Automatiseerimisobjektid ja nende omadused

Automatiseerimisobjektid (juhtimisobjektid) — need on eraldi paigaldised, metallilõikusmasinad, masinad, agregaadid, seadmed, masinate kompleksid ja seadmed, mida tuleb juhtida. Need on eesmärgi, struktuuri ja tegevuspõhimõtte poolest väga erinevad.

Automatiseerimise objekt on automaatsüsteemi põhikomponent, mis määrab süsteemi olemuse, seetõttu pööratakse selle uurimisele erilist tähelepanu. Objekti keerukuse määrab peamiselt selle teadmiste tase ja funktsioonide mitmekesisus, mida see täidab. Objekti uurimise tulemused tuleb esitada selgete soovituste kujul objekti täieliku või osalise automatiseerimise võimaluse või automatiseerimiseks vajalike tingimuste puudumise kohta.

Automatiseerimisobjektide omadused

Automaatjuhtimissüsteemi projekteerimisele peab eelnema objekti uurimine objektide seoste tuvastamiseks. Üldiselt võib neid seoseid esitada nelja muutujate komplektina.

Kontrollitud häire, mille kogumik moodustab L-mõõtmelise vektori H = h1, h2, h3, ..., hL... Need sisaldavad mõõdetavaid muutujaid, mis sõltuvad väliskeskkonnast, näiteks valukoja tooraine kvaliteedinäitajad, kogus aurukatlas tarbitavast aurust, veevoolust läbivooluboileris, kasvuhoone õhu temperatuurist, mis varieerub sõltuvalt väliskeskkonna tingimustest ja protsessi mõjutavatest teguritest. Kontrollitud häirete puhul seatakse piirangud tehnoloogilistele tingimustele.

Kontrollitava tehnoloogilise protsessi indikaatorit nimetatakse juhitavaks suuruseks (koordinaadiks) ja füüsikalist suurust, mille abil juhitakse tehnoloogilise protsessi indikaatorit, nimetatakse juhttoiminguks (sisendkogus, koordinaat).

Juhtimistoimingud, mille kogusumma moodustab n-mõõtmelise vektori X = x1, x2, x3, ..., xn... Need on väliskeskkonnast sõltumatud ja avaldavad kõige olulisemat mõju tehnoloogilisele protsessile. Nende abiga muudetakse sihikindlalt protsessi kulgu.

Toimingute kontrollimiseks hõlmavad elektrimootorite, elektrisoojendite, täiturmehhanismide sisse- ja väljalülitamist, juhtventiilide asendit, regulaatorite asendit jne.

Väljundmuutujad, mille hulk moodustab M-mõõtmelise olekuvektori Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Need muutujad on objekti väljund, mis iseloomustab selle olekut ja määrab valmistoote kvaliteedinäitajad. .

Kontrollimatud häirivad mõjud, mille kogumik moodustab G-mõõtmelise vektori F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Nende hulka kuuluvad sellised häired, mida ei saa ühel või teisel põhjusel mõõta, näiteks andurite puudumise tõttu.

Riis. 1.Automatiseerimisobjekti sisendid ja väljundid

Automatiseeritava objekti vaadeldavate seoste uurimine võib viia kahe diametraalselt vastupidise järelduseni: objekti väljund- ja sisendmuutujate vahel on range matemaatiline sõltuvus või puudub nende muutujate vahel sõltuvus, mida saaks väljendada usaldusväärse matemaatilise näitajaga. valem.

Tehnoloogiliste protsesside automaatse juhtimise teoorias ja praktikas on saadud piisavalt kogemusi objekti oleku kirjeldamisel sellistes olukordades. Sel juhul loetakse objekti üheks lüliks automaatjuhtimissüsteemis. Juhtudel, kui matemaatiline seos väljundmuutuja y ja objekti juhtsisendi tegevuse x vahel on teada, eristatakse kahte peamist matemaatiliste kirjelduste salvestamise vormi — need on objekti staatilised ja dünaamilised karakteristikud.

Staatiline omadus matemaatilisel või graafilisel kujul väljendab väljundparameetrite sõltuvust sisendist. Binaarsetel seostel on tavaliselt selge matemaatiline kirjeldus, näiteks valumaterjalide kaalumisdosaatorite staatiline karakteristik on kujul h = km (siin h on elastsete elementide deformatsiooniaste; t on materjali mass; k on proportsionaalsustegur, mis sõltub elastse elemendi materjali omadustest).

Kui muutuvaid parameetreid on mitu, saab staatiliste karakteristikutena kasutada nomogramme.

Objekti staatiline omadus määrab automaatika sihtmärkide hilisema moodustamise. Valukojas praktilise rakendamise seisukohast võib need eesmärgid taandada kolme tüüpi:

• objekti algparameetrite stabiliseerimine;

• väljundparameetrite muutmine vastavalt etteantud programmile;

• mõne väljundparameetri kvaliteedi muutus protsessi tingimuste muutumisel.

Mitmeid tehnoloogilisi objekte ei saa aga matemaatiliselt kirjeldada protsessi kulgu mõjutavate vastastikku seotud tegurite rohkuse, kontrollimatute tegurite olemasolu ja protsessi puudutavate teadmiste puudumise tõttu. Sellised objektid on automatiseerimise seisukohalt keerulised. Keerukuse astme määrab objekti sisendite ja väljundite arv. Sellised objektiivsed raskused tekivad massi- ja soojusülekandega vähendatud protsesside uurimisel. Seetõttu on nende automatiseerimisel vajalikud eeldused või tingimused, mis peaksid kaasa aitama automatiseerimise põhieesmärgi saavutamisele – juhtimise efektiivsuse tõstmisele, lähenedes tehnoloogilistele režiimidele maksimaalselt optimaalsetele.

Keeruliste objektide uurimiseks kasutatakse tehnikat, mis seisneb objekti tinglikus kujutamises «musta kasti» kujul. Samal ajal uuritakse ainult väliseid seoseid, samuti ei võeta arvesse süsteemi hommikust struktuuri ehk uuritakse, mida objekt teeb, mitte seda, kuidas see toimib.

Objekti käitumise määrab väljundväärtuste reaktsioon sisendväärtuste muutustele. Peamine tööriist sellise objekti uurimisel on statistilised ja matemaatilised meetodid. Metodoloogiliselt viiakse objekti uurimine läbi järgmiselt: määratakse põhiparameetrid, määratakse põhiparameetrite diskreetne muudatuste seeria, objekti sisendparameetreid muudetakse kunstlikult kehtestatud diskreetsete seeriate piires, kõik muudatused väljundites registreeritakse ja tulemusi töödeldakse statistiliselt.

Dünaamilised omadused automatiseerimisobjekti määravad mitmed selle omadused, millest mõned aitavad kaasa kvaliteetsele juhtimisprotsessile, teised takistavad seda.

Kõigist automatiseerimisobjektide omadustest, olenemata nende mitmekesisusest, saab eristada peamisi, kõige iseloomulikumaid: suutlikkus, isejoondumisvõime ja mahajäämus.

Mahutavus on eseme võime töökeskkonda akumuleerida ja seda objektis talletada. Aine või energia kogunemine on võimalik tänu sellele, et igas objektis on väljundtakistus.

Objekti läbilaskevõime mõõdupuuks on mahtuvuse koefitsient C, mis iseloomustab aine- või energiahulka, mis tuleb objektile tarnida, et kontrollitavat väärtust muuta ühe ühiku võrra aktsepteeritud mõõtesuuruses:

kus dQ on aine või energia sissevoolu ja tarbimise vahe; ru — juhitav parameeter; t on aeg.

Võimsusteguri suurus võib olenevalt kontrollitavate parameetrite suurustest olla erinev.

Kontrollitava parameetri muutumise kiirus on seda väiksem, seda suurem on objekti võimsustegur. Sellest järeldub, et lihtsam on juhtida neid objekte, mille võimsuskoefitsiendid on suuremad.

Isetasanduv See on objekti võime minna pärast häiret uude püsiseisundisse ilma juhtseadme (regulaatori) sekkumiseta Objekte, millel on isejoondumine, nimetatakse staatiliseks ja neid, millel see omadus puudub, nimetatakse neutraalseks või astaatilisteks. . Isejoondumine aitab kaasa objekti juhtimisparameetri stabiliseerimisele ja hõlbustab juhtseadme tööd.

Isetasanduvaid objekte iseloomustab isetasandumise koefitsient (kraad), mis näeb välja järgmine:

Olenevalt isetasandumise koefitsiendist omandavad objekti staatilised karakteristikud erineva kuju (joonis 2).

Kontrollitava parameetri sõltuvus koormusest (suhteline häiring) erinevate isetasanduvate koefitsientide juures: 1-ideaalne isetasandumine; 2 — tavaline isetasandumine; 3 — isetasandumise puudumine

Sõltuvus 1 iseloomustab objekti, mille juhitav väärtus ei muutu ühegi häire korral, selline objekt ei vaja juhtimisseadmeid. Sõltuvus 2 peegeldab objekti normaalset isejoondumist, sõltuvus 3 iseloomustab objekti, millel puudub isejoondumine. Koefitsient p on muutuv, see suureneb koormuse suurenedes ja on enamasti positiivse väärtusega.

Viivitus — see on aeg, mis kulub tasakaalutuse hetkest kuni objekti kontrollitava väärtuse muutumise alguseni. Selle põhjuseks on vastupanu olemasolu ja süsteemi hoog.

On kahte tüüpi viivitust: puhas (või transport) ja mööduv (või mahtuvuslik), mis lisavad objekti kogu viivituse.

Puhas viivitus sai oma nime, kuna objektides, kus see on olemas, muutub objekti väljundi reaktsiooniaeg võrreldes sisendtoimingu toimumise ajaga, ilma et see muudaks tegevuse suurust ja kuju. Seadmel, mis töötab maksimaalse koormusega või milles signaal levib suurel kiirusel, on minimaalne netoviivitus.

Mööduv viivitus tekib siis, kui aine või energia vool ületab takistused objekti võimsuse vahel.Selle määrab kondensaatorite arv ja ülekandetakistuste suurus.

Puhtad ja mööduvad viivitused halvendavad kontrolli kvaliteeti; seetõttu on vaja püüda vähendada nende väärtusi. Abimeetmed hõlmavad mõõte- ja juhtimisseadmete paigutamist objekti vahetusse lähedusse, väikese inertsiga tundlike elementide kasutamist, objekti enda struktuurilist ratsionaliseerimist jne.

Objektide automatiseerimiseks olulisemate omaduste ja omaduste analüüsi tulemused ning nende uurimismeetodid võimaldavad sõnastada hulk nõudeid ja tingimusi, mille täitmine tagab eduka automatiseerimise võimaluse. Peamised neist on järgmised:

• objektisuhete matemaatiline kirjeldus, esitatuna staatiliste karakteristikute kujul; keerukate objektide puhul, mida ei ole võimalik matemaatiliselt kirjeldada — matemaatiliste ja statistiliste, tabeliliste, ruumiliste ja muude meetodite kasutamine objekti seoste uurimiseks teatud eelduste juurutamisel;

• objekti dünaamiliste karakteristikute konstrueerimine diferentsiaalvõrrandite või graafikute kujul objektis toimuvate siirdeprotsesside uurimiseks, võttes arvesse kõiki objekti põhiomadusi (mahtuvus, viivitus, isetasandumine);

• selliste tehniliste vahendite kasutamine objektil, mis tagaksid teabe väljastamise objekti kõigi huvipakkuvate parameetrite muutumise kohta anduritega mõõdetavate ühtsete signaalide kujul;

• juhitavate ajamiga ajamite kasutamine objekti juhtimiseks;

• objekti väliste häiringute muutumise usaldusväärselt teadaolevate piiride kehtestamine.

Alamnõuded hõlmavad järgmist:

• automaatika piirtingimuste määramine vastavalt juhtimisülesannetele;

• piirangute kehtestamine sissetulevatele kogustele ja kontrollitoimingud;

• optimaalsuse (efektiivsuse) kriteeriumide arvutamine.

Automatiseerimisobjekti näide on valukojas vormiliiva valmistamise installatsioon

Vormiliivade valmistamise protsess seisneb algkomponentide doseerimises, segistisse söötmises, valmissegu segamises ja vormimisliinidele söötmises, kasutatud segu töötlemises ja regenereerimises.

Valukootmises enamlevinud liiva-savi segude lähtematerjalid: jäätmesegu, värske liiv (täiteaine), savi või bentoniit (sideainelisand), jahvatatud kivisüsi või süsinikku sisaldavad materjalid (mittekleepuv lisaaine), tulekindlad ja spetsiaalsed lisandid (tärklis). , melass) ja ka vett.

Segamisprotsessi sisendparameetriteks on kindlaksmääratud vormimismaterjalide kulud: kasutatud segu, värske liiv, savi või bentoniit, jahvatatud kivisüsi, tärklis või muud lisandid, vesi.

Algparameetriteks on vormimissegu nõutavad mehaanilised ja tehnoloogilised omadused: kuiv- ja märgtugevus, gaasi läbilaskvus, tihendus, vormitavus, voolavus, puistetihedus jne, mida kontrollitakse laborianalüüsiga.

Lisaks on väljundparameetrite hulgas ka segu koostis: aktiivsete ja efektiivsete sideainete sisaldus, aktiivsöe sisaldus, niiskusesisaldus või sideaine märgumisaste, peenosakeste sisaldus - niiskust imavad peenosakesed ja segu granulomeetriline koostis või peenusmoodul.

Seega on protsessi juhtimise objektiks segu koostis. Valmissegu komponentide eksperimentaalselt määratud optimaalse koostise tagamisega on võimalik saavutada segu mehaaniliste ja tehnoloogiliste omaduste stabiliseerimine antud tasemel.

Segu valmistamise süsteemis esinevad häired raskendavad oluliselt segu kvaliteedi stabiliseerimist. Häire põhjuseks on retsirkulatsioonivoolu olemasolu — jäätmesegu kasutamine. Peamiseks pahameeleks segu ettevalmistamise süsteemis on valamisprotsessid. Vedela metalli mõjul toimuvad valandi vahetus läheduses ja kõrge temperatuurini kuumutatud segu osas sügavad muutused aktiivse sideaine, kivisöe ja tärklise koostises ning nende üleminek mitteaktiivseks komponendiks.

Segu valmistamine koosneb kahest järjestikusest protsessist: segu doseerimine või segamine, mis tagab komponendile vajaliku koostise saamise ja segamine, mis tagab homogeense segu saamise ja annab sellele vajalikud tehnoloogilised omadused.

Kaasaegses vormisegude valmistamise tehnoloogilises protsessis kasutatakse toormaterjalide (vormimis) doseerimise pidevaid meetodeid, mille ülesandeks on toota konstantse koguse materjali või selle üksikute komponentide pidev vool koos voolukiiruse kõrvalekalletega. antud mitte rohkem kui lubatud.

Segamisprotsessi kui juhtobjekti automatiseerimist saab teha järgmisega:

• segu valmistamise süsteemide ratsionaalne ehitamine, mis võimaldab välistada või vähendada häirete mõju segu koostisele;

• kaaluvate doseerimismeetodite kasutamine;

• ühendatud juhtimissüsteemide loomine mitmekomponendilise doseerimise jaoks, võttes arvesse protsessi dünaamikat (segisti inerts ja viivitus), ning juhtiv komponent peaks olema kasutatud segu, millel on voolukiiruse ja koostise olulised kõikumised;

• segu kvaliteedi automaatne kontroll ja reguleerimine selle valmistamise ajal;

• automaatsete seadmete loomine segu koostise ja omaduste kompleksseks juhtimiseks koos kontrolltulemuste töötlemisega arvutis;

• õigeaegne segu retsepti muutmine segu / metalli suhte muutmisel vormis ja valandi jahtumisaeg enne löömist.