Automatizācijas objekti un to raksturojums

Automatizācijas objekti (vadības objekti) — tās ir atsevišķas iekārtas, metāla griešanas mašīnas, mašīnas, agregāti, ierīces, mašīnu un iekārtu kompleksi, kas jāvada. Tie ir ļoti dažādi pēc mērķa, struktūras un darbības principa.

Automatizācijas objekts ir automātiskās sistēmas galvenā sastāvdaļa, kas nosaka sistēmas būtību, tāpēc tās izpētei tiek pievērsta īpaša uzmanība. Objekta sarežģītību galvenokārt nosaka tā zināšanu pakāpe un tā veicamo funkciju dažādība. Objekta izpētes rezultāti jāiesniedz skaidru ieteikumu veidā par objekta pilnīgas vai daļējas automatizācijas iespēju vai automatizācijai nepieciešamo nosacījumu neesamību.

Automatizācijas objektu raksturojums

Pirms automātiskās vadības sistēmas projektēšanas jāveic objekta apsekojums, lai noteiktu atrašanās vietas attiecības. Kopumā šīs attiecības var attēlot kā četras mainīgo kopas.

Kontrolēts traucējums, kuru kolekcija veido L-dimensijas vektoru H = h1, h2, h3, ..., hL... Tajos ietilpst izmērāmi mainīgie, kas ir atkarīgi no ārējās vides, piemēram, izejvielu kvalitātes rādītāji lietuvē, daudzums tvaika katlā patērētā tvaika, ūdens plūsmas caurplūdes ūdens sildītājā, gaisa temperatūras siltumnīcā, kas mainās atkarībā no ārējās vides apstākļiem un procesu ietekmējošiem faktoriem. Kontrolējamiem traucējumiem tiek noteikti tehnoloģiskie nosacījumi.

Vadāmā tehnoloģiskā procesa rādītāju sauc par vadāmo lielumu (koordinātu), bet fizisko lielumu, ar kuru tiek kontrolēts tehnoloģiskā procesa indikators, sauc par kontrolējošo darbību (ievades daudzums, koordināte).

Kontroles darbības, kuru kopums veido n-dimensionālu vektoru X = x1, x2, x3, ..., xn... Tie ir neatkarīgi no ārējās vides un visbūtiskāk ietekmē tehnoloģisko procesu. Ar viņu palīdzību procesa gaita tiek mērķtiecīgi mainīta.

Lai kontrolētu darbības ietver elektromotoru, elektrisko sildītāju, izpildmehānismu ieslēgšana un izslēgšana, vadības vārstu novietojumu, regulatoru stāvokli utt.

Izvades mainīgie, kura kopa veido M-dimensijas stāvokļa vektoru Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Šie mainīgie ir objekta izvade, kas raksturo tā stāvokli un nosaka gatavās produkcijas kvalitātes rādītājus. .

Nekontrolēta traucējoša ietekme, kuru kopums veido G-dimensiju vektoru F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Tie ietver tādus traucējumus, kurus viena vai otra iemesla dēļ nevar izmērīt, piemēram, sensoru trūkuma dēļ.

Rīsi. 1.Automatizācijas objekta ieejas un izejas

Izpētot automatizējamā objekta aplūkotās attiecības, var izdarīt divus diametrāli pretējus secinājumus: pastāv stingra matemātiska atkarība starp objekta izejas un ievades mainīgajiem, vai arī starp šiem mainīgajiem nav atkarības, ko varētu izteikt ar uzticamu matemātisko rādītāju. formula.

Tehnoloģisko procesu automātiskās vadības teorijā un praksē ir uzkrāta pietiekama pieredze, aprakstot objekta stāvokli šādās situācijās. Šajā gadījumā objekts tiek uzskatīts par vienu no automātiskās vadības sistēmas saitēm. Gadījumos, kad ir zināma matemātiskā sakarība starp izejas mainīgo y un objekta vadības ievades darbību x, izšķir divas galvenās matemātisko aprakstu ierakstīšanas formas — tās ir objekta statiskās un dinamiskās īpašības.

Statiskais raksturlielums matemātiskā vai grafiskā formā izsaka izejas parametru atkarību no ievades. Binārajām attiecībām parasti ir skaidrs matemātisks apraksts, piemēram, liešanas materiālu svēršanas dozatoru statiskais raksturlielums ir formā h = km (šeit h ir elastīgo elementu deformācijas pakāpe; t ir materiāla masa; k ir proporcionalitātes koeficients, kas ir atkarīgs no elastīgā elementa materiāla īpašībām).

Ja ir vairāki mainīgie parametri, nomogrammas var izmantot kā statiskus raksturlielumus.

Objekta statiskais raksturlielums nosaka turpmāko automatizācijas mērķu veidošanos. No praktiskās īstenošanas viedokļa lietuvēs šos mērķus var samazināt līdz trīs veidiem:

• objekta sākotnējo parametru stabilizācija;

• izvades parametru maiņa atbilstoši dotai programmai;

• dažu izvades parametru kvalitātes izmaiņas, mainoties procesa apstākļiem.

Tomēr vairākus tehnoloģiskos objektus nav iespējams aprakstīt matemātiski, jo ir daudz savstarpēji saistītu faktoru, kas ietekmē procesa gaitu, nekontrolējamu faktoru klātbūtne un zināšanu trūkums par procesu. Šādi objekti ir sarežģīti no automatizācijas viedokļa. Sarežģītības pakāpi nosaka objekta ieeju un izeju skaits. Šādas objektīvas grūtības rodas, pētot procesus, ko samazina masas un siltuma pārnese. Tāpēc to automatizācijā ir nepieciešami pieņēmumi vai nosacījumi, kam būtu jāveicina automatizācijas galvenā mērķa sasniegšana - vadības efektivitātes paaugstināšana, maksimāli pietuvinot tehnoloģiskos režīmus optimālajiem.

Sarežģītu objektu pētīšanai tiek izmantota tehnika, kas sastāv no objekta nosacīta attēlojuma «melnās kastes» formā. Tajā pašā laikā tiek pētīti tikai ārējie savienojumi, kā arī netiek ņemta vērā sistēmas rīta struktūra, tas ir, tiek pētīts, ko objekts dara, nevis kā tas funkcionē.

Objekta uzvedību nosaka izvades vērtību reakcija uz ievades vērtību izmaiņām. Galvenais instruments šāda objekta izpētei ir statistikas un matemātiskās metodes. Metodiski objekta izpēti veic sekojošā veidā: nosaka galvenos parametrus, nosaka diskrētu galveno parametru izmaiņu sēriju, objekta ievades parametrus mākslīgi izmaina izveidotās diskrētās sērijas ietvaros, visas izmaiņas. iznākumos tiek reģistrēti un rezultāti tiek statistiski apstrādāti.

Dinamiskās īpašības automatizācijas objektu nosaka vairākas tā īpašības, no kurām dažas veicina kvalitatīvu kontroles procesu, citas to kavē.

No visām automatizācijas objektu īpašībām, neatkarīgi no to daudzveidības, var izdalīt galvenās, raksturīgākās: kapacitāti, pašsalīdzināšanas spēju un aizkavēšanos.

Jauda ir objekta spēja uzkrāt darba vidi un uzglabāt to objektā. Vielas vai enerģijas uzkrāšanās ir iespējama tāpēc, ka katrā objektā ir izejas pretestība.

Objekta ietilpības mērs ir kapacitātes koeficients C, kas raksturo vielas vai enerģijas daudzumu, kas jāpievada objektam, lai kontrolēto vērtību mainītu par vienu vienību pieņemtajā mērījumu izmērā:

kur dQ ir starpība starp vielas vai enerģijas pieplūdumu un patēriņu; ru — kontrolēts parametrs; t ir laiks.

Jaudas koeficienta lielums var atšķirties atkarībā no kontrolējamo parametru izmēriem.

Jo mazāks ir vadāmā parametra izmaiņu ātrums, jo lielāks ir objekta kapacitātes koeficients. No tā izriet, ka vieglāk kontrolēt tos objektus, kuru jaudas koeficienti ir lielāki.

Pašlīmeņošanās Tā ir objekta spēja pēc traucējumiem bez vadības ierīces (regulatora) iejaukšanās nonākt jaunā līdzsvara stāvoklī.Objektus, kuriem ir pašsalīdzināšanās, sauc par statiskiem, bet tos, kuriem šī īpašība nav, par neitrāliem vai astatiskiem. . Pašregulācija veicina objekta vadības parametra stabilizāciju un atvieglo vadības ierīces darbību.

Pašlīmeņojošos objektus raksturo pašizlīdzināšanās koeficients (pakāpe), kas izskatās šādi:

Atkarībā no pašlīmeņošanās koeficienta objekta statiskie raksturlielumi iegūst citu formu (2. att.).

Kontrolējamā parametra atkarība no slodzes (relatīvais traucējums) pie dažādiem pašizlīdzināšanās koeficientiem: 1-ideāla pašizlīdzināšanās; 2 — normāla pašizlīdzināšanās; 3 — pašizlīdzināšanās trūkums

Atkarība 1 raksturo objektu, kuram vadāmā vērtība nemainās pie jebkādiem traucējumiem, šādam objektam nav nepieciešamas vadības ierīces. 2. atkarība atspoguļo objekta parasto pašlīdzināšanos, 3. atkarība raksturo objektu, kuram nav pašsalīdzinājuma. Koeficients p ir mainīgs, tas palielinās, palielinoties slodzei, un vairumā gadījumu tam ir pozitīva vērtība.

Kavēšanās — tas ir laiks, kas pagājis no disbalansa brīža līdz objekta kontrolētās vērtības izmaiņu sākumam. Tas ir saistīts ar pretestību un sistēmas impulsu.

Ir divu veidu aizkave: tīrā (vai transporta) un pārejošā (vai kapacitatīvā), kas palielina kopējo kavēšanos objektā.

Tīra aizkave ieguva savu nosaukumu, jo objektos, kur tā pastāv, objekta izvades reakcijas laiks mainās, salīdzinot ar laiku, kad notiek ievades darbība, nemainot darbības apjomu un formu. Iekārtai, kas darbojas ar maksimālo slodzi vai kurā signāls izplatās lielā ātrumā, ir minimālā neto aizkave.

Pārejoša kavēšanās rodas, kad vielas vai enerģijas plūsma pārvar pretestības starp objekta kapacitāti.To nosaka kondensatoru skaits un pārvades pretestību lielums.

Tīras un pārejošas aizkaves pasliktina kontroles kvalitāti; tāpēc ir jācenšas samazināt viņu vērtības. Papildu pasākumi ietver mērīšanas un kontroles ierīču izvietošanu objekta tiešā tuvumā, zemas inerces jutīgu elementu izmantošanu, paša objekta strukturālo racionalizāciju utt.

Automatizācijai paredzēto objektu svarīgāko raksturlielumu un īpašību analīzes rezultāti, kā arī to izpētes metodes ļauj formulēt virkne prasību un nosacījumu, kuru izpilde garantē veiksmīgas automatizācijas iespēju. Galvenās no tām ir šādas:

• objektu attiecību matemātisks apraksts, kas attēlots statisku raksturlielumu veidā; sarežģītiem objektiem, kurus nevar aprakstīt matemātiski — matemātisko un statistisko, tabulu, telpisko un citu metožu izmantošana objekta attiecību pētīšanai, pamatojoties uz noteiktu pieņēmumu ieviešanu;

• objekta dinamisko raksturlielumu konstruēšana diferenciālvienādojumu vai grafiku veidā pārejas procesu izpētei objektā, ņemot vērā visas galvenās objekta īpašības (kapacitāte, nobīde, pašizlīdzināšanās);

• tādu tehnisko līdzekļu izmantošanu objektā, kas nodrošinātu informācijas izplatīšanu par visu objekta interesējošo parametru izmaiņām vienotu, ar sensoriem mērītu signālu veidā;

• izpildmehānismu ar vadāmām piedziņām izmantošana objekta vadīšanai;

• ticami zināmu objekta ārējo traucējumu izmaiņu robežu noteikšana.

Pakārtotās prasības ietver:

• robežnosacījumu noteikšana automatizācijai atbilstoši kontroles uzdevumiem;

• ienākošo daudzumu ierobežojumu noteikšana un kontroles darbības;

• optimitātes (efektivitātes) kritēriju aprēķins.

Automatizācijas objekta piemērs ir iekārta liešanas smilšu sagatavošanai lietuvē

Formēšanas smilšu izgatavošanas process sastāv no sākotnējo komponentu dozēšanas, ievadīšanas maisītājā, gatavā maisījuma sajaukšanas un padeves uz formēšanas līnijām, izlietotā maisījuma apstrādes un reģenerācijas.

Lietuvē visbiežāk sastopamo smilšu-māla maisījumu izejmateriāli: atkritumu maisījums, svaigas smiltis (pildviela), māls vai bentonīts (saistviela), maltas ogles vai oglekli saturoši materiāli (nepiedegoša piedeva), ugunsizturīgās un speciālās piedevas (ciete). , melase) un arī ūdens.

Sajaukšanas procesa ievades parametri ir norādīto formēšanas materiālu izmaksas: izlietotais maisījums, svaigas smiltis, māls vai bentonīts, maltas ogles, ciete vai citas piedevas, ūdens.

Sākotnējie parametri ir formējamā maisījuma nepieciešamās mehāniskās un tehnoloģiskās īpašības: sausā un mitrā izturība, gāzu caurlaidība, blīvēšana, formējamība, plūstamība, tilpuma blīvums utt., ko kontrolē ar laboratorijas analīzi.

Turklāt izejas parametri ietver arī maisījuma sastāvu: aktīvo un efektīvo saistvielu saturs, aktīvās ogles saturs, mitruma saturs vai saistvielas mitrināšanas pakāpe, smalko daļiņu saturs - mitrumu absorbējošās smalkās daļiņas. un maisījuma granulometrisko sastāvu vai smalkuma moduli.

Tādējādi procesa kontroles objekts ir maisījuma sastāvs. Nodrošinot optimālu gatavā maisījuma sastāvdaļu sastāvu, kas noteikts eksperimentāli, ir iespējams panākt maisījuma mehānisko un tehnoloģisko īpašību stabilizāciju noteiktā līmenī.

Traucējumi, kuriem tiek pakļauta maisījuma sagatavošanas sistēma, ievērojami sarežģī maisījuma kvalitātes stabilizācijas uzdevumu. Traucējumu iemesls ir recirkulācijas plūsma — atkritumu maisījuma izmantošana. Galvenais sašutums maisījumu sagatavošanas sistēmā ir liešanas procesi. Šķidra metāla ietekmē maisījuma daļā, kas atrodas tiešā lējuma tuvumā un uzkarsē līdz augstām temperatūrām, notiek pamatīgas izmaiņas aktīvās saistvielas, ogļu un cietes sastāvā un to pāreja uz neaktīvu komponentu.

Maisījuma pagatavošana sastāv no diviem secīgiem procesiem: maisījuma dozēšanas vai sajaukšanas, kas nodrošina komponentam nepieciešamā sastāva iegūšanu, un sajaukšanu, kas nodrošina viendabīga maisījuma iegūšanu un piešķir tam nepieciešamās tehnoloģiskās īpašības.

Mūsdienu tehnoloģiskajā formēšanas maisījumu sagatavošanas procesā tiek izmantotas nepārtrauktas izejvielu (formēšanas) materiālu dozēšanas metodes, kuru uzdevums ir radīt nepārtrauktu materiāla vai tā atsevišķu sastāvdaļu daudzuma nepārtrauktu plūsmu ar plūsmas ātruma novirzēm no dots ne vairāk kā pieļaujams.

Sajaukšanas procesa kā vadības objekta automatizāciju var veikt ar sekojošo:

• racionāla maisījuma sagatavošanas sistēmu uzbūve, ļaujot izslēgt vai samazināt traucējumu ietekmi uz maisījuma sastāvu;

• svēršanas dozēšanas metožu izmantošana;

• savienotu vadības sistēmu izveide daudzkomponentu dozēšanai, ņemot vērā procesa dinamiku (maisītāja inerci un aizkavi), un vadošajam komponentam jābūt izlietotajam maisījumam, kuram ir būtiskas plūsmas ātruma un sastāva svārstības;

• automātiska maisījuma kvalitātes kontrole un regulēšana tā pagatavošanas laikā;

• automātisko ierīču izveide maisījuma sastāva un īpašību kompleksai kontrolei ar kontroles rezultātu apstrādi datorā;

• savlaicīga maisījuma receptes maiņa, mainot maisījuma/metāla attiecību veidnē un lējuma dzesēšanas laiku pirms sasitīšanas.