыпучих и
зернистых материалов (угля'; кокса,
руды, извести, цемента и т. п.), транс­
портируемых на ленточных конвейе­
рах. Весы допускают совместную рабо­
ту с конвейерами, имеющими различ­
ные ширину ленты и угол наклона.
Весы можно подключать к системе ав­
томатики для регулирования требуемо­
го уровня потока материала; они име* В
ют различные системы сигнализации. 1
Работа весов основана на измере- I
иии рассеиваемого гамма-излучения. I
Первичное поле гамма-излучения об- I
разуется линейным радиоактивным ис. V
точником СобО или С5137, расположен- I
ным под лентой конвейера. Интенсив- I
ность рассеянного радиоактивного из- 1
лучения от материала, перемещаемого I
ленточным
конвейером, пропорцио- I
нальна его весу. Весы состоят из изме- I
рительной головки на ленте и элект- I
ронной схемы.
-Щ I
§ 3. УЧЕТ КОЛИЧЕСТВА
Ж И Д К И Х ТЕЛ
I I
I
Д л я контроля жидких тел, переме- I
щаемых по трубопроводам, имеется I
аппаратура с датчиками, основанными I
на различных принципах. Скоростные К
тахометрические
унифицированные 1
расходомеры типа «Сатурн» предназ- 1
начены для измерения расхода ней- I
тральных или агрессивных жидкостей К
как чистых, так и с механическими I
включениями. Выходные сигналы по- I
стоянного тока дают возможность ис- I
пользовать расходомеры в приборах I
контроля и регулирования электронной I
агрегатно-унифицированной
системы I
(ЭАУС), а также с машинами центра- I
лизованного контроля и регулирования I
«Марс», «Зенит» и другими или же с I
потенциометрами и миллиампермет- I
рами.
- Ц - И * 4;
I
Комплект расходомера состоит из I
датчика типа Д Р Ш С и электронного I
преобразователя типа ПИРС-5. Работа I
датчика основана на принципе увлече* I
ния закрученным потоком свободно I
плавающего тела. Скорость вращения
шара пропорциональна расходу жидко­
сти и фиксируется бесконтактным уз­
лом съема сигнала, установленным на
датчике электронного преобразователя.
Получаемый с датчика сигнал усили­
вается, формируется и преобразуется
электронным преобразователем в по­
стоянный ток величиной 0-ь5 мА, на-II
пряжением 0-г-100 мВ.
1
Пределы измерения при диаметре
датчика от 32 до 125 мм составляют;
минимальный — от 0 ,д о 2,5 м3/ч; мак­
симальный — от 0 до 250 м3/ч.
1
Работа существующих электромаг­
нитных датчиков основана на следую­
щем принципе: при движении в маг­
нитном поле сплошной проводящей
среды (жидкости) согласно закону
72
Ш
р
электромагнитном индукции в жидко­
сти наводится электродвижущая сила.
Разность потенциалов в диаметрально
1111
противоположно расположенных
ках пропорциональна плотности магнитного потока (магнитной индукции),
средней скорости движения жидкости
и диаметру трубы. Электромагнитный
расходомер является, по существу, ге­
нератором, в котором проводником, пе­
ремещающимся в магнитном поле, слу­
жит движущаяся в трубопроводе элек­
тропроводная жидкость.
Показания электромагнитных рас­
ходомеров не зависят от механических
свойств жидкостей (вязкость, плот­
ность) и от характера потока (лами­
нарный, турбулентный).
На явлении электромагнитной
инО
дукции основан индукционныи расходо­
мер 3-РИ-М, который предназначен для
непрерывного автоматического измере­
ния расхода электропроводных (с элек­
тропроводностью
не
менее
ЗХ
X Ю-5 Ом-1 -см-1) жидкостей, раство­
ров и пульп в закрытых заполненных
трубопроводах.
Комплект индукционного расходо­
мера состоит из датчиков, катодного
повторителя, усилителя и вторичного
прибора с дифференциально-трансфор­
маторной схемой измерения (ЭПИД,
ЭИВ, Д С Р и др.). В зависимости от
модели вторичного прибора расходомер
может производить непрерывное изме­
рение и запись величины расхода, оп­
ределять общее количество жидкости
или пульпы, прошедшей через трубоС#
провод за некоторый промежуток вре­
мени.
При прохождении электропровод­
ной жидкости через однородное маг­
нитное поле в ней, как в движущемся
проводнике, возникает э. д. с., пропор­
циональная средней скорости потока,
т. е.
(4.1)
Е — В ^ \ 0 ~ 8,
о
в
электромагнит­
где Е
э. д. с.; В
ная индукция в зазоре между полюса­
ми магнита, гс; I — расстояние между
средняя скорость
электродами, см; V
потока, см/с;
или
во
8
(4. 2)
10
ШШ36
I
где ($ — объемный расход жидкости,
м3/ч.
ч
Внутренний диаметр трубы равен
расстоянию между электродами.
Электромагнит
создает
внутри
участка немагнитной трубы, покрытой
изоляционным материалом, равномер­
ное магнитное поле. Э. д. с., образую­
щаяся в жидкости, пересекающей маг­
нитное поле, снимается двумя электро- •
дами, введенными диаметрально про­
тивоположно в одном поперечном сече-
Рис. 4.4. Ультразвуковой расходомер:
Г — генератор импульсов; М — модулятор; УП
усйлитель предварения; ПС — прибор сравнения; РП
регистрирующая приставка; 1, 3 — датчик-излуча­
тель; 2, 4 — датчик-приемник; с1 — расстояние между
датчиками; V — скорость движения контролируемой
среды; 0 — угол установки датчиков
нии в стенки трубопровода датчика, и
далее.усиливается до величины, необ­
ходимой для нормальной работы вто­
ричного прибора.
(акустические)
Ультразвуковые
расходомеры основаны на смещений
звукового колебания движущейся сре­
дой (рис. 4.4). Ультразвуковые расхо­
домеры направляют через стенку трубопровода в поток измеряемой среды
упругие колебания с частотой ульт­
развука, которые переносятся дви­
жущей средой. Скорость движения сре­
ды характеризуется фазовым сдвигом
между исходными колебаниями и при­
нятыми после прохождения через сре­
ду. В ультразвуковых датчиках объем­
ного расхода входной величиной явля­
ется скорость движения замеряемой
среды, а выходной величиной — сдвиг
фаз (время).
Ультразвуковой расходомер УЭР
основан на принципе измерения фазы
ультразвукового колебания движущей­
ся средой. Разность фаз между колеба­
ниями— исходным и прошедшим че­
рез движущуюся среду является мерой
скорости испытуемой среды. В этом
расходомере в контролируемую среду
через стенку трубопровода посылаются
упругие колебания с частотой ультра-
73
V
ческий сигнал действует на сильфои
обратной связи и уравновешивает ко­
ромысло 7. Входным сигналом транс­
миттера является пневматический сиг­
нал 0,2н-1,0 ат. Измерительный предел
подбирается приблизительно, путем ус­
тановки измерительного диска соответ­
ствующего диаметра. Точная установка
I
предела осуществляется с
помощью ролика и регу­
лировочного винта.
1
Автоматический непре­
рывный
учет
объема
§
грунта, извлеченного зем­
5
лесосным снарядом, осу­
1
ществляется
с
по­
ч(
мощью консистометра-ин­
1
тегратора
типа
И
15
(рис.
■5
4.6). Консистометр-интеУ
и
гратор учитывает объем
А
переработанной водогрун­
У/УУЛ'
ж
III!
товой смеси и показывает
шиойШу
N
мгновенные значения ее
ЧХХ
|
насыщения.
КонсистоИ
■0
метр, устанавливаемый на
напорном пульпопроводе,
состоит из датчика с сельсинной дистанционной пе­
редачей, измерителя р ас­
хода водогрунтовой смеси
(или ее скорости), само­
писца и интегратора-ука­
зателя.
Интегратор-указатель
имеет интегрирующее и
Рис. 4.5. Трансмиттер скорости потока
задающее устройства, а
такж е указатель консистенции. Интегрирующее устройство
потока в стандартный пневматиче­
ский сигнал, который можно исполь­
содержит блок питания, генератор
зовать для дистанционного измерения,
импульсов и шаговые искатели насы­
записи и автоматического регулирова­
щения и скорости смеси, сельсин
ния.
указателя скорости движения смеси и
Трансмиттер потока (рис. 4.5) со­
конеистенции, задающие утроиства ско­
стоит из двух основных узлов: дисково­
рости и консистенции смеси и сумми­
го датчика и пневматического баланса.
рующий счетчик объема грунта. Кон­
Принцип действия трансмиттера сле­
систометр рассчитан на диапазон изме­
дующий: жидкость протекает через
нения насыщения смеси до 60% по
кольцевидное сужение между диском
объему и скорости движения ее от 1,75
датчика 8 и цапфой 1 с проходным к а ­
до 5,75 м/с.
налом, что вызывает перепад давлений,
Консистометр работает следующим
пропорциональный квадрату скорости
образом. Валик с кулачками генера­
потока. Действующая на диск сила, я в ­
тора импульсов интегратора вращается
ляю щ аяся результатом перепада д а в ­
двигателем через две сменные шестер­
лений, создает момент, который через
ни, передаточное число которых опре­
плечи 8 и 3 и соединитель 6 передается
деляется в зависимости от диаметра
на коромысло пневматических весов 4.
напорного грунтопровода. Генератор
Изменения расхода вызывают незна­
посылает в течение часа число импуль­
чительное движение заслонки 5 отно­
сов, соответствующее количеству кубо­
сительно сопла сужающего устроиметров грунта при максимальных зн а­
ства, а такж е изменения в пневмокамечениях насыщения смеси 60% и скоро­
ре усилителя 2. Усиленный пневматисти 5,5 м/с.
звука. Эти колебания «сносятся» дви­
жущейся контролируемой средой.
В Польше выпускают трансмитте­
ры скорости потока 1 Л Р , которые
предназначены для измерения расхода
жидкостей в промышленных и экспери­
ментальных трубопроводах. Трансмит­
тер преобразует величины скорости
*
N
\
и
«
V
Ш Ц Г1
/
/
/
/
.г
х \ \ \ \
ч
ч
о
74
Контакты соединенных каскаднопоследовательно-шаговых
искателей
так соединены с ламелями задающих
устройств консистенции или скорости,
"что каждый искатель пропускает на
суммирующие счетчики (как фильтр)
ту часть импульсов, которая соответ-
§ 4. УЧЕТ ШТУЧНОЙ ПРОДУКЦИИ,
ВЫРАБОТКИ
И П РОИ ЗВО ДИ ТЕЛЬН О СТИ
Учет выработки, производительно
сти в зависимости от специфики тех
нологического процесса может отра
СА
Рис. 4.6. Схема консистометра-интегратора типа И -15:
ШИС — шаговый
искатель скорости грунта; Ш И Н — шаговый искатель насыщения; ЗУС и ЗУК — задаю ­
щие устройства указателей скорости грунта и консистенции
«Г.
жать учет циклов, количество штучной
продукции или количество массы.
Автоматический учет штучной про­
дукции может производиться недиф­
ференцированно и дифференцирован­
но. Недифференцированный учет ис­
пользуется для подсчета общего чис.ла
единиц изделий без разделения на
группы по каким-либо признакам (раз­
мерным, качественным оценкам и т. п.).
При дифференцированном учете про­
изводится подсчет числа единиц изде­
лии по отдельным группам, характери­
зуемым указанными выше признаками.
Принципиально схему дифференци­
ального учета можно представить как
совокупность независимых параллель­
но работающих устройств недифферен­
циального учета для каждой группы.
Д ля недифференцированного учета
применяется схема с одним датчиком.
Д л я дифференцированного учета нуж­
но применять неско"лько датчиков, р а ­
ботающих обычно в двухпозиционном
режиме, но с настройкой каждого на
ствует насыщению и скорости движения смеси. Каждый кубометр извлечен­
ного грунта фиксируется на счетчике
объема грунта, а показания счетчика
объемов водогрунтовой смеси следует
умножать на определенный коэффи­
циент, постоянный для каждого прибо­
ра (в среднем — 1,54).
Консистометром автоматически и не­
прерывно учитываются изменения на­
сыщения смеси, а изменения скорости
движения смеси учитываются периоди­
чески при отклонениях средних скоро­
стей на величину, превышающую
.0,25 м/с. Блокировка питания с по­
мощью электроконтактных манометра
или вакуумметра обеспечивает подачу
тока в консистометр только в период р а­
боты грунтонасоса земснаряда. При­
менение консистометра позволяет под­
держивать оптимальные режимы р а­
боты земснаряда и его максимальную
производительность, а также учитывать
объем работы каждой смены.
75
I
Во многих случаях в фотоэлектри­
ческих счетчиках изделий должна быть
предусмотрена защита от срабатыва­
ний при ложных сигналах, вызывае­
мых, например, появлением в «поле
зрения» счетчика посторонних предметов.
срабатывание только при наличии у
изделия заранее заданного определен­
ного признака (например, при толщине
и длине в установленных пределах).
Число подобных датчиков должно рав­
няться количеству групп дифференци­
рованного учета.
|
В устройствах автоматического уче­
та штучных изделий в основном при­
меняют следующие датчики: 1) электроконтактные, основанные на зам ы ка­
нии или размыкании контактов, в зави­
симости от присутствия или отсутствия
изделия; 2) индуктивные, основанные
на изменении индуктивности катушки
от присутствия изделия; 3) емкостные,
принцип действия которых состоит в
изменении емкости конденсатора при
наличии изделия; 4) пьезоэлектрические, использующие возникновение
электрических зарядов на гранях не­
которых диэлектриков при их дефор­
мации; 5) фотоэлектрические, основан­
ные на использовании фотоэффекта и
выработке электрического сигнала при
пересечении луча света учитываемым
изделием.
По сравнению с механическими,
электроконтактными и другими типами
счетных устройств фотоэлектрические
«счетчики
Ш Й Ш Н и м е ю т следующие преимущества. Они позволяют производить
учет количества изделий независимо от
стадии технологического процесса, аг­
регатного состояния, формы и веса; де­
тали счетчика не контактируют со счи­
таемыми изделиями; счетчики обеспе­
чивают высокую скорость счета (10—
12 тыс. отсчетов в минуту и выше).
Фотоэлектрический счетчик, разме­
щенный на конвейере, состоит из осве­
тителя, фотоэлектрического датчика с
усилителем фототока и электромагнит­
ного импульсного счетчкка. Осветитель
устанавливается по одну сторону кон­
вейерной ленты, а фотоэлектрический
датчик с усилителем фототоков и элек­
тромагнитным счетчиком — по другую.
Каждое изделие при движении по кон­
вейеру пересекает световой поток ос­
ветителя, направленный на фотоэлек­
трический датчик. Возникающий при
этом импульс тока фотоэлемента после
вызывает
срабатывание
усиления
электромагнитного счетчика, Питание
счетчика осуществляется напряжением
24 Вт постоянного тока через контакты
магнитного пускателя, управляющего
электроприводом конвейера, Чувствительным элементом счетчика является
фотосопротивление типа ФС-К1.
Рис. 4.7. Фотоэлектрический счетчик из
делий
Д л я создания такой защиты служат
счетчики, реагирующие лишь на изде­
лия определенных размеров. На рис.
4.7 показана схема счетчика такого ти­
па. Счетчик имеет два фотоэлектриче­
ских датчика. Каждый датчик состоит
из фотосопротивления и осветителя.
Рис. 4.8. Схема тензометрических
крано­
вых весов
Датчики располагаются по ходу кон­
вейера. Расстояние между ними равно
ширине, а уровень расположения над
конвейерной лентой — высоте изделий,
количество которых учитывается. Элек­
тромагнитный счетчик получает им­
пульс тока только при одновременном
затемнении фотосопротивлений ФС1 и
ФС2 считываемым изделием. При этом
включаются реле 1Р и 2Р и замыкают­
ся контакты 1Р1 и 2Р1, т. е. счетчик
срабатывает лишь при прохождении по
конвейеру изделий с заданными или
большими размерами. Д л я того чтобы
на работу счетчика не влияли предме­
ты с размерами, превышающими за76
данные, перед ним можно поставить
заслонку, сбрасывающую такие предметы с конвейерной ленты.
Определенную специфику в кон­
струкции имеют автоматические кра­
новые весы. Они могут быть рычажны­
ми и тензометрическими. Тензометрические весы (рис. 4.8) выполнены в ви­
де упругого элемента — измерительной
каждого отсчета не превышает 1 с при
грузоподъемности крана 5 Т.
Работомер простейшей конструкции
(рис. 4.9) состоит из двух регистров
(использования крана по времени и по
грузоподъемности). Время работы к а ж ­
дого механизма записывается на бара­
бане 5 самописцами 6, которые вклю­
чаются через соответствующие реле 7
при включении какого-либо из двига­
телей 8^-11 крана.
тпт
Г
Т
Т
П
тттг
1
Использование крана по грузоподъ­
Х
Т
Т
Г
±
п11
Т
|
емности регистрируется с помощью
1111 11
5
пружинного динамографа, смонтиро­
6
ванного на крюковой подвеске. Д ина­
7
мограф, включающийся при натяжении
грузового каната 4, состоит из гидрав­
лического амортизатора 1, пружины 2
и барабана 3 с самописцем. Динамо­
граф фиксирует вес поднимаемого гру­
за и продолжительность его нахожде­
ния на крюке. Количество разрывов
кривой, фиксируемой на ленте бараба­
на, соответствует числу подъемов гру­
за. Недостатком работомера является
то, что графики, вычерчиваемые его
*)
самописцами, треоуют дополнительной
расшифровки.
Автоматический учетчик работы
О)
грузоподъемных
машин
(рис.
4.10)
не
Рис. 4.9. Схема работомера, регистрирующего рабоЛ
только
определяет
массу
поднимаемог
и
У/
ТУ крана:
с — установка динамометра;
б — регистратор машинного груза, но и регистрирует общий вес пе­
ИЯКл
времени
реработанного груза, число циклов и
машинное время работы крана. Учет­
чик состоит из узла взвешивания 7,
тяги 1, встроенной в неподвижную
нуль-индикатора (электронного усили­
ветвь грузового каната. Указатель ве"э
теля), программного устройства 3,
устанавливается в кабине крана. Изме­
счетчиков циклов 4, машинного време­
рительная тяга снабжена тензометряни 5 и массы груза 6. В состав узла
ческими системами 2 и 3 из проволоч­
взвешивания, представляющего собой
ных датчиков. Датчики включены в
электромеханический датчик, смонти­
измерительный мост, питающийся че­
рованный на грузовом канате 8, входят
рез стабилизатор 10 от источника пи­
два индуктивных датчика 9 и 10, вклю­
тания переменным током 50 Гц. Сиг­
ченных по дифференциальной схеме.
налы, получаемые на выходе двух из­
Сердечник датчика 9 соединен с упру­
мерительных систем 2 и 3, усиливаются
гим элементом, а сердечник датчика 10
ламповыми усилителями 4 и детекти­
кинематически связан с реверсивным
руются детекторами 6. Напряжение,
двигателем РД, 1, 2 — питание.
получаемое на выходе одного из уси­
лителей, измеряется регистрирующим
Учетчик работает следующим обра­
прибором 9 в зависимости от положе­
зом. При подъеме груза упругий эле­
ния переключателя 8. Блок сравне­
мент деформируется, и соединенный с
ния 7, установленный между выходами
ним сердечник индукционного датчика
усилителей, включает сигнальную лам ­
перемещается из нулевого (среднего)
пу 5 при наличии разницы между их
положения; нарушается равновесие
выходными сигналами, превышающи­
дифференциальной схемы и появляется
ми 3% от максимально допускаемой
э. д. с. разбаланса, подаваемая на вход
нагрузки, а также при выходе из строя
усилителя. Усиленное напряжение раз­
одного из усилителен. Накальные и
баланса подается на двигатель РД, ко­
анодные цепи ламповых усилителей
торый через кинематическую цепь пе­
питаются от блока питания 11- Точ­
ремещает сердечник датчика 10 до тех
ность весов составляет ± 3 % , а время
и
О
77
пор, пока не уравновесится дифферен­
циальная схема.
С осью двигателя связаны стрелка
измерительного прибора, показываю­
щая массу поднятого груза, и с по­
мощью гибкого валика счетчик 6, ре­
гистрирующий суммарную массу пере-
кания контактов 1РП-5 (2РП-5) и сра­
батывания реле Р ^ Р г ) . После каждого
замыкания контакты 2Рз включают
счетчик циклов 4, показания которого
при этом изменяются на единицу. Учет
машинного времени крана (с точностью
до 1 мин) осуществляется счетчиком 5,
Рис. 4.10. Схема автоматического учетчика работы крана:
/ — передвижной контакт; 2 — контактный вакуумметр; 3 — программное устройство- 4 —
счетчик циклов; 5 — счетчик машинного времени; 6 — учет массы груза; 7 — узел взвешива­
ния; 8 — грузовой канат; 9, 10 — индуктивные датчики; / / — электронный усилитель
работанного груза. При снятии груза
сердечник датчика 9 возвращается в
нулевое положение, сигнал на выходе
усилителя изменяет свою фазу на 180°,
изменяется в противоположную сторо­
ну направление вращения двигателя и
стрелка такж е возвращается в нулевое
положение. Программное устройство,
используемое для уменьшения влияния
динамических толчков на показания
весоизмерительных приборов, состоит
из поляризованного трехпозиционного
двухобмоточного реле РП-5. Обмотки
этого реле включены встречно в анод­
ные цепи выходных ламп электронного
усилителя. При подъеме груза двига­
тель РД, включается в случае срабаты­
вания реле времени Рз, которое проис­
ходит только после прекращения р аск а­
чивания груза.
При появлении э. д. с. разбаланса
(в результате каждого нового подъема
груза) токи в обмотках реле РП-5 не
будут равны, и главная обмотка двига­
теля Р Д включится только после замы-
которыи приводится синхронным дви­
гателем через реле тока Р 4, включен­
ное через трансформатор в цепь элек­
тропитания. Счетчик 5 не работает
только при выключении всех двигате­
лей крана. Электрическая схема уче­
та довольно сложна, однако ее рабо­
та устойчива, надежна и обеспечи­
вает точность взвешивания порядка
1,5%.
Учет различных вид о
энергии
(электрической, тепловой), потребляе­
мой на предприятиях строительной ин­
дустрии, осуществляется аппаратурой
общего назначения.
§ 5. УЧЕТ ВРЕМЕНИ РАБОТЫ
И ПРОСТОЯ
Наиболее распространенный метод
автоматического учета машинного вре­
мени и простоя основного оборудова­
ния выполняется по схемам электроча­
совой службы времени и, в частности,
Причина простоя регистрируется опе­
ратором в журнале.
На рис. 4.11 приведена схема учета
простоя и работы механизмов. При р а­
боте машины (механизма) трансфор­
матор тока ТТ подает напряжение на
реле Р, которое своим н. о. контактом 1
включает «Часы работы» (Ч Р ). При
остановке машины реле обесточивает-
импульсными счетчиками. Длительность импульса ббычно выбирается
равной I мин. Счетчик интегрирует им­
пульсы, поступающие в цепь питания
своей обмотки.
В цепь питания счетчика последо­
вательно включен контакт пускового
устройства электропривода механизма
и н. с. контакт промежуточного реле,
включенного в электрочасовую сеть.
Учет времени холостого хода механиз­
мов также производится электроимпульсными счетчиками. Цепь питания
счетчика последовательно включает в
себя н. о. контакты пускового устрой­
ства электропривода механизма и н. з.
контакт датчика наличия перерабаты­
ваемого материала или другого пока­
зателя машинного времени данного ме­
ханизма.
Д ля контроля времени простоя и
холостого хода дробилки можно ис­
пользовать другую схему. Логическое
устройство в зависимости от сочетания
получаемых сигналов вырабатывает на
самописец сигналы «Остановка», «Хо­
лостой ход», «Работа». Сигнал о хо­
лостом ходе вырабатывается логиче­
ским устройством при включенном маг­
нитном пускателе и отсутствии сигнала
о наличии продукта дробления на
транспортерной ленте. Сигнал о работе
дробилки под нагрузкой поступает на
самописец в случае одновременного
получения логическим устройством сиг­
налов о наличии продукта дробления
на ленте конвейера и включении маг­
нитного пускателя. Время простоя и
холостого хода дробилок может учи­
тываться по нескольким схемам.
При наличии в схеме электроприво­
да дробилок приборов для измерения
потребляемого тока или мощности, они
снабжаются двумя парами контактов,
одна из которых'замыкается при работе
под нагрузкой, вторая — при холостом
ходе. Третий сигнал подается при з а ­
мыкании блок-контактов магнитного
пускателя во время остановки дроби­
лок. Все три сигнала поступают в мно­
готочечный самописец, регистрирую­
щий режим работы дробилок всего
комплекса.
На некоторых предприятиях строи­
тельной индустрии предусмотрен учет
простоя механизмов при помощи ми­
ниатюрных счетчиков простоя, которые
на специальной панели
у с т а и а 1ливают
__
помещения оператора. При отключе­
нии механизма подается сигнал и
включается соответствующий счетчик.
Рис. 4.11. Схема учета работы и простоя
механизмов
ся, контакт 1 разрывается и включает
«Часы простоя» (ЧП) посредством н. з.
контакта. 2. Часы — обычные вторич­
ные, электрические.
Д ля передачи и автоматического
учета информации об использовании
оборудования во времени разработано
устройство УПИ-1. Установка УПИ-1
производит: автоматическую регистра­
цию (на табло диспетчера) времени
простоя оборудования с указанием при­
чины простоя; автоматическое сумми­
рование времени простоя всего контро­
лируемого оборудования отдельно по
каждой причине простоя; автоматиче­
скую графическую запись количества
работающего оборудования в любой
момент времени; передачу информации
(с помощью симплексной громкогово­
рящей связи) мастеру о ходе выполне­
ния сменного задания с каждого р а ­
бочего места; автоматическую переда­
чу сигнала о простое оборудования в
соответствующие службы, цехи и на
пульт мастера.
При выключении двигателя главно­
го привода механизма на табло диспет­
чера автоматически начинается отсчет
времени простоя (в минутах) соответ­
ствующими счетчиками (левый — фик­
сирует простой по вине рабочего, пра­
вы й — общий простой), и загорается
сигнальная лампа. Если -механизм ос­
тановлен не по вине рабочего, а по ка­
кой-либо другой причине (отсутствие
деталей, порча механизма и др.), то ра­
бочий включает тумблер на своем пуль79
те и набирает на номеронабирателе
шифр причины простоя. В этом случае
на табло диспетчера немедленно заго­
рается сигнальная лампа, соответ­
ствующая набранной причине простоя,
автоматически отключается левый счет­
чик.
Одновременно
автоматически
включается один из девяти суммирую­
щих счетчиков (расположенных в верх­
ней части табло), считающий простой
по данной причине на всем участке с
сигнальной лампой на табло простоя
соответствующей службы.
Каждое включение механизма ре­
гистрируется на самопишущем прибо­
ре, который имеет шкалу, проградуиро­
ванную на 40 единиц оборудования.
Это дает возможность в любой момент
знать количество работающих станков.
Графическая запись о загрузке обору­
дования на ленте прибора ведется в те­
чение всей смены. Полученный график
позволяет провести анализ равномер­
ности загрузки оборудования в тече­
ние смены. При необходимости опера­
тивного решения какого-либо вопроса,
мастер и рабочий могут связаться друг
с другом, воспользовавшись громкого­
ворящей связью. Мастер вызывает р а ­
бочего через микрофон, рабочий — на­
жатием кнопки на своем пульте. На
пульте мастера начинает мигать лампа.
В случае простоя станка соответствую­
щая лампа на пульте светится в полна­
кала. При вызове мастера на связь с
этого рабочего места лампа начинает
светиться в полный накал.
Автоматический учет времени р а­
боты земснаряда может производиться
с помощью часов Л Д Г-2 (рис. 4.12).
Часы состоят из синхронного двигателя
СД и связанных с ним через зубчатые
передачи двух счетчиков: вахтенного
СВ и навигационного СН. Двигатель
СД блокируется с контактным вакуум­
метром (контактным манометром или
с пусковым устройством грунтового на­
соса) и автоматически включается при
достижении задаваемого вакуума, при
котором начинает работать земснаряд
(или при включении грунтового на­
соса ) .
.й": % ■' Д
СX Г Ро -
V
Рис.' 4.12
Схема
прибора
(тип
Л Д Г -2) учета рабочего времени зем­
снарядов
СВ учитывает время работы земсна­
ряда за вахту, по окончании которой с
помощью специального сбрасывателя
показания счетчика устанавливаются
на нуль. СН суммирует время работы
земснаряда нарастающим итогом за период всей навигации.
Учет машинного времени работы
конвейера осуществляется работомером, выполненным в виде вторичных
электрочасов. При включении двигателя привода конвейера ток подается
в катушку реле (через трансформатор
тока), которое, срабатывая, включает
своим н. о. контактом электрочасы, ре­
гистрирующие работу. При остановке
конвейера н. о. контакт разомкнется, а
н. з. контакт реле включит электроча­
сы, регистрирующие простой.
•»
ГЛАВА
Д И С П Е Т Ч Е РИ ЗА Ц И Я
5
ПРОИЗВОДСТВЕННЫ Х
ПРОЦЕССОВ
Д ля контроля за ходом процесса
диспетчеру не обязательно знать коле­
бания параметра в зоне его нормаль­
ных значений; важно, чтобы он не вы­
ходил из этой зоны.
В схемах диспетчеризации, в кото­
рых кроме контроля предусмотрена оп­
тимизация
процесса,
приобретают
большое значение абсолютные величи­
ны параметров, даже если они не вы­
ходят за пределы допустимых при нор­
мальном технологическом процессе.
При двух-, трехступенчатой системе
диспетчерского управления весь объем
информации должен быть дифферен­
цирован, так как часть информации,
получаемой от местных систем контро­
ля и управления на первой ступени
диспетчерского управления, не переда­
ется на следующую, более высокую
ступень диспетчеризации, а использу­
ется для непосредственного оператив­
ного управления. Остальная часть ин­
формации может в соответственно пе­
реработанном и концентрированном
виде передаваться на вторую (или
третью) более высокую ступень диспет­
черского управления для анализа, вы­
работки решении с учетом заданного
критерия оптимизации, передачи ко­
манд местным системам управления и
диспетчерам первой ступени и т. д.
Устройство диспетчерского управле­
ния должно позволять диспетчеру на­
бирать любую необходимую техноло­
гическую схему объекта путем набора
головных механизмов. Соответствую­
щие блокировки исключают распро­
странение по тракту нарушений в ра­
боте отдельных механизмов. Работа
технологических механизмов контроли­
руется датчиками. Д ля опробования
механизмов и их наладки должна быть
предусмотрена возможность перехода
с диспетчерского управления на мест­
ное, что осуществляется с помощью пе­
реключателей, установленных на бло->
ках управления в распределительных
пунктах.
§ | Д И С П Е Т Ч Е РС К О Е УПРАВЛЕНИЕ
И ВИДЫ ЕГО СВЯЗИ
Диспетчеризация — это централизо­
ванный (концентрированный) опера­
тивный контроль и управление произ­
водственным процессом.
Цель диспетчеризации — обеспечить
■■
отдельных
раооту
согласованную
звеньев предприятия или группы пред­
приятий, при которой достигаются наи­
высшие технико-экономические показа­
тели, выполнение графиков работы и
производственной программы. Диспет­
черизация представляет собой комп­
лекс организационно-технических ме­
роприятий, объем и уровень которых
зависят от характера производства, его
технического уровня и структуры уп­
равления.
Одним из условий эффективного по­
строения систем диспетчерского управ­
ления является наиболее целесообраз­
ная централизация информации и ее
обработки. Диспетчерское автоматизи­
рованное управление сочетает элемен­
ты диспетчерского централизованного и
автоматического управления. В слож­
ных системах диспетчеризации одно­
ступенчатая структура оказывается
громоздкой и трудно обслуживаемой.
В этих случаях применяется диспетче­
ризация с двумя или большим числом
степеней управления.
[ Системы диспетчерского контроля
и управления предприятием подразде­
ляются на: 1) централизованную (од­
ноступенчатую) с единым центральным
диспетчерским (операторским) пунк­
том; 2) с самостоятельными рассредо­
точенными операторскими пунктами;
3) смешанные, включающие систему с
рассредоточенными
операторскими
пунктами и центральным диспетчер­
ским пунктом (двухступенчатая) и си­
стему с рассредоточенными оператор­
скими пунктами, из которых один вы­
деляется в качестве главного.
81
IЯ
Устройством диспетчерского управ­
ления автоматически задается строго
определенный порядок пуска и останов­
ки механизмов объекта, исключающий
возникновение ошибок в операциях
диспетчера и персонала, находящегося
на объекте. Диспетчер дает команду
на пуск отдельных участков или всего
технологического потока после того,
как убедится в правильности своих
действий по мнемосхеме.
Диспетчер должен иметь возмож­
ность по своему усмотрению выклю­
чать и отключать световую сигнализа­
цию на щите, за исключением сигна­
лов, характеризующих работу участ­
ков
(или трактов)
в целом, и
сигналов, характеризующих направ­
ление технологического потока (пере­
грузочные устройства и пр.). Однако
в случаях возникновения в ПТС а в а ­
рийных изменений световая сигнали­
зация данного участка или всего щи­
та (пульта) должна включаться ав­
томатически.
Связь и наблюдение из диспетчер­
ской делится на следующие виды:
1) проволочная — телефонная, теле­
графная, фототелеграфная, громкого­
ворящая, высокочастотная (по прово­
д а м ); 2) радиосвязь— связь диспет­
чера с подвижными и неподвижными
объектами; связь диспетчера с испол­
нителям и— крановщиками, т а к е л а ж ­
никами, прорабами
(радиостанции:
Ж РС-4С, Ж Р-4П , ЦРС-АРС, Ж Р -5 );
3) телевидение — одноточечная
(ка­
мера приемная), избирательная (при­
емная с коммутатором); 4) сигнализа­
ция — звуковая, световая.
В зависимости от дальности пере­
дачи сигнала системы телеметрии бы­
вают ближнего (до нескольких км),
среднего (десятки км), дальнего дей­
ствия (сотни км).
Основными видами оперативнодиспетчерской связи являются теле­
фонная и радиосвязь.
На рис. 5.1 приведены структурные
схемы диспетчерской радиотелефон­
ной связи строительной организации.
Н а производстве, через г р о м к о г о ­
в о р я щ у ю с в я з ь передают распо­
ряжения и вызывают лиц, находящих­
ся на открытых территориях и в закры ­
тых помещениях. Р а д и о р е л е й н у ю
с в я з ь применяют при наличии радио­
релейных линий в тех случаях, когда
осуществлена средствами проводной
связи и радиосвязи. Т е л е г р а ф н у ю
с в я з ь применяют для приема и пере- •,Ка
дачи моментальной диспетчерской ин- Ц
формации.
Ф о т от ел е г р а ф ну юк 1
с в я з ь применяют для передачи на рас- к
стояние копий оперативных докумен-Ц*
тов. П р о м ы ш л е н н о е т е л е в и д е - |
н и е необходимо для визуального на-; I
блюдения за ходом работ. З в у к о з а - : I
п и с ь применяют для фиксации ; Щ*
последующего воспроизведения вы- |
ступлений участников диспетчерских I
совещаний, а такж е многократно по- |
вторяемых оперативных распоряжений. I
Радиосвязь в строительстве исполь- I
зуется для передачи оперативной и н - Ц |
формации по управлению ходом строи- 1 1
тельного производства в тех случаях, I
когда связь не может быть осуществле- 1 К
на с помощью проводных средств или I
когда осуществление проводной связи I
требует больших затрат, которые не I
оправдываются из-за временного хаI
рактера сооружений связи. Так, в ус1
ловиях строительства передача инфорI
мации не может быть осуществлена
1
с помощью проводных средств связи с
1
подвижными объектами: автомобиляI
ми, автономными строительными машиI
нами и механизмами (кранами и др.).
I
В этих случаях используется короткоI
волновая (КВ) и ультракоротковолно- I
вая (УКВ) радиосвязь.
Я I
Все радиостанции, используемые в |
строительном производстве для органиI
зации радиотелефонной связи, условно I
могут быть разделены на две группы: К
1) радиостанции прямой радиотелефон­
ной связи; 2) радиостанции коммути- I
руемой радиотелефонной связи.
ИI
Радиостанции прямой радиотеле- I
фонной связи делятся на: а) произвол- I
ственныр радиостанции, предназначен- |
ные для связи с передвижными или I I
удаленными объектами и бригадами § I
пределах одного географического пунк- |
та на частотах УКВ диапазона;
ЯН
б)
радиостанции дальнего действия,
предназначенные для организации свя- I
зи с абонентами, находящимися на р а с - 11
стоянии 50— 100 км и больше на ч а с т о - И
тах КВ диапазона.
Щ
В строительстве крупного города И
для диспетчерского управления приме- няются УКВ
радиостанции
типов
«Марс», «Дистанция», «Гранит».
®|
В целях использования в строитель­
стве однотипных радиостанций УКВ
диапазона для связи с объектами на
расстоянии до 30 км используют радио­
станции типа «Гранит», так как они
обеспечивают симплексную или дуп82
5К
О
яс Сщ2-
о ос
со
н
о
а!
К
О
со
соИ
К
ш
х
Ко
сС'О*
н Ч
оа ф
н
|
О
I
п
СЧ|
г г -з^ о тЦ
сX
05 • - •* к
ей С- ^
С- С < У <
—
«С5
со
к^
СО
О
щ С,
Е- =Х
* л Н с
>» = х со. аа>’
с. л М035
*О* ч
0) К С О.
н “ С
СЗоод
«V» * в яс о
и
1
=
3
о
СО
о
сс
~
1
х* &
*
<
О
Ш го О о, 8 2
о
О
5
О
о
И
ка
эн аа к |н0)# а^>1
а С Щл
« хх Я а>
н
О <и в*~*
5
В
1Рг*
•еО) К ^ Л
_1
Ш
С
Х^ Н ид
о , ?
<У 03 о {- г»
н
о
§ 1 1 &1
К я"0 Щ
со .« с
со 20 КМ
с* О. Я 03 •*■
6
*
Я
|
§
о& м *о X «
о Я
в 5я сш
>
Я
о
ш >
ро
д
а*
<
и
м
и о
л
х
Я
& «•& Я а» &
н а^н
<и Н й) С) <и ао,
С и н о н а>
о
1з°сс |' оI ас>
52^** О
—
43
О
<1
I
□а
О
х
О
(X)-V
«""*
• к1Ге(
з: со 3*
ш
«®; п О.
\к с:я*•соНа>^
и
О
о
н ■ са
г
а
СО « як н н
С
О
а
а.
н
о
2
«
=
с
«
а>
>ч
.
В
»
|
х
с •0- п е( 2
о со л о со г
с, О. >0
а ц
а . й)\
ка> * I
>» 8^6
н н
>* I -2>
йб Ш
>>
со
т -О
с- Ш
н >. 1 ч X
»
н
Ь
а»
к
О
Н
«
0)
>%
я о
® о т-}
>о
в*
ю н
О
о о.
Н
о
яСПр « ?
а I _ <2 о
К Ю § § З оо>.1
а
и
Э
5
а 2 <и И
со к ^ <и
к5 *
ао оа- в о ох.
со I
О
5 аШр. I
• *
—- И
. .
Гм
53
«*э
.§
О
-О
Б
со
<о
#
• е - ^ ? .5
55 I
?»
8 ^ «
в О»
« 03
С
со
оо ^ , 1Гич я
«3
—, гз "и 5
^
а
3
сВ
^ 4>
300
о
Е*га *а
Яо
Xж
| § *и3з оо»
I а й> Ф
сон 3*
Определение основных характери­
стик информации (направление цирку*
ляции, содержание, объем, форма и
периодичность) дает возможность на­
учно обосновать целесообразность при­
менения средств вычислительной тех­
ники для ее обработки, ликвидировать
дублирование в работе, совершенствовать структуру управления, повысить
производительность труда и произве
сти обоснование систем оперативно^
связи в строительстве.
Ш
В систематизированной информа­
ции на каждом направлении циркуля­
ции относительно устойчивыми являются лишь содержание и форма. Ос­
тальные характеристики меняются и
указать их заранее возможно только с
определенной вероятностью. Значит,
систематизированная информация име­
ет вероятностный характер. Этот вывод
распространяется и на несистематизи­
рованную информацию, которая возни­
кает случайно в результате оператив­
ной хозяйственной деятельности. Слу­
чайный характер данной информации
понимается в том смысле, что направ­
ление ее передачи, содержание, объем,
форму и периодичность невозможно
указать заранее с абсолютной досто­
верностью. Несистематизированной ин­
формацией является, например, инфор­
мация о срывах, приказы, оперативные
распоряжения и др. Таким образом,
систематизированная и несистематизи­
рованная информации отличаются сте­
пенью устойчивости отдельных своих
характеристик.
.
я
Описание потоков информации обо­
их видов возможно путем применения
категорий теории вероятности. Наибо­
лее полную характеристику случайно­
го процесса дают функции распределе­
ния случайных величин, которыми яв­
ляются основные характеристики пото­
ка информации.
Я
Д л я получения законов распределе­
ния случайных величин необходим со­
ответствующий статистический мате­
риал.
-‘ ;
Изучение систематизированной и
несистематизированной информаций по
основным характеристикам, т. е. коли­
чественного описания потоков инфор­
мации, позволяет ликвидировать неоп­
ределенность в оценке информацион­
ных систем в строительных организа­
циях, установить степень точности
полученных результатов и производить
расчет информации.
лексную связь абонентских радиостандо км в условиях
ции в радиусе до 30
среднепересеченной местности, а также
абонентских радиостанций между со­
бой.
’
''’ч-И /
На рис. 5.2 приведена структурная
схема применяемого в системе диспет­
черского управления телемеханическо­
го устройства передачи сообщений дис­
кретными сигналами ТУ, ТР и команд
вызова телеизмерения ВТИ. Вызов не­
обходимого телеизмерения производит1
^
<Ц
§
II
€
■*>®
1
1Ц
||
1$
м
'45
1
1------------------------------------------
|
т
у ,
т
1-
Линия связи
1
р
•—
/ Г / 7
1
^
-
И
Линия связи
Измерение
Рис. 5.2. Структурная схема телемеханического
устройства:
Т У — сигнал команд телеуправления производствен­
ными установками; ТР — сигнал телерегулирования;
ВТИ — сигнал команды вызова телеизмерения; КР —
коммутирующие реле; ПУ — пульт управления; КП —
коммутирующий пункт; П Д — пульт диспетчера
ся при помощи коммутирующих реле
КР, которыми линия связи подключа­
ется к выходу одного из датчиков с
электрическим непрерывным сигналом
постоянного тока или импульсными по­
стоянного тока, изменяющимся по час­
тоте. В первом случае на выходе линии
связи включается магнитоэлектрический прибор, а во втором — частотомер.
Дискретные сигналы от объектов
сигнализации в полукомплекте ПУ
(пульт управления) запоминаются за
цикл обегания, если устройство цикли­
ческого действия, или до возникнове­
ния нового состояния объектов сигна­
лизации (при спорадической передаче).
§2. ИНФОРМАЦИЯ В СИСТЕМЕ
УПРАВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВОМ
Информация в системе управления
строительными организациями может
быть систематизированной и несисте­
матизированной. К систематизирован­
ной информации относятся .сообщения,
которые имеют установленную форму
(заявки, требования), регламентиро­
ванное содержание (план, отчет о вы­
полнении плана), установленную пе­
риодичность (отчетность).
84
Изменение объема систематизиро­
ванной информации можно рассматри­
вать по всему потоку информации
строительной организации, по отдель­
ным направлениям потока, по отдель­
ным показателям содержания.
Эффективное управление строитель­
ством может быть обеспечено в том
случае если так называемая оператив­
ная информация о возникших отклоне­
ниях от плана, поступающая в управ­
ляющие органы, а также информация
об управлении процессом будут цирку­
лировать без потерь и поступать свое­
временно. Это возможно лишь при ав­
томатизации управления.
Автоматизированная система позво­
ляет уменьшить неопределенность по
сравнению с неавтоматизированными
системами управления.
За счет упорядочения организации
строительства и других мероприятий,
проводимых при внедрении автомати­
зированных систем управления, вероят­
ность принятия правильных решений
увеличивается, это является результа­
том уменьшения неопределенности, ру­
ководитель обладает большой инфор­
мацией о состоянии объекта.
|
.
р е — избирании механизмов, намечен­
ных к пуску (останову). При этом
должна быть предусмотрена возмож­
ность наглядного контроля правильно­
сти произведенного набора по положе­
нию ключей избирания или по мигаю­
щим лампам каждого механизма,
характеризующего
состояние всего
тракта. Включение механизмов в ра­
боту после подачи исполнительной
команды должно сигнализироваться
загоранием ламп или переводом горе­
ния ламп с мигающего на ровный свет.
При подаче исполнительной команды на отключение сигнальные лампы
всех механизмов, намеченных к оста­
нову, должны погаснуть. Аварийный
останов механизмов (по команде дис­
петчера) должен сигнализироваться
погасанием соответствующих сигналь­
ных ламп или переводом их на мигаю­
щий свет. При этом должен появиться
звуковой сигнал, привлекающий вни­
мание диспетчера к щиту (или пульту)
управления.
Схема сигнализации должна обе­
спечивать возможность съема звуково­
го аварийного сигнала.
Схемы сигнализации должны обе­
спечивать диспетчеру отображение со­
стояния (или положения) всех управ­
ляемых механизмов и технологических
параметров
(уровень, температура,
масса и т. п.), а также возможность
съема звукового аварийного сигнала.
Технологические параметры с точки
зрения сигнализации делят на две груп­
пы: 1) параметры, отклонение которых
от нормальной величины, требует не­
медленного привлечения
внимания
диспетчера к щиту, сигнализации (на­
пример, предельные уровни в емко­
стях); 2) -параметры, отклонение ко­
торых не требует немедленного при­
влечения внимания диспетчера к щиту
(например, промежуточные уровни).
Отклонение одного из технологических
параметров первой группы от нормаль­
ной величины должно сопровождаться
звуковым сигналом (отличным от ав а­
рийного) и соответствующим световым
сигналом; сигнализация параметров
второй группы — загоранием (или по­
гасанием) сигнальных ламп.
Световая сигнализация может ра­
ботать: на зажигание (рис. 5.3, а), на
погасание (рис. 5.3, б) лампы, на ос­
лабление ее накала (рис. 5.3, в) и на
переключение с ровного света на ми­
гающий (рис. 5.3, г). Выбор узла в
данном случае определяется удобством
Щ
[
§ 3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
СИГНАЛИЗАЦИЯ
Сигнализация является обязатель­
ной составной частью всех видов цент­
рализованного контроля и управления,
в частности диспетчеризации.
Под т е х н о л о г и ч е с к о й с и г н а ­
л и з а ц и е й понимается сигнализация
* предельных значений отдельных пара­
метров, характеризующих ход технолоI гического процесса. Под п р о и з в о д ­
с т в е н н о й с и г н а л и з а ц и е й по­
нимается
сигнализация
состояния
(включен, отключен) агрегатов и меха­
низмов, участвующих в технологическом процессе. Наиболее распространена световая сигнализация, а также све­
товая сигнализация в сочетании с зву­
ковой.
Большинство предприятий строи­
тельной индустрии оснащено поточно­
транспортными системами, управляе­
мыми с диспетчерского пульта.
Пуск (останов) механизмов поточ­
но-транспортных систем (ПТС) дол­
жен осуществляться двумя операциями:
подготовительной
и
исполнитель­
ной. Подготовительная операция з а ­
ключается в предварительном выбо­
«Г
.
||
85
ияется схема (рис. 5.3, г). В случаях,
когда в схеме несколько ламп, их не­
обходимо проверить (рис. 5.3, д). При
повороте ключа опробования ламп
КОЛ в положение опробования 0 П1>
все лампы загораются.
Нормально ключ КОЛ на­
0пр 0 Опр
ходится в положении 0.
На рис. 5.4 показана
схема
технологической
сигнализации .с много­
кратным действием звуко­
Опр
Опп
вого сигнала. При замытехнологического
кании
контакта загорается соот­
ветствующая сигнальная
7т
лампа и подается звуковои сигнал, который сни­
мается кнопкой съема сиг­
нала. Сигнальная лампа
остается гореть до размы­
кания
технологического
контакта. При замыкании
одного из технологиче­
ских контактов ТК заго­
рается соответствующая
сигнальная
лампа
Л.
Одновременно включает­
Рис. 5.3. Схемы световой сигнализации:
ся звуковой индикатор З В
а , б, в , г — о работе механизма; д — с ключом опробования ламп
по цепи элементов За, 4в,.
5а, 6в, ВУМ. Снятие зву­
зации, показанный на рис. 5.3, Ц кото­
кового сигнала производится кнопкой
рый обеспечивает контроль перегора­
СГ. От нее сигнал через элементы 1а и
ния лампы или обрыва питания. Д л я
2в подается на запрещающую обмотку
более ответственных механизмов или
элемента За. Звуковой сигнал исчезает^
при большом количестве сигналов, ког­
Сигнал на запрещающей обмотке удер­
живается «памятью» (2в и 1а) до тех
да необходимо быстро привлечь внима­
ние обслуживающего персонала, примепор, пока не разомкнется ТК- При р а з -
эксплуатации и важностью функции,
выполняемой механизмом. Первые два
распространен­
^варианта — наиболее
ные. Д ля относительно ответственных
механизмов применяется узел сигнали-
о
Рис. 5.4. С5сема технологической сигнализации
с многократным действием звукового сигнала
мыкании ТК лампа Л гаснет. Схема
обеспечивает многократное действие
звукового сигнала.
Проверка исправности ламп и зву­
кового индикатора производится кноп­
кой ПЛГ. Питание логической части
схемы и ламп двухполупериодным вы­
прямленным напряжением 12В позво-
ГО раз. Длительность переходного про­
цесса при включении лампы определя­
ется ее конструктивными особенностя­
ми (материалом нити накала, составом
газа, заполняющего баллон, габарита­
ми баллона и т. п.) и равна примерно
40— 100 м/с. При замыкании одного из
ТК в цепи лампы Л создается кратко­
временный импульс тока, значительно
превышающий величину тока в устано­
вившемся режиме. В результате повы­
сится напряжение на сопротивлении
Не, откроется диод Д 4 и начнется заряд
конденсатора С. На элемент 1 в пода­
ется входной импульсный сигнал. В це­
пи элементов 1в, 2в, За, ВУМ срабаты­
вает звуковой индикатор ЗВ.
Кратковременный импульсный сиг­
нал, поступивший при замыкании ТК
на элемент 1 в, запоминается «па­
мятью» (элемент 1в и конденсатор С).
После увеличения сопротивления л а м ­
пы Л падение напряжения на сопротив­
лении Кд уменьшается и Д 4 запирается.
Снятие звукового сигнала производит­
ся кнопкой СГ. От этой кнопки сигнал
подается на запрещающую обмотку
элемента 1в, сним ая. «память». При
размыкании ТК лампа Л гаснет. Одновременно снимается звуковой сигнал.
Схема обеспечивает многократное дей­
ствие звукового сигнала. Время прие­
ма следующего сигнала составляет
1 -7-5 с в зависимости от типа ламп.
Проверка исправности ламп и звуко­
вого индикатора производится кнопкой
ПЛГ. Диоды Д 2 и Д 4 служат для устранения взаимного влияния цепей схе­
мы. Схему рекомендуется применять
при количестве сигналов до 30. К а ж ­
дые 10 цепей сигнализации должны
разделяться между собой диодами.
На рис. 5.6 показана схема технологическом сигнализации с многократ­
ным действием звукового сигнала и
мигающим светом. При замыкании тех­
нологического контакта загорается ми­
гающим светом соответствующая сигнальная лампа и подается звуковой
сигнал, и лампа переходит I на 1В1ЙН1
ровное
свечение. При размыкании технологи­
ческого контакта сигнальная лампа
гаснет. При замыкании одного из тех­
нологических контактов ТК по цепи
элементов За, 4в, 5а, 6в, ВУМ срабаты­
вает звуковой индикатор ЗВ и через
элементы 9в, 10а, Ив, 15а, 12, 13а,
включается источник мигающего све­
та. На шине ШМС появляется пульси­
рующее напряжение. Одновременно
сигнал поступает на вход элемента 7в
Рис. 5.5. Схема технологической сигна­
лизации с многократным действием зву­
кового сигнала с использованием тока
включения ламп
ляет значительно уменьшить количест­
во повторителей в схеме. Диоды Д 1
служат для устранения взаимного
влияния цепей схемы. Диоды Дг вклю­
чаются на входы элементов 4в. Схему
рекомендуется применять при коли­
честве сигналов до 30. Аппаратура
монтируется на одном блоке бескон­
тактной станции управления. Д ля на­
дежной работы логической схемы не­
обходимо, чтобы входные сигналы эле­
ментов от технологических датчиков
ТК были не ниже 8—9 В (среднее зна­
чение).
На рис. 5.5 представлена схема тех­
нологической сигнализации с много­
кратным действием звукового сигнала с
использованием тока включения ламп.
При замыкании технологического кон­
такта загорается соответствующая сиг­
нальная лампа и подается звуковой
сигнал, который снимают кнопкой съе­
ма сигнала. Сигнальная лампа остает­
ся гореть до размыкания технологиче­
ского контакта. Принцип действия схе­
мы основан на изменении сопротивле­
ния ламп накаливания.
Сопротивление нити накала в горя­
чем состоянии больше сопротивления
нити в холодном состоянии примерно в
и
О
87
§ 4. ДИСПЕТЧЕРСКАЯ СИСТЕМА
КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ
В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ
и на запрещающую обмотку элемента
8в, запрещая ровное свечение лампы
Л. Другой сигнал на вход элемента 7з
поступает с шины мигающего света
ШМС. Поэтому выход элемента 7в но­
сит пульсирующий характер, и лампа
Л, включенная через усилитель УС, го­
рит мигающим светом. Снятие звуко­
вого сигнала производится кнопкой СГ.
От нее сигнал через элементы 1а и 2а
Диспетчерская система контроля и
управления наиболее распространена з
строительной индустрии. Наибольший
эффект дает применение этой системы
в предприятиях, технологический про­
цесс которых включает транспортные
ШГ
Рис. 5.6. Схема технологической сигнализации с многократным действием звукового
сигнала и мигающим светом
процессы выходящие за пределы осНапример,
предприятия.
новного
транспортирование сырья на цементнои асфальтобетонные заводы, отпуск цементно-1 и асфальтобетонных смесей,
отправка железобетонных конструкций
с завода-изготовителя на монтаж и др.
комбинаты
Домостроительные
(ДСК) осуществляют весь комплекс
работ от изготовления изделий до мон­
тажа, отделки и сдачи в эксплуатацию
готового объекта. Весь комплекс про­
изводственных, транспортных и строи­
тельно-монтажных работ Д С К пред­
ставляет собой единый технологиче­
ский процесс, увязанный во времени на
всех его этапах.
Одной из трудоемких и сложных з а ­
дач управления, требующих переработ­
ки большого объема информации, яв­
управление
диспетчерское
ляется
работами
строительно-монтажными
подается на запрещающую оомотку
элемента За. Звуковой сигнал исчезает.
Сигнал на запрещающей обмотке элеулеоживается «памятью»
мента За удерживается
(элементы 2в и 1а) до тех пор, пока
не разомкнется ТК. При снятии звуко­
вого сигнала снимается сигнал с запре­
щающей обмотки элемента 8в и сигна­
лы с входов элементов 7в и 9в. Лампа
Л через элемент 8в и УС загорается
ровным светом. При размыкании ТК
лампа Л гаснет. Проверка исправности
ламп и звукового индикатора произвоводится кнопкой ПЛГ. Диоды Д] слу­
ж а т для устранения взаимного влияния
цепей схемы. Диоды Дг включаются
на входы элементов 4в. Схему рекомен­
дуется применять при количестве сиг­
налов до 15.
Д л я оценки качества сигнализаций
существенное значение имеет конструк­
ция пульта диспетчера. Критерием
оценки хорошей конструкции пульта
может служить число отдельных дей­
ствий оператора и количество инфор­
мации, подлежащей запоминанию (на­
пример, для проведения операций из­
менения настройки или привода из ав­
томатического режима на ручной и на­
оборот) .
дек.
.
^ :М1 Я Н Я
Одновременно в изготовлении мо­
жет находиться ряд разнотипных объ­
ектов на разных стадиях готовности и
на территориально разбросанных строи­
тельных площадках. Д л я обеспечения
запланированного ритма монтажных
работ, монтажа объектов с «колес»
88
н
В схеме предусмотрены кроме цент­
рального диспетчерского пункта заво­
да местные дистанционные щиты уп­
равления и контроля (поз. 1— 19).
Пункты, контроля и управления
взаимосвязаны дистанционным управ­
лением (ДУ), сигнализацией (С), бло-
транспорта, исключения лишних зап а­
сов деталей на стройплощадках, приво­
дящих к порче и потерям, детали долж ­
ны поставляться на строительные пло­
щадки строго по графику, через опре­
деленные интервалы времени. Для
эффективного управления столь слож-
Я
с
<о
[со!
из
«О
с о
Склад тол 1
кителей
В Iщщм
С*) р:
0:3К
Выйача.
Питатель
динтоОой
мр
§1
11
1
Сиао
цемента
оно смеси
| Бею
| тельный цех
-
*=Сз|
Ц
ШШад
И«с>|
Гладный производственный корпус
компрессор
мая станция
Р ис. 5.7. Схема диспетчерского управления заводом железобетонных изделий
кировкой (Б), диспетчерской связью
(ДС), производственной громкоговоря­
щей связью (ПГС), контролем (К), ав­
томатическим регулированием (АР).
Системы автоматизированного дис­
петчерского управления (САДУ) до­
мостроительными комбинатами внед­
рены в ряде городов.
На рис. 5.8 приведена блок-схема
(САДУ), осуществленная в ряде горо­
дов СССР. Система позволяет вести
одновременный поточный монтаж се­
ми, а при незначительной переделке -гдо 20 домов и обеспечивает управление
сквозным потоком по изготовлению и
комплектным поставкам на стройпло­
щадки сборных конструкций жилых до­
мов в соответствии с технологической
последовательностью их монтажа; ав­
томатизацию учета изготовления и
выдачи сборных конструкций на мон­
таж; автоматизацию получения дан­
ных для технологического анализа
планируемого и фактического хода мон­
тажа домов; автоматизацию подготови­
тельных процессов для механизирован­
ного учета материалов, начисления з а ­
работной платы и др.; телевизионное
ными комплексами необходима диспет­
черская служба, оснащенная современ­
ной техникой.
Диспетчерская служба, не оснащен­
ная средствами автоматизации и электронной техники, не может обеспечить
эффективного и ритмичного управле­
ния производством.
В ДСК, представляющем собой
большой конвейер, можно различить
гри главных узла: машины, изготов­
ляющие элементы здания, сборочные
площадки и соединяющий эти узлы
«рольганг» в виде ритмично курсирую­
щих между производственными цехами
и строительными площадками комби­
ната панелевозов и других специали­
зированных автомобилей.
Заводы железобетонных изделий
являются первым и важнейшим звеном
«большого конвейера» ДСК, предопре­
деляющим возможность ритмичной р а ­
боты всего комплекса, и к диспетчер­
скому управлению этими заводами
предъявляются высокие требования.
На рис. 5.7 приведена схема дис­
петчерского управления заводом желе­
зобетонных изделий.
89
Промышленная
телевизионная
установка
Установка поисковой’
громкоговорящей
' связи
Устройство нанесения
информации
*а телеграфную ленту
Устройство
ввода шифра
дома и получателя
Система
радиосвязи
—■- -
1
Блок корректировки
суточного темпа
поставки
комплектов
Блок программ
монтажа домов
Блок времени
и дата
Установка диспетчерской
громкоговорящей
связи
1
I
Блок декодирования
Устройство
ввода данных
Табло-графики
почасовой выдачи
строительных комплектов
1
1
Блок учета
и сигнализации
;1
1
1
*
<■
Блок регистрации времени
отправки очередного
комплекта
строительных изделий
Учетный документ
(перфокартатребование)
Рис. 5.8. Структурная схема системы автоматизированного диспетчерского управления д о­
мостроительным комбинатом
Технологические программы монта­
ж а домов записываются на перфолен­
те, а устройством вывода информации
является сериино выпускаемый теле­
графный трансмиттер. Нанесение ин­
формации на телеграфную ленту осу­
ществляется с помощью телеграфного
аппарата.
1
Блок корректировки темпа поста­
вок комплектов позволяет диспетчеру
регулировать ритм программной по­
ставки комплектов изделий на монтаж
в случае необходимости. Блок времени
и даты, устройство ввода шифра дома
и получателя предназначены для ввода
информации о фактическом времени и
дате отправки комплекта изделий и
табельного номера получателя в блок
вывода данных. Блок декодирования
предназначен для преобразования ко­
довых знаков программ строительства
домов в информацию, поступающую на
оперативный документ (перфокарту).
Устройство ввода данных предназ­
начено для ввода информации об изго­
товленных и принятых ОТК изделиях.
наблюдение за технологическими про­
цессами,
погрузочно-разгрузочными
работами на складах и объектах на
территории домостроительного комби­
ната; двустороннюю громкоговорящую
диспетчерскую связь, обеспечивающую
проведение диспетчерских совещаний,
а такж е прямую связь диспетчера с
работниками служб, цехов и админист­
рацией ДСК; поиск работников, нахо­
дящихся на территории комбината, пе­
редачу распоряжений администрации
и сообщений общественных организации; радиосвязь диспетчера с техноло­
гическим транспортом и объектами
строительства, расположенными вне
территории ДСК.
Блок программ монтажа домов
предназначен для автоматического вывода на оперативный документ — пер­
фокарту-требование — информации об
очередном строительном комплекте,
подлежащем отправке, о времени и д а ­
те, типе транспорта, об отправителе и
других данных согласно технологиче­
ской программе монтажа.
О
V
о
90
Блок учета и сигнализации предназна­
чен для учета наличия изделий на
складах цехов и предупредительной
сигнализации при достижении мини­
мального или максимального запасов.
Блок вывода данных предназначен для
нанесения на оперативный документ
необходимой информации об отправке
очередного комплекта изделий на мон­
т а ж . Блок регистрации времени отправ­
ки очередного комплекта изделий пред­
назначен для регистрации фактическо­
го времени отправки соответствующего
комплекта изделий на оперативном до­
кументе с одновременной подачей сиг­
нала на табло-график.
Согласно технологической програм­
ме монтажа домов диспетчер «набира­
ет» на блоке корректировки суточного
темпа ритм поставок изделий на дан­
ные сутки монтажа, после чего на таб­
ло-графике сигнализируется
время
первых отправок по каждому дому. По
диспетчерской связи вызывается води­
тель для вручения ему документа на
получение со склада очередного комплекта изделий. Диспетчер при помощи
соответствующих устройств управле­
ния вводит в систему информацию о
шифре дома и табельном номере полу­
чателя (водителя или автомашины).
Дальнейшая работа происходит ав­
томатически. На блок вывода данных
поступает и фиксируется на документе
информация о номере объекта, табель­
ном номере получателя, времени и д а ­
те выдачи документа, данных о составе
комплекта и другая необходимая ин­
формация, которая может служить ис­
ходными данными для механизирован­
ного расчета. На основании выданного
системой документа водитель получает
со склада комплект изделий. После вы­
дачи документа на табло-графике ин­
дицируется время следующей отправки
изделий на строительную площадку.
При выезде с территории Д С К грузо­
получатель (шофер) в проходной ре­
гистрирует фактическое время оправки
комплекта. Д ля этого он отмечает документ (перфокарту) в блоке регист- рации времени отправки очередного
комплекта, после чего выезжает на
стройплощадку соответствующего \ до­
ма. Данные о поступлении изделий на
склад вводятся в блок учета и сигнали­
зации количества изделий^ (счетчики
учета) при помощи устройств ввода
данных, которые устанавливаются в це­
хах. Кроме счетчиков учета наличия
изделий на складах готовой продукции
в диспетчерской имеются счетчики, учи
тывающие количество выданных комп­
лектов на каждый дом. По этим счет­
чикам можно судить о состоянии мон­
таж а каждого дома.
В кабинете директора комбината
установлена следующая аппаратура и
оборудование: телевизор с выносным
пультом управления, усилитель пере­
говорного устройства, телефонный ап­
парат, счетчики учета изделий и вы­
данных комплектов, световое таблографик и др. Над каждым счетчиком
учета изделий расположены сигналь­
ные лампы, которые загораются при
достижении минимального или макси­
мального запаса строительных изделий
соответствующего типа.
Кроме описанных выше блоков и
устройств, в систему автоматизирован­
ного диспетчерского управления вхо­
дят: промышленная телевизионная ус­
тановка, система радиосвязи, установ­
ка поисковой громкоговорящей связи и
установка диспетчерской громкогово­
рящей связи.
Промышленная телевизионная ус­
тановка предназначена для наблюде­
ния диспетчером и директором комби­
ната за технологическими процессами,
погрузочно-разгрузочными
работами
на складах и другими объектами, рас­
положенными на территории ДСК. П е­
редающие телекамеры сблокированы
и устанавливаются совместно с гром­
коговорителями поисковой связи в це­
хах и на складах.
В та б л . 5.1 приведены данные тех­
нологической схемы автоматизирован­
ного диспетчерского управления ДСК.
Системы диспетчерского контроля
и управления Д С К включают в себя
диспетчерскую службу завода железо­
бетонных изделий как подсистему.
Приведенная на рис. 5.9, а система
оперативного контроля и управления
производством Д С К состоит из следую­
щих функциональных подсистем и уст­
ройств: 1) программного устройства;
2) подсистемы
первичного
учета;
3) подсистемы дистанционной переда­
чи информации; 4) устройства планфакт; 5) подсистемы регулирования
суточного ритма отправок рейсов.
Эти подсистемы связаны между со­
бой и с диспетчерским пультом. Дис­
петчерский пульт связан со всеми под­
разделениями ДСК, а также с «внеш­
ним миром» посредством различных
видов средств связи, которые можно
I
91
\
Наименование блока схемы
Место установки блока
Промышленная те­
Диспетчерская, каби
левизионная установ­ неты директора и гл. ии
ка
женера комбината
Установка громко­
То же
говорящей поисковой
связи
Установка диспет­ Диспетчерская
черской
громкогово­
рящей связи
Назначение и характер
выдаваемой информации
Визуальное наблюде­
ние за работой цехов и
отгрузкой деталей
Оперативное руковод­
ство производством ком­
бината
Оперативные разгово­
ры со службами. Прове­
дение диспетчерских со­
вещаний
Установка
радио­ Диспетчерская и каби
С вязь
с объектами
связи
нет директора
строительства и автома­
шинами,
перевозящими
детали
Световые
таблоТо же
Автоматическая
сиг­
графики
нализация о времени от­
правления автомашины с
деталями
Блок
программ
Диспетчерская
Автоматическая вы да­
монтажа домов
ча данных о составе от­
правляемого комплекта
Блок корректиров­
Программирование су­
ки суточных темпов
точного темпа поставок
поставок- деталей
деталей и монтажа д о ­
мов
Блоки
времени и
»
Информация о ф акти­
даты
ческом времени выдачи
извещения на отгрузку
деталей
Блок фиксации т а ­
»
Информация о реги­
бельного номера по­
страции получателя для
лучателя
учета пробега автомаши­
ны
Блок сигнализации
Выездная
проходная
Информация о време­
об отправке очередно­ комбината
ни выезда груженной д е­
го комплекта деталей
талями автомашины
на строительный объ­
ект
Блок
автоматиче­ Диспетчерская
Выдача документа для
ской выдачи доку­
получения
деталей со
мента
склада и механизирован­
ного учета
Блок учета изготов-1 Три цеха и кабинет диВизуальное
наблюде­
ленных деталей
Iректора
ние за ходом выполнения
плана изготовления д ета­
лей
Блок учета наличия | Диспетчерская
Визуальный контроль
деталей на складе
за наличием деталей на
складе
Блок сигнализации
»
Сигнализация об
о минимальном зап а­
уменьшении или увеличе­
се деталей на скла­
нии установленного за п а ­
дах
са деталей на складах
Блок учета комп­ Диспетчерская и каби­
Учет состояния монта­
лектов деталей, вы­ нет директора
ж а домов
данных на каждый
дом
Пункт назначения псрелаиае
мой информации
Диспетчеру,
директо­
ру и гл. инженеру ком­
бината
|
В
производственные
подразделения комбината
1
В основные службы
комбината
Йа объекты строитель­
ства, шоферам автома­
шин, диспетчеру, директору
I
Диспетчеру и директо­
ру
В блок
автоматиче­
ской выдачи документа­
ции
На световое табло-гра­
фик и в блок автомати­
ческой выдачи докумен­
тации
На диспетчерский
пульт и в блок выдачи
документа
В блок
автоматиче­
ской выдачи документа *
Ш
объединить в подсистему диспетчер­
ской свя зи .
Такая система диспетчеризации по­
зволяет управлять потоком возведения
ж и л ы х з д а н и й ; а в т о м а т и з и р о в а т ь учет,
к о н т р о л ь и зг о т о в л е н и я , а т а к ж е в ы д а ч у
с б о р н ы х к о н ст р у к ц и й на м о н т а ж ; а в т о ­
матически получать данны е дл я о п ер а ­
т и в н ого а н а л и з а х о д а м о н т а ж н ы х ра-
На
световые таблографики диспетчера
и
директора
Получателю деталей и
вычислительному центру
Начальникам
директору
цехов и
Диспетчеру
Диспетчеру, начальни­
кам цехов и директору
Диспетчеру и директо­
ру
боты комбината; ритмично поставлять
изделия на строительные площадки.
Эта же система производит подго­
товительные операции для механизи­
рованного учета материалов, начисле­
ния зарплаты и т. д.
Система оперативного контроля и
управления основана на строгой струк-
зволяет оперативно производить раз­
и технологическом зависимости
личную корректировку. В качестве де­
отдельных цехов и производ­
шифратора применен трансмиттер те­
ственных потоков.
летайпного аппарата. С его помощью
В качестве учетной единицы по выинформация, записанная на телеграф­
пуску продукции принято изделие, а
ной ленте, поступает в схему декодиро­
по отправке на строительные объек­
вания. Блок-программа монтажа со­
типовой
т ы — тиновии
рейсовый
комплект,
держит такое число трансмиттеров, ковключающий набор материалов, полу­
фабрикатов и изделий, ййг р у ж а е м ы■х на одну трансСистема дистанционной
Программное
Система
первичного
учета
портную\ единицу.
передачи информации
Типовой рейсовый комп­
Счетчики
К алендарь
лект является элементом
технологического
процесса
печат и
на строительстве и должен
способствовать максималь­
ВВод номера смены
ному использованию грузо­
подъемности транспортных
средств
Очередность поставок то­
Ввод данных на
го или иного типового рейсо­
телетайп
Пульт диспетчера
вого комплекса устанавли­
вается на основании графи­
□ Режим „ Вы зов "
ка строительства, определя­
Н Режим,, Отправко
ющего порядок и сроки окон­
I Режим „ ВВод ин“ 1 формации"
чания работ. Графики строи­
Система ритмичного
снабж ения строек
I Режим,, Связь т
тельства и программы по­
'мттерсШ
еШ
ш
выдача донны*
-► ^держ ания реод7 и
ставок материальных ресур­
темени о/ппоаоки
на щ ж
сов, которые составляются в
Система диспетчерской
связи
свою очередь на основании
блок
проекта поточного производ­
т еленаблюбенив Г
ства работ, являются основ­
План - фант
регистрации
\и (шюаоления
Установка диспет
ными документами при экс­
длок регистрации
черсной радиосвязи
номера
рейса
плуатации автоматизирован­
ной системы диспетчерского
1ремени прийытия
Индикация
контроля и управления.
программы
Программа поставок оче­
Пересчетное
устройство
редных комплектов матери­
альных ресурсов обеспечива­
Установка поиско­
Индикаиия
в
70
%
ет возможность выбцра че­
вой говорящей связи
готовности
рез определенные промежут­
ки времени информации, не­
обходимой для оформления
Структурные схемы:
Рис.
поставок очередных рейсосистемы
контроля
и
управления
производством
домостроительного
а
строгой
вых комплектов в
комбината
технологической последовательности.
торое равно числу одновременно дей­
Разработанная программа преобра­
ствующих монтажных потоков. Транс­
зуется в форму, удобную для ввода в
миттер обеспечивает последовательный
программное устройство. Информация
вывод информации для автоматическо­
записывается на бумажную ленту с по­
го оформления очередных поставок
мощью телетайпа, имеющего перфора­
комплектов на монтаж. Эта информа­
торную приставку. Она обеспечивает
ция поступает с программного устрой­
получение кодовых комбинаций отвер­
ства в систему регулирования суточно­
стий на ленте, соответствующей их ин­
го ритма отправок рейсов.
формации, вводимой с клавиатуры ап­
Система
регулирования
суточного
парата.
ритма отправок рейсов позволяет раз­
Запоминающее устройство такого
решить задачу своевременного снабже­
типа простое, дешевое, не требует ква­
ния строек строительными конструклифицированного обслуживания, по-
турной
работы
внутренней
подсистемы
оперативного
контроля
и , управления
производством
Рис. 5.9. (продолжение). Структурные схемы:
домостроительного
комбината
паившад омэКипд п т ш о #
днями. Информация с программного
устройства считывается при помощи
трансмиттеров. Эта информация со­
держит такие данные, как дату, время
отправки, номер и содержание очеред­
ного рейса. Составленные с учетом про­
граммы монтажа зданий типовые
рейсовые комплекты, о которых говори­
лось реньше, включают детали, необ­
ходимые для продолжения строитель­
ства
на данном
этапе. Каждому
типовому' рейсовому комплекту при­
сваивается определенный шифр, каждо­
му шифру соответствует определенное
количество наименований деталей. На
складе готовой продукции комбината
существует таблица, с помощью кото­
рой устанавливается это соответствие.
Информация, считываемая с перфолен­
ты, поступает одновременно на табло
на складе готовой продукции, на дуб­
лирующее табло в диспетчерском пунк­
те и на блок печати, где печатается до­
кумент, являющийся путевым листом
шофера панелевоза и такой же доку­
мент для учета.
В начале рабочего дня табло вклю­
чается с опережением по времени. При
этом на табло возникает время отправ­
ки и содержание рейса на той полови­
не табло, которую назовем
«табло
предварительной информации». Рейс,
указанный в этой половине, будет № 2
по счету в этот день и в отличие от № 1
(текущего или очередного) назовем его
последующим. Работа на складе, та­
ким образом, начинается с комплекта­
ции последующего рейса, а кончается
комплектацией рейса, который будет
отправлен на следующий день (или в
следующую смену) в первую очередь,
т. е. один рейсовый комплект является
заделом, с помощью которого обеспе­
чивается бесперебойная работа склада.
Когда рейс укомплектован, с пуль­
та диспетчера вводится в блок реги­
страции номер отправленного рейса, а
блок регистрации времени отправки
рейса пробивает истинное время от­
правки на бланке шофера с учетной
карточкой. Одновременно происходит
переключение на табло и рейс, до сих
пор считавшийся последующим, высве­
чивается на половине текущего рейса,
а на другой половине указывается вре­
мя отпревки и содержание следующего
рейса.
На пульте заведующего складом
имеется необходимое число кнопок, с
помощью которых он включает на таб­
ло затребования деталей в формовоч­
ном цехе, номер и количество требую­
щихся деталей. Начальник формовоч­
ного цеха имеет связь с арматурным,
бетоносмесительным и вспомогатель­
ными цехами. Чтобы не допустить при­
остановку работ кассетных машин или
двух других пролетов из-за отсутствия
арматурных каркасов, он с помощью
пульта затребования включает табло в
арматурном цехе. На табло воспроиз­
водится число и шифр арматурных се­
ток или объемных каркасов, которые
должны потребоваться в ближайшее
время. Начальник арматурного цеха
ориентирует работу на выполнение за ­
каза, не приостанавливая изготовления
других изделий. В случае если не хва­
тает металла, он связывается анало­
гичным образом со складом металла.
Наличие металла на складе контроли­
руется заведующим складом, а такж е
на диспетчерском пункте.
Табло, установленное в бетоносме­
сительном отделении, оповещает о не­
обходимости бетона определенной мар*
ки. Заполнение бункеров бетоносмеси­
тельного отделения идет из ск л ад а.за­
полнителей по затребованию датчиков
нижнего уровня, установленных в бун­
керах бетоносмесительного отделения.
Контроль за наличием заполнителей
идет на диспетчерском пункте. Таким
образом, осуществляется связь между
различными подразделениями произ­
водственного сектора ДСК.
В ряде организаций нашло приме­
нение устройство «План-факт», кото­
рое, в первую очередь, дает возмож­
ность наблюдать за выполнением пла­
на. В диспетчерской установлены два
табло: 1) «План»; 2) «Факт». На таб­
ло «План» показан плановый процент
выполнения работ по данному объекту
на сегодняшний день. Эти данные по­
ступают от программного устройства.
На табло «Факт» показан действитель­
ный процент готовности дома, который
вычисляется с помощью пересчетного
устройства, исходя из количества рей­
сов, отправленных на данный объект.
Определенное число рейсов соответ­
ствует выполнению монтажных работ
на 1%. Предполагается, что монтаж
производится «с колес». Только при
этом условии можно вводить соответ­
ствие между отправленным рейсом и
готовностью объекта^
Структура Д С К следующая: произ­
водственный и строительный секторы,
связывают между собой
которые
транспортный сектор.
95
Система контроля и управления
производственным сектором является
внутренней подсистемой (рис. 5.9, б),
а система своевременного снабжения
строек и контроля за состоянием
подсистевнешней
строительства
мой.
.
Внутренней
подсистемой преду­
сматривается оперативный контроль по
всей технологической линии, начиная
со складского хозяйства. Основная з а ­
дача диспетчера — поддерживать оп­
тимальный уровень запасов, что воз­
можно только при постоянном контро­
ле количества последних. Это осуще­
ствляется так: со специального взве­
шивающего устройства информация о
весе прибывшего груза поступает од­
новременно на счетчик и на сумматор.
Н а сумматоре происходит счет посту­
пивших материалов нарастающим ито­
гом. Подключившись к сумматору, диспетчер вызывает на пульт цифру, соответствующую весу материала, получен­
ного за данный период времени. Но бо­
лее употребителен такой сумматор при
составлении документации на получен­
ные материалы. Счетчик, на который
поступает информация, ведет учет м а­
териалов, находящихся на складе не­
о
посредственно в данный момент. Н а
каждый материал имеется свой сумма­
тор и счетчик. Информация, получен­
ная со взвешивающего приемного уст­
ройства на счетчик, фиксируется в нем.
Происходит суммирование, и новая
цифра показывает вес материала, нахо­
дящегося в бункере. На этом же счет­
чике может осуществляться вычита­
ние, так как материалы постоянно на­
ходятся в движении.
Информация о количестве цемента,
поданного на склад, поступает с пуль­
та ручного ввода информации при по­
мощи так называемого номеронабира­
теля.
,
,
Контроль за работой бетонорас­
творного отделения осуществляется по
числу циклов бетоносмесителя. Марку
бетона определяют
по положению
стрелок весовых дозаторов. Пересчетное устройство дает возможность дис­
петчеру знать о.бъем изготовленной
марки бетона, исходя из объема бето­
носмесителя и числа циклов ее.
Важным является контроль за из­
готовлением
продукции
производ­
ственных подразделений. Учет количе­
ства изготовленных деталей идет с уче­
том
номенклатуры
изделий. Число
счетчиков, так же как число суммато96
ров количества деталей, равно числу
наименований, изготовляемых комби­
натом.
В пролете с кассетным производ­
ством число деталей определяется чис­
лом распалубок с дальнейшим пересче­
том на число деталей в одной кассет­
ной машине. При агрегатно-поточном
методе счет ведется от циклов пропа­
рочных камер. Пульты отдела техни­
ческого контроля (ОТК.), установлен­
ные в конце каждого пролета, оснаще­
ны ручным вводом информации, с по­
мощью которой производится аварий­
ное вычитание забракованных деталей
из общего числа изготовленных. Такой
же пульт имеется и на складе готовой
продукции. При комплектации очеред­
ного рейсового комплекта оператор на
складе производит с помощью пульта
ручного ввода информации вычитание
отправленных деталей. Здесь же, на
складе, имеется табло, дублирующее
диспетчерское, с помощью которого за­
ведующий складом может определить
количество деталей люоых наименова­
ний, имеющихся в наличии в данную
минуту на складе. Таким образом,
внутренняя подсистема осуществляет
учет материалов и изделий и передает
информацию на центральный пункт.
Система дистанционной передачи
информации связывает счетчики и
сумматоры системы первичного учета
с табло диспетчера и с телетайпом, с
помощью которого происходит печать
документации или перфоленты для
дальнейшей обработки в бухгалтерии
или на ЭВМ.
Я
Диспетчер Д С К должен иметь в
своем
распоряжении двустороннюю
связь со стройками и цехами, а также
с руководством ДСК, для проведения
совещаний, не собирая людей в одном
помещении, одностороннюю громкого­
ворящую радиоустановку для поиска
сотрудников и выдачи распоряжений.
Желательно, чтобы на панелевозах
была также установлена радиоаппара­
тура для передачи сигнала об аварии
диспетчеру Д С К и для получения шо­
фером распоряжений от диспетчера.
Телевидение служит для непосред­
ственного контроля за ходом погрузки,
разгрузки, а также технологического
процесса в производственном корпусе.
Телефон и телеграф позволяют диспет­
черу связаться с поставщиками, з а к а з ­
чиками, находящимися как в данном
городе, так и с организациями в любой
точке страны. Внутренний телефон свя-
ывает диспетчера со всеми подраздееннями сложного хозяйства ДСК.
Перед внедрением системы автомаизированного диспетчерского управения необходимо выполнить следую­
щие подготовительные работы: 1) раз.аботать техническую документацию
;ля эксплуатации системы; 2) органиовать комплектацию и контейнериза­
цию материалов и изделий в типовые
•ейсовые ч комплекты; 3) разработать
шформацяонную систему предприятия
га основании утвержденной отчетно•ти, с указанием состава, разрядности,
1ериодичности поступления и выдачи
шформации; 4) составить номенкла7 рный перечень конструкций, издеIий, полуфабрикатов и основных мате)иалов, используемых каждым строи’ельным подразделением; 5) составить
4 Г. Г. Зеличенок
справочник
шифров
используемых
материально-технических
ресурсов;
6) сгруппировать эти наименования в
типовые рейсовые комплекты и подго­
товить каталог этих комплектов на ос­
новании проекта производства работ,
принятой технологической последова­
тельности возведения единиц с уче­
том типа используемого транспорта;
7) разработать графики строительства
объекта с детальной разработкой су­
точного ритма строительства на базе
технологии строительства объекта с
использованием каталога
типовых
комплектов; 8) составить программу
поставок по каждому объекту; 9) со­
ставить макет перфорации данных на
основании разработанного графика и с
учетом возможностей аппаратуры.
\
ВЫ Ч И СЛ И ТЕЛ ЬН АЯ ТЕХНИКА
И А В Т О М А Т И ЗИ РО В А Н Н Ы Е СИСТЕМЫ У П РА В Л Е Н И Я
Создание и быстрое развитие АСУ
в мировой практике вызвано: большим
объемом производства, сложной иерар­
хической структурой произодства с ог*
раниченными задачами каждой ступе­
ни иерархии, большим объемом инфор­
мации и недостаточной глубиной ее
анализа, возрастающей трудоемкостью
процессов управления, большим запаз­
дыванием информации, сложностью
принятия решений и, как следствие,
разрывом во времени между событием
и решением.
ДИ
Важнейшими факторами, влияющи­
ми на темпы развития и внедрения
АСУ, являются главные требования к
современному управлению — его опе­
ративность и правильная постановка
цели и критериев. Неправильная поста­
новка цели и критериев не может быть
исправлена никакой АСУ — и в конеч­
ном итоге могут быть получены невер­
ные результаты.
В отечественной практике в ряде
отраслей уж е успешно применяются
АСУ, дающие значительный народнохо­
зяйственный эффект.
-Ш
АСУ не сводится к совокупности
различных технических средств сбора,
хранения и переработки информации, а
представляет собой принципиально но­
вую ступень развития форм, методов и
средств управления производством, ко­
торые для своей успешной реализации
требуют и соответствующей квалифи­
кации кадров аппарата и управления.
В СССР создается ряд отраслевых
автоматизированных систем управле­
ния, охватывающих как функцию пла­
нирования, так и функции оперативного
управления отраслью. Расширяется
круг предприятии, управление которы­
ми переводится на основу автоматизи­
рованной системы.
Проектом Директив XXIV съезда
КПСС по пятилетнему плану преду­
сматривается развернуть работы по со­
зданию и внедрению автоматизирован­
ных систем планирования и управления
§ 1. ЗАДАЧИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Автоматизированная система управ­
ления (АСУ) — человеко-машинная си­
стема, предназначенная для осущест­
вления всех или некоторых функций
управления предприятием, отраслью.
Человеко-машинной системой уп­
равления называется система, в кото­
рой управляющие сигналы вырабаты­
ваются в процессе взаимодействия че­
ловека и вычислительной машины.
В человеко-машинной системе на­
ряду с техническими средствами часть
важнейших
функций
выполняется
людьми, и правильный выбор их соот­
ношения в процессе управления явля­
ется одним из условий ее эффективно­
сти. От правильного понимания чело­
веком его роли в этой системе в боль­
шой мере зависит успех работы и
эффект, который может быть получен.
АСУ решает задачи текущего опера­
тивного управления и перспективного
планирования и базируется на исполь­
зовании
современных
технических
средств получения, передачи и обра­
ботки информации.
/
О
Создание АСУ — объективная необходи­
мость, вызванная рядом факторов. Н а опреде­
ленной стадии развития техники форма управ­
ления входит в противоречие с содержанием
управляемого объекта. Сохранение старых си­
стем управления при достигнутом масштабе
наталкивается на ряд уж е непреодолимых пре­
пятствий, в частности на информационные барь­
еры: 1) способность одного человека (емкость
одного мозга); 2) ситуация, когда сумма ин­
формации и объем ее переработки превышают
сумму возможностей тех людей, которые могут
быть выделены для этой цели.
В АСУ исключается роль человека
как датчика информации (или сводит­
ся к минимуму). Однако роль человека
как регулятора, обеспечивающего ус­
тойчивость и эффективность системы
путем целенаправленной деятельности,
сохраняется в большей или меньшей
степени.
и
98
отраслями, территориальными органи­
зациями, объединениями,предприятия­
ми, с тем чтобы в дальнейшем объеди­
нить их в общегосударственную систе­
му сбора и обработки информации для
учета, планирования и управления на­
родным хозяйством.
В текущем пятилетии намечено
ввести в действие не менее 1600 авто­
матизированных систем управления
предприятиями и организациями про­
мышленности и сельского хозяйства,
связи, торговли и транспорта. Из них
64 АСУ общесоюзного и 1*49 республи­
канского значения.
Комплекс задач, решаемых в про­
цессе управления предприятиями, мо­
жет классифицироваться по следую­
щим признакам: по уровням управле­
ния (предприятие, трест, комбинат, ми­
нистерство), на которых возникают
задачи; по характеру влияния на произ­
водственно-хозяйственную
деятель­
ность; по характеру взаимосвязей меж­
ду собой; по функциональному призна­
ку; по направлениям производственной
деятельности; по периодичности реше­
ния.
В зависимости от назначения и вы­
полняемых функций следует различать
разновидности А С У : ОАСУ — отрасле-1
а я автоматизированная система уп^Н
равления; А С У П ^ автоматизированная система управления производАСУС — автоматизированная
ством;
система управления строительством;
АСДУ1 автоматизированная I система
* г * т т г л л/ п п я н л р . н и я • АСУВШ
автоматизированная система управле­
ния высшей школой и др.
АСУ эффективно используются для
оптимального планирования состава и
объема выпускаемой продукции, систе­
матического анализа производства с
целью выявления оптимальной после­
довательности операций, составления
графика запуска-выпуска продукции,
составления графика ремонта оборудо­
вания при минимальных простоях ре­
монтного персонала и др.
Каждая система должна функцио'т
1
|
|
и
СОнировать как локальная, так |__
Она
ставе систем высшего уровня]_____
|должна создавать информацию о про­
цессе как для собственного, так и для
централизованного функционирования.
[ Процессы управления, о чем уже
указывалось ранее, в обшем виде ха­
рактеризуются наличием некоторой це­
ли управления; передачей от перифе­
рийных датчиков текущей информации
4*
о состоянии системы органу управле­
ния и направлении командных сигна­
лов исполнительным органам; наличи­
ем некоторой структуры, выполняющей
переработку информации органам уп­
равления и выработку команд испол­
нительным органам.
Процесс управления, как уже отме­
чалось, включает в себя следующие
операции: сбор информации для изуче­
ния управляемого объекта (материаль­
ной базой этой операции являются
приборы для сбора информации о со­
стоянии объекта); передачу информа­
ции
при
помощи
разнообразных
средств связи; переработку информа­
ции с целью принятия решения, кото­
рая быстро и полноценно осуществля­
ется (даже при очень больших объе­
мах информации) вычислительной тех­
никой; воздействие на управляемый
объект в соответствии с принятым ре­
шением, осуществляемую при помощи
автоматических и других систем и уст­
ройств управления, перерабатывающих
информацию и воздействующих на уп­
равляемый объект.
Действующая в некоторых областях
промышленности излишняя централи­
зация контроля и управления заставля­
ет перерабатывать огромное количест­
во информации на относительно высо­
ких иерархических уровнях, принимать
там решения по второстепенным вопро­
сам, которые можно решать и на низ­
ких уровнях.
Должен реализоваться принцип «не
каждый может и должен воспринимать
всю информацию по всем вопросам».
Действующую иерархическую систему
в некоторых областях деятельности
можно представить в виде табл. 6.1.
ТАБЛИЦА
В промышленности
В строительстве
6.1
В высшей
школе
Кафедра
Участок
Пролет
Деканат
Строительно­
Цех
монтажное уп­
равление
|
Ректорат
Трест
Предприятие
Главное
Главное уп­
Главное
уп­
управление
равление
равление
Министер­
Министерство
Министерство
ство
Важно найти оптимальную иерар­
хическую структуру системы управле­
ния и степень централизации, обеспе­
чивающих ускорение процессов, надеж­
ность и экономичность всей системы.
99
Можно выделить три уровня функ­
ционального развития систем управле­
ния: система-регистратор информации;
система-советчик; система-регулятор.
Функции системы-регистратора сво­
дятся к сбору и первичной обработка
текущей производственной информа­
ции. Память системы ограничивается
устройствами, накапливающими теку­
щую информацию. Скорость сбора и
сохранение достоверности информации
при ее передаче и первичной обработке
являются обязательным условием дан­
ной системы.
1
Функции системы-советчика вклю­
чают все операции обработки данных,
вплоть до оценки отклонений, на ос­
нове чего должны приниматься опера­
тивные решения. Это машинно-ручная
система управления с четким разгра­
ничением информационных задач, вы­
полняемых машиной, и творческих
процессов — комплекса
оптимальных
задач, выполняемых человеком.
Система-регулятор
обеспечивает
оценку отклонений и расчет оптималь­
ных вариантов, требуемых оператив­
ных решений, оставляя за человеком
контроль и окончательный выбор одно­
го из этих вариантов и организацию
его исполнения.
Д л я практического освоения систе­
мы-регулятора необходимо выбрать оп­
тимальные экономические решения при
управлении производством. Решение
не является однозначным, а зависит
от выбранного критерия оптимально­
сти, зависящего от учета различных
производственных факторов, вероятно­
сти их устойчивости или изменения, а
также от перспективы развития си­
стемы.
Разнообразие областей управления
вызвало различные модификации си­
стемы управления, начиная от системы
оперативного управления производ­
ством и отраслью до автоматизирован­
ных систем планирования и учета.
Л ю бая достаточно развитая АСУ
включает подсистемы, обеспечивающие
ее функционирование.
1.
Подсистема логико-оперативного
обеспечения (иногда используется тер­
мин «научное обеспечение») — комп­
лекс экономико-математических моде­
лей управляемых объектов, взаимосвя­
занный с комплексом информационных
моделей процессов управления (это —
модель функционирования АСУ в це­
лом).
00
2. Подсистема информационного
обеспечения — схема движения и пре­
образования информации в АСУ, а
также классификационные перечни
всех данных, методы их кодирования,
хранения и передачи.
|Я
3. Подсистема
математического
обеспечения — комплекс алгоритмов и
машинных программ переработки ин­
формации с помощью ЭВМ.
Щ
4. Подсистема организационного
обеспечения — схема организации ра­
боты системы, включая положение о
подразделениях управляющего органа,
должностные инструкции, методиче­
ские указания, структурные схемы и
штатные расписания, а также разрабо­
танный операционный режим АСУ в
целом, обеспечивающий взаимодей­
ствие людей и машинных блоков во
времени. Д л я крупных АСУ необходи­
мо также административно-правовое
обеспечение, закрепляющее ряд поло­
жений о работе системы в виде юриди­
ческих норм.
1
5. Подсистема технического обеспе­
чения — информационно-вычислитель­
ная система в комплексе с периферий­
ным оборудованием средствами оргтех­
ники и связи.
1
6. Подсистема кадрового обеспече­
н и я — люди, работающие в АСУ, а
также комплекс мероприятий по их
подготовке и переподготовке в соот­
ветствии с требованиями АСУ.
АСУ непосредственно включает эко­
номико-математические модели в ка­
честве своей научной базы и вычисли­
тельную технику — в качестве техни­
ческой базы.
:Я
Ниже приведены разновидности
АСУ в зависимости от назначения и
выполняемых функций, а также их
краткая характеристика.
|
ОАСУ — человеко-машинная
си­
стема управления, когда полностью
формализованы и автоматизированы
все этапы преобразования основных по­
токов информации на всех уровнях ру­
ководства отраслью промышленности
и обеспечивается выработка оптималь­
ных вариантов решений по заданным
критериям. Однако выбирают и прини­
мают окончательные решения руково­
дящие работники отрасли.
В ОАСУ решаются задачи стратеги­
ческого уровня, имеющие принципиаль­
ное значение для всех предприятий от­
расли независимо от их территориаль­
ного управления.
На рис. 6.1 приведена функциональ­
ная структура ОАСУ, в которой выде­
лено три контура управления: плани­
рование (прогнозирование), контроль
и анализ, регулирование.
Контуры управления сформированы
исходя из основных положений теории
автоматического управления. Согласно
этой теории в любой системе управле­
ния можно выделить задающий контур
(блок), регистрирующий контур и ре­
гулирующий. Задающий контур, в дан-
равления предприятием на основе ис­
пользования
экономико-математических методов и средств обработки дан­
ных, включающих в себя вычислитель­
ную технику, средства сбора, фиксации,
передачи и хранения информации. Ос­
новным принципом при создании АСУП
является комплексный подход, обеспе­
чивающий реализацию определенного
взаимосвязанного круга управленче­
ских задач, всесторонне охватывающих
различные стороны производственной
Контуры управления
Контроль
и анализ
Планирование
(прогнозирование)
Регулирование
I
Б локи
Блоки управления
А СО
ч со
о он
о. иэ
к
о н
Й
о
•Й
*
*—
• Ои
ки
А
8 <5
Е
-*
03 О
си «о=(
4) X
С
О со
со
обеспечения
а>
5
К
а>
со
со к
о. §
а СО
>0 со I
со
[
Он
а. о
н
»-н о 1
соО
о С
5 I
>5 О
Р*>о
.
2ЙН О
с 1
ш%
о
о
со <Ь)
а.
X
г о
са л I
а* X I
йг-*>
«чи
И
О
О>•>
н
со
си
о
С
со |
о,
X
О
<
У
ч03
СО
си
с
>5
О
О 0)
од а>
о
О
)
3* о
СО 5*
н о. <и
А 11
т а
<и
с
I *
О
<
о
о
2= V*
Я гг
се о
5о , со
оР ю
щ
•в-о
к
I
О
кН4 4> о
АО5
о « К
К О 0>
э <У
СО ■Г
СО с
к ас о
м
х о<и
С
О
о
и н о
си
О
О
Рис. 6.1. Функциональная схема ОАСУ
и хозяйственной деятельности пред­
приятия: техническую подготовку про­
изводства, управление технологиче­
ским процессом и основным производством, трудовыми ресурсами, сбытом
продукции, финансами, управление
вспомогательным
производством, а
также технико-экономическое планиро­
вание, бухгалтерский учет.
Функциями системы являются: планово-расчетная; оперативного планиро­
вания, управления и регулирования
технологическими, производственными
процессами, оперативного учета, регу­
лирования и анализа использования
оборудования; оперативного планиро­
вания материально-технического снаб­
жения, а также технико-экономическо*
го анализа итогов работы участка, це­
ха, предприятия.
ном случае контур «планирование»,
вырабатывает основные параметры ре­
гулирования и допустимые диапазоны
их изменения во времени. Регистрирую­
щий контур — контур «контроль и ана­
л и з» — следит за отклонениями основ­
ных параметров управлений и в случае
выхода из допустимого диапазона вы­
рабатывает соответствующие коррек­
ции, на основании которых регулирую­
щий контур приводит систему управле­
ния в состояние равновесия.
Автоматизированная система управ­
ления предприятием (АСУП) предназ­
начена для автоматизированного опе­
ративного планирования и управления
производством промышленных пред­
приятий и представляет собой совокуп­
ность технических средств и коллекти­
вов людей, обеспечивающих наиболее
эффективное выполнение функций уп101
приятия для решения даж е частных
экономических задач может быть эф­
фективным только в условиях автома­
тизированных систем управления.
Применение АСУ процессами и
предприятиями возможно на базе ме­
ханизации и автоматизации процессов,
что связано с широким масштабом тех­
нического перевооружения предприя­
тий. При этом необходимо создать
средства сбора, переработки и переда­
чи информации. Д л я реализации систе­
мы управления производственными
процессами требуется разработка мо­
делей производственных процессов, со­
здание и модернизация большого числа
датчиков, совершенствование основного
технологического оборудования и т. д.,
что создает значительные технические
трудности.
Существующий еще на многих пред­
приятиях недостаточный уровень ме­
ханизации и автоматизации, т. е. приме­
нение ручного труда в транспортно­
складских процессах, несовершенство
технологии производства, большой про­
цент морального и физического износа
основного оборудования, нехватка дат­
чиков, контрольно-измерительных при­
боров и их недостаточная надежность
препятствуют созданию комплексной
автоматизации и АСУ.
Этапы создания АСУ предусматри­
вают изучение автоматизируемой си­
стемы, использование метода системно­
го подхода, изучение процессов управ­
ления и определение критериев опти­
мизации. Полное представление о
системе может быть получено только в
том случае, если известно состояние
всех ее элементов и связей между ни­
ми. Системным является подход, при
котором каждый процесс рассматрива­
ется как элемент некоторой общей, бо­
лее сложной системы. В методе систем­
ного подхода исследуемый объект, яв­
ление или процесс рассматривается
как реально развивающаяся система
(без выяснения причинностных законо­
мерностей ее развития — они берутся
как таковые) и воспроизводится мо­
дель существующей и проектируемой
системы, объекта, явления с использо­
ванием методов и результатов смеж­
ных наук.
Таким образом, использование си­
стемного подхода позволяет учиты­
вать все существующие взаимосвязи и
соответственно влияние принимаемого
решения на функционирование всей
системы как единого целого.
Планово-расчетная функция пред­
полагает решение следующих задач:
разработку подетального плана произ­
водства; расчет планового объема вы­
пуска товарной продукции; определение величины нормативного задела в
натуральных и объемных показателях,
определения ресурсов (материалов,
оборудования, численности рабочих,
фонда заработной платы), необходи­
мых для выполнения плановых за д а ­
ний, а также для создания нормативно­
го задела.
Функция оперативного планирова­
ния, управления и регулирования про­
изводства предполагает ежедневный
учет хода выполнения подетального
плана, а также срока запуска очеред­
ных партий изделий; корректировку
укомплектованности плана при изме­
рении объемов производства; регули­
рование нормативного задела. Запуск
в производство очередных партий из­
делий осуществляется по команде
ЭВМ на основе ежедневного анализа
фактической величины нормативных
заделов и длительности производствен­
ных циклов. На основании информа­
ции о новом или измененном плане
выпуска изделий и даты их введения
осуществляется
автоматизированное
планирование производства в рамках
новых условий. Функции оперативного
учета регулирования и анализа исполь­
зования оборудования предполагают
ежедневный контроль использования
наличных ресурсов мощности в их взаи ­
мосвязи с оперативным ходом вы­
полнения
производственных
зада­
ний. .
Функция оперативного планирова­
ния материально-технического снабже­
ния на предприятии состоит в решении
вопросов расчета потребности в мате­
риалах, определения величины запасов,
а также оперативного учета обеспечен­
ности производства материалами. По­
следнее осуществляется в зависимости
от выполнения заданий по изготовле­
нию деталей, узлов, изделий.
Функция оперативного технико-эко­
номического анализа итогов работы
участков, цехов предприятия включа­
ет в себя: учет, выполнение плана в
объемных и натуральных показате­
лях, величину отклонений в комплект­
ности нормативного задела, расход м а­
териалов и их стоимость, а также рас­
ход фонда заработной платы.
Практика показала, что внедрение
и использование ЭВМ на уровне пред­
«г
ж-
102
При изучении процессов управле­
ния следует исходить из следующих
положений: изучаемый объект рассмат­
ривается как сложная динамическая
система; используется математический
аппарат исследования с количествен­
ным выражением отдельных парамет­
ров и свойств объекта и рассматрива­
ется поведение объекта в функциональ­
ном аспекте взаимосвязи входных и
выходных характеристик системы.
Терминология: ОГ АС — общегосударствен­
ная автоматическая система сбора и обработ­
ки информации для планирования и управле­
ния народным хозяйством; ИВЦ — информаци­
онные вычислительные центры (ограниченный
круг вопросов); ЕАСС — единая автоматизиро­
ванная система связи; ОГСПД — общегосудар­
ственная система перёдачи данных (составная
часть ЕАСС).
§ 2. АВТОМАТИЧЕСКОЕ ОПЕРАТИВНОЕ
У П РА ВЛ ЕН И Е
Оперативное управление производ­
ством заключается в том, чтобы на ос­
новании сравнения текущей и плановой
информации о состоянии производства
вырабатывать оперативные решения,
ликвидирующие последствия возмуще­
ний и непрерывно поддерживающие
производство в заданном оптимальном
режиме.
Метод оперативного управления ос­
новным производством определяет: со­
став планируемых показателей; состав
контролируемых показателей и норма­
тивов, используемых при планирова­
нии; состав нормативов регулирования;
функциональную зависимость всех уп­
равляющих воздействий (команд, рас­
поряжений, заданий), которыми обе­
спечивается достижение заданной цели
оперативного управления производ­
ством, от величин контролируемых по­
казателей и нормативов регулирования.
Процесс оперативного управления
основным производством представляет
собой совокупность управленческих р а­
бот, выполняемых для реализации его
методов.
Описание процесса должно содер­
жать следующие данные:
1) состав и последовательность вы­
полняемых управленческих работ, вы­
деленных в самостоятельные операции
данного процесса (с указанием испол­
нителя и подразделения, в котором оио
выполняется);
2) содержание и порядок выполне­
ния каждой работы;
3) состав, места фиксации (доку­
менты, регистры технических средств)
и адрес (откуда приходит) информа­
ции, используемой для каждой опера­
ции, а также состав, места фиксации и
адрес (куда направляется) информа­
ции, получаемой в результате выполне­
ния операции (адреса показывают как
внутренние информационные связи
процесса оперативного управления ос­
новным производством, так и внешние
связи этсго процесса с процессами, реа­
лизующими другие функции управле­
ния)*,:
1
4) состав и распределение техниче­
ских средств, используемых для меха­
низации и автоматизации каждой опе­
рации.
Процесс управления производством
всегда включает в себя три различные
по времени функции: планирование бу­
дущих производственных процессов;
наблюдение за текущими производ­
ственными процессами для регулирова­
ния отклонений от программы; анализ
прошлой производственной деятельности с целью выработки рекомендаций
для предстоящих производственных
циклов.
Системы оперативного управления
производством решают главным обра­
зом вопросы определения оптимально­
го объема производства и запасов ма­
териалов, состава и использования обо­
рудования,
распределения
рабочей
силы, обслуживания рабочих мест, уст­
ранения простоев оборудования, обе­
спечения рентабельности производства.
Автоматическое управление техно­
логическими процессами связано с
решением значительного круга задач
по сбору и обработке информации, оп­
ределению оптимальных режимов ра­
боты технического оборудования, ста­
билизации режима при внешних и
внутренних возмущениях, автоматиче­
скому управлению оборудованием в
различных режимах работы и т. д.
При автоматизации многих пред­
приятий стройиндустрии с применением
ЭВМ может быть рекомендована двух­
ступенчатая
иерархия
управления.
Верхняя ступень — УВМ, реализующая
соответствующие алгоритмы, нижняя
ступень — локальные системы автома­
тического регулирования. Процесс опе­
ративного управления на предприя­
тии осуществляется следующим обра­
зом. Сформулированный руководством
предприятия и выраженный на языке
математики критерий, обеспечивающий
103
достижение поставленной цели, задает­
ся управляющему устройству. Этот
критерий является основой для опера­
ции сравнения действительного хода
производственного процесса с заплани­
рованным по ряду основных парамет­
ров. По результатам сравнения выра­
батываются управляющие (корректи­
рующие) воздействия, которые вводят­
ся в устройство оперативного планиро­
вания и реализуются через устройства
управления материальными потоками
и ресурсами. Эти устройства являются
замыкающими звеньями контура опе­
ративного управления. Данные об объе­
ме и видах материалов вводятся в уст­
ройство прогнозирования, которое вы­
дает оценки спроса на каждый вид про­
дукции.
Эта
операция
позволяет
составлять оперативные планы, обеспе­
чивающие наиболее эффективное ис­
пользование ресурсов.
АСУ предприятием как системы,
осуществляющей оптимизацию работы
производства по заданному критерию,
должна сформировать комплекс задач,
решающих в совокупности вопросы оп­
тимального планирования и управле­
ния на всех уровнях иерархии и по
всем участкам и основным агрегатам
предприятия; определить критерии ре­
шения по каждой задаче; выявить не­
обходимые связи между отдельными
задачами; рассчитать частоту решения
(моменты решения) задач.
Общая задача планирования под­
разделяется на ряд частных задач по
отдельным участкам предприятия, ре­
шаемых последовательно, начиная с
выходного участка предприятия.
Общий оперативный план производ­
ства вводится в устройство управления
материальными потоками, где он дета­
лизируется до уровня конкретных з а д а ­
ний по отдельным видам материалов с
указанием их расхода. Здесь же вы­
числяется время, необходимое для из­
готовления отдельных видов продук­
ции, которое вводится затем в устрой­
ство управления ресурсами.
Функциональные подсистемы уп­
равления предприятием в общем слу­
чае обеспечивают: подготовку произ­
водства (проектирование, техническая
подготовка и т. д.); расчет и регули­
рование производственной программы
предприятия; управление материальнотехническим снабжением; процессы
труда; основными фондами; сферой об­
служивания производственного процес­
са (транспорт, энергетика, инструмен­
тальное хозяйство и т. д.); сбыт про­
дукции, а также управление и контроль
производственно-хозяйственной
дея­
тельностью предприятия в целом.
%
Один из факторов, обусловливаю­
щих эффективное применение автома­
тизированной
системы,— необходи­
мость сбора точной информации в
реальном масштабе времени. Д л я эф ­
фективного функционирования АСУ
предприятия необходимо правильно
организовать сбор информации. Это
особенно важно в тех случаях, когда
задача управления производством ре­
шается в реальном масштабе времени.
В этих условиях первичные данные
должны собираться в форме, приемле­
мой для непосредственного ввода в м а­
шину, и поступать в вычислительный
центр в одном темпе с ходом производ­
ства. Д л я этого в некоторых системах
управления предприятием предусмот­
рены автоматические устройства сбора
информации непосредственно в цехах,
немедленно передающие данные в
центральный пульт приема информа­
ции. Здесь каждое сообщение записы­
вается на перфокарты для анализа с
помощью электронных вычислитель­
ных машин. В других системах обеспе­
чивается ввод информации в машину
с цехового пульта по команде опера­
тор а .
В процессе обработки информации
подготовка первичных данных с доку­
ментов — перфорация и контроль —
занимает 65—70% времени.
Информационный состав АСУ и спо­
соб ее функционирования зависят от
характера управляемого объекта и
технических свойств вычислительных
средств. При создании технической б а­
зы АСУ важное значение имеет по­
строение системы сбора и передачи
информации. Основная часть затрат
приходится на создание средств инфор­
мации.
""Ш;.
Во всех информационных процессах
существует фон помех, который влияет
на точность информации. Искаженная
информация может привести к непра­
вильным расчетам и решениям по ним.
С ростом точности ценность информа­
ции повышается, но увеличиваются з а ­
траты. Поэтому при определении при­
емлемой ценности информации следу­
ет выбирать оптимальное соотношение
важнейших параметров, характеризую­
щих ее. Таким образом, на данном
этапе развития систем управления не­
эффективно автоматизировать произ-
104
с*
водственныи процесс, если одновремен­
но не механизируется и не автоматизируется информационная система пред­
приятия, обеспечивающая процесс уп­
равления им, поскольку потеря или
недостаток информации равноценны
потерям ресурсов. В настоящее время
управление промышленным предприя­
тием невозможно без автоматического
сбора, обработки и документирования
информации о производственных про­
цессах,'необходимой для обслуживаю­
щего, административного и управляю­
щего персонала всех уровней.
Важным в области автоматизации
управления производством является
степень синхронности получения ин­
формации с ходом производства, так
как ценность информации зависит от
правильности определения ее опти­
мального «возраста». Использование
устаревших методов и техники преоб­
разования информации (по ее сбору,
передаче, обработке и выработке ко­
манд управления) даже при росте
численности обслуживающего аппара­
та нельзя обеспечить своевременную
переработку нужной информации.
Созданию АСУ должно предшест­
вовать выявление информации и по­
следовательности ее отбора для оценки
деятельности предприятия в различных
ситуациях, а также определение путей
использования получаемой информа­
ции для выработки соответствующих
команд (управляющих воздействий),
необходимых для управления процес­
сом.
Информация, подлежащая вводу в
АСУ и последующей переработке,
должна включать в себя наиболее су­
щественные определяющие параметры
процесса (качество сырья, энергоза­
траты, удельный расход сырья и др.),
сведения, определяемые технологиче­
ским и товарным балансом, экономи­
ческие показатели, а также сведения о
состоянии основного технологического
и транспортного оборудования.
Важнейшим этапом в развитии ав­
томатизации управления является ав­
томатизация всех стадий переработки
информации, что возможно при опре­
деленном техническом уровне имею­
щихся средств управления, а также
при соответствующих формах техноло­
гии и организации производства.
Важное значение при внедрении
АСУ имеет документалистика.
Существующая система информа­
ции наряду с положительными качест­
вами имеет ряд недостатков: избыточ­
ность документов, мало полезной ин­
формации,
трудность
ее
поиска,
опаздывание информации и ее недоста­
точная достоверность, многократная
повторная обработка, незначительная
степень использования первичных дан­
ных, параллельные потоки и неудобные
для автоматизированных систем формы
представления данных. Минимизация
информационных потоков должна про­
водиться путем ликвидации структур­
ной избыточности и упорядочения ин­
формационных потоков на основе син­
теза информационной и управляющей
частей АСУП.
§ 3. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
Сложность задач управления, налнчие большого количества информации,
требующей переработки для принятия
решений, и другие факторы делают управление по форме и организации многоступенчатым процессом.
На рис. 6.2 приведена в общем виде
схема управления производством, в ко­
торой выделяется девять относительно
самостоятельных, но взаимосвязанных
этапов.
Выработке оперативного решения
предшествует этап определения норма­
тивных характеристик и фактических
показателей производственного про­
цесса по входу и выходу материального потока.
Сравнение фактических, норматив­
ных и плановых уровней расхода эле­
ментов входа (ресурсов) и выхода (вы­
пускаемой продукции или услуг) ма­
териального потока системы с выявле­
нием имеющихся отклонений завершает
процесс подготовки к выработке ре­
шения.
При управлении
производством
важное место занимает оценка значи­
мости отклонений. Обеспечение допустимого режима должно достигаться
путем регулирующих воздействий, выработки и реализации команд, ликвидирующих отклонения параметров процесса от их плановых значений.
Оценка значимости отклонений позволяет определить необходимое на­
правление регулирующего воздействия
и является сложной логической за д а ­
чей, при решении которой используют­
ся результаты расчетов, выполненных
на предыдущих этапах, а также инфор105
|
|
|
Г
[
к
;
*
,1
,
|
|
!
]
!
I
Управляющие воздействия, выраба­
тываемые в первом контуре, корректи­
руются во втором контуре регулиро­
вания. Важнейшим элементом второго
контура является контроль показате­
лей входа материального потока (рас­
хода материальных и людских ресур-
мация о динамике развития и прошлом
опыте системы.
Получение различных вариантов
решения осуществляется в соответствии
с разработанными алгоритмами.
На стадии оценки вариантов уста­
навливается вероятность осуществле-
Прошлый
опыт
Пердичная
обработка
Расчет нормати&ных
характеристик произ■
Шстбенного процесса
сортировка
суммиродани
данных
Расчет фактических
показателей произ бодстбенного процесса
Срабнени^норма
тибного уробня
с фактическим.
Выябление
отклонений
у/Текущая^.
отклонений.
Расчет
решения
Документ а
робание
решения
/ Информация о ^
состоянии произш
Оценка
значимости
Оценка
значимости
отклонений,
( Построениеу
математическое
или логической
^модели решения
Выбор
способа
расчета
Расчет
решения
Принятие
решения
Рис. 6.2. Этапы процесса оперативного управления:
а — производства в целом; б — подэтапы расчета
и
принятия решения;
/ — логиче­
ские операции; 2 — арифметические операции; 3 — совокупность логических и арифметиче­
ских операций; 4 — технические операции обработки данных; 5 — блок хранения информа­
ции; 6 — информация, хранимая в системе; 7 — исполнение
сов, наличие запасов, обеспеченность
рабочей силой и т. д.) с определением
уровня фактических затрат и их срав­
нением с нормативным и плановым
уровнем.
г|1
В результате восполнения во вто­
ром контуре информации происходит
требуемая тонкая настройка системы
на оптимум.
I
На рис. 6.3, а приведена укрупнен­
ная принципиальная блок-схема ин­
формационного обеспечения описывае­
мой системы. На рис. 6.3, б — структу­
ра подсистемы сбора и обработки ин­
формации применительно к разделяе­
мым уровням — цеховом, межцеховом,
внешнем. Схема построения централи­
зованной системы управления показа­
на на рис. 6.3, в, в которой в качестве
периферийных средств сбора информа­
ции применены различные датчики не­
посредственно на рабочих местах. Ин-
ния каждого из них, их экономическая
эффективность и выбирается стратегия,
которая может представлять и сово­
купный вариант. Принятое решение,
доведенное до исполнителя и выполнен­
ное, порождает новую текущую инфор­
мацию об изменениях*, происшедших в
производстве в результате регулирую^щих воздействий. Этой информацией
начинается новый цикл управления.
Оперативное управление в произ­
водственной системе представляется
как многоконтурный процесс.
Первый контур включает контроль
показателей выхода материального по­
тока системы (уровень выполнения
программы по выпуску продукции).
Управление в первом контуре осущест­
вляется в «низовых ячейках управле­
ния» (диспетчерами). Это по существу
грубая, приближенная настройка си­
стемы.
106
Подсистема
средств
обработки и хранения
информации
I
Сбор и обработка
внешней, входящей и
исходящей
текущей
информации
II
Подсистема
средств раз­
множения ин­
формации
I
Подсистема средств
передачи и приема ин­
формации
Сбор и обработка
текущей межцеховой
информации
Управление
предприятием
и
I
Подсистема средств
сбора текущей инфор­
мации
Сбор и обработка те
кущей первичной
внутрицеховой
информации
я)
Вычислительный центр предприятия
Центральное вычислительное
устройство
Обработка и хранение информации
Обработка, прием, хранение и передача
информации
т
т
Периферийная по цеху и по участку
система сбора и первичной обработки
информации
Пункт управления цехом
Приемное пишущее
___ устройство
Пульт в цехе}
Передача информа­
ции в вычислйтельное
устройство
Прием, агрегирование и передача инфор
мации
Прием инфор­
мации
1
т
.......................... Л
Корректирова­
ние оператив­
ных решений
Накопление
информации
Пункт управления участком
$
ш
Пульт на участке, па­
нель счетчиков
Приемное
пишущее
устройство
Прием, агрегирование и передача
формации
V
в
1
. Д г ... I
Первичная обработка
Выработка
оперативных
решений
ин
т
Рабочее место
1
Формирование
текущей информации
Исполнение
решении
*
ф
#
#
■
4
■
•
€
V
■
т
л
#
Ш
«
♦
Сбор информации
Рабочее место
•
И
в)
Рис. 6.3. Схемы построения АСУ:
р •А
*
а — принципиальная укрупненная структурная схема информационного обеспечения; б — структура
сбора и обработки информации; в — схема построения централизованной системы управления; г
строения АС У с децентрализованным управлением
подсистемы
схема по-
Принятие решения
координации
Вход
информации
1
1 Т
В
_
Хранение
информации
________
Вычисления
*
—/\
Выход
информации
Рис. 6.4. Схема связи подсистемы переработки информации с подсистемой при­
нятия решений и координации
Внешняя
информация
чедоичная
инф орм ация
Внешняя
информация
Пердичная
информация
Пер*ичная
мация
Управляющая инф орм ация
Первичная
информация
Внеш няя
информация
и ч н ая
информация
~
[__________
ш
УпраВляющая информация
информация
Вторичная
информация
т------- 1 Рекомбинация ----- ♦ Задающая информация
1
Управляющая информац и я
Вторичная
информация
Внешняя
информация
Первичная
информация
информация
Управляющ ая информация
. 6.5. Схемы контроля и управления производством в порядке нараста
ння уровня автоматизации:
||
объект; 2 — диспетчер; 8 — щиты в отделениях; 4 — щит диспетчера; 5 — устрой
ство центра лн зо ванного контроля, 6 — ВМ и вспомогательные средства
зованным управлением, которая счита­
ется более экономичной и эффективной.
В приведенной на рис. 6.3 структу­
ре подсистемы сбора и обработки ин­
формации завода предусматриваются
самостоятельные подсистемы сбора и
обработки текущей межцеховой инфор­
мации и подсистема сбора и обработки
формация поступает непрерывно по
каналам связи в единый центр ВЦ
предприятия. В Ц осуществляет полный
комплект расчетов, включая оператив­
ное регулирование производства в
масштабах всего предприятия.
Н а рис. 6.3, г приведена принци­
пиальная структура АСУ с децентрали­
108
текушей первичной внутрицеховой ин­
На рис. 6.5, г дана система автома­
формации, поступающей в систему об­
тизированного оперативного управле­
работки информации на разных уров­
ния, в которой функции управления
нях иерархии производства и принятия
осуществляет также человек, и приме­
решения и управления.
няются средства вычислительной тех­
ники, подготавливающие информацию
Общая принципиальная схема уп­
равления системы (рис. 6.4) преду­
к виду, удобному для принятия реше­
сматривает ряд подсистем:
1) подсистему хранения ин- I
формации, или память, обес­
печивающую накопление и ]
хранение^ нормативных и
плановых данных, а также
информацию о поведении самои управляемой системы
(ее историю) и принимае­
мых для ее регулирования
решений (прошлый опыт);
2) подсистему, обеспечиваю­
щую комплекс формальных
вычислении и логических
операций, необходимых в
процессе принятия решений;
3) подсистему, осуществля­
ющую принятие решения и
координирующую функцио­
нирование всех остальных
подсистем, а также подсисте­
му, обеспечивающую получе­
ние и выдачу информации на
входе и выходе управляю­
щей системы, т. е. связи уп­
равляющей системы с уп­
равляемым
объектом
и
внешней средой.
Ниже приведены схемы
контроля и управления про­
изводством в порядке нара­
стания уровня автоматиза­
ции.
На рис. 6.5, а показана
Рис. 6.6. Аппаратурная структура АСУПП:
система децентрализованно­
Д — датчики; ЦВМ — цифровая вычислительная машина; С П П И —
го контроля и управления, в средства преобразования и передачи информации; Фь Ф2, . . Ф л которой функции контроля и функции; ОДО — оперативно-диспетчерское оборудование; ОУ —
органы управления; ФУь ФУг— каналы; КОь КО* — командные
управления
осуществляет
органы
человек — диспетчер произ­
водства.
ний по управлению. В этой системе вы­
На рис. 6.5, б приведена система
числение обобщенных показаний и
централизованного контроля и управ­
часть логических задач по анализу
ления, в которой функции контроля и
производственных ситуаций решают
управления осуществляет также чело­
вычислительные машины.
век, постоянно находящийся в цент­
На рис. 6.5, д приведена система ав­
ральном
информационно-диспетчерс­
томатического управления, оснащен­
ком пункте, где имеется необходимая
ная средствами вычислительной техни­
информация о ходе технологического
ки, исключающая участие человека в
процесса. Аналогичная система, в ко­
контуре управления.
торой, кроме того, имеются средства
На рис. 6.6, а показана аппаратур­
обработки и выбора информации, необ­
ная структура АСУПП с одной вычис­
ходимой для ориентировки в конкрет­
лительной машиной, осуществляющей
ных ситуациях, приведена на рис.
функции оперативного централизован6.5, в.
09
О
о
_________
ного контроля производственным про­
цессом и его оптимизацию; на рис.
6.6, б — аппаратурная
структура
АСУ ПП с двумя ЦВМ, одна из кото­
рых выполняет функции централизо­
ванного контроля, а другая — функции
по алгоритмам оптимизации и управ­
ления производственным процессом.
На рис. 6.6, в приведена аппаратурная
структура АСУП, в которой учтено
влияние факторов, влияющих на ее эф ­
фективность.
Управляющая система-советчик со­
ставляется из ряда элементарных си­
стем по числу управляемых деталеточек в данной группе участков (зоне
действия АСУП).
]
§ 4. П РО Е К ТИ РО В А Н И Е
И В Н Е Д Р Е Н И Е АСУ
В настоящее время существуют
лишь общие принципы проектирования
систем управления производством. Из
всех вариантов систем автоматизиро­
ванного управления следует выбирать
те, которые обеспечат наилучшую схе­
му преобразования технологической и
экономической информации при мини­
мальных затратах времени и ручного
труда. Проектирование АСУ на пред­
приятии осуществляется одновременно
с решением комплекса вопросов орга­
низации производства в определенной
последовательности. Н а первом этапе
конкретизируются задачи исследова­
ния, для чего уточняется:
перечень функций организации и ее
подразделений, необходимых для си­
стемы отраслевого управления, их вза­
имосвязь, схема управления экономи­
ческой деятельностью ее отдельных ч а­
стей; перечень задач обработки данных,
реализующих каждую функцию управ­
ления, их взаимосвязь; перечень исход­
ных (первичных) данных, необходи­
мых для решения этих задач, а также
всех производных данных, возникаю­
щих в результате обработки исходных
(первичных) данных; последователь­
ность этапов обработки данных.
В соответствии с этим необходимо
знать
сведения,
характеризующие:
функции организации и ее подразделе­
ний; структуру организации в целом и
ее подразделений; процессы реализа­
ции каждой функции; задачи управле­
ния, решаемые организацией в целом и
ее подразделениями; процессы реше­
ния задач; взаимосвязи задач; процес­
сы принятия решении; процедуры об
работки данных.
,1--Яр
Считают, что создавать управляю­
щую систему без ее предварительного
моделирования не следует. При этом
подразумевается определение техниче­
ской осуществимости и оценка эконо­
мической целесообразности примене­
ния метода.
щ
Математическое обеспечение явля­
ется важнейшей и наиболее сложной
проблемой разработки АСУ. Оно пред­
ставляет собой иерархическую систему
логико-математических моделей, кото­
рая с различной степенью детализации
описывает
функционирование
всей
группы предприятий и каждого из них
в отдельности как с экономической, так
и с технической сторон. Математиче­
ское обеспечение выражается в виде
комплекса задач. Оно состоит из об­
щего и специального математического
обеспечения. Общее включает в себя
комплекс служебных программ, ис­
пользуемых для решения различных
технико-экономических задач. Напри­
мер, программы типа «диспетчер»,
контроля документированной информа­
ции, внесения корректировок (исправ­
ление ошибок) в массивах, а также в
программах вывода информации на
АСУП и др. Подготовка и внедрение
математического обеспечения могут
осуществляться двумя способами. Один
из них предусматривает подготовку
по отдельным задачам и внедрение за ­
дач по мере подготовки. При подготов­
ке последующих задач проводится их
логическая и информационная увязка
с предыдущими. При этом способе не­
избежны неоднократные корректиров­
ки алгоритмов, программ и форм доку­
ментации по мере расширения круга
подготовленных и внедряемых задач.
Достоинствами этого способа является
ускоренное осуществление внедрения
математического обеспечения.
Второй способ предусматривает
подготовку математического обеспече­
ния по полному кругу задач (или, по
крайней мере, по всем основным з а д а ­
чам) с увязкой программ и форм доку­
ментов и затем непосредственное внед­
рение. Сроки работ по подготовке
математического обеспечения в этом
случае значительно больше, начало
его внедрения оттянуто, а сам процесс
внедрения осложнен.
В разработках больших систем с
иерархической структурой решения для
систем высших уровней можно прини-
мать только после разработки систем
низших уровней.
Каждый этап работ завершают соз­
данием системы, являющейся частью
обшей; подсистемы низших уровней
должны иметь возможность самостоя­
тельного функционирования.
Математические модели промыш­
ленных систем, как уже отмечалось,
очень сложны, так как сколько-нибудь
реальная модель должна учитывать
большое число сложных и взаимосвя­
занных явлений, подчиняющихся раз­
личным законам природы (связанных,
например, с переносом массы, энергии
и количества движения, с химическими
и физическими превращениями и т. д.).
Описывающие их соотношения обычно
бывают нелинейными, содержат рас­
пределенные параметры, включают
много переменных.
Решение задач оптимизации на ос­
нове построенной математической мо­
дели обычно производится при помощи
методов и алгоритмов исследования
условных экстремальных задач или по­
средством статистического моделиро­
вания (метода Монте-Карло).
Математическая модель (как лю­
бая другая) лишь частично отобража­
ет действительность, акцентирует от­
дельные ее аспекты. Адекватность
модели исследуемой операции и, сле­
довательно, качество полученного ре­
шения можно проверить, сопоставляя
результаты, установленные без ис­
пользования модели, с результатами,
вытекающими из анализа модели. Эти
оценки могут быть получены ретро­
спективно на основе ранее полученных
данных или путем непосредственных
практических испытаний.
*
На основе отечественной и зарубеж­
ной практики при разработке АСУ
устанавливается следующая последо­
вательность работ: исследование про­
цессов управления и движения инфор­
мации; разработка аванпроекта (тех­
нического за д ан и я ); разработка эскиз­
ного (технического) проекта; рабочее
проектирование (разработка рабочего
проекта); внедрение.
Методика, организация и этапность
проектирования и внедрения АСУ ока­
зывают существенное влияние на эф­
фективность внедряемых АСУ.
Возможны три пути создания АСУ:
1) выполнение полного проекта систе­
мы и внедрение очередями. При внед­
рении каждой следующей очереди на­
ращивается вычислительная мощность
ЦВМ, вводятся дополнительные линии
и устройства связи и оборудуются но­
вые первичные информационные пунк­
ты (П И П ); 2) поэтапное проектирова­
ние. Сначала выполняют проект пер­
вой очереди (часть АСУ) и внедряют
его. При этом система рассматривается
как опытно-промышленная. Затем, ис­
пользуя результаты опытно-промыш­
ленной эксплуатации, разрабатывают
полный проект развития системы;
3) установка ЦВМ во временном
цвц, после чего начинают проектиро­
вать, а затем строительство постоянно­
го Ц В Ц при постепенном вводе линий
связи. На первом этапе связь между
Ц В Ц и ПИП поддерживается по вре­
менным каналам связи.
Д ля ускорения ввода в эксплуата­
цию и повышения эффективности АСУ
необходимо осуществить автоматиза­
цию информационного оборудования;
совершенствование подготовки норма­
тивных и исходных данных на базе соз­
дания рациональной системы экономи­
ческой информации (научно обосно­
ванных
показателей); унификацию
плановых и отчетных данных.
Проект АСУ должен решать ряд
проблем: определение структуры и
функций системы, выбор технических
средств, разработку математического
обеспечения, определение путей наибо­
лее эффективного функционирования
системы и т. д.
При проектировании АСУ все под­
системы, входящие в нее, образуют:
комплекс подсистем организационно­
экономического обеспечения АСУ и
комплекс
подсистемы
технических
средств АСУ.
Большое значение имеет создание
единых классификаторов информации.
Они значительно облегчают примене­
ние автоматизированных средств обра­
ботки информации. Разработка единых
показателей для управления дает воз­
можность устранить случаи парал­
лельной передачи информационных по­
токов за счет применения единых форм
бланков первичных документов, прием­
лемых для механизированной и авто­
матизированной обработки.
При отсутствии проекта комплекс­
ной автоматизации управленческих ра­
бот иногда разрабатывают локальные
проекты автоматизации работ для от­
дельных участков производства, на ко­
торых при имеющихся условиях быст­
ро и с незначительными затратами мо\
жет быть достигнут определенный
экономический эффект.
Задача построения АСУ предприя­
тием или отраслью обычно делится на
ряд этапов: 1) анализ задач, постав­
ленных дирекцией предприятия или
отрасли, — выясняют принципиальную
возможность механизации управления
производством и окончательно согласо­
вывают параметры будущей системы;
2) анализ действующей системы уп­
равления — изучают состав, взаимо­
связь, функции и объем работ струк­
турных подразделений предприятия,
действующую систему документообо­
рота, архив документации; проверяют
все ли документы учтены при обследо­
вании; определяют объем вычислитель­
ных работ; составляют графики работ
всех структурных подразделений и от­
дельных групп управленческого персо­
нала; выясняют затруднения в их р а ­
боте. Затем составляют подробный
отчет по обследованию действующей
системы управления; 3) критический
анализ. На этом наиболее сложном
этапе разрабатывают основные прин­
ципиальные положения по изменению
структуры управления, взаимосвязи
подразделений, а такж е изменения,
связанные с применением средств ме­
ханизации; исключают ненужную доку­
ментацию, а оставшуюся перерабаты­
вают; сокращают цифровую информа­
цию; изменяют формы оставшейся
документации, чтобы ее можно было
использовать для механизированной
обработки; предлагают системы коди­
рования (шифровки) документации,
материалов, готовой продукции и др.
Д л я быстрейшего внедрения авто­
матизированной системы управления
необходимо разработать: информаци­
онные системы эффективного примене­
ния механизированных и автоматизи­
рованных устройств; методы иссле­
дования
процессов управления
и
организации производства; методы ав­
томатизации регистрации первичных
данных, а также выборка средств
фиксирования информации (перфокар­
ты, перфоленты, магнитные ленты,
магнитные диски и т. д.); системы ав­
томатизированного
преобразования
данных для управления производст­
вом; математические методы исследо­
вания экономики.
Необходимо такж е подготовить и
осуществить программирование опера­
ций и процессов в соответствии с изме­
ненной организацией предприятия; р а­
циональные системы кодирования ин­
формации;
наиболее
эффективные
средства ввода данных в электронные
вычислительные машины (при этом
большое внимание уделить вопросам
автоматического считывания цифр |
символов с первичных документов);
автономные технические средства для
печатания выходных данных; средства
для обеспечения параллельности про­
цессов ввода информации, решения за­
дач и выдачи машинами результатов
расчетов; методы определения и пока­
затели экономической эффективности
применения систем автоматизирован­
ной обработки информации и автома­
тизации управления технологическими
процессами. Кроме того, для эксплуа­
тации АСУ требуется подготовка ква­
лифицированных специалистов.
|
Д л я проектирования АСУ промыш­
ленными предприятиями, реализующи­
ми сбор, передачу, хранение и обра­
ботку производственной информации,
должны быть разработаны:
'
1) модель управляемой системы,
включающая в себя описание произ­
водственных и экономических процес­
сов, документооборота; цели функцио­
нирования системы; направление разви­
тия системы; комплексный подход при
выборе задач управления производст­
вом;
. Д
2) модель управляющей системы —
представление целей функционирова­
ния реальной системы на «языке моде­
ли»; выделение и постановки отдель­
ных конкретных задач; нахождение
методов решения (выбор стратегии);
3) схема функционирования систе­
мы управления — получение информа­
ции о состоянии управляемой системы;
решение поставленных задач (приня­
тие решений, выработка управляющих
воздействий); техническая реализация
полученных результатов.
К данной общей схеме системы уп­
равления предъявляются следующие
требования: 1) модель должна быть
представлена в виде, пригодном для
машинной обработки; 2) необходи­
мость автоматизированного получения
информации о состоянии управляемой
системы; 3) решение поставленных за( дач должно осуществляться на ЭВМ;
4) наличие технических средств для
реализации управляющих воздействий
на управляемую систему.
Первый этап разработки системы
управления является самым важным и
предопределяет решение всех задач по
112
ее созданию. На первом этапе разра­
батывают все элементы автоматизиро­
ванной системы управления, которую
предполагается внедрить. При этом д а ­
ют характеристику видов информации,
на которых будет основана система;
указывают сроки возникновения и об­
работки того или иного вида информа­
ции, форму входной и выходной доку­
ментации и др. Далее разрабатывают
систему автоматизированной обработ­
ки дай*1ых, а затем проводят програм­
мирование вычислительных работ. По­
следний этап начинают с составления
алгоритмов и блок-схем и заканчивают
составлением частных программ по
каждой задаче.
Технический проект разрабатывают
на основании утвержденного задания
на систему с целью определения основ­
ных проектных решений по создавае­
мой АСУП, затрат на создание системы
и ее основных технико-экономических
показателей. На этом этапе разработ­
ки системы для конкретных условий
данного цеха (участка) выбирают ме­
тоды оперативного управления и раз­
рабатывают информационный процесс
оперативного управления.
В техническом проекте должны
быть разработаны следующие вопросы.
1. Описание системы:
а) метод оперативного управления
применительно к заданной зоне дейст­
вия АСУП; б) перечень, характеристи­
ки и обоснование выбора управляемых
точек потока, для которых планируют
сменно-суточные задания; точек, по ко­
торым ведут внутрисменный контроль,
а также дополнительных учетных гра­
ниц; в) характеристики показателей и
нормативы; г) процессы оперативного
управления производством; д) схема
подчиненности персонала, участвующе­
го в оперативном управлении.
2. Организационно-технические тре­
бования к проектируемому нестандарт­
ному оборудованию (техническим си­
стемам и приборам): а) назначение;
б) выполняемые функции; в) общие
требования; г) специальные требова­
ния; д) перечень и характеристика ин­
формации, вводимой в системы (при­
бор); е) перечень и характеристика
информации, вырабатываемой систе­
мой (прибором).
3. Мероприятия по подготовке объ­
екта к внедрению АСУП и график их
внедрения.
4. Укрупненный расчет экономиче­
ской эффективности: а) затраты на
проектирование и изготовление для
внедрения АСУП; б) расчет эффектив­
ности АСУП; в) расчет сроков окупае­
мости АСУП.
приложении к техническому про­
екту дается описание действующей
системы оперативного управления ос­
новным производством, содержащее:
методы оперативного управления в
действующей системе; процесс опера­
тивного управления в действующей
системе; недостатки методов и процес­
са действующей системы, устраняемые
после внедрения АСУП; схемы потоков
материалов, сырья, изделий и т. д.
Управляющую
систему-советчик
устанавливают непосредственно в цехе
для участка или группы участков, свя­
занных единым руководством и общи­
ми обеспечивающими подразделения­
ми. Она складывается из трех состав­
ных частей: подсистемы первичного
учета и дистанционной передачи учет­
ных данных; подсистемы вычисления и
индикации отклонений от уровня по­
требности; подсистемы вычисления и
индикации внутрисменных отклонений.
На последней стадии разработки
проекта основной задачей является со­
ставление последовательности и гра­
фика работы устройств управления,
т. е. блок-схемы операций автоматиче­
ской системы управления — типа: ре­
шение, подстановка, сравнение, пере­
ход от одной команды к другой, считы­
вание и запись данных и т. д.
Усовершенствование действующих
систем управления рекомендуется про­
водить по следующим этапам: опреде­
ление целой системы, анализ действу­
ющей системы управления; выбор кри­
териев эффективности, проектирование
(эскизное и техническое), эксперимен­
тирование, применение.
I
ТЕХНИКО-ЭКОНОМ ИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ
АВТОМ АТИЗАЦИИ
§ 1. М ЕТО ДИ КА О П Р Е Д Е Л Е Н И Я
ТЕХНИКО-ЭКОНОМ ИЧЕСКИХ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ
В современных условиях, когда в
промышленности СССР осуществляют­
ся новые методы планирования, эконо­
мического и материального стимулиро­
вания, на первое место выдвинута з а ­
дача повышения эффективности обще­
ственного производства. Критерием
этой эффективности являются технико­
экономические показатели.
Д алее приводится пояснение неко­
торых экономических терминов, встре­
чающихся ниже.
Д о х о д — это выступающая в фор­
ме прибыли разница между выручкой
от реализации продукции и затратами
на ее производство.
Доход
дополнительный —
это доход, полученный в результате
увеличения массы прибыли, т. е. без
снижения затрат на производство про­
дукции.
Э к о н о м и я — относительное или
абсолютное уменьшение затрат на про­
изводство в целом или по отдельным
элементам затрат (по сырью, материа­
лам, заработной плате, расходам на
управление и обслуживание производ­
ства).
Годовой
экономический
э ф ф е к т — годовая экономия приве­
денных затрат, т. е. разница между
суммарной себестоимостью годового
объема продукции и стоимостью основ­
ных фондов, приведенной к году с по­
мощью нормативного коэффициента
эффективности по базовому и проекти­
руемому вариантам.
Капитальные
вложения —
это затраты (выше 50 руб.) на созда­
ние основных фондов длительного дей­
ствия, в том числе новой техники.
Срок
окупаемости
капи­
т а л ь н ы х в л о ж е н и й — период, в
течение которого величина капиталь­
ных затрат возмещается дополнитель­
ной экономией, достигаемой от внедре­
ния новой техники на эксплуатацион­
ных расходах.
Я
Э к с п л у а т а ц и о н н ы е (теку­
щие)
з а т р а т ы — расходы, свя­
занные с эксплуатацией: амортизация,
энергия, текущий ремонт, техобслужи­
вание, смазочные и обтирочные мате­
риалы, расход инструмента.
|
Заработная плата учитывается по
нормам обслуживания, а также соот­
ветствующим разрядом работ и тариф­
ных ставок.
Ц
Расходы условно-постоянн ы е — это расходы, не зависящие от
изменения объема производства и яв­
ляющиеся относительно постоянными
при колебаниях объема выпуска про­
дукции во времени (например, расхо­
ды по управлению и обслуживанию
производства).
Ц
В качестве критерия экономической
оценки деятельности предприятия мо­
гут быть приняты стоимость единицы
продукции, себестоимость производ­
ства единицы продукции, доход пред­
приятия и др. при определенных огра­
ничениях, например: доход (прибыль)
или минимум себестоимости при огра­
ничениях по количеству и качеству;
максимум производства при ограниче­
ниях по себестоимости и качеству; наи­
высшее качество продукции при огра­
ничениях по количеству и себестоимости.
Доход предприятия исчисляется как
разность между стоимостью получен­
ной продукции и стоимостью затрат.
Обобщающим показателем работы
предприятия (при правильном ценооб­
разовании) может служить доход (при­
быль). Прибыль определяется как р а з­
ница между оптовыми ценами и себе­
стоимостью реализованной продукции.
Следовательно, при твердых плановых
ценах размер прибыли зависит от уров­
ня себестоимости, объема и качества
выпускаемой продукции, т. е. от пока­
зателей, которые характеризуют коли*
114
чественную и качественную стороны
деятельности предприятия по о с н о в н о ­
м у производству и всем другим участкам и видам хозяйственной деятельно­
сти.
Оптимальное производство заклю­
чается в максимизации прибыли пред­
приятия.
у Я Й
Математическое выражение прибыли:
(7.1)
Д = д (Ц -5 );
У
Ц — / ( а )>
(7.2)
где Д — доход предприятия; (? — объем реализуемой продукции; Ц — цена
реализуемой продукции, зависящая от
качества ( а ) ; 5 — себестоимость про­
дукции.
Таким образом, максимальный до­
ход может быть получен в результате
определения оптимального соотноше­
ния качества конечного продукта, се­
бестоимости, объема производства.
Определение
технико-экономиче­
ских показателей автоматизации пред­
приятий строительной индустрии, как
и предприятий других отраслей про­
мышленности, производится в соответ­
ствии с инструкцией Госплана СССР.
Решение задачи повышения эффек­
тивности общественного производства
должно обеспечить наилучшее исполь­
зование производственных ресурсов,
прогрессивный метод организации про­
изводства, создание благоприятных ус­
ловий труда и на этой основе увеличе­
ние выпуска продукции высокого каче­
ства. В связи с этим при создании но­
вой техники проводится ее экономиче­
ский анализ.
Экономический анализ, как прави­
ло, должен учитывать показатели эко­
номии «живого труда», а также «прош­
лый труд».
При э к о н о м и ч е с к о анализе
м ^ ^ ^ ^ ^ ^сле^^|
дует выявить, как повлияет внедрение
автоматизации на изменение капиталь­
ных вложений (стоимость техники),
производительность труда и себестои­
мость продукции.
Повышение эффективности произ­
водства достигается в первую очередь
совершенствованием работы предпри­
ятий или отдельных его подразделе­
ний, в частности, путем автоматизации
процессов. Показатели эффективности
колеблются на различных предприяти­
ях в зависимости от местных условий,
уровня автоматизации, приспособлен­
ности технологического процесса и обо-
рудования к включению в автоматиче­
ский комплекс.
На основании ряда данных можно
с известным приближением считать,
что частичная автоматизация дробиль­
но-сортировочных заводов повышает
их производительность на 17%, сокра­
щает
обслуживающий персонал до
46% и снижает расход электроэнергии
на 10%. Дополнительные капиталовло­
жения окупаются в 4—4,5 года (без
учета повышения качества и фракци­
онности готовой продукции).
Автоматизация эффективна и в Дру­
гих сферах производственного процес­
са, например при внедрении регулято­
ров температуры.
Институт экономики строительства
проводил исследования экономической
эффективности от внедрения програм­
мных регуляторов температуры типов
ПРТЭ-1 и ПРТЭ-2, примененных для
автоматизации тепловлажностнои об­
работки железобетонных изделий. Р е ­
зультаты показали, что пропускная
способность пропарочных камер после
автоматизации увеличилась на 47 /о,
выпуск продукции — на 35%, себестои­
мость изделий снизилась на 11,5%. Го­
довой экономический эффект на обсле­
дованном заводе составил 262 тыс. руб.
Замена ручного регулирования ав­
томатическим дает значительный эко­
номический эффект благодаря более
точному поддержанию теплового ба­
ланса, сокращению количества обслу­
живающего персонала. Расход тепло­
вой энергии неавтоматизированной си­
стемы значительно больше, чем при
автоматизированной. Так, при ручном
регулировании системы теплоснабже­
ния колебания температуры горячей
воды в системе доходят до ± 15 С. При
автоматическом регулировании темпе­
ратура воды будет колебаться в пре­
делах ± 2 ° С.
Перепад давлений между подаю­
щей и обратной линиями неавтомати­
зированной системы теплоснабжения
не поддается регулированию. При ав­
томатизации можно достичь перепада
давлений
не более
±0,1 кГ/см2
(98-103 Н ).
При подсчете экономической эффек­
тивности автоматизации теплоснабже­
ния сопоставляются итоги по следую­
щим статьям: зарплата обслуживаю­
щего
персонала,
амортизационные
отчисления
(15%), электроэнергия,
средний и текущий ремонты (20% от
амортизации), плата за отпущенную
115
горячую воду с ТЭЦ, прочие расходы
(30% от суммы затрат на амортиза­
цию, ремонт и зарплату).
Ниже приведена методика расчета
экономической эффективности от внед­
рения автоматизации производствен­
ных процессов, которая определяется
системой основных и дополнительных
показателей.
Основными показателями, позво­
ляющими судить об экономической эф ­
фективности автоматизации, являются:
а) капитальные вложения, необходи­
мые для создания автоматизирован­
ных установок; б) затраты на эксплуа­
тацию автоматизированных установок;
в) себестоимость единицы продукции,
на которую воздействует автоматиче­
ская установка; г) срок окупаемости
капитальных затрат на автоматиза­
цию; д) коэффициент эффективности
капитальных вложений; е) производи­
тельность труда, количество высвобож­
даемых рабочих; ж) выпуск продук­
ции за год, количество процессов, оп­
ределяемые
производственной мощ­
ностью оборудования до и после внед­
рения автоматизированных установок.
К дополнительным показателям от­
носятся: а) длительность производ­
ственного цикла, производительность
оборудования; б) затраты сырья, м а­
териалов,
топлива,
электроэнергии
и др. на единицу продукции до и после
внедрения автоматизации; в) уровень
качества продукции (чистота обработ­
ки, сортность, долговечность, процент
брака и т. п.); г) удельный вес затрат
на автоматизацию в общей сумме к а ­
питальных затрат на объект; д) пока­
затели использования основных фон­
дов (производственной площади и обо­
рудования), например съем продукции
с единицы оборудования, с 1 м2 произ­
водственной площади, с одного рубля
основных фондов.
Н аряду с показателями, поддающи­
мися прямому расчету, при анализе
экономической эффективности меро­
приятий следует также применять по­
казатели, характеризующие качествен­
ные изменения производства, такие,
как улучшение условий труда; повыше­
ние безопасности труда; повышение
надежности работы систем и аппара­
тов; повышение общей культуры про­
изводства.
К капитальным вложениям на ав­
томатизацию относятся затраты на про­
ектирование, приобретение средств ав­
томатизации, транспортные издержки
по их доставке, стоимость их монтажа,
затраты на строительство необходимых
помещений, связанных с автоматиза­
цией процесса.
:Щ И
При подсчете капитальных вложе­
ний учитываются лишь те затраты на
проектно-конструкторские и опытные
работы, которые непосредственно свя­
заны с внедрением принятого варианта
автоматизации производства. Затраты
на научно-исследовательские работы
общетеоретического характера учиты­
ваются отдельно.
ЩЯ
По определенным капитальным за­
тратам определяются сроки их окупае­
мости и фондоотдача (выработка про­
дукции на 1 руб. капитальных затрат).
Определение снижения себестоимо­
сти продукции в результате внедрения
автоматизации осуществляется путем
сопоставления калькуляции себестои­
мости продукции, выполняемых про­
цессов до и после внедрения мероприя­
тия.
I
Себестоимость изделий, процессов
определяется составлением проектной
калькуляции, которая строится на ос­
нове отчетной с внесением соответ­
ствующих
изменений,
вызываемых
внедрением автоматизации. Корректи­
вы вносятся по каждой статье, на кото­
рую влияет автоматизация.
Годовая экономия от сокращения
нормы расхода материалов (руб.) под­
считывается по формуле
ЭМ
И (Н м1
ЯШн
(7.3)
где Ц м — внутризаводская цена едини­
цы материала, руб.; Н М1, Н М2 — нормы
расхода материала на единицу изделия
соответственно до и после автоматиза­
ции с учетом стоимости реализуемых
отходов; Щ — годовой выпуск продук­
ции после автоматизации.
При определении затрат по зар п ла­
те производственных рабочих после
автоматизации на основе принятой тех­
нологии необходимо установить норму
времени на одно изделие (один про­
цесс) по разным специальностям рабо­
чих, участвующих в процессе, разряд
работы и разрядные тарифные ставки.
Годовую экономию (руб.) по з а р а ­
ботной плате получают:
Э з.п
( 3 . - 3 , ) П 2,
(7.4)
где 3]
заработная плата (основная,
дополнительная плюс отчисления на
соцстрах) основных производственных
рабочих, приходящаяся на одно изде116
лие до автоматизации; Зг — то же, пос­
ле автоматизации.
В некоторых случаях экономию по
заработной плате можно определить
путем сопоставления количества рабочих, обслуживающих данный участок
оборудования, с учетом нормы
живания до и после автоматизации и
среднемесячной заработной
платы.
Тогда годовая экономия (руб.)
Э З.п
З с.м(Р х- Р 2)12,
(7- 5)
где Зс.м х- среднемесячная заработная
плата оДного рабочего; Р 1 и Р 2— ко­
личество
рабочих, обслуживающих
данный участок до и после автомати­
зации; 12 — число месяцев в году.
Экономия по энергетическим затра­
там (топливо технологическое, элект­
роэнергия технологическая) в рублях
определяется
путем сравнения
их
удельных норм расхода до и после ав­
томатизации, т. е.
(7.6)
Э э.з 1ДГ(Уг У2) П-2>
где Цг — стоимость единицы энергии,
руб.; У 1 и У2 — удельный расход энер­
гии до и после
автоматизации,
кВт/ч-ед, г/ед или м3/ед.
Д ля расчета экономии по браку оп­
ределяется влияние автоматизации на
снижение брака и потерь путем сопо­
ставления расчетных данных.
Дополнительный выпуск продукции
(ед/год) за счет сокращения брака
(7.7)
П ДОЙ П Л Б Р1 Б р3)/100,
выпуск
где Пдоп дополнительный
_____ продукции за годз Брь Брг
ГОДНОЙ
процент бракованной продукции от вы­
пуска до и после автоматизации.
Годовая экономия от сокращения
брака
Эбр
100
100 -+- (Б р1
Из суммы условно-постоянных рас­
ходов, приходящихся на одно изделие
до внедрения автоматизации, вычита­
ют сумму этих же расходов, приходя­
щихся на одно изделие после внедре­
ния автоматизации; полученную раз­
ность умножают на новый объем про­
изводства, т. е.
Э .п
С у.п
с у.п
п1
п2
п!
(7.9)
где Эу.п экономия на условно-посто
янных расходах; Су.п — сумма условно-постоянных косвенных расходов на
весь выпуск; П 1 — годовой выпуск про­
дукции до внедрения автоматизации.
После подсчета экономии по всем
основным статьям калькуляции опре­
деляют общую сумму экономии от
внедрения автоматизации по изготов­
лению данной продукции
+ Э з.* +
Э О .Г (С, — С2) п 2
(7.10)
э у.П»
+ Э э ,3 + Э бр
где Э0.г — общая сумма годовой эко­
номии от внедрения автоматизации; Щ
и С2— себестоимость единицы продук­
ции до и после автоматизации.
Снижение себестоимости (%)
(С1 с2) 100. (7.11)
Ссн
с
Расходы по эксплуатации автома­
тики состоят из дополнительных рас­
ходов, связанных с амортизацией, те­
кущим ремонтом и содержанием авто­
матики.
Расходы на амортизацию берут в
установленном проценте от стоимости
автоматических установок по данному
виду средств и рассчитывают по фор­
муле
(7.12)
А — Ка/100,
(7.8)
где А — годовая сумма амортизации
по установкам автоматики; К — сумма
капитальных затрат на автоматику;
установленная норма амортизации
от первоначальной стоимости автома­
тических установок, %.
Текущий ремонт включает в себя:
а) расход запчастей и других мате­
риалов; б) расход основной и дополнительной заработной платы (с начислениями) рабочих по ремонту обору­
дования; в) услуги ремонтных цехов
Расходы по содержанию автомати­
ки предусматривают:
а) затраты на материалы, связан­
ные с текущим содержанием и обслу-
Б ро)
где 2 5 — себестоимость годового вы­
пуска продукции до автоматизации.
Общецеховые
и
общезаводские
расходы относятся к условно-постоян­
ным расходам, так как они при измене­
нии объема производства не изменяют­
ся или изменяются незначительно.
Д л я определения экономии за счет
изменения доли условно-постоянных
расходов поступают следующим обра­
зом. Их сумму, взятую по отчетным
данным за последний отчетный период,
делят на количество выпускаемой про­
дукции до и после автоматизации.
117
живанием оборудования автоматики;
б) основную и дополнительную за р а ­
ботную плату с отчислениями в соц­
страх вспомогательных рабочих, зан я ­
тых
обслуживанием оборудования;
в) затраты на электроэнергию, потреб­
ляемую данным автоматическим уст­
ройством; г) услуги цехов и хозяйств
по содержанию автоматики.
Сумму расходов на материалы рас­
считывают так же на основе установ­
ленного процента расхода по материа­
лам на обслуживание автоматики от ее
стоимости. Его можно брать в размере
1 % от стоимости основных средств ав­
томатики.
Д ля подсчета
стоимости затрат
энергии определяют мощность всех ав­
томатических установок, продолжи­
тельность их использования. Расчет
едут по следующей формуле:
N7.
(7.13)
где З э — стоимость энергозатрат; N
мощность установок автоматизации,
Тф—
— годовой фонд времени работы
автоматических установок, ч;
Щ — коэффициент использования ав­
томатических установок по времени;
К я — коэффициент использования по
мощности; 5 — стоимость 1 кВт-ч.
Д л я получения чистой экономии
следует вычесть из общей годовой сум­
мы экономии (Э0.г) эксплуатационные
расходы по автоматике и убытки от
недоиспользования узлов, деталей и
другого оборудования, устаревших кон­
струкций, которые не могут быть ис­
пользованы при автоматизации.
Чистая экономия
Э
Э о.г с
су’ (7.14)
где Э0.г — общая годовая сумма эко­
номии; Сэ — затраты на эксплуатацию
автоматики, Су — убытки от недоис­
пользования устаревших конструкций.
Срок окупаемости (год)
Т ОК к2/эч*
где К 2 капитальные затраты на автоматизацию, руб.
Коэфф
ффективности капитальных
вложений
Е
(Эч/К) > Е Н,
(7. 16)
где Е Н
нормативный
коэффициент
экономической эффективности.
Годовой экономический эффект
р к
Э
Э
(7.17)
118
Показатель роста производительно­
сти труда можно рассчитывать как в
натуральных показателях, так и по ва­
ловой продукции в неизменных ценах.
Его определяют по формуле
Ж
П тр= (П 1/Рд) - ( П 2/Р 2) = В 1- В,, (7. 18)
где В| и Вг — средняя выработка од­
ного работающего до и после автома­
тизации.
-V
Прирост производительности труда,
%:
/ -'Я И
П тр
В
В
В1
1 100.
(7. 19)
В случаях, когда автоматизация
оборудования приводит к сокращению
численности работающих, определяют
количество высвобожденных рабочих»
Оно равно:
ЩИ
Р = ( П 2/В 1) - ( П 2/В2),
(7. 20)
где Р — количество относительно I ысвобожденных рабочих после автома­
тизации производства; П 2 — годовой
выпуск продукции после автоматиза­
ции; В] и Вг — производительность
труда рабочих (выработка в натураль­
ных показателях) до и после автома­
тизации.
1
Дополнительная экономия полу­
чается от повышения сортности про­
дукции (марки бетона, железобетон­
ных изделий и т. п.) и улучшения ис­
пользования оборудования. Сортность
выпускаемой продукции до автомати­
зации берут по отчетным данным авто­
матизируемого завода.
1
Экономия от повышения сортности
Эс= (Пда2-{- П 2б2)
Ц ^ ) , (7.21)
где Эс — экономия от повышения сорт­
ности; Ц] и Ц 2 — цена за единицу вы­
пускаемой продукции I и II сортов; Ц
и 61 — количество изготовленной про­
дукции соответственно I и II сортов
(марки бетона, железобетона и т. п.)
до автоматизации; | 1 и б2 — количество
изготовленной продукции соответству­
ющих сортов после автоматизации.
Экономия за счет улучшения ис­
пользования оборудования достигает­
ся за счет удлинения межремонтного
периода, что ведет к увеличению по­
лезного времени работы оборудования
и соответственно к наращиванию мощ­
ности данной установки (цеха, пред­
приятия).
;г|
Увеличение производственной мощ­
ности предприятия соответствует сум­
ме дополнительных капитальных вло-
мер устройств телевидения, магнито­
фонов и др.
Общие капитальные вложения на
диспетчеризацию
жений, которая потребовалась бы для
и з д а н и я новой мощности, равной приО
рашеннои.
Экономия капиталовложений
Э КЗ
( М , — М 4) К
у
КД
1
где К 1 — стоимость
автоматической
телефонной станции, руб.; К 2 — стои­
мость радиоузла, руб; Кз — стоимость
монтажных работ, руб.; К 4 — прочие
расходы, руб.
связи с этим сумма, на которую
увеличиваются амортизационные от­
числения за счет дополнительных капи­
тальных вложений, составит
где М — мощность; Ку — удельные ка­
питаловложения (на единицу мощно­
сти).
Сокращение или увеличение произ­
водственных площадей, связанное с не­
обходимостью размещения автомати­
ческих устройств, также влияет на эко­
номическою эффективность автомати­
зации.
Образующаяся в связи с этим эко­
номия капитальных вложений (или д о­
полнительные затраты)
(7.
22)
Эпл= Д ? 5 ЗД.
Э,
где Д/7— изменение объема производ­
ственного помещения; 5 ЗД— стоимость
1 м 3 здания соответствующего типа.
В случае увеличения площади эко­
номия Эпл получается со знаком ми­
нус.
Получаемую дополнительную эко­
номию на капитальных вложениях
(Эк.в и Эпл) следует прибавить к чис­
той экономии с коэффициентом Е и.
Д ля более детальной характеристики результатов автоматизации произ­
водится расчет дополнительных пока­
зателей (капитальные затраты на еди­
ницу выпускаемой продукции, коэффи­
циент фондоотдачи, съем продукции с
1 м 2 производственной площади, удель^ный вес затрат на автоматику в общей
сумме капитальных вложений по объ­
екту и т. д . ) .
Автоматизация процессов охваты­
вает не только процессы производства,
но и процессы управления, в частно­
сти, при оснащении диспетчерской
службы
автоматизируются
система
информации, а это может потребовать
либо создания вычислительного центра
со своими затратами, либо оплаты за
услуги
районного вычислительного
центра. Н иже приведен расчет затрат
и окупаемости при внедрении диспет­
черской системы управления. Вопросы
диспетчеризации производства и з а ­
трат на нее целесообразно Ре“ ать с
учетом перспектив создания АСУ.
Капитальные вложения на оборудо­
вание диспетчерской связи (Кд) состо­
ят из стоимости установки автоматиче­
ской телефонной станции, радиоузла и
дополнительного оборудования, напри1 Г
К
I
I
Л
[
и
/
Ч
/ А
1
А
*
V
*
гщ * ш
___ _____
^
*
—
а
*
*
т »
*
/ \
■
п
.- 7 -
т
?
т х
т
т
О
т
1
П
\Л
100
(7. 24)
где г — годовая норма амортизацион­
ных отчислений, %.
Кроме того, при эксплуатации обо­
рудования диспетчерской службы не­
обходимы расходы на содержание уст­
ройства
связи
и диспетчерского
аппарата. Расходы на содержание уст­
ройств диспетчерской связи (Р) со­
ставляют
(7.25)
3’
где Р 1 — затраты на содержание уст­
ройств
автоматической телефонной
станции, руб.; Рг — затраты на содер­
жание устройств радиоузла, руб; Рз
затраты на прочие устройства, руб.
В текущие
(эксплуатационные)
расходы на содержание диспетчерской
службы входят; амортизация, освеще­
ние, отопление, энергия, технический
уход, текущие ремонты и содержание
штата работников — диспетчеров, опе­
раторов и др.
Расходы на содержание диспетчер­
ского аппарата (Эр) определяются по
формуле
(7. 26)
ЛФ(1 + П/100),
Э
количество диспетчеров и опе­
где Л —
раторов; Ф — среднегодовая взвешен­
ная заработная плата диспетчера и
оператора, руб.; П — установленный
процент
отчислений на социальное
страхование, равный 7,5%.
Таким образом, общие расходы на
эксплуатацию и содержание диспет­
черской связи
(7. 27)
Р+ Э
ЭI
Эти суммы вычитаются из общей
экономии от совершенствования системы управления на предприятии.
•
г т
Кд!
•
119
В случае, когда капитальные вло­
жения на оборудование диспетчерской
централизации не велики, их можно
полностью учесть при расчете эконо­
мической эффективности. В этом слу­
чае затраты на эксплуатацию и содер­
жание диспетчерской связи
Э
ЕкКд+ Р + ЭР’
где Ек — коэффициент, учитывающий
приведение капиталовложений долго­
временного действия к текущим годо­
вым затратам.
Общая экономия от совершенство­
вания системы управления на основе
диспетчеризации
Э сб
э - э д*
(7. 28)
ффекти
где Э
совершенствования системы управле­
ния, руб.
Общие капитальные вложения
К об
Кспец
д*
(7.29)
где Кспец— капитальные вложения на
совершенствование системы управле­
ния, руб.
Общая эффективность от внедрения
диспетчеризации определяется как от­
ношение экономии (эффект за весь
срок службы основных фондов диспет­
черизации к текущим затратам за
этот же срок).
§ 2. ТЕХ Н И КО -ЭКОН О М И ЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ Н А ДЕЖ Н О СТИ
необходимой
При
определении
степени надежности надлежит исхо­
дить из оптимальных показателей, под
которыми, в частности, следует пони­
мать такое значение вероятности точ­
ной работы прибора и безотказной ра­
боты (в течение заданного срока и при
определенных условиях эксплуатации),
при которой все затраты, связанные с
производством прибора и эксплуатаци­
ей
комплекса автоматизированного
производства, базирующегося на дан­
ном приборе, будут наименьшими.
Повышение надежности средств ав­
томатики может вызвать ее удорожа­
ние.
Целесообразный уровень надежно­
сти следует искать как компромисс
между «ценой» надежности, связан­
ной, как правило, с усложнением аппа­
ратуры, и «платой» за недостаточную
120
надежность, т. е. с ущербом, наноси
МЫМ ВЫХОДОМ из строя ТОЙ ИЛИ ИН01
части системы.
Обеспечить высокую степень на
дежности аппаратуры с безотказно!
работой на длительный период без ре
зервирования не представляется воз
можным. Однако резервирование со­
провождается увеличением веса, габ
ритов и затрат. Чрезмерные требова­
ния к надежности могут привести к
недопустимому усложнению и удоро­
жанию аппаратуры. Повышение на
дежности должно осуществляться не
обязательно за счет повышения кап
таловложений. Эффективен путь пр
менения практически осуществимых
новых идей, например применение по­
лупроводников вместо релейно-кон­
тактной схемы и т. д.
Ж
Одним из основных факторов, оп­
ределяющих надежность, являются ве­
личины отказов.
Щт
Под постепенными или условными
отказами понимают уход основных па
раметров элементов за определенные
пределы. Эти пределы зависят от тре­
бований схем, в которых они исполь­
зуются, и поэтому могут быть неодина­
ковыми. Так, например, для одних
схем допустим уход параметров от но­
минального значения на 30%, для дру­
ги х — в се го н а 1 0 % .
ЯШ
Уменьшение интенсивности отказов
элементов в процессе эксплуатации мо­
жет быть достигнуто облегчением ус­
ловий и режимов их работы, а именно:
а) уменьшением рабочих коэффициен­
тов нагрузки; б) улучшением условий
охлаждения; в) уменьшением влажно­
сти; г) амортизацией ударов и вибра­
ций; д) построением схем, в которых
допустимы значительные
изменения
параметров.
Повышение надежности отдельных
элементов. Требования, предъявляемые
к системе управления и ее элементам
(точность, условия окружающей сре­
ды, объем выполняемых операций) в
значительной мере определяют надеж­
ность всей системы в целом. Если эти
требования усложняются, то надеж­
ность снижается. Например, если в ка­
кой-либо системе регулирования прак­
тически достаточно иметь точность 1%,
а задана точность 0,2%, это приведет
к повышению требуемой точности дат­
чика, к увеличению требуемого коэф­
фициента усиления, введению допол­
нительных корректирующих устройств
[ т. п. В результате возрастет число
■пементов, из которых будет состоять
[егулятор, и снизится его надежность.
I "Необходимо согласовать отдельные
[лементы системы, например датчики,
I огнческие элементы, выходные усили[ели, между собой таким о о радам,
[тобы их___________
области работоспособности
ри различных напряжениях питания,
| емпературах окружающей!
среды,
азбросе параметров деталей и т. п.
:овпада;ш:
При поэлементном резервировании,
(аряду с увеличением надежности от­
дельных элементов, одним из наиболее
эффективных методов повышения на;ежности является поэлементное! ре«ервирование за^ счет введения и из5ыточности структуры. Однако не во
зсех устройствах автоматики такое
резервирование является возможным,
тотому что резервный элемент, повыдая надежность устройств в отноше-ши одного типа повреждения (напри­
мер, короткого замыкания), уменьшает
В
Ы м М н й й аИв ! отношении другого
згоН Внадежность
типа п о в р е ж д е н и я(например,
| ^ ^ ^ ^ ^ _ ^ ^обры^^^_
ва).
Надежность работы
комплексов
автоматики, содержащих контактную
аппаратуру,
определяется надежно­
стью срабатывания контактов электро­
механических реле, механических клю­
чей и выключателей — датчиков (кон­
цевых и путевых выключателей).
Срок службы магнитных бескон­
тактных элементов дискретного дей­
ствия (если не будет нарушена их ме­
ханическая прочность) практически не
ограничен и не зависит от числа совер­
шаемых ими переключений. Они не
нуждаются в обслуживании, так как их
выпускают в виде залитых блоков, ис­
ключающих воздействие внешней сре­
ды.
Значительное влияние на экономи­
ческую эффективность автоматизации
по линии надежности системы оказы­
вают исполнительные механизмы и ре­
гулирующие органы, которые в боль­
шинстве случаев не могут быть резер­
вированы и при малой надежности бу­
дут определять надежность всего уст­
ройства.
Одним из путей повышения надеж­
ности элементов системы автоматики
является сокращение продолжительно­
сти нахождения их под нагрузкой. Т а ­
кие схемы целесообразны для систем,
включающих элементы с высокой час­
тотой отказов.
о
Так, при режимах работы конвейе­
ров, когда их пуск происходит 1—2 ра­
за в смену и соотношение времени пус­
ка (времени управления) и номиналь­
ной работы незначительно, применяют
схемы, при которых элементы автома­
тики, осуществляющие пуск и оста­
новку, обесточиваются и вступают в
работу лишь в периоды пуска и отклю­
чения. При таких схемах аппаратура
работает в режиме холодной готовно­
сти, при которой элементы с относи­
тельно высокой частотой отказов обес­
точиваются и подключаются лишь на
период, определяемый технологической
необходимостью, после чего они вновь
автоматически отключаются.
Одним из путей резервирования с
минимальными затратами на аппара­
туру является применение схемы без
дублирующих узлов аппаратуры, но с
резервированием каналов управления.
Так, для цепочки ленточных конвей­
еров, вводимых в действие с помощью
программного устройства, на случай
выхода из строя этого канала можно
предусмотреть:
автоматизированный
пуск конвейеров с помощью реле ско­
рости; индивидуальный пуск конвейе­
ров с переходом каждого из них на
автоматический контроль, осуществляе­
мый реле скорости; местное управле­
ние каждого конвейера.
Одним из основных факторов, влия­
ющих на экономические показатели,
связанные с надежностью, является
срок службы элемента или системы.
Ниже приведена методика определе­
ния срока службы.
1. На основании статистических
данных, полученных в результате на­
блюдений за представительными пар­
тиями для каждого элемента, входяще­
го в аппаратуру, выявляют наработку
на отказ, которая определяет фактиче­
ский износ элементов аппаратуры и
их надежность.
2. Полученные данные по наработ­
ке на отказ элементов позволяют по
наименее надежному элементу опреде­
лить периодичность, а также объем
профилактических ремонтов, которые
обусловливают срок службы аппарату­
ры в целом.
3. Определяют стоимость ремонтов,
которая складывается из стоимости з а ­
мененных элементов, материалов, тру­
да, наладки, испытания.
4. Строят диаграмму затрат на ре­
монт в разные периоды эксплуатации.
По оси абсцисс откладывают периоды
121
V
ремонтов аппарата во времени, а по
оси ординат — стоимость ремонтов в
процентах к первоначальной стоимо­
сти аппарата.
5. Строят кривую обесценения ап­
парата под влиянием технического про­
гресса (моральный износ I рода), ко­
торая описывается формулой
1
К
(7. 30)
К0Р Ко
(1 + Р , ) Т
Если в системе имеется п групп, со­
держащих по тп\, т2, ..., т п параллель­
но соединенных элементов, имеющих
стоимости Со., См, •*», Сод, то общая
стоимость определится так:
IП
17.34)
/-1
Если для схемы из п параллельно
соединенных групп элементов (блоков,
частей) надежность равна Р р= Р ’\ при­
чем для получения заданной надежно­
сти группы Р = Р р пришлось соединить
т элементов (блоков, устройств) па­
раллельных ветвей
щ
где Кт — стоимость аппарата через Т
лет после его выпуска; Р — коэффици­
ент обесценения аппарата;
1
Р
(7.31)
(1 ШйШ Т
Р 1 — среднегодовой прирост произво­
дительности труда по заводам, изго­
товляющим данную аппаратуру.
6. Определяют срок службы аппа­
рата. Этот срок соответствует времени,
к которому стоимость предполагаемого
ремонта
становится
равной
или
больи
шеи стоимости аппарата.
Этот метод применим для аппара­
туры
многократного использования
(для однократного — срок службы ра­
вен наработке на отказ).
Общие технические требования и
методы испытания на надежность рег­
ламентированы ГОСТ 13216—67.
Связь между стоимостью и надеж­
ностью определяется по следующей
методике.
Если система состоит из п последо­
вательно включенных элементов, имею­
щих надежности Р 1, Рг, ..., Р» и стои­
мости С|, Сг, ..., С„, то результирую­
щая надежность определяется как
1е(1 —Рр/Л)
1е (1 - Ро)
т
тогда полная стоимость
С
т
П р , = р , р л .........Р„-
т
п
Са
..
Сп
У с,
(7. 32)
Если надежность одного элемента
(блока, узла, устройства) равна Ро, а
Со, то для получения трестоимость
буемой надежности Р зад необходимо
параллельное соединение п элементо]
при котором
1 —Р — (1 — Ро)-
С = С 0т — Со
(7. 38)
т
с
тС
У✓ С I
1
(7.39)
и с учетом (7.38) будет:
С
Полная стоимость
Рзад)
1е (1 — Р Л
1е(1 — р л)
I? (1 - Рз)
12 (1 — р)
Полная стоимость основного соедине­
ния (блока) с дублированными т —1
блоками определится:
а
1-1
У? (1
(7.37)
Соотношение (7.37) дает возмож­
ность определить необходимую крат*
ность резервирования для обеспечения
заданного значения Рзад избыточной
системы. Очевидно
Ш
Результирующая стоимость будет рав­
на
С,
17. 36)
Ра = [1 — (1 — Р")'”]г.
I 1
С
тпС0.
Ниже рассмотрена эффективность
общего и поэлементного резервирова­
ния применительно к системе, пред­
ставляющей собой основное соедине­
ние, состоящее из г групп. В каждой
группе имеется основное соединение из
п элементов, зарезервированных таки­
ми же соединениями, число которых
равно т — 1. Д ля такой системы веро­
ятность безотказной работы
#
1—Ц
р
(7. 35)
т С 0= С0
12 (1 -
Рз)
(7.40)
•8 0 — р)
Если для схемы из п последова­
тельно соединенных групп элементов
надежность равна Р з = Р п, причем для
(7. 33)
18 (1 - Ро)
122
’олучения
необходимой (заданной)
I
адежности групп Р*=Рв пришлось
оединпть т элементов параллельно с
четом (7.40), то полная стоимость
1 е ( 1 - Р а/л)
Се = тпС0— яС0
1 1 1 Р)
(7.41)
Следует отметить, что формула
7.40) является частным случаем фор­
мулы (7.41), которая может быть по1учена щ (7.41) подстановкой я = 1 .
Теперьдоценим, пользуясь формуюй (7.40), экономическую эффективюсть раздельного резервирования по
•равнению с общим резервированием.
Обозначим стоимость резеивируе>юй системы через Со. а стоимость си:темы, полученную при общем резервиювании, через С. Пусть резервирован­
и я система будет иметь вероятность
безотказной работы Рг при наличии
я резервирующих систем. Таким обра­
зом, для резервированной системы
т
(7.42)
1§ (1-Р»)
1 ( 1 1 р>
(7.43)
<7е= (1 — Р)
откуда
т
Предположим, что в первом при
ближении стоимость избыточной систе
мы пропорциональна числу т , т. е
С = /я С 0,
тогда
С
Со
|
( 1 - Р Я)
Й (1 - Р)
(7. 44)
Стоимость раздельно резервирован­
ной системы получается аналогично из
(7.41). Действительно, полагая в нем
Ш я,
с
со
| (1 РдЛ)
1е (1 -Р 1/л)
(7.45)
На практике раздельное резервиро­
вание рекомендуется применять для
наиболее ответственных и наименее на­
дежных элементов и блоков.
§ 3. ЭКОНОМ ИЧЕСКИЙ КРИТЕРИЙ
ПОВЫШ ЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ
П РИ БО РО В
Экономическая
целесообразность
повышения долговечности приборов оп­
ределяется сопоставлением восстано­
вительной стоимости Ст (т. е. их обес­
ценивания под действием морального
износа) со стоимостью восстановления
приборов в связи с физическим изно­
сом Ср (т. е. их ремонтом).
Обе стоимости берутся за год. Го­
дом /, для которого справедливо нера­
венство шШШшМ будет определяться
экономически
рациональный
срок
службы Тс.э прибора.
Восстановительная стоимость
со
(7.46)
С
1+П
где Со — начальная стоимость; П
среднегодовой прирост производитель­
ности труда в стране; Т — период экс­
плуатации (среднегодовой прирост про­
изводительности труда в стране можно
вычислить на основании перспектив­
ных планов на определенный срок. Так,
по 20-летнему плану он принимается
равным 7,5%, т. е. П = 0,075).
Моральный износ аппаратов опре­
деляется, во-первых, моральным изно­
сом I и II рода (появлением более де­
шевых и производительных устройств)
и, во-вторых, появлением устройств с
более совершенными техническими па­
раметрами, что учитывается введением
в определение долговечности так назы­
ваемого коэффициента технического
старения Кт. Записывая
формулу
(7.29) относительно цен, получим
цт
ц0
(1
(7. 47)
П)КтТ
соответственно цены
где До и Цт
прибора начальная и по прошествии
времени Т.
Появление аппаратов с более со­
вершенными техническими параметра­
ми сократит их долговечность в силу
морального износа.
В зависимости от исходных данных
и способов проведения ремонтов опре­
делить стоимость последних можно поразному. Так, количество и стоимость
заменяемых при ремонте элементов на­
ходят на основании: технических ре(невоссурсов |_невосстанавливаемых
_____________________________
стан а в л ив а;емь>1ми называются элемен­
ты разового применения) элементов
ТР Э1 при проведении планово-преду­
предительных ремонтов; ^-характерис­
тик невосстанавливаемых элементов —
частот отказов Хер — при проведении
аварийных ремонтов; совокупного ана­
лиза ТР Э1 и Хеш1 при наличии плаиовопредупредительных и аварийных ремонтов.
Стоимость ремонтов определяется
как средняя величина путем оценки
среднего значения Х-характеристики
всего устройства Хер.
Годовая стоимость ремонтов в об­
щем случае может быть найдена из со­
отношения
Кн_
С + З у(* +
100
Сш
Сумма заработной платы за ре­
монты 3^ определяется, так же как и
стоимость элементов, для чего в фор­
мулах (7.34) и (7.35) вместо средней
стоимости одного элемента вводится
значение средней суммы заработной
платы за замену одного элемента 3^ с
учетом доплат и начислений:
щ
(7. 48)
3 ) — /пг„„
Р' срлК э/
(7.53)
где Ср,- стоимость ремонта в данном
/-м году; Сэ5— стоимость элементов,
заменяемых в /-м году; К н — средний
процент накладных расходов предпри­
ятий, ремонтирующих данные при­
боры.
I
ЛГ
Сэ ;
(7.49)
у с ;/,
1
где ('Р— трудоемкость замены одного
элемента
Щ
ШШШШЩ данного наименования, ч;
гср — средняя часовая тарифная ставка
оператора-ремонтника, руб./ч,
1|
тогда
N
(7.54)
Зу 2 з ;.
1
где С'Э] — стоимость всех элементов
данного наименования (с одним и тем
же техническим ресурсом ТРЭг); Щ—
количество элементов разных наимено­
ваний, т. е. имеющих неодинаковый
технический ресурс.
Ниже приведен пример расчета сро­
ка службы измерительного прибора.
Исходные данные для расчета приве­
дены в табл. 7.1.
ЦИ
С
к;/:;. ср,
(7.50)
где Ж — количество элементов дан­
ного наименования, заменяемых в /-м
году; С'э.ср — средневзвешенная стои­
мость одного элемента данного наиме­
нования.
К'эз определится следующим образом. В первом году заменяются элементы с техническим ресурсом ТР Тг
( Т г - время работы элемента в тече­
ние года). Частота замены элементов
Р 1 —ТГ/ТР Э1 раз. При наличии в уст­
ройстве а\ элементов общее количество
элементов данного наименования, з а ­
меняемых в 1-м году, составит
т
(7.51)
Кэ 1 = а 1Р 1= а
ТАБЛИЦА
7.1
Технико-экономические показатели
эксплуатации радиоизмерительного прибора
4 меловое
значение*
Наименование
Расчетная величина Цо, р у б .
Рост производительности труда (П) в с т р а н е ............................
Число часов работы в год
( Т г ) , ч / г о д ........................................
Коэффициент
технического
старения ( К т ) .....................................
Средняя часовая тарифная
ставка, гср за ремонтные рабо­
ты, р у б / ч ............................. .... . |
Накладные расходы кн, % •
* Числовые значения величин,
мере, являю тся условными.
178
1
0 ,0 8
|
2000
1 ,5
0 ,5 3
140
*
1
принятые в при
ТР э1
Во 2-м году производят замену эле­
ментов с Т г ^ Т Р э^ 2 Т , а также эле­
ментов с техническим ресурсом ТРЭ2.
Общее количество заменяемых элемен­
тов
Тг
I
— \-аг
ТР э1
2ТГ
В 4-м году будут заменены элементы с техническим
ресурсом ЗТГ
4ТГ, а также элементы, техни­
э4
ческий ресурс которых является дели­
телем числа 4ТГ (8000) — это электронные лампы и вибропреобразователь
Согласно формуле
ТР э2
(7. 52)
В каждом /-м году будут заменяться
элементы с техническим
ресурсом
(/— 1 )Т г^ *Тг Р
э лй ^ / Т г , а такж е элементы, технический ресурс которых яв­
ляется делителем числа /Тг.
Р1Ш ТГ/ТР з
I
(7. 55)
и данным табл. 7.1 и 7.2 элементы пер­
вого наименования заменяются два ра­
за в год (Р 4—1 = 2), второго — четыре
раза в год (Р 4-2 = 4) и третьего — во­
семь раз в год (Р 4-з = 8).
Т А Б Л И Ц А
7.2
года. Тогда общая стоимость элемен­
тов всех наименований, заменяемых в
5-м году, Сэ5=72,8 руб/год; сумма з а ­
работной платы 35=3,96 руб/год. Об­
щая стоимость ремонтов СР6= 72,8 +
+ 3,96-2,4=82,3 руб/год.
Данные расчетов расходов на ре­
монт Ср и восстановительной стоимо­
сти Ст сведены в табл. 7.3, из которой
видно, что экономически целесообраз­
ным сроком службы прибора является
9 лет.
Электронные лам­
пы . . . . V . . . . .
То же . . . . . . .
Вибропреобразова-
1000
500
1.2
0 ,7
Количество, шт.
Время на ремонт т , ч
Наименование
Средняя стоимость
Сэ .ср, РУб/шт
Технический ресурс
ТРЭ или наработка на
отказ Т , ч
Элементы, заменяемые при ремонтах
0 ,1
0,1
3
2
.
250
6 ,5
0 ,5
1
Полупроводниковые
приборы .........................
10 000
0 ,8
1.2
10
ТГ6ЛЬ • • • а ■ V а • •
ТАБЛИЦА
Экономические показатели по срокам службы
Год
Количество элементов каждого наи­
менования (шт/год) для 4-го года
равно:
К э4—1
2-3 — 6: Кэ4—2
К э4—3
7.3
4-Й
5 -й
6-Й
4-2 = 8:
7 -й
8 -й
9 -й
1 0 -й
8-1 = 8 .
Стоимость элементов каждого наи­
менования (руб/год) равна:
Восстановительная
стоимость (цена),
руб.
Стоимость ремонтов,
руб/год
113
103
9 0 .5
81
7 2 .5
65
58
71.8
8 2 .3
71.8
71.8
71.8
71.8
8 2 .3
Основной показатель эксплуатаци­
онной надежности устройств определя­
ется как отношение полезного времени,
времени ремонта и времени неисправ­
ной работы машины.
С;4- 1 = 7 , 2 ; Сэ4-2= 5,6; С;4- з = 5 2 .
Суммарная стоимость элементов
С
равна
всех
наименовании
64,8 руб/год.
В качестве примера приведены рас­
четы расходов на ремонт для 4-го и
5-го годов службы.
Расчет заработной платы за ре­
монты производится следующим обра­
зом: за замену элементов первого наименования 3'4-]=0,32 руб/год; элементов второго наименования 3 '4-2 =
=0,43 и элементов Ш ^ Щ х наименоо ^ _____
йаяия 3 ' з - 4 = 2 , 1 5 руб/год. Общая сумма заработной платы 34=2,9 руб/год.
Общая стоимость ремонтов опреде­
ляется по формуле
(7.48): Ср4=
= 64,8+2,9-2,4 = 71,8 руб/год.
В 5-м году будут заменены все
элементы, указанные в табл. 7.2, так
как их технические ресурсы являются
делителями числа /7^=5-2000=10000.
Элемент четвертого наименования
(полупроводниковые элементы) будет
раз в
заменен Р б- 4= 5 •2000/10 ООО= 1 оаз
элементов
год.
Количество таких!____________
ШШЙЙ 1 1
К) шт/год.
Стоимость элементов
четвертого
наименования, заменяемых в 5-м году
С /э5_4 = 8 руб/год; заработная плата на
их замену 3 /5-4=1,06 руб/год. Для ос­
тальных элементов значения Ш р и
останутся теми же, что и для 4-го
ТАБЛИЦА
7.4
Среднегодовые коэффициенты
эксплуатационной надежности
вычислительных машин
Группа
Среднегодовой коэф­
фициент эксплуата­
ционной надежности, %
Вычислительные машины
1 -й
2-й
год
ГОД
Малые на электрон­
89
ных лампах ................ 8 9
Средние на элект­
2
88
89
ронных лампах . . . .
Средние на транзи­
3
сторах ............................. 9 6 , 8 9 6 , 6
1
3-й
год
4-й
год
92
90
92
—
-----------
—
В табл. 7.4 приводятся среднегодо­
вые коэффициенты эксплуатационной
надежности ряда вычислительных м а­
шин для автоматической обработки ин­
формации, сведенные в три группы.
Первую группу составляют малые ма­
шины, имеющие память на магнитном
барабане; вторую — средние машины
с памятью на магнитном барабане или
на магнитных дисках; третью — сред­
ние машины с запоминающими устрой­
ствами на магнитных сердечниках, а
125
такж е имеющие внешнюю память в ви­
де магнитных барабанов и небольшого
количества блоков магнитных лент.
§ 4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМ ИЧЕСКАЯ
ЭФ Ф ЕКТИВНОСТЬ П РИ М Е Н Е Н И Я АСУ
К автоматизированным системам
управления предъявляются требования
высокой надежности при стоимости,
обеспечивающей окупаемость системы
в пределах нормативного срока. В на­
стоящее время вопросы определения
экономической эффективности автома­
тизированных систем управления глу­
боко еще не исследованы. Не созданы
законченные автоматизированные си­
стемы преобразования всего комплекса
информации
предприятия, которые
можно было бы проанализировать,
сравнить между собой и на их основе
создать метод определения эффектив­
ности этих систем. Однако основные
направления выявления эффективности
АСУ определены и сформулированы.
АСУ дает прямую и косвенную эф ­
фективность.
П рямая эффективность связана с
сокращением
ступеней управления,
высвобождением управленческого пер­
сонала, снижением затрат на обработ­
ку информации, высвобождение обо­
ротных средств, сокращение запасов
и т. д. Косвенная эффективность связа­
на с общим повышением качества уп­
равления за счет улучшения информа­
ционного и математического обеспече­
ния*
По ряду разработок прямая эффек­
тивность внедрения АСУ выражается в
высвобождении управленческого пер­
сонала (до 70% ), снижении затрат на
обработку информации
(составляю­
щих по отдельным задачам от 10 до
80% ). сокращении оборотных средств
и соответствующем уменьшении платы
за фонды, в сокращении запасов на
''складах и т. д.
Косвенная эффективность является
результатом общего повышения каче­
ства управления в связи с улучшением
информационного обеспечения, реше­
нием аналитических задач, введением
оптимального планирования.
Эффективность АСУ объектом или
процессом определяется целевой функ-.
цией управления. Применительно к
автоматизированным системам управ­
ления
общественно-экономическими
процессами общий критерий эффектив­
ности должен показать экономию со­
’
'
вокупного общественного труда, выра­
женную в росте национального дохода.
Математическая
формулировка
этого критерия зависит от конкретного
объекта управления, применяемых ме­
тодов расчета и возможности количе­
ственной оценки эффекта.
II
В основу экономической оценки
эффективности АСУ, создаваемой для
действующего объекта, должен быть
положен метод сравнительной эффек­
тивности. Сравнительная эффектив­
ность вытекает из поиска возможного
решения проблемы с минимальными
народнохозяйственными
издержками
(например, количественное выражение
экономической эффективности АСУ
может определяться из условия дости­
жения максимума разности проведен­
ных затрат на производство продукции
управляемым объектом по сравнивае­
мым вариантам).
I
В сфере управления эффективность
АСУ характеризуется: а) повышением
производительности труда управленче­
ского персонала; б) повышением эф­
фективности принимаемых решений;
в) повышением маневренности произ­
водства и гибкости управления (приме­
нительно к отраслевой автоматизиро­
ванной системе управления — ОАСУ).
В сфере производства эффектив­
ность АСУ характеризуется: а) увели­
чением объема производства на имею­
щихся мощностях и площадях за счет
уменьшения неупорядоченности произ­
водства и ускорения движения связан­
ной с ним информации; б) улучшени­
ем использования основных производ­
ственных фондов за счет применения
математических методов при определе­
нии потребности и загрузки оборудова­
ния; в) сокращением затрат материа­
лов, топлива и электроэнергии (что эк­
вивалентно
вводу
в строй новых
производственных мощностей, произво­
дящих эти материалы, топливо и энер­
гию) ; г) улучшением качества выпус­
каемой продукции и сокращением отхо­
дов и брака; д) повышением произво­
дительности труда производственных
рабочих; е) сокращением непроизвод­
ственных затрат и расходов на оплату
сверхурочных работ, штрафов, пени
и т. д.; ж) сокращением транспортных
затрат за счет улучшения использова­
ния подвижного состава (оптимизация
маршрутов движения, оперативность
планирования перевозок и т. д.); з)
осуществлением новых производитель­
ных технологических процессов, кото-
рые без АСУ не могут быть освоены, и
переходом на оптимальный режим
функционирования объекта и решения
задач прогнозирования развития про­
изводства.
Одним из основных экономических
эффектов, достигаемых за счет внед­
рения ОАСУ, должна быть экономия от
упорядочения и согласования потоков
продукции, производимой предприятия­
ми отрасли с потребностью в ней дру­
гих отраслей народного хозяйства и
промышленности. Другим существен­
ным эффектом от внедрения ОАСУ
должна быть экономия от оптимизации
размещения и специализации произ­
водства. Помимо экономии от указан­
ных источников создания ОАСУ долж­
но давать экономию живого труда в
сфере управления отраслью за счет по­
вышения его производительности, а
также экономию материальных затрат,
сопряженных с организацией этого
труда.
Значительная
часть затрат при
внедрении автоматизированного управ­
ления
идет на разработку мате­
матического обеспечения ЦВМ. В те­
чение времени существования системы
приходится уточнять программы счета
ЭВМ после того, как в нее по какимлибо причинам были внесены измене­
ния. Это влечет за собой усложнение и
удорожание программирования.
Большое значение имеет выявление
экономических факторов, характерных
для данного производственного процес­
са (элементы себестоимости, соотноше­
ние между ценами компонентов продук­
та, количество и качество различных
материалов и т. д.). Важно установить
и знать эти факторы уже при выясне­
нии осуществимости проекта, так как
они оказывают значительное влияние
на его экономическую целесообраз­
ность, на определение проблемы в це­
лом, поскольку показывают, какие из­
менения или улучшения процесса необ­
ходимо осуществить, чтобы добиться
наивысшего экономического эффекта с
помощью системы.
Применяется ряд методов определе­
ния эффективности автоматизирован­
ных систем управления: метод сравне­
ния основных параметров новых систем
обработки информации с системами,
использующими для этих операций
ручной труд (хотя известно, что в
механизированных и автоматизирован­
ных устройствах преобразования ин­
формации этот процесс протекает прин­
ципиально по другому); метод сравне­
ния
времени выполнения процедур
преобразования информации, осуществ­
ляемых новой системой, с временем на
выполнение аналогичных
процедур
вручную; метод расчета экономической
эффективности при наличии заданных
критериев.
Условно годовая экономия Э опре­
деляется ориентировочно как разность
затрат на выполнение определенного
объема вычислительных работ ручным
способом Кр и затрат на выполнение
этого же объема вычислительных ра­
бот с помощью автоматизированной
вычислительной техники Км:
Э = К - К М.
(7.56)
Затраты на выполнение вычисли­
тельных работ ручным способом опре­
деляются по формуле
Кр ==-^- З ч-{- Кр)
(7.57)
где
— объем вычислительных работ
за весь период эксплуатации вычисли­
тельной техники; П — часовая произво­
дительность работника, выполняющего
вычислительные операции; Зч — часо­
вая заработная плата работника, вы­
полняющего вычислительные операции;
КР— косвенные расходы (содержание
и амортизация помещений, расходы по
охране труда, соцстрах и др.).
Затраты на создание автоматизиро­
ванной системы обработки данных и
выполнение на ней этого же объема
вычислительных работ определяются
по формуле
Км= С0+ Сэ+ Спр+ Сн+ З пл-(- Кр,
(7.58)
где Со — стоимость
вычислительной
машины; Сэ — стоимость монтажных
работ и эксплуатации (принимается
до 15% от общей стоимости оборудо­
вания); СПр — стоимость проектных ра­
бот и программирования (принимается
равной стоимости оборудования); Сн —
стоимость носителей информации и
вспомогательных материалов (прини­
мается до 5% от общей стоимости
оборудования); 3 Пд — заработная пла­
та обслуживающего персонала на пе­
риод использования данной ЭВМ.
При создании системы обработки
информации в АСУ требуется обеспе­
чить максимальную достоверность об­
рабатываемой информации при удовле­
творении ограничений на материаль­
ные и временные затраты.
127
д)
рассчитать срок
окупаемости
затрат на АСУП и сравнить его с ус­
тановленными нормативами по соот­
ветствующей отрасли;
ё) выявить возможную величину гоIювого экономического эффекта, обес­
печиваемого автоматизацией управле­
ния производством
на конкретном
предприятии;
ж)
определить влияние внедрени
новой техники в управление производ-
Информационное обеспечение тре­
бует значительных затрат не только на
ее создание, но и на эксплуатацию.
Чем выше точность системы и чем
меньше интервалы, тем выше стоимость
обработки информации (рис. 7.1). Од­
нако если высокая емкость системы
достигается за счет повышения быстро­
действия данного комплекса устройств,
стоимость обработки информации рас­
тет незначительно.
Рис. 7.1. Изменение стоимости информации:
а — при повышении ее точности; б — при увеличении интервалов
ством на технико-экономические пока­
затели деятельности предприятия (рен­
табельность, фондоемкость продукции,
себестоимость производства и др.);
з) выбрать экономически наиболее
эффективный вариант системы авто­
матизированного управления предпри­
ятием в целом;
и) сравнить экономическую эффек­
тивность автоматизации управления с
эффективностью других мероприятий
по новой технике, возможных на дан­
ном объекте.
Д л я решения указанных задач не­
обходимо определить факторы, за счет
которых обеспечивается эффективность
автоматизации управления. Экономи­
ческая эффективность АСУП на базе
ЭВМ обеспечивается за счет следую­
щих факторов:
а) высокой скорости выполнения
операций по сбору, передаче, обработ­
ке и выводу информации, обеспечивае­
мой высокой производительностью ав­
томатических средств с помощью
которых можно сократить время, необ­
ходимое для осуществления отдельных
операций, до минимума;
б) применения современных мето­
дов планирования, позволяющих опе­
ративно решать задачи по выбору оп­
тимального для данных условий вари­
анта плана, обеспечивающего ра­
циональное использование производ­
Обоснование экономической эффек­
тивности автоматизации управления
производством позволяет:
а) выявить необходимость и целе­
сообразность капитальных затрат на
создание и внедрение автоматизиро­
ванной системы управления на каждом
конкретном предприятии;
б) установить основные экономиче­
ски эффективные направления автома­
тизации по отдельным видам управлен­
ческих работ, по отдельным уровням
управления (плановые или учетные,
управление отдельными цехами или в
целом по предприятию и т. д.), исходя
из специфики предприятия, существую­
щих методов и способов получения,
передачи и обработки информации в
управляющем объекте;
в) наметить очередность проведе­
ния работ по автоматизации управле­
ния отдельными предприятиями одной
отрасли, исходя из необходимой сум­
мы затрат и возможностей получения
наибольшего экономического эффекта
в короткие сроки;
г) определить допустимый объем
капитальных вложений в систему ав­
томатизированного управления на том
или ином предприятии, учитывая р а з­
мер экономии или дополнительных до­
ходов, получение которых обеспечива­
ется внедрением вычислительной тех­
ники в процессе управления;
ив
а) смягчение и полное устранение
аритмичности в работе предприятия за
счет более равномерного выпуска про­
дукции по дням, декадам, месяцам;
б) устранение несоответствия в ра­
боте взаимосвязанных цехов и произ­
водства за счет оперативного и пра­
вильного распределения потоков мате­
риально-сырьевых и энергетических
ресурсов;
в) улучшение использования обо­
рудования за счет повышения степени
его загрузки по мощности и по време­
ни, сокращения простоев, устранения
несогласованности в работе взаимо­
связанных цехов и производств;
г) повышение качества продукции
путем постоянного контроля за соблю­
дением параметров технологического
регламента и их оптимизации;
д) лучшее использование матери­
ально-сырьевых и энергетических ре­
сурсов за счет увеличения выхода год­
ной и кондиционной продукции, устра­
нения потерь в производстве;
е) уменьшение сверхнормативных
запасов товарно-материальных ценно­
стей за счет более обоснованного их
нормирования и постоянного контроля
состояния
запасов, высвобождение
оборотных средств;
ж)
уменьшение
непроизводитель­
ции, исключения из нее постоянных
ных
расходов
на
предприятии,
связан­
данных и производственных показате­
ных с неритмичной работой во време­
лей;
ни
и
организационными
неполадками
е)
улучшения системы информации
в
снабжении
сырьем,
материалами,
на предприятии за счет более тесной
энергией,
взаимной
несогласованно­
увязки всех применяемых в учете и
стью в работе;
планировании показателей, устранения
з)
повышение
качества
управления
дублирования и преднамеренного ис­
и
общего
организационного
уровня
кажения информации, введения единой
производства,
стабилизация
режима
системы расчетов и форм документа­
функционирования
предприятия
в
це­
ции, сокращения продолжительности
лом,
его
цехов
и
участков;
учетных периодов и сроков составле­
и)
снижение
трудоемкости
управле­
ния планов и отчетов.
ния,
повышение
производительности
В зависимости от особенностей сис­
труда
управленческого
персонала
и
темы автоматизации управления на
высвобождение
части
работников
уп­
каждом конкретном объекте при обос­
равления,
создание
творческой
атмос­
новании ее экономической эффектив­
феры
в
аппарате
управления,
способ­
ности необходимо определить, за счет
ствующей
совершенствованию
техники,
каких факторов обеспечивается дости­
технологии,
организации
труда
и
про­
жение определенного эффекта, выявить
изводства.
направления их воздействия на пока­
Количественное
измерение
величи­
затели и результаты производственно­
ны
возможной
экономии
по
направле­
хозяйственной деятельности и рассчи­
ниям
действия
факторов,
обусловлива­
тать степень этого воздействия по к аж ­
ющих
эффективность
автоматизации
дому направлению.
управления, требует соответствующих
На производственно-хозяйственные
показателей
и
применения
конкретных
параметры деятельности предприятия,
методов их расчета.
которые могут быть выражены количе­
Чтобы
определить
основные
и
до­
ственно, автоматизация управления
полнительные
показатели,
применяеоказывает следующее влияние:
129
5 Г Г. Зеличенок
твенного оборудования, матернальо-сырьевых ресурсов и рабочей силы,
кономически обоснованное распреде­
л и в и тесную увязку программы от1вльных цехов и участков, внедрение
гаибрлее целесообразных
способов
»существления производственных про­
цессов;
в) непрерывного
оперативного
шитроля за ходом выполнения плана
1а основе получения своевременной,
юлной и достоверной информации о
гостояниА производства, запасов сырья,
материалов, готовой продукции, о на­
личии незавершенного производства,
о ходе сбыта готовой продукции и со­
стоянии расчетов, об издержках произ­
водства, о технологических параметрах,
качестве продукции и т. п.;
г) усиления аналитических возмож­
ностей планирования и контроля путем
внедрения анализа хозяйственно-про­
изводственной деятельности предприя­
тия, цехов и участков в повседневную
практику, широкого применения мето­
дов математики и использования тех­
нико-экономических и статистических
данных, тесной увязки всех расчетов;
д) повышения качества учета, пла­
нирования контроля и регулирования
мые при обосновании экономической
эффективности АСУП, необходимо про­
извести расчеты:
а) экономии условно постоянных
расходов в связи с увеличением объе­
ма производства, которое обеспечива­
ется лучшим использованием техноло­
гического оборудования и «смягчени­
ем» (ликвидацией) аритмичности в
работе предприятия;
б) относительной экономии за р а ­
ботной платы основных производствен­
ных рабочих вследствие опережающих
темпов прироста производительности
труда по сравнению с темпами прирос­
та средней заработной платы рабочих;
в) абсолютной экономии заработ­
ной платы в связи с возможным высво­
бождением части работников управле­
ния;
~- г
г) снижения затрат сырья, мате­
риалов, полуфабрикатов и энергии всех
видов в связи с лучшим использовани­
ем материально-сырьевых и энергети­
ческих ресурсов и сокращением рас­
ходных коэффициентов на единицу
продукции;
д) прироста массы прибыли в связи
с увеличением объема продукции и
реализации;
е) относительного снижения себе­
стоимости продукции за счет повыше *
ния качества продукции и с о к р а щ е н ^
уровня брака и отходов производства;
ж) экономии транспортных расхо*
дов в связи с улучшением использова­
ния внутризаводского подвижного со­
става;
з) возможного высвобождения обо­
ротных средств за счет уменьшения
сверхнормативных запасов товарно*
материальных ценностей;
Я
и) экономии на непроизводитель­
ных затратах (штрафы, пени, неустой­
ки, оплата простоев и сверхурочных
работ) в связи с повышением общего
организационного уровня производства;
> '-'Ш
к) относительной экономии капк*
!
тальных
ложений в аналогичные и ]
смежные отрасли в связи с увеличений
ем объема производства на данном 1
предприятии и сокращением потребле- |
ния сырья, материалов, энергии, вслед- I
ствие уменьшения их расходования. | |
В зависимости от специфики каждо-11
го предприятия и разрабатываемой.I
АСУП при обосновании экономической I
эффективности автоматизации управ- I
ления могут быть выполнены все или I
только часть расчетов экономии и до- I
полнительных доходов.
Я]
.
В»
I
Ш -
ГЛАВА 8
АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ
И СКЛАДСКОГО ХОЗЯЙСТВА
обслуживающих аппаратов нестабиль­
ны и подвержены действию случайных
возмущений. Между обслуживающими
аппаратами поточно-производственной
системы предприятии строительной ин­
дустрии размещаются различные бун­
кера, накопители, штабели, резервуа­
ры и др., которые служат для хране­
ния и аккумулирования материалов —
сырья, полуфабрикатов, готовой про­
материалы,
сами
и
дукции. Но
находящиеся в процессе той или иной
обработки на участках, представляют
собой запас, поскольку автоматическая
линия, конвейер и т. д. в каждый мо­
мент времени содержат некоторое ко­
личество материала. Часто расходы
подводимого и отводимого потоков не
являются функцией величины запаса
на складе.
Потоки могут быть детерминирован­
ными или вероятностными. При стоха­
стических потоках величина запаса является случайной, что затрудняет вы­
бор размера емкости склада.
Автоматизация поточно-транспорт­
ных систем (ПТС) предприятий стро­
ительной индустрии охватывает комп­
лекс, начиная от процесса взвешива­
ния
поступающих
автовагонов
с
сырьем, складирования сырья и полу­
фабрикатов на промежуточных скла­
дах и кончая загрузкой расходных
бункеров и складских стеллажей.
Основное количество сырья потреб­
ляется предприятиями строительной
индустрии
иде мелкокусковых и
порошкообразных
материалов.
Их
транспортируют машинами непрерыв­
ного действия. Штучные полуфабрика­
ты и готовые изделия транспортируют
мостовыми и самоходными кранами.
Применяют
также
транспорт,
перемеи
щающинся по подвесным путям.
Машины непрерывного транспорта
должны управляться по определенной
программе, указывающей последова­
тельность и направление грузопотока,
оснащаться средствами контроля, за-
§ 1. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ
СКЛАДИРОВАНИЯ
И ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ СЫРЬЯ
Предприятия строительной индуст­
рии характеризуются большим коли­
чеством перерабатываемого
сырья,
мощными грузопотоками.
Транспортирование и управление
складским хозяйством этих предприя­
тий затрудняется из-за технологиче­
ских свойств перерабатываемых мате­
риалов. Смерзание насыпных грузов в
процессе хранения на операционных и
резервных складах, сводообразование,
нарушающее непрерывность их истече­
ния, усложняют
механизированный
процесс и повышают трудозатраты.
К механизмам, обеспечивающим
эксплуатацию складского хозяйства
без применения ручного труда, отно­
сятся машины общего назначения —
ленточные конвейеры, краны и др., а
также машины и устройства специаль­
ного
назначения — бурорыхлители,
сводообрушители и др.
Применение сырья разных сортов в
разнообразных сочетаниях (цемента,
заполнителней, добавок и др.), различ­
ных сортов одного и того же сырья
(заполнителей разных фракций, цемен­
та различных марок и т. д.) приводит
к сложной транспортной схеме.
Д ля обеспечения заданного ритма
производства необходимо внедрение
автоматизации всех основных и вспомогательных машин складского хозяй­
ства.
При автоматизации производствен­
ных процессов необходимо рациональ­
ное управление запасами, наличие ко­
торых необходимо для компенсации
действия различных факторов и про­
изводственных потоков. Промежуточ­
ные запасы в любом производствен­
ном процессе необходимы в силу того,
что характеристики внешних (по отно­
шению к данной поточно-производст­
венной системе) факторов, а также
О
О
5*
131
V
щиты, сигнализации и учета. Качество
функционирования ПТС характеризу­
ется производительностью и направ­
ленностью грузопотоков.
Автоматизация ПТС в большинстве
случаев осуществляется по замкнутым
схемам. Некоторые системы автомати­
зируют по разомкнутым схемам с пе­
редачей соответствующих сигналов на
пульт оператора, производящего необ­
ходимую регулировку.
Основными задачами автоматизи­
рованного управления запасами следу­
ет считать своевременное полное удо­
влетворение материальными ресурса­
ми потребителей при минимуме затрат
на создание запасов, их хранение и
распределение. Необходимо соблюде­
ние транзитных норм перевозки грузов
и минимизации запасов материалов
на резервных складах. При этом учи­
тывают фактические запасы материа­
лов на складах районных и складах
потребителя, сроки поставки материа­
лов, находящихся в пути, планируемые
отгрузки в данный период, задолжен­
ность по отгрузкам в предыдущий пе­
риод и тип отгрузки.
При решении задач должен быть
учтен приоритет потребителя, вводи­
мый в систему оператором (диспетчером).
й Я м ! управления запасами разр а­
батывает методы вычисления уровня
производства или заготовок, обеспечи­
вающего наиболее экономным путем
удовлетворения будущего (не всегда
строго определенного) спроса. Анализ
моделей управления запасами сводит­
ся к установлению последовательности
процедур снабжения и пополнения з а ­
пасов, при которой обеспечиваются
минимальные затраты, связанные с з а ­
готовками и хранением продукта, а
такж е убытками из-за неудовлетвори­
тельного спроса.
/
Один из важнейших этапов плани* рования работы любой производствен­
ной единицы (цеха, предприятия или
объединения предприятий) заключает­
ся в определении рационального уров­
ня запасов того или иного сырья, инст­
румента, изделий. Чрезмерно большой
запас связан с омертвлением капита­
лов, лишает необходимого сырья или
оборудования
другие предприятия,
требует значительных затрат на хране­
ние и уход за ним. Недостаточный з а ­
пас вызывает перебои в работе произ­
водства, нарушает взаимодействие с
другими предприятиями.
Определение целесообразного уров­
ня запаса часто сводится к выбору ра­
циональных моментов заказа и рацио­
нальных объемов пополнений (так на­
зываемых
размеров
экономичных
партий или серий).
|
Таким образом, для различных ус­
ловий работы предприятия теория уп­
равления
запасами устанавливает,
когда и в каком количестве выгодно
приобретать те или иные ресурсы.
При этом необходимо определить
нормы производственных запасов для
установления величины сверхнорматив­
ных остатков на конец планового
периода (причем переходящий запас
учитывается и при расчете обратных
фондов). Кроме того, необходимо ус­
тановить величины максимального и
минимального производственного зап а­
сов для контроля и управления ими,
так как никогда не может быть гаран­
тировано бесперебойное обеспечение
производства материалом.
Решение задачи нормирования про­
изводственных запасов и контроля за
их использованием может быть реали­
зовано в необходимом объеме и с
должной оперативностью при механи­
зированной подготовке исходной ин­
формации и применении для расчетов
электронной вычислительной техники.
Машинный алгоритм расчета норм
запасов обычно состоит в следующем.
В соответствии с определенной методи­
кой расчет норм производственных з а ­
пасов производится по каждой марке,
типу, сорту, размеру и т. д. материа­
лов на основе данных об объемах и
интервалах поставок в анализируемом
периоде, за который принимается год,
предшествующий плановому. Запасы
дифференцируются на текущую, стра­
ховую и подготовительную части, что
позволяет установить минимальную и
максимальную норму запаса, а такж е
переходящий запас и норматив оборот­
ных средств. Норма производственного
запаса измеряется в относительных и
абсолютных величинах. Под относи­
тельной величиной понимаются дни
производственного потребления каж до­
го вида сырья и материалов (принима­
ется количество дней в году — 360).
Абсолютная величина производствен­
ного запаса может быть установлена
в натуральном (в тоннах, метрах, шту­
ках и др.) и стоимостном выражении.
Величина текущего запаса г\ (в
днях)
г х= 360/л,
(8. 1)
количество
дней в году;
где 360
п — количество поставок данного мате­
риала.
Величина подготовительного запа­
са 22 (в днях) принимается равной
обычному подготовительному запасу,
т. е. одному дню. Обычный подготови­
тельный запас предназначается для
пополнения необходимых операций по
выгрузке материала из транспортных
средств, количественной и качествен­
ной приемки его.
Минимальный
производственный
запас ^ш1п (® днях)
(8 . 1
2т1п=*2 + 2 3»
где
— величина страхового запаса.
Максимальный
производственный
запас ^тах (в днях)
1 Н Н И Нг 1~Гг
ВМ
2~Гг1
З’
тах
з)
Переходящий производственный з а ­
пас 24 (в днях)
г
г\
I
2
(8.4)
Д ля определения величины запаса
в натуральном выражении следует ве­
личину запаса г (в днях) умножить на
среднесуточное потребление материала
0. Д ля расчета среднесуточного по­
требления используется плановая по­
требность @пл> так как уровень потреб­
ления материала в плановом году мо­
жет измениться, т. е.
0 = е пл/3бо.
(8.5)
Рассматривая поточно-производст­
венные системы как объекты массово­
го обслуживания, необходимо анализи­
ровать и оценивать эффективность их
работы с точки зрения систем с очере­
дями на обслуживание. Действительно,
если запас в складе исчерпан, то по­
следующему производственному участ­
ку нужно ждать, пока в складе появит­
ся хотя бы одна единица запаса.
Важнейшим критерием эффектив­
ности функционирования указанных
систем является величина издержек в
единицу времени из-за дефицита запа­
са и переполнения склада.
тановку вагонов с необходимой точно­
стью в заданных пунктах и их разгруз­
ку, а иногда и контрольное взвешива­
ние
поступивших
вагонов.
При
взвешивании каждый вагон устанавли­
вают на весы или применяют динами­
ческий метод взвешивания (в процессе
их передвижения).
При взвешивании каждого вагона
для обеспечения правильной его уста­
новки на весах целесообразно
примеМ
нять автоматическое устройство конт­
роля положения вагона на весах с вы­
дачей соответствующего сигнала в
систему управления перемещением в а­
гонов (лебедки для подтягивания ваго­
нов, толкателя и т. п.) или соответст­
вующего звукового (или светового)
сигнала машинисту локоматива.
Такое взвешивание получило назва­
ние динамического взвешивания. Д и ­
намическое взвешивание вагонов осу­
ществляется осным или тележечным
методом. При динамическом взвешива­
нии вагонов появляются дополнитель­
ные источники погрешности — динами­
ческие нагрузки при колебании ваго­
нов и платформ весов; непостоянство
тягового сопротивления при прохож­
дении вагона через весы; разность вы­
соты сцепок; торможение вагонов при
взвешивании; влияние ветровой н а­
грузки и т. д.
Метод тележечного взвешивания
при движении вагонов основан на ре­
гистрации массы каждой тележки при
ее прохождении весовой платформы и
суммировании результатов взвешива­
ния тележек вагона.
Устройство динамического взвешивания
вагонов состоит из индуктивного путевого д а т ­
чика дифференциально-трансформаторного ти­
па и исполнительного блока (рис. 8 . 1 ).
Индуктивный датчик включает в себя маг­
нитопровод, обмотки возбуждения ОВ и сиг­
нальные обмотки ОС1, ОС2. Магнитопровод
выполнен трехполюсным Т-образной формы и
представляет собой пакет штампованных пла­
стин из электротехнической стали, стянутых н а­
кладками. Обмотка возбуждения расположена
на среднем стержне, а на двух поперечных
стержнях имеется по одной сигнальной обмот­
ке, одна из них закреплена неподвижно, а
другая подвижно и может при монтаже и н а­
стройке датчика перемещаться вдоль стержня.
Магнитопровод с обмотками помещен в кор­
пус. При перемещении вагона в зоне датчика на
его выходе появляется сигнал, поступающий на
вход исполнительной схемы.
Исполнительный блок устройства содер­
жит трансформатор Тр, цепь сигнала датчика
из выпрямителя Ы , резистора К и поляризо­
ванного реле РГТ, выпрямителя В2 и реле сче­
та колес 1Р-4-ЮР.
При проходе каждого колеса вагона или
локомотива мимо индуктивного путевого дат-
§ 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАЗГРУЗОЧНЫХ
РАБОТ НА СКЛАДАХ СЫРЬЯ
Первый этап транспортно-склад­
ских процессов при поступлении грузов
по железнодорожной сети включает ус­
133
\
можно взвешивать вагоны грузоподъемностью
до 150 т при их движении со скоростью до
9 км/ч на участках интенсивного движения
транспорта. В системе используются силоизме­
рительные датчики 1 с электрическими преоб­
разователями 2, 3, выдающими сигналы в ди­
скретном коде в счетно-решающие 7 ,8 и инте­
грирующие 4 устройства в систему интегриро­
вания «Рейлвейт» частотой следования импуль­
сов 50 кГц. Информация о результатах
взвешивания выдается в визуальной форме на
перфокартах или перфоленте. Система имеет
световую 5 и звуковую 6 сигнализации.
чика на обмотку Р П поступает сигнал, реле
срабатывает и включает реле 1Р. Число вклю­
чений реле 1 Р соответствует числу колес, про­
шедших мимо датчика.
Включаясь и выключаясь, реле 1Р подает
счетные импульсы в релейную пересчетную схе­
му таким образом, что при проходе первого
колеса мимо датчика включаются реле 2Р и
ЗР, при проходе второго — реле 4Р и 5Р,
третьего — реле 6 Р и 7Р, а при проходе чет­
вертого колеса последнего вагона или локомо­
тива — реле 8 Р, замыкающее н. о. контакт в
цепи подачи сигнала на работу взвешивающего
Значительный
процент
сыпучих грузов, прибываю­
щих на предприятия строи­
тельной индустрии по ж елез­
ной дороге, поступает в по­
лувагонах с разгрузкой че­
рез люки. Однако многие
предприятия
строительной
индустрии либо не имеют
точечных фронтов выгрузки
(с приемными заглубленны­
ми бункерами), либо имеют
их недостаточное количест­
во. Поэтому заполнители
хранят в открытых наземных
штабелях. Загрузка произ­
водится элеваторными р а з­
грузочными
машинами
с
консольным ленточным конвейером. Такие разгрузоч­
ные бурорыхлительные м а­
Рис. 8.1. Принципиальная схема устройства динамического
шины типа Б Р М выпускают­
взвешивания вагонов
ся серийно. Эти машины ос­
нащены системой автомати­
устройства («выход»). При проходе четырех
ки и могут работать в автоматическом
колес каждого вагона мимо датчика (нормаль­
режиме.
ное положение вагона на весах) в весоизмери­
В состав комплекта оборудования
тельное устройство поступает команда на взве­
шивание.
установки с Б Р М входят: бурорыхлиСхемой
предусматривается
блокировка,
тельная машина; виброзачистная пли­
предотвращающая подачу сигнала на взвеши­
та;
маневровое
устройство;
люкование локомотива при проходе его по весам в
подъемники; устройство пневмоочи­
начале состава. Это осуществляется реле ЮР,
н. о. контакт которого, включенный в цепь по­
стки.
дачи команды на взвешивание, замыкается по­
сле прохода локомотива. Реле 9Р включается
когда четвертое колесо локомотива проходит
мимо датчика, и остается включенным на все
время движения состава. Реле ЮР включается
йосле прохода четвертого колеса локомотива
мимо датчика и выключения реле 8 Р. Устройст­
во в исходное состояние приводится снятием
напряжения после взвешивания состава и по­
дачей напряжения перед взвешиванием очеред­
ного. Резистор К в цепи реле РП , шунтируемый
контактом реле 1Р, обеспечивает четкую рабо­
ту схемы, селеновые диоды Л 1 , включенные
параллельно контакту поляризованного реле
РП , защищают этот контакт от подгорания.
Датчик устанавливается на платформе ве­
сов и соединяется с исполнительной схемой
кабелем.
•В системе динамического взвешивания
«Рейлвейт» фирмы «Компьютер» (Швейцария)
погрешность измерения составляет 0,1% ПРИ
пропуске 800 вагонов в час. Структурная схема
весов приведена на рис. 8.2. Н а этих весах
Рис. 8.2. Структурная схема весов фирмы «Компь
ютер»
Бурорыхлительная машина БРМ
(рис. 8.3, а) состоит из подвески с ком­
плектом оборудования (лебедки подъ­
ема, системы блоков канатов, упоров
и электромагнитных упоров) и рыхлительного устройства с амортизаторами,
134
Т «за I §
со а
*
0 -0 . г - ®
1-Г л \
СО О
с к
со
Ф
Ж
св •о
р !X
§ К сс
я
оо .'О
. 0) сX
®
5
2
С е
™
*“А •й*
VС
О
О гОс; гг\•Г
С
Ц
;
-О
- оИ % - 5 о . . . с
ИМ
&
« >*
к
я
й>
2 .г
Р
сз
Ч Р Л з* 0>
И8
&§&а
со
®
О
^
Ь
I
X
к н я *2 ч
X
Й
®
.
о
С
О
и
3I 11 1 Ш#1Н
СХ со
со
2
СЧ|
К
СО
V© о - О .
с н
О
X
5
сх
2
й>
Си
д
Л X шК
«=2 со
<1> Я
Н ОМ и
О.**
со * ■ А о:
<и К х
© о й>
X
8
г? Ж н ф
5
К® 0 . 0 «г а
Ь9 I ж
I 1®§
О
Ч г
а> сой. 5«
Я
с?
к А
о ^
со
1Г0>В«О
ШШ
мВК'
Лш
|
а
О
I
<и С
2
Р
о . 2 н 8 а « « &
О ? « «4 * 2 2 щН
о . о
Чл
>■» о.
<и
С- »•**-в
Ю
Л
со
ьс
V2}>>
о о:
и
Ь
Ь
ш
ж
со с со
«Г
х,
у
С
С
Т!О
I 9о з~
оо
3!
3
°
I
“■•“ Н к —П. Н н
■
•
о5
т
3х^1 8&1” 1 -83-5°
а
х 5 сх
X
со
со
ЙЙ
о
х
О.
^
х
а
г> <и
§■ *§
Б
>5
X
„ < С
О * *
С
о
о. О'
СО I----- ““
Ч
<и
н
X СО;)
ч
X
а
3
3 СО
я |*Н Я
2 с
• © • < со <у
Н
0)
ад
*
« Л 0 ? Й
<и . • х а>
в о. х а
2
х
4>
со х иI 5* со
X
К ж со
Л 1 »
ш
со о ж
во > . и щ * с . а
4) с а )м > . 5 7
*? Ут(X
шса х оI е5
_
в
х
о
>*
с
<и
Ч
в*
Оу " Ней й
Во время подхода вагона к бурорыхлительной машине оператор готовит машину к
работе. Д л я этого он устанавливает общий
ключ в положение, соответствующее автомати­
ческому режиму работы и ключ .рыхлительной
машины в положение «работа». При этом сбра­
сывает система автоматического пуска м а­
шины: лебедка подвески машины включается
на подъем рыхлительной машины. Машина
поднимается д о конечного выключателя, после
чего направляется вниз. При этом электромаг­
ниты упоров включаются на время, устанавли­
ваемое с помощью реле времени, что дает воз­
можность машине пройти упоры.
1
Не доходя 0,5 м д о верха вагона, оператор
включает вращение фрез. Их вращение направ­
лено относительно движущегося материала от
центра к бортам. Машина опускается и фрезы
забуриваются в материал. Механизм попереч­
ного перемещения автоматически устанавлива­
ет фрезы в такое положение, чтобы зазор до
боковых стенок был 20— 30 мм.
расположенными в нижних углах рамы.
Рыхлительное устройство состоит из
четырех фрезерных барабанов с двумя
раздельными электроприводами (пра­
вый и левый по два фрезерных бараба­
на на каждый), которые смонтирова­
ны на подшипниках скольжения для
поперечного перемещения по раме рыхлительного устройства. Каждый при­
вод состоит из электродвигателя мощ­
ностью 40 кВт, редуктора и двух ци­
линдров с насаженными на них фреза­
ми длиной 2,5 м.
В нерабочем положении бурорыхлительная машина находится на упо­
рах выше габарита приближения стро­
ений подвижного состава.
!
Виброзачистная плита состоит из
подвески накладного вибратора (вклю­
чающей в себя лебедку, систему бло­
ков, канат, упоры, магниты упоров),
противовеса блоков, обеспечивающего
провисание каната во время вибрации
плиты и самого накладного вибратора,
который состоит из электродвигателя с
дебалансным вибратором, расположен­
ным на виброплите. В нерабочем по­
ложении виброплита находится на упо­
рах, выше габарита приближения стро­
ений подвижного состава.
Люкоподъемное устройство состоит
из двух люкоподъемников, смонтиро­
ванных на монорельсах. Каждый люкоподъемник подвешен на двутавровой
балке. Люкоподъемник состоит из электротали с ограничителем перегрузки.
Н а крюк тали подвешивают конструк­
цию с костылем, с помощью которого
лю к закрывается.
Устройство пневмоочистки служит
для обдувки люков и букс вагонов, рас­
положенных по обе стороны вагона.
Обдувка производится из шланга с ж а ­
тым воздухом (давление 5 ат). На
шланге смонтировано обдувное сопло
с лапкой для включения подачи сжато­
го воздуха.
/
Маневровое устройство предназна­
чено для перемещения железнодорож­
ных вагонов в процессе их разгрузки.
Комплект применяемого оборудова­
ния установлен в технологической по­
следовательности обработки вагона
при выгрузке из него материала. К а ж ­
д а я операция выполняется соответству­
ющим оборудованием.
При подходе к бурорыхлительной
машине вагон останавливается так, что
торцевой борт его находится на рассто­
янии 30—50 мм от фрез машины. Опе­
ратор останавливает движение вагонов.
Н а рис. 8.3, б приведена принци­
пиальная электрическая схема автома­
тического управления электропривода­
ми бурорыхлительной машины.
В автоматическом режиме управле­
ние приводами Б Р М происходит по
сигналам из схемы автоматизирован­
ной установки. Привод лебедки по сиг­
налам соответствующим образом уста­
новленных
фотореле
обеспечивает
опускание Б Р М в начале каждого ва­
гона, подлежащего рыхлению, и подъ­
ема в конце вагона. Приводы вращ е­
ния фрез включаются при первом опус­
кании БРМ , причем сначала запуска­
ется электродвигатель одной фрезы, а
затем, после выдержки времени
электродвигатель второй фрезы. При­
воды кареток в этом режиме автома­
тически поддерживают минимальное
расстояние между фрезами вагонов
при помощи конечных выключателей.
Схема выбора скорости маневрово­
го устройства автоматически поддер­
живает максимально допустимую ско­
рость. Когда во время перемещения
передняя стенка разгружаемого ваго­
на перекрывается
фотореле 4ФР1,
4ФР2, срабатывает реле 4РФР, и его
контакты импульсно замыкаются в
схеме виброзачистной плиты, задавая
однократный цикл работы плиты на
разгружаемом вагоне с последующим
ее возвращением в исходное положе­
ние.
;
Перемещение вагонов продолжает­
ся до тех пор, пока фрезы бурорыхли­
тельной машины не окажутся перед
задней стенкой вагона. В этот момент
вагон перестает перекрывать фотореле
2ФР1, 2ФР2, и реле 2Ф РР отпадает.
При этом реле Р получает питание че­
рез н. о. контакт ЗР Ф Р и н. з. контакт
136
2РФР и переключает свои контакты.
Контакты реле Р включают реле РФ,
останавливающее маневровое устрой­
ство, и запускают лебедку БРМ на
подъем до конечного выключателя, на­
стартовом положении
жимаемого
машины.
Следующая остановка маневрового
устройства и опускание Б Р М происхо­
дят аналогично описанному после пе­
рекрытия очередным вагоном фотореле
2Ф Р 1,\ 2ФР2 и ЗФР1, ЗФР2. Также
аналогично описанному после перекры­
тия этим вагоном фотореле 4ФР1,
4ФР2 начинает цикл работы вибро­
плита.
Разгрузка продолжается до тех пор,
пока се вагоны , не пройдут Б Р М и
виброплиту. После этого тележка м а­
неврового устройства наезжает на вы­
ключатель ВВ, отключает привод м а­
неврового устройства и реле РП, зад а­
вая автоматическую работу всей уста­
новки.
Создание качественной системы уп­
равления бурорыхлительной машиной
возможно лишь на основе ее детально­
го исследования как объекта автома­
тического регулирования. Построение
математической модели объекта, как
отмечалось в § 4 гл. I, тесно связано с
основной задачей управления. Приме­
нительно к бурорыхлительному комп­
лексу задача управления бурорыхли­
тельной машиной может формулиро­
ваться двояко в зависимости от свойств
рыхлительных пород.
Основным требованием к работе
бурорыхлительного комплекса являет­
ся максимальная производительность
бурорыхлительной машины, которая
зависит от скорости маневрового уст­
ройства. В свою очередь, увеличе­
ние скорости протягивания вагона с
грунтом ограничивается следующими
факторами, которые определяют спо­
соб построения системы регулиро­
вания.
При рыхлении мягких грунто не­
фрез
рабочего органа машины незначитель­
на. При увеличении скорости переме­
щения вагона с грунтом возрастает
нагрузка на бур, т. е. возрастает изги­
бающий момент нагрузки на бур, который ограничен прочностными свойст­
вами конструкции соответствующего
узла машины. Поэтому задача управ­
ления рыхлением мягких грунтов фор­
мулируется как задача стабилизации
нагрузки на бур на максимально до­
пустимом уровне посредством измене­
ния скорости маневрового устройства.
При рыхлении твердых грунтов ос­
новным ограничивающим фактором
является нагрузка на двигатели фрез.
Поэтому задача управления рыхлени­
ем твердых грунтов формируется как
задача стабилизации мощности (либо
тока, если предположить, что колеба­
ния напряжения в сети незначительны)
двигателей фрез посредством измене­
ния скорости маневрового устройства.
Таким образом, в обоих из указан­
ных способов управления маневровым
устройством
обеспечивается макси­
мальная производительность бурорых­
лительной машины при поддержании
ограничивающих факторов в допусти­
мых пределах.
Экспериментальные исследования
показывают, что вне зависимости от
указанных способов управления манев­
ровым устройством передаточная функ­
ция
бурорыхлительной
машины
№б<м ($) как объекта автоматического
регулирования имеет вид апериодиче­
ского звена:
ко
К . ш
Го 5 + 1
При этом в случае стабилизации н а­
грузки на бур выходной величиной
объекта является изгибающий момент
на бур, а в случае стабилизации мощ­
ности (или тока) двигателей фрез вы­
ходной величиной является мощность
(или ток) двигателей. Естественно, что
в каждом из указанных случаев коэф­
фициент усиления объекта ко и его по­
стоянная времени То будут различны­
ми. Входной величиной объекта служит
скорость движения маневрового уст­
ройства. Д ля конкретности будем счи­
тать,
что
маневровое
устройство
управляется по системе ЭМУ—Д. Л ю ­
бое другое схемное решение (регули­
руемый привод лебедки на переменном
токе, управляемый привод постоянного
тока на тиристорах и т. д.) приведет
к изменению передаточной функции
блока исполнительного устройства.
Структурная
схема
простейшей
системы регулирования без введения
корректирующих связей для улучше­
ния ее качества показана на рис. 8.4, а.
Входная величина объекта 1, скорость
двигателя тяговой лебедки (маневро­
вого устройства) изменяются посред­
ством изменения напряжения на якоре
двигателя 2, которое, в свою очередь,
зависит от величины тока в управляю-
137
А
на рис. 8.4, а изображены также
щих обмотках электромашинного уси­
лителя 3. Передаточные функции опи­
санных звеньев системы регулирования
имеют вид: а) передаточная функция
двигателя и^дв(5) (входная величи­
на — напряжение на якоре, выходная —
скорость)
измерительное устройство 5 с коэффи­
циентом усиления кп и промежуточный
усилитель 4 с коэффициентом усиления
ку (его необходимость зависит от кон­
кретной реализации системы).
Вид измерительного блока специ­
фичен для каждого из описанных спо­
собов управления маневровым устрой­
ством. Так, в системе стабилизации
нагрузки на бур в качестве измери-
^ д в (* )= М 7 > + 1 ),
(8-6)
где АдВ— коэффициент
усиления;
7дВ— электромеханическая
постоян­
Кд1
гдВ3 * 1
Ко
Т0 5 | /
0
Рис. 8.4. Анализ устойчивости САР бурорыхлительной машины:
а
простейшая структурная схема; б — система стабилизации тока двигателей: в
О-разбиения; г ­ - видоизмененная структурная схема
ная с учетом массы инерции, приведенной к валу двигателя; б) передаточ­
ная функция электромашинного усили­
теля №эму р|; (входная величина —
ток обмотки управления ЭМУ, выход­
ная величина — напряжение)
^ эЩм уЩ
тельного устройства используют сель­
син. Выходное напряжение сельсина
пропорционально (при небольших уг­
лах отклонения) углу поворота его
ротора, который, в свою очередь, про­
порционален углу отклонения бура от
вертикального положения, а значит,—
изгибающему моменту на бур. В систе­
ме стабилизации мощности или тока
двигателей фрез измерительным зве­
ном могут служить различного вида
(Л ---- —---- 1 В I
|
I
где к эму— коэффициент усиления;
Гг — постоянные времени.
Т\,
1
Д $ + 1) ( Г 2з р§ 1)
кривая
138
датчики мощности, трансформаторы
тока и т. д. Так как система регулиро­
вания содержит звенья ЭМУ—Д, сигналы измерительного устройства пере­
менного тока должны быть преобразо­
ваны в сигналы постоянного тока. Эти
функции преобразователя может вы­
полнять, например, звено 4 (рис.8.4,а).
Система стабилизации тока двига­
телей фрез изображена схематически
на рис. 8.4, б. Сигнал задания, соответ­
ствующий максимально допустимой
нагрузке на рабочий орган бурорыхли­
тельной машины (ток двигателя фрезы
АД), подается на обмотку электромашинного усилителя ОУ1. Выходной
сигнал регулируемого объекта (ток
двигателя АД) измеряется трансфор­
матором тока ТТ и преобразуется в
напряжение постоянного
тока (на
рис. 8.4, б показан выпрямитель В),
которое поступает на обмотку электромашинного усилителя ОУ2. Сигнал
ошибки, характеризуемой результиру­
ющей магнитодвижущей силой обмо­
ток ОУ1, ОУ2, усиливается электромашинным усилителем и в зависимости от
знака увеличивает или уменьшает ско­
рость двигателя Д маневрового уст­
ройства, а значит, соответственно уве­
личивает или уменьшает ток нагрузки
двигателя АД.
Работа системы стабилизации на­
грузки на бур ничем принципиально
не отличается от описанной выше си­
стемы стабилизации тока двигателей
буров (фрез). Вместо измерительного
трансформатора ТТ в ней использует­
ся измерительный сельсин.
В разобранных системах регулиро­
вания стабилизировался лишь один из
указанных ранее параметров, что по­
зволяет их
эффективно применять
лишь для рыхления мягких или твер­
дых пород.
В общем случае структура системы
управления должна быть более слож­
ной. Одна из возможных вариантов
системы состоит в следующем: оснозным контуром служит разобранная
система стабилизации нагрузки на бур
(нагрузки на двигатель рабочего орга­
на), а сигнал задания корректируется
в зависимости от нагрузки двигателя
рабочего органа (нагрузки на бур). В
качестве примера исследуем систему
регулирования, структурная схема ко­
торой приведена на рис. 8.4, а, при
следующих
значениях
параметров
Г ,=0,01 с; 72=0,5 с; 7ДВ= 0,5 с; Г0=
= 1 с; к э м — Ю0; клвк0к»= I. В данном
примере постоянной времени Ц можно
пренебречь ввиду ее незначительности,
хотя в общем случае и малые парамет­
ры могут существенно влиять на ус­
тойчивость системы.
Коэффициент рр выбирается в об­
ласти устойчивости после построения
кривой .О-разбиения по общему коэффи­
циенту усиления к = к э т к Квкокяку. Ха­
рактеристическое уравнение, соответ­
ствующее структурной схеме на рис.
8.4, а имеет вид:
(1Ви (1+зд Ажя 1в 1 11+
(8 . 8 )
-\-к — 0,
откуда уравнение кривой ^-разбиения
по общему коэффициенту усиления з а ­
пишется так:
К
X I 1 4 -То/*0)-
(8.9)
Кривая О-разбиения построена на
рис. 8.4, в.
Очевидно, что качественные пока­
затели такой системы весьма низкие.
Видоизменим структуру системы,
охватив электромашинный усилитель
стабилизирующим устройством с пере­
, где т = 0 ,2 с
даточной функцией
___________
_________________________________________
1
^
5
(см. рис. 8.4, г). Характеристическое
уравнение, соответствующее данной
о
структурной схеме, имеет вид:
(1 + 1 | | ( 1 1 7 » (1 + Тлвз) (11 7 » Х
Х( 11Я
^эмуТ5 (14~ ^дв5)(1 + 7» +
0 , ( 8. 10)
откуда уравнение кривой О-разбиения
по общему коэффициенту усиления вы­
разится так:
К
1 + Щ <■>
1 + Туо)
( 1 + а д ( 1 + Т двуш)Х
хп+ад
бэМУ'Е/Ц О +
1 + х /<о
О + 7*о/*0)
( 8 . 11 )
Соответствующая кривая О-разбие*
ния изображена на рис. 8.4, в. Сравни­
вая обе кривые, можно заключить,
что структурной схеме на рис. 8.4, г
соответствует система с высокими ди­
намическими и статическими свойст­
вами. Выбрав &=200, получим Агу=*
=
139
200/100 = 2 .
§ 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОТОЧНО­
ТРА Н СП О РТН Ы Х СИСТЕМ,
О БО РУ Д О В А Н Н Ы Х Л ЕН ТО Ч Н Ы М И
КОНВЕЙЕРАМ И
ров применяются челноковые самоход­
ные реверсивные конвейеры.
Схемы автоматизации ленточных
конвейеров должны обеспечивать, кро­
ме режима пуска и отключения, раз*
грузку транспортируемого материала
в соответствии с заданием оператора
или программой. В стационарных кон­
вейерах это осуществляется автомати­
ческим опусканием или подъемом сбра­
сывающих плужков или перемещением
сбрасывающей тележки.
Схемы автоматизации самоходных
Челноковых конвейеров должны обес­
печивать перемещение их по фронту
разгрузки и направление движения
ленты в соответствии с заданием по
разгрузке.
1
Системы автоматизации ленточных
конвейеров входят как
составная
часть в общую систему автоматизации
комплекса, включающего узел погруз­
ки на конвейеры — ленточные конвейе­
ры — приемные устройства.
Основными параметрами техноло­
гического процесса транспортирования
навалочных грузов ленточными конвей­
ерами являются погонная нагрузка
ленты и скорость ее движения. Эти по­
казатели предопределяют производи­
тельность
конвейера. Регулировать
производительность при неизменной
(для установившегося режима) ско­
рости можно изменением потока в у з­
ле загрузки; при регулируемой скоро­
с т и — за счет соответствующего повы­
шения или
понижения
скорости
конвейеров. Связь между скоростью
движения ленты и погонной ее нагруз­
кой определяется статической характе­
ристикой конвейера. В схемах, где з а ­
грузка ленточных конвейеров произво­
дится питателями, в
значительной
степени обеспечивается равномерность
погонной нагрузки. Если ленточный
конвейер загружается из бункера или
штабеля через затвор, истечение мате­
риала происходит весьма неравномер­
но, вследствие чего погонная нагрузка
на ленту конвейера часто колеблется
в значительных пределах.
При перегрузке ленты конвейера
система автоматики с определенным
запаздыванием может уменьшить или
прекратить поступление
грузов на
ленту.
Системы
ленточных
конвейеров
должны иметь блокировочные связи.
Схема блокировки исключает возмож­
ность непроизвольного пуска из-за на­
личия технических дефектов.
Она
Поточно-транспортной
си­
с т е м о й (ПТС) называется комплекс
механизмов и сооружений, предназна­
ченных для переработки и транспорти­
рования материалов в едином поточ­
ном технологическом процессе. ПТС
бывают простые и сложные.
Простой П ТС называют систему с
линейной или слаборазветвленной тех­
нологической схемой (склад заполни­
телей небольших бетонных заводов,
автоматизированные смесительные ус­
тановки строительных площадок и др.);
сложной — систему, имеющую слож­
ную разветвленную технологическую
схему (крупные склады заполнителей,
дробильно-сортировочные заводы
с
обогатительным комплексом и др).
ПТС могут состоять из нескольких
участков, представляющих самостоя­
тельный этап общей технологии. Гра­
ницами участка обычно являются ем­
кости.
По характеру производства бывают
ПТС: с механической обработкой м а­
териала (склады заполнителей и це­
мента, камнедробильные заводы и др.);
с механической обработкой и сухими
способами технологического процесса
обогащения (дробильно-сортировочные
и обогатительные заводы и др.); с ме­
ханической обработкой и мокрыми спо­
собами технологического процесса (бе­
тоносмесительные установки и т. п.);
ПТС с механической и термической
обработкой материала (асфальтобетон­
ные заводы, заводы с цехами обжига,
сушки и др.); со смешанными спосо­
бами обработки материалов.
В данном параграфе рассматрива­
ются ПТС с механической обработкой
материала только путем его транспор­
т и р о в а н и я и складирования.
Ленточные конвейеры выполняются
по различным схемам в зависимости
о т назначения. В предприятиях стро­
ительной индустрии широкое примененение получили стационарные ленточ­
ные конвейеры с разгрузкой в одном
(конечном) пункте или с промежуточ­
ной разгрузкой в нескольких пунктах.
Последнее осуществляется сбрасываю­
щими (разгрузочными) плужками или
самоходными сбрасывающими (раз­
грузочными) тележками. Д л я загрузки
системы линейно протяженных бунке­
140
должна быть простой, удобной в о б ­
служивании, не содержать большого
количества кабелей, иметь возмож­
ность для подключения контрольных
органов и подачи обратных сигналов
о режиме работы и причинах непола­
док.
При проектировании взаимосвязан­
ных ленточных конвейеров должны
обеспечиваться следующие требования,
предъявляемые к системам централизо­
ванного управления:
блокировка в соответствии с после­
довательным пуском механизмов в на­
правлении против потока по техноло­
гическому процессу и с остановкой ме­
ханизмов в обратном порядке;
возможность предварительного на­
бора маршрута оператором с провер­
кой правильности набора на мнемосхе­
ме и возможностью дозапуска отдель­
ных групп механизмов или остановки
их без остановки всего потока;
возможность запрета централизо­
ванного пуска с любого местного поста
управления и возможность остановки
механизма с местного поста управле­
ния совместно с механизмом, свя­
занным блокировкой с останавлива­
емым;
центрального
остановка потока |_с________________
пульта управления при первоочередном
отключении головного механизма,и подающего материал, и с остановкой ос­
тальных механизмов после выработки
на них материалов;
возможность аварийного (мгновен­
ного) отключения любого механизма
с центрального пульта или с постов
местного управления;
автоматическое или дистанционное
отключение любого механизма или
всех механизмов, включая аспирацию
связанных блокировкой при наруше­
нии режима его работы;
невозможность запуска механизмов
при неправильном положении затво­
ров, шиберов и клапанов, а также при
невключенной аспирации;
возможность перевода технологического потока с диспетчерского на
местное управление и наоборот;
включение аспирационных устано­
вок с заданным предворением запуска
остальных механизмов и их автомати­
ческое отключение после остановки
технологической линии;
при пылящих материалах включе­
ние гидрообеспыливания одновременно
с запуском основного механизма, если
в нем имеется материал и отключение
при остановке механизма или отсутст­
вии перерабатываемого материала;
нормальный режим работы аккуму­
лирующих емкостей (бункеров, силосов и др.У.
.
Сигналы для контроля за работой
машин непрерывного транспорта могут
быть получены от блок-контактов маг­
нитного пускателя соответствующего
электродвигателя, от приводного, на­
тяжного или отклоняющего барабанов
конвейера, от движущейся ленты или
вращающейся роликоопоры.
При помощи блок-контактов маг­
нитного пускателя можно контролиро­
вать только режим работы электродви­
гателя, а с помощью датчиков, связан­
ных с приводным барабаном конвейе­
ра, можно следить за работой электро­
двигателя и привода. В обоих случаях
нельзя контролировать работу отдель­
ных машин и сблокированной линии в
целом, особенно при обрыве или про­
буксовке ленты, сдвиге ее на сторону,
разрыве или соскакивании ременной
или цепной передачи привода, выклю­
чения муфты между электродвигателем
и приводом и т. д.
Эта задача успешно решается при­
менением датчиков, вырабатывающих
сигналы при вращении натяжного или
оборотного барабана конвейера, дви­
жущейся ленты или от опорного ро­
лика.
Электрическая блокировка комму­
тационных аппаратов электродвигате­
лей и аппаратов для контроля работы
и состояния лент конвейеров и пе­
ресыпных устройств позволяет осуще^ствить
надежный
автоматический
контроль системы ленточных кон­
вейеров.
При проектировании и на практике
применяют различные схемы автома­
тизации пуска электродвигателей си­
стемы конвейеров — по току, по време­
ни, по скорости.
На рис. 8.5, а приведена схема 1111,
состоящая из одного ленточного кон­
вейера, бункера загрузки конвейера и
бункера, принимающего груз. В схеме
предусмотрена определенная последо­
вательность включения
механизмов
против потока материала.
Выходной
механизм — двигатель
транспортера ДТ включается сигналом
датчика нижнего уровня УН при опо­
рожнении
бункера; входной меха­
низм — вибропитатель В П включается
датчиком скорости Д С после разгона
транспортера (рис. 8.5, б ) .
141
Отключение ВП производится д а т ­
чиком верхнего уровня УВ при запол­
нении бункера материалом, а транспор­
тер отключается сигналом реле време­
ни РВ после доработки материала
(рис. 8.5, в).
нии, структурная схема управления ко­
торой показана на рис. 8.6, б.
Д иаграмма состояний ДТ1, состав­
ленная без учета сигнала (рис. 8.6, в,
г), не реализуема.
На основании диаграммы состояний
(рис. 8.7, а) можно определить логиче-
дт
а
УВ
О
ЛС? к .
Р61 V
,
дтг щ
УН
АС
О
УМ О
о)
1 2 3 |14
5
X X
X х_ X
X
С?
см
0 0 0
о о
/
а]
X
щ ш
Ш
' мт Ш
йа
т Ш Ш Ш ,
О)
Рис.
6)
8.7. Управление промежуточным
полнительным механизмом:
а — диаграмма состояний; б — таблица
ствия
Рис. 8.5. Ленточный конвейер с узлом по­
грузки и разгрузки:
а — технологическая
б,
схема;
схемы
ис­
соответ­
скую функцию управления промежу­
точным исполнительным механизмом:
в — структурные
Р ЩшШШШг V о,сг^ 1 \ / ас2р 1
Ж
о
а
т
а
асг \ /
Ж
ДС1
а)
д с ? \+ \д п \+ -Д С 1
6)
н
б>
1
дс2
<*
2
3
X
X
РВ1 У,
ДТ2
Ч
4
X
X
и ш
(8.
12)
где а, с, V — булевы переменные.
Здесь сокращение импликаты
выполнено с помощью таблицы соот­
ветствия (рис. 8.7, | | .
Принципиальные схемы автомати­
зации принято выполнять преимущест­
венно с разбиением по участкам с вы­
делением самостоятельных трактов.
Трактом называется любая техноло­
гическая цепочка внутри участка, ко­
торая может быть включена в работу
независимо от других параллельных
ветвей. Пуск того или другого тракта
по условиям блокировки зависит от
пуска первого механизма. П уск тракта
сводится только к избранию первого по
пуску механизма данного тракта. Ос­
тальные механизмы тракта не требуют
избирания и включаются в работу по
ранее составленной блок-схеме.
В большинстве ПТС осуществлена
унификация узлов, из которых собира­
ют типовые блоки, комплектуемые в
свою очередь в более крупные унифи­
цированные устройства (шкафы, пане­
ли и т. п.). Узлы разработаны так, что
допускается составление схемы набо­
ром.
Блочное (взаимозаменяемое) ис­
полнение ПТС дает возможность отка­
заться от проектирования индивиду­
альных схем управления и изготовле­
ния кустарным способом большого
ДС2
УВ
Ц§
Шл
г)
Рис. 8.6. ПТС с двумя конвейерами и узла­
ми погрузки и разгрузки:
а — функциональная схема; ВП — вибропитатель;
ДТ1 и ДТ2 — двигатели транспортеров; ДС1 и
ДС2 — датчики скорости;
УН и УВ — датчики
нижнего и верхнего уровней соответственно; б —
структурная схема включения ПТС; в — структур­
ная схема выключения ПТС; г — диаграмма со­
стояний
Если материал подается в бункер
двумя последовательными транспорте­
рами (рис. 8.6, а), тогда двигатель ДТ1
будет промежуточным механизмом ли-
142
количества громоздких и дорогостоя­
щих сборок с различной аппаратурой;
значительно повысить степень инду­
стриализации монтажных работ; сокра­
тить сроки ввода предприятий в экс­
плуатацию; обеспечить взаимозаменяе­
мость узлов, быструю локализацию
повреждений и профилактический ре­
монт оборудования.
Для
управления
механизмами
сложны* ПТС целесообразно приме­
нять с и с т е м у д и с п е т ч е р с к о г о
автоматизированного
уп­
р а в л е н и я (ДАУ), которая мини­
мальными средствами обеспечивает
диспетчеру возможность непосредст­
венного управления технологическим
процессом.
В схемах ДАУ могут предусматри­
ваться следующие виды управления:
централизованное сблокирование; ме­
стное сблокирование: местное — для
производства ремонтных и наладочных
работ.
Централизованное сблокированное
управление может осуществляться с
набором программы ключами и номе­
ронабирателем при двухступенчатой
системе набирания.
Управление несколькими электро­
приводами с автоматическим обеспече­
нием заданной
последовательности
пуска является наиболее распростра­
ненным видом как частичной, так и
полной автоматизации.
Принципиальные решения и аппа­
ратурное оформление разработанных
и внедренных в производство схем
автоматизации ПТС очень разнооб­
разны.
Ниже приведена краткая характеристика
некоторых отечественных и зарубежных схем
автоматизации поточно-транспортных систем
для насыпных грузов.
Рассмотрим с х е м у у п р а в л е н и я н а
базе
слаботочной
релейно-кон­
т а к т н о й а п п а р а т у р ы , скомпонованной в
унифицированную серию блоков и комплектных
устройств. Система связи — многопроводная и
осуществляется при помощи телефонных и
контрольных кабелей. Комплектные устройства
и серия унифицированных блоков выполнены
для следующих вариантов схем ПТС: 1. С на­
бором программы (выбор участков, трактов,
отдельных механизмов): ключами; номеронаби­
рателем при двухступенчатом избирании (на
искателях ШИ и Д Ш И ); номеронабирателем
при трехступенчатом избирании (на искате­
лях ШИ и Д Ш И ). 2. С цепями отключения:
обтекаемыми током; не обтекаемыми током.
3. С пуском: при помощи пульс-пары; при по­
мощи реле скорости.
Емкость системы практически неограничена, причем для числа трактов (маршрутов) до
50 рекомендуется применение схемы с ключа­
ми избирания, а свыше 50 — с номеронабира­
телями.
В схеме предусмотрены три режима управ­
ления. Основным режимом является диспетчер­
ское автоматизированное (ДАУ), осуществляе­
мое диспетчером (оператором) с пульта управ­
ления. Кроме того, предусмотрены местное
сблокированное управление (на время налад­
ки и ввода в эксплуатацию ДАУ) и местное
несблокированное (ремонтное) управление.
Работа схем основана на использовании
надежной и проверенной аппаратуры: шаговых
искателей, реле МКУ-48, РКН и т. д. Однако
схемы имеют сложное построение в передаче
команд. Так например, команда очередности
пуска делится на три ступени передачи
(РПО-РПУ-РВУ — выходные реле механиз­
мов), команда отключения также делится на
три ступени, предупредительная сигнализа­
ция — на две ступени и т. д.
Узел пуска, применяемый в схеме, включа­
ет в себя, независимо от числа механизмов, бо­
лее 30 реле, что является громоздким для мало­
го числа механизмов.
Существует блочная релейная
с х е м а у п р а в л е н и я ПТС н а б а з е с л а ­
б от очной р е л е й н о - к о н т а к т н о й ап­
п а р а т у р ы . Д ля компоновки всей требую­
щейся аппаратуры разработаны пять типов
блоков: 1 ) блок пуска (общий для всей схемы,
независимо от количества механизмов, входя­
щих в ПТС), устанавливаемый в диспетчерском
пункте; 2 ) блок шагового искателя в диспет­
черском пункте (один блок на 70—75 механиз­
мов; 3) блок шагового искателя в РП; 4) блок
сигнальных реле в диспетчерском пункте
( 1 блок на 10 механизмов);
5) выходной ре­
лейный блок в Р П (1 блок на каждый меха­
низм).
При автоматическом управлении запуск
системы производится оператором после выбо­
ра и проверки маршрута. Пуск осуществляется
посредством синхронной работы шаговых иска­
телей в Д П и РП, в функции разгона механиз­
мов с контролем по времени.
Предусмотрено три вида отключения с
пульта управления: 1 ) нормальный останов со
сбросом материала, осуществляемый двумя
командами: первая команда— отключение ме­
ханизма, подающего материал, вторая коман­
да — последовательное отключение всех меха­
низмов при помощи шаговых искателей в по­
рядке, обратном технологическому потоку, по­
сле освобождения механизмов от материалов;
2 ) аварийное отключение маршрута без сброса
материала, осуществляемое включением шаго­
вых искателей, отключающих все механизмы
маршрута в порядке, обратном технологическо­
му потоку; 3) аварийное отключение системы,
осуществляемое кнопкой и вызывающее мгно­
венный останов всех механизмов комплексов.
Все блокировочные зависимости осуществляют­
ся через шаговые искатели.
В проекте предусмотрена телемеханическая
связь между Д П и РП. Управление и конт­
роль работы механизмов осуществляются по
восьми проводам плюс шесть проводов на к а ж ­
дый блок шагового искателя в Д П (70—75 ме­
ханизмов).
Основными достоинствами схемы являются
простота ее построения (при помощи неболь­
шого числа однотипных блоков) и одиоступенчатость передачи команд. Независимо от слож­
ности схемы цепи аппаратов, схема управления
построена на базе пяти типовых стандартных
блоков: блок пуска, блок шагового искателя в
Д П , блок шагового искателя в РП, блок сиг-
143
гК. -
щ
■': ■^ 1
ж Ш
-
Т
нальных реле, выходной релейный блок. Все
блоки имеют типовой внутренний монтаж, что
упрощает общий монтаж установки. Схема бло­
кировочных зависимостей, создаваемая на осно­
вании схемы цепи аппаратов, входит в прин­
ципиальную схему управления, что упрощает
проектирование. К недостаткам схемы относят­
ся: необходимость синхронной работы всех ш а­
говых искателей системы; подача напряжения
в линию для аварийного отключения; отсутст­
вие местного сблокированного режима управ­
ления; подача звукового предупредительного
сигнала по всему объекту в целом, независимо
от того, какие механизмы запускаются; отсут­
ствие сигнализации о переводе механизмов на
местное управление.
|
Система управления и сигнализации со­
стоит из диспетчерской и цеховой части. При
диспетчерском управлении для выбора меха­
низмов, предназначенных к включению, ис­
пользуется
двухзначный номеронабиратель.
Пуск механизмов производится автоматически
в функции времени (с помощью пульс-пары)
после подачи команды диспетчером. Отключе­
ние с пульта управления производится н аж а­
тием кнопки после того, как подлежащие от­
ключению механизмы избраны номеронабира­
телем. При этом происходит отключение меха­
низмов со сбросом с них материала. В основу
бесконтактной системы телеуправления поло­
жен полярный времяимпульсный признак р а з­
деления каналов. Временное
распределение
импульсов производится с помощью синхронно
и синфазно работающих распределителей, рас­
положенных как на диспетчерском (Д П ), так
и на исполнительных (И П ) пунктах. В описы­
ваемом устройстве используется последова­
тельный метод синфазирования. При этом в
каждый момент времени работает распредели­
тель только одного исполнительного пункта.
Запуск распределителя каждого последующего
пункта производится соответствующим импуль­
сом распределителя предыдущего ИП, который
после этого останавливается. Запуск первого
ИП, т. е. пункта, ближайшего к диспетчерско­
му, осуществляется синфазирующим импульсом
с первого элемента распределителя диспетчер­
ского пункта (Д П ). При таком способе син­
фазирования распределитель каждого ИП вы­
бирается на число импульсов, равное числу
команд и сигналов, определяемому числом
механизмов на данном исполнительном пункте,
а распределитель Д П выдает число импульсов,
равное общему их числу на всех исполнитель­
ных пунктах.
Включение контакторов механизмов осу­
ществляется посредством реле МКУ-48. Связь
между диспетчером и исполнительными пунк­
тами 2 -проводная. Связь между ИП и д а т ­
чиками у механизмов — обычная, многопро­
водная. Система рассчитана примерно на 200
механизмов, но емкость ее может быть увели­
чена до любого числа механизмов. Нормаль­
ный останов со сбросом производится в два
приема: ключами выбора питателей и ключа­
ми выбора маршрутов. Сначала останавлива­
ются механизмы, выдающие материал на
маршрут, потом — все остальные механизмы
маршрута. Экстренный останов такж е произво­
дится маршрутными ключами. Блокировочные
зависимости между механизмами выполняются
контактами реле скорости и блок-контактами
контакторов. Эта система, построенная на при­
менении бесконтактной аппаратуры и телеме­
ханического способа связи между Д П и ИП,
является прогрессивной, обеспечивает быстро­
действие и гибкость работы схемы. Применение
телеавтоматической системы на бесконтактных
элементах дает возможность создания блочной
системы при малых габаритах аппаратуры и
экономию кабельных изделий. Недостатками
схемы являются большое число блоков и отсут­
ствие телемеханической связи между И П и ме­
ханизмами.
Блочная
телеавтоматическая
бесконтактная
система
БТА-ПУ-С
имеет схему, которая представляет собой блоч­
ную телеавтоматическую систему управления к
сигнализации, построенную на бесконтактных
полупроводниковых элементах (диодах и трио­
дах). Управление механизмами технологиче­
ского комплекса осуществляется с помощью
двух самостоятельных систем ТУ-ТС: система
диспетчерского и система местного телеуправ­
ления. Диспетчерская система связывает цент­
ральный диспетчерский пункт (Ц Д П ) с участ­
ковыми диспетчерскими пунктами (У Д П ), рас­
положенными в распределительных пунктах
(Р П ). Местная система телеуправления связы­
вает УДП с блоками местного телеуправления
(М БТ), располагаемыми у механизмов.
з
Система диспетчерского телеуправления
осуществляет: выбор режима управления (ди­
станционное или местное); подачу предупреди­
тельного звукового сигнала; дистанционное
включение механизмов; нормальный останов со
сбросом материала; ручное или автоматическое
изменение программы загрузки бункеров; про­
граммное управление шиберами. Система обес­
печивает сигнализацию: о нормальной работе
механизмов и о положении клапанов; об ава­
рийной остановке механизмов; о фиксации
кнопки «Стоп» какого-либо механизма; о нор­
мальной работе системы телеуправления. С вязь
между Ц Д П и У Д П осуществляется трехпро­
водной линией, один провод которой служит
для передачи импульсов управления, сигнали­
зации и разрешения исполнения команды, д р у ­
гой — для передачи импульсов движения и
синфазирования бесконтактных распределите­
лей. Третий используется в качестве общего
провода. У Д П и М БТ связаны 4-проводной
линией, три провода которой выполняют функ­
ции, аналогичные связи между Ц Д П и УДП, а
четвертый используется для подачи питания на
МБТ.
^
В разработанной системе принято времен­
ное разделение каналов с распределительным
методом избирания, заключающимся в том, что
один канал связи поочередно переключается с
одних приемно-передающих цепей на другие с
помощью синхронно и синфазно работающих
распределителей на концах линии связи. Р а с ­
пределители являются основными узлами си­
стемы. Распределители Ц Д П и У Д П для мест­
ного телеуправления имеют узлы автоматиче­
ского запуска, поэтому после окончания одного
цикла автоматически начинается следующий.
Распределитель Ц Д П передает и принима­
ет команды от всех УДП, предоставляя линии
связи в каждый момент времени только одной
команде или сигналу. Максимальная емкость
распределителя Ц Д П — 1000 команд. Распре­
делитель У Д П предназначен для связи в к а ж ­
дый момент времени только одной команды
или сигнала. Максимальная емкость распреде­
лителя — 1 0 0 команд.
Принципиальные схемы системы БТА-ПУ-С
составляются из элементов схем, связанных
между собой определенной зависимостью. Эле­
менты конструктивно выполнены в виде уни­
фицированных ячеек, скомпонованных по логи­
ческому принципу. Д л я каждого объекта про­
изводится индивидуальный набор ячеек, опре­
144
деляемый структурой и назначением техноло­
гических узлов схемы цепи аппаратов ПТС.
В проекте предусмотрены 38 типов ячеек раз­
ного назначения (мультивибраторы, усилители,
триггеры, схемы совпадения и т. д.). Из разных
наборов этих ячеек комплектуются 28 типов
'V *
' 7 ■
С х е м а у п р а в л е н и я ПТС н а б а з е
слаботочной релейно-контактной
аппаратуры
с шаговым
искате­
л е м работает следующим образом. При авто­
матизированном управлении запуск системы
производится оператором после выбора и про­
верки маршрута. Последовательный запуск
механизмов осуществляется шаговым искате­
лем в соответствии с разгоном механизмов, с
контролем по времени.
Предусмотрены два вида отключения с
пульта управления: нормальный останов меха­
низмов со сбросом материала; аварийный мгно­
венный останов всей системы.
Все блокировочные зависимости осуществ­
ляются в цепях 60 В непосредственно на вы­
ходных реле механизмов. Релейная схема уп­
равления ПТС на базе сильноточной релейно­
контактной аппаратуры предназначена для
ПТС с малым количеством механизмов. Аппа­
ратура в каждом отдельном случае компонует­
ся в индивидуальный релейный шкаф. Способ
управления определяется положением деблокировочных переключателей, установленных в
релейном шкафу. При автоматическом управ­
лении выбор маршрута производится ключом,
а запуск — кнопкой, установленными на пульте
управления. Звуковой предупредительный сиг­
нал подается автоматически перед запуском
маршрута. В проекте предусмотрен экстренный
останов механизмов и останов со сбросом
транспортируемого материала. Д ля контроля
за протеканием технологического
процесса
имеется световая сигнализация о работе меха­
низмов. В схеме управления используется не
более десяти реле. Все блокировки осуществля­
ются в цепях 220 В блок-контактами контакто­
ров и контактами реле скорости механизмов.
Разработана схема управления ПТС на
базе сильноточной релейно-контактной аппара­
туры. Запуск механизмов осуществляется в
порядке, обратном направлению технологиче­
ского потока по скорости для длинных ленточ­
ных и скребковых конвейеров, и мгновенно для
остальных механизмов. Схемой предусмотрен
контроль запуска механизмов с помощью реле
времени. Схема проста и надежна. Однако ее
целесообразно применять только в схемах с
небольшим числом механизмов и простыми
блокировочными зависимостями. Существен­
ным недостатком является отсутствие блочности в компоновке аппаратуры.
З а рубежом в области автоматизации
ПТС резко выражена тенденция перехода на
централизованное автоматическое управление
поточно-транспортными системами. Сигнализа­
ция работы и аварийного состояния механиз­
мов и контроль за их работой выносятся на
центральный пульт управления, используется
телевидение. Д ля контроля заполнения емко­
стей в основном применяют аппаратуру, рабо­
тающую на принципе контроля сопротивле­
ний; используют такж е гамма-датчики и датчи­
ки, основанные на применении полупроводни­
ков. С целью уменьшения количества проводов
для управления конвейерными линиями может
быть использован метод тонально-частотного
многоканального разделения. Каждому прика­
зу и сообщению соответствует своя частота,
которая создается своим собственным передат­
чиком и принимается через фильтр. Преимуще­
ство этого метода заключается в том, что ча­
стоты не мешают друг другу, так что любое
количество приказов и сообщений может пере­
даваться и приниматься одновременно. Кроме
того, этот метод не зависит от вида передачи.
Он не связан с собственными проводами уп­
равления, для передачи могут быть использова­
ны другие п р о в о д а' и радио на несущей ча­
стоте.
При импульсно-кодовом методе каждому
приказу и сообщению соответствует свой код,
который состоит из ряда импульсов тока про­
должительностью около 50 мсек и пауз той ж е
длины. Путем пропуска импульса с соответст­
вующим удлинением паузы получают различные
коды, которые передают, принимают и деко­
дируют. Одновременная передача кодов невоз­
можна, приказы и сообщения должны переда­
ваться один за другим. Исследования показа­
ли, что это ограничение не мешает работе, если
преимущество отдается приказам. Передавать
приказы
и сообщения
непрерывно также
нельзя.
Система автоматического управления кон­
вейерами фирмы «Меко» (Англия) дает воз­
можность управления системой, состоящей из
1 2 конвейеров (длина конвейерной линии до
6,4 км), из одного центрального пункта. Систе­
ма позволяет дистанционно включать и оста­
навливать конвейеры и обеспечивает подачу
предупредительного сигнала перед включением
того или иного конвейера. Она снабжена уст­
ройством для аварийного останова всех кон­
вейеров сразу и оснащена двумя параллельны­
ми системами связи, обеспечивающими в слу­
чае опасности или аварии быстрый контакт с
соответствующим персоналом. Управление мо­
жет производиться и независимо от установ­
ленного местным управлением режима чередо­
вания пуска конвейеров. Сигналы неисправно­
сти и предупреждения поступают в централь­
ный пульт управления и в случае, если конвей­
ер работает на местном управлении.
В пульт управления и сигнализации посту­
пает следующая информация: какой род управ­
ления избран в данное время (местный или
автоматический); работает конвейер или про­
стаивает; по какой причине остановился кон­
вейер (повышение температуры, буксование,
обрыв, соскальзывание или возгорание ленты);
отказ конвейерного замыкателя; аварийное от­
ключение конвейера обслуживающим персона­
лом; предупредительная сигнализация о повы­
шении температуры, буксовании или соскаль­
зывании ленты. Оборудование состоит из цент­
рального пульта дистанционного управления и
релейных блоков (по одному на каждый кон­
вейер). Все реальные блоки взаимосблокированы и соединены с пультом управления много­
жильными кабелями. Система «Меко» дает воз­
можность легко перестанавливать релейные
блоки в соответствии с перемещением конвейе­
ров по разработке без большой затраты труда
со стороны обслуживающего персонала.
Фирмой «Хьювуд-эллиот» (Англия) разра­
ботаны две системы автоматического управле­
ния «Марка I» и «Марка II» с соответствую­
щим оборудованием для перегрузочных пунк­
тов. Пульт «Марка I» нормально рассчитан на
одновременное управление 1 2 конвейерами, од­
нако каж дая машина и детали оборудования
соединяются с аппаратной индивидуальными
многожильными кабелями, что очень неудобно.
Система «Марка II» передает информацию и
команды для всего объекта. Д ля всей установ­
ки используется
общий кабель. Оба пульта
ЯНН
145
снабжены датчиками, предназначенными для
работы под землей. Пульт системы «Марка II»
оборудован
мнемосхемой, иллюстрирующей
различные функции системы, и вычислительной
машиной.
Система «Марка II» работает по принципу
многократного использования канала связи с
частотным и временным разделением сигналов
на управление любым количеством объектов
(конвейеров) до 2 0 ; используется 6 разных
команд и 2 0 каналов сообщения на каждый
объект (рис. 8 .8 ). Принцип многократности с
Рис.
8 .8
применять вместе с уже имеющимся электро­
оборудованием. Аппаратура управления состо­
ит из блока питания, коммутационного реле и
блоков конструкции «Симатик» со штепсельны­
ми контактами. Принципиальная схема авто­
матизированного управления конвейерной ли­
нией показана на рис, 8.9. Схема используется
для аварийного ручного управления без при­
менения контрольной аппаратуры. С помощью
переключателя подается напряжение на аппа­
ратуру управления соответствующего конвейе
ра. Д л я того чтобы ток, проходящий через кон-
. Схема многоканальной системы управления на тональной частоте:
1, 2, 3 — соответственно генератор, фильтр и усилитель тональной частоты; 4 — реле; 5 — преобразователь
постоянного тока в импульсы; 6 — преобразователь импульсов в постоянный ток; 7 — передатчик тональ­
ной частоты; 8 — ограничитель постоянного напряжения; 9 — блок подсоединения к сети; 10 — анализатор:
/ / — сеть; 12 — двигатель включен; 13 — счетчик; 14 — задвиж ка закрыта; 15 — вентилятор включен; /6 —
давление; Г — генератор; Р — регулятор; а — датчики и приемники в шахте; В — телесистема на тональной
частоте; в — приемники и передатчики в диспетчерской; г — линия передачи;
д , е, ж — соответственно
дистанционная связь, управление и измерение
временным разделением сигналов заключается
в поочередном просмотре («сканировании»)
объектов, а многократность с частным разде­
лением состоит в том, что во время связи цент­
рального пульта с определенным объектом
контролирующие и управляющие сигналы оп­
ределяются по наличию звуковых частот в
. линиях сообщения. Сообщение между цент­
ральным пультом и подстанциями (приводны­
ми станциями конвейеров) ведется по одному
/ четырехжильному кабелю. Потери в кабеле
длиной 4600 м составляют 10 дб. Если кабель
длиннее, для обеспечения передачи использу­
ются усилители, которые легко можно присо­
единить на подстанции. В системе употребля­
ются тональные генераторы двадцати двух
частот с соответствующими приемниками, р а ­
ботающими в полосе частот от 400 до 4000 Гц.
Выбор и опознавание производятся комбинаци­
ей двух частот из семи, а команды управления
генерируются, употребляя комбинацию двух
частот из четырех. Это значительно сократило
количество требуемых каналов связи и повы­
сило надежность системы.
Фирмой «Сименс-Шуккерт» разработана
конструкция стандартной аппаратуры управле­
ния ленточными конвейерами, которую можно
такты сигнальных устройств, не превышал ми­
нимального значения, предусмотрены потенцио­
метры; сопротивления защищают электронные
устройства от влияния емкости. В командоаппарат, кроме кнопок «Пуск» и «Стоп», вмон­
тирован многопозиционный переключатель, ко­
торый позволяет управлять отдельными кон­
вейерами или всей конвейерной линией автома­
тически или вручную. Если потянуть за шнур
аварийного натяжного выключателя (в любом
месте по длине конвейера), отключается один
из конвейеров, а в случае автоматизации —
все конвейеры. Отключение запоминается. По­
вторное включение линии возможно лишь по­
сле
подтверждения
выключения
кнопкой
«Стоп». Уровень загрузки конвейера контроли­
руется выключателем с датчиком. На регули­
руемом по высоте штативе укреплен щуп, пово­
рачивающийся под действием пружин; при пе­
регрузке конвейера щуп отклоняется и приво­
дит в действие концевой выключатель. При его
срабатывании через электронное реле времени
отключается конвейер, предшествующий ав а­
рийному, или все конвейеры. Если перегрузка
конвейера будет устранена, то автоматически
включается отключенная часть конвейерной ли­
нии. Д л я контроля пробуксовки и обрыва лен­
146
ты в аппаратуру управления вмонтирован спе­
циальный блок, принцип действия которого
основан на сравнении продолжительности сра­
батывания звена выдержки времени с време­
нем остановки конвейера. В качестве датчика
используют бесконтактный концевой выключа­
тель. Д ля контроля скорости можно использо­
вать также механические датчики.
§ 4. АВТОМАТИЗАЦИЯ СКЛАДОВ
\
ЗА П О Л Н И Т ЕЛ Е Й
Склады заполнителей классифици­
руют: а) по видам внешнего транспор­
та и методам разгрузки на склад с уче-
затворов, питателей, перегрузочных
воронок); в) рассредоточенностью от­
дельных составляющих по протяжен­
ной территории складов; г) влиянием
качественных показателей транспор­
тируемого
материала
(влажность,
крупность) на условия погрузки, пере­
грузки и разгрузки.
На участке транспортирования з а ­
полнителей от пункта выгрузки до опе­
рационного или резервного склада ем­
кость со стороны подачи на склад при
схеме с разгрузчиком Т-182 мала (при­
емный бункер), а емкость со стороны
Рис. 8.9. Принципиальная схема автоматизированного управления конвейерной линией:
/ — аппараты контроля скорости; 2 — выключатели с датчиком уровня загрузки конвейера; 3 — натяжные вы­
ключатели; 4 — цепи телесигнализации; 5 — аппаратура управления конструкции
«Симатик»;
6 — сигнальная
аппаратура конструкции «Симатик»; 7 — переключатели; 8 — командоаппарат; 9 — к аппаратуре управления дви­
гателем; / 0 —-главный пульт управления; / / , 12, 13 и 14 — конвейеры
потребления (емкость склада) — ве­
лика.
На участке «склад — расходные
бункера» имеет место обратная кар­
тина: емкость со стороны подачи вели­
ка, а со стороны потребления относи­
тельно мала.
''
Транспортное запаздывание на уча­
стках вследствие значительных длин
ленточных конвейеров и их относитель­
но небольшой скорости велико.
В комплект машин, применяемых
для разгрузки железнодорожных ва­
гонов (рис. 8.10), входят: бурорыхлительная машина, разгрузочная машина
Т-182А, люковибратор, маневровая ле­
бедка и два люкоподъемника, выпол­
ненные на базе серийных тельферов.
г
Разгрузка железнодорожных плат- / А
форм производится разгрузочной ма- . Д
шиной Т-182А с помощью рабочего ор­
гана этой машины — скребка. Процесс
протекает аналогично рассмотренному
том признаков емкостной и безъемкост­
ной схемы; б) по методам хранения и
выгрузки со склада; в) по грузооборо­
ту; г) по емкости.
Склады заполнителей выполняются
по различным схемам.
Наиболее распространены откры­
тые эстакадно-траншейные склады с
конусообразными штабелями, загруж а­
емыми самоходной сбрасывающей те­
лежкой ленточного конвейера, смонти­
рованного на эстакаде. Некоторое рас­
пространение получили также бункер­
ные склады, загружаемые при помощи
катучего челнокового ленточного кон­
вейера.
Как объекты автоматизации скла­
ды заполнителей, оборудованные лен­
точными конвейерами, характеризу­
ются: а) поточностью и непрерывно­
стью транспортных процессов; б) нали­
чием
однотипного
транспортного
оборудования (ленточных конвейеров,
147
ки — бункера и питание последующих
по технологическому процессу меха­
низмов, а также системы автоматиче­
ского сводообрушения.
5
Автоматический контроль уровня
заполнения бункеров, силосов и резер­
вуаров базируется на применении се­
рийных и специально разработанных
датчиков уровня, включенных в систе-
в § 2 данной главы процессу разгрузки
сыпучих материалов.
Система управления обеспечивает:
подачу предпускового сигнала с после­
дующим запуском тракта; оповещение
оператора о заполнении загружаемого
бункера; остановку тракта после пре­
кращения поступления материала; ава­
рийную остановку тракта и отдельных
2 - электромагнит
с? - конечныйшбыкпючатепь
ш - датчики иродни
О - электродвигатель
° -датчик наличия материала
щиты управ­
ления Выдачи
§ детоносместельный
узел
I
Рис. 8.10. Функциональная схема автоматизации загрузки бункеров склада заполнителей:
/ — бурорыхлительная машина; 2 — люкоподъемники: -3 — люковибратор; 4 — разгрузочная машина; 5 — манев­
ровая лебедка; 6 — пульт управления разгрузочными машинами; 7 — пульт управления загрузкой склада; 8 —
шкаф разгрузочной машины; 9 — шкаф бурорыхлительной машины; 10 — ш каф маневровой лебедки и люкоподъемника; /У — шкаф тракта загрузки склада; /2 — ш каф тракта выдачи из склада; 13 — силовой пункт; 14 — эле­
ватор; 15 — челноковый ленточный конвейер; 16 — бункера
му автоматического управления транс­
портными и технологическими машина­
ми. Общим для автоматического уп­
равления механизмами загрузки бунке­
ров или питателей является контроль
верхнего уровня материала в бункерах
или высоты штабелей, осуществляемый
с помощью датчиков уровня, а также
дистанционный контроль положения
механизма загрузки в каждый момент
времени, осуществляемый с помощью
датчика положения.
Простейшая схема загрузки участ­
ка склада с хранением на нем одного
сорта материала приведена на рис. 8.11.
Маятниковое движение рабочего орга­
на обеспечивается реверсивным двига-
механизмов; аварийную и информаци­
онную сигнализацию; режим местного
управления всеми механизмами.
На большинстве автоматизирован­
ных складов заполнителей применя­
ются контактные элементы. Новейшие
разработки автоматизации складов з а ­
полнителей базируются на применении
бесконтактных элементов, схем логики,
цифровых систем набора тракта и др.,
значительно повышающих надежность
автоматических систем.
Основой для построения и работы
систем автоматизации заполнения и
разгрузки бункеров являются датчики
верхнего и нижнего уровня и следящие
уровнемеры, а для процесса разгруз-
148
телем сбрасывающей тележки ДТ, с
помощью которой производится равно­
мерная загрузка материальных отсеков
склада заполнителей (рис. 8.11, а).
Положение тележки фиксируется путе­
выми выключателями ВП1 и ВП2. При
подходе тележки слева путевые выклю­
чатели включаются, а при подходе
справа — отключаются. Когда тележка
подойдет к началу отсека, ВП1 вклю­
чает двигатель тележки Й ® вперед;
а)
■■■""'"1
5)
1 ;|
; 1<
ВП
А
х
—
тДГ
'
впги
X X
у/л
ы /У/ ШтИ
К!
1Г
1--------
------------------
—— Ч
4
X X
X X
2
/
ВП1
х
вп? $2
Д Т2 “г
з
г)
Рис. 8.11. Загрузка участка склада одним сор­
том материала:
а — функциональная схема; б — диаграмма
ний; в, г — таблицы соответствия
состоя­
при подходе тележки к концу отсека
ВП2 включает Д Т2 назад (рис. 8.11, б ) .
Из таблиц соответствия (рис. 8.11, в )
видно, что управляющие сигналы щ и
й2 при одинаковых комбинациях сигна­
лов путевых выключателей имеют про­
тивоположные значения, т. е.
Благодаря этому управляющие сигна­
лы могут формироваться одним многотактным звеном, функции переключе­
ния которого следующие:
/ ( 1 ) = $ ! , / ( 0 ) = $ 2,
(8.13)
где 51 — положение конечного выклю­
чателя ВП1; 5<г— положение конечно­
го выключателя ВП2.
Тогда логическую функцию миоготактного звена можно записать в виде
/ ? (и1) = / г(а2) = 5 а(51\ / и у).
(8.14)
Если на тележку не поступает ма­
териал, наличие которого фиксируется
датчиком ДМ, то двигатель ДТ должен
отключаться. Это обеспечивается сиг­
налом разрешающей блокировки от
датчика материала. Следовательно,
функциональная связь устройства уп­
равления ДТ определяется равенством
I ЩЩрщв IВ Vж р В
В процессе заполнения бункеров часто при­
меняют систему с использованием конвейера со
сбрасывающей тележкой. Принцип работы си­
стемы
автоматической загрузки
бункеров
сбрасывающей тележкой заключается в после­
довательном измерении уровня материала в
бункерах и автоматическом выборе наименьше­
го из них, по которому загруж аю тся все бунке­
ра. В качестве датчика может быть использован
ультразвуковой уровнемер (рис. 8.12), уста­
новленный на сбрасывающей тележке и пере­
мещающийся вместе с ней. Функциональная
схема системы автоматического распределения
материала по бункерам по трем уровням с
применением ультразвукового уровнемера по­
лучена методом синтеза с использованием т а б ­
лиц включений и карт Карно. При достижении
сбрасывающей тележкой последнего по ходу
загрузки бункера срабатывает конечный вы­
ключатель Д Н . В результате тележка движ ет­
ся без остановки вдоль бункеров назад, так
как образуется «память» на элементах 58, 62.
Программа загрузки бункеров выбирается
автоматически. Прямоугольные импульсы дли­
тельностью, пропорциональной
измеряемому
расстоянию от датчика до поверхности мате­
риала, с выходом ультразвукового уровнеме­
ра У через элементы 1 — 3 поступают на три
группы задерж ек 4 —5, 6 —7, 8 — 9. К а ж д а я
группа состоит из двух задерж ек (10 — 75), од­
на из которых измеряет длительность импуль­
сов и включает «память», другая ее отключает.
Сигналы с «памятей» через конъюкторы 16, 17,
18 включают соответствующие «памяти», обра­
зованные на элементах 19—32. Они включены
между собой таким образом, что нижнему
уровню соответствует появление сигнала на
выходе «памяти», построенной на элементах
24, 27) среднему — на элементах 28, 30; верх­
нему — на элементах 29, 31. Следовательно, в
результате измерения уровня материала в бун­
керах выбирается один из трех уровней з а ­
грузки. При движении вперед тележка останав­
ливается для загрузки тех точек бункера, где
фактический уровень материала ниже выбран­
ного. Сигнал остановки сбрасывающей тележки
возникает при совпадении сигналов измеренно­
го уровня и выбранной программы на элемен­
тах 33 и 34 или 35. Связь со схемой перемеще­
ния тележки осуществляется посредством эле­
ментов 36, 37 и 63.
Д л я исключения влияния стыков бункеров
на работу системы применяют датчик запрета
остановки тележки Д З О , установленный на те­
лежке.
После загрузки последнего бункера тележ ­
ка без остановки движется к первому бункеру,
в это время опять происходит измерение и вы­
бор уровня загрузки бункеров. При заполнении
бункеров до заданного уровня система распре­
деления автоматически переходит на загрузку
их по следующему более высокому уровню.
Д л я бесперебойного поступления материа­
ла в бункера в системе предусматривается
контроль по времени загрузки каждой точки
бункера. Если время простоя в какой-либо
точке бункера больше времени предельно дот?стимого, устанавливаемого тумблерами 71 72,
то программа загрузки автоматически меняет­
ся, при этом выбирается более низкий уровень
загрузки бункеров. Выбор осуществляется схе-
149
\
мой на элементах 38, генераторе импульсов 39,
триггерном счетчике 40--43 и дешифраторе
Д Ш 44. Программа загрузки задается элемен­
тами 45—51. Перемещение тележки осуществ­
ляется при помощи датчиков нижнего Д Н и
верхнего Д В уровней, реле скорости С и уп­
равляющей схемой на элементах 53—62.
Достоинствами системы являются: полное
и равномерное заполнение бункеров; примене­
ние одного бесконтактного уровнемера; мини­
мальное число конечных выключателей; воз­
можность изменения уровней загрузки бунке­
ров бесконтактным способом, за счет измене­
ния времени задерж ек 4—5; 6— 7; 8—9\ уни­
версальность схемы.
записывается в регистр памяти, состоящей из
триггеров на триодах. Код желаемого положе­
ния конвейера набирается нажатием соответст­
вующей кнопки в аналогичной матрице. Опера­
ция сравнения чисел, записанных в регистры
памяти исходного и необходимого конечного
положения конвейера, осуществляется по раз­
рядам с помощью схемы с двумя раздельными
выходами. Команда выдается схемой сравне­
ния старшего разряда; при этом со стороны
старших несовпадающих разрядов подается за­
прет на схемы сравнения младших разрядов.
При нулевых значениях разрядов в шифрато­
ре желаемого положения такж е дается запрет
на выходы схем сравнения.
§
Назад
Вперео
Рис. 8.12. Функциональная схема системы автоматического распределения
материала по бункерам с применением ультразвукового уровнемера
Структурная схема содержит два блока
«И Л И » для использования команд: Р л — дви­
жение ленты в одном направлении для загруз­
ки бункеров 1— 6 и Р л — движение ленты в
противоположном направлении для загрузки
бункеров 7— 12. Кроме того, имеются две
команды для перемещения конвейера: Р ъ —
вперед и
— назад.
Фирма УЕМ УЕВ ЕЬЕКТКОРКОЛЕКТ
(Г Д Р ) разработала и внедрила автоматизацию
загрузки емкостей с применением бесконтакт­
ных элементов «Транслог», представляющую
собой систему программного управления, авто­
матически производящую загрузку после вы­
бора пути (рис. 8.14, а).
Система управления может контролировать
степень наполнения отдельных бункеров и при
понижении определенного уровня (уровень а в ­
томатики) включать соответствующими сигна­
2: .13,
приведена структурная схема
следящей системы для автоматической загруз­
ки в соответствующий бункер сыпучего груза
Челноковым ленточным конвейером, перемеща­
ющимся над бункерами. Схема выполнена с
бесконтактными элементами (полупроводнико­
вые диоды и триоды) и только в выходных
цепях применены контактные реле. Выходные
реле служ ат для включения магнитных пуска­
телей механизмов движения ленты и передви­
жения конвейера, а цепи сигнализации пере­
ключаются датчиками положения, служащими
такж е для управления.
Работа следящего устройства основана на
статической схеме сравнения двоичных чисел по
старшему несовпадающему разряду. Кодирова­
ние исходного положения конвейера реализует­
ся диодной матрицей для перевода десятичных
чисел в двоичные. Код исходного положения
150
лами управления процесс загрузки. Это требозание может быть реализовано применением
схемы сдвигающего регистра (рис. 8.14, б), ко­
торый по временной программе опрашивает от­
дельные бункера относительно их уровня на­
полнения.
Технические параметры технологического
комплекса: бункерная емкость (У); объем ма­
териала, загружаемого за единицу времени
У загрузочных систем с изменяемой во
времени подачей и разгрузкой материала часто­
та и величина изменения материала могут
быть значительны, так что здесь должны быть
применены системы автоматического управле­
ния с возможностью регулирования очередно­
сти. Относящиеся ко второй группе загрузоч­
ные системы завода могут быть также автома­
тизированы с применением программного уп-
Кнопки
Рис. 8.13. Функциональная
схема
оы&ора
цифровой следящей системы для
сования сыпучего груза
автоматического адре­
равления, в результате чего отдельные бунке­
ра системы будут загружаться в установленной
последовательности. Это программное управле­
ние должно быть, однако, ввиду случайно име­
ющих место изменений количества материала
построено так, чтобы процесс заполнения оче­
редного бункера прерывался в случае появле­
ния сигнала о необходимости загрузки бункера,
имеющего приоритет, предусмотренный в си­
стеме автоматики.
Основным узлом программного управления
загрузочными системами является бесконтакт­
ная шаговая система, автоматически опраши­
вающая отдельные бункера загрузочной систе­
мы об их уровне заполнения и вырабатываю­
щая соответствующие сигналы.
Шаговая система состоит из регистра
сдвига и запоминающей схемы для уровня за-
объем материала, разгружаемого за еди­
ницу времени (СМ*
Системы с применением элементов «Транс­
лог» можно подразделить на системы с пре­
имущественно неизменяюшейся во времени по­
дачей и разгрузкой материала, на системы с
изменяющейся во времени подачей и разгруз­
кой материала. Д ля систем первой группы рас­
чет необходимого цикла работы автоматики
дает последовательность загрузки, периодиче­
ски протекающую с неизменной продолжитель­
ностью цикла. Эти системы могут быть авто­
матизированы программным управлением, опра­
шивающим отдельные бункера в неизменной
последовательности на их уровень наполнения
и включающим процесс загрузки при пониже­
нии определенного нижнего уровня (уровень
автоматики)*
51
V
полнения, соединенных между собой посредст­
вом специальной схемы — так называемого
датчика команд.
Регистр сдвига служит для опроса накоп­
ленной в запоминающем устройстве информа­
ции об уровне наполнения. Запоминающая схе­
ма для уровня наполнения имеет для каждого
вательности. в качестве генератора импульсов
используется мультивибратор. Сигналы А Щ
у>
полученные запоминанием опросной информа
ции в отдельных запоминающих устройствах
регистра, подаются на датчик команд и здесь
связываются с сигналами Р п («Уровень авто­
матики понижен») запоминающих устройств
Рис. 8.14. Автоматическая система загрузки бункеров с применением элементов
Л О Г» (Г Д Р ):
«ТРАНС­
а — технологическая схема загрузочного устройства д л я бункеров пылеобразных материалов;
/ — запасный
силос; 2 — отдельный бункер; 3 — донные разгруж атели силоса; 4 — шнековые насосы; 5 — двухходовые ши­
беры; 6 — коммутационная аппаратура д л я уровней наполнения; I , I I и I I I — уровни заполнения соответст­
венно полный, уровень автоматики и порожний; б — принцип построения регистра сдвига; 7 — генератор им­
пульсов; 8 — выключатель автоматики; 9 — запоминающее устройство; 10 — переходные конденсаторы; 11 — оп­
рашивающие сигналы (А1—А4); I V — отключено; V — старт; V I — автоматический режим; в — принципиаль­
ная схема прохождения сигналов системы программного управления загрузкой с неизменяемой во времени
подачей и разгрузкой материала
уровня наполнения согласно функции
отдельного бункера запоминающее устройство,
которое фиксирует информацию об уровне на­
полнения («Полный» и «уровень автоматиче­
ски понижен»). Датчик команд служит для
выработки сигналов управления, включающих
и транспортные устройства для наполнения
соответствующих бункеров. Принципиальное
решение схемы автоматики загрузочного уст­
ройства для 4-х бункеров показано на рис.
8.14, в. При включении схемы на начальное
звено регистра сдвига подается синхронизиру­
ющий импульс, при помощи которого отдель­
ные запоминающие устройства уровня наполне­
ния опрашиваются в установленной последо-
= Т7л А А П9
( 8 .1 6 )
где л = 1 , 2, 3, 4, . . .
Сигналы 8 п схемных единиц датчика
команд используются для наполнения соответ­
ствующих бункеров через коммутационные сиг­
налы. Этими сигналами,
встроенными на
транспортном пути, исполнительные элементы
(двухходовые шиберы, перекидные заслонки,
донные разгружатели силоса, сгребалки и т. п.)
включаются в необходимое для наполнения
бункера положение и запускаются, а такж е з а ­
152
грузочные агрегаты (ленточные и другие кон­
вейеры). Эти сигналы В п исключают дальней­
шее переключение регистра сдвига в течение
времени загрузки одного из бункеров. В резуль­
тате заполнение других бункеров может начи­
наться только после окончания одного про­
цесса направления (Р п = 0 , т. е. «Бункер пол­
ный»). Схема управления загрузочными систе­
мами с изменяемой во времени подачей и
разгрузкой материала по принципу действия
мало отличается от выше описанной. Она со­
держит только дополнительную контактную ча­
совую сх ему, служащую для автоматического
ограничения времени заполнения при одновре­
менном наличии сигнала потребности материа­
ла от нескольких бункеров.
необходимый для возбуждения сигнал 5 П
исчезает.
|
Зависание материала в бункерах (образо­
вание сводов) и забивка течек (перегрузочных
воронок) нарушает нормальную работу авто­
матизированной ПТС. Эти явления устраняют­
ся механическими и пневматическими сводообрушителями, вибрацией и др.
На рис. 8.15 приведена схема автоматиче­
ского управления вибраторами, предотвращаю­
щими зависание материала в бункере (рис.
8.15, а) или забивку течек конвейеров (рис.
8.15, б). В первом случае в бункере устанавли­
вают датчик нижнего уровня материала ДНУ,
контакт которого замкнут при наличии мате­
риала в бункере, а на питателе или другом ме-
Рис. 8.15. Схема автоматического управления вибраторами:
/ _бункер* 2 — дозатор; 3 и 7 — из схемы управления поточным
конвейеры; 5 — течка
Дополнительное звено времени работает
следующим образом. Если во время процесса
заполнения одного из следующих бункеров по­
ступает сигнал о понижении уровня заполне­
ния, то звено времени воздействует на схему
автоматики так, что процесс наполнения пер­
вого бункера по истечении определенного вре­
мени прерывается, так что на регистр сдвига
подается сигнал 0 (1 ), вызывающий цикличе­
скую передачу опросной информации. Соответ­
ствующими соединениями сигналов г п и о п
достигается то, что звено времени дает сиг­
нал Ь (1 ). Условием для срабатывания звена
времени является
Р Р = [51V (/% V /=3 V / ч ) ] V . . .
... V
з)Ь
(8- 17>
где 5 и Т7 — булевы переменные диаграммы
состояний. Этим звеном времени по истечении
регулируемого времени подается сигнал **(*)
на регистр сдвига, который передает опросную
информацию согласно условиям соединений
Дя * . / #У [ 0 ( * ^ С яЬ
(8.18)
где С п — сдвигающий импульс (л=* 1 , 2 , 3,
4,...). Одновременно звено времени возвра­
щается в свое исходное положение, поскольку
производством; 4 и 6 —
ханизме, получающем материал из бункера,
датчик наличия материала ДНМ, контакт ко­
торого замкнут при отсутствии материала на
ленте питателя или конвейера. Работа схемы
основана на сравнении сигналов от обоих д ат­
чиков. Отсутствие материала на работающем
механизме при наличии материала в бункере
означает его зависание в бункере. При этом
включаются вибраторы с помощью реле вклю­
чения вибраторов РВВ. Если в течение задан ­
ного времени материал появляется на выходе
питателя, то вибраторы отключаются. Если же
на выходе питателя материал не появляется, то
подается предупреждающий сигнал оператору
и происходит автоматическое отключение пита­
теля и вибраторов.
Продолжительная вибрация может вы­
звать разрушение бункеров и течек. Минималь­
но необходимое время
работы
вибраторов
устанавливают технологи, максимально допу­
стимое — строители.
Д ля контроля забивки течки устанавлива­
ют два датчика наличия материала: 1 Д Н М —
на конвейере, подающем материал в течку,
2 ДН М — на конвейере, получающем материал
из течки. Работа схемы такж е основана на
сравнении сигналов от обоих датчиков.
При работе конвейеров отсутствие мате­
риала на конвейере 6 при его наличии на кон-
163
V
вейере 4 означает забивку течки. С помощью
реле РВВ включают вибраторы. Если в течение
заданного времени материал появляется на
конвейере 6, то вибраторы отключают. Если же
материал не появляется на конвейере 6, то
подается предупреждающий сигнал оператору
и происходит автоматическое отключение ви­
браторов и конвейера 4У который по блокиро­
вочной цепи останавливает все предыдущие
механизмы потока.
§ 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ СКЛА ДО В
П О РО Ш К О О БРА ЗН Ы Х М АТЕРИАЛОВ
И Ж И Д К И Х Д О БА В О К
На предприятиях строительной ин­
дустрии наряду с транспортно-склад­
скими процессами с мелкофракцион­
ными кусковыми материалами (запол­
нителями) значительный удельный вес
имеют операции с порошковыми мате­
риалами и различным сырьем в жид­
кой фазе.
Особенность складов с порошкооб­
разными материалами и жидкостями
заключается в основном в необходимо­
сти их хранения в закрытых емкостях,
а также герметизации транспортных
коммуникаций. На складах таких по­
рошкообразных материалов, как це­
мент, минеральный порошок и т. п.,
применяют
системы
непрерывного
транспортирования, разделенные про­
межуточными емкостями (силосами).
Они характеризуются значительным
протяжением транспортных коммуни­
каций. При применении аэрожелобов
и шнеков транспортное запаздывание
в системе достигает значительных ве­
личин.
Эти склады обычно являются круп­
ными емкостями — со стороны потреб­
ления (режим транспортирования на
склад) или со стороны подачи (режим
транспортирования со склада в цех-по­
требитель) или емкостями как со сто­
роны подачи, так и со стороны потреб­
ления (режим перекачки).
Автоматизация
эксплуатируемых
складов характеризуется дистанцион­
ным управлением и блокировочными
связями, реже автоматическим режи­
мом в зависимости от уровня заполне­
ния силосов склада и отсеков бункеров
в цехах-потребителях.
Склады порошкообразных матери­
алов предприятии строительной инду­
стрии характеризуются наличием как
сосредоточенных, так и рассредоточен­
ных участков.
В систему автоматизации кроме
транспортно-складских должны вхо-
о
дить устройства аспирационные и ав
том этического сводообрушения; при
пневматическом транспортировании
компрессорные установки и в зависимо­
сти от местных условий — устройства
для выдачи материалов потребителям.
Ниже приведено математическое
описание процессов изменения степени
заполнения различных емкостей. За­
полнение или опорожнение сосуда от
жидкости I! описывается
уравнением
СВЯЗИ
между пло­
фу
щадью уровня Р, его высотой Н и объ­
емной подачей (или расходом) жидко­
сти О:
ан
Ш
(8. 19)
Д л я сыпучих материалов данная
формула корректируется углом естест­
венного откоса и местоположением за­
грузочного узла (или узла выгрузки).
Коэффициент емкости резервуара
для жидкости
а
ан
(8 . 20 )
Ж
где | | | — приток или расход (или их
разность) жидкости (количество жид­
кости, поступающей или вытекающей
из резервуара в 1 с), м3/с; Н — высота
уровня жидкости в резервуаре, м; |
время, с.
Установки
аккумулирования
и
транспортирования жидкостей на пред­
приятиях
строительной
индустрии
обычно строятся по схеме: резервуар с
примыкающими к нему трубопровода­
ми, клапаны, автоматический уровне­
мер, вырабатывающий сигналы испол­
нительным механизмам об открытии и
закрытии клапанов, подключении насо­
сов и др.
4
Гидравлическая емкость с поплав­
ковым уровнемером, кинематически
связанным с заслонкой регулятора
«сопло — заслонка», воздействующего
на привод клапана на расходном тру­
бопроводе, в которой необходимо под­
держивать на заданном значении вы­
соту уровня, описывается уравнением:
Т об
й<9
ф
т
К До,
(8 . 21)
где ф
значение уровня, м; % изме­
нение расхода через клапан, м3/с; К\
коэффициент усиления объекта; я
относительное изменение притока жид­
кости в объект при скачкообразном из­
менении притока, %; Т01 — постоянная
времени объекта, с.
Для пневматического транспортиро­
вания порошкообразных материалов в
предприятиях строительной индустрии
применяются пневмокамерные, пневмовинтовые насосы и аэрожелоба. Пнев­
мокамерные насосы, работающие цик­
лично по режиму загрузка — выгрузка,
автоматизированы. Насос состоит из
одной или нескольких емкостей, запол­
няемых порошкообразным материалом.
В СССР в основном используются од­
но- и двухкамерные пневмонасосы.
Двухкамерный насос представляет со­
бой технологически связанные емкости,
которые могут работать в циклическом
режиме. Резервуары смонтированы на
металлоконструкции и обычно имеют
систему верхней пневмозагрузки. Кро­
ме того, емкости оборудованы аэриру­
ющими устройствами, равномерно рас­
положенными по окружности кониче­
ской части резервуара поддона с
форсункой, загрузочным клапаном с
пневмоцилиндром и компрессором. Для
управления процессом погрузки и вы­
грузки резервуары имеют специальную
арматуру, приборы управления, типо­
вую арматуру и контрольные приборы.
Процесс работы насоса следующий:
сначала загружается одна камера че­
рез конический загрузочный клапан.
При достижении в камере определен­
ного уровня материала, загрузку пре­
кращают. При этом электрический сиг­
нал от датчика подается в загрузочный
клапан и закрывает его. В это время
сжатый воздух из магистрали через
регулирующий вентиль и обратный
клапан проходит в поддон с форсункой,
аэрирующие устройства и одновремен­
но в полость резервуара через нижнюю
часть клапана выпуска воздуха. По­
следний, поступая в полость камеры,
аэрирует материал, поднимает давле­
ние в нем до б атм и транспортирует
материал по разгрузочному трубопро­
воду и транспортной линии в хранили­
ще. Во время разгрузки первой камеры
происходит загрузка второй камеры.
После разгрузки первой камеры давле­
ние в ней падает до 0,3-г0,5 атм (в з а ­
висимости от сопротивления транспорт­
ной линии), и вновь начинается процесс
загрузки этой же камеры. Далее про­
исходит разгрузка второй
камеры
и т. д. В случае отказа в работе клапа­
нов блокировки насосов или отсутствия
надобности в их совместной работе
каждый резервуар может работать са­
мостоятельно как с автоматическим,
так и с ручным управлением.
Существуют различные типы систем
автоматического управления камерны­
ми насосами. Наиболее распространена
электропневматическая система управ­
ления — приборы контроля электриче­
ские, а исполнительные механизмы —
пневматические. Большим преимущест­
вом такой системы управления явля­
ется возможность выполнения ее на
бесконтактных элементах.
Основными параметрами, характе­
ризующими работу камерного насоса,
являются давление воздуха в емкости
и наличие материала в ней. Для обе­
спечения работы насосов в автоматиче­
ском режиме необходимо выработать
и реализовать соответствующую ин­
формацию.
Для получения информации о сте­
пени заполнения камер насоса приме­
няются весовой и объемный методы.
Весовой метод характеризуется при­
менением чувствительного элемента
(гидродатчик, тензодатчик, динамо­
метр и рычажные весы), воспринимаю­
щего вес емкости в процессе ее загруз­
ки и разгрузки. В серийно выпускае­
мых отечественных и зарубежных ка­
мерных насосах в качестве датчиков
весового контроля применяют в основ­
ном гидродатчики и рычажные весы с
циферблатным указателем.
Д ля объемного метода характерно
применение датчиков, контролирую­
щих верхний уровень, нижний уровень,
т. е. момент окончания разгрузки ем­
кости определяется в большинстве слу­
чаев по падению давления воздуха в
камере. Применение
разгружаемой
сигнализаторов уровня, непосредствен­
но контактирующих с контролируемой
средой, затрудняется вследствие тяж е­
лых условий, в которых работает к а ­
мерный насос, а именно: высокая тем­
пература цемента (до 120°); повышен­
ное давление в емкостях до б атм/мм2;
абразивность материала. Кроме того,
материал, перегружаемый камерными
насосами, сильно аэрирован и имеет
весьма малую плотность, поэтому сиг­
нализатор уровня должен обладать
повышенной чувствительностью. Весо­
вой метод контроля является наиболее
надежным. Он удобен особенно в тех
случаях, когда необходим учет произ­
водительности и количества перегру­
жаемого материала. Однако примене­
ние весов усложняет конструкцию на­
соса, увеличивает его габариты. В этом
случае в систему трубопроводов необ­
ходимо вводить гибкие элементы, что-
155
\
ЯН
бы исключить их влияние на показание
весовых устройств.
В камерных насосах применяются
мембранные, маятниковые, электриче­
ские и щуповые сигнализаторы уровня.
В отечественных конструкциях камер­
ных насосов применяются в основном
мембранные сигнализаторы уровня,
представляющие собой резиновую мем­
брану, которая воспринимает давление
материала, трансформируя его в по­
ступательное движение штока. Шток
воздействует на конечный выключатель
или на пневмозолотник.
Из сигнализаторов уровня, приме­
няемых в зарубежных конструкциях
камерных насосов, следует отметить
сигнализаторы с чувствительным эле­
ментом,
отклоняемым
материалом
(Г Д Р ), манометрические и электриче­
ские (Ф РГ). Как за рубежом, так и
в СССР используют также сигнали­
заторы с вращающимся щупом (типа
УКН) и радиоактивные сигнализа­
торы.
, ’:
Приведенные конструкции сигнали­
заторов уровня не удовлетворяют ус­
ловиям, перечисленным выше, при р а ­
боте в камерных насосах. Механиче­
ские сигнализаторы быстро выходят из
строя из-за засорения трущихся пар
или уплотнений; электрические сигналовиям, перечисленным выше, при ражение аэрированного материала и тре­
буют частой переналадки. Наиболее
надежным является радиоактивный
сигнализатор, однако его применяют
редко из-за необходимости иметь спе­
циальную службу техники безопас­
ности, а также сложности обслужи­
вания.
- ’
В случае использования объемного
метода контроля за разгрузкой емко­
сти камерного насоса момент оконча­
ния разгрузки определяют обычно по
падению давления в разгружаемой ем^
О
С
Т
И
.
ем емкостей за счет применения бес­
контактных логических элементов. Щ
В новейшей автоматизированной модели
отечественного пневмокамерного насоса приме­
нен гидропневматический датчик давления с
электроконтактным
воздухораспределителем.
При загрузке резервуара насоса сыпучим ма­
териалом гидропневматический датчик замыка­
ет контакты электромикропереключателя.
Щ
Гидропневматический датчик давления в
системе регулирования подачи и выдачи мате­
риала из камерного насоса работает следую­
щим образом (рис. 8.16). В период загрузки
резервуара камерного насоса 15 материалом в
Рис. 8.16. Схема системы управления
камерным насосом в период выгрузки
материала в магистраль
системе гидравлического датчика насоса 14, на
который сосуд опирается одной из своих лап
13, давление повышается и передается по тру­
бопроводу под диафрагму гидропневматическо­
го датчика давления 12. Д иаф рагм а через
шток, преодолевая усилие пружины, замыкает
контакты электромикровыключателя, что дает
импульс на замыкание электромагнита возду­
хораспределителя 10.
Золотник воздухораспределителя переме­
щается в крайнее левое положение, и воздух
из магистрали поступает в правую часть рас­
пределительной коробки 9. Из нее воздух по
трубе поступает в правую часть пневмоцилиндра 7, закрывает задвиж ку 4 подачи материала
из бункера, одновременно включая работу пи­
т а т е л я — шлюзового затвора 3. По другому
трубопроводу воздух поступает через дроссель
с обратным клапаном 11 в правую часть пнев­
моцилиндра 8 и закрывает загрузочный кла­
пан 5 резервуара насоса.
При закрытии резервуара открывается кла­
пан блокировки 2 , через который воздух попа­
дает в запорный клапан 16, открывает его, и
сжатый воздух поступает в резервуар камер­
ного насоса, где создается повышенное давле­
ние. Под действием давления материал транс­
портируется к потребителю через выводную
трубу. Из распределительной коробки 9 воздух
:
В настоящее время для этой цели
применяют электроконтактные мано­
метры типа ЭКМ. Однако в этом при­
боре ненадежными являются его кон­
такты, они часто подгорают. Д ля ис­
пользования манометра в бесконтакт­
ных логических схемах желательно
иметь манометр с бесконтактным вы­
ходом.
-' : ;
Д л я того чтобы увеличить общую
надежность системы автоматического
управления пневмокамерных насосов,
необходимо такж е повысить надеж ­
ность приборов контроля за состояни­
156
время открытия загрузочного клапана 5 закры­
вается клапан блокировки 2 , а при открытии
задвижки 4 — включается на подачу материала
шлюзовой затвор 3. Начинается загрузка ре­
зервуара насоса материала. Периоды загрузки
и разгрузки чередуются автоматически до при­
нудительного выключения.
На рис. 8.17 приведена функциональная
схема автоматизации 2 -камерного пневматиче­
ского насоса. Управление работой камерного
насоса осуществляется с пульта управления,
который может быть установлен в специально
поступает также к подпорному клапану 6, уста­
новленному на резервуаре. Полость подпорного
клапана связана с полостью резервуара диа­
фрагмой. Давление в резервуаре насоса откры­
вает через диафрагму подпорный клапан, воз­
дух от распределительной коробки поступает в
среднюю часть или воздушную коробку гидро­
пневматического датчика давления 12. Д и а­
фрагма гидропневматического датчика давле­
ния воздухом удерживает шток в положении,
замыкающем электромикровыключатель. В пе­
риод выгрузки из резервуара небольшого коли-
-----
------
сю
ч
длектоичес -
Пнебмоти -
конечный
кие с бязи
ческие с6язи выключатель
Рис. 8.17. Схема автоматизации 2-камерного пневматического насоса:
/ - к л а п а н загрузочный; 2 - к л а п а н разгрузочный; 3 - клапан выпуска воздуха; 4 - з а с л о н к а
5 — запорный клапан аэрожелоба; 6 — запорный клапан аэроднища
чества материала давление в системе гидравли­
ческого датчика 4 понижается; удерживать
электромикровыключатель замкнутым будет
только давление в средней части гидропневма­
тического датчика давления 12. После полной
разгрузки материала в транспортный трубо­
провод давление в резервуаре насоса падает до
некоторой минимальной величины, при кото­
рой подпорный клапан 6 закрывается, и воздух
из средней части гидропневматического датчика
давления выходит в атмосферу. Шток датчика
опускается, размыкает контакты электромикро­
выключателя, электромагнит воздухораспреде­
лителя 14 отключается, и золотник переходит
в крайнее правое положение. Воздух из маги­
страли поступает в левую часть распредели­
тельной коробки 9. Одновременно воздух через
полость воздухораспределителя 19 выходит в
атмосферу из правых частей пневмоцилиндров
7 и 8 и через клапан блокировки 2 — из запор­
ного клапана 16, закрывая его. Подача возду­
ха в полость резервуара насоса прекращается.
Воздух из левой части распределительной ко­
робки 9 , через пиевмоцилиндр 8 открывает з а ­
грузочный клапан 5 и клапан 1 выпуска возду­
ха из резервуара насоса; пройдя дроссель с
обратным клапаном 12, поступает в левую по­
лость пневмоцилиндра 7 и открывает задвиж ­
ку 4 на подачу материала в резервувр. Во
аэрожелоба;
оборудованном помещении оператора. Конт­
роль закрытого положения загрузочных и раз­
грузочных клапанов и заслонок выполняется
бесконтактными датчиками положения типа
КВД-3.
Пульт управления снабжен пневмосхемои с
контролем положения клапанов, вентилей, з а ­
слонок, загрузки и разгрузки емкостей. В по­
мещении оператора устанавливают указатели
веса, с помощью которых дистанционно конт­
ролируется загрузка и разгрузка емкостей. Нор­
мальное положение клапанов впуска воздуха и
загрузочного принято открытым, а выгрузоч­
ных и запорных клапанов подачи воздуха —
закрытым.
Система управления клапанами — электропневматическая. Контроль давления осуществ­
ляется бесконтактными сигнализаторами д а в ­
ления. Схема автоматики обеспечивает автома­
тический режим работы как спаренных, так и
каждой камеры в отдельности с выбором по­
следовательности их загрузки и выгрузки и
учет числа отвешенных доз .1 Вес загружаемого
в емкости материала посредством рычажной
системы подплатформенного и промежуточного
механизмов передается на циферблатный ука­
зательный прибор УЦК-4003ВД-4, который
снабжен специальной приставкой с задатчика­
ми минимального и максимального веса, соот-
157
I
ветствующего загруженной или разгруженной
емкости. Прибор снабжен сельсин-датчиком,
установленным соосно с осью весовой стрелки,
который посредством электрической связи со­
единен с сельсином-приемником, вмонтирован­
ным в корпусе дистанционного прибора.
Схема автоматического управления 2-камерного пневматического насоса предусматри­
вает автоматический режим, при котором в си­
стему автоматики подключены обе камеры, и
индивидуальный, — при котором одна из камер
отключена.
При автоматическом режиме работы пере­
ключатель управления ВЗ устанавливается в
положение «А» — автоматическое управление.
Наличие напряжения в сети и давления с ж а ­
того воздуха в магистрали сигнализируется
лампами Л1, Л2. В зависимости от требуемой
последовательности работы емкостей камерного
насоса нажимаются Кн2 или КнЗ. Вся последу­
ющая работа схемы происходит автоматически.
При разгруженных емкостях камерного на­
соса электромагниты
воздухораспределите­
лей выпуска воздуха отключены и происходит
открытие клапанов. Имеющийся в емкостях
воздух выпускается в атмосферу. При нажатии
кнопки Кн2 включается реле чередования 1-Р1,
самоблокируется через свой собственный кон­
такт и включает электромагниты заслонки от­
секающей и запорного вентиля аэрожелоба —
емкость I загружается. При достижении задан ­
ного веса материала в емкости, срабатывает
реле 1-Р9 датчика 1-БКЗ, установленного на
весовой головке. Это реле замыкает свои кон­
такты в цепи счетчика 1 -С 1 и реле повтори­
теля доз 1-Р6. Реле 1-Р6 самоблокируется и
размыкает цепь
реле
1 -Р 1 — отключаются
электромагниты 1-ЭМ1, 1-ЭМ2 заслонки отсе­
кающей и клапана запорного аэрожелоба. Они
закрываются, о чем сигнализирует соответству­
ющая лампа 1 -Л 8 , в цепи которой установле-,
ны контакты конечного выключателя 1-ВК4 и
реле 1-Р13.
В тож е время замыкаются контакты реле
1-Р6 в цепи реле 2-Р1, которое в свою очередь
включает электромагниты 2-ЭМ1, 2-ЭМ2 з а ­
слонки отсекающей
и клапана
запорного
аэрожелоба емкости I I — емкость I I начинает
загружаться. Одновременно реле 1-Р6 включа­
ет электромагниты клапана загрузочного и кла­
пана выпуска воздуха — клапаны закрываются,
о чем такж е сигнализируют лампы в цепях ко­
торых установлены контакты реле 1 - Р 1 0 , 1 - Р 1 2
конечных выключателей 1-ВК1, 1-ВКЗ. Эти вы­
ключатели включают электромагнит 1-ЭМ5
клапана запорного. В емкость / начинает посту­
пать сжатый воздух.
Когда давление в емкости поднимается до
рабочего, то работает реле 1-РСДБ1 бескон­
тактного сигнализатора давления и замыкает
цепь реле разгрузки 1-Р2. Это реле самобло­
кируется и блокирует электромагнит запорного
клапана. Одновременно оно включает электро­
магнит выгрузочного клапана. Клапан откры­
вается и начинается разгрузка емкости I.
К концу разгрузки давление в емкости падает
до уровня заданного сигнализатором давления
(головка минимального давления). С рабаты ва­
ет реле 1-РСДБ2, которое включает реле окон­
чания цикла 1-РЗ. Это реле размыкает свои
контакты в цепи реле разгрузки 1-Р2. Оно
отключает электромагниты запорного клапана
1-ЭМ5 и выгрузочного клапана 1-ЭМ6 — кла­
паны закрываются.
При достижении заданного веса материала
в емкости I I срабатывает реле 2-Р9, замыкаю ­
щее свои контакты в цепи 2-Р6, которое в свою
очередь отключит реле чередования 2-Р1 и
включит 1-Р1. Начинается загрузка емкости /.
Работа элементов автоматики и механизмов
емкости II аналогична их работе на емкости /.
Аварийное состояние системы сигнализируется
сиреной З В и лампой 33, в цепь которых вклю­
чены контакты реле аварийного состояния си­
стемы Р4. Это реле срабатывает, когда давле­
ние в системе достигает аварийного значения,
когда обе емкости разгружаются одновременно
и когда начинается разгрузка при неполностью
закрытой заслонке аэрожелоба.
щ
Сигнализация закрытия и открытия кла­
панов, затворов и заслонок осуществляется
лампами Л 4-ьЛ 11. Питание датчиков бескон­
тактных и конечных выключателей осуществ­
ляется через соответствующие блоки питания.
В индивидуальном режиме переключатель
управления ВЗ устанавливается в положение
«Я». Управление работой механизмов осуще­
ствляется переключением пакетных выключа­
телей В4—В16. В этом режиме к а ж д а я ем­
кость может работать независимо от состояния
механизмов другой емкости, что очень важно
при ремонте механизмов одной из емкостей.
Отключение системы производится кнопкой
Кн1.
На рис. 8.18, а приведена схема
транспортирования цемента из при­
рельсового приемного бункера аэроже­
лобом в загрузочный бункер пневмовинтового насоса.
I
При подаче пускового сигнала от
кнопки пуска КП (рис. 8.18, б) первым
включается вентиль ВН подачи сжато­
го воздуха в камеру пневмовинтового
насоса, затем сигналом реле двигателя
Р Д включается привод насоса ПН.
Привод вентилятора аэрожелоба ПВ и
данный разгружатель Д Р включаются
сигналами датчиков Д Н и ДВ, которые
фиксируют состояние предшествующих
по направлению пуска механизмов.
При снятии сигнала КП первым отклю­
чается Д Р , а после доработки матери­
ала сигнал реле времени РВ1 отключа­
ет ПВ. Исполнительные механизмы
пневмовинтового насоса последова­
тельно отключаются с выдержкой на
доработку материала после опорожне­
ния бункера выдачи, состояние которо­
го контролируется звеном КБ, связан­
ным с датчиками уровней УН и УВ.
Логическую функцию звена КБ оп­
ределяют из диаграммы состояний
(рис. 8.18, в):
/ ( х ) = а ( Ь \ / х),
(8.22)
где а и Ъ — состояния датчиков УН и
УВ; х — состояние КБ.
Сигйал звена КБ используется так­
же как блокировочный сигнал, отклю­
чающий Д Р в случае заполнения бун­
кера выдачи до верхнего уровня.
По диаграммам состояний входного
Д Р и выходного ВН исполнительных
158
механизмов (рис. 8.18, г, с?) можно за ­
писать логические функции управления
данным разгружателем и вентилем
пневмонасоса, т. е.
Р ( и д — р у х ; Р ( и А) = р \ / V 8,
(8.23)
где р — сигнал кнопки пуска КП; у
сигнал датчика ДВ;
и и4 — состоя­
ния Д Р и ВН соответственно; о3 — сиг­
нал ^.еле времени РВЗ.
Рис. 8.18. Автоматизация транспортирования
цемента:
а — технологическая схема; / — бункер; 2 — затвор;
3 — аэрожелоб; 4 — вентилятор; 5 — приемный бун­
кер; 6 — пневматический насос; б — структурная схе­
ма; в, г, д, е — диаграммы состояний; ж — таблица
соответствия
На основании диаграммы состояний
(рис. 8.18, е) определяется логическая
функция управления
р И И р г ъ 1 V Р*Ъ\ V Р *° 1=
— р г \ ! г ъ х~ р г V Я
(8. 24)
где г — сигнал датчика ДН; %>\— сиг­
нал реле РВ1.
Сокращение гV\ выполнено с по­
мощью таблицы соответствия (рис.
8.18, ж).
На рис. 8.19 приведена проектная схема
автоматизированного устройства для загрузки
железнодорожных вагонов из силосов.
После подачи вагона маневровой лебедкой
(или локомотивом) на весовую платформу и
остановки его под загрузочным устройством
оператор с пульта управления заводит загру­
зочное устройство в люк или на дверной проем
загружаемого вагона. Контроль посадки загру­
зочного устройства или щита осуществляется
датчиками контроля посадки Д К Н Ц по пока­
занию лампы «готов к загрузке». Затем опе­
ратор на пульте устанавливает переключа­
тель в положение, соответствующее грузоподъемностч загружаемого вагона и включает кноп­
ку загрузки соответствующей грузоподъемно­
сти. Весь дальнейший процесс осуществляется
автоматически.
Происходит разарретирование
весового
механизма, стрелка УЦК-7Ю-4-ОД поворачи­
вается на угол, соответствующий весу тары,
находящемуся на платформе весов; подвижный
диск указателя поворачивается на тот же
угол, что и стрелка. Одновременно перемеща­
ются и датчики на диске. Происходит открытие
пережимного затвора и включение вентилятора
отсоса запыленного воздуха и крана аэрации
данной части силоса. При загрузке вагона ко­
личеством цемента, близким к заданному,
стрелка циферблатного указателя весовой го­
ловки подходит к датчику заданного веса, уста­
новленного на весовой головке, флажок на
стрелке входит в паз датчика, и вырабатывает­
ся сигнал на частичное перекрытие шлангового
затвора и закрытие крана аэрации. Дальнейшая
загрузка производится со сниженной произво­
дительностью с целью повышения точности
дозирования. При загрузке заданной дозы ф ла­
жок на стрелке выходит из датчика и проис­
ходит закрытие шлангового затвора. Весы
арретируются, отключается вентилятор отсоса
запыленного воздуха и включается вентиль
продувки загрузочного трубопровода. По исте­
чении выдержки времени 3— 5 с, необходимой
на продувку, загрузочное устройство автома­
тически поднимается в исходное положение и
может производиться подача последующего ва­
гона под загрузку. Одновременно с этим по­
движный диск указателя возвращается в исход­
ное положение, автоматически обеспечивая
подготовку системы к последующей загрузке
вагона. Сигналом для подачи вагона служит
сигнал светофора.
При автоматическом управлении обеспечи­
вается загрузка заранее установленного коли­
чества цемента в зависимости от грузоподъем­
ности загружаемых вагонов.
На рис. 2.19, б приведена структурная схе­
ма загрузки.
Устройство верхней загрузки состоит из
следующих узлов: механизма наводки загру­
зочной крышки на люк вагона, состоящего из
каретки поперечного хода, главной каретки
продольного хода и каретки подъема и опус­
кания; отсекающего затвора; пережимного з а ­
твора; загрузочного шланга. Соединение сило­
са цемента с полостью транспортной емкости
осуществляется с помощью загрузочного шлан­
га. Д ля подключения выходного конца шланга
механизма верхней загрузки к загружаемой
временно сматывается вторая, перемещая тем
самым главную каретку вдоль железнодорож­
ного пути. Передвижение всего механизма
перпендикулярно железнодорожному пути осу­
ществляется кареткой поперечного хода. Она
передвигается электродвигателем, воздействую­
щим через редуктор непосредственно на ходо­
вые катки, которые перемещаются в направля­
ющих, установленных на конструкции перекры­
тия под силосом.
Д л я ограничения перемещения кареток
поперечного хода и главной, а такж е для конт­
роля их положений (крайних) используются
конечные выключатели. Д л я контроля посадки
загрузочной крышки механизма верхней з а ­
грузки на люк вагона-цементовоза применяют
бесконтактный датчик контроля посадки. Д а т ­
чик осуществляет автоматическую посадку з а ­
грузочного устройства на люк вагона в про­
цессе загрузки, так как при загрузке вагона
происходит его осадка и загрузочный конус
повисает на тросе, вызывая его натяжение.
Устройство боковой загрузки состоит из
отсекающего и пережимного затворов, загру­
зочного шланга и механизма боковой загруз­
ки. Последний представляет собой щит с р а ­
мой и тягачами, шарнирно подвешенными к
неподвижным опорам. Ры чаж ная система и
промежуточный механизм являются частями
железнодорожных 150-тонных весов. Усилие от
находящегося на платформе весов груза через
а)
емкости на конце шланга установлена кониче­
ская загрузочная крышка, плотно закрываю­
щ ая люк цементовоза при его загрузке. В верх­
ней части загрузочного шланга установлены
рабочие и аварийные затворы.
Наведение шланга с загрузочной крышкой
на люк цементовоза осуществляется с по­
мощью специального механизма передвижения,
расположенного на площадке, представляюще­
го собой систему трех кареток, обеспечивающих
перемещение крышки над люком вагона и пе­
ремещение ее после окончания погрузки за га­
барит подвижного состава. Загрузочная крыш­
ка предназначена такж е для отвода запыленно­
го воздуха из емкости. Д л я этого в нижней
части направляющего конуса вырезаны окна.
Внутри конуса проходит загрузочный патру­
бок, в верхней части которого крепится загру­
зочный шланг.
В верхней части загрузочная крышка со­
единяется с коробом при помощи мягкого
фланца из транспортной ленты. Короб соединен
с механизмом подъема и опускания крышки.
Д л я отсоса запыленного воздуха из загр уж ае­
мой емкости к коробу подсоединен металличе-
160
рычажную систему подплатформенного и промежуточного ме­
ханизмов передается на силоиз­
мерительный механизм цифер­
блатного указателя.
Автоматический
арретир
-лужит для автоматического з а ­
пирания и отпирания весов при
загрузке цементовозов и кры­
т ы х вагонов.
Арретир встраи­
вается в промежуточный меха­
низм ве<Д)в и состоит из двига­
теля,
который
посредством
фрикционной муфты связан с
редукторов,
преобразующим
вращательное движение элект­
родвигателя постоянного тока в
поступательное движение вер^
тикальной тяги, подсоединенной
к кулачку. Кулачок осуществ­
ляет запирание и отпирание коромыслового рычага промежу­
точного механизма. Д ля гаше­
ния колебаний, которые могут
быть при загрузке вагона, к коромыслу-рычагу присоединяется
демпфер. Д ля отключения дви­
гателя и контроля положения
арретира используются бескон­
тактные конечные выключатели.
Ниже
приводится схема
автоматизации загрузки цемен­
товозов с учетом фактического
веса тары. Схема разработана
применительно к загрузке це­
мента в цементовозы трех типо^
размеров С-571 С, С-2570, С-625
с учетом веса тары.
Д ля учета веса применена
стандартная весовая головка,
на циферблатном указателе ко­
торой установлены следующие
датчики (рис. 8 .2 0 , а).
1. Датчик нулевого положения То— установлен (грубо) на
циферблатном указателе; До —
датчик нулевого положения ус­
тановлен на отслеживающем
диске. Датчики веса тары Ть
Т2, Т 3 — установлены на цифер­
блатном указателе, Д ь Дз,
Д 3 — датчики веса заполненных
цементом автоцементовозов ус­
тановлены на отслеживающем
диске. Количество
датчиков
предопределяется
запланиро­
ванными величинами загрузки
Включений и защип
/ цепей управления
| Сигнализация нали| чая напряжения
4 трансформатор для
I питания цепей
1 электродбигателя
II
\Арретиробание Оесо
I дого механизма
Контроль массы тары
аВтоцементобозоо
Контроль массы
наполнения аВтоце
ментоВоза
цементам
Управление
загрузочной
крышкой #°2
\Подача Воздуха на\
аэрацию донного I
о**, быгружстеля
Подача Воздухана
открытиезатВораоыщмателя
Контроль
работы
Подача Воздуха т
аэрацию донного
оыгружателя \
Подача Воздухана
открытие затбора Ьыгружателя
Контроль
работы
Реле автоматиче­
ского отключения
Вентилятора
Рис. 8.20. Автоматизация з а ­
грузки цементовозов с учетом
фактического веса тары:
а — схема
весовой головки; б —
принципиальная электрическая схе­
ма автоматизации; А
автоматиче­
ский выключатель; Я В — пакетный
выключатель; /7/7 — пакетный пере­
ключатель на два направления;
С — сигнальная лампочка;
кнопка
управления
загрузочной
крышкой; КУВ — кнопка управле­
ния вентилятором; КУД — реле пе­
реключающее; РВ — реле времени;
Р П — реле промежуточное; К гю —
кнопка пуска
сигнализации;
220/127— трансформатор
понижаю­
щий; ПМ — магнитный пускатель;
ЭМ — электромагнит; В — вентиль
6 Г. Г. Зеличеиок
Автоматическое
управление
Местное
управление
Контроль
работы
161
Я
транспортных средств. Д л я обеспечения з а ­
дания требуется установка восьми датчи­
ков БК. Установку этих датчиков обеспе­
чивают два прибора Дз. На отслеживающем
диске 4 установлены четыре датчика Б К — До,
Д ь Дг, Дз. взаимодействующих с флажком на
стрелке 3 циферблатного указательного прибо­
ра. Когда стрелка находится на нулевой отмет­
ке шкалы она своим флаж ком взаимодействует
с нулевым датчиком Д 0 ( 2 ) на отслеживающем
диске. Датчики Д ь Дг, Д з установлены на от­
слеживающем диске по отношению к нулевому
датчику До под заданными углами а ь Щ аз.
которые соответствуют массе материала, загру­
жаемого в автоцементовозы трех типов.
Датчики, соответствующие массам указан­
ных выше типов цементовозов Т ь Т2, Тз, уста­
новлены на неподвижном диске 6 под углами
Рь Рг, Рзэ соответствующими массе тары це­
ментовозов. При наличии пустой тары на весах
стрелка отклоняется на угол Р 1_з, соответству­
ющий фактической массе тары. Ф лажок стрел­
ки выйдет из прорези нулевого датчика До, ко­
торый выдает сигнал на включение электро­
двигателя 5. Отслеживающий диск повернется
на угол р!_з отклонения стрелки, соответствую­
щий массе тары.
Сигнал на выключение электродвигателя
выдается тем ж е датчиком нулевого положения
Во при прохождении через него ф лаж ка стрел­
ки. Выключенный электродвигатель блокирует­
ся сигналом соответствующего датчика тары
Т1 — Тз, установленного на неподвижном коль­
це 6. Ф лажок 1 на отслеживающем диске, ко­
торый воздействует на датчики тары Т 1 — Т3,
выполнен длинным для блокировки электро­
двигателя при изменении массы тары. При
этом отслеживающий диск заторможен, а
электродвигатель выключен. После выключения
электродвигателя
автоматически включается
разгрузочное устройство и производится з а ­
грузка. Стрелка циферблатного указателя сно­
ва начинает перемещаться дальше на угол
а+РВо время прохождения ф лаж ка стрелки
через прорези датчиков веса материала Д 1—Д 3
при повернутом диске 4 выдается сигнал на
окончание загрузки. Весы арретируются, а от­
слеживающий диск возвращается в исходное
положение, т. е. поворачивается на угол а + р
(см. рис. 8.20, а ). В исходном положении вы­
ключение электродвигателя производится сиг­
налом датчика Т 0 , установленного на непо­
движном кольце 6У при прохождении ф лаж ка
отслеживающего диска через прорезь этого
датчика. Принципиальная электрическая схема
автоматизации загрузки приведена на рис.
8.20, б. При въезде автоцементовоза на взве­
шивающую площадку срабатывает механиче­
ское реле, которое может быть заменено при
необходимости тумблером с самовозвратной
пружиной. Реле замыкает контакты 3—4У р аз­
мыкает контакты 1—2. При этом питание со
вторичной обмотки трансформатора подается в
цепь электродвигателя отслеживающего диска,
по которой двигатель может вращ аться только
по часовой стрелке. Одновременно питание по­
дается на электромагнит ЭН, который разарретирует взвешивающий механизм весов. При
этом весы включаются и начинают взвеш ива­
ние. Стрелка циферблатного указателя выйдет
из прорези датчика нулевого положения До,
его реле обесточится и н. з. контакты замкнут­
ся. Так как датчики тары Т ь Т2, Т3 в этом по­
ложении обесточены, то контакты реле этих
датчиков замкнуты, и реле 1РВ находится под
током и его н. о. контакт замкнут, а и. з.
контакт разомкнут. Питание через замкнутые
контакты (3— 4) механического реле 1КУД
н. з. контакт До и замкнутый контакт 1РВ по­
дается на двигатель отслеживающего диска,
двигатель приводит во вращение отслеживаю­
щий диск и датчики Д 0, Д ь Д 2 и Д 3. Когда за­
канчивается взвешивание, отслеживающий диск
ф лаж ком входит в прорезь соответствующего
датчика тары Т 1 — Т3, и реле 1РВ с выдержкой
времени размыкает н. о. и замыкает н. з. кон­
такты. Одновременно датчик Д 0 достигает
ф лаж ка остановившейся стрелки, его реле сра­
батывает и размыкает н. з. контакты, пита­
ние с двигателей снимается, и он останавли­
вается. Через некоторое время реле времени
1РВ отключится, разомкнет свои н. о. контак­
ты в цепи двигателя и заблокирует двигатель.
Кроме того, 1РВ замкнет свои н. з. контакты
в цепи реле 1РП. На этом взвешивание тары
заканчивается. Когда соответствующий датчик
тары включен, замыкаются его н. о. контакты
Т ь Т2, Т3, блокирующие датчики веса Д ь Д *
Дз. Питание (220 В) через соответствующие
н. з. контакты датчиков Д 1 — Д 3 и замкнутые
н. о. контакты датчиков данной тары через
н. з. контакт 1РВ подается на 1РП. 1РП сра­
батывает и замыкает н. о. контакты 1РП.
Через замкнутый контакт 1РП и замкнутый
контакт
соответствующего
датчика
тары
Т 1 — Т 3 питание поступает на реле ЗРП или
2РП в зависимости от типа цементовоза. Соот­
ветственно ЗРП или 2Р П срабатывает и вклю­
чает свои н. о. контакты. 2Р П подает питание
на электромагнитные вентили 1В, 2В, которые
начинают подачу воздуха на аэрацию первого
выгружателя и открывают затвор выгружателя
загрузочной крышки № 1. Соответственно ЗРП
управляет загрузочной крышкой № 2. Одновре­
менно включается питание на 2РВ, и оно замы­
кает свой контакт, подающий питание через
переключатель П П на магнитный пускатель
ПМ, включающий вентилятор аспирации. Схе­
ма предусматривает такж е сигнализацию ос­
новных процессов загрузки. С помощью пере­
ключателя П П можно производить ручной или
автоматический режим загрузки.
§ 6 . АВТОМ АТИЗАЦИЯ
Ш Т А БЕ Л И РО В О Ч Н Ы Х МАШИН,
ГРУ ЗО ВЫ Х П О Д ВЕС Н Ы Х Т Е Л Е Ж Е К
И Г Р У ЗО П О Д Ъ Е М Н Ы Х КРАНОВ
В предприятиях строительной инду­
стрии создаются склады затаренных
сыпучих и штучных грузов, полуфабри­
катов и готовых изделий. Н а заводах
железобетонных изделий транспорти­
рование бадей с бетонной смесью осу­
ществляется по подвесным путям со
стрелочными переводами, включенны­
ми в систему автоматического транс­
портирования. Н а складах сырья и го­
товой продукции широко применяются
башенные и мостовые краны.
Склад конвейерного типа для хра­
нения штучных грузов состоит из ряда
расположенных параллельно конвей­
еров-хранилищ, на которых хранится
162
затаренная в металлические ящики
продукция. Вместимость каждого хра­
нилища может достигать 150—200 ед,
а общее количество конвейеров-храни­
лищ — 200 и более. В конце каждого
хранилища обычно устанавливается
планка-преградитель для тары, достиг­
шей конца конвейера при движении.
Перед каждым конвейером-хранили­
щем установлена стрелка-сбрасыва­
тель, направляющая затаренный про­
дукт счраздаточного конвейера на со­
ответствующее хранилище. Перпенди­
кулярно ко всем хранилищам располо­
жены два конвейера: собирающий и
раздаточный.
Расфасованная готовая продукция
поступает от фасовочных машин в таре
на аккумулирующий конвейер, а с ак­
кумулирующего — на
раздаточный.
При включенном сбрасывателе какоголибо хранилища ящики поступают в
него и выдаются у собирающего кон­
вейера, для чего включается нужный
конвейер-хранилище и его преградитель.
В СССР разработана система
применением
«склад-автомат»
ычислительной техники для
средст]
автоматического управления всеми ре­
жимами работы описанного склада.
Каждое хранилище склада может
принимать на хранение любой, но толь­
ко один вид продукции, при этом вся
номенклатура изделий зашифрована
числами от 001 до 999. При приеме
продукции на хранение ящики посту­
пают на ближайшие свободные по хо­
ду движения раздаточного конвейера
хранилища. Количество частично загруженных одним видом продукции
хранилищ должно быть минимальным.
Продукция со склада выдается по
заданному шифру продукции и количе­
ству ящиков. При выдаче со склада
продукции определенного шифра из
всего количества ящиков, находящихся
на хранении, в первую очередь отгруз­
ке подлежат те, которые раньше посту­
пили на хранение (это условие вызва­
но, например, ограниченным сроком
хранения лакокрасочных изделий).
Управление складом осуществля­
ется с центрального пульта управле­
ния, где размещены щит управления,
перфоратор, считывающее устройство
и картотека перфокарт. Перед нача­
лом фасовки готовой продукции датчи­
ком ручного ввода, установленным у
фасовочной машины, в систему вво­
дится шифр продукции.
6*
Датчик состоит из устройства для
набора трехзначного шифра, цифрово­
го табло для визуального контроля на­
бранного шифра и кнопки для посылки
последнего в систему управления.
Рабочий, обслуживающий фасовоч­
ную машину, набирает необходимый
шифр продукции на датчике, убежда­
ется в правильности его набора (при
ошибочной установке шифра произво­
дится повторный набор) и нажимает
кнопку посылки шифра в схему. Шифр
поступает в блок приема. Датчик счета
учитывает ящики данного шифра, по­
ступающие, на аккумулирующий конкейер склада. Информация о полном
количестве ящиков поступает также в
блок приема. По команде с централь­
ного пункта управления «Пуск систе­
мы» блок приема, располагающий
данными о количестве ящиков продук­
ции, выполняет следующие операции:
получает из памяти системы информа­
цию о конвейерах-хранилищах, частич­
но заполненных данным видом продук­
ции, а также свободных конвейераххранилищах; вырабатывает оптималь­
ную программу загрузки; включает
тракт загрузки в соответствии с выра­
ботанной программой.
Информация о шифре продукции и
количестве ящиков, принятых на к а ж ­
дое хранилище, поступает через блок
приема в блок памяти системы. При
этом отработка программы загрузки
заканчивается, и система автоматиче­
ски отключается. Во время приема дан­
ные о загрузке (шифр продукции, но­
мер хранилища) поступают в блок пер­
форации, управляющий работой пер­
форатора. Один раз в сутки в блок
перфорации вводится дата. На каждый
поступивший на хранение ящик перфо­
ратор перфорирует одну перфокарту с
датой поступления ящика на хранение,
шифром продукции и номером конвей­
ера-хранилища, куда поступил ящик.
Перфокарты складываются в картоте­
ку, имеющую ячейки по числу шифров
продукции. После окончания приема
отперфорированные перфокарты пере­
носят из приемного кармана перфора­
тора в нужную ячейку картотеки и
складывают в порядке поступления
ящиков на хранение.
На центральном щите управления,
кроме пусковой и сигнальной аппара­
туры, имеется аппаратура цифровой
индикации. Цифровые индикаторы по­
зволяют диспетчеру по вызову в любой
момент времени получить сведения о
163
шифре и количестве продукции, храня­
щейся на каждом из конвейеров-хра­
нилищ. Д ля выдачи продукции со скла­
да диспетчеру задается размер партии
и шифр продукции. Одновременно до­
пускается задание партий разных шиф­
ров. По этим данным из картотеки
отбирают требуемое количество перфо­
карт на соответствующие шифры про­
дукции, которые закладывают в счи­
тывающее устройство. Поскольку пер­
фокарты в ячейках расположены в по­
рядке пост