Объекты автоматизации. 
Автоматизация технологических процессов и системы автоматического управления

ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЗАЦИИ

В качестве объектов автоматизации (ОА) можно понимать либо материальные объекты (помещения, установки, машины, выполняющие технологические процессы), либо непосредственно сами технологические процессы. Единого мнения по определению ОА пока нет. С одной стороны, важна эффективность технологических процессов. И в этом смысле под ОА целесообразно понимать именно сам процесс. Например, процессы кормораздачи, горения пламени, формирования биомассы, обработки и накопления информации. С другой стороны, большинство технологических процессов происходит в материальных объектах: животноводческих фермах, калориферах, теплицах, процессорах и т. п. И человек воздействует на эти процессы, как правило, с помощью материальных органов. Поэтому в качестве ОА столь же обоснованно можно принимать материальные носители технологических процессов.

Технологический процесс как ОА характеризуется несколькими качественными и количественными показателями, на которые влияет ряд возмущающих и управляющих воздействий. Одни возмущения, влияющие на ход ТП, можно контролировать (прирост массы животных на откорме, наступление фазы цветения растений), а другие могут иметь случайный и неконтролируемый характер (поломки оборудования, заболевания животных и растений). Управляющие воздействия регламентируются распорядком дня, режимом работы технологического оборудования, производственными инструкциями и т. д.

Технологическая установка как ОА характеризуется некоторыми показателями качества — технологическими параметрами, являющимися выходными координатами, а также искусственно создаваемыми входными воздействиями, прямо или косвенно влияющими на состояние О А.

Простейшие ОА имеют одну выходную величину и соответственно одно входное воздействие. Например, у водонагревателятермоса выходной величиной (параметром) является температура воды, а регулирующим воздействием — электрическое напряжение U_Ci подаваемое на электронагреватели (рис. 1.1).

К простым можно отнести также технологические установки с несколькими входными и выходными координатами, если между этими координатами не существует функциональных взаимосвязей. Такой объект можно рассматривать как несколько простейших по соответствующим параметрам и каналам входных воздействий. Например, в свинарниках при смешивании комбикорма с водой и другими добавками процессы заполнения смесителя компонентами вполне допустимо рассматривать раздельно (рис. 1.2).

И, наконец, сложные объекты с несколькими взаимосвязанными входными и выходными координатами требуют учета взаимного влияния смежных воздействий и параметров. Например, при регулировании микроклимата вентиляция влияет не только на концентрацию газов С0_2> NH₃, H₂S в помещении, но и на температуру и влажность. В свою очередь испарение повышает влажность и понижает температуру (рис. 1.3).

При небольшом числе взаимосвязанных координат обычно удается установить главные для данного процесса параметры, которым следует отдать предпочтение в процессе управления. Тогда.

Рис. 1.1. Водонагреватель-термос как объект регулирования:

а — входная величина (электрическое напряжение (/_с); у—выходная величина (температура воды 0,).

Рис. 1.2. Кормосмеситель как объект управления загрузкой:

<�Х|, <*2 — входные воздействия (подача воды Q_% и комбикорма Q_K в смеситель); Уи У2~ выходные величины (влагосодсржанис кормосмсси и>_кс и концентрация в ней корма С*).

Рис. 1.3. Птичник как объект регулирования микроклиматом:

Рис. 1.4. Структура простейшего объекта автоматизации:

Хр — целенаправленное воздействие.

ct|, аг, oj — входные величины; у_и у^, yj — выходные величины остальные параметры можно рассматривать как второстепенные (зависимые).

Однако в современном сельскохозяйственном производстве много технологических объектов, гораздо более сложных по структуре взаимосвязей. Например, птицеферма представляет собой объект с множеством выходных координат (параметры микроклимата, кормления, освещения, уборки помета и сбора яиц, поения и санитарного состояния) и целым рядом управляемых воздействий по обслуживанию птиц. Между этими координатами существуют определенные связи.

Все рассмотренные объекты автоматизации имеют сложную внутреннюю структуру и могут быть представлены рядом элементарных функциональных звеньев, определенным образом соединенных между собой. В простейшем случае в структуре ОА можно выделить объект управления ОУ (рис. 1.4) — технологический процесс, рассматриваемый изолированно, и регулирующий орган РО — устройство, обеспечивающее целенаправленное воздействие Хр на ОУ.

Рис. 1.5. Статические характеристики объектов управления.

Взаимосвязь между обобщенными координатами объектов управления выражается статическими и динамическими характеристиками.

Статическая характеристика ОУ представляет собой зависимость между выходной координатой у (параметром процесса) и результирующим значением входной координаты х— воздействием в установившемся режиме, т. е. функцию у =/{х) (рис. 1.5). Как видно из графика статическая характеристика может быть линейной / и нелинейной 2 или 3. Следует иметь в виду, что статическую характеристику может иметь только статический объект, т. е. такой, который при любом значении х имеет определенное положение и соответствующее ему значение у.

Рис. 1.6. Динамика переходного процесса.

Если после подачи на вход ОУ воздействия х выходная координата принимает установившееся значение не мгновенно, то такой ОУ называется динамическим и для его описания требуются динамические характеристики. Одной из распространенных характеристик, отражающих динамические свойства ОУ, является кривая переходного процесса. Эта кривая иллюстрирует зависимость выходной координаты у от времени / при воздействии на вход ОУ единичного ступенчатого сигнала хо (рис. 1.6).