Automaatioobjektit ja niiden ominaisuudet

Automaatioobjektit (ohjausobjektit) — nämä ovat erillisiä laitteistoja, metallinleikkauskoneita, koneita, aggregaatteja, laitteita, konekokonaisuuksia ja laitteita, joita on ohjattava. Niiden tarkoitus, rakenne ja toimintaperiaate ovat hyvin erilaisia.

Automatisoinnin kohde on automaattisen järjestelmän pääkomponentti, joka määrää järjestelmän luonteen, joten sen tutkimiseen kiinnitetään erityistä huomiota. Objektin monimutkaisuus määräytyy pääasiassa sen tietämyksen ja sen suorittamien toimintojen moninaisuuden perusteella. Objektin tutkimuksen tulokset on esitettävä selkeiden suositusten muodossa kohteen täydellisen tai osittaisen automatisoinnin mahdollisuudesta tai automaation välttämättömien edellytysten puuttumisesta.

Automaatioobjektien ominaisuudet

Automaattisen ohjausjärjestelmän suunnittelua on edeltävä työmaakartoitus työmaasuhteiden selvittämiseksi. Yleensä nämä suhteet voidaan esittää neljänä muuttujajoukona.

Hallittu häiriö, jonka kokoelma muodostaa L-ulotteisen vektorin H = h1, h2, h3, ..., hL... Ne sisältävät mitattavia muuttujia, jotka riippuvat ulkoisesta ympäristöstä, kuten valimon raaka-aineiden laatuindikaattorit, määrä Höyrykattilassa kulutetun höyryn määrä, läpivirtauslämmittimen vesivirta, kasvihuoneen ilman lämpötila, joka vaihtelee ulkoisten ympäristöolosuhteiden ja prosessiin vaikuttavien tekijöiden mukaan. Hallittujen häiriöiden osalta teknisiä olosuhteita rajoitetaan.

Ohjattavan teknologisen prosessin indikaattoria kutsutaan ohjatuksi suureksi (koordinaatiksi), ja fysikaalista suurea, jolla teknologisen prosessin indikaattoria ohjataan, kutsutaan ohjaustoiminnoksi (syöttömäärä, koordinaatti).

Hallitse toimia, jonka kokonaisuus muodostaa n-ulotteisen vektorin X = x1, x2, x3, ..., xn... Ne ovat riippumattomia ulkoisesta ympäristöstä ja niillä on merkittävin vaikutus teknologiseen prosessiin. Heidän avullaan prosessin kulkua muutetaan määrätietoisesti.

Toimien hallintaan sisältää sähkömoottoreiden, sähkölämmittimien, toimilaitteiden päälle- ja poiskytkennän, ohjausventtiilien asennon, säätimien asennon jne.

Tulosmuuttujat, jonka joukko muodostaa M-ulotteisen tilavektorin Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Nämä muuttujat ovat kohteen lähtö, joka kuvaa sen tilaa ja määrittää valmiin tuotteen laatuindikaattorit .

Hallitsemattomia häiritseviä vaikutuksia, jonka kokoelma muodostaa G-ulotteisen vektorin F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Niihin kuuluu sellaisia ​​häiriöitä, joita ei voida syystä tai toisesta mitata esimerkiksi antureiden puutteen vuoksi.

Riisi. 1.Automaatioobjektin tulot ja lähdöt

Automatisoitavan kohteen harkittujen suhteiden tutkiminen voi johtaa kahteen täysin päinvastaiseen johtopäätökseen: objektin lähtö- ja tulomuuttujien välillä on tiukka matemaattinen riippuvuus tai näiden muuttujien välillä ei ole riippuvuutta, joka voidaan ilmaista luotettavalla matemaattisella tavalla. kaava.

Teknisten prosessien automaattisen ohjauksen teoriassa ja käytännössä on kertynyt riittävästi kokemusta esineen tilan kuvaamisesta tällaisissa tilanteissa. Tässä tapauksessa kohdetta pidetään yhtenä automaattisen ohjausjärjestelmän linkkeistä. Tapauksissa, joissa matemaattinen suhde lähtömuuttujan y ja kohteen ohjaussyötetoiminnon x välillä tunnetaan, erotetaan kaksi päämuotoa matemaattisten kuvausten tallentamiseen — nämä ovat kohteen staattiset ja dynaamiset ominaisuudet.

Staattinen ominaisuus matemaattisessa tai graafisessa muodossa ilmaisee lähtöparametrien riippuvuuden tulosta. Binäärisuhteilla on yleensä selkeä matemaattinen kuvaus, esimerkiksi valumateriaalien punnitusannostelijoiden staattinen ominaisuus on muotoa h = km (tässä h on elastisten elementtien muodonmuutosaste; t on materiaalin massa; k on suhteellisuuskerroin, joka riippuu elastisen elementin materiaalin ominaisuuksista).

Jos muuttuvia parametreja on useita, nomogrammeja voidaan käyttää staattisina ominaisuuksina.

Objektin staattinen ominaisuus määrää myöhemmän automaatiokohteiden muodostuksen. Valimon käytännön toteutuksen kannalta nämä tavoitteet voidaan tiivistää kolmeen tyyppiin:

• kohteen alkuparametrien stabilointi;

• lähtöparametrien muuttaminen tietyn ohjelman mukaan;

• joidenkin lähtöparametrien laadun muutos prosessiolosuhteiden muuttuessa.

Useita teknisiä objekteja ei kuitenkaan voida kuvata matemaattisesti, koska prosessin kulkuun vaikuttavat monet toisiinsa liittyvät tekijät, hallitsemattomien tekijöiden läsnäolo ja prosessia koskevan tiedon puute. Tällaiset kohteet ovat monimutkaisia ​​automaation kannalta. Monimutkaisuusaste määräytyy objektin tulojen ja lähtöjen lukumäärän mukaan. Tällaisia ​​objektiivisia vaikeuksia syntyy massa- ja lämmönsiirron vähentämien prosessien tutkimuksessa. Siksi niiden automatisoinnissa tarvitaan oletuksia tai ehtoja, joiden pitäisi edistää automaation päätavoitetta - lisätä hallinnan tehokkuutta lähestymällä mahdollisimman paljon teknisiä tiloja optimaalisiin.

Monimutkaisten objektien tutkimiseen käytetään tekniikkaa, joka koostuu kohteen ehdollisesta esityksestä "mustan laatikon" muodossa. Samalla tutkitaan vain ulkoisia yhteyksiä, eikä järjestelmän aamurakennetta oteta huomioon, eli tutkitaan mitä kohde tekee, ei miten se toimii.

Objektin käyttäytyminen määräytyy lähtöarvojen vastauksen perusteella syöttöarvojen muutoksiin. Päätyökalu tällaisen objektin tutkimiseen ovat tilastolliset ja matemaattiset menetelmät. Metodologisesti kohteen tutkimus suoritetaan seuraavalla tavalla: pääparametrit määritetään, pääparametrien erillinen muutossarja muodostetaan, objektin syöttöparametreja muutetaan keinotekoisesti määritetyn diskreetin sarjan sisällä, kaikki muutokset tuloksissa kirjataan ja tulokset käsitellään tilastollisesti.

Dynaamiset ominaisuudet automaatiokohteen määräävät monet sen ominaisuudet, joista osa edistää laadukasta ohjausprosessia, osa estää sitä.

Kaikista automaatioobjektien ominaisuuksista, niiden lajikkeesta riippumatta, voidaan erottaa tärkeimmät, tyypillisimmät: kapasiteetti, kyky itsekohdistaa ja viive.

Kapasiteetti on esineen kyky kerätä työympäristöä ja varastoida se esineeseen. Aineen tai energian kerääntyminen on mahdollista johtuen siitä, että jokaisessa esineessä on lähtöresistanssi.

Kohteen kapasiteetin mitta on kapasiteettikerroin C, joka kuvaa aineen tai energian määrää, joka on syötettävä kohteeseen, jotta ohjattu arvo muuttuisi yhdellä yksiköllä hyväksytyssä mittakoossa:

missä dQ on aineen tai energian sisäänvirtauksen ja kulutuksen välinen ero; ru — ohjattu parametri; t on aika.

Kapasiteettikertoimen koko voi vaihdella ohjattavien parametrien koosta riippuen.

Ohjatun parametrin muutosnopeus on mitä pienempi, sitä suurempi kohteen kapasiteettikerroin. Tästä seuraa, että on helpompi ohjata niitä objekteja, joiden kapasiteettikertoimet ovat suuremmat.

Itsetasoittuva Tämä on kohteen kyky siirtyä uuteen vakaaseen tilaan häiriön jälkeen ilman ohjauslaitteen (säätimen) väliintuloa. Objekteja, joilla on itsekohdistus, kutsutaan staattisiksi ja niitä, joilla ei ole tätä ominaisuutta, kutsutaan neutraaliksi tai astaattiseksi. . Itsekohdistus edistää kohteen ohjausparametrin vakauttamista ja helpottaa ohjauslaitteen toimintaa.

Itsetasoittuville objekteille on ominaista itsetasoittumiskerroin (aste), joka näyttää tältä:

Itsetasoituskertoimesta riippuen kohteen staattiset ominaisuudet saavat eri muodon (kuva 2).

Säädettävän parametrin riippuvuus kuormasta (suhteellinen häiriö) eri itsetasoituskertoimilla: 1-ihanteellinen itsetasoitus; 2 — normaali itsetasoitus; 3 — itsetasoittumisen puute

Riippuvuus 1 kuvaa kohdetta, jonka ohjattu arvo ei muutu minkään häiriön vaikutuksesta, sellainen kohde ei tarvitse ohjauslaitteita. Riippuvuus 2 kuvaa objektin normaalia itsekohdistusta, riippuvuus 3 kuvaa objektia, jolla ei ole itsekohdistusta. Kerroin p on muuttuva, se kasvaa kuormituksen kasvaessa ja useimmissa tapauksissa on positiivinen.

Viive — tämä on aika, joka kului epätasapainon hetken ja kohteen säädetyn arvon muutoksen alkamisen välillä. Tämä johtuu vastuksen olemassaolosta ja järjestelmän vauhdista.

On olemassa kahdenlaisia ​​viiveitä: puhdas (tai kuljetus) ja ohimenevä (tai kapasitiivinen), jotka lisäävät kohteen kokonaisviivettä.

Puhdas viive sai nimensä, koska objekteissa, joissa se on, kohteen lähdön vasteaika muuttuu verrattuna aikaan, jolloin syöttötoiminto tapahtuu, muuttamatta toiminnan suuruutta ja muotoa. Laitteessa, joka toimii maksimikuormalla tai jossa signaali etenee suurella nopeudella, on pienin nettoviive.

Ohimenevä viive tapahtuu, kun aine- tai energiavirta voittaa kohteen kapasiteetin väliset vastukset.Se määräytyy kondensaattorien lukumäärän ja siirtoresistanssien koon mukaan.

Puhtaat ja ohimenevät viiveet heikentävät ohjauksen laatua; siksi on välttämätöntä pyrkiä vähentämään heidän arvojaan. Myötävaikutteisia toimenpiteitä ovat mittaus- ja ohjauslaitteiden sijoittaminen kohteen välittömään läheisyyteen, pieniinertiaherkkien elementtien käyttö, itse kohteen rakenteellinen järkeistäminen jne.

Objektien automaation kannalta tärkeimpien ominaisuuksien ja ominaisuuksien analyysitulokset sekä niiden tutkimusmenetelmät antavat mahdollisuuden muotoilla useita vaatimuksia ja ehtoja, joiden täyttyminen takaa onnistuneen automatisoinnin. Tärkeimmät ovat seuraavat:

• matemaattinen kuvaus objektisuhteista staattisten ominaisuuksien muodossa; monimutkaisille objekteille, joita ei voida kuvata matemaattisesti - matemaattisten ja tilastollisten, taulukkomuotoisten, spatiaalisten ja muiden menetelmien käyttö objektin suhteiden tutkimiseen tiettyjen oletusten perusteella;

• objektin dynaamisten ominaisuuksien rakentaminen differentiaaliyhtälöiden tai kaavioiden muodossa kohteen ohimenevien prosessien tutkimiseksi ottaen huomioon kaikki kohteen pääominaisuudet (kapasiteetti, viive, itsetasoitus);

• sellaisten teknisten välineiden käyttö kohteessa, jotka varmistaisivat tiedon luovuttamisen kohteen kaikkien kiinnostavien parametrien muutoksista yhtenäisten signaalien muodossa, jotka mitataan antureilla;

• ohjattujen käytöillä varustettujen toimilaitteiden käyttö kohteen ohjaamiseen;

• määritetään luotettavasti tunnetut rajat kohteen ulkoisten häiriöiden muutoksille.

Alavaatimuksia ovat mm.

• automaation rajaehtojen määrittäminen ohjaustehtävien mukaisesti;

• rajoitusten asettaminen saapuville määrille ja valvontatoimille;

• optimaalisuuden (tehokkuuden) kriteerien laskeminen.

Esimerkki automaatiokohteesta on asennus muovaushiekkojen valmistukseen valimossa

Muovaushiekkojen valmistusprosessi koostuu alkukomponenttien annostelusta, niiden syöttämisestä sekoittimeen, valmiin seoksen sekoittamisesta ja syöttämisestä muovauslinjoille, käytetyn seoksen käsittelystä ja regeneroinnista.

Valimotuotannossa yleisimpien hiekka-savi-seosten lähtöaineet: jäteseos, tuore hiekka (täyteaine), savi tai bentoniitti (sideainelisäaine), jauhettu kivihiili tai hiilipitoiset materiaalit (tarttumaton lisäaine), tulenkestävät ja erikoislisäaineet (tärkkelys) , melassi) ja myös vettä.

Sekoitusprosessin syöttöparametreina ovat määriteltyjen muovausmateriaalien kustannukset: käytetty seos, tuore hiekka, savi tai bentoniitti, jauhettu kivihiili, tärkkelys tai muut lisäaineet, vesi.

Alkuparametrit ovat muovausseoksen vaaditut mekaaniset ja teknologiset ominaisuudet: kuiva- ja märkälujuus, kaasunläpäisevyys, tiivistyminen, muovattavuus, juoksevuus, bulkkitiheys jne., joita valvotaan laboratorioanalyysillä.

Lisäksi lähtöparametreihin kuuluu myös seoksen koostumus: aktiivisten ja tehokkaiden sideaineiden pitoisuus, aktiivihiilen pitoisuus, kosteuspitoisuus tai sideaineen kostutusaste, hienoainepitoisuus - kosteutta imevät hienot hiukkaset ja seoksen granulometrinen koostumus tai hienouskerroin.

Siten prosessin hallinnan kohteena on seoksen ainekoostumus. Tarjoamalla valmiin seoksen komponenttien optimaalinen, kokeellisesti määritetty koostumus, on mahdollista saavuttaa seoksen mekaanisten ja teknisten ominaisuuksien stabilointi tietyllä tasolla.

Häiriöt, joille seoksen valmistusjärjestelmä joutuu, vaikeuttavat suuresti seoksen laadun stabilointitehtävää. Syynä häiriöön on kierrätysvirtauksen olemassaolo — jäteseoksen käyttö. Suurin pahin seoksen valmistusjärjestelmässä on kaatoprosessit. Nestemäisen metallin vaikutuksesta seoksen siinä osassa, joka on lähellä valua ja kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin, tapahtuu syvällisiä muutoksia aktiivisen sideaineen, hiilen ja tärkkelyksen koostumuksessa ja niiden muuttuessa inaktiiviseksi komponentiksi.

Seoksen valmistus koostuu kahdesta peräkkäisestä prosessista: seoksen annostelusta tai sekoittamisesta, joka varmistaa komponentin tarvittavan koostumuksen saamisen, ja sekoittamisesta, joka varmistaa homogeenisen seoksen saamisen ja antaa sille tarvittavat teknologiset ominaisuudet.

Nykyaikaisessa muovausseosten valmistuksen teknologisessa prosessissa käytetään jatkuvia raaka-aineiden (muovaus) annostelumenetelmiä, joiden tehtävänä on tuottaa jatkuva virtaus vakiomäärästä materiaalia tai sen yksittäisiä komponentteja virtausnopeuden poikkeamilla. ei annettu enempää kuin sallittua.

Sekoitusprosessin automatisointi ohjausobjektina voidaan tehdä seuraavilla tavoilla:

• rationaalinen järjestelmien rakentaminen seoksen valmistamiseksi, mikä mahdollistaa häiriöiden vaikutuksen poissulkemisen tai vähentämisen seoksen koostumukseen;

• punnittavien annostelumenetelmien käyttö;

• yhdistettyjen ohjausjärjestelmien luominen monikomponenttista annostelua varten ottaen huomioon prosessin dynamiikka (sekoittimen inertia ja viive), ja johtavana komponenttina tulisi olla käytetty seos, jonka virtausnopeudessa ja koostumuksessa on merkittäviä vaihteluita;

• seoksen laadun automaattinen valvonta ja säätö sen valmistuksen aikana;

• automaattisten laitteiden luominen seoksen koostumuksen ja ominaisuuksien monimutkaiseen hallintaan ohjaustulosten käsittelyllä tietokoneella;

• seoksen reseptin oikea-aikainen vaihto, kun muutetaan seos/metalli-suhdetta muotissa ja valun jäähtymisaika ennen lyömistä.