חפצי אוטומציה ומאפייניהם

אובייקטי אוטומציה (אובייקטי בקרה) - אלו מתקנים נפרדים, מכונות לחיתוך מתכות, מכונות, אגרגטים, מכשירים, קומפלקסים של מכונות והתקנים שיש לשלוט בהם. הם מגוונים מאוד בתכלית, במבנה ובעקרון הפעולה.

מושא האוטומציה הוא המרכיב העיקרי של המערכת האוטומטית, הקובע את אופי המערכת, ולכן מוקדשת תשומת לב מיוחדת ללימודה. מורכבותו של אובייקט נקבעת בעיקר על פי מידת הידע שלו ומגוון הפונקציות שהוא מבצע. יש להציג את תוצאות המחקר של האובייקט בצורה של המלצות ברורות לגבי האפשרות של אוטומציה מלאה או חלקית של האובייקט או היעדר התנאים הדרושים לאוטומציה.

מאפיינים של אובייקטים אוטומציה

לתכנון של מערכת בקרה אוטומטית יש להקדים סקר אתרים לביסוס קשרי אתרים. באופן כללי, ניתן לייצג קשרים אלה כארבע קבוצות של משתנים.

הפרעה מבוקרת, שהאוסף שלו יוצר את הווקטור הממדי L H = h1, h2, h3, ..., hL... הם כוללים משתנים מדידים התלויים בסביבה החיצונית, כמו מדדי האיכות של חומרי הגלם בבית היציקה, הכמות של הקיטור הנצרך בדוד הקיטור, זרימת המים במחמם המים המיידי, טמפרטורת האוויר בחממה, המשתנה בהתאם לתנאי הסביבה החיצוניים ולגורמים המשפיעים על התהליך. להפרעות מבוקרות מוטלות מגבלות על התנאים הטכנולוגיים.

האינדיקטור של התהליך הטכנולוגי שיש לשלוט נקרא הכמות המבוקרת (קואורדינטה), והכמות הפיזית שבה נשלט האינדיקטור של התהליך הטכנולוגי נקראת פעולת הבקרה (כמות קלט, קואורדינטה).

פעולות בקרה, שכולו יוצר וקטור n ממדי X = x1, x2, x3, ..., xn... הם בלתי תלויים בסביבה החיצונית ויש להם את ההשפעה המשמעותית ביותר על התהליך הטכנולוגי. בעזרתם, מהלך התהליך משתנה בכוונה.

לשלוט בפעולות כוללים הפעלה וכיבוי של מנועים חשמליים, תנורי חימום חשמליים, מפעילים, מיקום שסתומי בקרה, מיקום הרגולטורים וכו'.

משתני פלט, שהקבוצה שלו יוצר את וקטור המצב M-ממדי Y = y1, y2, y3, ..., yМ... משתנים אלו הם הפלט של האובייקט, המאפיין את מצבו וקובע את מדדי האיכות של המוצר המוגמר .

השפעות מטרידות בלתי מבוקרות, שהאוסף שלו יוצר את הווקטור G-ממדי F = ε1, ε2, ε3, …, εG... הם כוללים הפרעות כאלה שלא ניתן למדוד מסיבה זו או אחרת, למשל עקב מחסור בחיישנים.

אורז. 1.כניסות ויציאות של אובייקט האוטומציה

לימוד היחסים הנחשבים של האובייקט המיועד לאוטומטי יכול להוביל לשתי מסקנות הפוכות בתכלית: קיימת תלות מתמטית קפדנית בין משתני הפלט למשתני הקלט של האובייקט, או שאין תלות בין משתנים אלו שניתן לבטא על ידי מתמטי אמין. נוּסחָה.

בתיאוריה ובפרקטיקה של בקרה אוטומטית של תהליכים טכנולוגיים, נצבר ניסיון מספיק בתיאור מצבו של אובייקט במצבים כאלה. במקרה זה, האובייקט נחשב לאחד הקישורים במערכת הבקרה האוטומטית. במקרים שבהם ידוע הקשר המתמטי בין משתנה הפלט y לפעולת קלט השליטה x של האובייקט, מבחינים בין שתי צורות עיקריות של הקלטת תיאורים מתמטיים - אלו הם המאפיינים הסטטיים והדינמיים של האובייקט.

מאפיין סטטי בצורה מתמטית או גרפית מבטא את התלות של פרמטרי הפלט בקלט. לקשרים בינאריים יש בדרך כלל תיאור מתמטי ברור, לדוגמה, המאפיין הסטטי של מכשירי שקילה לחומרי יציקה הוא בצורה h = km (כאן h היא מידת העיוות של האלמנטים האלסטיים; t היא מסת החומר; k היא גורם המידתיות, התלוי בתכונות החומר של האלמנט האלסטי).

אם ישנם מספר פרמטרים משתנים, נומוגרמות יכולות לשמש כמאפיינים סטטיים.

המאפיין הסטטי של האובייקט קובע את היווצרותם הבאים של יעדי אוטומציה. מנקודת המבט של יישום מעשי ביציקה, ניתן לצמצם את המטרות הללו לשלושה סוגים:

• ייצוב הפרמטרים הראשוניים של האובייקט;

• שינוי פרמטרי הפלט בהתאם לתוכנית נתונה;

• שינוי באיכות של כמה פרמטרים של פלט כאשר תנאי התהליך משתנים.

עם זאת, מספר אובייקטים טכנולוגיים אינם ניתנים לתיאור מתמטי בשל ריבוי הגורמים הקשורים זה בזה המשפיעים על מהלך התהליך, נוכחותם של גורמים בלתי נשלטים וחוסר ידע על התהליך. אובייקטים כאלה הם מורכבים מנקודת המבט של אוטומציה. מידת המורכבות נקבעת לפי מספר הכניסות והיציאות של האובייקט. קשיים אובייקטיביים כאלה מתעוררים בחקר תהליכים המופחתים על ידי מסה והעברת חום. לכן, באוטומציה שלהם, הנחות או תנאים נחוצים, אשר אמורים לתרום למטרה העיקרית של אוטומציה - להגביר את יעילות הניהול על ידי גישה מקסימלית של המצבים הטכנולוגיים לאלו האופטימליים.

כדי ללמוד אובייקטים מורכבים, נעשה שימוש בטכניקה המורכבת בייצוג מותנה של אובייקט בצורה של "קופסה שחורה". יחד עם זאת, לומדים רק קשרים חיצוניים, וגם לא לוקחים בחשבון את מבנה הבוקר של המערכת, כלומר לומדים מה האובייקט עושה, לא איך הוא מתפקד.

התנהגות האובייקט נקבעת על ידי התגובה של ערכי הפלט לשינויים בערכי הקלט. הכלי העיקרי לחקר אובייקט כזה הוא שיטות סטטיסטיות ומתמטיות. מבחינה מתודולוגית, לימוד האובייקט מתבצע באופן הבא: הפרמטרים העיקריים נקבעים, נקבעת סדרה בדידה של שינויים בפרמטרים העיקריים, פרמטרי הקלט של האובייקט משתנים באופן מלאכותי בתוך הסדרה הבדידה שנקבעה, כל השינויים בתפוקות נרשמות והתוצאות מעובדות באופן סטטיסטי.

מאפיינים דינמיים אובייקט של אוטומציה נקבע על ידי מספר מאפיינים שלו, שחלקם תורמים לתהליך בקרה איכותי, אחרים מעכבים אותו.

מכל המאפיינים של אובייקטים אוטומציה, ללא קשר למגוון שלהם, ניתן להבחין בין העיקריים, האופייניים ביותר: יכולת, יכולת ליישור עצמי ופיגור.

קיבולת היא היכולת של חפץ לצבור את סביבת העבודה ולאחסן אותה בחפץ. הצטברות של חומר או אנרגיה אפשרית בשל העובדה שיש התנגדות פלט בכל עצם.

מדד הקיבולת של העצם הוא מקדם הקיבולת C, המאפיין את כמות החומר או האנרגיה שיש לספק לאובייקט על מנת לשנות את הערך המבוקר ביחידה אחת בגודל המדידה המקובל:

כאשר dQ הוא ההבדל בין הזרימה והצריכה של חומר או אנרגיה; ru - פרמטר מבוקר; זה הזמן.

גודל מקדם הקיבולת יכול להיות שונה בהתאם לגדלים של הפרמטרים המבוקרים.

קצב השינוי של הפרמטר הנשלט הוא קטן יותר, כך גורם הקיבולת של האובייקט גדול יותר. מכאן נובע שקל יותר לשלוט באותם אובייקטים שמקדמי הקיבולת שלהם גדולים יותר.

פילוס עצמי זוהי היכולת של אובייקט להיכנס למצב יציב חדש לאחר הפרעה ללא התערבות של מכשיר בקרה (רגולטור) אובייקטים שיש להם יישור עצמי נקראים סטטיים, ואלה שאין להם תכונה זו נקראים ניטרלי או אסטטי. . יישור עצמי תורם לייצוב פרמטר הבקרה של האובייקט ומקל על פעולת מכשיר הבקרה.

אובייקטים מפולסים עצמיים מאופיינים במקדם (דרגה) של פילוס עצמי, שנראה כך:

בהתאם למקדם הפילוס העצמי, המאפיינים הסטטיים של האובייקט מקבלים צורה אחרת (איור 2).

תלות הפרמטר המבוקר בעומס (הפרעה יחסית) במקדמי פילוס עצמי שונים: פילוס עצמי אידיאלי 1; 2 - פילוס עצמי רגיל; 3 - חוסר פילוס עצמי

תלות 1 מאפיינת אובייקט שהערך הנשלט לגביו אינו משתנה בשום הפרעה, אובייקט כזה אינו זקוק להתקני בקרה. תלות 2 משקפת את היישור העצמי הרגיל של האובייקט, תלות 3 מאפיינת אובייקט שאין לו יישור עצמי. מקדם p משתנה, הוא עולה עם הגדלת העומס וברוב המקרים יש לו ערך חיובי.

עיכוב - זהו הזמן שחלף בין רגע חוסר האיזון לתחילת השינוי בערך הנשלט של האובייקט. זה נובע מנוכחות ההתנגדות והמומנטום של המערכת.

ישנם שני סוגים של עיכוב: טהור (או תחבורה) וחולף (או קיבולי), אשר מוסיפים לעיכוב הכולל באובייקט.

עיכוב טהור קיבל את שמו מכיוון שבאובייקטים שבהם הוא קיים, חל שינוי בזמן התגובה של הפלט של האובייקט בהשוואה לזמן שבו מתרחשת פעולת הקלט, מבלי לשנות את גודל וצורת הפעולה. מתקן הפועל בעומס מרבי או שבו אות מתפשט במהירות גבוהה יש את ההשהיה המינימלית נטו.

עיכוב חולף מתרחש כאשר זרימת החומר או האנרגיה מתגברת על ההתנגדויות בין הקיבולת של האובייקט.זה נקבע על פי מספר הקבלים וגודל התנגדויות ההעברה.

עיכובים טהורים וחולפים פוגעים באיכות הבקרה; לכן, יש צורך לשאוף לצמצם את הערכים שלהם. אמצעים תורמים כוללים הצבת מכשירי מדידה ובקרה בסמיכות לאובייקט, שימוש באלמנטים רגישים בעלי אינרציה נמוכה, רציונליזציה מבנית של האובייקט עצמו וכו'.

תוצאות הניתוח של המאפיינים והמאפיינים החשובים ביותר של האובייקטים לאוטומציה, כמו גם שיטות המחקר שלהם, מאפשרים לגבש מספר דרישות ותנאים, אשר מילוים מבטיח אפשרות לאוטומציה מוצלחת. העיקריים שבהם הם הבאים:

• תיאור מתמטי של יחסי אובייקט, המוצג בצורה של מאפיינים סטטיים; עבור אובייקטים מורכבים שאינם ניתנים לתיאור מתמטי - שימוש בשיטות מתמטיות וסטטיסטיות, טבלאיות, מרחביות ואחרות כדי לחקור את היחסים של אובייקט בהתבסס על הצגת הנחות מסוימות;

• בניית המאפיינים הדינמיים של האובייקט בצורה של משוואות דיפרנציאליות או גרפים לחקר תהליכים חולפים באובייקט, תוך התחשבות בכל המאפיינים העיקריים של האובייקט (קיבולת, פיגור, פילוס עצמי);

• השימוש באובייקט באמצעים טכניים כאלה שיבטיחו שחרור מידע על שינוי כל הפרמטרים המעניינים של האובייקט בצורה של אותות מאוחדים הנמדדים על ידי חיישנים;

• השימוש במפעילים עם כוננים מבוקרים לשליטה באובייקט;

• קביעת גבולות ידועים מהימנים של שינויים בהפרעות החיצוניות של האובייקט.

הדרישות הכפופות כוללות:

• קביעת תנאי הגבול לאוטומציה בהתאם למשימות הבקרה;

• קביעת הגבלות על כמויות נכנסות ופעולות בקרה;

• חישוב קריטריונים לאופטימיות (יעילות).

דוגמה לחפץ אוטומציה היא התקנה להכנת חולות יציקה בבית יציקה

תהליך הכנת חולות יציקה מורכב ממינון הרכיבים הראשוניים, הזנתם למערבל, ערבוב התערובת המוגמרת והזנתה לקווי היציקה, עיבוד וחידוש התערובת המבזבזת.

חומרי המוצא של תערובות חול-חימר הנפוצות ביותר בייצור היציקה: תערובת פסולת, חול טרי (מילוי), חימר או בנטוניט (תוסף מקשר), פחם טחון או חומרים פחמיים (תוסף נון-סטיק), תוספים עקשן ותוספים מיוחדים (עמילן , מולסה) וגם מים.

פרמטרי הקלט של תהליך הערבוב הם העלויות של חומרי הדפוס שצוינו: תערובת בילה, חול טרי, חימר או בנטוניט, פחם טחון, עמילן או תוספים אחרים, מים.

הפרמטרים הראשוניים הם המאפיינים המכניים והטכנולוגיים הנדרשים של תערובת היציקה: חוזק יבש ורטוב, חדירות גז, דחיסה, יכולת צורה, נזילות, צפיפות צבר וכו', הנשלטים על ידי ניתוח מעבדה.

בנוסף, פרמטרי התפוקה כוללים גם את הרכב התערובת: תכולת קלסרים פעילים ויעילים, תכולת פחם פעיל, תכולת הלחות או מידת הרטבת הקלסר, תכולת הדק - חלקיקים עדינים סופחי לחות וההרכב הגרנולומטרי של התערובת או מודול העדינות.

לפיכך, האובייקט של בקרת התהליך הוא ההרכב המרכיב של התערובת. על ידי מתן הרכב אופטימלי של מרכיבי התערובת המוגמרת, הנקבע בניסוי, ניתן להגיע לייצוב ברמה נתונה של התכונות המכניות והטכנולוגיות של התערובת.

ההפרעות להן נתונה מערכת הכנת התערובת מסבכות מאוד את מלאכת ייצוב איכות התערובת. הסיבה להפרעה היא נוכחות של זרימת מחזור - השימוש בתערובת הפסולת. הזעם העיקרי במערכת הכנת התערובת הוא תהליכי המזיגה. בהשפעת מתכת נוזלית, בחלק של התערובת הסמוך ליציקה ומחומם לטמפרטורות גבוהות, מתרחשים שינויים עמוקים בהרכב הקושר הפעיל, הפחם והעמילן ומעברם למרכיב לא פעיל.

הכנת התערובת מורכבת משני תהליכים עוקבים: מינון או ערבוב של התערובת, המבטיחים קבלת ההרכב הדרוש של הרכיב, וערבוב, המבטיח קבלת תערובת הומוגנית ומקנה לה את התכונות הטכנולוגיות הנדרשות.

בתהליך הטכנולוגי המודרני להכנת תערובות יציקה, נעשה שימוש בשיטות רציפות למינון חומרי גלם (דפוס), אשר משימתם היא לייצר זרימה רציפה של כמות קבועה של חומר או מרכיביו הבודדים עם חריגות בקצב הזרימה מה-. לא ניתן יותר מהמותר.

אוטומציה של תהליך הערבוב כאובייקט בקרה יכולה להתבצע באמצעות הפעולות הבאות:

• בנייה רציונלית של מערכות להכנת תערובת, המאפשרת למנוע או להפחית את השפעת ההפרעות על הרכב התערובת;

• שימוש בשיטות מינון שקילה;

• יצירת מערכות בקרה מחוברות למינון מרובה רכיבים, תוך התחשבות בדינמיקה של התהליך (אינרציה ועיכוב של מערבל), והמרכיב המוביל צריך להיות התערובת המוצלה, שיש לה תנודות משמעותיות בקצב הזרימה ובהרכבו;

• בקרה וויסות אוטומטי של איכות התערובת במהלך הכנתה;

• יצירת מכשירים אוטומטיים לבקרה מורכבת של הרכב ומאפייני התערובת עם עיבוד תוצאות הבקרה במחשב;

• שינוי בזמן של מתכון התערובת בעת שינוי יחס התערובת/מתכת בתבנית וזמן הקירור של היציקה לפני הפגיעה.