ВВЕДЕНИЕ. К 655 Компьютерная автоматизация производства : учеб

Конюх, В.Л.

К 655 Компьютерная автоматизация производства: учеб. пособие:

В 2 ч. Ч. 1 / В.Л. Конюх. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2006. –

108 с.

ISBN 5-7782-0622-4

Рассмотрены способы управления дискретными и непрерывными процессами для разных типов технологической среды. Выделены уровни автоматизации компьютерно-интегрированного производства. Описываются датчики, исполнительные устройства и каналы их связи с микропроцессорными устройствами управления, принципы мехатроники, развитие программоносителей, устройство программируемых контроллеров, особенности промышленных компьютеров, стандартные языки программирования управляющих устройств.

Предназначено для обучения студентов по направлению 550200 – «Автоматизация и управление», а также для переподготовки специалистов по автоматизации производства.

УДК 681.5+004.384](075.8)

ISBN 5-7782-0622-4 Ó В.Л. Конюх, 2006

Ó Новосибирский государственный

технический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ.............................................................................................................. 4

Введение...................................................................................................................... 6

Глава 1. Принципы компьютерного управления............................. 8

1.1. Объекты автоматизации.............................................................................. 8

1.2. Модель объекта в непрерывном производстве................................... 15

1.3. Модель управления дискретным объектом......................................... 19

1.4. Уровни автоматизации.............................................................................. 23

1.5. Развитие автоматизации............................................................................ 25

Контрольные вопросы................................................................................................ 29

Глава 2. Связь с объектом............................................................................... 30

2.1. Датчики.......................................................................................................... 30

2.2. Исполнительные устройства.................................................................... 57

2.3. Преобразование сигналов......................................................................... 61

2.4. Каналы связи................................................................................................ 66

Контрольные вопросы................................................................................................ 70

Глава 3. Локальная автоматика................................................................ 72

3.1. Мехатроника................................................................................................ 72

3.2. Программоносители................................................................................... 81

3.3. Программируемые контроллеры............................................................ 84

3.4. Промышленные компьютеры................................................................... 93

3.5. Программирование управляющих систем........................................... 94

Контрольные вопросы.............................................................................................. 106

CПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................................. 107

Предисловие

Появление микропроцессоров привело к принципиальному изменению систем автоматизации производства. В первую очередь, это касается перехода к распределенным перепрограммируемым устройствам управления, соединенным промышленными шинами. Уровни управления оборудованием и формирования программы производства стали соединять друг с другом и подключать к сети Интернет. Компьютерная интеграция позволила повысить эффективность производства и быстрее приспосабливаться к изменяющейся ситуации на рынке. Выяснилось, что инженерный корпус российских предприятий оказался не готов к идеям компьютерной автоматизации. Столичные фирмы стали вести платную переподготовку специалистов предприятий, закрывая доступ к своим учебным материалам. Учебная литература по компьютерной автоматизации производства в России практически отсутствует. Журнальные публикации и материалы фирм имеют рекламный характер, поэтому малопригодны для обучения.

Назрела необходимость подготовки специалистов, способных сфор-мировать стратегию автоматизации производства, определить требования к системе и устройствам автоматизации, сопровождать реализацию проекта компьютерно-интегрированного производства, обеспечить эффективную эксплуатацию автоматизированного оборудования.

В разработанном спецкурсе студенты должны изучить уровни автоматизации компьютерно-интегрированного производства, датчики и исполнительные устройства систем автоматизации, программируемые контроллеры, промышленные компьютеры, стандартные языки программирования управляющих систем, промышленные шины и протоколы обмена информацией, системы компьютерной диспетчеризации SCADA, методы компьютерной имитации и анимации производства, способы обучаемого управления процессами и примеры реализации систем компьютерной автоматизации в разных отраслях. По окончании обучения специалисты должны уметь разрабатывать модели объектов автоматизации, формализовать алгоритмы управления объектами, формировать наборы датчиков для управления объектами, программировать распределенные устройства управления, компоновать иерархическую структуру компьютерно-интегрированного производства, применять современные устройства автоматики для решения практических задач производства.

Учебное пособие по компьютерной автоматизации производства разработано впервые. Из-за отсутствия аналогичных изданий пришлось искать информацию через сеть Интернет, переводить и изучать множество зарубежных публикаций и рекламных материалов. Происходящая сейчас информационная революция в автоматизации производства и быстрое обновление технических средств делают нецелесообразным описание конкретных устройств. Поэтому здесь изложены уже установившиеся принципы компьютерных технологий автоматизации. Учебный материал апробирован в течение четырех лет при обучении студентов Новосибирского и Кузбасского государственных технических университетов и Кемеровского государственного универ-ситета.

Пособие состоит из двух частей. В первой части объекты автоматизации разделены на дискретные и непрерывные, рассмотрены методы моделирования объектов и алгоритмов управления, проанализировано развитие средств автоматизации, описаны датчики и исполнительные устройства систем управления, способы связи распределенных устройств с устройством управления. Изложены идеи мехатроники, рассмотрено развитие программоносителей, описаны программируемые контроллеры и языки программирования управляющих систем по стандарту IEC-61131-3.

ВВЕДЕНИЕ

В автоматизацию мирового промышленного производства ежегодно вкладывают более 150 млрд долларов. Около 90 % капиталовложений приходится на США, Западную Европу и страны Юго-Восточ-ной Азии с примерно равными объемами инвестиций. Доля России здесь не превышает 3 % [1]. Однако то, что в российской промышленности, в первую очередь пищевой, начат переход к компьютерной автоматизации производства, становится очевидным.

Предприятие, включившееся в конкурентную борьбу на рынке, ищет эффективные пути снижения себестоимости и быстрой адаптации к изменяющемуся спросу. При этом качество продукции должно быть выше, чем у конкурентов. Замораживание зарплаты, работа на морально устаревшем оборудовании или применение компонентов низкого качества неизбежно приводят к банкротству. Приходится искать другие пути: сокращение рабочих и улучшение условий труда, экономию энергоресурсов, переход к более производительному оборудованию, стабилизацию качества. Решение этих задач невозможно без автоматизации технологических процессов и объединения разных уровней автоматизации информационными каналами.

Микропроцессорная техника нашла применение в персональных компьютерах для хранения данных, стандартных расчетов и подготовки документов. Начинается этап применения микропроцессоров для автоматизации производства. Модернизация технологий путем совершенствования и тиражирования программного обеспечения становится быстрее и дешевле, чем переделка механических элементов оборудования. Появляются принципиально новые методы управления процессами, основанные на распознавании образов, системы компьютерной диспетчеризации производства, программируемые контроллеры, интеллектуальные датчики, микропроцессорные регуляторы приводов, промышленные компьютеры, промышленные шины. Подключение локальных устройств управления единицами оборудования к сети Интернет открывает возможность управления процессом производства из любой точки Земли. Компьютерно-интегрированное производство приобретает свойства гибкости (быстрой смены продукции), открытости (совместимости покупаемых и применяемых средств автоматики) и прозрачности (получения исчерпывающей информации о производстве с любого уровня управления).

Информационная технологическая революция в промышленности привела к появлению новой специальности «Системная интеграция управления производством». Системный интегратор должен уметь вырабатывать идеи по повышению эффективности конкретного производства путем автоматизации процессов, выбирать устройства автоматизации и объединять их в систему компьютерно-интегрированного производства. Для этого надо хорошо знать конкретное производство, современные технологии и устройства автоматизации, объединять распределенные устройства автоматизации с помощью промышленных сетей, грамотно строить и применять программное обеспечение для управления производством.

Особенностью эксплуатации компьютерно-интегрированного производства является сочетание высокой производительности устройств с их остановкой при отказе одного из элементов. Специалист, умеющий быстро определить и устранить причину остановки высокоавтоматизированного производства, сможет значительно сократить убытки от простоев.