Этапы и цели развития техники автоматизации

КвАВведение

Современную промышленную автоматизацию создал прогресс электроники. Без устройств систем автоматизации немыслимы различные технологические отрасли. Для эффективного использования всех компонентов систем автоматизации и их безупречного взаимодействия эти компоненты должны быстро и надежно обмениваться информацией, т.е. быть коммуникативными, для чего и необходимы коммуникации.

Этапы и цели развития техники автоматизации

Автоматизация промышленности способствует повышению эффективности производительности, экономичности, безопасности. Автоматизация направлена на самостоятельное выполнение технологического процесса, т.е. процесса преобразования энергии и материалов.

К началу промышленного века (середина XIX в.) существовали автоматические машины, изготавливающие цепи, винты. Но эти машины не могли производить других изделий, кроме перечисленных. Когда химическая промышленность в начале XX в. стала производить краски и химические удобрения, возникли новые фабрики с высокой степенью автоматизации для того времени. Здесь первой целью автоматизации было повышение производительности, которая достигалась, когда выпускался большой объем продукции при низких расходах производства и низких инвестициях.

Следующей была автомобильная промышленность, которая ввела автоматизацию процессов производства. Появилась транспортерная линия (конвейер). В результате автомобили стандартной конструкции стали массовой продукцией. Такая концепция производства повысила продуктивность, но не была достаточно гибкой, чтобы приспособиться к изменяющейся продукции или условиям рынка.

Из опыта первых попыток создания техники измерения, регулирования, управления и контроля начинаются истоки современной автоматизации.

В середине 60-х гг. прошлого столетия предприняты попытки введения обработки информации для выполнения задач автоматизации. Использовались центральные ЭВМ, которым были подчинены реле, простые регуляторы, системы управления. ЭВМ были очень дорогими, вследствие чего с целью обоснования инвестиций они использовались для решения большого количества задач одновременно.

До середины 70-х гг. прошлого столетия промышленность ограничивалась производством крупных серий изделий. Из рынка предложения рынок становился рынком спроса. Заказчик стал определять изделие или его варианты, а изготовитель – следовать этим пожеланиям. Сами изделия структурно изменялись, и должны были подгоняться под уровень развития техники во все более короткие сроки. Количество изделий и их вариантов постоянно возрастало. Изменяемые требования к рынку и возрастающая насыщенность на нем изменили представления о целях автоматизации. Задача производства – производить с ориентацией на спрос экономично при сокращающихся сроках поставок. Ориентация автоматизации стала заключаться в качестве изделий и гибкости производства. Гибкость достигается с помощью современной техники автоматизации. Различают три вида гибкости:

1. гибкость заказа;

2. гибкость изделия;

3. гибкость системы.

Под гибкостью заказа понимается способность производственной системы экономично изготавливать спектр изделий независимо от заказанного количества экземпляров. Для достижения короткого срока выполнения заказа и высокой степени использования машин процесс производства должен быть возможен без переоборудования машин.

Гибкость изделия означает, что производственная система должна быть способна изготавливать вновь разработанные или модифицированные изделия. Время разработок производственных программ и возможного переоборудования установок должно быть коротким.

Гибкость системы означает возможность расширять производственную систему дополнительными устройствами, например устройствами повышения производительности.

Наибольшей гибкостью обладает производство в условиях мастерской. Но оно имеет низкую производительность. Поточное производство при высокой производительности не обладает необходимой гибкостью. Таким образом, современная техника автоматизации должна компенсировать целевой конфликт между поточным производством и производством в условиях мастерской, т.е. гибко управлять производством при необходимой производительности.

Структура информационно-технических связей современной системы автоматизации технологическим процессом

Структура состоит из системы обработки информации и связей (коммуникаций) с технологическим процессом и человеком.

Рис. 1. Структура информационно-технических связей системы автоматизации ТП

Техника автоматизации наблюдает за состоянием установок, управляет технологическим процессом, для чего необходимо взаимодействие различных устройств и систем. Человек наблюдает и обслуживает технику. Человек – это часть того, что было спроектировано и запрограммировано. Человеку для выполнения своих функций необходима своевременная правильная информация надлежащего качества (т.е. обработанная) в нужном месте. Как и человеку, специальная информация нужна каждому устройству системы автоматизации, которая, в свою очередь, выдает сведения для других компонентов автоматизации, синхронизации компонентов. Таким образом, информация – решающий фактор производства. Решение задач обработки информации возможно за счет:

1. интегрированной обработки данных на всех участках производства, где они актуальны;

2. информационно-технических связей участков с помощью коммуникативной техники.

Сегодня успехи микроэлектроники позволяют экономично использовать децентрализованные устройства с высокой производительностью. Они объединяют функции измерения, управления и регулирования процессов производства, и являются свободно программируемыми. Децентрализованные устройства автоматизации должны сообщаться друг с другом. Этому отвечает прогресс в области информационной, коммуникационной и вычислительной техники. Возникли промышленные коммуникационные сети. Их цель – соединять устройства автоматизации друг с другом. Возникла задача обмена данными между всеми уровнями технологического процесса. На каждом уровне происходит обработка своих специфических данных. Выбор определенного сетевого решения при построении сложных распределенных систем управления определяется следующими требованиями: скоростью передачи данных, протоколами передачи, физическими интерфейсами. Совместная работа всех частей такой системы возможна лишь при использовании стандартов связи между ними. Если для верхних уровней пирамиды автоматизации производственных процессов существуют протоколы обмена информацией, то для более низких уровней единой стандартной информационной системы нет. Здесь используют стандарты отдельных компаний или их групп. В итоге промышленная сеть должна решать две основные задачи:

1. обеспечивать на уровне сети совместимость оборудования различных производителей;

2. обеспечивать выход в системы обработки данных более высоких уровней, например в коммерческие системы обработки.

Сетевые системы, изготавливаемые и поддерживаемые только одним производителем, называются закрытыми системами. Они работают по уникальным протоколам связи. Открытые системы используют принципы интеграции изделий различных производителей, поэтому задача объединения их в одну сеть упрощается.