Лекция 1. Автоматизация в пищевой промышленности

ВВЕДЕНИЕ.

Современного человека окружают самые разнообразные предметы, созданные для удовлетворения его многочисленных потребностей. Вся эта созданная людьми технологическая среда носит название "промышленная собственность", что позволяет нам определить технологию, как процесс удовлетворения человеческих нужд с помощью искусственно созданных материальных объектов", а любая технологическая система является конкретным представителем этого искусственного мира.

Комплексное технологическое образование подразумевает рассмотрение технологии, как процесса постановки и решения проблемы, опирающегося на опыт и знания, учитывающего социальную значимость достигнутого результата

Как известно, любые технологии имеют тенденцию устаревать. Соответственно, устаревает и оборудование, которое является их воплощением. По имеющимся данным, за рубежом жизненный цикл систем автоматизации составляет около 10-15 лет, после чего, как правило, производится модернизация технического оборудования предприятия, в том числе и системы автоматизации технологических процессов. В России этот цикл составляет в среднем 15-20 лет.

Для того чтобы лучше представлять себе проблемы автоматизации, следует иметь в виду особенности технологических процессов пищевой промышленности, которые имеют:

· трубопроводный характер производства, предполагающий управление насосами, клапанами, дозаторами, а также контроль параметров жидких и сыпучих сред в транспортных магистралях и емкостях;

· специфические, не реализованные в стандартной измерительной аппаратуре методики расчета характеристик транспортируемых сред (например, расчет концентрации различных растворов при изменении их температуры).

Основной целью автоматизации технологических систем является повышение надежности, оперативности и качества управления этими системами.

Степень автоматизации технологических систем определяются составом технологического оборудования, технологическими задачами и подготовленностью объекта к автоматизации.

1. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗАЦИИ.

История развития автоматизации насчитывает уже более 200 лет. Зарождение относится к периоду промышленной революции конца XVIII -начала XIX в., характеризующемуся переходом от полукустарного производства к промышленному, когда совершенствовались орудия и приемы труда, создавались необходимые условия для механизации процессов. Машины-орудия заменяли ручной труд человека, позволяя резко увеличить производительность труда. Усовершенствование машин-орудий вызывало необходимость создания более совершенных машин-двигателей и перехода от гидравлического двигателя (водяное колесо) к паровой машине.

Последующее развитие промышленного производства заключалось в переходе от применения отдельных машин к системе взаимосвязанных машин и линий, в которой на человека возлагались функции контроля и регулирования. Развитие машинного производства неминуемо привело к тому, что для человека стало невозможным достаточно быстро и точно управлять движением машин.

Первыми изобретениями в области автоматизации были автоматический регулятор питания парового котла (1765 г.) русского механика И. И. Ползунова и центробежный регулятор скорости паровой машины (1784 г.) английского изобретателя Д. Уатта. Большое значение для развития автоматизации промышленного производства имели работы русских электротехников. В конце XIX в. наряду с паровыми двигателями, осуществляющими движение в машинах с помощью трансмиссий и ременных передач, появился электропривод. Развитие автоматизации электростанций и электроэнергетики обеспечило с начала XX в. возможность широкого использования индивидуальных электродвигателей для привода производственного оборудования.

В 30-е гг. текущего столетия получил широкое распространение автоматизированный индивидуальный электропривод, на основе которого начали создаваться различные машины-автоматы и автоматические линии. Такое развитие машин-двигателей не только обеспечило дальнейшее повышение производительности труда, открыв широкие возможности для механизации многих отраслей промышленности, но и явилось по сути началом современной автоматизации производства.

Первый отечественный завод приборостроения «Фабрика манометров» (теперь завод «Манометр») был построен в дореволюционной России в г. Москве. В 1930 г. были построены заводы «Пирометр» и «Тизприбор». Развитие приборостроения широко развернулось после Великой Отечественной войны 1941- 1945 гг. Выпуск приборов в 1950 г. возрос в 7 раз по сравнению с довоенным.

Развитие автоматизации пищевых производств в СССР осуществлялось по мере развития технологии, техники и перехода к индустриальным методам массового производства пищевых продуктов.

В царской России пищевые продукты производились кустарным способом с помощью самых примитивных технических средств, преимущественно с применением тяжелого ручного труда. Понятно, что не могло быть и речи об автоматизации такого производства. Поэтому на первом этапе необходимо было создать пищевые предприятия промышленного типа. Автоматизация же заключалась во внедрении приборов контроля давления, температуры, уровня, расхода и других режимных параметров отдельных аппаратов в свеклосахарном, спиртовом и ограниченном количестве других производств. Этот период можно отнести к самой ранней фазе частичной автоматизации, когда использовался некоторый опыт автоматизации теплоэнергетических установок и силами специалистов и рабочих производственных и энергетических служб пищевых предприятий реализовывались отдельные стабилизирующие системы автоматизации основных аппаратов и агрегатов технологических процессов.

Работы по автоматизации пищевых производств в заметных объемах начали проводиться с 1957 г. и получили значительное развитие в 1970-1980 гг.

Практически 50-е гг. явились периодом, когда начала внедряться автоматизация производства во всех основных отраслях народного хозяйства. Пищевая промышленность стала широко оснащаться автоматами и полуавтоматами для фасовки, дозировки и упаковки продукции и автоматическими линиями по производству продуктов.

Развитие работ по автоматизации в период 1970-1980 гг. предопределялось ростом уровня механизации, увеличением единичной мощности пищевых производств, совершенствованием организационной структуры промышленности, форм и методов управления.

Для автоматизации стали применяться новые технические средства: электронно-вычислительные машины (ЭВМ), другие средства вычислительной техники, специальные приборы контроля качества.

В результате работ, проведенных в 1970-1980 гг., были созданы экономически эффективные системы автоматизации для большинства основных технологических агрегатов, линий,участков пищевых производств на базе общепромышленных приборов и средств автоматизации, созданы первые образцы пищевых предприятий с высоким уровнем автоматизации, а также базовые автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) в сахарной, масло-жировой, маргариновой, спиртовой и консервной подотраслях с использованием электронно-вычислительных машин.

В настоящее время с целью повышения эффективности управления производством, обеспечения надежности и бесперебойности функционирования всех производственных процессов, предусматривается создание автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП.
АСУ ТП обеспечивает контроль и управление технологическими системами.

Степень автоматизации технологических систем определяются составом технологического оборудования, технологическими задачами и подготовленностью объекта к автоматизации.

2. ЗНАЧЕНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ.

В энциклопедическом словаре дается следующее определение автоматизации: «Автоматизация производства - процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам».

Автоматизацию производства, в том числе и пищевой технологии, не следует понимать как простое насыщение контрольно-измерительными приборами и автоматическими устройствами существующих или проектируемых производственных процессов. Проблемы технологии и автоматизации решаются взаимосвязано, что предопределяется бурным развитием пищевой индустрии, созданием новых непрерывных процессов и аппаратов большой единичной мощности.

Измерительные приборы и автоматические устройства обеспечивают оптимальное протекание технологического процесса, недоступное ручному управлению. Поэтому автоматизация позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы пищевого производства. Непременным условием высокой эффективности автоматизации является механизация основных и вспомогательных производственных процессов.

Автоматизация производства рассматривается как один из наиболее мощных факторов развития производства и имеет исключительно важное значение для выполнения намеченных предприятием (хозяйством) планов.

Работники перерабатывающей пищевой промышленности наряду с ростом выпуска продукции предусматривают значительное повышение ее биологической ценности и качества, а также существенное расширение ассортимента продуктов питания. В свете этих задач автоматизация пищевых производств приобретает ещё большее значение.

Интенсивный путь развития производства требует повышения влияния автоматизации на основные экономические показатели функционирования промышленности. Поэтому часто уточненной целевой комплексной программой автоматизации производства пищевой промышленности предусматривается обеспечение следующие технико-экономические показателей:

увеличение годового объема выпуска промышленной продукции;

повышение производительности пищевого оборудования;

снижение себестоимости продукции в результате сокращения расхода сырья, материалов, энергетических и трудовых затрат;

увеличение выхода продукции высших сортов.

Перспективное развитие автоматизации предусматривает комплексное совершенствование производства, направленное на экономию трудовых, материальных и топливно-энергетических ресурсов. Предусмотрено существенно расширить работы по созданию и промышленному освоению автоматических манипуляторов с программным управлением и робототехнических комплексов. Насыщение пищевой промышленности этими средствами обеспечит существенное снижение численности рабочих, занятых ручным трудом, в частности на разгрузке сырья и его складировании, упаковке, оформлении и погрузке готовой продукции.

Важное значение придаётся работам по механизации и автоматизации технологических процессов и способов пакетирования и контейнеризации на основе использования микропроцессорной техники. Расширяются работы по созданию автоматизированного оборудования и технологических комплексов на базе применения микропроцессорной техники. В пищевой промышленности создаются предприятия с высоким уровнем механизации и автоматизации, где широко использованы различные средства микропроцессорной техники.

С целью повышения эффективности управления производством, обеспечения надежности и бесперебойности функционирования всех производственных процессов, предусматривается создание автоматизированной системы управления технологическими процессами - АСУ ТП.
АСУ ТП обеспечивает контроль и управление технологическими системами.

Степень автоматизации технологических систем определяются составом технологического оборудования, технологическими задачами и подготовленностью объекта к автоматизации.

Основной целью автоматизации технологических систем является повышение надежности, оперативности и качества управления этими системами.

3. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ.

При решении задач автоматизации первостепенное значение имеет знание свойств объекта управления. В самом общем виде объект управления - это система, рассматриваемая как комплекс динамически связанных элементов.

В пищевой индустрии имеется много разнохарактерных объектов управления из-за многообразия пищевых производств. Однако при кибернетическом подходе обнаруживается известная общность их как объектов управления.

Для понимания объектов управления важным является изучение связей между их элементами и содержащейся информацией как основы для выработки управляющих воздействий. Изучение объектов осуществляется на основе классификации по определенным признакам.

Существенное значение для практических целей автоматизации имеет классификация объектов управления пищевых производств по иерархическому уровню. Различают три иерархических уровня.

Наиболее многочисленным классом являются агрегаты, аппараты и технологические установки. Это объекты управления первого (низшего) иерархического уровня технологических процессов.

Отдельные цехи и участки для производства различных пищевых продуктов содержат комплексы тех или иных видов оборудования и представляют собой объекты управления второго иерархического уровня, в которые как элементы входят агрегаты, технологические аппараты и установки.

Третий иерархический уровень представляют наиболее крупные объекты управления пищевых производств - предприятия в целом.

Объекты пищевой технологии классифицируются также по характеру протекаемых в них физико-химических процессов. Несмотря на многообразие продуктов, получаемых на различных технологических аппаратах и оборудовании, они характеризуются общностью протекающих при их производстве физических и химических процессов. Современная наука о процессах и аппаратах пищевой технологии подразделяет огромное число физико-химических процессов на 6 основных групп, представляющих типовые процессы: механические, гидромеханические, тепловые, массообменные, биохимические и химические.

По характеру протекания технологических процессов различают производства непрерывные, непрерывно-дискретные и дискретные. Непрерывные процессы (диффузия, выпаривание, сушка) наиболее эффективны, когда они регулируются автоматически; они, как правило, легко поддаются автоматизации. Непрерывно-дискретные процессы (брожение, варка пива) более сложны для автоматизации, так как требуют регулирования большего числа параметров.

Одним из основных требований к объекту управления является его подготовленность к автоматизации: увеличение единичной мощности, переход от многостадийных процессов к одностадийным, от периодических процессов к непрерывным и т. д.

Автоматизация позволяет значительно упростить технологические схемы, дает возможность реализовать идеи полного использования отходов. Иными словами, объект управления и система автоматизированного управления любого иерархического Уровня - взаимосвязанные и взаимообусловливающиеся части.

При классификации систем автоматизации выделяют два вида систем, различающихся по выполняемым функциям и применяемым техническим средствам:

- автоматические системы регулирования (АСР);

- автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП).

Автоматическая система регулирования (АСР) технологического процесса определяется как совокупность управляемого объекта и автоматического управляющего устройства, взаимодействующих между собой. При этом имеется в виду функционирование этих систем без участия человека.

АСР широко применяются при автоматизации технологических аппаратов, агрегатов и установок, составляя основу локальной автоматизации там, где в настоящее время могут быть созданы системы управления, не предусматривающие участия человека.

АСР бывают следующих классов:

системы локальной автоматической стабилизации параметров процессов (с применением локальных стабилизирующих, программных и других регуляторов);

системы локальной автоматической оптимизации процессов (с использованием локальных оптимизаторов и вычислительной техники);

системы централизованного автоматического пуска и останова производства.

Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП) обеспечивает автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для выработки управляющих воздействий на технологический объект в соответствии с принятым критерием.

Объектами АСУ ТП являются отдельные крупные агрегаты производства (цехи, участки) или производственный процесс всего промышленного предприятия.

АСУ ТП характеризуется наличием автоматических средств сбора и обработки информации, в первую очередь ЭВМ; человек в этой системе лишь принимает участие в выработке решений по управлению.

В свою очередь АСУ ТП классифицируются по иерархическому уровню в структуре управления, по характеру процесса, по информационной мощности, по функциональной надежности и по типу функционирования.

Итак, в масштабе технологических агрегатов, аппаратов и установок речь идет об автоматической системе регулирования (АСР); переходя к масштабу производства применяется автоматизированная система управления (АСУ). И это понятно, так как по мере возрастания масштабов производства доля труда человека в управлении им увеличивается; совершается переход от чисто технологических задач к технико-экономическим и организационным; помимо регулирования процессов, возникают задачи планирования, учета и т. д., а обработка информации и решение задач осуществляются электронно-вычислительными машинами.

4. АВТОМАТИЗАЦИЯ И ОХРАНА ПРИРОДЫ.

При развитии производительных сил проявляется несогласованность хозяйственной деятельности с законами природы, приводящая к нарушению экологического баланса, что выражается в загрязнении природной среды антропогенными веществами и истощении природных ресурсов.

Сегодня в каждом государстве разработаны и проводятся долгосрочные программы охраны природной среды и рационального использования ее ресурсов.

На предприятиях пищевой промышленности образуется большое количество сточных вод с высокой концентрацией загрязнений. Чтобы эти загрязнения не попали в водоемы, создаются установки по очистке сточных вод перед их сбросом, а также безводные технологические схемы с малым расходом воды; ведется работа по созданию бессточных производств. Автоматизация процессов очистки сточных вод пищевых предприятий должна сыграть при этом решающую роль. Эти процессы полностью автоматизируются, и представляется возможным создавать оборудование, работающее под замком (без эксплуатационного персонала).

Решаются задачи дистанционного и телеуправления электроприводами насосов и исполнительными механизмами трубопроводов сточных вод.

В перспективе при создании безотходных технологических процессов пищевых производств, работающих по замкнутому непрерывному циклу, появится возможность создания заводов-автоматов с централизацией контроля и управления предприятием на центральном диспетчерском пункте, оснащенном ЭВМ

Дата добавления: 2014-01-15