Objectes d'automatització i les seves característiques

Objectes d'automatització (objectes de control) — Són instal·lacions separades, màquines de tall de metalls, màquines, àrids, aparells, complexos de màquines i aparells que s'han de controlar. Són molt diversos en propòsit, estructura i principi d'acció.

L'objecte de l'automatització és el component principal del sistema automàtic, que determina la naturalesa del sistema, per tant es presta especial atenció al seu estudi. La complexitat d'un objecte ve determinada principalment pel grau de coneixement i la varietat de funcions que realitza. Els resultats de l'estudi de l'objecte s'han de presentar en forma de recomanacions clares sobre la possibilitat d'automatització total o parcial de l'objecte o l'absència de les condicions necessàries per a l'automatització.

Característiques dels objectes d'automatització

El disseny d'un sistema de control automàtic ha d'anar precedit d'una inspecció del lloc per establir les relacions del lloc. En general, aquestes relacions es poden representar com quatre conjunts de variables.

Una pertorbació controlada, la col·lecció del qual forma el vector L-dimensional H = h1, h2, h3, ..., hL... Inclouen variables mesurables que depenen de l'entorn extern, com ara els indicadors de qualitat de les matèries primeres a la foneria, la quantitat de vapor consumit a la caldera de vapor, el cabal d'aigua a l'escalfador d'aigua instantani, la temperatura de l'aire a l'hivernacle, que varia en funció de les condicions ambientals externes i dels factors que influeixen en el procés. Per a pertorbacions controlades, es posen limitacions a les condicions tecnològiques.

L'indicador del procés tecnològic a controlar s'anomena quantitat controlada (coordenada), i la magnitud física per la qual es controla l'indicador del procés tecnològic s'anomena acció de control (quantitat d'entrada, coordenada).

Accions de control, la totalitat dels quals forma un vector n-dimensional X = x1, x2, x3, ..., xn... Són independents de l'entorn extern i tenen l'impacte més significatiu en el procés tecnològic. Amb la seva ajuda, el curs del procés es modifica intencionadament.

Per controlar les accions inclouen l'encesa i apagada de motors elèctrics, escalfadors elèctrics, actuadors, la posició de les vàlvules de control, la posició dels reguladors, etc.

Variables de sortida, el conjunt del qual forma el vector d'estat M-dimensional Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Aquestes variables són la sortida de l'objecte, que caracteritza el seu estat i determina els indicadors de qualitat del producte acabat. .

Influències pertorbadores incontrolades, la col·lecció del qual forma el vector G-dimensional F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Inclouen aquestes pertorbacions que no es poden mesurar per una raó o una altra, per exemple per manca de sensors.

Arròs. 1.Entrades i sortides de l'objecte d'automatització

L'estudi de les relacions considerades de l'objecte a automatitzar pot conduir a dues conclusions diametralment oposades: hi ha una estricta dependència matemàtica entre les variables de sortida i d'entrada de l'objecte, o no hi ha cap dependència entre aquestes variables que es pugui expressar mitjançant un mètode matemàtic fiable. fórmula.

En la teoria i la pràctica del control automàtic dels processos tecnològics, s'ha adquirit suficient experiència en la descripció de l'estat d'un objecte en aquestes situacions. En aquest cas, l'objecte es considera un dels enllaços del sistema de control automàtic. En els casos en què es coneix la relació matemàtica entre la variable de sortida y i l'acció d'entrada de control x de l'objecte, es distingeixen dues formes principals d'enregistrament de descripcions matemàtiques: aquestes són les característiques estàtiques i dinàmiques de l'objecte.

Característica estàtica en forma matemàtica o gràfica expressa la dependència dels paràmetres de sortida de l'entrada. Les relacions binàries solen tenir una descripció matemàtica clara, per exemple, la característica estàtica dels dispensadors de pesatge per a materials de fosa té la forma h = km (aquí h és el grau de deformació dels elements elàstics; t és la massa del material; k és el factor de proporcionalitat, que depèn de les propietats del material de l'element elàstic).

Si hi ha diversos paràmetres variables, els nomogrames es poden utilitzar com a característiques estàtiques.

La característica estàtica de l'objecte determina la formació posterior d'objectius d'automatització. Des del punt de vista de la implementació pràctica en foneria, aquests objectius es poden reduir a tres tipus:

• estabilització dels paràmetres inicials de l'objecte;

• canviar els paràmetres de sortida segons un programa determinat;

• canvi en la qualitat d'alguns paràmetres de sortida quan canvien les condicions del procés.

Tanmateix, una sèrie d'objectes tecnològics no es poden descriure matemàticament a causa de la multitud de factors interrelacionats que afecten el curs del procés, la presència de factors incontrolables i el desconeixement del procés. Aquests objectes són complexos des del punt de vista de l'automatització. El grau de complexitat ve determinat pel nombre d'entrades i sortides de l'objecte. Aquestes dificultats objectives sorgeixen en l'estudi de processos reduïts per transferència de massa i calor. Per tant, en la seva automatització, són necessaris supòsits o condicions, que haurien de contribuir a l'objectiu principal de l'automatització: augmentar l'eficiència de la gestió apropant al màxim els modes tecnològics als òptims.

Per estudiar objectes complexos s'utilitza una tècnica que consisteix en una representació condicional d'un objecte en forma de «caixa negra». Al mateix temps, només s'estudien les connexions externes, ni es té en compte l'estructura matinal del sistema, és a dir, estudien què fa l'objecte, no com funciona.

El comportament de l'objecte està determinat per la resposta dels valors de sortida als canvis en els valors d'entrada. L'eina principal per estudiar aquest objecte són els mètodes estadístics i matemàtics. Metodològicament, l'estudi de l'objecte es realitza de la següent manera: es determinen els paràmetres principals, s'estableix una sèrie discreta de canvis en els paràmetres principals, els paràmetres d'entrada de l'objecte es canvien artificialment dins de la sèrie discreta establerta, tots els canvis en les sortides es registren i els resultats es processen estadísticament.

Característiques dinàmiques un objecte d'automatització està determinat per una sèrie de les seves propietats, algunes de les quals contribueixen a un procés de control d'alta qualitat, d'altres ho dificulten.

De totes les propietats dels objectes d'automatització, independentment de la seva varietat, es poden distingir les principals i les més característiques: capacitat, capacitat d'autoalineació i retard.

Capacitat és la capacitat d'un objecte per acumular l'entorn de treball i emmagatzemar-lo a l'objecte. L'acumulació de matèria o energia és possible a causa del fet que hi ha una resistència de sortida en cada objecte.

La mesura de la capacitat de l'objecte és el coeficient de capacitat C, que caracteritza la quantitat de matèria o energia que s'ha de subministrar a l'objecte per canviar el valor controlat en una unitat en la mida de mesura acceptada:

on dQ és la diferència entre l'entrada i el consum de matèria o energia; ru — paràmetre controlat; t és el temps.

La mida del factor de capacitat pot ser diferent segons les mides dels paràmetres controlats.

La velocitat de canvi del paràmetre controlat és com més petita, més gran és el factor de capacitat de l'objecte. Es dedueix que és més fàcil controlar aquells objectes els coeficients de capacitat dels quals són més grans.

Autonivellant Aquesta és la capacitat d'un objecte d'entrar en un nou estat estacionari després d'una pertorbació sense la intervenció d'un dispositiu de control (regulador). Els objectes que tenen autoalineació s'anomenen estàtics, i els que no tenen aquesta propietat s'anomenen neutres o astàtics. . L'autoalineació contribueix a l'estabilització del paràmetre de control de l'objecte i facilita el funcionament del dispositiu de control.

Els objectes autonivellants es caracteritzen per un coeficient (grau) d'autoanivellament, que es veu així:

Segons el coeficient d'autoanivellament, les característiques estàtiques de l'objecte prenen una forma diferent (Fig. 2).

Dependència del paràmetre controlat de la càrrega (pertorbació relativa) a diferents coeficients d'autoanivellament: 1-autoanivellament ideal; 2 — autonivell normal; 3 — manca d'autonivell

La dependència 1 caracteritza un objecte per al qual el valor controlat no canvia sota cap pertorbació, aquest objecte no necessita dispositius de control. La dependència 2 reflecteix l'autoalineació normal de l'objecte, la dependència 3 caracteritza un objecte que no té autoalineació. El coeficient p és variable, augmenta amb l'augment de la càrrega i en la majoria dels casos té un valor positiu.

Un retard — és el temps transcorregut entre el moment del desequilibri i l'inici del canvi en el valor controlat de l'objecte. Això es deu a la presència de resistència i a l'impuls del sistema.

Hi ha dos tipus de retard: pur (o de transport) i transitori (o capacitiu), que s'afegeixen al retard total de l'objecte.

Pure delay rep el seu nom perquè, en els objectes on existeix, hi ha un canvi en el temps de resposta de la sortida de l'objecte en comparació amb el moment en què es produeix l'acció d'entrada, sense canviar la magnitud i la forma de l'acció. Una instal·lació que funciona a càrrega màxima o en què un senyal es propaga a gran velocitat té el retard net mínim.

El retard transitori es produeix quan el flux de matèria o energia supera les resistències entre la capacitat de l'objecte.Està determinat pel nombre de condensadors i la mida de les resistències de transferència.

Els retards purs i transitoris degraden la qualitat del control; per tant, cal esforçar-se per reduir-ne els valors. Les mesures contributives inclouen la col·locació d'aparells de mesura i control a prop de l'objecte, l'ús d'elements sensibles de baixa inèrcia, la racionalització estructural de l'objecte en si, etc.

Els resultats de l'anàlisi de les característiques i propietats més importants dels objectes per a l'automatització, així com els mètodes de la seva investigació, permeten formular una sèrie de requisits i condicions, el compliment dels quals garanteix la possibilitat d'una automatització amb èxit. Els principals són els següents:

• descripció matemàtica de les relacions d'objectes, presentades en forma de característiques estàtiques; per a objectes complexos que no es poden descriure matemàticament: l'ús de mètodes matemàtics i estadístics, tabulars, espacials i altres per estudiar les relacions d'un objecte basant-se en la introducció de determinades hipòtesis;

• construcció de les característiques dinàmiques de l'objecte en forma d'equacions diferencials o gràfics per estudiar els processos transitoris en l'objecte, tenint en compte totes les propietats principals de l'objecte (capacitat, retard, autoanivellament);

• l'ús en l'objecte d'aquests mitjans tècnics que garanteixin l'alliberament d'informació sobre el canvi de tots els paràmetres d'interès de l'objecte en forma de senyals unificats mesurats per sensors;

• l'ús d'actuadors amb accionaments controlats per controlar l'objecte;

• establint límits coneguts de manera fiable dels canvis en les pertorbacions externes de l'objecte.

Els requisits subordinats inclouen:

• determinació de les condicions límit per a l'automatització d'acord amb les tasques de control;

• establiment de restriccions a les quantitats entrants i accions de control;

• càlcul de criteris d'optimitat (eficiència).

Un exemple d'objecte d'automatització és una instal·lació per a la preparació de sorres d'emmotllament en una foneria

El procés d'elaboració de sorres d'emmotllament consisteix a dosificar els components inicials, alimentar-los a la mescladora, barrejar la mescla acabada i alimentar-la a les línies d'emmotllament, processar i regenerar la mescla gastada.

Les matèries de partida de les mescles de sorra-argila més habituals en la producció de foneria: mescla de residus, sorra fresca (farciment), argila o bentonita (additiu aglutinant), carbó mòlt o materials carbonosos (additiu antiadherent), additius refractaris i especials (midó). , melassa) i també aigua.

Els paràmetres d'entrada del procés de mescla són els costos dels materials de modelat especificats: mescla gastada, sorra fresca, argila o bentonita, carbó mòlt, midó o altres additius, aigua.

Els paràmetres inicials són les propietats mecàniques i tecnològiques requerides de la mescla d'emmotllament: resistència en sec i humit, permeabilitat al gas, compactació, conformabilitat, fluïdesa, densitat aparent, etc., que es controlen mitjançant anàlisis de laboratori.

A més, els paràmetres de sortida també inclouen la composició de la mescla: el contingut d'aglutinants actius i efectius, el contingut de carbó actiu, el contingut d'humitat o el grau d'humectació de l'aglutinant, el contingut de fines - partícules fines que absorbeixen la humitat. i la composició granulomètrica de la mescla o el mòdul de finor.

Així, l'objecte del control del procés és la composició constituent de la mescla. En proporcionar una composició òptima dels components de la mescla acabada, determinada experimentalment, és possible aconseguir l'estabilització a un nivell determinat de les propietats mecàniques i tecnològiques de la mescla.

Les pertorbacions a les quals està sotmès el sistema de preparació de mescles compliquen molt la tasca d'estabilització de la qualitat de la mescla. El motiu de la pertorbació és la presència d'un flux de recirculació: l'ús de la barreja de residus. La principal indignació en el sistema de preparació de la mescla són els processos d'abocament. Sota la influència del metall líquid, a la part de la mescla propera a la fosa i escalfada a altes temperatures, es produeixen canvis profunds en la composició de l'aglutinant actiu, carbó i midó i la seva transició a un component inactiu.

La preparació de la mescla consta de dos processos consecutius: dosificació o mescla de la mescla, que assegura l'obtenció de la composició necessària del component, i mescla, que assegura l'obtenció d'una mescla homogènia i li atorga les propietats tecnològiques necessàries.

En el procés tecnològic modern per a la preparació de mescles d'emmotllament, s'utilitzen mètodes continus de dosificació de matèries primeres (emmotllament), la tasca dels quals és produir un flux continu d'una quantitat constant de material o els seus components individuals amb desviacions del cabal de la donat no més del que es permet.

L'automatització del procés de mescla com a objecte de control es pot fer amb el següent:

• construcció racional de sistemes per preparar una mescla, que permeten excloure o reduir la influència de les pertorbacions en la composició de la mescla;

• l'ús de mètodes de dosificació de pesatge;

• creació de sistemes de control connectats per a la dosificació multicomponent, tenint en compte la dinàmica del procés (inèrcia i retard del mesclador), i el component principal hauria de ser la mescla gastada, que presenta fluctuacions significatives en el cabal i la composició;

• control automàtic i regulació de la qualitat de la mescla durant la seva preparació;

• creació de dispositius automàtics per al control complex de la composició i les propietats de la mescla amb processament dels resultats del control en un ordinador;

• canvi oportú de la recepta de la barreja quan es canvia la relació barreja / metall al motlle i el temps de refredament de la fosa abans de colpejar.