Automatizálási objektumok és jellemzőik

Automatizálási objektumok (vezérlő objektumok) — ezek különálló berendezések, fémvágó gépek, gépek, aggregátumok, berendezések, gépek és berendezések együttesei, amelyeket vezérelni kell. Céljukat, felépítésüket és cselekvési elvüket tekintve nagyon változatosak.

Az automatizálás tárgya az automata rendszer fő összetevője, amely meghatározza a rendszer jellegét, ezért ennek tanulmányozására különös figyelmet fordítanak. Egy objektum összetettségét elsősorban tudásának foka és az általa ellátott funkciók sokfélesége határozza meg. Az objektum vizsgálatának eredményeit egyértelmű ajánlások formájában kell bemutatni az objektum teljes vagy részleges automatizálásának lehetőségére vagy az automatizáláshoz szükséges feltételek hiányára vonatkozóan.

Az automatizálási objektumok jellemzői

Az automatikus vezérlőrendszer tervezését helyszíni felmérésnek kell megelőznie a telephelyi kapcsolatok megállapítására. Általában ezek a kapcsolatok négy változóhalmazként ábrázolhatók.

Ellenőrzött zavar, melynek gyűjteménye alkotja az L-dimenziós vektort H = h1, h2, h3, ..., hL... Olyan mérhető változókat tartalmaznak, amelyek a külső környezettől függenek, mint például az öntödében lévő alapanyagok minőségi mutatói, mennyisége a gőzkazánban elfogyasztott gőz, az átfolyós vízmelegítő vízárama, az üvegház levegőjének hőmérséklete, amely a külső környezeti feltételektől és a folyamatot befolyásoló tényezőktől függően változik. Az ellenőrzött zavarok esetén a technológiai feltételeket korlátozzák.

A szabályozni kívánt technológiai folyamat mutatóját irányított mennyiségnek (koordinátának) nevezzük, azt a fizikai mennyiséget, amellyel a technológiai folyamat mutatóját szabályozzuk, irányító cselekvésnek (bemeneti mennyiség, koordináta).

Műveletek ellenőrzése, amelyek összessége egy n-dimenziós vektort alkot X = x1, x2, x3, ..., xn... Függetlenek a külső környezettől, és a technológiai folyamatra gyakorolnak legjelentősebb hatást. Segítségükkel célirányosan változtatják meg a folyamat menetét.

A cselekvések ellenőrzésére ide tartozik az elektromos motorok, elektromos fűtőtestek, működtetők be- és kikapcsolása, a szabályozószelepek helyzete, a szabályozók helyzete stb.

Kimeneti változók, melynek halmaza alkotja az M-dimenziós állapotvektort Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Ezek a változók az objektum kimenete, amely jellemzi annak állapotát és meghatározza a késztermék minőségi mutatóit .

Ellenőrizetlen zavaró hatások, melynek gyűjteménye a G-dimenziós vektort alkotja F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Olyan zavarokat tartalmaznak, amelyek ilyen vagy olyan okból nem mérhetők, például érzékelők hiánya miatt.

Rizs. 1.Az automatizálási objektum be- és kimenetei

Az automatizálandó objektum figyelembe vett kapcsolatainak tanulmányozása két, egymással homlokegyenest ellentétes következtetésre juthat: az objektum kimeneti és bemeneti változói között szigorú matematikai függőség van, vagy e változók között nincs megbízható matematikai módszerrel kifejezhető függőség. képlet.

A technológiai folyamatok automatikus vezérlésének elméletében és gyakorlatában kellő tapasztalatot szereztek egy tárgy állapotának ilyen helyzetekben történő leírásában. Ebben az esetben az objektumot az automatikus vezérlőrendszer egyik linkjének tekintik. Azokban az esetekben, amikor az y kimeneti változó és az objektum x vezérlő bemeneti művelete közötti matematikai kapcsolat ismert, a matematikai leírások rögzítésének két fő formáját különböztetjük meg – ezek az objektum statikus és dinamikus jellemzői.

Statikus jellemző matematikai vagy grafikus formában a kimeneti paraméterek bemenettől való függőségét fejezi ki. A bináris összefüggések általában egyértelmű matematikai leírással rendelkeznek, például az öntőanyag-mérő adagolók statikai jellemzője h = km (itt h a rugalmas elemek deformációjának mértéke; t az anyag tömege; k az arányossági tényező, amely a rugalmas elem anyagának tulajdonságaitól függ).

Ha több változó paraméter van, a nomogramok statikus jellemzőkként használhatók.

Az objektum statikus jellemzői meghatározzák az automatizálási célok későbbi kialakítását. Az öntödei gyakorlati megvalósítás szempontjából ezek a célok három típusra redukálhatók:

• az objektum kezdeti paramétereinek stabilizálása;

• a kimeneti paraméterek módosítása adott program szerint;

• egyes kimeneti paraméterek minőségének változása, amikor a folyamat feltételei megváltoznak.

Számos technológiai objektum azonban nem írható le matematikailag a folyamat lefolyását befolyásoló, egymással összefüggő tényezők sokasága, a kontrollálhatatlan tényezők jelenléte és a folyamatra vonatkozó ismeretek hiánya miatt. Az ilyen objektumok az automatizálás szempontjából összetettek. A bonyolultsági fokot az objektum be- és kimeneteinek száma határozza meg. Ilyen objektív nehézségek merülnek fel a tömeg- és hőátadással csökkentett folyamatok tanulmányozása során. Ezért az automatizálásukban olyan feltételezésekre vagy feltételekre van szükség, amelyek hozzájárulnak az automatizálás fő céljához - az irányítás hatékonyságának növeléséhez a technológiai módok optimális megközelítésével.

Az összetett objektumok tanulmányozásához olyan technikát alkalmaznak, amely egy objektum feltételes megjelenítéséből áll "fekete doboz" formájában. Ugyanakkor csak a külső összefüggéseket vizsgálják, és nem veszik figyelembe a rendszer reggeli felépítését sem, vagyis azt vizsgálják, hogy az objektum mit csinál, nem pedig azt, hogyan működik.

Az objektum viselkedését a kimeneti értékeknek a bemeneti értékek változására adott válasza határozza meg. Az ilyen objektumok tanulmányozásának fő eszköze a statisztikai és matematikai módszerek. Módszertanilag az objektum vizsgálata a következő módon történik: meghatározzák a fő paramétereket, a fő paraméterekben diszkrét változássorozatot állítanak fel, az objektum bemeneti paramétereit mesterségesen megváltoztatják a létrehozott diszkrét sorozaton belül, minden változás a kimenetekben rögzítésre kerül, és az eredményeket statisztikailag feldolgozzák.

Dinamikus jellemzők az automatizálás tárgyát számos tulajdonsága határozza meg, amelyek egy része hozzájárul a magas színvonalú ellenőrzési folyamathoz, mások akadályozzák azt.

Az automatizálási objektumok összes tulajdonsága közül, változatosságuktól függetlenül, megkülönböztethetők a fő, legjellemzőbbek: kapacitás, önbeállítási képesség és késleltetés.

Kapacitás egy tárgy azon képessége, hogy felhalmozza a munkakörnyezetet és tárolja azt a tárgyban. Az anyag vagy energia felhalmozódása annak köszönhető, hogy minden tárgyban van egy kimeneti ellenállás.

Az objektum kapacitásának mértéke a C kapacitás együtthatója, amely azt az anyag- vagy energiamennyiséget jellemzi, amelyet az objektumhoz kell juttatni ahhoz, hogy a szabályozott érték egy egységgel megváltozzon az elfogadott mérési méretben:

ahol dQ az anyag vagy energia beáramlása és felhasználása közötti különbség; ru — szabályozott paraméter; itt az idő.

A kapacitástényező mérete a szabályozott paraméterek méretétől függően eltérő lehet.

A szabályozott paraméter változási sebessége minél kisebb, annál nagyobb az objektum kapacitástényezője. Ebből következik, hogy könnyebb irányítani azokat az objektumokat, amelyek kapacitási együtthatói nagyobbak.

Önszintező Ez az a képessége, hogy egy objektum egy zavarás után egy vezérlőeszköz (szabályozó) beavatkozása nélkül új állandósult állapotba kerül, az önbeállással rendelkező objektumokat statikusnak, azokat pedig, amelyek nem rendelkeznek ezzel a tulajdonsággal, semlegesnek vagy asztatikusnak nevezzük. . Az önbeállítás hozzájárul az objektum szabályozási paraméterének stabilizálásához és megkönnyíti a vezérlőberendezés működését.

Az önszintező objektumokat az önszintezési együttható (fok) jellemzi, amely így néz ki:

Az önbeállási együtthatótól függően az objektum statikai jellemzői eltérő formát öltenek (2. ábra).

A szabályozott paraméter terheléstől való függése (relatív zavarás) különböző önbeállási együtthatóknál: 1-ideális önszintezés; 2 — normál önbeállás; 3 — az önszintezés hiánya

Az 1-es függőség olyan objektumot jellemez, amelynek a szabályozott értéke semmilyen zavarás esetén nem változik, az ilyen objektumnak nincs szüksége vezérlőeszközökre. A 2. függőség az objektum normál önbeállítását tükrözi, a 3. függőség pedig egy olyan objektumot jellemez, amelynek nincs önbeállítása. A p együttható változó, a terhelés növekedésével növekszik és a legtöbb esetben pozitív értékű.

Késés — ez az az idő, amely a kiegyensúlyozatlanság pillanata és az objektum szabályozott értékében bekövetkező változás kezdete között eltelt. Ennek oka az ellenállás jelenléte és a rendszer lendülete.

Kétféle késleltetés létezik: tiszta (vagy szállítási) és tranziens (vagy kapacitív), amelyek növelik az objektum teljes késleltetését.

A tiszta késleltetés azért kapta a nevét, mert azokban az objektumokban, ahol létezik, megváltozik az objektum kimenetének válaszideje a bemeneti művelethez képest anélkül, hogy a művelet nagysága és alakja megváltozna. A maximális terhelésen működő létesítmények, vagy amelyekben a jel nagy sebességgel terjed, rendelkezik a minimális nettó késleltetéssel.

A tranziens késleltetés akkor következik be, amikor az anyag vagy energia áramlása legyőzi az objektum kapacitása közötti ellenállásokat.A kondenzátorok száma és az átviteli ellenállások mérete határozza meg.

A tiszta és átmeneti késleltetések rontják a vezérlés minőségét; ezért törekedni kell értékük csökkentésére. A hozzájáruló intézkedések közé tartozik a mérő- és vezérlőberendezések elhelyezése az objektum közvetlen közelében, kis tehetetlenségi nyomatékú érzékeny elemek alkalmazása, magának az objektumnak a szerkezeti racionalizálása stb.

Az objektumok automatizálás szempontjából legfontosabb jellemzőinek és tulajdonságainak elemzésének eredményei, valamint kutatási módszerei lehetővé teszik, hogy megfogalmazzuk. számos követelmény és feltétel, amelyek teljesítése garantálja a sikeres automatizálás lehetőségét. A főbbek a következők:

• objektumviszonyok matematikai leírása, statikus jellemzők formájában; összetett, matematikailag nem írható objektumok esetében – matematikai és statisztikai, táblázatos, térbeli és egyéb módszerek alkalmazása egy objektum kapcsolatainak tanulmányozására bizonyos feltevések bevezetése alapján;

• az objektum dinamikus jellemzőinek felépítése differenciálegyenletek vagy grafikonok formájában az objektum tranziens folyamatainak tanulmányozására, figyelembe véve az objektum összes fő tulajdonságát (kapacitás, késés, önszintezés);

• olyan műszaki eszközök alkalmazása az objektumban, amelyek biztosítanák az objektum összes fontos paraméterének változásáról szóló információk kiadását érzékelők által mért egységes jelek formájában;

• vezérelt hajtású aktuátorok használata az objektum vezérlésére;

• az objektum külső zavarainak változásainak megbízhatóan ismert határainak megállapítása.

Az alárendelt követelmények közé tartozik:

• az automatizálás peremfeltételeinek meghatározása az irányítási feladatoknak megfelelően;

• korlátozások megállapítása a bejövő mennyiségekre és ellenőrzési intézkedésekre;

• az optimalitás (hatékonyság) kritériumainak kiszámítása.

Példa az automatizálási objektumra a fröccsöntő homok előállítására szolgáló berendezés öntödében

A formázóhomok készítési folyamata a kezdeti komponensek adagolásából, a keverőbe való betáplálásából, a kész keverék összekeveréséből és a formázósorokra való betáplálásából, az elhasznált keverék feldolgozásából és regenerálásából áll.

Az öntödei gyártásban legelterjedtebb homok-agyag keverékek kiindulási anyagai: hulladékkeverék, friss homok (töltőanyag), agyag vagy bentonit (kötőanyag-adalék), őrölt szén vagy széntartalmú anyagok (tapadásmentes adalék), tűzálló és speciális adalékok (keményítő) , melasz) és vizet is.

A keverési folyamat bemeneti paraméterei a megadott formázóanyagok költségei: elhasznált keverék, friss homok, agyag vagy bentonit, őrölt szén, keményítő vagy egyéb adalékok, víz.

A kezdeti paraméterek a formázókeverék szükséges mechanikai és technológiai tulajdonságai: száraz és nedves szilárdság, gázáteresztő képesség, tömörítés, alakíthatóság, folyékonyság, térfogatsűrűség stb., amelyeket laboratóriumi elemzéssel ellenőrzünk.

Ezen kívül a kimeneti paraméterek között szerepel a keverék összetétele is: aktív és hatékony kötőanyagok tartalma, aktív szén tartalom, nedvességtartalom vagy a kötőanyag nedvesedésének mértéke, finomszemcsék - nedvességelnyelő finom részecskék tartalma. és a keverék granulometrikus összetétele vagy a finomsági modulus.

Így a folyamatszabályozás tárgya a keverék alkotóeleme. A kész keverék komponenseinek optimális, kísérletileg meghatározott összetételének biztosításával lehetőség nyílik a keverék mechanikai és technológiai tulajdonságainak adott szinten történő stabilizálására.

Azok a zavarok, amelyeknek a keverék-előkészítő rendszer ki van téve, nagymértékben megnehezítik a keverék minőségének stabilizálását. A zavar oka a recirkulációs áramlás jelenléte – a hulladékkeverék használata. A mixelőkészítő rendszerben a fő felháborodást az öntési folyamatok jelentik. Folyékony fém hatására a keveréknek az öntvényhez közeli és magas hőmérsékletre hevített részében az aktív kötőanyag, a szén és a keményítő összetételében mélyreható változások következnek be, és inaktív komponenssé alakulnak át.

A keverék elkészítése két egymást követő folyamatból áll: a keverék adagolásából vagy összekeveréséből, amely biztosítja a komponens szükséges összetételének elérését, és keverésből, amely biztosítja, hogy homogén keveréket kapjunk, és megadja a szükséges technológiai tulajdonságokat.

A formázókeverékek előállításának korszerű technológiai eljárásában a nyers (formázó) anyagok folyamatos adagolási módszereit alkalmazzák, amelyek feladata állandó mennyiségű anyag vagy egyes összetevőinek folyamatos áramlása, az áramlási sebességtől való eltérésekkel történő előállítása. nem adott többet a megengedettnél.

A keverési folyamat, mint vezérlőobjektum automatizálása a következőkkel végezhető el:

• a keverék elkészítésére szolgáló rendszerek ésszerű felépítése, amely lehetővé teszi a keverék összetételére gyakorolt ​​zavarok hatásának kizárását vagy csökkentését;

• mérlegelési adagolási módszerek alkalmazása;

• összekapcsolt vezérlőrendszerek kialakítása többkomponensű adagoláshoz, figyelembe véve a folyamat dinamikáját (keverő tehetetlensége és késleltetése), és a vezető komponens az elhasznált keverék legyen, amelynek áramlási sebessége és összetétele jelentős ingadozásokkal rendelkezik;

• a keverék minőségének automatikus ellenőrzése és szabályozása az elkészítése során;

• automata eszközök létrehozása a keverék összetételének és tulajdonságainak komplex szabályozására az ellenőrzési eredmények számítógépes feldolgozásával;

• a keverék receptúrájának időbeni megváltoztatása a keverék/fém arány megváltoztatásakor a formában és az öntvény hűtési idejének ütés előtt.