Objekti avtomatizacije in njihove značilnosti

Objekti avtomatizacije (objekti nadzora) — to so ločene naprave, stroji za rezanje kovin, stroji, agregati, naprave, kompleksi strojev in naprav, ki jih je treba nadzorovati. So zelo raznoliki po namenu, strukturi in načelu delovanja.

Predmet avtomatizacije je glavna komponenta avtomatskega sistema, ki določa naravo sistema, zato je posebna pozornost namenjena njegovemu preučevanju. Kompleksnost predmeta je določena predvsem s stopnjo njegovega poznavanja in raznolikostjo funkcij, ki jih opravlja. Rezultati študije predmeta morajo biti predstavljeni v obliki jasnih priporočil glede možnosti popolne ali delne avtomatizacije objekta ali odsotnosti potrebnih pogojev za avtomatizacijo.

Značilnosti objektov avtomatizacije

Pred zasnovo avtomatskega krmilnega sistema mora biti opravljen pregled lokacije, da se ugotovijo razmerja med lokacijo. Na splošno lahko ta razmerja predstavimo kot štiri nize spremenljivk.

Nadzorovana motnja, katerih zbirka tvori L-dimenzionalni vektor H = h1, h2, h3, ..., hL... Vključujejo merljive spremenljivke, ki so odvisne od zunanjega okolja, kot so kazalniki kakovosti surovin v livarni, količina porabljene pare v parnem kotlu, pretok vode v pretočnem grelniku vode, temperatura zraka v rastlinjaku, ki se spreminja glede na zunanje pogoje okolja in dejavnike, ki vplivajo na proces. Za nadzorovane motnje so postavljene omejitve glede tehnoloških pogojev.

Kazalnik tehnološkega procesa, ki ga krmilimo, imenujemo krmiljena veličina (koordinata), fizikalno veličino, s katero krmilimo indikator tehnološkega procesa, pa krmilno delovanje (vhodna veličina, koordinata).

Nadzorna dejanja, katerih celota tvori n-dimenzionalni vektor X = x1, x2, x3, ..., xn... So neodvisni od zunanjega okolja in imajo najpomembnejši vpliv na tehnološki proces. Z njihovo pomočjo se načrtno spremeni potek procesa.

Za nadzor dejanj vključujejo vklop in izklop elektromotorjev, električnih grelnikov, aktuatorjev, položaj regulacijskih ventilov, položaj regulatorjev itd.

Izhodne spremenljivke, katerih niz tvori M-dimenzionalni vektor stanja Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Te spremenljivke so izhod objekta, ki označuje njegovo stanje in določa kazalnike kakovosti končnega izdelka. .

Nenadzorovani moteči vplivi, katerih zbirka tvori G-dimenzionalni vektor F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Vključujejo takšne motnje, ki jih iz takšnih ali drugačnih razlogov ni mogoče izmeriti, na primer zaradi pomanjkanja senzorjev.

riž. 1.Vhodi in izhodi objekta avtomatizacije

Preučevanje obravnavanih odnosov objekta, ki ga je treba avtomatizirati, lahko vodi do dveh diametralno nasprotnih zaključkov: obstaja stroga matematična odvisnost med izhodnimi in vhodnimi spremenljivkami predmeta ali pa med temi spremenljivkami ni odvisnosti, ki bi jo lahko izrazili z zanesljivo matematično metodo. formula.

V teoriji in praksi avtomatskega vodenja tehnoloških procesov je bilo pridobljenih dovolj izkušenj pri opisovanju stanja objekta v takih situacijah. V tem primeru se objekt šteje za eno od povezav v sistemu avtomatskega nadzora. V primerih, ko je znano matematično razmerje med izhodno spremenljivko y in kontrolnim vhodnim dejanjem x objekta, ločimo dve glavni obliki zapisa matematičnih opisov — to sta statične in dinamične značilnosti objekta.

Statična značilnost v matematični ali grafični obliki izraža odvisnost izhodnih parametrov od vhodnih. Binarna razmerja imajo običajno jasen matematični opis, na primer statična karakteristika tehtalnih dozatorjev za ulivanje materialov ima obliko h = km (tu je h stopnja deformacije elastičnih elementov; t je masa materiala; k je faktor sorazmernosti, ki je odvisen od lastnosti materiala elastičnega elementa).

Če je spremenljivih parametrov več, lahko kot statične karakteristike uporabimo nomograme.

Statična značilnost objekta določa kasnejše oblikovanje ciljev avtomatizacije. Z vidika praktične izvedbe v livarni lahko te cilje zmanjšamo na tri vrste:

• stabilizacija začetnih parametrov objekta;

• spreminjanje izhodnih parametrov glede na dani program;

• sprememba kakovosti nekaterih izhodnih parametrov, ko se spremenijo procesni pogoji.

Številnih tehnoloških objektov pa ni mogoče matematično opisati zaradi množice medsebojno povezanih dejavnikov, ki vplivajo na potek procesa, prisotnosti neobvladljivih dejavnikov in pomanjkanja znanja o procesu. Takšni objekti so z vidika avtomatizacije kompleksni. Stopnja kompleksnosti je določena s številom vhodov in izhodov objekta. Takšne objektivne težave nastanejo pri preučevanju procesov, zmanjšanih s prenosom mase in toplote. Zato so pri njihovi avtomatizaciji nujne predpostavke oziroma pogoji, ki naj prispevajo k glavnemu cilju avtomatizacije — povečati učinkovitost upravljanja s čim večjim približevanjem tehnoloških načinov optimalnim.

Za preučevanje kompleksnih predmetov se uporablja tehnika, ki je sestavljena iz pogojne predstavitve predmeta v obliki "črne škatle". Hkrati se preučujejo samo zunanje povezave, niti se ne upošteva jutranja struktura sistema, torej preučujejo, kaj objekt počne, ne pa, kako deluje.

Vedenje predmeta je določeno z odzivom izhodnih vrednosti na spremembe vhodnih vrednosti. Glavno orodje za preučevanje takega predmeta so statistične in matematične metode. Metodološko študija objekta poteka na naslednji način: določijo se glavni parametri, vzpostavi se diskretna serija sprememb glavnih parametrov, vhodni parametri objekta se umetno spremenijo znotraj vzpostavljene diskretne serije, vse spremembe v izhodih se zapišejo in rezultati se statistično obdelajo.

Dinamične lastnosti Predmet avtomatizacije je določen s številnimi njegovimi lastnostmi, od katerih nekatere prispevajo k kakovostnemu procesu krmiljenja, druge pa ga ovirajo.

Od vseh lastnosti objektov avtomatizacije, ne glede na njihovo raznolikost, lahko ločimo glavne, najbolj značilne: zmogljivost, sposobnost samoporavnave in zaostajanja.

Zmogljivost je sposobnost predmeta, da akumulira delovno okolje in ga shrani v predmetu. Kopičenje snovi ali energije je možno zaradi dejstva, da je v vsakem predmetu izhodni upor.

Merilo zmogljivosti objekta je koeficient zmogljivosti C, ki označuje količino snovi ali energije, ki jo je treba dovajati predmetu, da se nadzorovana vrednost spremeni za eno enoto v sprejeti merilni velikosti:

kjer je dQ razlika med dotokom in porabo snovi ali energije; ru — nadzorovani parameter; t je čas.

Velikost faktorja zmogljivosti je lahko različna glede na velikost nadzorovanih parametrov.

Hitrost spreminjanja kontroliranega parametra je tem manjša, čim večji je faktor zmogljivosti objekta. Iz tega sledi, da je lažje nadzorovati tiste objekte, katerih koeficienti zmogljivosti so večji.

Samonivelirna To je sposobnost objekta, da po motnji preide v novo stabilno stanje brez posredovanja krmilne naprave (regulatorja). Objekti, ki imajo samoporavnavo, se imenujejo statični, tisti, ki te lastnosti nimajo, pa nevtralni ali astatični . Samoporavnava prispeva k stabilizaciji krmilnega parametra objekta in olajša delovanje krmilne naprave.

Za samonivelirne objekte je značilen koeficient (stopnja) samonivelirnosti, ki izgleda takole:

Odvisno od samonivelirnega koeficienta se statične značilnosti objekta razlikujejo (slika 2).

Odvisnost kontroliranega parametra od obremenitve (relativne motnje) pri različnih samonivelirnih koeficientih: 1-idealna samonivelacija; 2 — navadna samonivelirna; 3 — pomanjkanje samoniveliranja

Odvisnost 1 označuje objekt, za katerega se nadzorovana vrednost ne spreminja pod nobenimi motnjami, tak objekt ne potrebuje krmilnih naprav. Odvisnost 2 odraža normalno samoporavnavo objekta, odvisnost 3 označuje objekt, ki nima samoporavnave. Koeficient p je spremenljiv, narašča z naraščajočo obremenitvijo in ima v večini primerov pozitivno vrednost.

Zamuda — to je čas, ki je pretekel med trenutkom neuravnoteženosti in začetkom spremembe nadzorovane vrednosti predmeta. To je posledica prisotnosti upora in zagona sistema.

Obstajata dve vrsti zakasnitve: čista (ali transportna) in prehodna (ali kapacitivna), ki dodajata skupno zakasnitev v objektu.

Čista zakasnitev je dobila ime, ker se v objektih, kjer obstaja, spremeni odzivni čas izhoda objekta v primerjavi s časom, ko se zgodi vhodna akcija, ne da bi se spremenila velikost in oblika akcije. Objekt, ki deluje pri največji obremenitvi ali v katerem se signal širi z visoko hitrostjo, ima minimalno neto zakasnitev.

Prehodna zamuda se pojavi, ko tok snovi ali energije premaga upore med zmogljivostjo predmeta.Določen je s številom kondenzatorjev in velikostjo prenosnih uporov.

Čiste in prehodne zakasnitve poslabšajo kakovost nadzora; zato je treba stremeti k zmanjšanju njihovih vrednosti. Prispevni ukrepi vključujejo postavitev merilnih in regulacijskih naprav v neposredno bližino objekta, uporabo nizkovztrajnostnih občutljivih elementov, strukturno racionalizacijo samega objekta itd.

Rezultati analize najpomembnejših značilnosti in lastnosti objektov za avtomatizacijo ter metod njihovega raziskovanja omogočajo oblikovanje vrsto zahtev in pogojev, katerih izpolnjevanje zagotavlja možnost uspešne avtomatizacije. Glavne so naslednje:

• matematični opis objektnih odnosov, predstavljenih v obliki statičnih karakteristik; za kompleksne objekte, ki jih ni mogoče matematično opisati - uporaba matematičnih in statističnih, tabelarnih, prostorskih in drugih metod za preučevanje odnosov predmeta na podlagi uvedbe določenih predpostavk;

• izdelava dinamičnih značilnosti objekta v obliki diferencialnih enačb ali grafov za preučevanje prehodnih procesov v objektu ob upoštevanju vseh glavnih lastnosti objekta (zmogljivost, zamik, samoniveliranje);

• uporaba v objektu takih tehničnih sredstev, ki bi zagotovila sproščanje informacij o spremembi vseh zanimivih parametrov predmeta v obliki enotnih signalov, izmerjenih s senzorji;

• uporaba aktuatorjev s krmiljenimi pogoni za krmiljenje objekta;

• vzpostavitev zanesljivo znanih meja sprememb zunanjih motenj objekta.

Podrejene zahteve vključujejo:

• določitev robnih pogojev za avtomatizacijo v skladu s krmilnimi nalogami;

• vzpostavitev omejitev vhodnih količin in nadzornih ukrepov;

• izračun meril za optimalnost (učinkovitost).

Primer objekta avtomatizacije je naprava za pripravo kalupnih peskov v livarni

Postopek izdelave kalupnih peskov je sestavljen iz doziranja začetnih komponent, njihovega dovajanja v mešalnik, mešanja končne zmesi in dovajanja v kalupne linije, predelave in regeneracije izrabljene zmesi.

Izhodiščne snovi najpogostejših mešanic peska in gline v livarski proizvodnji: mešanica odpadkov, svež pesek (polnilo), glina ali bentonit (vezivni dodatek), mleti premog ali ogljikovi materiali (protilepljivi dodatek), ognjevarni in posebni dodatki (škrob). , melasa) in tudi vodo.

Vhodni parametri procesa mešanja so stroški določenih kalupnih materialov: izrabljena mešanica, svež pesek, glina ali bentonit, mleti premog, škrob ali drugi dodatki, voda.

Izhodiščni parametri so zahtevane mehanske in tehnološke lastnosti kalupne mešanice: suha in mokra trdnost, plinoprepustnost, zgoščenost, preoblikovalnost, fluidnost, nasipna gostota itd., ki jih kontroliramo z laboratorijskimi analizami.

Poleg tega so izhodni parametri tudi sestava zmesi: vsebnost aktivnih in učinkovitih veziv, vsebnost aktivnega oglja, vsebnost vlage oziroma stopnja namočenosti veziva, vsebnost drobnih - drobnih delcev, ki vpijajo vlago. in granulometrično sestavo zmesi ali modul drobnosti.

Tako je predmet nadzora procesa sestavna sestava zmesi. Z zagotavljanjem optimalne sestave sestavin končne mešanice, določene eksperimentalno, je mogoče doseči stabilizacijo mehanskih in tehnoloških lastnosti mešanice na določeni ravni.

Motnje, ki jim je izpostavljen sistem za pripravo zmesi, močno otežijo nalogo stabilizacije kakovosti zmesi. Razlog za motnjo je prisotnost recirkulacijskega toka - uporaba mešanice odpadkov. Glavna ogorčenost v sistemu priprave mešanice so postopki točenja. Pod vplivom tekoče kovine v delu mešanice, ki je v neposredni bližini ulitka in segretem na visoke temperature, pride do globokih sprememb v sestavi aktivnega veziva, premoga in škroba ter njihovega prehoda v neaktivno komponento.

Priprava zmesi je sestavljena iz dveh zaporednih postopkov: doziranja oziroma mešanja zmesi, s katerim pridobimo potrebno sestavo komponente, in mešanja, ki zagotovi pridobitev homogene zmesi in ji da potrebne tehnološke lastnosti.

V sodobnem tehnološkem procesu za pripravo kalupnih mešanic se uporabljajo kontinuirne metode doziranja surovin (livnih) materialov, katerih naloga je ustvariti kontinuiran pretok konstantne količine materiala ali njegovih posameznih komponent z odstopanji pretoka od dano več kot dovoljeno.

Avtomatizacijo mešalnega procesa kot krmilnega objekta lahko izvedemo z naslednjim:

• racionalna konstrukcija sistemov za pripravo mešanice, ki omogoča izključitev ali zmanjšanje vpliva motenj na sestavo mešanice;

• uporaba metod tehtanja in doziranja;

• ustvarjanje povezanih krmilnih sistemov za večkomponentno doziranje ob upoštevanju dinamike procesa (vztrajnost in zakasnitev mešalnika), vodilna komponenta pa naj bo izrabljena mešanica, ki ima znatna nihanja pretoka in sestave;

• avtomatski nadzor in uravnavanje kakovosti mešanice med njeno pripravo;

• izdelava avtomatskih naprav za kompleksno kontrolo sestave in lastnosti zmesi z obdelavo rezultatov kontrole na računalniku;

• pravočasna sprememba recepture mešanice pri menjavi razmerja mešanica/kovina v kalupu in časa ohlajanja ulitka pred stiskanjem.