Objek otomasi dan karakteristiknya

Objek otomasi (objek kontrol) — ini adalah instalasi terpisah, mesin pemotong logam, mesin, agregat, perangkat, kompleks mesin dan perangkat yang harus dikontrol. Mereka sangat beragam dalam tujuan, struktur, dan prinsip tindakan.

Objek otomasi adalah komponen utama dari sistem otomasi, yang menentukan sifat sistem, oleh karena itu perhatian khusus diberikan pada studinya. Kompleksitas suatu objek ditentukan terutama oleh tingkat pengetahuannya dan keragaman fungsi yang dilakukannya. Hasil kajian objek harus disajikan dalam bentuk rekomendasi yang jelas mengenai kemungkinan otomatisasi objek secara penuh atau sebagian atau tidak adanya kondisi yang diperlukan untuk otomatisasi.

Karakteristik objek otomasi

Desain sistem kontrol otomatis harus didahului oleh survei lokasi untuk membangun hubungan lokasi. Secara umum, hubungan ini dapat direpresentasikan sebagai empat set variabel.

Gangguan yang terkendali, yang kumpulannya membentuk vektor dimensi-L H = h1, h2, h3, ..., hL... Mereka termasuk variabel terukur yang bergantung pada lingkungan eksternal, seperti indikator kualitas bahan baku di pengecoran, jumlah uap yang dikonsumsi di ketel uap, aliran air di pemanas air sesaat, suhu udara di rumah kaca, yang bervariasi tergantung pada kondisi lingkungan luar dan faktor yang mempengaruhi proses. Untuk gangguan terkendali, batasan ditempatkan pada kondisi teknologi.

Indikator proses teknologi yang akan dikendalikan disebut kuantitas yang dikendalikan (koordinat), dan kuantitas fisik yang digunakan untuk mengontrol indikator proses teknologi disebut tindakan pengendalian (kuantitas input, koordinat).

Mengontrol tindakan, yang totalitasnya membentuk vektor n-dimensi X = x1, x2, x3, ..., xn... Mereka tidak bergantung pada lingkungan eksternal dan memiliki pengaruh paling signifikan pada proses teknologi. Dengan bantuan mereka, jalannya proses sengaja diubah.

Untuk mengontrol tindakan termasuk menyalakan dan mematikan motor listrik, pemanas listrik, aktuator, posisi katup kontrol, posisi regulator, dll.

Variabel keluaran, himpunan yang membentuk vektor keadaan M-dimensi Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Variabel-variabel ini adalah keluaran dari objek, yang mencirikan keadaannya dan menentukan indikator kualitas produk jadi .

Pengaruh mengganggu yang tidak terkendali, yang kumpulannya membentuk vektor dimensi-G F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Gangguan tersebut termasuk gangguan yang tidak dapat diukur karena satu dan lain hal, misalnya karena kurangnya sensor.

Beras. 1.Input dan output dari objek otomatisasi

Mempelajari hubungan yang dipertimbangkan dari objek yang akan diotomatisasi dapat mengarah pada dua kesimpulan yang berlawanan secara diametris: ada ketergantungan matematis yang ketat antara variabel keluaran dan masukan objek, atau tidak ada ketergantungan antara variabel-variabel ini yang dapat dinyatakan dengan matematika yang andal. rumus.

Dalam teori dan praktik kontrol otomatis proses teknologi, pengalaman yang cukup telah diperoleh dalam menggambarkan keadaan suatu objek dalam situasi seperti itu. Dalam hal ini, objek tersebut dianggap sebagai salah satu penghubung dalam sistem kontrol otomatis. Dalam kasus di mana hubungan matematis antara variabel keluaran y dan aksi masukan kontrol x dari objek diketahui, dua bentuk utama perekaman deskripsi matematis dibedakan - ini adalah karakteristik statis dan dinamis dari objek.

Karakteristik statis dalam bentuk matematika atau grafik menyatakan ketergantungan parameter keluaran pada masukan. Hubungan biner biasanya memiliki deskripsi matematis yang jelas, misalnya karakteristik statis dari dispenser penimbangan untuk bahan tuang memiliki bentuk h = km (di sini h adalah derajat deformasi elemen elastis; t adalah massa material; k adalah faktor proporsionalitas, yang bergantung pada sifat bahan elemen elastis).

Jika ada beberapa parameter variabel, nomogram dapat digunakan sebagai karakteristik statis.

Karakteristik statis objek menentukan pembentukan target otomasi selanjutnya. Dari sudut pandang implementasi praktis dalam pengecoran, tujuan ini dapat direduksi menjadi tiga jenis:

• stabilisasi parameter awal objek;

• mengubah parameter keluaran sesuai dengan program yang diberikan;

• perubahan kualitas beberapa parameter keluaran ketika kondisi proses berubah.

Namun, sejumlah objek teknologi tidak dapat dijelaskan secara matematis karena banyaknya faktor yang saling terkait yang mempengaruhi jalannya proses, adanya faktor yang tidak dapat dikendalikan dan kurangnya pengetahuan tentang proses tersebut. Objek semacam itu kompleks dari sudut pandang otomatisasi. Tingkat kerumitan ditentukan oleh jumlah input dan output objek. Kesulitan obyektif seperti itu muncul dalam mempelajari proses yang dikurangi dengan perpindahan massa dan panas. Oleh karena itu, dalam otomasi mereka, diperlukan asumsi atau kondisi yang harus berkontribusi pada tujuan utama otomasi - untuk meningkatkan efisiensi manajemen dengan secara maksimal mendekati mode teknologi ke mode optimal.

Untuk mempelajari objek yang kompleks, digunakan teknik yang terdiri dari representasi bersyarat dari suatu objek dalam bentuk "kotak hitam". Pada saat yang sama, hanya koneksi eksternal yang dipelajari, struktur pagi dari sistem juga tidak diperhitungkan, yaitu, mereka mempelajari apa yang dilakukan objek, bukan bagaimana fungsinya.

Perilaku objek ditentukan oleh respons nilai keluaran terhadap perubahan nilai masukan. Alat utama untuk mempelajari objek semacam itu adalah metode statistik dan matematika. Secara metodologis, studi objek dilakukan dengan cara berikut: parameter utama ditentukan, serangkaian perubahan diskrit dalam parameter utama ditetapkan, parameter input objek diubah secara artifisial dalam rangkaian diskrit yang ditetapkan, semua perubahan dalam output dicatat dan hasilnya diproses secara statistik.

Karakteristik dinamis objek otomasi ditentukan oleh sejumlah propertinya, beberapa di antaranya berkontribusi pada proses kontrol kualitas tinggi, yang lain menghambatnya.

Dari semua properti objek otomasi, terlepas dari ragamnya, yang utama, yang paling khas dapat dibedakan: kapasitas, kemampuan menyelaraskan diri, dan kelambatan.

Kapasitas adalah kemampuan suatu objek untuk mengumpulkan lingkungan kerja dan menyimpannya di dalam objek. Akumulasi materi atau energi dimungkinkan karena adanya resistansi keluaran di setiap objek.

Ukuran kapasitas suatu objek adalah koefisien kapasitas C, yang mencirikan jumlah materi atau energi yang harus diberikan ke objek untuk mengubah nilai yang dikendalikan oleh satu unit dalam ukuran pengukuran yang diterima:

di mana dQ adalah perbedaan antara aliran masuk dan konsumsi materi atau energi; ru — parameter yang dikendalikan; t adalah waktu.

Ukuran faktor kapasitas dapat berbeda tergantung pada ukuran parameter yang dikontrol.

Tingkat perubahan parameter yang dikontrol semakin kecil, semakin besar faktor kapasitas objek. Oleh karena itu, lebih mudah untuk mengontrol objek yang koefisien kapasitasnya lebih besar.

Meratakan diri Ini adalah kemampuan suatu objek untuk memasuki kondisi mapan baru setelah gangguan tanpa campur tangan perangkat kontrol (regulator).Objek yang memiliki penyelarasan diri disebut statis, dan yang tidak memiliki properti ini disebut netral atau astatik . Penyelarasan sendiri berkontribusi pada stabilisasi parameter kontrol objek dan memfasilitasi pengoperasian perangkat kontrol.

Objek self-leveling dicirikan oleh koefisien (derajat) self-leveling, yang terlihat seperti ini:

Bergantung pada koefisien self-leveling, karakteristik statis objek mengambil bentuk yang berbeda (Gbr. 2).

Ketergantungan parameter yang dikontrol pada beban (gangguan relatif) pada koefisien self-leveling yang berbeda: 1-ideal self-leveling; 2 — penyamarataan diri yang normal; 3 — kurangnya penyamarataan diri

Ketergantungan 1 mencirikan objek yang nilai terkontrolnya tidak berubah di bawah gangguan apa pun, objek seperti itu tidak memerlukan perangkat kontrol. Ketergantungan 2 mencerminkan penyelarasan diri yang normal dari objek, ketergantungan 3 mencirikan objek yang tidak memiliki penyelarasan diri. Koefisien p adalah variabel, meningkat dengan meningkatnya beban dan dalam banyak kasus memiliki nilai positif.

Penundaan - ini adalah waktu yang berlalu antara momen ketidakseimbangan dan awal perubahan nilai yang dikontrol objek. Hal ini disebabkan adanya resistensi dan momentum sistem.

Ada dua jenis penundaan: murni (atau transportasi) dan sementara (atau kapasitif), yang menambah penundaan total pada objek.

Penundaan murni mendapatkan namanya karena, pada objek yang ada, ada perubahan waktu respons keluaran objek dibandingkan dengan waktu tindakan input terjadi, tanpa mengubah besaran dan bentuk tindakan. Sebuah fasilitas yang beroperasi pada beban maksimum atau di mana sinyal merambat dengan kecepatan tinggi memiliki net delay yang minimum.

Penundaan transien terjadi ketika aliran materi atau energi mengatasi resistensi antara kapasitas objek.Itu ditentukan oleh jumlah kapasitor dan ukuran resistansi transfer.

Penundaan murni dan sementara menurunkan kualitas kontrol; oleh karena itu, perlu untuk berusaha untuk mengurangi nilai-nilai mereka. Langkah-langkah yang berkontribusi termasuk penempatan alat pengukur dan kontrol di dekat objek, penggunaan elemen sensitif inersia rendah, rasionalisasi struktural objek itu sendiri, dll.

Hasil analisis karakteristik dan properti paling penting dari objek untuk otomatisasi, serta metode penelitiannya, memungkinkan untuk merumuskan sejumlah persyaratan dan ketentuan, yang pemenuhannya menjamin kemungkinan otomatisasi yang berhasil. Yang utama adalah sebagai berikut:

• deskripsi matematis dari hubungan objek, disajikan dalam bentuk karakteristik statis; untuk objek kompleks yang tidak dapat dijelaskan secara matematis — penggunaan metode matematika dan statistik, tabular, spasial, dan lainnya untuk mempelajari hubungan suatu objek berdasarkan pengenalan asumsi tertentu;

• konstruksi karakteristik dinamis objek dalam bentuk persamaan atau grafik diferensial untuk mempelajari proses transien pada objek, dengan mempertimbangkan semua properti utama objek (kapasitas, lag, self-leveling);

• penggunaan sarana teknis semacam itu di objek yang akan memastikan pelepasan informasi tentang perubahan semua parameter objek yang diminati dalam bentuk sinyal terpadu yang diukur oleh sensor;

• penggunaan aktuator dengan penggerak yang dikendalikan untuk mengendalikan objek;

• menetapkan batas perubahan yang diketahui secara andal dalam gangguan eksternal objek.

Persyaratan bawahan meliputi:

• penentuan kondisi batas untuk otomasi sesuai dengan tugas kontrol;

• penetapan pembatasan jumlah yang masuk dan tindakan pengendalian;

• perhitungan kriteria optimalitas (efisiensi).

Contoh objek otomasi adalah instalasi untuk penyiapan pasir cetak di pengecoran

Proses pembuatan pasir cetak terdiri dari pemberian dosis komponen awal, mengumpankannya ke mixer, mencampur campuran jadi dan mengumpankannya ke jalur cetakan, memproses dan meregenerasi campuran bekas.

Bahan awal dari campuran pasir-tanah liat yang paling umum dalam produksi pengecoran: campuran limbah, pasir segar (pengisi), tanah liat atau bentonit (aditif pengikat), batu bara tanah atau bahan berkarbon (aditif tidak lengket), refraktori dan aditif khusus (pati , tetes tebu) dan juga air.

Parameter input dari proses pencampuran adalah biaya bahan cetakan yang ditentukan: campuran bekas, pasir segar, tanah liat atau bentonit, batu bara, pati atau bahan tambahan lainnya, air.

Parameter awal adalah sifat mekanik dan teknologi yang diperlukan dari campuran cetakan: kekuatan kering dan basah, permeabilitas gas, pemadatan, kemampuan bentuk, fluiditas, kerapatan curah, dll., Yang dikendalikan oleh analisis laboratorium.

Selain itu, parameter keluaran juga mencakup komposisi campuran: kandungan pengikat aktif dan efektif, kandungan karbon aktif, kadar air atau tingkat pembasahan pengikat, kandungan partikel halus - partikel halus penyerap kelembaban dan komposisi granulometri campuran atau modulus kehalusan.

Dengan demikian, objek kontrol proses adalah komposisi penyusun campuran. Dengan memberikan komposisi optimal dari komponen campuran jadi, ditentukan secara eksperimental, dimungkinkan untuk mencapai stabilisasi pada tingkat tertentu dari sifat mekanik dan teknologi campuran.

Gangguan yang dialami sistem persiapan campuran sangat memperumit tugas menstabilkan kualitas campuran. Alasan gangguan tersebut adalah adanya aliran resirkulasi - penggunaan campuran limbah. Kemarahan utama dalam sistem persiapan campuran adalah proses penuangan. Di bawah pengaruh logam cair, di bagian campuran yang dekat dengan pengecoran dan dipanaskan hingga suhu tinggi, terjadi perubahan besar pada komposisi pengikat aktif, batubara dan pati dan peralihannya menjadi komponen tidak aktif.

Persiapan campuran terdiri dari dua proses berturut-turut: dosis atau pencampuran campuran, yang memastikan diperolehnya komposisi komponen yang diperlukan, dan pencampuran, yang memastikan diperolehnya campuran yang homogen dan memberikan sifat teknologi yang diperlukan.

Dalam proses teknologi modern untuk persiapan campuran cetakan, metode pemberian dosis bahan mentah (cetakan) terus menerus digunakan, yang tugasnya adalah menghasilkan aliran kontinu dari jumlah bahan yang konstan atau komponen individualnya dengan penyimpangan laju aliran dari diberikan tidak lebih dari yang diizinkan.

Otomasi proses pencampuran sebagai objek kontrol dapat dilakukan dengan hal-hal sebagai berikut:

• konstruksi sistem yang rasional untuk menyiapkan campuran, yang memungkinkan untuk mengecualikan atau mengurangi pengaruh gangguan pada komposisi campuran;

• penggunaan metode takaran penimbangan;

• pembuatan sistem kontrol yang terhubung untuk dosis multi-komponen, dengan mempertimbangkan dinamika proses (inersia dan penundaan mixer), dan komponen utama harus menjadi campuran bekas, yang memiliki fluktuasi signifikan dalam laju aliran dan komposisi;

• kontrol otomatis dan pengaturan kualitas campuran selama persiapannya;

• pembuatan perangkat otomatis untuk kontrol kompleks komposisi dan sifat campuran dengan pemrosesan hasil kontrol pada komputer;

• perubahan resep campuran tepat waktu saat mengubah rasio campuran / logam dalam cetakan dan waktu pendinginan pengecoran sebelum pengecoran.