Објекти аутоматизације и њихове карактеристике

Објекти аутоматизације (контролни објекти) — то су засебне инсталације, машине за сечење метала, машине, агрегати, уређаји, комплекси машина и уређаја који се морају контролисати. Они су веома разноврсни по намени, структури и принципу деловања.

Предмет аутоматизације је главна компонента аутоматског система, која одређује природу система, стога се посебна пажња посвећује његовом проучавању. Сложеност објекта одређена је углавном степеном његовог знања и разноврсношћу функција које обавља. Резултати студије објекта морају бити представљени у облику јасних препорука у вези са могућношћу потпуне или делимичне аутоматизације објекта или одсуства неопходних услова за аутоматизацију.

Карактеристике објеката аутоматизације

Дизајну аутоматског контролног система мора претходити испитивање локације да би се успоставили односи на локацији. Генерално, ови односи се могу представити као четири скупа варијабли.

Контролисани поремећај, чија колекција формира Л-димензионални вектор Х = х1, х2, х3, ..., хЛ... Укључују мерљиве варијабле које зависе од спољашњег окружења, као што су показатељи квалитета сировина у ливници, количина паре утрошене у парном котлу, протока воде у проточном бојлеру, температуре ваздуха у стакленику, која варира у зависности од спољашњих услова средине и фактора који утичу на процес. За контролисане поремећаје постављају се ограничења на технолошке услове.

Индикатор технолошког процеса који се контролише назива се контролисана величина (координата), а физичка величина којом се контролише индикатор технолошког процеса назива се контролно дејство (улазна величина, координата).

Контролне радње, чија укупност чини н-димензионални вектор Кс = к1, к2, к3, ..., кн... Они су независни од спољашњег окружења и имају најзначајнији утицај на технолошки процес. Уз њихову помоћ, ток процеса се намерно мења.

За контролу акција обухватају укључивање и искључивање електромотора, електричних грејача, актуатора, положај контролних вентила, положај регулатора итд.

Излазне варијабле, чији скуп чини М-димензионални вектор стања И = и1, и2, и3, ..., иМ... Ове варијабле су излаз објекта, који карактерише његово стање и одређује показатеље квалитета готовог производа. .

Неконтролисани узнемирујући утицаји, чија колекција формира Г-димензионални вектор Ф = ε1, ε2, ε3, …, εГ... Укључују такве поремећаје који се из ових или оних разлога не могу мерити, на пример због недостатка сензора.

Пиринач. 1.Улази и излази објекта аутоматизације

Проучавање разматраних односа објекта који се аутоматизује може довести до два дијаметрално супротна закључка: постоји строга математичка зависност између излазних и улазних варијабли објекта, или не постоји зависност између ових варијабли која се може изразити поузданим математичким формула.

У теорији и пракси аутоматског управљања технолошким процесима стечено је довољно искуства у описивању стања објекта у оваквим ситуацијама. У овом случају, објекат се сматра једном од карика у систему аутоматског управљања. У случајевима када је познат математички однос између излазне варијабле и и контролне улазне акције к објекта, разликују се два главна облика снимања математичких описа — то су статичке и динамичке карактеристике објекта.

Статичка карактеристика у математичком или графичком облику изражава зависност излазних параметара од улаза. Бинарни односи обично имају јасан математички опис, на пример, статичка карактеристика дозатора за мерење за ливење материјала има облик х = км (овде је х степен деформације еластичних елемената; т је маса материјала; к је фактор пропорционалности, који зависи од особина материјала еластичног елемента).

Ако постоји неколико променљивих параметара, номограми се могу користити као статичке карактеристике.

Статичка карактеристика објекта одређује накнадно формирање циљева аутоматизације. Са становишта практичне имплементације у ливници, ови циљеви се могу свести на три типа:

• стабилизација почетних параметара објекта;

• промена излазних параметара према задатом програму;

• промена квалитета неких излазних параметара при промени услова процеса.

Међутим, један број технолошких објеката не може се математички описати због мноштва међусобно повезаних фактора који утичу на ток процеса, присуства неконтролисаних фактора и недостатка знања о процесу. Такви објекти су сложени са становишта аутоматизације. Степен сложености је одређен бројем улаза и излаза објекта. Такве објективне потешкоће настају у проучавању процеса редукованих преносом масе и топлоте. Стога су у њиховој аутоматизацији неопходне претпоставке или услови који треба да допринесу главном циљу аутоматизације — повећању ефикасности управљања максималним приближавањем технолошких режима оптималним.

За проучавање сложених објеката користи се техника која се састоји у условном представљању објекта у облику «црне кутије». При томе се проучавају само спољашње везе, нити се узима у обзир јутарња структура система, односно проучава се шта објекат ради, а не како функционише.

Понашање објекта је одређено одговором излазних вредности на промене улазних вредности. Главни алат за проучавање таквог објекта су статистичке и математичке методе. Методолошки, проучавање објекта се спроводи на следећи начин: одређују се главни параметри, успоставља се дискретна серија промена главних параметара, улазни параметри објекта се вештачки мењају у оквиру утврђене дискретне серије, све промене у излази се евидентирају и резултати се статистички обрађују .

Динамичке карактеристике објекат аутоматизације је одређен низом његових својстава, од којих нека доприносе висококвалитетном процесу управљања, а друга га ометају.

Од свих својстава објеката аутоматизације, без обзира на њихову разноликост, могу се разликовати главне, најкарактеристичније: капацитет, способност самопоравнања и заостајања.

Капацитет је способност објекта да акумулира радно окружење и складишти га у објекту. Акумулација материје или енергије је могућа због чињенице да у сваком објекту постоји излазни отпор.

Мера капацитета објекта је коефицијент капацитета Ц, који карактерише количину материје или енергије која се мора доставити објекту да би се контролисана вредност променила за једну јединицу у прихваћеној мерној величини:

где је дК разлика између прилива и потрошње материје или енергије; ру — контролисан параметар; време је.

Величина фактора капацитета може бити различита у зависности од величина контролисаних параметара.

Брзина промене контролисаног параметра је мања што је већи фактор капацитета објекта. Из тога произилази да је лакше контролисати оне објекте чији су коефицијенти капацитета већи.

Самонивелирајући То је способност објекта да након сметње уђе у ново стабилно стање без интервенције контролног уређаја (регулатора).Објекти који имају самоусклађивање називају се статички, а они који немају ово својство називају се неутрални или астатични. . Самопоравнавање доприноси стабилизацији контролног параметра објекта и олакшава рад контролног уређаја.

Самонивелисане објекте карактерише коефицијент (степен) самонивелације, који изгледа овако:

У зависности од коефицијента самонивелације, статичке карактеристике објекта добијају различит облик (сл. 2).

Зависност контролисаног параметра од оптерећења (релативни поремећај) при различитим коефицијентима самонивелације: 1-идеално самонивелисање; 2 — нормално самонивелирање; 3 — недостатак самонивелације

Зависност 1 карактерише објекат за који се контролисана вредност не мења ни под каквим сметњама, таквом објекту нису потребни управљачки уређаји. Зависност 2 одражава нормално самоусклађивање објекта, зависност 3 карактерише објекат који нема самопоравнање. Коефицијент п је променљив, повећава се са повећањем оптерећења и у већини случајева има позитивну вредност.

Кашњење — ово је време које је протекло између тренутка неравнотеже и почетка промене контролисане вредности објекта. То је због присуства отпора и импулса система.

Постоје две врсте кашњења: чисто (или транспортно) и пролазно (или капацитивно), које доприносе укупном кашњењу у објекту.

Чисто кашњење је добило име јер, у објектима где постоји, долази до промене времена одзива излаза објекта у односу на време када се јавља улазна акција, без промене величине и облика акције. Постројење које ради при максималном оптерећењу или у коме се сигнал шири великом брзином има минимално нето кашњење.

Прелазно кашњење настаје када ток материје или енергије превазиђе отпоре између капацитета објекта.Одређује се бројем кондензатора и величином преносних отпора.

Чиста и пролазна кашњења смањују квалитет контроле; стога је потребно тежити смањењу њихових вредности. Доприносне мере укључују постављање мерних и контролних уређаја у непосредној близини објекта, коришћење нискоинерционих осетљивих елемената, структурну рационализацију самог објекта итд.

Резултати анализе најважнијих карактеристика и својстава објеката за аутоматизацију, као и методе њиховог истраживања, омогућавају да се формулише низ захтева и услова чије испуњење гарантује могућност успешне аутоматизације. Главни су следећи:

• математички опис односа објеката, представљен у облику статичких карактеристика; за сложене објекте који се не могу математички описати — коришћење математичких и статистичких, табеларних, просторних и других метода за проучавање односа објекта на основу увођења одређених претпоставки;

• конструкција динамичких карактеристика објекта у виду диференцијалних једначина или графика за проучавање прелазних процеса у објекту, узимајући у обзир сва главна својства објекта (капацитет, заостајање, самонивелисање);

• коришћење у објекту таквих техничких средстава која би обезбедила ослобађање информација о промени свих параметара од интереса за објекат у виду обједињених сигнала мерених сензорима;

• коришћење актуатора са контролисаним погонима за управљање објектом;

• утврђивање поуздано познатих граница промена спољашњих поремећаја објекта.

Подређени захтеви укључују:

• одређивање граничних услова за аутоматизацију у складу са задацима управљања;

• успостављање ограничења на улазне количине и контролне радње;

• прорачун критеријума за оптималност (ефикасност).

Пример објекта аутоматизације је инсталација за припрему калупног песка у ливници

Процес израде песка за калуповање састоји се од дозирања почетних компоненти, њиховог убацивања у миксер, мешања готове мешавине и довода до калупних линија, обраде и регенерације истрошене смеше.

Полазни материјали најчешћих мешавина песка и глине у ливачкој производњи: отпадна мешавина, свеж песак (пунило), глина или бентонит (адитив везива), млевени угаљ или угљени материјали (нелепљиви адитив), ватростални и специјални адитиви (скроб). , меласа) а такође и вода.

Улазни параметри процеса мешања су трошкови наведених материјала за калуповање: истрошене мешавине, свежег песка, глине или бентонита, млевеног угља, скроба или других адитива, воде.

Почетни параметри су тражена механичка и технолошка својства калупне мешавине: чврстоћа на суву и влажну, гасопропусност, збијеност, формабилност, флуидност, насипна густина и др., које се контролишу лабораторијским анализама.

Поред тога, излазни параметри укључују и састав смеше: садржај активних и ефикасних везива, садржај активног угља, садржај влаге или степен влажења везива, садржај финих честица - финих честица које упијају влагу. и гранулометријски састав смеше или модул финоће.

Дакле, предмет контроле процеса је саставни састав смеше. Обезбеђивањем оптималног састава компоненти готове смеше, утврђеног експериментално, могуће је постићи стабилизацију на датом нивоу механичких и технолошких својстава смеше.

Поремећаји којима је подвргнут систем припреме смеше у великој мери компликују задатак стабилизације квалитета смеше. Разлог поремећаја је присуство рециркулационог тока — употреба отпадне смеше. Главни гнев у систему припреме мешавине су процеси изливања. Под утицајем течног метала, у делу смеше у непосредној близини ливења и загрејаном на високе температуре, долази до дубоких промена у саставу активног везива, угља и скроба и њиховог преласка у неактивну компоненту.

Припрема смеше се састоји од два узастопна процеса: дозирања или мешања смеше, чиме се обезбеђује добијање потребног састава компоненте и мешања, чиме се обезбеђује добијање хомогене смеше и даје јој потребна технолошка својства.

У савременом технолошком процесу за припрему калупних смеша користе се континуалне методе дозирања сировина (преливајућих) материјала, чији је задатак да произведу континуирани проток константне количине материјала или његових појединачних компоненти са одступањима брзине протока од дато не више од дозвољеног.

Аутоматизација процеса мешања као контролног објекта може се извршити на следећи начин:

• рационална конструкција система за припрему смеше, омогућавајући да се искључи или смањи утицај поремећаја на састав смеше;

• употреба метода дозирања вагања;

• стварање повезаних система управљања за вишекомпонентно дозирање, узимајући у обзир динамику процеса (инерцију мешалице и кашњење), а водећа компонента треба да буде истрошена смеша која има значајне флуктуације у протоку и саставу;

• аутоматска контрола и регулација квалитета смеше током њене припреме;

• израда аутоматских уређаја за комплексну контролу састава и својстава смеше са обрадом резултата контроле на рачунару;

• правовремена промена рецептуре мешавине приликом промене односа смеша/метал у калупу и времена хлађења ливења пре ударања.