Автоматизация технологических процессов

С.Н. ФУРСЕНКО 
Е.С. ЯКУБОВСКАЯ 
Е.С. ВОЛКОВА
АВТОМАТИЗАЦИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ
Допущено
Министерством образования Республики Беларусь
в качестве учебного пособия для студентов учреждений 
высшего сельскохозяйственного образования 
по техническим специальностям
(соответствует направлению подготовки 15.03.04
«Автоматизация технологических процессов и производств»)
Москва
«ИНФРА
М»
2022

УДК 631.171(075.8)
ББК 40.7я73
 
Ф95
Р е ц е н з е н т ы:
доцент кафедры  автоматизации производственных процессов и электротехники Белорусского  государственного технологического университета, 
кандидат технических наук, доцент И.Ф. Кузьмицкий;
зав.  кафедрой  энергоэффективных технологий   Международного государственного экологического университета им. А.Д. Сахарова,  кандидат 
технических  наук В.А. Пашинский
Ф95
Фурсенко, С.Н.
Автоматизация  технологических процессов : учебное пособие / С.Н. Фурсенко, Е.С.  Якубовская, Е.С.  Волкова. — 
Москва : ИНФРА-М, 2022. — 377 с. : ил. — (Высшее образование: Бакалавриат).
ISBN 978-5-16-010309-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102249-8 (ИНФРА-М, online)
Раскрыта теория построения систем автоматизированного управления и регулирования. Подробно изложена методика синтеза систем 
автоматического управления поточными технологическими линиями, 
показаны принципы их реализации на программируемых логических 
контроллерах. Приведены требования к документации проекта автоматизации. Описаны автоматизированные системы управления типовыми технологическими процессами сельскохозяйственного производства.
Для студентов инженерных специальностей. Может быть полезно 
широкому кругу инженерно-технических работников, занимающихся 
проектированием и эксплуатацией систем автоматизации.
УДК 631.171(075.8)
ББК 40.7я73
 
© Фурсенко С.Н., Якубовская Е.С., 
Волкова Е.С.,  2014
 
© ООО «Новое знание», 2014
ISBN 978-5-16-010309-9 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-102249-8 (ИНФРА-М, online)

Оглавление
Предисловие..............................................................................................................................6
Список сокращений................................................................................................................7
Глава 1. Основные понятия и определения автоматизации 
технологических процессов...............................................................................................8
Контрольные вопросы и задания......................................................................................13
Глава 2. Технологические процессы как объекты автоматизации..................14
Контрольные вопросы и задания......................................................................................22
Глава 3. Синтез систем автоматического управления поточными 
технологическими линиями..............................................................................................23
3.1. Понятие синтеза.
............................................................................................................23
3.2. Структура и состав САУ поточных технологических линий.......................24
3.3. Разработка структуры управления ПТЛ..............................................................36
Контрольные вопросы и задания......................................................................................51
Глава 4. Программируемые логические контроллеры в системах 
автоматического управления ПТЛ................................................................................52
4.1. Архитектура и принцип работы программируемых логических 
контроллеров (ПЛК) в САУ ПТЛ.........................................................................52
4.2. Программирование микропроцессорной системы управления 
в машинном коде.
..........................................................................................................59
4.3. Схемы подключения программируемых логических контроллеров..........69
4.4. Принципы программирования логических контроллеров.
............................84
Контрольные вопросы и задания......................................................................................92
Глава 5. Синтез систем автоматического регулирования (САР).
....................93
5.1. Характеристика технологической установки как объекта .
автоматизации................................................................................................................93
5.2. Виды систем автоматического регулирования.
............................................... 100
5.3. Регулирующие контуры........................................................................................... 102
5.4. Идентификация характеристик объекта управления................................... 109
5.5. Выбор способа регулирования и закона непрерывного .
регулирования............................................................................................................. 120
5.6. Релейные (позиционные) регуляторы.
............................................................... 124
5.7. Регуляторы непрерывного действия................................................................... 131
5.8. Настройка регулятора непрерывного действия.............................................. 136
Контрольные вопросы и задания................................................................................... 150
Глава 6. Проектная документация систем автоматизации.
.............................. 151
6.1. Назначение и содержание проекта автоматизации технологических 
процессов.
...................................................................................................................... 151

Оглавление
4
6.2. Структурные схемы автоматизации.................................................................... 156
6.3. Схемы автоматизации.
.............................................................................................. 159
6.3.1. Назначение схем автоматизации и общие принципы 
их выполнения................................................................................................. 159
6.3.2. Изображение технологического инженерного оборудования 
и коммуникаций на схемах автоматизации.
.......................................... 162
6.3.3. Изображение приборов и средств автоматизации на схеме 
автоматизации.................................................................................................. 166
6.3.4. Требования к изображению линий связи на схемах .
автоматизации.................................................................................................. 174
6.3.5. Пример выполнения схем автоматизации............................................. 175
6.4. Принципиальные электрические схемы............................................................ 178
6.4.1. Назначение и типы принципиальных электрических схем............ 178
6.4.2. Основные требования к оформлению принципиальных 
электрических схем управления, регулирования, 
контроля и сигнализации.
............................................................................ 182
6.4.3. Реализация типовых цепей управления, защиты, 
контроля и сигнализации на принципиальной схеме....................... 192
6.4.3.1. Переключение режимов работы оборудования.
.................... 192
6.4.3.2. Автоматическая защита.
................................................................. 194
6.4.3.3. Сигнализация..................................................................................... 196
6.4.3.4. Дополнительные аппараты аварийного отключения.......... 199
6.4.3.5. Блокировка цепей катушек реверсивного пускателя......... 199
6.4.4. Принципиальные электрические схемы регулятора.
......................... 200
6.5. Основные требования к схемам соединений внешних проводок.
............ 207
6.6. Основные требования к проектной документации на щитовую 
продукцию систем автоматики............................................................................. 213
Контрольные вопросы и задания................................................................................... 231
Глава 7. Автоматизация типовых технологических процессов 
сельскохозяйственного производства...................................................................... 233
7.1. Автоматизация процессов послеуборочной обработки зерновых.
........... 233
7.1.1. Технологические схемы и оборудование для обработки зерна.
..... 233
7.1.2. Автоматизация процесса очистки и сортировки зерна. 
Модель зерноочистительной машины.
.................................................... 238
7.1.3. Автоматизация процесса очистки и сортирования зерна 
на агрегатах типа ЗАВ.
.................................................................................. 239
7.1.4. Автоматизация зерносушилок.
................................................................... 243
7.1.5. Автоматизация активного вентилирования зерна.............................. 253
7.2. Автоматизация технологических процессов в защищенном грунте....... 258
7.2.1. Автоматизация микроклимата парников и теплиц............................ 258
7.2.2. Автоматизация процесса полива и подкормки растений .
в теплице.
............................................................................................................ 266
7.3. Автоматизация хранилищ сельскохозяйственной продукции.................. 272

Оглавление
5
7.4. Автоматизация технологических процессов в животноводстве 
и птицеводстве............................................................................................................ 278
7.4.1. Автоматизация вентиляционных установок......................................... 278
7.4.1.1. Технологические требования к микроклимату 
в помещениях.
................................................................................................... 278
7.4.1.2. Организация воздухообмена в помещениях .
для содержания КРС, свиней и птицы................................................... 281
7.4.1.3. Управление вентиляционными установками 
в животноводческих помещениях............................................................. 288
7.4.2. Автоматизация технологических процессов в инкубатории.......... 297
7.4.3. Автоматизация кормораздачи.
.................................................................... 301
7.4.3.1. Технологические основы кормления животных .
и птицы.
............................................................................................................... 301
7.4.3.2. Автоматизация раздачи кормов на фермах 
и промышленных комплексах крупного рогатого скота.................. 304
7.4.3.3. Автоматизация раздачи кормов на свиноводческих .
фермах и комплексах..................................................................................... 310
7.4.4. Автоматизация удаления навоза и помета............................................ 313
7.4.5. Автоматизация доильных установок и оборудования .
первичной обработки молока..................................................................... 320
7.4.6. Автоматизация поточных линий сбора яиц на птицефабриках.... 328
7.5. Автоматизация энергоснабжения......................................................................... 331
7.5.1. Автоматизация установок для подогрева воды................................... 331
7.5.2. Автоматизация установок для получения пара................................... 336
7.5.3. Автоматизация теплогенераторов............................................................. 343
7.6. Автоматизация водоснабжения и орошения.
................................................... 346
7.6.1. Автоматизация водонасосных установок для ферм .
и населенных пунктов................................................................................... 346
7.6.2. Автоматизация технологических процессов гидромелиорации....... 354
Контрольные вопросы и задания................................................................................... 359
Приложения......................................................................................................................... 361
1. Основные законы алгебры логики.......................................................................... 361
2. Условные графические обозначения, наиболее широко 
применяемые в принципиальных электрических схемах 
проекта автоматизации................................................................................................ 364
3. Буквенные коды позиционных обозначений элементов .
по ГОСТ 2.710–81 на принципиальных электрических схемах.
.....................370
Литература............................................................................................................................ 374

Предисловие
В  современных условиях развития производства успешность 
производственной деятельности определяется внедрением экономически выгодных безотходных ресурсо- и энергосберегающих технологий. Реализация таких технологий возможна только на базе 
интеллектуальных автоматизированных систем, использующих 
последние достижения  — как отечественные, так и  зарубежные. 
Поэтому, работая над образовательной программой по автоматизации для современного инженера, необходимо не  только делать 
упор на традиционно высокий уровень теории автоматического 
управления, типовые алгоритмы управления технологическими 
процессами, но и включать в нее зарубежный опыт реализации систем управления на базе микропроцессорных устройств управления (МПУУ).
Издание преследует цель дать основы автоматизации технологических процессов на базе компьютерных технологий управления, что невозможно без четкого представления о технологических 
требованиях к  процессу, знания теории автоматов и  принципов 
реализации систем автоматического управления, умения изложения и чтения технического решения через проектную документацию и учета особенностей микропроцессорной техники и технических средств автоматизации при реализации систем управления. 
Поэтому в данном пособии приводятся основные термины и определения автоматизации технологических процессов; излагаются 
технологические основы автоматизации технологических процессов; раскрываются принципы построения и  функционирования 
технических средств автоматизации (в том числе цифровых), методика проектирования и настройки систем автоматического управления технологическими процессами (САУ ТП); отражается структура 
проекта автоматизации, нормативные требования к  его реализации в документации; рассматриваются примеры построения САУ 
ТП на базе МПУУ.
При написании пособия ставилась задача обобщить, проанализировать и систематизировать разработки в области автоматизации 
технологических процессов, инженерные методы синтеза систем 
автоматизированного управления технологическими процессами 
с учетом функциональных возможностей современных средств автоматизации.

Список сокращений
	
АЛУ	 —	арифметическо-логическое устройство
	
АСУП	 —	автоматизированная система управления производством
	
АСУ	 —	автоматизированная система управления
	АСУ ТП	 —	автоматизированная система управления технологическим процессом
	
АТП	 —	автоматизация технологических процессов
	
АЦП	 —	аналогово-цифровой преобразователь
	
БИС	 —	большая интегральная схема
	
ИМ	 —	исполнительный механизм
	
ИС	 —	интегральная схема
	
ИЭ	 —	исполнительный элемент
	
МП	 —	микропроцессор
	
МПС	 —	микропроцессорная система
	 МПСУ	 —	микропроцессорная система управления
	 МПУУ	 —	микропроцессорное устройство управления
	
ОА	 —	объект автоматизации
	
ОЗУ	 —	оперативное запоминающее устройство
	
ОУ	 —	объект управления
	
ПЗУ	 —	постоянное запоминающее устройство
	
ПЛК	 —	программируемый логический контроллер
	
ПТЛ	 —	поточная технологическая линия
	
РКС	 —	релейно-контактная схема
	
РО	 —	регулирующий орган
	
РОН	 —	регистр общего назначения
	
РП	 —	регулирующий прибор
	
САУ	 —	система автоматического управления
	САУ ТП	 —	система автоматического управления технологическим 
процессом
	
ТП	 —	технологический процесс
	
ТСА	 —	технические средства автоматизации
	
ТУ	 —	техническое условие
	
ЦАП	 —	цифро-аналоговый преобразователь
	
ЦПУ	 —	центральное процессорное устройство
	
ША	 —	шина адреса
	
ШД	 —	шина данных
	
ПУ	 —	периферийные устройства

Глава
1
Основные понятия и определения 
автоматизации технологических 
процессов
Основополагающими понятиями при рассмотрении принципов автоматизации технологических процессов являются понятия 
системы, автоматизации и управления.
Под системой (рис. 1.1) понимается некоторая сущность, состоящая из многих компонентов и  реагирующая на воздействия 
внешней среды. Система способна воспринимать информацию 
из внешней среды, перерабатывать ее по некоторым свойственным 
ей алгоритмам и таким образом оказывать воздействие на внешнюю среду. Для связи с внешним миром у системы имеются входы 
и выходы.
На практике можно выделить системы естественного и искусственного происхождения, а также комбинированные.
Примером естественной системы может служить человек или 
животное. Система «человек» получает информацию через органы 
чувств, т.е. через органы зрения, обоняния, осязания, вкуса, слуха. 
Способность системы разговаривать, писать, двигаться обеспечивает выход информации.
Вход 1
Выход 1
Вход 2
Выход 2
Система
.
.
.
.
.
.
Вход n
Выход m
Рис. 1.1. Обобщенная схема системы

Глава 1. Основные понятия и определения
9
Пример искусственной системы — система управления микроклиматом в теплице. Информация о состоянии внешней среды от 
датчиков температуры и влажности поступает в систему. Выходом 
является поступление тепла от калорифера или движение фрамуг, 
увлажнение почвы и воздуха.
В комбинированных системах часть функций выполняется автоматическими устройствами, а часть — человеком.
Каждая система может состоять из множества подсистем, имеющих свои входы и выходы для контакта с внешней средой и другими подсистемами. Отличительными признаками каждой системы 
являются информационные параметры, алгоритм функционирования и  способ воздействия данной системы или подсистемы на 
внешнюю для нее среду.
В современной автоматике системы управления разделяют на 
автоматизированные системы управления производством (АСУП), 
автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системы автоматического управления технологическими процессами (САУ ТП).
АСУП — это человеко-машинная система, обеспечивающая автоматизированный сбор и  обработку информации, необходимой 
для оптимизации и управления в различных сферах, главным образом в  организационно-экономической деятельности человека, 
например: управление хозяйственно-плановой деятельностью отрасли, предприятием, комплексом, территориальным регионом.
АСУ ТП — это тоже человеко-машинная система, предназначенная для контроля режимов работы, сбора и обработки информации 
о протекании технологических процессов локальных производств. 
Обычно АСУ ТП охватывают отдельные цеха, животноводческие 
фермы и птицефабрики, хранилища, хозяйства и агрообъединения.
САУ ТП представляет собой совокупность автоматических управляющих устройств и  управляемого объекта, взаимодействующих 
друг с другом без непосредственного участия человека. Это чисто 
технические устройства, непосредственно выполняющие заданный 
алгоритм функционирования установок, действующих независимо друг от друга. Они находятся на самой низкой ступени иерархической лестницы системы управления, на средней ступени находятся АСУ ТП и на более высокой — АСУП.
АСУ подразделяют на автоматизированные и автоматические.

Глава 1. Основные понятия и определения
10
Система автоматизированная  — совокупность управляемого 
объекта, измерительной, преобразующей, передающей и исполнительной аппаратуры, в которой получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется 
частично автоматически, а частично с участием людей-операторов.
Система автоматическая — совокупность управляемого объекта, измерительной и управляющей аппаратуры, в которой (в отличие от системы автоматизированной) получение, преобразование и передача информации, формирование управляющих команд 
и их использование для воздействия на управляемый процесс осуществляется автоматически, без участия человека.
Автоматизация  — применение технических средств, экономико-математических методов и систем управления, частично или 
полностью освобождающих человека от непосредственного участия 
в процессах получения, преобразования, передачи и использования 
энергии, материалов или информации [40, с. 10].
Автоматизируются: технологические, энергетические, транспортные и другие производственные процессы; проектирование сложных 
агрегатов, промышленных сооружений, производственных комплексов; организация, планирование и управление в рамках цеха, предприятия, строительства, отрасли и т.д.; научные исследования, медицинское и техническое диагностирование, программирование, 
инженерные расчеты и т.д.
Цель автоматизации — повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, отстранение 
человека от работы в условиях, опасных для здоровья.
В зависимости от функций, выполняемых специальными автоматическими устройствами, различают следующие основные виды 
автоматизации [30, с.  7]: автоматический контроль, автоматическую защиту и автоматическое управление.
Автоматический контроль включает автоматическую сигнализацию, измерение, сортировку и сбор информации.
Автоматическая сигнализация предназначена для оповещения 
обслуживающего персонала о  предельных или аварийных значениях каких-либо физических параметров, о месте и характере нарушений технологического процесса (ТП).