كائنات الأتمتة وخصائصها

كائنات الأتمتة (كائنات التحكم) - هذه منشآت منفصلة ، آلات قطع المعادن ، آلات ، مجاميع ، أجهزة ، مجمعات من الآلات والأجهزة التي يجب التحكم فيها. فهي متنوعة للغاية في الغرض والهيكل ومبدأ العمل.

الهدف من الأتمتة هو المكون الرئيسي للنظام الآلي ، والذي يحدد طبيعة النظام ، لذلك يتم إيلاء اهتمام خاص لدراسته. يتم تحديد مدى تعقيد الكائن بشكل أساسي من خلال درجة معرفته وتنوع الوظائف التي يؤديها. يجب تقديم نتائج دراسة الكائن في شكل توصيات واضحة بشأن إمكانية أتمتة كاملة أو جزئية للكائن أو عدم وجود الشروط اللازمة للأتمتة.

خصائص كائنات الأتمتة

يجب أن يسبق تصميم نظام التحكم الآلي مسح للموقع لإنشاء علاقات مع الموقع. بشكل عام ، يمكن تمثيل هذه العلاقات في أربع مجموعات من المتغيرات.

اضطراب محكوم، التي تشكل مجموعتها متجه الأبعاد L H = h1 ، h2 ، h3 ، ... ، hL ... وهي تشمل متغيرات قابلة للقياس تعتمد على البيئة الخارجية ، مثل مؤشرات جودة المواد الخام في المسبك ، والكمية من البخار المستهلك في الغلاية البخارية ، وتدفق المياه في سخان الماء الفوري ، ودرجة حرارة الهواء في الصوبة ، والتي تختلف باختلاف الظروف البيئية الخارجية والعوامل التي تؤثر على العملية. بالنسبة للاضطرابات الخاضعة للرقابة ، يتم وضع قيود على الظروف التكنولوجية.

يسمى مؤشر العملية التكنولوجية التي يجب التحكم فيها بالكمية الخاضعة للرقابة (تنسيق) ، والكمية المادية التي يتم التحكم بها في مؤشر العملية التكنولوجية تسمى إجراء التحكم (كمية الإدخال ، التنسيق).

إجراءات التحكم، التي تشكل مجملها متجهًا بأبعاد n X = x1 ، x2 ، x3 ، ... ، xn ... وهي مستقلة عن البيئة الخارجية ولها التأثير الأكثر أهمية على العملية التكنولوجية. بمساعدتهم ، يتم تغيير مسار العملية بشكل مقصود.

للتحكم في الإجراءات تشمل تشغيل وإيقاف المحركات الكهربائية ، والسخانات الكهربائية ، والمشغلات ، وموضع صمامات التحكم ، وموضع المنظمين ، إلخ.

متغيرات الإخراج، المجموعة التي تشكل متجه الحالة M الأبعاد Y = y1 ، y2 ، y3 ، ... ، yМ ... هذه المتغيرات هي ناتج الكائن ، الذي يميز حالته ويحدد مؤشرات الجودة للمنتج النهائي .

التأثيرات المزعجة الخارجة عن السيطرة، التي تشكل مجموعتها متجه الأبعاد G F = ε1 ، ε2 ، ε3 ، ... ، G ... وهي تشمل الاضطرابات التي لا يمكن قياسها لسبب أو لآخر ، على سبيل المثال بسبب نقص أجهزة الاستشعار.

أرز. 1.مدخلات ومخرجات كائن الأتمتة

يمكن أن تؤدي دراسة العلاقات المدروسة للكائن المراد تشغيله تلقائيًا إلى استنتاجين متعارضين تمامًا: هناك اعتماد رياضي صارم بين متغيرات الإخراج والمدخلات للكائن ، أو لا يوجد اعتماد بين هذه المتغيرات التي يمكن التعبير عنها بواسطة حساب رياضي موثوق معادلة.

في نظرية وممارسة التحكم الآلي في العمليات التكنولوجية ، تم اكتساب خبرة كافية في وصف حالة كائن في مثل هذه المواقف. في هذه الحالة ، يعتبر الكائن أحد الروابط في نظام التحكم الآلي. في الحالات التي تُعرف فيها العلاقة الرياضية بين متغير الإخراج y وإجراء إدخال التحكم x للكائن ، يتم تمييز شكلين رئيسيين لتسجيل الأوصاف الرياضية - هذه هي الخصائص الثابتة والديناميكية للكائن.

خاصية ثابتة في شكل رياضي أو رسومي يعبر عن اعتماد معلمات الإخراج على المدخلات. عادةً ما يكون للعلاقات الثنائية وصف رياضي واضح ، على سبيل المثال ، الخاصية الثابتة لموزعات الوزن لمواد الصب لها شكل h = km (هنا h هي درجة تشوه العناصر المرنة ؛ t هي كتلة المادة ؛ k هي عامل التناسب الذي يعتمد على خصائص مادة العنصر المرن).

إذا كان هناك العديد من المعلمات المتغيرة ، فيمكن استخدام الرسوم البيانية كخصائص ثابتة.

تحدد الخاصية الثابتة للكائن التشكيل اللاحق لأهداف الأتمتة. من وجهة نظر التنفيذ العملي في المسبك ، يمكن اختزال هذه الأهداف إلى ثلاثة أنواع:

• استقرار المعلمات الأولية للكائن ؛

• تغيير معلمات الإخراج وفقًا لبرنامج معين ؛

• تغيير في جودة بعض معلمات الإخراج عندما تتغير ظروف العملية.

ومع ذلك ، لا يمكن وصف عدد من الأشياء التكنولوجية رياضيًا بسبب العديد من العوامل المترابطة التي تؤثر على مسار العملية ، ووجود عوامل لا يمكن السيطرة عليها ونقص المعرفة حول العملية. هذه الأشياء معقدة من وجهة نظر الأتمتة. يتم تحديد درجة التعقيد من خلال عدد مدخلات ومخرجات الكائن. تنشأ مثل هذه الصعوبات الموضوعية في دراسة العمليات التي يتم تقليلها بواسطة الكتلة ونقل الحرارة. لذلك ، في الأتمتة ، تكون الافتراضات أو الشروط ضرورية ، والتي يجب أن تساهم في الهدف الرئيسي للأتمتة - لزيادة كفاءة الإدارة من خلال الاقتراب إلى أقصى حد من الأنماط التكنولوجية إلى الأنماط المثلى.

لدراسة الكائنات المعقدة ، يتم استخدام تقنية ، والتي تتكون من التمثيل الشرطي لكائن في شكل «الصندوق الأسود». في الوقت نفسه ، تتم دراسة الاتصالات الخارجية فقط ، ولا يتم أخذ البنية الصباحية للنظام في الاعتبار ، أي أنهم يدرسون ما يفعله الكائن ، وليس كيف يعمل.

يتم تحديد سلوك الكائن من خلال استجابة قيم الإخراج للتغييرات في قيم الإدخال. الأداة الرئيسية لدراسة مثل هذا الكائن هي الأساليب الإحصائية والرياضية. من الناحية المنهجية ، يتم إجراء دراسة الكائن بالطريقة التالية: يتم تحديد المعلمات الرئيسية ، وإنشاء سلسلة منفصلة من التغييرات في المعلمات الرئيسية ، ويتم تغيير معلمات الإدخال للكائن بشكل مصطنع داخل السلسلة المنفصلة المحددة ، وجميع التغييرات في المخرجات ومعالجة النتائج إحصائيا.

الخصائص الديناميكية يتم تحديد كائن الأتمتة من خلال عدد من خصائصه ، والتي يساهم بعضها في عملية مراقبة عالية الجودة ، والبعض الآخر يعيقها.

من بين جميع خصائص كائنات الأتمتة ، بغض النظر عن تنوعها ، يمكن تمييز العناصر الرئيسية والأكثر تميزًا: السعة والقدرة على المحاذاة الذاتية والتأخر.

سعة هي قدرة الكائن على تجميع بيئة العمل وتخزينها في الكائن. من الممكن تراكم المادة أو الطاقة بسبب حقيقة وجود مقاومة خرج في كل كائن.

مقياس سعة الكائن هو معامل السعة C ، الذي يميز كمية المادة أو الطاقة التي يجب توفيرها للكائن من أجل تغيير القيمة الخاضعة للرقابة بواسطة وحدة واحدة في حجم القياس المقبول:

حيث dQ هو الفرق بين تدفق واستهلاك المادة أو الطاقة ؛ ru - المعلمة الخاضعة للرقابة ؛ ر حان الوقت.

يمكن أن يختلف حجم عامل السعة اعتمادًا على أحجام المعلمات الخاضعة للرقابة.

معدل تغيير المعلمة الخاضعة للرقابة هو الأصغر ، وكلما زاد عامل السعة للكائن. ويترتب على ذلك أنه من الأسهل التحكم في تلك الكائنات التي تكون معاملات السعة فيها أكبر.

تطوير ذاتي هذه هي قدرة الكائن على الدخول في حالة مستقرة جديدة بعد حدوث اضطراب دون تدخل جهاز تحكم (منظم). تسمى الكائنات التي لها محاذاة ذاتية ثابتة ، وتسمى الكائنات التي لا تحتوي على هذه الخاصية محايدة أو ثابتة . تساهم المحاذاة الذاتية في تثبيت معلمة التحكم الخاصة بالكائن وتسهيل تشغيل جهاز التحكم.

تتميز كائنات التسوية الذاتية بمعامل (درجة) التسوية الذاتية ، والتي تبدو كالتالي:

اعتمادًا على معامل التسوية الذاتية ، تتخذ الخصائص الثابتة للجسم شكلاً مختلفًا (الشكل 2).

اعتماد المعلمة الخاضعة للرقابة على الحمل (الاضطراب النسبي) في معاملات التسوية الذاتية المختلفة: 1- التسوية الذاتية المثالية ؛ 2 - التسوية الذاتية العادية ؛ 3 - عدم التسوية الذاتية

يميز التبعية 1 كائنًا لا تتغير قيمته الخاضعة للرقابة تحت أي اضطرابات ، مثل هذا الكائن لا يحتاج إلى أجهزة تحكم. تعكس التبعية 2 المحاذاة الذاتية الطبيعية للكائن ، وتميز التبعية 3 كائنًا ليس له محاذاة ذاتية. المعامل p متغير ، ويزيد مع زيادة الحمل وفي معظم الحالات يكون له قيمة موجبة.

تأخير - هذا هو الوقت المنقضي بين لحظة عدم التوازن وبداية التغيير في القيمة المضبوطة للكائن. هذا بسبب وجود المقاومة وزخم النظام.

هناك نوعان من التأخير: نقي (أو نقل) وعابر (أو سعوي) ، مما يزيد من التأخير الكلي في الكائن.

حصل التأخير البحت على اسمه لأنه ، في الكائنات التي توجد بها ، هناك تغيير في وقت استجابة مخرجات الكائن مقارنة بالوقت الذي يحدث فيه إجراء الإدخال ، دون تغيير حجم وشكل الإجراء. إن المنشأة التي تعمل بأقصى حمل أو التي تنتشر فيها الإشارة بسرعة عالية لها أدنى حد من التأخير الصافي.

يحدث التأخير العابر عندما يتغلب تدفق المادة أو الطاقة على المقاومة بين قدرة الجسم.يتم تحديده من خلال عدد المكثفات وحجم مقاومات النقل.

التأخيرات النقية والعابرة تقلل من جودة التحكم ؛ لذلك ، من الضروري السعي للحد من قيمهم. تشمل التدابير المساهمة وضع أجهزة القياس والتحكم بالقرب من الكائن ، واستخدام العناصر الحساسة ذات القصور الذاتي المنخفض ، والترشيد الهيكلي للكائن نفسه ، إلخ.

تسمح نتائج تحليل أهم خصائص وخصائص الكائنات للأتمتة ، وكذلك طرق بحثها ، بصياغة عدد من المتطلبات والشروط ، والتي يضمن تحقيقها إمكانية أتمتة ناجحة. أهمها ما يلي:

• وصف رياضي لعلاقات الكائنات ، مقدم في شكل خصائص ثابتة ؛ بالنسبة للكائنات المعقدة التي لا يمكن وصفها رياضيًا - استخدام الأساليب الرياضية والإحصائية والجداول والمكانية وغيرها من الأساليب لدراسة علاقات كائن ما بناءً على تقديم افتراضات معينة ؛

• بناء الخصائص الديناميكية للكائن في شكل معادلات أو رسوم بيانية تفاضلية لدراسة العمليات العابرة في الكائن ، مع مراعاة جميع الخصائص الرئيسية للكائن (السعة ، التأخر ، التسوية الذاتية) ؛

• الاستخدام في موضوع مثل هذه الوسائل التقنية التي من شأنها أن تضمن نشر المعلومات حول تغيير جميع المعلمات ذات الأهمية للكائن في شكل إشارات موحدة يتم قياسها بواسطة أجهزة الاستشعار ؛

• استخدام المحركات مع محركات التحكم للتحكم في الكائن ؛

• وضع حدود معروفة بشكل موثوق للتغيرات في الاضطرابات الخارجية للكائن.

المتطلبات الثانوية تشمل:

• تحديد الشروط الحدودية للأتمتة وفقًا لمهام التحكم ؛

• وضع قيود على الكميات الواردة وإجراءات التحكم ؛

• حساب معايير الأمثل (الكفاءة).

مثال على كائن الأتمتة هو التثبيت لتحضير رمال الصب في المسبك

تتكون عملية صنع رمال الصب من جرعات المكونات الأولية ، وتغذيتها في الخلاط ، وخلط الخليط النهائي وتغذيته بخطوط التشكيل ، ومعالجة الخليط المستهلك وتجديده.

مواد البدء لأكثر الخلائط الرملية والطينية شيوعًا في إنتاج المسابك: خليط النفايات ، والرمل الطازج (حشو) ، والطين أو البنتونيت (مادة مضافة بيندر) ، والفحم المطحون أو المواد الكربونية (المضافات غير اللاصقة) ، والمواد المضافة المقاومة للحرارة والخاصة (النشا والدبس) وكذلك الماء.

معلمات الإدخال لعملية الخلط هي تكاليف مواد التشكيل المحددة: خليط مستهلك ، رمل طازج ، طين أو بنتونايت ، فحم مطحون ، نشا أو مواد مضافة أخرى ، ماء.

المعلمات الأولية هي الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية المطلوبة لخليط القولبة: القوة الجافة والرطبة ، نفاذية الغاز ، الضغط ، القابلية للتشكيل ، السيولة ، الكثافة الظاهرية ، إلخ ، والتي يتم التحكم فيها عن طريق التحليل المختبري.

بالإضافة إلى ذلك ، تشتمل معلمات الإخراج أيضًا على تكوين الخليط: محتوى الروابط النشطة والفعالة ، ومحتوى الكربون المنشط ، ومحتوى الرطوبة أو درجة ترطيب المادة الرابطة ، ومحتوى الدقائق - جزيئات دقيقة تمتص الرطوبة والتركيب الحبيبي للخليط أو معامل النقاء.

وبالتالي ، فإن هدف التحكم في العملية هو التكوين المكون للخليط. من خلال توفير التركيب الأمثل لمكونات الخليط النهائي ، المحدد تجريبياً ، من الممكن تحقيق الاستقرار عند مستوى معين من الخصائص الميكانيكية والتكنولوجية للخليط.

الاضطرابات التي يتعرض لها نظام تحضير الخليط تعقد بشكل كبير مهمة تثبيت جودة الخليط. سبب الاضطراب هو وجود تدفق إعادة تدوير - استخدام خليط النفايات. السخط الرئيسي في نظام تحضير المزيج هو عمليات الصب. تحت تأثير المعدن السائل ، في جزء الخليط القريب من الصب ويتم تسخينه إلى درجات حرارة عالية ، تحدث تغييرات عميقة في تكوين المادة الرابطة النشطة والفحم والنشا وانتقالها إلى مكون غير نشط.

يتكون تحضير الخليط من عمليتين متتاليتين: جرعات أو خلط الخليط ، مما يضمن الحصول على التركيبة اللازمة للمكون ، والخلط ، مما يضمن الحصول على خليط متجانس ويمنحه الخصائص التكنولوجية اللازمة.

في العملية التكنولوجية الحديثة لتحضير مخاليط القولبة ، يتم استخدام طرق مستمرة لجرعات المواد الخام (الصب) ، وتتمثل مهمتها في إنتاج تدفق مستمر لكمية ثابتة من المواد أو مكوناتها الفردية مع انحرافات معدل التدفق عن لا يعطى أكثر من المسموح به.

يمكن أتمتة عملية الخلط ككائن تحكم من خلال ما يلي:

• البناء العقلاني لأنظمة تحضير الخليط ، مما يسمح باستبعاد أو تقليل تأثير الاضطرابات على تكوين الخليط ؛

• استخدام طرق قياس الوزن ؛

• إنشاء أنظمة تحكم متصلة للجرعات متعددة المكونات ، مع مراعاة ديناميكيات العملية (خمول الخلاط والتأخير) ، ويجب أن يكون المكون الرئيسي هو الخليط المستهلك ، الذي يحتوي على تقلبات كبيرة في معدل التدفق والتكوين ؛

• التحكم الآلي وتنظيم جودة الخليط أثناء تحضيره ؛

• إنشاء أجهزة آلية للتحكم المعقد في تكوين وخصائص الخليط مع معالجة نتائج التحكم على الكمبيوتر ؛

• تغيير وصفة الخليط في الوقت المناسب عند تغيير نسبة الخليط / المعدن في القالب ووقت تبريد الصب قبل الضرب.