Классификация процессов и объектов автоматизации сельскохозяйственного производства
При разработке систем автоматики за основу берут производственный процесс, который представляет собой совокупность технологических процессов, направленных на создание конечного продукта. Сельскохозяйственный производственный процесс разделяют на технологические процессы, что, в свою очередь, делятся на рабочие операции.
На рисунке приведена функциональная схема автоматизированного производственного процесса, на которой показаны место и взаимосвязь технологических процессов, их режимов, операций с датчиками информационных параметров.
Производственные процессы разделяют по отличительных признаках отраслевой принадлежности, например, процесс обработки и уборки зерновых культур, процесс послеуборочной обработки зерна, процесс сохранения овощей, процесс откорма животных и получения от них продукции.
Технологический процесс представляет собой совокупность приемов и операции, целесообразно направленных на переработку материала или продукта из исходного состояния до необходимого конечного состояния. Технологические процессы могут происходить параллельно или последовательно во времени.
Технологический процесс характеризуется режимами функционирования:
- назидательным, связанным с подготовкой машин и объектов до выполнения их основных функций;
- рабочим, обусловленных взаимодействием объекта или машины с материалом или рабочей средой;
- биологическим (или физико-химическим), связанным с длительным естественным процессом накопления внутри объекта растительного или животноводческой продукции;
- транспортным режимом, что включает перемещение машин, рабочих органов, животных или материала;
- режимом обслуживания, что представляет собой, например, технический уход за машиной, зоотехническая обслуживание животных и агротехнические обеспечения жизнедеятельности растений.
Рис. 1.1. Функциональная схема автоматизированного производственного процесса
В сельскохозяйственном производстве наиболее специфическими являются биологические режимы, для которых характерна непрерывность физиологических процессов образования продукции и цикличность ее получения. Такой процесс можно прервать и практически невозможно наверстать упущенное путем интенсификации следующего периода. Несмотря на специфичность и разнообразие биологических режимов, задача автоматизации их в сельском хозяйстве остается неизменной: обеспечить ход физиологических процессов таким образом, чтобы в кратчайшие сроки при минимальных затратах труда получить наибольшее количество продукции лучшего качества.
Технологическая операция представляет собой определенную совокупность организационных и технологических действий, обеспечивающих нормальное течение всего процесса. Разделение технологического процесса на технологические операции позволяет выявить продолжительность операции, очередность ее проведения, цикличность, то есть алгоритмувати технологический процесс.
Контроль и управление режимами и операциям осуществляются по информационным параметрам, измеряемым первичными преобразователями различных датчиков.
Операции выполняются одновременно (параллельно или последовательно. Контроль выполнения всех операций не обязателен. Контролируются только основные операции и режимы, которые характеризуют в целом качественно и количественно выполнения производственного процесса.
Классификация объектов при расширении работ по автоматизации сельскохозяйственных технологических процессов и операций облегчает определение объема и очередности автоматизации, разработку типовых решений в области технологии автоматизированного поточного производства и создания технических средств автоматики. В классификацию должны входить не только существующие процессы и объекты автоматизации, но и те, которые могут быть предложены в дальнейшем. Классификация позволяет более точно сформулировать требования к техническим средствам, выбрать рациональные принципы построения систем автоматизации сельскохозяйственных объектов и разработать общие показатели и методы определения технико-экономической эффективности автоматизации. Без научной классификации сельскохозяйственных объектов и процессов в них невозможны широкие теоретические обобщения, технико-экономические сравнения и практические оценки.
Исходя из задач проектирования систем автоматизации и создания средств автоматики, сельскохозяйственные объекты целесообразно классифицировать по пяти существенных признаках: типа технологических процессов; взаимосвязи технологического и транспортного движения; вида технологического цикла; динамическим свойствам объекта и по агрегатном состоянии обрабатываемого материала.
Классификация по типу технологических процессов дает возможность разработать общий подход к решению задачи автоматизации всего класса, несмотря на технологическую специфику. Уместно подчеркнуть, что приведено распределение технологических процессов на механические, тепловые, электрические, биологические, химические и гидравлические отражает основное определяющее явление в объекте, в котором могут протекать одновременно и другие процессы, которые играют второстепенную роль.
По взаимосвязи технологического и транспортного движений объекты делятся на три класса: с несполученим, соединенным и независимым движением. В объектах с несполученим движением одни установки предназначены только для транспортировки материала без его обработки, а другие осуществляют его технологическую обработку. Эти объекты следует отнести к низшему классу с точки зрения экономической эффективности автоматизации. К более высокому классу относятся объекты, в которых транспортное и технологическое движение соединенные и находятся в тесной взаимосвязи: обработка или переработка материалов происходит во время их транспортировки. Для этого класса установок автоматизация позволяет существенно повысить их производительность и обеспечить оптимальный режим работы.
Объекты высшего класса имеют независимое движение. Транспортное движение может быть сделано ими во время обработки, а технологический движение - сделан во время транспортировки. Автоматизация этого класса объектов обеспечивает непрерывность производственного процесса и наибольшую производительность.
Агрегатное состояние обрабатываемого материала влияет на выбор исполнительных и первичных преобразователей систем автоматики. Агрегатное состояние материала на входе в объект может коренным образом отличаться от состояния на выходе с объекта. Это свойство необходимо учитывать при разработке технических средств автоматики сельскохозяйственного назначения.
Автоматизации легче поддаются объекты с непрерывным технологическим циклом и немного сложнее - с периодическими процессами, что особенно не имеют самовыравнивания. У объектов с самовирівнюванням отклонения между заданным и действительным значениями управляемого параметра растет очень медленно благодаря изменению любого другого параметра, например, при отказе воздушных калориферов в системе регулирования температуры воздуха в теплице температура снижается медленно за счет перехода теплоты от почвы в воздух. Промежуточные емкости так же, как и самовыравнивания, способствуют улучшению автоматического управления процессом.
Для автоматического управления объектом важно знать его динамические свойства, которые существенно влияют на устойчивость и качество регулирования. За динамическими свойствами сельскохозяйственные объекты автоматизации можно разделить на семь основных типов.
По мере развития уровня сельскохозяйственного производства число технологических процессов и операций, а также средств контроля и управления неуклонно растет. Поэтому необходимо постоянно совершенствовать и расширять классификацию сельскохозяйственных объектов с учетом особенностей и требований автоматизации.
Классификация должна способствовать выработке общих требований к техническим средствам, выбора рациональных принципов построения систем и средств автоматики, разработке общих показателей и методов определения технико-экономической эффективности автоматизации.
