Automatiseringsobjekter og deres egenskaber

Automatiseringsobjekter (kontrolobjekter) — disse er separate installationer, metalskæringsmaskiner, maskiner, aggregater, anordninger, komplekser af maskiner og anordninger, der skal kontrolleres. De er meget forskellige i formål, struktur og handlingsprincip.

Objektet for automatisering er hovedkomponenten i det automatiske system, som bestemmer systemets art, derfor lægges der særlig vægt på dets undersøgelse. Et objekts kompleksitet bestemmes hovedsageligt af graden af ​​dets viden og de mange forskellige funktioner, det udfører. Resultaterne af undersøgelsen af ​​objektet skal præsenteres i form af klare anbefalinger vedrørende muligheden for hel eller delvis automatisering af objektet eller fraværet af de nødvendige betingelser for automatisering.

Karakteristika for automatiseringsobjekter

Udformningen af ​​et automatisk kontrolsystem skal forud for en lokalitetsundersøgelse for at etablere lokalitetsrelationer. Generelt kan disse sammenhænge repræsenteres som fire sæt af variable.

En kontrolleret forstyrrelse, hvis samling danner den L-dimensionelle vektor H = h1, h2, h3, ..., hL... De omfatter målbare variabler, der afhænger af det ydre miljø, såsom kvalitetsindikatorerne for råvarer i støberiet, mængden af damp forbrugt i dampkedlen, vandgennemstrømningen i gennemstrømningsvandvarmeren, temperaturen på luften i drivhuset, som varierer afhængigt af de ydre miljøforhold og de faktorer, der påvirker processen. For kontrollerede forstyrrelser er der sat begrænsninger på de teknologiske forhold.

Indikatoren for den teknologiske proces, der skal kontrolleres, kaldes den kontrollerede mængde (koordinat), og den fysiske størrelse, som indikatoren for den teknologiske proces styres med, kaldes den kontrollerende handling (inputmængde, koordinat).

Kontrol handlinger, hvis helhed danner en n-dimensionel vektor X = x1, x2, x3, ..., xn... De er uafhængige af det ydre miljø og har den væsentligste indflydelse på den teknologiske proces. Med deres hjælp ændres forløbet målrettet.

At kontrollere handlinger omfatte til- og frakobling af elmotorer, elvarmere, aktuatorer, positionen af ​​styreventiler, positionen af ​​regulatorer mv.

Outputvariable, hvis mængde danner den M-dimensionelle tilstandsvektor Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Disse variabler er outputtet af objektet, som karakteriserer dets tilstand og bestemmer kvalitetsindikatorerne for det færdige produkt .

Ukontrollerede forstyrrende påvirkninger, hvis samling danner den G-dimensionelle vektor F = ε1, ε2, ε3, …, εG... De omfatter sådanne forstyrrelser, der ikke kan måles af den ene eller anden grund, for eksempel på grund af mangel på sensorer.

Ris. 1.Ind- og udgange af automatiseringsobjektet

At studere de betragtede relationer af objektet, der skal automatiseres, kan føre til to diametralt modsatte konklusioner: der er en streng matematisk afhængighed mellem output- og inputvariablerne for objektet, eller der er ingen afhængighed mellem disse variabler, der kan udtrykkes ved en pålidelig matematisk formel.

I teorien og praksisen om automatisk styring af teknologiske processer er der opnået tilstrækkelig erfaring med at beskrive et objekts tilstand i sådanne situationer. I dette tilfælde betragtes objektet som et af leddene i det automatiske kontrolsystem. I tilfælde, hvor det matematiske forhold mellem outputvariablen y og objektets kontrolindgangshandling x er kendt, skelnes der mellem to hovedformer for registrering af matematiske beskrivelser - disse er objektets statiske og dynamiske karakteristika.

Statisk karakteristik i matematisk eller grafisk form udtrykker outputparametrenes afhængighed af input. Binære sammenhænge har normalt en klar matematisk beskrivelse, for eksempel har den statiske karakteristik af vejeautomater til støbematerialer formen h = km (her er h graden af ​​deformation af de elastiske elementer; t er materialets masse; k er proportionalitetsfaktoren, som afhænger af egenskaberne af det elastiske elements materiale).

Hvis der er flere variable parametre, kan nomogrammer bruges som statiske karakteristika.

Objektets statiske karakteristika bestemmer den efterfølgende dannelse af automatiseringsmål. Ud fra synspunktet om praktisk implementering i støberi kan disse mål reduceres til tre typer:

• stabilisering af objektets indledende parametre;

• ændring af outputparametrene i overensstemmelse med et givet program;

• ændring i kvaliteten af ​​nogle outputparametre, når procesbetingelserne ændres.

En række teknologiske objekter kan dog ikke beskrives matematisk på grund af de mange indbyrdes forbundne faktorer, der påvirker processens forløb, tilstedeværelsen af ​​ukontrollerbare faktorer og manglende viden om processen. Sådanne objekter er komplekse ud fra et automatiseringssynspunkt. Graden af ​​kompleksitet bestemmes af antallet af input og output af objektet. Sådanne objektive vanskeligheder opstår i studiet af processer reduceret af masse og varmeoverførsel. Derfor er antagelser eller betingelser nødvendige i deres automatisering, hvilket bør bidrage til hovedmålet med automatisering - at øge effektiviteten af ​​ledelsen ved maksimalt at nærme de teknologiske tilstande til de optimale.

For at studere komplekse objekter bruges en teknik, som består i en betinget repræsentation af et objekt i form af en «sort boks». Samtidig studeres kun eksterne forbindelser, og der tages heller ikke højde for systemets morgenstruktur, det vil sige, de studerer, hvad objektet gør, ikke hvordan det fungerer.

Objektets adfærd bestemmes af outputværdiernes reaktion på ændringer i inputværdierne. Det vigtigste værktøj til at studere et sådant objekt er statistiske og matematiske metoder. Metodisk udføres undersøgelsen af ​​objektet på følgende måde: hovedparametrene bestemmes, en diskret række ændringer i hovedparametrene etableres, objektets inputparametre ændres kunstigt inden for den etablerede diskrete serie, alle ændringer i output registreres og resultaterne behandles statistisk.

Dynamiske egenskaber et automatiseringsobjekt er bestemt af en række af dets egenskaber, hvoraf nogle bidrager til en kontrolproces af høj kvalitet, andre hindrer den.

Af alle egenskaberne ved automatiseringsobjekter, uanset deres sort, kan de vigtigste, mest karakteristiske kendetegnes: kapacitet, evne til at tilpasse sig selv og halte.

Kapacitet er et objekts evne til at akkumulere arbejdsmiljøet og opbevare det i objektet. Akkumulering af stof eller energi er mulig på grund af det faktum, at der er en udgangsmodstand i hvert objekt.

Målet for objektets kapacitet er koefficienten for kapacitet C, som karakteriserer mængden af ​​stof eller energi, der skal tilføres objektet for at ændre den kontrollerede værdi med én enhed i den accepterede målestørrelse:

hvor dQ er forskellen mellem tilstrømning og forbrug af stof eller energi; ru — kontrolleret parameter; det er tid.

Kapacitetsfaktorens størrelse kan være forskellig afhængig af størrelsen af ​​de kontrollerede parametre.

Ændringshastigheden af ​​den kontrollerede parameter er jo mindre, jo større er objektets kapacitetsfaktor. Det følger heraf, at det er lettere at kontrollere de objekter, hvis kapacitetskoefficienter er større.

Selvnivellerende Dette er et objekts evne til at gå ind i en ny stabil tilstand efter en forstyrrelse uden indgriben fra en kontrolenhed (regulator). Objekter, der har selvjustering kaldes statiske, og dem, der ikke har denne egenskab, kaldes neutrale eller astatiske. . Selvjustering bidrager til stabiliseringen af ​​objektets kontrolparameter og letter betjeningen af ​​kontrolanordningen.

Selvnivellerende objekter er karakteriseret ved en koefficient (grad) af selvnivellering, som ser sådan ud:

Afhængigt af selvnivelleringskoefficienten antager objektets statiske karakteristika en anden form (fig. 2).

Afhængighed af den kontrollerede parameter af belastningen (relativ forstyrrelse) ved forskellige selvnivelleringskoefficienter: 1-ideal selvnivellering; 2 — normal selvnivellering; 3 — mangel på selvnivellering

Afhængighed 1 karakteriserer et objekt, for hvilket den kontrollerede værdi ikke ændres under nogen forstyrrelser, et sådant objekt behøver ikke styreanordninger. Afhængighed 2 afspejler objektets normale selvjustering, afhængighed 3 karakteriserer et objekt, der ikke har nogen selvjustering. Koefficienten p er variabel, den stiger med stigende belastning og har i de fleste tilfælde en positiv værdi.

En forsinkelse — dette er den tid, der går mellem tidspunktet for ubalance og begyndelsen af ​​ændringen i objektets kontrollerede værdi. Dette skyldes tilstedeværelsen af ​​modstand og systemets momentum.

Der er to typer forsinkelse: ren (eller transport) og transient (eller kapacitiv), som tilføjer den samlede forsinkelse i objektet.

Ren forsinkelse har fået sit navn, fordi der i objekter, hvor det findes, er en ændring i responstiden for objektets output sammenlignet med den tid, inputhandlingen finder sted uden at ændre størrelsen og formen af ​​handlingen. Et anlæg, der opererer ved maksimal belastning, eller hvor et signal udbredes ved høj hastighed, har den mindste nettoforsinkelse.

Forbigående forsinkelse opstår, når strømmen af ​​stof eller energi overvinder modstandene mellem objektets kapacitet.Det bestemmes af antallet af kondensatorer og størrelsen af ​​overføringsmodstandene.

Rene og forbigående forsinkelser forringer kontrolkvaliteten; derfor er det nødvendigt at stræbe efter at reducere deres værdier. Medvirkende foranstaltninger omfatter placering af måle- og kontrolanordninger i umiddelbar nærhed af objektet, brug af lavinertifølsomme elementer, den strukturelle rationalisering af selve objektet mv.

Resultaterne af analysen af ​​de vigtigste egenskaber og egenskaber ved objekterne til automatisering, såvel som metoderne til deres forskning, gør det muligt at formulere en række krav og betingelser, hvis opfyldelse garanterer muligheden for succesfuld automatisering. De vigtigste er følgende:

• matematisk beskrivelse af objektforhold, præsenteret i form af statiske karakteristika; for komplekse objekter, der ikke kan beskrives matematisk - brugen af ​​matematiske og statistiske, tabelformede, rumlige og andre metoder til at studere et objekts relationer baseret på indførelsen af ​​visse antagelser;

• konstruktion af objektets dynamiske egenskaber i form af differentialligninger eller grafer til at studere forbigående processer i objektet under hensyntagen til alle objektets hovedegenskaber (kapacitet, lag, selvnivellering);

• brugen i objektet af sådanne tekniske midler, der ville sikre frigivelse af information om ændringen af ​​alle parametre af interesse for objektet i form af forenede signaler målt af sensorer;

• brugen af ​​aktuatorer med kontrollerede drev til at styre objektet;

• etablere pålideligt kendte grænser for ændringer i objektets eksterne forstyrrelser.

Underordnede krav omfatter:

• fastlæggelse af randbetingelserne for automatisering i overensstemmelse med kontrolopgaverne;

• etablering af restriktioner for indgående mængder og kontrolforanstaltninger;

• beregning af kriterier for optimalitet (effektivitet).

Et eksempel på et automatiseringsobjekt er en installation til fremstilling af støbesand i et støberi

Processen med fremstilling af støbesand består i at dosere de indledende komponenter, tilføre dem til blanderen, blande den færdige blanding og tilføre den til støbelinjerne, bearbejde og regenerere den brugte blanding.

Udgangsmaterialerne til de mest almindelige sand-lerblandinger i støberiproduktion: affaldsblanding, frisk sand (fyldstof), ler eller bentonit (bindemiddeladditiv), malet kul eller kulholdige materialer (non-stick additiv), ildfaste og specielle additiver (stivelse) , melasse) og også vand.

Inputparametrene for blandingsprocessen er omkostningerne ved de specificerede støbematerialer: brugt blanding, frisk sand, ler eller bentonit, formalet kul, stivelse eller andre tilsætningsstoffer, vand.

De indledende parametre er de krævede mekaniske og teknologiske egenskaber af støbeblandingen: tør- og vådstyrke, gaspermeabilitet, komprimering, formbarhed, fluiditet, bulkdensitet osv., som kontrolleres af laboratorieanalyse.

Derudover omfatter outputparametrene også blandingens sammensætning: indholdet af aktive og effektive bindemidler, indholdet af aktivt kul, fugtindholdet eller graden af ​​befugtning af bindemidlet, indholdet af fine partikler - fugtabsorberende fine partikler og den granulometriske sammensætning af blandingen eller finhedsmodulet.

Formålet med processtyring er således blandingens bestanddele. Ved at tilvejebringe en optimal sammensætning af komponenterne i den færdige blanding, bestemt eksperimentelt, er det muligt at opnå stabilisering på et givet niveau af blandingens mekaniske og teknologiske egenskaber.

De forstyrrelser, som blandingsfremstillingssystemet udsættes for, komplicerer i høj grad opgaven med at stabilisere blandingens kvalitet. Årsagen til forstyrrelsen er tilstedeværelsen af ​​en recirkulationsstrøm - brugen af ​​affaldsblandingen. Den største forargelse i blandingsforberedelsessystemet er hældeprocesserne. Under påvirkning af flydende metal, i den del af blandingen, der er tæt på støbningen og opvarmet til høje temperaturer, sker der dybtgående ændringer i sammensætningen af ​​det aktive bindemiddel, kul og stivelse og deres overgang til en inaktiv komponent.

Fremstillingen af ​​blandingen består af to på hinanden følgende processer: dosering eller blanding af blandingen, som sikrer opnåelse af den nødvendige sammensætning af komponenten, og blanding, som sikrer opnåelse af en homogen blanding og giver den de nødvendige teknologiske egenskaber.

I den moderne teknologiske proces til fremstilling af støbeblandinger anvendes kontinuerlige metoder til dosering af råmaterialer (støbnings-)materialer, hvis opgave er at producere en kontinuerlig strøm af en konstant mængde materiale eller dets individuelle komponenter med flowhastighedsafvigelser fra ikke givet mere end tilladt.

Automatisering af blandingsprocessen som kontrolobjekt kan udføres med følgende:

• rationel konstruktion af systemer til fremstilling af en blanding, der gør det muligt at udelukke eller reducere indflydelsen af ​​forstyrrelser på blandingens sammensætning;

• brugen af ​​vejede doseringsmetoder;

• oprettelse af forbundne kontrolsystemer til flerkomponentdosering under hensyntagen til processens dynamik (blanderinerti og forsinkelse), og den førende komponent bør være den brugte blanding, som har betydelige udsving i strømningshastighed og sammensætning;

• automatisk kontrol og regulering af blandingens kvalitet under dens fremstilling;

• oprettelse af automatiske enheder til kompleks kontrol af blandingens sammensætning og egenskaber med behandling af kontrolresultaterne på en computer;

• rettidig ændring af blandingsopskriften ved ændring af blandings-/metalforholdet i formen og afkølingstiden for støbningen før slag.