Automationsobjekt och deras egenskaper

Automationsobjekt (kontrollobjekt) — Dessa är separata installationer, skärmaskiner, maskiner, aggregat, anordningar, komplex av maskiner och anordningar som måste kontrolleras. De är mycket olika i syfte, struktur och handlingsprincip.

Objektet för automatisering är huvudkomponenten i det automatiska systemet, som bestämmer systemets karaktär, därför ägnas särskild uppmärksamhet åt dess studie. Ett objekts komplexitet bestäms huvudsakligen av graden av dess kunskap och mångfalden av funktioner som det utför. Resultaten av studien av objektet ska presenteras i form av tydliga rekommendationer om möjligheten till hel eller partiell automatisering av objektet eller frånvaron av nödvändiga förutsättningar för automatisering.

Egenskaper för automationsobjekt

Utformningen av ett automatiskt styrsystem måste föregås av en platsundersökning för att fastställa platsrelationer. I allmänhet kan dessa samband representeras som fyra uppsättningar av variabler.

En kontrollerad störning, vars samling bildar den L-dimensionella vektorn H = h1, h2, h3, ..., hL... De inkluderar mätbara variabler som beror på den yttre miljön, såsom kvalitetsindikatorerna för råvaror i gjuteriet, mängden av ånga som förbrukas i ångpannan, vattenflödet i snabbvattenberedaren, temperaturen på luften i växthuset, som varierar beroende på de yttre miljöförhållandena och de faktorer som påverkar processen. För kontrollerade störningar sätts begränsningar på de tekniska förutsättningarna.

Indikatorn för den tekniska processen som ska kontrolleras kallas den kontrollerade kvantiteten (koordinat), och den fysiska kvantiteten med vilken indikatorn för den tekniska processen styrs kallas den kontrollerande åtgärden (inmatad kvantitet, koordinat).

Kontrollåtgärder, vars helhet bildar en n-dimensionell vektor X = x1, x2, x3, ..., xn... De är oberoende av den yttre miljön och har den mest betydande inverkan på den tekniska processen. Med deras hjälp förändras processens förlopp målmedvetet.

För att kontrollera handlingar inkludera på- och avkoppling av elmotorer, elvärmare, ställdon, placering av reglerventiler, läge för regulatorer, etc.

Utdatavariabler, vars uppsättning bildar den M-dimensionella tillståndsvektorn Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Dessa variabler är utdata från objektet, som karakteriserar dess tillstånd och bestämmer kvalitetsindikatorerna för den färdiga produkten .

Okontrollerade störande influenser, vars samling bildar den G-dimensionella vektorn F = ε1, ε2, ε3, …, εG... De inkluderar sådana störningar som inte kan mätas av en eller annan anledning, till exempel på grund av brist på sensorer.

Ris. 1.In- och utgångar för automationsobjektet

Att studera de övervägda relationerna för objektet som ska automatiseras kan leda till två diametralt motsatta slutsatser: det finns ett strikt matematiskt beroende mellan utdata- och indatavariablerna för objektet, eller så finns det inget beroende mellan dessa variabler som kan uttryckas med en tillförlitlig matematisk formel.

I teorin och praktiken för automatisk styrning av tekniska processer har tillräcklig erfarenhet vunnits för att beskriva ett objekts tillstånd i sådana situationer. I det här fallet anses objektet vara en av länkarna i det automatiska styrsystemet. I de fall där det matematiska förhållandet mellan utdatavariabeln y och kontrollinmatningsåtgärden x för objektet är känt, särskiljs två huvudformer för att registrera matematiska beskrivningar — dessa är objektets statiska och dynamiska egenskaper.

Statisk egenskap i matematisk eller grafisk form uttrycker utgångsparametrarnas beroende av ingången. Binära samband har vanligtvis en tydlig matematisk beskrivning, till exempel har den statiska egenskapen för vägningsautomater för gjutmaterial formen h = km (här är h graden av deformation av de elastiska elementen; t är materialets massa; k är proportionalitetsfaktorn, som beror på egenskaperna hos det elastiska elementets material).

Om det finns flera variabla parametrar kan nomogram användas som statiska egenskaper.

Objektets statiska egenskaper bestämmer den efterföljande bildandet av automatiseringsmål. Ur synvinkel praktiskt genomförande i gjuteri kan dessa mål reduceras till tre typer:

• stabilisering av objektets initiala parametrar;

• ändring av utgångsparametrarna enligt ett givet program;

• förändring i kvaliteten på vissa utdataparametrar när processförhållandena ändras.

Ett antal tekniska objekt kan dock inte beskrivas matematiskt på grund av de många inbördes relaterade faktorer som påverkar processens förlopp, förekomsten av okontrollerbara faktorer och bristen på kunskap om processen. Sådana objekt är komplexa ur automationssynpunkt. Graden av komplexitet bestäms av antalet ingångar och utgångar för objektet. Sådana objektiva svårigheter uppstår vid studiet av processer reducerade av massa och värmeöverföring. Därför, i deras automatisering, är antaganden eller villkor nödvändiga, vilket bör bidra till huvudmålet med automatisering - att öka effektiviteten i förvaltningen genom att maximalt närma sig de tekniska lägena till de optimala.

För att studera komplexa objekt används en teknik, som består i en villkorlig representation av ett objekt i form av en «svart låda». Samtidigt studeras endast externa kopplingar, och inte heller tar man hänsyn till systemets morgonstruktur, det vill säga de studerar vad objektet gör, inte hur det fungerar.

Objektets beteende bestäms av utgångsvärdens svar på ändringar i ingångsvärdena. Huvudverktyget för att studera ett sådant objekt är statistiska och matematiska metoder. Metodologiskt utförs studien av objektet på följande sätt: huvudparametrarna bestäms, en diskret serie av förändringar i huvudparametrarna upprättas, objektets ingångsparametrar ändras artificiellt inom den etablerade diskreta serien, alla ändringar i utgångarna registreras och resultaten bearbetas statistiskt.

Dynamiska egenskaper ett automatiseringsobjekt bestäms av ett antal av dess egenskaper, av vilka vissa bidrar till en högkvalitativ kontrollprocess, andra hindrar den.

Av alla egenskaper hos automationsobjekt, oavsett deras variation, kan de viktigaste, mest karakteristiska särskiljas: kapacitet, förmåga att självjustera och släpa.

Kapacitet är ett objekts förmåga att samla arbetsmiljön och lagra den i objektet. Ansamling av materia eller energi är möjlig på grund av att det finns ett utgångsmotstånd i varje objekt.

Måttet på objektets kapacitet är koefficienten för kapacitet C, som kännetecknar mängden materia eller energi som måste tillföras objektet för att ändra det kontrollerade värdet med en enhet i den accepterade mätstorleken:

där dQ är skillnaden mellan inflöde och förbrukning av materia eller energi; ru — kontrollerad parameter; det är dags.

Kapacitetsfaktorns storlek kan variera beroende på storleken på de kontrollerade parametrarna.

Förändringshastigheten för den kontrollerade parametern är ju mindre, desto större kapacitetsfaktor för objektet. Därav följer att det är lättare att kontrollera de objekt vars kapacitetskoefficienter är större.

Självnivellerande Detta är förmågan hos ett objekt att gå in i ett nytt stationärt tillstånd efter en störning utan ingripande av en kontrollenhet (regulator). Objekt som har självinställning kallas statiska och de som inte har denna egenskap kallas neutrala eller astatiska . Självinställning bidrar till stabiliseringen av objektets kontrollparameter och underlättar driften av kontrollenheten.

Självnivellerande objekt kännetecknas av en koefficient (grad) av självnivellering, som ser ut så här:

Beroende på självnivelleringskoefficienten tar objektets statiska egenskaper en annan form (fig. 2).

Den kontrollerade parameterns beroende av belastningen (relativ störning) vid olika självnivelleringskoefficienter: 1-ideal självnivellering; 2 — normal självnivellering; 3 — brist på självutjämning

Beroende 1 kännetecknar ett objekt för vilket det kontrollerade värdet inte ändras under några störningar, ett sådant objekt behöver inte styranordningar. Beroende 2 speglar objektets normala självinriktning, beroende 3 kännetecknar ett objekt som inte har någon självinriktning. Koefficienten p är variabel, den ökar med ökande belastning och har i de flesta fall ett positivt värde.

En försening — detta är den tid som förflutit mellan ögonblicket av obalans och början av förändringen i föremålets kontrollerade värde. Detta beror på närvaron av motstånd och systemets momentum.

Det finns två typer av fördröjning: ren (eller transport) och transient (eller kapacitiv), som lägger till den totala fördröjningen i objektet.

Ren fördröjning har fått sitt namn eftersom det, i objekt där det finns, sker en förändring i svarstiden för objektets utdata jämfört med den tid då ingångsåtgärden inträffar, utan att åtgärdens storlek och form ändras. En anläggning som arbetar med maximal belastning eller där en signal utbreder sig med hög hastighet har den minsta nettofördröjningen.

Transient fördröjning uppstår när flödet av materia eller energi övervinner motstånden mellan objektets kapacitet.Det bestäms av antalet kondensatorer och storleken på överföringsmotstånden.

Rena och övergående fördröjningar försämrar kontrollkvaliteten; därför är det nödvändigt att sträva efter att minska deras värderingar. Bidragande åtgärder inkluderar placering av mät- och styranordningar i närheten av objektet, användning av lågtröghetskänsliga element, strukturrationalisering av själva objektet, etc.

Resultaten av analysen av de viktigaste egenskaperna och egenskaperna hos objekten för automatisering, såväl som metoderna för deras forskning, gör det möjligt att formulera ett antal krav och villkor, vars uppfyllande garanterar möjligheten till framgångsrik automatisering. De viktigaste är följande:

• matematisk beskrivning av objektrelationer, presenterade i form av statiska egenskaper; för komplexa objekt som inte kan beskrivas matematiskt — användningen av matematiska och statistiska, tabellformiga, rumsliga och andra metoder för att studera ett objekts relationer baserat på införandet av vissa antaganden;

• konstruktion av objektets dynamiska egenskaper i form av differentialekvationer eller grafer för att studera transienta processer i objektet, med hänsyn till alla huvudegenskaper hos objektet (kapacitet, eftersläpning, självnivellering);

• användningen i objektet av sådana tekniska medel som skulle säkerställa frigörandet av information om ändringen av alla parametrar av intresse för objektet i form av enhetliga signaler som mäts av sensorer;

• användningen av ställdon med kontrollerade drivningar för att styra objektet;

• fastställa tillförlitligt kända gränser för förändringar i föremålets yttre störningar.

Underordnade krav inkluderar:

• fastställande av gränsvillkoren för automatisering i enlighet med kontrolluppgifterna;

• fastställande av restriktioner för inkommande kvantiteter och kontrollåtgärder;

• beräkning av kriterier för optimalitet (effektivitet).

Ett exempel på ett automationsobjekt är en installation för beredning av formsand i ett gjuteri

Processen att tillverka formsand består av att dosera de ursprungliga komponenterna, mata dem till blandaren, blanda den färdiga blandningen och mata den till formningslinjerna, bearbeta och regenerera den förbrukade blandningen.

Utgångsmaterialen för de vanligaste sand-lerblandningarna i gjuteriproduktionen: avfallsblandning, färsk sand (fyllmedel), lera eller bentonit (bindemedelstillsats), malet kol eller kolhaltiga material (non-stick tillsats), eldfasta och specialtillsatser (stärkelse). , melass) och även vatten.

Ingångsparametrarna för blandningsprocessen är kostnaderna för de specificerade formmaterialen: förbrukad blandning, färsk sand, lera eller bentonit, malt kol, stärkelse eller andra tillsatser, vatten.

De initiala parametrarna är de erforderliga mekaniska och tekniska egenskaperna hos formningsblandningen: torr- och våtstyrka, gaspermeabilitet, kompaktering, formbarhet, fluiditet, bulkdensitet etc., som kontrolleras av laboratorieanalys.

Dessutom inkluderar utgångsparametrarna även blandningens sammansättning: innehållet av aktiva och effektiva bindemedel, innehållet av aktivt kol, fukthalten eller graden av vätning av bindemedlet, innehållet av fina partiklar - fuktabsorberande fina partiklar och den granulometriska sammansättningen av blandningen eller finhetsmodulen.

Sålunda är föremålet för processtyrning sammansättningen av blandningen. Genom att tillhandahålla en optimal sammansättning av komponenterna i den färdiga blandningen, bestämd experimentellt, är det möjligt att uppnå stabilisering på en given nivå av blandningens mekaniska och tekniska egenskaper.

De störningar som blandningsberedningssystemet utsätts för komplicerar i hög grad uppgiften att stabilisera blandningens kvalitet. Orsaken till störningen är förekomsten av ett recirkulationsflöde — användningen av avfallsblandningen. Den största upprördheten i blandningsberedningssystemet är hällningsprocesserna. Under påverkan av flytande metall, i den del av blandningen som ligger i närheten av gjutgodset och upphettad till höga temperaturer, sker djupgående förändringar i sammansättningen av det aktiva bindemedlet, kol och stärkelse och deras övergång till en inaktiv komponent.

Beredningen av blandningen består av två på varandra följande processer: dosering eller blandning av blandningen, vilket säkerställer att den nödvändiga sammansättningen av komponenten erhålls, och blandning, som säkerställer att en homogen blandning erhålls och ger den de nödvändiga tekniska egenskaperna.

I den moderna tekniska processen för framställning av formblandningar används kontinuerliga metoder för dosering av råmaterial (formnings)material, vars uppgift är att producera ett kontinuerligt flöde av en konstant mängd material eller dess individuella komponenter med flödeshastighetsavvikelser från ges inte mer än tillåtet.

Automatisering av blandningsprocessen som styrobjekt kan göras med följande:

• rationell konstruktion av system för att framställa en blandning, vilket gör det möjligt att utesluta eller minska påverkan av störningar på blandningens sammansättning;

• användning av vägningsdoseringsmetoder;

• skapande av anslutna styrsystem för flerkomponentdosering, med hänsyn till processens dynamik (blandarens tröghet och fördröjning), och den ledande komponenten bör vara den förbrukade blandningen, som har betydande fluktuationer i flödeshastighet och sammansättning;

• automatisk kontroll och reglering av blandningens kvalitet under dess beredning;

• skapande av automatiska enheter för komplex kontroll av blandningens sammansättning och egenskaper med bearbetning av kontrollresultaten på en dator;

• snabb ändring av blandningsreceptet vid ändring av förhållandet blandning/metall i formen och kylningstiden för gjutningen innan du slår.