Les objets d'automatisation et leurs caractéristiques

Objets d'automatisation (objets de contrôle) — il s'agit d'installations distinctes, de machines à couper les métaux, de machines, d'agrégats, d'appareils, de complexes de machines et d'appareils qui doivent être contrôlés. Ils sont très divers dans leur objectif, leur structure et leur principe d'action.

L'objet de l'automatisation est le composant principal du système automatique, qui détermine la nature du système, c'est pourquoi une attention particulière est accordée à son étude. La complexité d'un objet est principalement déterminée par son degré de connaissance et la variété des fonctions qu'il remplit. Les résultats de l'étude de l'objet doivent être présentés sous forme de recommandations claires concernant la possibilité d'une automatisation totale ou partielle de l'objet ou l'absence des conditions nécessaires à l'automatisation.

Caractéristiques des objets d'automatisation

La conception d'un système de contrôle automatique doit être précédée d'une étude de site pour établir les relations de site. En général, ces relations peuvent être représentées par quatre ensembles de variables.

Une perturbation maîtrisée, dont la collection forme le vecteur de dimension L H = h1, h2, h3, ..., hL... Ils comprennent des variables mesurables qui dépendent de l'environnement extérieur, telles que les indicateurs de qualité des matières premières dans la fonderie, la quantité de vapeur consommée dans la chaudière à vapeur, le débit d'eau dans le chauffe-eau instantané, la température de l'air dans la serre, qui varie en fonction des conditions environnementales extérieures et des facteurs influençant le processus. Pour les perturbations contrôlées, des limitations sont imposées sur les conditions technologiques.

L'indicateur du processus technologique à contrôler est appelé la quantité contrôlée (coordonnée) et la quantité physique par laquelle l'indicateur du processus technologique est contrôlé est appelée l'action de contrôle (quantité d'entrée, coordonnée).

Actions de contrôle, dont la totalité forme un vecteur à n dimensions X = x1, x2, x3, ..., xn... Ils sont indépendants de l'environnement extérieur et ont l'impact le plus significatif sur le processus technologique. Avec leur aide, le cours du processus est délibérément modifié.

Pour contrôler les actions comprennent l'allumage et l'extinction des moteurs électriques, des résistances électriques, des actionneurs, la position des vannes de régulation, la position des régulateurs, etc.

Variables de sortie, dont l'ensemble forme le vecteur d'état à M dimensions Y = y1, y2, y3, ..., yМ... Ces variables sont la sortie de l'objet, qui caractérise son état et détermine les indicateurs de qualité du produit fini .

Influences perturbatrices incontrôlées, dont l'ensemble forme le vecteur de dimension G F = ε1, ε2, ε3, …, εG... Ils comprennent de telles perturbations qui ne peuvent être mesurées pour une raison ou une autre, par exemple par manque de capteurs.

Riz. 1.Entrées et sorties de l'objet d'automatisation

L'étude des relations considérées de l'objet à automatiser peut conduire à deux conclusions diamétralement opposées : il existe une dépendance mathématique stricte entre les variables de sortie et d'entrée de l'objet, ou il n'y a pas de dépendance entre ces variables exprimable par une formule mathématique fiable. formule.

Dans la théorie et la pratique du contrôle automatique des processus technologiques, une expérience suffisante a été acquise dans la description de l'état d'un objet dans de telles situations. Dans ce cas, l'objet est considéré comme l'un des maillons de l'automatisme. Dans les cas où la relation mathématique entre la variable de sortie y et l'action d'entrée de contrôle x de l'objet est connue, deux formes principales d'enregistrement des descriptions mathématiques sont distinguées - ce sont les caractéristiques statiques et dynamiques de l'objet.

Caractéristique statique sous forme mathématique ou graphique exprime la dépendance des paramètres de sortie sur l'entrée. Les relations binaires ont généralement une description mathématique claire, par exemple, la caractéristique statique des distributeurs de pesage pour les matériaux de coulée a la forme h = km (ici h est le degré de déformation des éléments élastiques ; t est la masse du matériau ; k est le facteur de proportionnalité, qui dépend des propriétés du matériau de l'élément élastique).

S'il y a plusieurs paramètres variables, des nomogrammes peuvent être utilisés comme caractéristiques statiques.

La caractéristique statique de l'objet détermine la formation ultérieure des cibles d'automatisation. Du point de vue de la mise en œuvre pratique en fonderie, ces objectifs peuvent être ramenés à trois types :

• stabilisation des paramètres initiaux de l'objet ;

• modifier les paramètres de sortie selon un programme donné ;

• modification de la qualité de certains paramètres de sortie lorsque les conditions du procédé changent.

Cependant, un certain nombre d'objets technologiques ne peuvent pas être décrits mathématiquement en raison de la multitude de facteurs interdépendants affectant le déroulement du processus, de la présence de facteurs incontrôlables et du manque de connaissances sur le processus. De tels objets sont complexes du point de vue de l'automatisation. Le degré de complexité est déterminé par le nombre d'entrées et de sorties de l'objet. De telles difficultés objectives surviennent dans l'étude des processus réduits par transfert de masse et de chaleur. Par conséquent, dans leur automatisation, des hypothèses ou des conditions sont nécessaires, ce qui devrait contribuer à l'objectif principal de l'automatisation - augmenter l'efficacité de la gestion en rapprochant au maximum les modes technologiques des modes optimaux.

Pour étudier des objets complexes, on utilise une technique qui consiste en une représentation conditionnelle d'un objet sous la forme d'une « boîte noire ». En même temps, seules les connexions externes sont étudiées, et la structure matinale du système n'est pas non plus prise en compte, c'est-à-dire qu'elles étudient ce que fait l'objet, pas comment il fonctionne.

Le comportement de l'objet est déterminé par la réponse des valeurs de sortie aux modifications des valeurs d'entrée. L'outil principal pour étudier un tel objet est les méthodes statistiques et mathématiques. Méthodologiquement, l'étude de l'objet s'effectue de la manière suivante : les paramètres principaux sont déterminés, une série discrète de modifications des paramètres principaux est établie, les paramètres d'entrée de l'objet sont modifiés artificiellement au sein de la série discrète établie, toutes les modifications dans les sorties sont enregistrées et les résultats sont traités statistiquement .

Caractéristiques dynamiques un objet d'automatisation est déterminé par un certain nombre de ses propriétés, dont certaines contribuent à un processus de contrôle de haute qualité, d'autres l'entravent.

De toutes les propriétés des objets d'automatisation, quelle que soit leur variété, on distingue les principales et les plus caractéristiques: capacité, capacité à s'auto-aligner et retard.

Capacité est la capacité d'un objet à accumuler l'environnement de travail et à le stocker dans l'objet. L'accumulation de matière ou d'énergie est possible du fait qu'il existe une résistance de sortie dans chaque objet.

La mesure de la capacité de l'objet est le coefficient de capacité C, qui caractérise la quantité de matière ou d'énergie qui doit être fournie à l'objet pour modifier la valeur contrôlée d'une unité dans la taille de mesure acceptée :

où dQ est la différence entre l'afflux et la consommation de matière ou d'énergie ; ru — paramètre contrôlé ; c'est le temps.

La taille du facteur de capacité peut être différente selon les tailles des paramètres contrôlés.

Le taux de variation du paramètre contrôlé est d'autant plus petit que le facteur de capacité de l'objet est grand. Il s'ensuit qu'il est plus facile de contrôler les objets dont les coefficients de capacité sont plus grands.

Autonivelant C'est la capacité d'un objet à entrer dans un nouvel état stable après une perturbation sans l'intervention d'un dispositif de contrôle (régulateur).Les objets qui ont un auto-alignement sont appelés statiques, et ceux qui n'ont pas cette propriété sont appelés neutres ou astatiques. . L'auto-alignement contribue à la stabilisation du paramètre de contrôle de l'objet et facilite le fonctionnement du dispositif de contrôle.

Les objets d'auto-nivellement sont caractérisés par un coefficient (degré) d'auto-nivellement, qui ressemble à ceci :

En fonction du coefficient d'autonivellement, les caractéristiques statiques de l'objet prennent une forme différente (Fig. 2).

Dépendance du paramètre contrôlé à la charge (perturbation relative) à différents coefficients d'autonivellement : 1-autonivellement idéal ; 2 - autonivelant normal ; 3 - manque d'auto-nivellement

La dépendance 1 caractérise un objet pour lequel la valeur contrôlée ne change pas sous aucune perturbation, un tel objet n'a pas besoin de dispositifs de contrôle. La dépendance 2 reflète l'auto-alignement normal de l'objet, la dépendance 3 caractérise un objet qui n'a pas d'auto-alignement. Le coefficient p est variable, il augmente avec l'augmentation de la charge et dans la plupart des cas a une valeur positive.

Un délai — c'est le temps écoulé entre le moment du balourd et le début de la variation de la valeur contrôlée de l'objet. Cela est dû à la présence de résistance et à la dynamique du système.

Il existe deux types de retard : pur (ou transport) et transitoire (ou capacitif), qui s'ajoutent au retard total dans l'objet.

Le retard pur tire son nom du fait que, dans les objets où il existe, il y a un changement dans le temps de réponse de la sortie de l'objet par rapport au moment où l'action d'entrée se produit, sans changer l'ampleur et la forme de l'action. Une installation fonctionnant à charge maximale ou dans laquelle un signal se propage à grande vitesse a le retard net minimal.

Un retard transitoire se produit lorsque le flux de matière ou d'énergie surmonte les résistances entre la capacité de l'objet.Il est déterminé par le nombre de condensateurs et la taille des résistances de transfert.

Les retards purs et transitoires dégradent la qualité du contrôle ; par conséquent, il est nécessaire de s'efforcer de réduire leurs valeurs. Les mesures contributives incluent le placement d'appareils de mesure et de contrôle à proximité de l'objet, l'utilisation d'éléments sensibles à faible inertie, la rationalisation structurelle de l'objet lui-même, etc.

Les résultats de l'analyse des caractéristiques et propriétés les plus importantes des objets pour l'automatisation, ainsi que les méthodes de leur recherche, permettent de formuler un certain nombre d'exigences et de conditions dont le respect garantit la possibilité d'une automatisation réussie. Les principaux sont les suivants :

• description mathématique des relations d'objet, présentées sous forme de caractéristiques statiques ; pour les objets complexes qui ne peuvent pas être décrits mathématiquement - l'utilisation de méthodes mathématiques et statistiques, tabulaires, spatiales et autres pour étudier les relations d'un objet sur la base de l'introduction de certaines hypothèses;

• construction des caractéristiques dynamiques de l'objet sous forme d'équations différentielles ou de graphiques pour étudier les processus transitoires dans l'objet, en tenant compte de toutes les propriétés principales de l'objet (capacité, retard, auto-nivellement);

• l'utilisation dans l'objet de tels moyens techniques qui assureraient la diffusion d'informations sur le changement de tous les paramètres d'intérêt de l'objet sous la forme de signaux unifiés mesurés par des capteurs ;

• l'utilisation d'actionneurs à entraînement contrôlé pour contrôler l'objet ;

• établir des limites connues de manière fiable des changements dans les perturbations externes de l'objet.

Les exigences subordonnées comprennent :

• détermination des conditions limites pour l'automatisation en fonction des tâches de contrôle ;

• mise en place de restrictions sur les quantités entrantes et actions de contrôle ;

• calcul de critères d'optimalité (efficience).

Un exemple d'objet d'automatisation est une installation de préparation de sables de moulage dans une fonderie

Le processus de fabrication des sables de moulage consiste à doser les composants initiaux, à les introduire dans le mélangeur, à mélanger le mélange fini et à l'acheminer vers les lignes de moulage, à traiter et à régénérer le mélange usé.

Les matières premières des mélanges sable-argile les plus courants en fonderie : mélange de déchets, sable frais (filler), argile ou bentonite (additif liant), charbon broyé ou matériaux carbonés (additif anti-adhérent), additifs réfractaires et spéciaux (amidon , mélasse) et aussi de l'eau.

Les paramètres d'entrée du processus de mélange sont les coûts des matériaux de moulage spécifiés : mélange usé, sable frais, argile ou bentonite, charbon broyé, amidon ou autres additifs, eau.

Les paramètres initiaux sont les propriétés mécaniques et technologiques requises du mélange de moulage: résistance sèche et humide, perméabilité aux gaz, compactage, formabilité, fluidité, densité apparente, etc., qui sont contrôlées par des analyses en laboratoire.

De plus, les paramètres de sortie comprennent également la composition du mélange : la teneur en liants actifs et efficaces, la teneur en charbon actif, la teneur en humidité ou le degré de mouillage du liant, la teneur en fines - particules fines absorbant l'humidité et la composition granulométrique du mélange ou le module de finesse.

Ainsi, l'objet du contrôle du procédé est la composition constitutive du mélange. En fournissant une composition optimale des composants du mélange fini, déterminée expérimentalement, il est possible d'obtenir une stabilisation à un niveau donné des propriétés mécaniques et technologiques du mélange.

Les perturbations auxquelles est soumis le système de préparation du mélange compliquent grandement la tâche de stabilisation de la qualité du mélange. La raison de la perturbation est la présence d'un flux de recirculation - l'utilisation du mélange de déchets. Le principal scandale dans le système de préparation du mélange est le processus de coulée. Sous l'influence du métal liquide, dans la partie du mélange à proximité immédiate de la pièce coulée et chauffée à des températures élevées, des changements profonds se produisent dans la composition du liant actif, du charbon et de l'amidon et leur transition en un composant inactif.

La préparation du mélange consiste en deux processus consécutifs : le dosage ou mélange du mélange, qui assure l'obtention de la composition nécessaire du composant, et le mélange, qui assure l'obtention d'un mélange homogène et lui confère les propriétés technologiques nécessaires.

Dans le processus technologique moderne de préparation des mélanges de moulage, des méthodes continues de dosage des matières premières (moulage) sont utilisées, dont la tâche est de produire un flux continu d'une quantité constante de matériau ou de ses composants individuels avec des écarts de débit par rapport au donné pas plus que permis.

L'automatisation du processus de mélange en tant qu'objet de contrôle peut être effectuée avec les éléments suivants :

• construction rationnelle de systèmes de préparation d'un mélange, permettant d'exclure ou de réduire l'influence des perturbations sur la composition du mélange;

• l'utilisation de méthodes de dosage par pesée ;

• création de systèmes de contrôle connectés pour le dosage multi-composants, en tenant compte de la dynamique du processus (inertie et retard du mélangeur), et le composant principal doit être le mélange usé, qui présente des fluctuations importantes de débit et de composition ;

• contrôle et régulation automatique de la qualité du mélange lors de sa préparation;

• création d'appareils automatiques pour le contrôle complexe de la composition et des propriétés du mélange avec traitement des résultats du contrôle sur ordinateur;

• changement ponctuel de la recette du mélange lors de la modification du rapport mélange/métal dans le moule et du temps de refroidissement de la coulée avant frappe.