Αντικείμενα αυτοματισμού και τα χαρακτηριστικά τους

Αντικείμενα αυτοματισμού (αντικείμενα ελέγχου) — πρόκειται για χωριστές εγκαταστάσεις, μηχανές κοπής μετάλλων, μηχανές, αδρανή, συσκευές, συγκροτήματα μηχανημάτων και συσκευές που πρέπει να ελέγχονται. Έχουν μεγάλη ποικιλία ως προς τον σκοπό, τη δομή και την αρχή δράσης.

Το αντικείμενο του αυτοματισμού είναι το κύριο συστατικό του αυτόματου συστήματος, το οποίο καθορίζει τη φύση του συστήματος, επομένως δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στη μελέτη του. Η πολυπλοκότητα ενός αντικειμένου καθορίζεται κυρίως από το βαθμό γνώσης του και την ποικιλία των λειτουργιών που εκτελεί. Τα αποτελέσματα της μελέτης του αντικειμένου πρέπει να παρουσιάζονται με τη μορφή σαφών συστάσεων σχετικά με τη δυνατότητα πλήρους ή μερικού αυτοματισμού του αντικειμένου ή την απουσία των απαραίτητων συνθηκών αυτοματισμού.

Χαρακτηριστικά αντικειμένων αυτοματισμού

Η σχεδίαση ενός συστήματος αυτόματου ελέγχου πρέπει να προηγηθεί από μια έρευνα τοποθεσίας για τη δημιουργία σχέσεων τοποθεσίας. Γενικά, αυτές οι σχέσεις μπορούν να αναπαρασταθούν ως τέσσερα σύνολα μεταβλητών.

Ελεγχόμενη διαταραχή, του οποίου η συλλογή σχηματίζει το διάνυσμα L-διάστασης H = h1, h2, h3, ..., hL... Περιλαμβάνουν μετρήσιμες μεταβλητές που εξαρτώνται από το εξωτερικό περιβάλλον, όπως οι δείκτες ποιότητας των πρώτων υλών στο χυτήριο, η ποσότητα του ατμού που καταναλώνεται στον ατμολέβητα, η ροή του νερού στον ταχυθερμοσίφωνα, η θερμοκρασία του αέρα στο θερμοκήπιο, η οποία ποικίλλει ανάλογα με τις εξωτερικές περιβαλλοντικές συνθήκες και τους παράγοντες που επηρεάζουν τη διαδικασία. Για ελεγχόμενες διαταραχές, τίθενται περιορισμοί στις τεχνολογικές συνθήκες.

Ο δείκτης της τεχνολογικής διαδικασίας που πρόκειται να ελεγχθεί ονομάζεται ελεγχόμενη ποσότητα (συντεταγμένη) και η φυσική ποσότητα με την οποία ελέγχεται ο δείκτης της τεχνολογικής διαδικασίας ονομάζεται ελεγκτική δράση (ποσότητα εισόδου, συντεταγμένη).

Δράσεις ελέγχου, το σύνολο των οποίων σχηματίζει ένα ν-διάνυσμα X = x1, x2, x3, ..., xn... Είναι ανεξάρτητα από το εξωτερικό περιβάλλον και έχουν τη σημαντικότερη επίδραση στην τεχνολογική διαδικασία. Με τη βοήθειά τους, η πορεία της διαδικασίας αλλάζει σκόπιμα.

Για τον έλεγχο των ενεργειών περιλαμβάνουν την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ηλεκτροκινητήρων, ηλεκτρικών θερμαντήρων, ενεργοποιητών, τη θέση των βαλβίδων ελέγχου, τη θέση των ρυθμιστών κ.λπ.

Μεταβλητές εξόδου, το σύνολο του οποίου σχηματίζει το διάνυσμα κατάστασης Μ διαστάσεων Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Αυτές οι μεταβλητές είναι η έξοδος του αντικειμένου, το οποίο χαρακτηρίζει την κατάστασή του και καθορίζει τους δείκτες ποιότητας του τελικού προϊόντος .

Ανεξέλεγκτες ενοχλητικές επιρροές, των οποίων η συλλογή σχηματίζει το διάνυσμα G-διάστασης F = ε1, ε2, ε3, ..., εG... Περιλαμβάνουν τέτοιες διαταραχές που δεν μπορούν να μετρηθούν για τον έναν ή τον άλλο λόγο, για παράδειγμα λόγω έλλειψης αισθητήρων.

Ρύζι. 1.Είσοδοι και έξοδοι του αντικειμένου αυτοματισμού

Η μελέτη των εξεταζόμενων σχέσεων του αντικειμένου που πρόκειται να αυτοματοποιηθεί μπορεί να οδηγήσει σε δύο διαμετρικά αντίθετα συμπεράσματα: υπάρχει μια αυστηρή μαθηματική εξάρτηση μεταξύ των μεταβλητών εξόδου και εισόδου του αντικειμένου ή δεν υπάρχει εξάρτηση μεταξύ αυτών των μεταβλητών που μπορεί να εκφραστεί με αξιόπιστη μαθηματική τύπος.

Στη θεωρία και την πρακτική του αυτόματου ελέγχου των τεχνολογικών διεργασιών, έχει αποκτηθεί επαρκής εμπειρία στην περιγραφή της κατάστασης ενός αντικειμένου σε τέτοιες καταστάσεις. Σε αυτή την περίπτωση, το αντικείμενο θεωρείται ένας από τους συνδέσμους στο σύστημα αυτόματου ελέγχου. Σε περιπτώσεις όπου είναι γνωστή η μαθηματική σχέση μεταξύ της μεταβλητής εξόδου y και της ενέργειας εισόδου ελέγχου x του αντικειμένου, διακρίνονται δύο κύριες μορφές καταγραφής μαθηματικών περιγραφών — αυτά είναι τα στατικά και δυναμικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου.

Στατικό χαρακτηριστικό σε μαθηματική ή γραφική μορφή εκφράζει την εξάρτηση των παραμέτρων εξόδου από την είσοδο. Οι δυαδικές σχέσεις έχουν συνήθως μια σαφή μαθηματική περιγραφή, για παράδειγμα, το στατικό χαρακτηριστικό των διανομέων ζύγισης για υλικά χύτευσης έχει τη μορφή h = km (εδώ h είναι ο βαθμός παραμόρφωσης των ελαστικών στοιχείων, t είναι η μάζα του υλικού, k είναι ο συντελεστής αναλογικότητας, ο οποίος εξαρτάται από τις ιδιότητες του υλικού του ελαστικού στοιχείου).

Εάν υπάρχουν πολλές μεταβλητές παράμετροι, τα νομογράμματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως στατικά χαρακτηριστικά.

Το στατικό χαρακτηριστικό του αντικειμένου καθορίζει τον επακόλουθο σχηματισμό στόχων αυτοματισμού. Από την άποψη της πρακτικής εφαρμογής στο χυτήριο, αυτοί οι στόχοι μπορούν να περιοριστούν σε τρεις τύπους:

• σταθεροποίηση των αρχικών παραμέτρων του αντικειμένου.

• αλλαγή των παραμέτρων εξόδου σύμφωνα με ένα δεδομένο πρόγραμμα.

• αλλαγή στην ποιότητα ορισμένων παραμέτρων εξόδου όταν αλλάζουν οι συνθήκες διεργασίας.

Ωστόσο, ορισμένα τεχνολογικά αντικείμενα δεν μπορούν να περιγραφούν μαθηματικά λόγω του πλήθους των αλληλένδετων παραγόντων που επηρεάζουν την πορεία της διαδικασίας, της παρουσίας ανεξέλεγκτων παραγόντων και της έλλειψης γνώσης για τη διαδικασία. Τέτοια αντικείμενα είναι πολύπλοκα από την άποψη του αυτοματισμού. Ο βαθμός πολυπλοκότητας καθορίζεται από τον αριθμό των εισόδων και εξόδων του αντικειμένου. Τέτοιες αντικειμενικές δυσκολίες προκύπτουν στη μελέτη διεργασιών που μειώνονται από τη μεταφορά μάζας και θερμότητας. Ως εκ τούτου, στην αυτοματοποίησή τους, είναι απαραίτητες υποθέσεις ή προϋποθέσεις, οι οποίες θα πρέπει να συμβάλλουν στον κύριο στόχο του αυτοματισμού - να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της διαχείρισης προσεγγίζοντας στο μέγιστο τους τεχνολογικούς τρόπους στους βέλτιστους.

Για τη μελέτη σύνθετων αντικειμένων, χρησιμοποιείται μια τεχνική, η οποία συνίσταται σε μια υπό όρους αναπαράσταση ενός αντικειμένου με τη μορφή ενός «μαύρου κουτιού». Ταυτόχρονα μελετώνται μόνο οι εξωτερικές συνδέσεις, ούτε λαμβάνεται υπόψη η πρωινή δομή του συστήματος, δηλαδή μελετούν τι κάνει το αντικείμενο, όχι πώς λειτουργεί.

Η συμπεριφορά του αντικειμένου καθορίζεται από την απόκριση των τιμών εξόδου στις αλλαγές στις τιμές εισόδου. Το κύριο εργαλείο για τη μελέτη ενός τέτοιου αντικειμένου είναι οι στατιστικές και οι μαθηματικές μέθοδοι. Μεθοδολογικά, η μελέτη του αντικειμένου πραγματοποιείται με τον ακόλουθο τρόπο: προσδιορίζονται οι κύριες παράμετροι, καθορίζεται μια διακριτή σειρά αλλαγών στις κύριες παραμέτρους, οι παράμετροι εισόδου του αντικειμένου αλλάζουν τεχνητά εντός της καθορισμένης διακριτής σειράς, όλες οι αλλαγές στις εκροές καταγράφονται και τα αποτελέσματα επεξεργάζονται στατιστικά .

Δυναμικά χαρακτηριστικά ένα αντικείμενο αυτοματισμού καθορίζεται από έναν αριθμό ιδιοτήτων του, ορισμένες από τις οποίες συμβάλλουν σε μια διαδικασία ελέγχου υψηλής ποιότητας, άλλες την εμποδίζουν.

Από όλες τις ιδιότητες των αντικειμένων αυτοματισμού, ανεξάρτητα από την ποικιλία τους, διακρίνονται οι κύριες, πιο χαρακτηριστικές: ικανότητα, ικανότητα αυτοευθυγράμμισης και υστέρηση.

Χωρητικότητα είναι η ικανότητα ενός αντικειμένου να συσσωρεύει το περιβάλλον εργασίας και να το αποθηκεύει στο αντικείμενο. Η συσσώρευση ύλης ή ενέργειας είναι δυνατή λόγω του γεγονότος ότι υπάρχει αντίσταση εξόδου σε κάθε αντικείμενο.

Το μέτρο της χωρητικότητας του αντικειμένου είναι ο συντελεστής χωρητικότητας C, ο οποίος χαρακτηρίζει την ποσότητα ύλης ή ενέργειας που πρέπει να παρέχεται στο αντικείμενο προκειμένου να αλλάξει η ελεγχόμενη τιμή κατά μία μονάδα στο αποδεκτό μέγεθος μέτρησης:

όπου dQ είναι η διαφορά μεταξύ της εισροής και της κατανάλωσης ύλης ή ενέργειας. ru — ελεγχόμενη παράμετρος. είναι χρόνος.

Το μέγεθος του συντελεστή χωρητικότητας μπορεί να διαφέρει ανάλογα με τα μεγέθη των ελεγχόμενων παραμέτρων.

Ο ρυθμός μεταβολής της ελεγχόμενης παραμέτρου είναι όσο μικρότερος, τόσο μεγαλύτερος είναι ο συντελεστής χωρητικότητας του αντικειμένου. Από αυτό προκύπτει ότι είναι ευκολότερο να ελέγχονται τα αντικείμενα των οποίων οι συντελεστές χωρητικότητας είναι μεγαλύτεροι.

Αυτοεπιπεδούμενο Αυτή είναι η ικανότητα ενός αντικειμένου να εισέρχεται σε μια νέα σταθερή κατάσταση μετά από μια διαταραχή χωρίς την παρέμβαση μιας συσκευής ελέγχου (ρυθμιστή).Τα αντικείμενα που έχουν αυτοευθυγράμμιση ονομάζονται στατικά και αυτά που δεν έχουν αυτήν την ιδιότητα ονομάζονται ουδέτερα ή αστατικά . Η αυτοευθυγράμμιση συμβάλλει στη σταθεροποίηση της παραμέτρου ελέγχου του αντικειμένου και διευκολύνει τη λειτουργία της συσκευής ελέγχου.

Τα αυτοεπιπεδούμενα αντικείμενα χαρακτηρίζονται από έναν συντελεστή (βαθμό) αυτοεπιπέδωσης, ο οποίος μοιάζει με αυτό:

Ανάλογα με τον συντελεστή αυτοεπιπέδωσης, τα στατικά χαρακτηριστικά του αντικειμένου παίρνουν διαφορετική μορφή (Εικ. 2).

Εξάρτηση της ελεγχόμενης παραμέτρου από το φορτίο (σχετική διαταραχή) σε διαφορετικούς συντελεστές αυτοεπιπέδωσης: 1-ιδανικός αυτοεπιπεδούμενος. 2 — κανονικός αυτοεπιπεδούμενος. 3 — έλλειψη αυτοεπιπεδώματος

Η εξάρτηση 1 χαρακτηρίζει ένα αντικείμενο για το οποίο η ελεγχόμενη τιμή δεν αλλάζει υπό οποιεσδήποτε διαταραχές, ένα τέτοιο αντικείμενο δεν χρειάζεται συσκευές ελέγχου. Η εξάρτηση 2 αντικατοπτρίζει την κανονική αυτοευθυγράμμιση του αντικειμένου, η εξάρτηση 3 χαρακτηρίζει ένα αντικείμενο που δεν έχει αυτοευθυγράμμιση. Ο συντελεστής p είναι μεταβλητός, αυξάνεται με την αύξηση του φορτίου και στις περισσότερες περιπτώσεις έχει θετική τιμή.

Μια καθυστέρηση — αυτός είναι ο χρόνος που μεσολάβησε μεταξύ της στιγμής της ανισορροπίας και της έναρξης της αλλαγής στην ελεγχόμενη τιμή του αντικειμένου. Αυτό οφείλεται στην παρουσία αντίστασης και στην ορμή του συστήματος.

Υπάρχουν δύο τύποι καθυστέρησης: καθαρή (ή μεταφορά) και παροδική (ή χωρητική), που προσθέτουν στη συνολική καθυστέρηση στο αντικείμενο.

Η καθαρή καθυστέρηση πήρε το όνομά της επειδή, σε αντικείμενα όπου υπάρχει, υπάρχει μια αλλαγή στον χρόνο απόκρισης της εξόδου του αντικειμένου σε σύγκριση με τον χρόνο που λαμβάνει χώρα η ενέργεια εισόδου, χωρίς να αλλάζει το μέγεθος και το σχήμα της ενέργειας. Μια εγκατάσταση που λειτουργεί με μέγιστο φορτίο ή στην οποία ένα σήμα διαδίδεται με υψηλή ταχύτητα έχει την ελάχιστη καθαρή καθυστέρηση.

Η παροδική καθυστέρηση εμφανίζεται όταν η ροή της ύλης ή της ενέργειας υπερνικά τις αντιστάσεις μεταξύ της χωρητικότητας του αντικειμένου.Καθορίζεται από τον αριθμό των πυκνωτών και το μέγεθος των αντιστάσεων μεταφοράς.

Οι καθαρές και παροδικές καθυστερήσεις υποβαθμίζουν την ποιότητα του ελέγχου. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να προσπαθήσουμε να μειώσουμε τις αξίες τους. Τα συνεισφέροντα μέτρα περιλαμβάνουν την τοποθέτηση συσκευών μέτρησης και ελέγχου σε κοντινή απόσταση από το αντικείμενο, τη χρήση ευαίσθητων στοιχείων χαμηλής αδράνειας, τον δομικό εξορθολογισμό του ίδιου του αντικειμένου κ.λπ.

Τα αποτελέσματα της ανάλυσης των πιο σημαντικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων των αντικειμένων για αυτοματισμό, καθώς και οι μέθοδοι έρευνάς τους, επιτρέπουν τη διατύπωση μια σειρά από απαιτήσεις και προϋποθέσεις, η εκπλήρωση των οποίων εγγυάται τη δυνατότητα επιτυχούς αυτοματισμού. Τα κυριότερα είναι τα εξής:

• μαθηματική περιγραφή των σχέσεων αντικειμένων, που παρουσιάζονται με τη μορφή στατικών χαρακτηριστικών. για σύνθετα αντικείμενα που δεν μπορούν να περιγραφούν μαθηματικά — χρήση μαθηματικών και στατιστικών, πινάκων, χωρικών και άλλων μεθόδων για τη μελέτη των σχέσεων ενός αντικειμένου με βάση την εισαγωγή ορισμένων υποθέσεων.

• κατασκευή των δυναμικών χαρακτηριστικών του αντικειμένου με τη μορφή διαφορικών εξισώσεων ή γραφημάτων για τη μελέτη μεταβατικών διεργασιών στο αντικείμενο, λαμβάνοντας υπόψη όλες τις κύριες ιδιότητες του αντικειμένου (χωρητικότητα, υστέρηση, αυτοεπιπεδούμενο).

• η χρήση στο αντικείμενο τέτοιων τεχνικών μέσων που θα εξασφάλιζαν την απελευθέρωση πληροφοριών σχετικά με την αλλαγή όλων των παραμέτρων που ενδιαφέρουν το αντικείμενο με τη μορφή ενοποιημένων σημάτων που μετρώνται από αισθητήρες·

• τη χρήση ενεργοποιητών με ελεγχόμενες μονάδες κίνησης για τον έλεγχο του αντικειμένου·

• καθορίζοντας αξιόπιστα γνωστά όρια αλλαγών στις εξωτερικές διαταραχές του αντικειμένου.

Οι δευτερεύουσες απαιτήσεις περιλαμβάνουν:

• καθορισμός των οριακών συνθηκών για την αυτοματοποίηση σύμφωνα με τα καθήκοντα ελέγχου·

• θέσπιση περιορισμών στις εισερχόμενες ποσότητες και ενέργειες ελέγχου·

• υπολογισμός κριτηρίων βελτιστοποίησης (αποτελεσματικότητα).

Ένα παράδειγμα αντικειμένου αυτοματισμού είναι μια εγκατάσταση για την παρασκευή άμμου χύτευσης σε χυτήριο

Η διαδικασία κατασκευής άμμου χύτευσης αποτελείται από τη δοσολογία των αρχικών συστατικών, την τροφοδοσία τους στο μίξερ, την ανάμειξη του τελικού μείγματος και την τροφοδοσία του στις γραμμές χύτευσης, την επεξεργασία και την αναγέννηση του χρησιμοποιημένου μείγματος.

Οι πρώτες ύλες των πιο κοινών μειγμάτων άμμου-πηλού στην παραγωγή χυτηρίου: μείγμα απορριμμάτων, φρέσκια άμμος (πληρωτικό), άργιλος ή μπεντονίτης (προσθετικό συνδετικό υλικό), αλεσμένος άνθρακας ή ανθρακούχα υλικά (αντικολλητικό πρόσθετο), πυρίμαχα και ειδικά πρόσθετα (άμυλο , μελάσα) και επίσης νερό.

Οι παράμετροι εισόδου της διαδικασίας ανάμιξης είναι το κόστος των καθορισμένων υλικών χύτευσης: αναλωμένο μείγμα, φρέσκια άμμος, άργιλος ή μπεντονίτης, αλεσμένος άνθρακας, άμυλο ή άλλα πρόσθετα, νερό.

Οι αρχικές παράμετροι είναι οι απαιτούμενες μηχανικές και τεχνολογικές ιδιότητες του μίγματος καλουπώματος: αντοχή σε ξηρό και υγρό, διαπερατότητα αερίου, συμπίεση, μορφοποιησιμότητα, ρευστότητα, χύδην πυκνότητα κ.λπ., οι οποίες ελέγχονται με εργαστηριακή ανάλυση.

Επιπλέον, οι παράμετροι εξόδου περιλαμβάνουν επίσης τη σύνθεση του μείγματος: την περιεκτικότητα σε ενεργά και αποτελεσματικά συνδετικά, την περιεκτικότητα σε ενεργό άνθρακα, την περιεκτικότητα σε υγρασία ή τον βαθμό διαβροχής του συνδετικού, την περιεκτικότητα σε λεπτά - λεπτά σωματίδια που απορροφούν την υγρασία και την κοκκομετρική σύνθεση του μείγματος ή το μέτρο λεπτότητας.

Έτσι, το αντικείμενο του ελέγχου της διαδικασίας είναι η συστατική σύνθεση του μείγματος. Παρέχοντας μια βέλτιστη σύνθεση των συστατικών του τελικού μείγματος, που προσδιορίζεται πειραματικά, είναι δυνατό να επιτευχθεί σταθεροποίηση σε ένα δεδομένο επίπεδο των μηχανικών και τεχνολογικών ιδιοτήτων του μείγματος.

Οι διαταραχές στις οποίες υπόκειται το σύστημα προετοιμασίας του μείγματος περιπλέκουν πολύ το έργο της σταθεροποίησης της ποιότητας του μείγματος. Ο λόγος για τη διαταραχή είναι η παρουσία μιας ροής ανακυκλοφορίας — η χρήση του μείγματος αποβλήτων. Το κύριο πρόβλημα στο σύστημα προετοιμασίας του μείγματος είναι οι διαδικασίες έκχυσης. Υπό την επίδραση υγρού μετάλλου, στο τμήμα του μείγματος που βρίσκεται κοντά στο χύτευμα και θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες, σημειώνονται βαθιές αλλαγές στη σύνθεση του ενεργού συνδετικού, του άνθρακα και του αμύλου και η μετάβασή τους σε ανενεργό συστατικό.

Η παρασκευή του μείγματος αποτελείται από δύο διαδοχικές διαδικασίες: δοσομέτρηση ή ανάμειξη του μείγματος, που εξασφαλίζει τη λήψη της απαραίτητης σύνθεσης του συστατικού και ανάμειξη, που εξασφαλίζει τη λήψη ενός ομοιογενούς μείγματος και του δίνει τις απαραίτητες τεχνολογικές ιδιότητες.

Στη σύγχρονη τεχνολογική διαδικασία για την παρασκευή μιγμάτων καλουπώματος, χρησιμοποιούνται συνεχείς μέθοδοι δοσομέτρησης πρώτων υλών (χύτευση), σκοπός των οποίων είναι η παραγωγή συνεχούς ροής σταθερής ποσότητας υλικού ή μεμονωμένων συστατικών του με αποκλίσεις του ρυθμού ροής από το δίνεται όχι περισσότερο από το επιτρεπτό.

Η αυτοματοποίηση της διαδικασίας ανάμειξης ως αντικείμενο ελέγχου μπορεί να γίνει με τα εξής:

• ορθολογική κατασκευή συστημάτων για την προετοιμασία ενός μείγματος, επιτρέποντας τον αποκλεισμό ή τη μείωση της επίδρασης των διαταραχών στη σύνθεση του μείγματος.

• τη χρήση μεθόδων δοσολογίας ζύγισης·

• δημιουργία συνδεδεμένων συστημάτων ελέγχου για δοσομέτρηση πολλαπλών συστατικών, λαμβάνοντας υπόψη τη δυναμική της διαδικασίας (αδράνεια και καθυστέρηση του αναμικτήρα) και το κύριο συστατικό θα πρέπει να είναι το αναλωμένο μείγμα, το οποίο έχει σημαντικές διακυμάνσεις στον ρυθμό ροής και στη σύνθεση.

• αυτόματος έλεγχος και ρύθμιση της ποιότητας του μείγματος κατά την παρασκευή του.

• δημιουργία αυτόματων συσκευών για σύνθετο έλεγχο της σύνθεσης και των ιδιοτήτων του μείγματος με επεξεργασία των αποτελεσμάτων ελέγχου σε υπολογιστή.

• έγκαιρη αλλαγή της συνταγής του μείγματος κατά την αλλαγή της αναλογίας μείγματος/μετάλλου στο καλούπι και ο χρόνος ψύξης της χύτευσης πριν το χτύπημα.