Релейная защита и автоматика в электроустановках

Страница 2 из 3

АВТОМАТИКА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.
АПВ и АВР.

АПВ и АВР — основные виды автоматики в системах электроснабжения предприятий. Автоматика и телемеханика рассматривает следующие виды устройств:

1.   АПВ линий или отдельных фаз после их автоматического отключения (например средствами РЗ и А).
2.   АВР резервного питания или резервного оборудования (например насосы).

3.   Включение СГ и СК на параллельную работу, синхронизация оборудования и линий.
4.   Регулирования возбуждения (АРВ), напряжения и реактивной мощности.

5.   Регулирование частоты и мощности, АЧР и АРТ.
6.   Предотвращение нарушений устойчивости систем электроснабжения.

7.   Прекращение асинхронного режима СД.
8.   Ограничение снижения напряжения.

Рисунок 18 – Типовая схема релейной защиты КРУ с силовым выключателем

9.    Ограничение повышения напряжения.

10. Предотвращение перегрузки оборудования.
11. Диспетчерского контроля и управления (АУ, ТС, ТУ, ТК, ТИ, ТР).

ПУЭ регламентируют: действие всех систем автоматики и автоматических устройств должно быть согласовано между собой. Все они должны быть включены в состав проекта предприятия.
В настоящей работе  рассматриваются устройства по п.п. 1, 2, 5, 8, 9, 10.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ПОВТОРНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ (АПВ).

Рисунок 19 — Схема автоматического повторного включения (АПВ)

АПВ предназначено для включения линии или отдельных фаз линий после их отключений в результате действия защиты или по другим причинам (кроме отключения персоналом).

АПВ — предусматривается для быстрого восстановления питания путем быстрого автоматического включения выключателей QF, отключаемых устройствами РЗ и А.
АПВ — обязательно для всех ВЛ и КЛ при напряжении от 1 до 35 кВ, выше 35 кВ — по проекту.

АПВ должно работать таким образом, чтобы оно не действовало при намеренном отключении QF персоналом местно, дистанционно или с помощью ТУ. АПВ не должно

Рисунок 20 — Схема автоматического включения резерва (АВР)

работать при внутренних повреждениях. Не допускается многократное включение на К3 при любых неисправностях в системе АПВ. Наиболее часто применяется однократное АПВ. Многократное АПВ применяется при напряжении выше 6 10 кВ.

Время срабатывания АПВ:
     первый раз — 0,5 1,5с

     вторая попытка – через  10 15с
     третья попытка – через 60 120с

-На горных предприятиях применяется однократное АПВ.
АПВ бывает двух видов:

     механическое (на пружинных и грузовых приводах QF) — однократное;
     электрическое (на любых приводах) с помощью специального реле типа РПВ — может быть многократным.

АПВ обычно встраивается в конструкцию КРУ или легко совмещается с его электрической схемой. АПВ часто выполняется на базе реле РПВ-58; -258; -358 и их модификаций.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ РЕЗЕРВА (АВР)
           
Требования к системам АВР.

1.   АВР действует при исчезновении напряжения на шинах подстанции по любой причине.

2.   Включение АВР производится как можно быстрее, сразу после отключения рабочего источника питания.
3.   АВР действует однократно.     Включение резервной линии не должно произойти ранее, чем отключится выключатель основной линии.

5.   АВР действует только при отключении (аварии) на питающей линии (не на отходящих линиях, так как в этом случае включение на К3 не имеет смысла, так как срабатывает защита и на резервной линии).
Оперативный ток для АВР — постоянный или переменный.

Время срабатывания АВР зависит от количества и мощности электродвигателей, при пуске которых может произойти посадка напряжения, коэффициента срабатывания реле напряжения и допустимой величины минимального напряжения.

АРТ   и  АЧР.
       АРТ – автоматическая разгрузка по току. Применяется в том случае, когда питание потребителей переключается , (например в результате срабатывания АВР) с основного на резервный источник питания меньшей мощности; и этой мощности не хватает даже с учетом допустимой перегрузки. Система автоматики налаживается таким образом, чтобы в этом случае отключить (автоматически) наименее важные объекты, а при восстановлении питания линии – вновь подключить.

     Элементная база системы: реле РТ-80 или РТ-40, и реле времени.

      АЧР – автоматическая частотная разгрузка.  Эта система действует при снижении частоты в сети ниже допустимой и применяются для поддержания ее на заданном уровне.

Номинальное значение частоты сети:  50 ± 0,1 ГЦ. Допустимое 50 ±0,2 ГЦ.  Для аварийных режимов –допустимая частота не менее 48 ГЦ. Элементная база – реле частоты РЧ-1 и др.
       В системах электроснабжения предприятий применяется метод АЧР по абсолютному значению частоты. Принцип ее действия заключается в срабатывании реле РЧ при снижении значения частоты сети   (задаваемой энергосистемой) , после чего включается программа автоматического (или по команде диспетчера)  поочередного отключения части менее ответственных потребителей. После восстановления частоты до нормального значения – потребители поочередно включаются.

• Назад
• Вперёд

Релейная защита и автоматика сетей 6-35 кВ

В электрических сетях принято использовать различные способы заземления нейтрали:

• глухое – способ заземления при котором нейтраль обмотки трансформатора (автотрансформатора) металлически присоединяется к заземляющему устройству;

• эффективное – нейтрали части элементов сети разземлены (отключены от ЗУ) посредством заземляющего ножа, при этом параллельно ЗН устанавливается разрядник;

• изолированное – нейтрали силового оборудования не имеют соединения с заземляющим устройством;

• заземление нейтрали через дугогасящий реактор – компенсация тока однофазного замыкания на землю;

• заземление нейтрали через сопротивление – резистивное заземление.

Для релейной защиты и автоматики сетей 6-35 кВ наиболее распространены последние три метода заземления: изолированное, подключение к ЗУ через дугогасящий реактор и резистивное. Для сетей 110 кВ и выше — глухое и эффективное заземление нейтрали.

Режим, когда нейтраль силового оборудования 6-35 кВ не имеет физического соединения с заземляющим устройством – изолирована, чаще всего применим в сетях 6-35 кВ, при этом, как правило, обмотки силового оборудования соединены в треугольник — нейтральная точка отсутствует физически. Особенностью данного типа заземления является возможность работы при однофазных замыканиях на землю, поскольку токи однофазного КЗ невелики и не вызывают повреждения оборудования. Но продолжительный режим работы при ОЗЗ имеет негативные последствия:

• Появление дуговых перемежающихся замыканий на землю, сопровождающихся повышением напряжения.

• Как следствие пробой изоляции в другой точке сети, в результате которого ОЗЗ переходит в двойное или многоместное ЗНЗ, характеризующееся высокими токами КЗ и сопровождающееся множественными отключениями.

• Опасность попадания людей и животных в зону растекания токов КЗ вблизи места ЗНЗ.

Еще одним негативным фактором является необходимость применения фазной изоляции способной выдерживать линейные напряжения без повреждения.

Согласно ПУЭ применение режима изолированной нейтрали ограничено в зависимости от тока ЗНЗ. Компенсация путем применения дугогасящих реакторов предусматривается при емкостных токах:

• более 30 А на напряжении 3-6 кВ;

• более 20 А на напряжении 10 кВ;

• более 15 А на напряжении 15-20 кВ;

• более 10 А в сетях напряжением 3-20 кВ, имеющих железобетонные и металлические опоры на воздушных линиях электропередачи, и во всех сетях напряжением 35 кВ;

• более 5 А в схемах генераторного напряжения 6-20 кВ блоков «генератор–трансформатор».

Работа в режиме компенсированной нейтрали основана на снижении емкостного тока замыкания на землю до минимальных значений за счет подстройки величины индуктивности катушки, что уменьшает вероятность вторичных пробоев изоляции. К недостаткам относятся необходимость установки дополнительного силового оборудования – ячейки, трансформатора и ДГР, и использования специализированной автоматики подстройки реактора; сложность развития сети из-за ограниченных возможностей реактора; наличие токов высших гармоник и активной составляющей тока ОЗЗ, которые ДГР не компенсируются.

Резистивное заземление нейтрали может быть выполнено аналогично компенсации — путем установки в РУ 6-35 кВ ячейки, к которой присоединен специальный трансформатор со схемой соединения «звезда-треугольник» с включением в нейтраль «звезды» заземляющего резистора. Для сети 20 кВ, помимо указанного, встречаются примеры использования понижающего трансформатора 220(110)/20 кВ, обмотка НН которого соединена по схеме «звезда» с включением резистора в нейтраль.

Для выполнения указанных схем могут применяться высокоомные либо низкоомные резисторы.

Сопротивление высокоомного резистора выбирается равным емкостному сопротивлению сети. При этом ток в месте замыкания не превышает 10 А, что позволяет не отключать первое ЗНЗ, как и в сети с компенсированной нейтралью. На применение данного способа накладывается ограничение по применению в сетях с большими емкостными токами, для которых, как правило, применяется низкоомное заземление.

Сопротивление низкоомного резистора выбирается минимально возможным. При этом существует вероятность повышения токов ОЗЗ до значительных величин, вызывающих повреждение оборудования и самого резистора, что делает невозможным работу сети в режиме ОЗЗ – требуется отключение уже первого замыкания.

В любом случае использование резистивного заземления нейтрали позволяет избежать дуговых перенапряжений высокой кратности и как следствие многоместных повреждений в сети, феррорезонансных процессов и повреждений измерительных ТН. Кроме того, токи однофазного замыкания на землю увеличиваются, что позволяет токовой защите нулевой последовательности (ТЗНП) обнаружить поврежденное присоединение и при необходимости произвести его отключение. Например, согласно СТО ОАО «ФСК ЕЭС» 56947007-29.240.30.010-2008 для обеспечения селективности работы релейной защиты сопротивление заземляющего резистора выбирается таким, чтоб значение тока при однофазном замыкании в сети 20 кВ было не ниже 1000 А.

К недостаткам данного способа заземления нейтрали относятся дороговизна реализации и ограничения на развитие сети аналогичные методу с компенсацией емкостных токов.

Решение по комбинированному применению дугогасящих реакторов и резисторов, подключенных параллельно к нейтрали трансформатора присоединенного к шинам РУ 6-35 кВ, сочетает в себе преимущества вышеприведенных методов, но является наиболее дорогостоящим, потому на практике встречается редко.

Основными и наиболее распространенными КЗ сети 6-35 кВ являются однофазные замыкания на землю, способы их устранения зависятв первую очередь от режима заземления нейтрали.

Как говорилось ранее, при изолированной или компенсированной схеме быстродействующее отключение ОЗЗ не требуется, токовые защиты нечувствительны или неселективны, защиты по повышению напряжения нулевой последовательности также могут только сигнализировать о наличии ЗНЗ. Зачастую, для определения поврежденного фидера используются специализированные централизованные устройства, например, УСЗ-3М, сравнивающее измерения токов высших гармоник от ТТ НП всех отходящих линий поочередно и позволяющее выявить устойчивое замыкание.

При резистивно-заземленной нейтрали токовые защиты нулевой последовательности позволяют определить поврежденный фидер, необходимость отключения выключателя определяется уровнем токов ОЗЗ.

Из-за пробоя изоляции однофазные замыкания на землю могут переходить в двойные или множественные, характеризующиеся повышением токов замыкания за счет появления контура их протекания. Аналогичным повышением токов сопровождается появление ОЗЗ в другой точке сети не вызванное более ранним повреждением. Кроме того, в сетях 6-35 кВ не исключены двух- и трехфазные замыкания, сопровождающиеся еще более существенным повышением токов.

В качестве защиты от вышеперечисленных видов замыкания используется максимальная токовая защита. Современные технологии позволяют выполнить МТЗ с временем срабатывания зависимым от протекающего тока, указанная зависимость задается определенными характеристиками и позволяет увеличить быстродействие защиты. 

Для повышения чувствительности токовых защит дополнительно могут применяться критерии пуска по снижению напряжения основной гармоники или по повышению напряжения обратной последовательности. 

Состав защит конкретного присоединения зависит не только от режима сети, но и от его типа. 

В большинстве случаев в качестве основной защиты отходящей линии используется токовая отсечка без выдержки времени – ступень МТЗ, охватывающая около 80% защищаемого участка сети.

Токовая отсечка с выдержкой времени может быть применена в качестве защиты ближнего резервирования, ее уставка по току выбирается из условия охвата шин нижестоящей подстанции, уставка по времени отстраивается от ТО смежной линии. В сетях 6-35 кВ применяется довольно редко из-за сложности обеспечения селективности в разветвленной сети и коротких участков ЛЭП.

Еще одна ступень МТЗ используется в качестве защиты дальнего резервирования, ее задача — обеспечить чувствительность на конце защищаемого участка, при этом уставка по току отстраивается от нагрузочного режима и тока самозапуска двигателей, выдержка срабатывания выбирается по ступенчатому принципу отстройкой от МТЗ нижестоящих участков сети и в разветвленных сетях может достигать значения более 1-2 сек.

Функция автоматического ускорения используется для увеличения быстродействия РЗ при включении выключателя на неустраненное повреждение. В качестве ускоряемой ступени используется чувствительная МТЗ, для которой на время включения вводится уменьшенная выдержка по времени.

На практике также распространено применение одной из чувствительных ступеней МТЗ в качестве защиты от перегрузки, действующей на сигнал.

Набор функций терминала защит трансформаторов собственных нужд, ДГР и резистора выполняется аналогичным комплекту РЗ отходящей линии и может быть дополнен защитами с зависимыми времятоковыми характеристиками, приемом сигналов от датчиков температуры и специализированных устройств контроля, поставляемых комплектно с трансформатором.

В качестве комплекта защит основного и резервного ввода питания секции шин (вводного и секционного выключателей) также используются чувствительная МТЗ с выдержкой времени и защита от перегрузки.

Кроме того, на базе максимальных токовых защит отходящих присоединений и вводов питания выполняется логическая защита шин, относящаяся к основным защитам с абсолютной селективностью. Принцип действия ее основан на приеме сигналов пуска МТЗ отходящих фидеров устройствами защит ВВ и СВ. При наличии пусков от линий чувствительные ступени МТЗ вводов питания срабатывают с выдержкой времени —  работают в режиме дальнего резервирования. Отсутствие сигналов МТЗ фидеров свидетельствует о КЗ выше зоны их чувствительности —  на выключателях и шинах, что позволяет МТЗ ВВ и СВ произвести отключение секции шин без выдержки времени.

Дуговые защиты используются в качестве дополнительных основных защит. В зависимости от проекта и потребностей заказчика, ДЗ могут выполняться:

• неселективными – отключение секции шин полностью при обнаружении дугового замыкания в любом из отсеков КРУ;

• избирательными —  отключение выключателя фидера при обнаружении ДЗ в кабельном отсеке, отключение секции целиком при обнаружении дуги в отсеках шин любой из ячеек и выключателей отходящих линий, отключение питания по высокой стороне трансформатора при обнаружении ДЗ в отсеке выключателя или кабельного ввода ВВ.

До недавнего времени в качестве критерия обнаружения дугового замыкания использовались клапаны, устанавливаемые в каждом отсеке ячейки и реагирующие на изменение давления в замкнутом объеме, такое решение было малоэффективным из-за сложности настройки клапанов, реагирования их на перепады давления, не вызванные ДЗ (например, хлопок двери), и малой ремонтопригодности механической части клапанов. Большинство современных устройств дуговой защиты реагируют на вспышки света, сопровождающие замыкания, что делает их более чувствительными и позволяет устанавливать не только в ячейках с замкнутыми объемами, но и в камеры КСО и на открытые шинопроводы.

Устройство резервирования отказа выключателя (УРОВ) предназначено для ближнего резервирования в случае неотключения повреждения на защищаемом участке. Пуск УРОВ осуществляют все ступени защит, действующие на отключение, при этом алгоритм функции производится анализ состояния выключателя по контактам его положения и наличию тока в защищаемом присоединении. Время действия данной функции выбирается примерно равным собственному времени отключения выключателя, при этом первое воздействие зачастую осуществляется на «свой» выключатель. По истечении выдержки времени УРОВ отходящих линий воздействуют в шинку отключения вводного и секционного выключателей своей секции, при несрабатывании СВ производится действие на ВВ прилегающих секций, УРОВ вводного выключателя воздействует на отключение высокой стороны питающего трансформатора.

Автоматика управления выключателем (АУВ), как видно из названия, выполняет функцию управления выключателем. В современных микропроцессорных устройствах АУВ является не только промежуточным механизмом между кнопками включения/отключения или органами релейной защиты и автоматики, но и анализирует источник появления команды, тем самым позволяет ограничить одновременное поступление команд из разных источников – разделить местное и дистанционное управление или исключить подачу оперативной команды в цикле работы РЗ, а также, при использовании АРМ или ИЧМ, проконтролировать уровень доступа пользователя и исключить случайное воздействие на выключатель. Кроме того, алгоритмы АУВ позволяют контролировать состояние самого выключателя, не только в текущем моменте, например, готовность привода, но и путем подсчета циклов включения-отключения, количества аварийных отключений, неуспешных АПВ и пр., прогнозировать необходимость выполнения обслуживания выключателя.

Еще одним видом применяемой для релейной защиты и автоматики сетей 6-35 кВ является автоматическое повторное включение (АПВ). При неустойчивых (самоустранившихся) КЗ на воздушных ЛЭП автоматическое повторное включение сокращает время перерывов энергоснабжения потребителя тем самым повышая надежность энергоснабжения. Запуск функции производится по несоответствию отсутствия команды на отключение и отключенного положения выключателя –  неоперативному отключению. АПВ выполняется одно- или двухкратным, то есть при неудачном включении многократное действие блокируется до ручного восстановления схемы дежурным персоналом.

Для сокращения перерывов электропитания потребителя также применяются схемы автоматического включения резерва (АВР). В общем случае для шин 6-35 кВ данный алгоритм выполняется следующим образом:

1. Пропадание напряжения на секции шин фиксируется защитой минимального напряжения.

2. Алгоритм АВР анализирует отсутствие срабатывания защит вводного выключателя и его включенное положение, из чего следует, что произошло отключение питания по высокой стороне трансформатора или на вышестоящем РУ.

3. АВР производит отключение вводного выключателя, чтобы избежать подачи напряжения на поврежденный участок сети, и подает команду на включение секционного выключателя для питания своей секции шин от ввода смежной секции.

Алгоритм АВР как правило дополняется контролем наличия напряжения на смежной секции от функции контроля напряжения терминалов в ячейке ТН или СВ.

При наличии отдельных измерительных трансформаторов напряжения на вводе на секцию АВР может быть дополнен функцией восстановления нормального режима. Терминал защит ВВ подключается в указанному ТН и при появлении на нем напряжения нормального режима после АВР производит отключение секционного выключателя и включение основного ввода питания. ВНР позволяет в автоматизированном режиме восстановить нормальную схему работы, снизить перегрузку силового оборудования и также повысить надежность снабжения конечного потребителя.

Указанный состав защит не является полным, существует множество других типов РЗиА,  применяемых как отдельные функции и в комплексе с вышеперечисленными, их выбор определяется типом присоединенной нагрузки, разветвленностью и режимами работы сети, а также требованиями по надежности энергоснабжения. Анализ каждого конкретного случая подразумевается на этапе выполнения проектной документации и расчета уставок, на основании которых и производится подбор применяемых функций и требований к устройствам, их осуществляющих. 

Автоматизация | Технология, типы, рост, история и примеры

Жаккардовый ткацкий станок

Смотреть все СМИ

Ключевые люди:

Жак де Вокансон

Похожие темы:

компьютерно-интегрированные производства
гибкая автоматизация
автоматическое производство
промышленный робот
машинное программирование

Просмотреть весь связанный контент →

Последние новости

30 мая 2023 г. , 13:27 по восточноевропейскому времени (AP)

Что нового в роботах? Человекоподобная машина с искусственным интеллектом, которая пишет стихи

Роботы выставлены на Международной конференции по робототехнике и автоматизации в Лондоне, где посетители могут заглянуть в будущее

26 мая 2023 г., 14:35 по восточному времени (AP)

Регулирующие органы нацеливаются на ИИ для защиты потребителей и работников

По мере роста опасений по поводу все более мощных систем искусственного интеллекта, таких как ChatGPT, национальная финансовая служба заявляет, что работает над тем, чтобы компании соблюдали закон при использовании ИИ

автоматизация , применение машин к задачам, которые когда-то выполнялись людьми или, все чаще, к задачам, которые иначе были бы невозможны. Хотя термин механизация часто используется для обозначения простой замены человеческого труда машинами, автоматизация обычно подразумевает интеграцию машин в самоуправляемую систему. Автоматизация произвела революцию в тех областях, в которых она была внедрена, и едва ли найдется аспект современной жизни, на который она не повлияла.

Термин «автоматизация» был придуман в автомобильной промышленности примерно в 1946 году для описания более широкого использования автоматических устройств и средств управления на механизированных производственных линиях. Происхождение слова приписывают Д. С. Хардеру, в то время техническому директору Ford Motor Company. Этот термин широко используется в производственном контексте, но он также применяется вне производства в связи с различными системами, в которых механическое, электрическое или компьютеризированное действие в значительной степени заменяет человеческие усилия и интеллект.

В общем случае автоматизацию можно определить как технологию, связанную с выполнением процесса с помощью запрограммированных команд в сочетании с автоматическим контролем обратной связи для обеспечения надлежащего выполнения инструкций. Полученная система способна работать без вмешательства человека. Развитие этой технологии все больше зависит от использования компьютеров и связанных с ними технологий. Следовательно, автоматизированные системы становятся все более изощренными и сложными. Усовершенствованные системы представляют собой уровень возможностей и производительности, которые во многих отношениях превосходят способности людей выполнять те же действия.

Технологии автоматизации созрели до такой степени, что ряд других технологий развился из них и получил собственное признание и статус. Робототехника — одна из таких технологий; это специализированная отрасль автоматизации, в которой автоматическая машина обладает определенными антропоморфными или человекоподобными характеристиками. Наиболее типичной человеческой характеристикой современного промышленного робота является его механическая рука с приводом. Рука робота может быть запрограммирована на выполнение последовательности движений для выполнения полезных задач, таких как загрузка и разгрузка деталей на производственной машине или выполнение последовательности точечных сварок на листовых частях кузова автомобиля во время сборки. Как показывают эти примеры, промышленные роботы обычно используются для замены людей в фабричных операциях.

Викторина «Британника»

Машиностроение и производство

В этой статье рассматриваются основы автоматизации, включая ее историческое развитие, принципы и теорию работы, применение на производстве и в некоторых сферах услуг и отраслях, важных в повседневной жизни, а также влияние на человека и общество в целом. В статье также рассматривается разработка и технология робототехники как важная тема в области автоматизации. Связанные темы см. в разделе Информатика и обработка информации.

Историческое развитие автоматизации

Технология автоматизации развилась из родственной области механизации, начало которой положила промышленная революция. Механизация относится к замене силы человека (или животного) механической силой той или иной формы. Движущей силой механизации была склонность человечества к созданию инструментов и механических устройств. Здесь описаны некоторые важные исторические разработки в области механизации и автоматизации, приведшие к созданию современных автоматизированных систем.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.

Подпишитесь сейчас

Ранние разработки

Первые инструменты из камня представляли собой попытки доисторического человека управлять своей физической силой под контролем человеческого разума. Тысячи лет, несомненно, потребовались для разработки простых механических устройств и машин, таких как колесо, рычаг и шкив, с помощью которых можно было увеличить силу человеческих мышц. Следующим расширением стала разработка механических машин, для работы которых не требовалась человеческая сила. Примеры этих машин включают водяные колеса, ветряные мельницы и простые устройства с паровым приводом. Более 2000 лет назад китайцы разработали отбойные молотки, приводимые в движение проточной водой и водяными колесами. Первые греки экспериментировали с простыми реактивными двигателями, работающими от пара. Механические часы, представляющие собой довольно сложный узел с собственным встроенным источником питания (гирей), были разработаны около 1335 года в Европе. Ветряные мельницы с механизмами автоматического поворота парусов были разработаны в средние века в Европе и на Ближнем Востоке. Паровой двигатель стал крупным достижением в развитии механических машин и положил начало промышленной революции. В течение двух столетий, прошедших с момента появления паровой машины Уатта, были изобретены механические двигатели и машины, получающие энергию от пара, электричества, химических, механических и ядерных источников.

Каждая новая разработка в истории механических машин влекла за собой повышенные требования к устройствам управления для использования мощности машины. Самые ранние паровые двигатели требовали, чтобы человек открывал и закрывал клапаны, чтобы сначала впустить пар в поршневую камеру, а затем выпустить его. Позже был разработан механизм золотникового клапана для автоматического выполнения этих функций. Единственная потребность человека-оператора заключалась в том, чтобы регулировать количество пара, которое контролировало скорость и мощность двигателя. Это требование человеческого внимания при работе паровой машины было устранено регулятором летающих шаров. Это устройство, изобретенное Джеймсом Уаттом в Англии, состояло из утяжеленного шара на шарнирном рычаге, механически соединенного с выходным валом двигателя. По мере увеличения скорости вращения вала центробежная сила заставляла утяжеленный шар двигаться наружу. Это движение управляло клапаном, который уменьшал подачу пара в двигатель, тем самым замедляя двигатель. Регулятор летающего шара остается элегантным ранним примером системы управления с отрицательной обратной связью, в которой увеличение выходной мощности системы используется для снижения активности системы.

Отрицательная обратная связь широко используется как средство автоматического управления для достижения постоянного уровня работы системы. Типичным примером системы управления с обратной связью является термостат, используемый в современных зданиях для контроля температуры в помещении. В этом устройстве понижение температуры в помещении приводит к замыканию электрического выключателя, в результате чего нагреватель включается. При повышении температуры в помещении выключатель размыкается и подача тепла отключается. Термостат можно настроить на включение нагревателя при любой заданной температуре.

Еще одним важным событием в истории автоматизации стал жаккардовый ткацкий станок (см. фотографию), который продемонстрировал концепцию программируемой машины. Около 1801 года французский изобретатель Жозеф-Мари Жаккард изобрел автоматический ткацкий станок, способный создавать сложные узоры на текстиле, управляя движением множества челноков с разноцветными нитями. Выбор различных рисунков определялся программой, содержащейся в стальных картах, в которых были пробиты отверстия. Эти карты были предками бумажных карт и лент, которыми управляют современные автоматические машины. Концепция программирования машины получила дальнейшее развитие позже в 19 веке.век, когда Чарльз Бэббидж, английский математик, предложил сложную механическую «аналитическую машину», которая могла бы выполнять арифметические операции и обработку данных. Хотя Бэббидж так и не смог завершить его, это устройство было предшественником современного цифрового компьютера. См. компьютеры.

6 типов автоматизации [Преимущества, плюсы/минусы, примеры]

Хотите узнать о различных типах автоматизации?

Вы не одиноки. Многие компании воодушевлены перспективой повышения эффективности и производительности с помощью автоматизированного оборудования.

Но какой тип технологии подходит для вашего приложения?

Давайте углубимся и узнаем!

Содержание

• Что такое автоматизация?
• 6 типов автоматизации
  • Стационарная автоматика
  • Программируемая автоматика
  • Гибкая автоматизация
  • Автоматизация процессов
  • Комплексная автоматизация
  • Роботизированная автоматизация технологических процессов
• Часто задаваемые вопросы по автоматизации

Что такое автоматизация?

Автоматизация — это термин, обозначающий технологические и инновационные приложения, в которых физический человеческий вклад сведен к минимуму. Это может включать автоматизацию ИТ, автоматизацию бизнес-процессов (BPA), промышленную робототехнику и персональные приложения, такие как домашняя автоматизация.

Автоматизация – это процесс сведения к минимуму ручного труда с использованием машин

Автоматизация включает в себя использование различного оборудования и систем управления, таких как заводские процессы, машины, котлы, печи для термообработки, рулевое управление и т. д. Примеры автоматизации варьируются от бытового термостата до крупная промышленная система управления, самоуправляемые транспортные средства и складские роботы.

Когда автоматизация используется в промышленности или производстве, она называется промышленной автоматизацией. Рынок промышленной автоматизации вырос во всем мире, достигнув 19 долларов.1 миллиард в 2021 году и, как ожидается, достигнет 395 миллиардов долларов к 2029 году. Есть много автоматизированных процессов, которые вы, вероятно, уже знаете.

Но выявление случаев автоматизации важнее, чем понимание широких категорий автоматизации.

Итак, существует 6 типов автоматизированных производственных систем:

1. Фиксированная автоматизация

Фиксированная анимация или жесткая автоматизация — это тип автоматизации, при котором конфигурация производственного процесса остается неизменной. Таким образом, этот тип автоматизации лучше всего подходит для многократного выполнения одного набора задач. Например, если процедура автоматизации повторяет одни и те же задачи с идентичными единицами, это фиксированная автоматизация.

Стационарная автоматизация лучше всего подходит там, где производственные маршруты и процедуры не меняются.

По сути, стационарные автоматизированные машины управляются запрограммированными командами и компьютерами, которые указывают им, что делать, выдают уведомления и измеряют производственные показатели. Стационарная автоматизация обычно подходит для крупносерийной продукции. Работа в последовательности фиксированной автоматизации несложна и включает в себя основные функции, такие как вращательное или простое линейное движение, или и то, и другое.

Плюсы стационарной автоматизации

• Высокий уровень производства
• Низкая стоимость единицы продукции
• Стабильное качество в производстве
• Автоматизация погрузочно-разгрузочных работ, например, AGV
• Легко прослеживаемая производственная процедура
• Ограниченное обслуживание автоматики

Минусы стационарной автоматизации

• Требует больших первоначальных затрат на установку
• Блоки аппаратной автоматизации необходимо заменять при необходимости выполнения новых задач
• Сложно внести изменения

Фиксированные приложения автоматизации

Стационарная автоматизация лучше всего подходит для: 

• Высокий спрос и общие производственные потребности, не требующие изменений
• Обрабатывающие линии в автомобильной промышленности, некоторые автоматические сборочные машины и некоторые химические процессы
• Поточное производство, при котором продукция производится непрерывно 

Примером стационарной автоматизации в использовании являются заводы по производству безалкогольных напитков. У них есть стационарные машины, которые позволяют производить большое количество безалкогольных напитков в одной упаковке для удовлетворения высоких требований.

2. Программируемая автоматизация

Программируемые системы автоматизации включают автоматизированное или роботизированное оборудование, управляемое посредством программирования для серийного производства. Автоматизация управляется с помощью программы, которая закодирована таким образом, что позволяет изменять свою последовательность в любое время, когда это необходимо.

Этот тип промышленной автоматизации позволяет легко изменять продукт или процесс путем изменения программы управления. Это также позволяет внедрять новые процессы.

Программируемая автоматизация основана на коде, что обеспечивает превосходную точность

Программируемая автоматизация чаще всего используется в системах, которые производят аналогичные изделия с использованием одних и тех же автоматизированных шагов и инструментов. Он идеально подходит для средних и больших объемов производства и подходит для процессов серийного производства, таких как фабрики, производящие варианты продуктов питания. Если продукт/производство нуждается в изменении, машина перепрограммируется.

В программируемой автоматизации изделия изготавливаются партиями в количестве от нескольких десятков до нескольких тысяч единиц. И для каждой новой партии продукта производственное оборудование должно быть перепрограммировано или изменено, чтобы приспособиться к новому или требуемому стилю продукта.

Плюсы программируемой автоматизации

• Повышенная гибкость при смене продуктов или работе с различными конструкциями при необходимости
• Проще программировать производство
• Подходит для серийного производства

Минусы программируемой автоматизации

• Дорогостоящее оборудование
• Производит меньше единиц за производственный цикл
• Затраты времени на изменение функций или продуктов
• Период непроизводительного времени при переналадке

Программируемые приложения автоматизации

Программируемая автоматизация хорошо подходит для производства с низким/средним спросом и периодических изменений в продуктах:

• Логистическое программирование
• Интеллектуальные роботы
• Промышленные роботы
• Станки с числовым программным управлением (ЧПУ)
• Бумажные и сталепрокатные заводы используют одни и те же этапы для производства различных типов продукции
• Традиционный круиз-контроль и термостаты

В последнем примере вам нужно только установить скорость или температуру, и машины последовательно выдают запрограммированные результаты.

В станке с числовым программным управлением программа закодирована в памяти компьютера/программы для каждого отдельного типа продукта, и компьютерная программа управляет станком.

3. Гибкая автоматизация

Гибкая автоматизация, также известная как программная автоматизация, представляет собой расширение программируемой автоматизации с почти нулевым временем простоя и минимальной процедурой ручного переключения. Это означает большую гибкость и приводит к увеличению производительности.

Гибкая автоматизация требует меньше участия человека, чем другие виды автоматизации

По сути, гибкая автоматизация позволяет производить различные типы продукции без необходимости сложного перепрограммирования. Это позволяет производству переключаться между задачами, сводя к минимуму время простоя.

Основываясь на программируемой автоматизации, гибкие системы автоматизации часто включают в себя точные электромеханические элементы управления. Примерами являются промышленные роботы и многоцелевые станки с ЧПУ.

Плюсы гибкой автоматизации

• Гибкость продуктов: нет необходимости группировать идентичные продукты в партии
• Последовательное производство различных видов продукции без сложных переналадок
• Смена продукта происходит быстро и автоматически. Не теряйте времени с новыми изменениями в производстве
• Не требуется дополнительное время для перенастройки производственного оборудования между партиями
• Подходит для серийного производства 
• Позволяет производить более востребованную продукцию 
• Позволяет расширить возможности настройки

Минусы гибкой автоматизации

• Более высокая стоимость за единицу
• Высокая стоимость специального оборудования/автоматизации

Гибкие приложения автоматизации

Гибкая автоматизация идеально подходит для среднего спроса и постоянных изменений/большого разнообразия продуктов.

• Промышленные роботы
• Многоцелевые станки с ЧПУ
• Автоматизация склада 
• Современный адаптивный круиз-контроль и самообучающиеся термостаты

Отрасли, в которых используется гибкая автоматизация, включают пищевую, текстильную и лакокрасочную промышленность.

Примечание: В приведенной ниже таблице показаны оптимальные варианты при выборе типа автоматизации в зависимости от разнообразия и спроса на продукцию.

4. Автоматизация процессов

Автоматизация процессов означает использование технологий для автоматизации ручных процессов посредством интеграции данных и систем. Он объединяет все другие типы промышленной автоматизации в один, соединяя гибкие и интегрированные системы автоматизации.

Автоматизация процессов больше используется в компаниях, где программы/приложения выполняют набор задач в рамках современного цифрового предприятия. Он управляет бизнес-процессами для обеспечения прозрачности и единообразия, чтобы увеличить рабочий процесс компании.

Автоматизация процессов включает использование программного обеспечения для оптимизации рабочих процессов компании.

Использование автоматизации процессов может помочь повысить производительность и эффективность бизнеса. Он также может дать новое представление о бизнес-задачах и предложить решения.

Система автоматизации процессов обычно имеет три функции: 

1. Автоматизация процессов 
2. Централизация информации
3. Уменьшение участия человека в задачах

Область применения автоматизации процессов может быть широкой. Многие компании начинают с автоматизации простых процессов или поддержки в отделах, таких как управление потоками на складе, сбор данных, профилактическое обслуживание или утверждение расходов.

Другие предприятия могут автоматизировать более сложные, расширенные или межфункциональные операции с использованием передовых технологий. Например, полная автоматизация склада для поддержки доставки критически важных систем в зависимости от событий.

Плюсы автоматизации процессов

• Устраняет узкие места в выполнении задач
• Уменьшает количество ошибок и потери данных
• Повышает прозрачность производства/выполнения задач 
• Увеличение скорости обработки
• Оптимизирует обмен данными между отделами/платформами

Минусы автоматизации процессов

• Дорогая установка
• Требуются квалифицированные (и опытные) рабочие для реализации
• Может потребоваться дорогостоящее обслуживание

Приложения для автоматизации процессов

• Анализ процессов и автоматизация рабочих процессов
• Мониторинг состояния и ввод/вывод
• Автоматизация повторяющихся задач
• Управление и сбор файлов данных
• Подключение и интеграция источников данных и сервисов

5.

Интегрированная автоматизация

Интегрированная система автоматизации представляет собой комплексную структуру автоматизации, которая автоматизирует весь производственный процесс посредством компьютерного управления.

Интегрированная автоматизация направлена ​​на снижение сложности многих независимо автоматизированных рабочих процессов за счет оптимизации связи между различными автоматизированными процессами.

Интегрированная автоматизация может охватывать все виды автоматизации на одном объекте под единым управлением

Например, вместо того, чтобы позволять трем автоматизированным системам функционировать отдельно, интегрированная автоматизация объединяет их в рамках одной системы управления. Таким образом, данные, независимые машины и процессы будут работать вместе в рамках единой системы команд.

В целом комплексная автоматизация представляет собой целостный подход к промышленной или производственной автоматизации.

Плюсы комплексной автоматизации

• Объединяет различные системы автоматизации в одну
• Создает интегрированные производственные системы
• Может использоваться в периодическом и непрерывном производстве

Минусы комплексной автоматизации

• Дорогие в установке и обслуживании
• Требуется квалифицированный персонал для поддержки мониторинга

Интегрированные приложения автоматизации

• Производство роботов 
• Гибкие системы обработки
• Автоматизированная обработка материалов
• Установка склада и операции
• Автоматизированное производство
• Компьютерное проектирование (САПР)

6.

Роботизированная автоматизация процессов

Роботизированная автоматизация процессов (RPA) — это тип автоматизации процессов, при котором программные технологии упрощают создание/создание, развертывание и управление программными роботами, которые имитируют и выполняют действия человека.

Роботы запрограммированы с помощью программного обеспечения для выполнения задач, основанных на правилах, таких как извлечение данных с экранов или страховых форм, расстановка продуктов на полках и т. д. использовать инструменты RPA для работы и связи с другими цифровыми системами, сбора данных, обработки транзакций и получения информации.

Но, в отличие от человеческого труда, роботы выполняют эти задачи быстрее, эффективнее и последовательно.

RPA часто называют формой искусственного интеллекта (ИИ), но это не так. В отличие от ИИ, RPA использует структурированные входные данные и логику на основе правил для выполнения задач. Роботы делают то, что им говорят.

Плюсы роботизированной автоматизации процессов

• Снижает трудозатраты и предотвращает человеческий фактор
• Оптимизирует рабочие процессы, делая организации более гибкими, прибыльными и оперативными
• Повышает вовлеченность, удовлетворенность и производительность сотрудников
• RPA неинвазивен и может ускорить цифровую трансформацию
• Сделка по автоматизации рабочих процессов с устаревшими системами, в которых отсутствует доступ к базам данных, API, инфраструктурам виртуальных рабочих столов (VDI) и т. д.

Минусы роботизированной автоматизации процессов

• Требуется регулярный контроль для оценки эффективности автоматизации. Это максимизирует ваш ROI
• Невозможно создать полную автоматизацию. Он по-прежнему требует человеческого прикосновения
• Может быть дорого реализовать
• приложений RPA
• Операции колл-центра
• Адаптация сотрудников
• Системы планирования

Приложения роботизированной автоматизации процессов

Финансовые фирмы были первыми, кто внедрил RAP, но теперь его используют многие компании в различных отраслях, включая розничную торговлю, здравоохранение, производство и складирование.

Часто задаваемые вопросы по автоматизации

Что такое автоматизация?

Автоматизация — это применение технологий, программ, процессов, программирования или робототехники для достижения промышленных или производственных результатов с минимальным участием человека.

Что такое оборудование автоматизации?

К оборудованию для автоматизации относятся машины, роботы и приложения (например, конвейеры и специальные устройства), используемые для автоматизации производственной или складской деятельности с минимальным вмешательством человека.

Автоматизированное оборудование включает в себя такие технологии, как автоматизированные системы хранения и поиска (ASRS), сортировочные устройства и конвейеры

Существуют различные типы автоматизированного оборудования для различных отраслей промышленности, таких как оборудование для автоматизации складов, автомобилестроение, сельское хозяйство, производство продуктов питания и напитков и т. д.

Что такое промышленная автоматизация?

Промышленная автоматизация — это применение оборудования автоматизации, систем управления, робототехники, машин и компьютерного программного обеспечения для выполнения задач с ограниченным участием человека.

Промышленная автоматизация может улучшить качество, производительность и безопасность на складах, фабриках, промышленном производстве и других процессах.

Примеры промышленной автоматизации:

• Автоматизация склада
• Обработка материалов и упаковка
• Инспекция и контроль качества
• Производство металлов; сварка, резка, механическая обработка, наплавка и т. д.
• Производство продуктов питания и напитков

Что такое системы промышленной автоматизации?

Промышленная автоматизация включает в себя использование технологий для управления повторяющимися задачами, в том числе опасными задачами, которые угрожают безопасности людей. Промышленная автоматизация повышает точность производства и безопасность предприятия/промышленности.

Системы промышленной автоматизации включают такие технологии, как автоматические краны, используемые как часть автоматизированной системы хранения и поиска (ASRS)

Общие примеры реализации систем промышленной автоматизации включают:

• Складские системы ASRS
• Оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ)
• Гибкие производственные системы
• Автоматизированное производство

Что такое компьютерная автоматизация?

Компьютерная автоматизация относится к использованию компьютерного программного обеспечения, электроники, устройств с компьютерным управлением, программирования, а иногда и роботов для управления процессами и замены ручного труда на складах, в центрах обработки данных, на заводах, развертывании облачных вычислений и т. д.

Кто создал автоматизацию?

В 1785 году Оливер Эванс разработал автоматическую мукомольную мельницу, первый полностью автоматизированный промышленный процесс с непрерывным производством без вмешательства человека. Но термин «автоматизация» не использовался до 1946 года.

Автоматизированная мукомольная мельница Оливера Эвана, похожая на вышеприведенную, была первой автоматизированной машиной.

Термин «автоматизация» приписывается Д.С. , в 1946. ​​Хардер придумал автоматизацию в автомобильной промышленности, описывая ее как усиление механизации производственных линий для контроля и повышения производительности.

Уильям Грей Уолтер разработал первых автономных роботов для автоматизации в 1948 году. 

Как работает автоматизация?

В общем, автоматизация — это технологические машины, которые выполняют процесс, используя запрограммированные компьютером команды с автоматическим контролем обратной связи для выполнения инструкций.

В результате получается система, которая может работать без вмешательства человека, направляя задачи, оптимизируя процессы и повышая производительность.

Каковы уровни автоматизации?

Существует 4 различных уровня автоматизации производства. В порядке от наиболее общего к наиболее конкретному:

1. Информация или корпоративный уровень

Это высший уровень промышленной автоматизации. Этот уровень управляет всей системой промышленной автоматизации с такими задачами, как планирование производства, заказы, анализ клиентов и рынка, продажи и т. д. Этот уровень больше связан с коммерческой деятельностью компании/склада и меньше с техническими аспектами.

2. Надзор и контроль уровня производства

На этом уровне системы мониторинга и автоматические устройства облегчают выполнение функций контроля и вмешательства в автоматических системах, например, человеко-машинный интерфейс (HMI). Он включает в себя наблюдение за различными параметрами и файлами, установку производственных целей, настройку запуска и остановки машины, архивирование истории и т. д.

Этот уровень включает больше компьютерного программирования и человеческого контроля. На этом уровне широко используются системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) или системы управления распределением (DCS).

3. Уровень контроля

На уровне управления автоматизацией находятся различные устройства автоматизации, такие как роботы, станки с ЧПУ, ПЛК и т. д., которые получают параметры процесса от датчиков и других полевых устройств. Этот уровень предполагает небольшой уровень человеческого взаимодействия и поддерживает функцию и стратегию управления автоматизированными системами.

4. Полевой уровень

Самый низкий уровень автоматизации — это полевая автоматизация, которая включает в себя полевые устройства, такие как датчики, штрих-коды, клапаны, реле, приводы и т. д. Эти автоматические устройства передают данные о процессах и машинах на следующий более высокий уровень для мониторинга, анализа и управления. .

Каковы различные типы автоматизированных систем обработки материалов?

Некоторые распространенные типы автоматизированного погрузочно-разгрузочного оборудования включают:

• Складеры
• Автоматизированные складско-поисковые системы (АСХД)
• Рельсовые транспортные средства (РГВ)
• Автоматизированные транспортные средства (AGV)
• Автономные интеллектуальные транспортные средства (AIV)

Какова цель автоматизации?

Автоматизация предназначена для оптимизации операций и улучшения рабочего процесса компании. Automaton сокращает время, усилия, затраты и количество ручных ошибок, повышая эффективность производства, скорость и результаты вашего бизнеса.

Автоматизация помогает уменьшить потребность в ручных операциях, что может повысить безопасность, сэкономить время и деньги и повысить производительность. В целом цели промышленной автоматизации:

• Оптимизация процесса
• Повышение производительности и производительности
• Улучшить качество
• Решения по снижению затрат (например, для человеческого труда)
• Повышение эффективности использования ресурсов
• Сократить время производства

Для чего используется автоматизация?

Автоматизация — это создание и применение технологий и систем для контроля и управления производством, доставкой и обслуживанием продуктов и услуг. В целом, автоматизация используется для рационализации производственного/производственного рабочего процесса, мониторинга и контроля, чтобы ограничить участие человека, уменьшить количество ошибок, повысить точность, увеличить производительность и сократить расходы.

Каковы преимущества промышленной автоматизации?

Автоматизация имеет много преимуществ для предприятий и работников. Вот основные преимущества: 

• Более высокая производительность. Автоматизация сокращает время производства, обеспечивая более высокую производительность и больший объем производства.
• Повышение производительности. Повышение производительности за счет лучшего производственного контроля, сокращения времени простоя, уменьшения количества ошибок, сокращения времени сборки каждого изделия и т. д.
• Снижение эксплуатационных расходов. Снижение потребности в человеческом труде и времени приводит к снижению затрат на производство и техническое обслуживание, таких как заработная плата рабочих, льготы, здравоохранение, пенсии, премии и т. д. 
• Снижение затрат на обслуживание. Машины промышленной автоматизации требуют меньшего обслуживания, поскольку они редко выходят из строя.
• Стабильность качества продукции. Автоматизация снижает участие человека, устраняя человеческие ошибки и способствуя обеспечению качества и однородности продукции.
• Повышенная безопасность труда. Автоматизация создает лучшие условия труда. Машины работают с процессами, связанными с чрезмерным давлением, экстремальными температурами, большими усилиями, токсичными материалами или быстрыми движениями, которые представляют опасность для персонала.
• Повышенная повторяемость. Автоматизированные системы на производственной линии эффективны, потому что повторяющаяся последовательность «запрограммирована» на выполнение задач с заданной точностью. Приводы спроектированы с почти постоянным диапазоном движения, что повышает воспроизводимость.
• Сокращение плановых проверок. Автоматизация снижает потребность в рутинных ручных проверках различных параметров процесса. Технологии автоматизации помогают промышленным процессам автоматически регулировать переменные процесса для установки желаемых значений с использованием методов управления с обратной связью.
• Лучшее принятие решений. Больше подключенных устройств, управляемых средствами промышленной автоматизации, дают менеджерам более точные данные для использования при принятии решений. Это больше применимо к складским системам, цепочкам поставок, банковскому делу и финансам.

Как автоматизация используется сегодня?

Автоматизация присутствует на фабриках, складах, современных предприятиях, школах, больницах и домах всех размеров, среди прочего, для оптимизации операций и повышения эффективности. Автоматика имеет разные функции для разных целей.

Автоматизация используется во многих домах (например, интеллектуальные термостаты) и на предприятиях (например, автоматизированные транспортные тележки), чтобы уменьшить потребность в ручном выполнении задач

Автоматизация имеет тонкие функции в обычных программных приложениях с очевидными реализациями, такими как автономные роботы и беспилотное вождение транспортные средства.

Примеры автоматизированных систем включают: 

• FASTags уменьшают автоматическое соединение налогоплательщика и получателя
• Устройства резервного питания, такие как ИБП, инверторы, автоматические генераторы и т. д., напрямую обеспечивают производство энергией при отключении электроэнергии
• Роботизированный склад Amazon — отличный пример автоматизации
• Заводские конвейерные ленты увеличивают производительность
• Складские системы ASRS

Каковы новейшие технологии автоматизации?

Примеры новейших технологий автоматизации:

• Развитие искусственного интеллекта в автоматизации с коллаборативными роботами
• Программное обеспечение: платформы приложений без кода и с малым кодом (LCAP)
• Роботизированная автоматизация технологических процессов (RPA)
• Роботизированные газовые насосы
• Когнитивный интеллект, такой как чат-боты, электронный маркетинг и т.