Automatiseringsobjekter og deres egenskaper

Automatiseringsobjekter (kontrollobjekter) – dette er separate installasjoner, skjæremaskiner, maskiner, aggregater, enheter, komplekser av maskiner og enheter som må kontrolleres. De er svært forskjellige i formål, struktur og handlingsprinsipp.

Objektet for automatisering er hovedkomponenten i det automatiske systemet, som bestemmer systemets natur, derfor rettes spesiell oppmerksomhet til studiet. Kompleksiteten til et objekt bestemmes hovedsakelig av graden av dets kunnskap og mangfoldet av funksjoner det utfører. Resultatene av undersøkelsen av objektet skal presenteres i form av klare anbefalinger om muligheten for hel eller delvis automatisering av objektet eller fravær av nødvendige forutsetninger for automatisering.

Kjennetegn på automasjonsobjekter

Utformingen av et automatisk kontrollsystem må innledes med en stedsundersøkelse for å etablere stedsforhold. Generelt kan disse relasjonene representeres som fire sett med variabler.

En kontrollert forstyrrelse, hvis samling danner den L-dimensjonale vektoren H = h1, h2, h3, ..., hL... De inkluderer målbare variabler som avhenger av det ytre miljøet, for eksempel kvalitetsindikatorene for råvarer i støperiet, mengden av damp som forbrukes i dampkjelen, vannstrømmen i gjennomstrømningsberederen, temperaturen på luften i drivhuset, som varierer avhengig av de ytre miljøforholdene og faktorene som påvirker prosessen. For kontrollerte forstyrrelser legges det begrensninger på de teknologiske forholdene.

Indikatoren for den teknologiske prosessen som skal kontrolleres kalles den kontrollerte mengden (koordinat), og den fysiske mengden som indikatoren for den teknologiske prosessen styres med kalles den kontrollerende handlingen (inngangsmengde, koordinat).

Kontroller handlinger, hvis helhet danner en n-dimensjonal vektor X = x1, x2, x3, ..., xn... De er uavhengige av det ytre miljøet og har den mest betydelige innvirkningen på den teknologiske prosessen. Med deres hjelp endres prosessen målrettet.

For å kontrollere handlinger inkludere inn- og utkobling av elektriske motorer, elektriske varmeovner, aktuatorer, plassering av kontrollventiler, plassering av regulatorer, etc.

Utgangsvariabler, hvis sett danner den M-dimensjonale tilstandsvektoren Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Disse variablene er resultatet av objektet, som karakteriserer dets tilstand og bestemmer kvalitetsindikatorene til det ferdige produktet .

Ukontrollerte forstyrrende påvirkninger, hvis samling danner den G-dimensjonale vektoren F = ε1, ε2, ε3, …, εG... De inkluderer slike forstyrrelser som ikke kan måles av en eller annen grunn, for eksempel på grunn av mangel på sensorer.

Ris. 1.Inn- og utganger til automasjonsobjektet

Å studere de vurderte relasjonene til objektet som skal automatiseres kan føre til to diametralt motsatte konklusjoner: det er en streng matematisk avhengighet mellom utdata- og inngangsvariablene til objektet, eller det er ingen avhengighet mellom disse variablene som kan uttrykkes med en pålitelig matematisk formel.

I teorien og praksisen om automatisk kontroll av teknologiske prosesser er det oppnådd tilstrekkelig erfaring med å beskrive tilstanden til et objekt i slike situasjoner. I dette tilfellet anses objektet som en av leddene i det automatiske kontrollsystemet. I tilfeller der det matematiske forholdet mellom utgangsvariabelen y og kontrollinngangshandlingen x til objektet er kjent, skilles to hovedformer for registrering av matematiske beskrivelser - disse er de statiske og dynamiske egenskapene til objektet.

Statisk karakteristikk i matematisk eller grafisk form uttrykker avhengigheten av utgangsparametrene på inngangen. Binære forhold har vanligvis en klar matematisk beskrivelse, for eksempel har den statiske egenskapen til veiedispensere for støpematerialer formen h = km (her er h graden av deformasjon av de elastiske elementene; t er massen til materialet; k er proporsjonalitetsfaktoren, som avhenger av egenskapene til materialet til det elastiske elementet).

Hvis det er flere variable parametere, kan nomogrammer brukes som statiske egenskaper.

Den statiske egenskapen til objektet bestemmer den påfølgende dannelsen av automatiseringsmål. Fra synspunktet om praktisk implementering i støperi, kan disse målene reduseres til tre typer:

• stabilisering av de innledende parameterne til objektet;

• endre utgangsparametrene i henhold til et gitt program;

• endring i kvaliteten på noen utgangsparametere når prosessbetingelsene endres.

Imidlertid kan en rekke teknologiske objekter ikke beskrives matematisk på grunn av mangfoldet av sammenhengende faktorer som påvirker prosessens forløp, tilstedeværelsen av ukontrollerbare faktorer og mangel på kunnskap om prosessen. Slike objekter er komplekse fra et automatiseringssynspunkt. Graden av kompleksitet bestemmes av antall innganger og utganger til objektet. Slike objektive vanskeligheter oppstår i studiet av prosesser redusert med masse- og varmeoverføring. Derfor, i deres automatisering, er forutsetninger eller betingelser nødvendige, noe som bør bidra til hovedmålet med automatisering - å øke effektiviteten til ledelsen ved å maksimalt nærme seg de teknologiske modusene til de optimale.

For å studere komplekse objekter brukes en teknikk, som består i en betinget representasjon av et objekt i form av en «black box». Samtidig studeres kun eksterne forbindelser, og det tas heller ikke hensyn til morgenstrukturen til systemet, det vil si at de studerer hva objektet gjør, ikke hvordan det fungerer.

Oppførselen til objektet bestemmes av responsen til utgangsverdiene på endringer i inngangsverdiene. Hovedverktøyet for å studere et slikt objekt er statistiske og matematiske metoder. Metodisk utføres studiet av objektet på følgende måte: hovedparametrene bestemmes, en diskret serie endringer i hovedparametrene etableres, inngangsparametrene til objektet endres kunstig innenfor den etablerte diskrete serien, alle endringer i utgangene registreres og resultatene behandles statistisk.

Dynamiske egenskaper et automatiseringsobjekt bestemmes av en rekke av dets egenskaper, hvorav noen bidrar til en kontrollprosess av høy kvalitet, andre hindrer den.

Av alle egenskapene til automatiseringsobjekter, uavhengig av deres variasjon, kan de viktigste, mest karakteristiske skilles: kapasitet, evne til selvinnstilling og etterslep.

Kapasitet er evnen til et objekt til å samle arbeidsmiljøet og lagre det i objektet. Akkumulering av materie eller energi er mulig på grunn av det faktum at det er en utgangsmotstand i hvert objekt.

Målet på kapasiteten til objektet er koeffisienten for kapasitet C, som karakteriserer mengden materie eller energi som må tilføres objektet for å endre den kontrollerte verdien med én enhet i den aksepterte målestørrelsen:

hvor dQ er differansen mellom innstrømning og forbruk av materie eller energi; ru — kontrollert parameter; det er tid.

Størrelsen på kapasitetsfaktoren kan være forskjellig avhengig av størrelsene på de kontrollerte parameterne.

Endringshastigheten til den kontrollerte parameteren er jo mindre, jo større er kapasitetsfaktoren til objektet. Det følger at det er lettere å kontrollere de objektene hvis kapasitetskoeffisienter er større.

Selvnivellerende Dette er evnen til et objekt til å gå inn i en ny steady state etter en forstyrrelse uten inngrep fra en kontrollenhet (regulator) Objekter som har selvjustering kalles statiske, og de som ikke har denne egenskapen kalles nøytrale eller astatiske. . Selvjustering bidrar til stabilisering av kontrollparameteren til objektet og letter driften av kontrollenheten.

Selvnivellerende objekter er preget av en koeffisient (grad) av selvnivellering, som ser slik ut:

Avhengig av selvnivelleringskoeffisienten, har de statiske egenskapene til objektet en annen form (fig. 2).

Avhengighet av den kontrollerte parameteren av belastningen (relativ forstyrrelse) ved forskjellige selvnivelleringskoeffisienter: 1-ideell selvnivellering; 2 — normal selvnivellering; 3 — mangel på selvnivellering

Avhengighet 1 karakteriserer et objekt hvor den kontrollerte verdien ikke endres under noen forstyrrelser, et slikt objekt trenger ikke kontrollenheter. Avhengighet 2 gjenspeiler den normale selvjusteringen til objektet, avhengighet 3 karakteriserer et objekt som ikke har noen selvjustering. Koeffisienten p er variabel, den øker med økende belastning og har i de fleste tilfeller en positiv verdi.

En forsinkelse — dette er tiden som har gått mellom øyeblikket av ubalanse og begynnelsen av endringen i den kontrollerte verdien til objektet. Dette skyldes tilstedeværelsen av motstand og systemets momentum.

Det er to typer forsinkelse: ren (eller transport) og transient (eller kapasitiv), som legger til den totale forsinkelsen i objektet.

Ren forsinkelse har fått navnet sitt fordi, i objekter der det finnes, er det en endring i responstiden til objektets utdata sammenlignet med tiden inngangshandlingen skjer, uten å endre størrelsen og formen på handlingen. Et anlegg som opererer med maksimal belastning eller der et signal forplanter seg med høy hastighet har minimum nettoforsinkelse.

Forbigående forsinkelse oppstår når strømmen av materie eller energi overvinner motstandene mellom objektets kapasitet.Det bestemmes av antall kondensatorer og størrelsen på overføringsmotstandene.

Rene og forbigående forsinkelser forringer kontrollkvaliteten; derfor er det nødvendig å strebe etter å redusere deres verdier. Medvirkende tiltak inkluderer plassering av måle- og kontrollenheter i umiddelbar nærhet av objektet, bruk av lavtregne sensitive elementer, strukturell rasjonalisering av selve objektet, etc.

Resultatene av analysen av de viktigste egenskapene og egenskapene til objektene for automatisering, samt metodene for deres forskning, gjør det mulig å formulere en rekke krav og betingelser, hvis oppfyllelse garanterer muligheten for vellykket automatisering. De viktigste er følgende:

• matematisk beskrivelse av objektrelasjoner, presentert i form av statiske egenskaper; for komplekse objekter som ikke kan beskrives matematisk - bruk av matematiske og statistiske, tabellformede, romlige og andre metoder for å studere relasjonene til et objekt basert på introduksjonen av visse antakelser;

• konstruksjon av de dynamiske egenskapene til objektet i form av differensialligninger eller grafer for å studere forbigående prosesser i objektet, under hensyntagen til alle hovedegenskapene til objektet (kapasitet, etterslep, selvnivellering);

• bruk i objektet av slike tekniske midler som vil sikre frigjøring av informasjon om endring av alle parametere av interesse for objektet i form av enhetlige signaler målt av sensorer;

• bruk av aktuatorer med kontrollerte stasjoner for å kontrollere objektet;

• etablere pålitelige kjente grenser for endringer i objektets ytre forstyrrelser.

Underordnede krav inkluderer:

• fastsettelse av grensebetingelsene for automatisering i samsvar med kontrolloppgavene;

• etablering av restriksjoner på innkommende mengder og kontrollhandlinger;

• beregning av kriterier for optimalitet (effektivitet).

Et eksempel på et automasjonsobjekt er en installasjon for preparering av støpesand i et støperi

Prosessen med å lage støpesand består av å dosere de første komponentene, mate dem til blanderen, blande den ferdige blandingen og mate den til støpelinjene, bearbeide og regenerere den brukte blandingen.

Utgangsmaterialene til de vanligste sand-leireblandingene i støperiproduksjon: avfallsblanding, fersk sand (fyllstoff), leire eller bentonitt (bindemiddeltilsetning), malt kull eller karbonholdige materialer (non-stick additiv), ildfaste og spesielle tilsetningsstoffer (stivelse). , melasse) og også vann.

Inngangsparametrene til blandingsprosessen er kostnadene for de spesifiserte støpematerialene: brukt blanding, fersk sand, leire eller bentonitt, malt kull, stivelse eller andre tilsetningsstoffer, vann.

De første parametrene er de nødvendige mekaniske og teknologiske egenskapene til støpeblandingen: tørr- og våtstyrke, gasspermeabilitet, komprimering, formbarhet, fluiditet, bulkdensitet, etc., som kontrolleres av laboratorieanalyse.

I tillegg inkluderer utgangsparametrene også blandingens sammensetning: innholdet av aktive og effektive bindemidler, innholdet av aktivert karbon, fuktighetsinnholdet eller graden av fukting av bindemidlet, innholdet av finstoff - fuktabsorberende fine partikler og den granulometriske sammensetningen av blandingen eller finhetsmodulen.

Således er gjenstanden for prosesskontroll blandingens bestanddeler. Ved å gi en optimal sammensetning av komponentene i den ferdige blandingen, bestemt eksperimentelt, er det mulig å oppnå stabilisering på et gitt nivå av de mekaniske og teknologiske egenskapene til blandingen.

Forstyrrelsene som blandingsfremstillingssystemet utsettes for kompliserer i stor grad oppgaven med å stabilisere kvaliteten på blandingen. Årsaken til forstyrrelsen er tilstedeværelsen av en resirkulasjonsstrøm - bruken av avfallsblandingen. Den største forargelsen i blandingsforberedelsessystemet er skjenkeprosessene. Under påvirkning av flytende metall, i delen av blandingen i umiddelbar nærhet av støpingen og oppvarmet til høye temperaturer, skjer det dype endringer i sammensetningen av det aktive bindemidlet, kull og stivelse og deres overgang til en inaktiv komponent.

Fremstillingen av blandingen består av to påfølgende prosesser: dosering eller blanding av blandingen, som sikrer oppnåelse av den nødvendige sammensetningen av komponenten, og blanding, som sikrer oppnåelse av en homogen blanding og gir den de nødvendige teknologiske egenskapene.

I den moderne teknologiske prosessen for fremstilling av støpeblandinger brukes kontinuerlige metoder for dosering av råmaterialer (støpematerialer), hvis oppgave er å produsere en kontinuerlig strøm av en konstant mengde materiale eller dets individuelle komponenter med strømningshastighetsavvik fra ikke gitt mer enn tillatt.

Automatisering av blandeprosessen som kontrollobjekt kan gjøres med følgende:

• rasjonell konstruksjon av systemer for å tilberede en blanding, som tillater å utelukke eller redusere påvirkningen av forstyrrelser på sammensetningen av blandingen;

• bruk av veiingsdoseringsmetoder;

• opprettelse av tilkoblede kontrollsystemer for flerkomponentdosering, under hensyntagen til dynamikken i prosessen (blanderens treghet og forsinkelse), og den ledende komponenten bør være den brukte blandingen, som har betydelige fluktuasjoner i strømningshastighet og sammensetning;

• automatisk kontroll og regulering av kvaliteten på blandingen under tilberedning;

• opprettelse av automatiske enheter for kompleks kontroll av sammensetningen og egenskapene til blandingen med behandling av kontrollresultatene på en datamaskin;

• rettidig endring av blandingsoppskriften ved endring av blanding/metallforhold i formen og avkjølingstiden for støpingen før du slår.