MINISTERO DELL'ISTRUZIONE E DELLA SCIENZA DELLA RUSSIA

Istituto di istruzione di bilancio dello Stato federale

istruzione superiore

NIZHNEVARTOVSK OIL COLLEGE (ramo)

bilancio dello stato federale Istituto d'Istruzione

istruzione superiore

"Jugorskij Università Statale»

MDK 04.01 " Base teorica sviluppo e modellazione di semplici sistemi di automazione, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici"

Linee guida su un progetto di corso

per studenti istituzioni educative

istruzione professionale secondaria

Tutto forme di istruzione (tempo pieno, tempo parziale)

per specialità 15.02.07. Automazione dei processi tecnologici e della produzione

Nizhnevartovsk 2016

Considerato

In una riunione del PCC ETD

Verbale n. 5 del 24.05.2016

Presidente del PCC

MB Dieci

APPROVARE

Vice direttore per la gestione delle risorse idriche

NNT (ramo) FGBOU VO "YUGU"

RI Khaibulina

« » 2016

Corrisponde a:

1. Standard statale federale (FSES) nella specialità 15.02.07. Automazione dei processi tecnologici e della produzione (per settore) approvata il 18 aprile 2014 (ordinanza n. 349)

Sviluppatore:

Dieci Marina Borisovna, più in alto categoria di qualificazione, insegnante del Nizhnevartovsk Oil College (ramo) FGBOU VO "South State University".

INTRODUZIONE

Le linee guida per il progetto del corso su MDK 04.01 "Fondamenti teorici per lo sviluppo e la modellazione di sistemi di automazione semplici, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici" per studenti a tempo pieno e part-time sono sviluppate in conformità conrequisiti della Federale norma statale(FGOS) nella specialità 15.02.07. Automazione dei processi tecnologici e della produzione (per settore), programma di lavoro modulo professionale PM 04Sviluppo e modellazione di semplici sistemi di automazione, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici

Il progetto del corso mira a consolidare e sistematizzare le conoscenze degli studenti, sviluppare abilità nel lavoro indipendente e insegnare loro ad applicare praticamente le loro conoscenze teoriche nella risoluzione dei problemi. produttivo e tecnico carattere.

Obiettivi didattici progettazione del corso sono: l'apprendimento degli studenti abilità professionali; approfondimento, generalizzazione, sistematizzazione e consolidamento delle conoscenze sulla MDT; formazione di abilità e capacità di lavoro mentale indipendente; verifica completa dello sviluppo delle competenze professionali e generali.

Questo manuale ha lo scopo di assistere gli studenti nell'implementazione del progetto del corso su MDK 04.01 "Fondamenti teorici per lo sviluppo e la modellazione di sistemi di automazione semplici, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici"

Il progetto del corso viene svolto dopo aver studiato la parte teorica dell'MDK 04.01 "Fondamenti teorici per lo sviluppo e la modellazione di sistemi di automazione semplici, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici"

Lo scopo del progetto del corso è quello di padroneggiare i metodi di sviluppo e modellazione di sistemi di controllo automatici, tracciare caratteristiche di tempo e frequenza e ricercare sistemi di controllo automatico, nonché acquisire competenze nell'uso di letteratura tecnica, libri di riferimento, documenti normativi. Il lavoro su un progetto di corso contribuisce alla sistematizzazione, al consolidamento, all'approfondimento delle conoscenze acquisite dagli studenti nel corso della formazione teorica, all'applicazione di queste conoscenze per una soluzione completa dei compiti. Come risultato del progetto del corso, gli studenti dovrebbero padroneggiare competenze professionali:

PC 4.1 Analizzare i sistemi di controllo automatico, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici.

PC 4.2 Selezionare i dispositivi e gli strumenti di automazione, tenendo conto delle specificità dei processi tecnologici.

PC4.3 Elaborare schemi di unità specializzate, blocchi, dispositivi e sistemi di controllo automatico.

PC 4.4 Calcolare i parametri di circuiti e dispositivi tipici

L'argomento del progetto del corso è selezionato in base al luogo di tirocinio

2 STRUTTURA del progetto del corso

Il progetto del corso si compone di due parti: nota esplicativa e parte grafica.

La struttura della nota esplicativa:

frontespizio;

elenco dei fogli della parte grafica;

scorrere simboli e abbreviazioni accettate;

introduzione;

Capitolo 1;

capitolo 2;

capitolo 3;

conclusione;

elenco bibliografico;

applicazioni.

La parte grafica è composta da due fogli di formato A1, mentre i disegni e gli schemi possono essere sviluppati su formato A1 o A2, un insieme specifico di parte grafica è determinato in un compito individuale e può includere i seguenti schemi e disegni:

schema di automazione funzionale;

schema elettrico esterno;

schemi elettrici;

schema elettrico;

schema a blocchi del controllore.

3 CONTENUTI DEL CORSO PROGETTO

introduzione

introduzionecontiene le seguenti sezioni:

UN.Rilevanza del tema del progetto(giustificazione della necessità di studiare questioni relative all'oggetto della ricerca), ad esempioLa rilevanza della creazione di sistemi di controllo automatizzati è aumentata in modo significativo, a causa diCil costo del mantenimento del personale addetto alla manutenzione e il mantenimento dell'ambiente ambiente ;

B.Un oggetto -(un insieme di connessioni e relazioni di proprietà che esiste oggettivamente in teoria e pratica e funge da fonte di informazioni necessarie per il ricercatore). L'oggetto della ricerca è il fenomeno o il processo della realtà oggettiva, a cui il attività di ricerca soggetto, ad esempio, per l'argomento “Sviluppo di un sistemaautomazione di pozzi ESP, SRP e AGZU su un cluster di pozzi”, l'oggetto sarà un cluster di pozzi;

v.Articoloricerca (più specifica e include solo quelle connessioni e relazioni che sono oggetto di studio diretto in questo progetto, stabilisce i confini della ricerca scientifica). In ogni oggetto si possono distinguere più materie di studio, ma nell'opera deve essere indicata una materia di studio. L'oggetto dello studio è determinato dalle proprietà specifiche dell'oggetto, ad esempio, per l'argomento “Sviluppo di un sistemaautomazione di pozzi ESP, SRP e AGZU su un cluster di pozzi”, il tema sarà pozzi ESP, SRP e AGZU;

Dall'oggetto dello studio, seguono il suo scopo e i suoi obiettivi.

G.Bersaglio (è formulato in modo breve ed estremamente preciso, in senso semantico esprimendo la cosa principale che il ricercatore intende fare).

Esempi: 1.L'obiettivo del progetto è quello di sviluppare un sistema di automazione basato su strumenti di automazione adattati in modo ottimale. Modellazione di un sistema di controllo automatico sostenibile e di alta qualità

Lo scopo si concretizza e si sviluppa nei compiti dello studio.

Il compito deve essere formulato utilizzando un verbo all'infinito, ad esempio: sviluppare, analizzare, identificare, ecc.

Primo compito, di regola, è associato all'identificazione, chiarimento, approfondimento, giustificazione metodologica dell'essenza, natura, struttura dell'oggetto in esame. Ad esempio, analizza lo scopo degli oggetti e sviluppa un diagramma a blocchi di un cluster di pozzi

Secondo- con un'analisi dello stato reale dell'oggetto della ricerca, delle dinamiche, delle contraddizioni interne dello sviluppo. Ad esempio, per analizzare la tecnologia di lavoro e le principali caratteristiche tecniche dell'AGZU, per determinare i parametri di automazione e le condizioni operative delle apparecchiature di automazione.

Terzo e quarto- con metodi di trasformazione, modellazione, verifica, ovvero con l'individuazione di modi e mezzi per aumentare l'efficienza del miglioramento del fenomeno, processo in studio, i.e. con aspetti pratici del lavoro, con il problema della gestione dell'oggetto in studio. Ad esempio, sviluppa uno schema di automazione, determina i modi collegamenti esterni apparecchiature di automazione, esplorare i metodi di installazione, riparazione, verifica delle apparecchiature di automazione, determinare l'efficienza economica

Metodi di ricercaincludere l'uso di specifici metodi di ricerca teorici ed empirici, ad esempio: analisi della letteratura scientifica e metodologica, fonti documentarie, ecc.

Struttura e scopo del lavoro(indicare da quale strutturale

L'opera è composta da elementi: introduzione, numero di capitoli, paragrafi, conclusione, elenco bibliografico, indicazione del numero di titoli, nonché della quantità di lavoro in pagine, ecc.).

Il volume dell'introduzione è di 2-3 pagine.

2 CARATTERISTICHE DEGLI ELEMENTI DEL SISTEMA DI REGOLAZIONE AUTOMATICA (ACS)

2.1 Caratteristiche tecnologiche dell'oggetto della regolazione

In questa sottosezione del progetto del corso, è necessario delineare brevemente la tecnologia e il principale caratteristiche tecnologiche l'oggetto considerato della regolazione.

2.2 Modello matematico oggetto di regolazione

È necessario disegnare la risposta transitoria dell'oggetto regolato secondo la variante su una data scala.

In base al tipo di risposta transitoria, è necessario determinare a quali collegamenti dinamici tipici corrisponde l'oggetto della regolazione per proprietà dinamiche. Annota la funzione di trasferimento di questi collegamenti e determina i valori numerici dei coefficienti dal grafico.

Per esempio:

In base alla risposta transitoria presa sperimentalmente (Figura 2.1), determiniamo la funzione di trasferimento dell'oggetto di controllo.

L'oggetto della regolazione corrisponde al collegamento in serie di più collegamenti aperiodici e al collegamento di ritardo, quindi alla sua funzione di trasferimento

Rτ , (2.1)

Per determinare i valori numerici dei coefficientiK 1 , T 1 , τ 1 secondo il grafico troviamo il valore costante del parametro regolabileH bocca, H bocca = 14. Passiamo alle unità relative, prendendo il valoreH bocca per 1, dividi il segmento risultante in dieci parti uguali, segna i punti a = 0,7,io=0,3. Determina il tempo corrispondente a questi punti secondo il programmaT io=9.8 e T UN =11,8. Accetta il valoreM=3.

Secondo la tabella 7.8, determiniamo il valore dei coefficienti costanti T aa io, IN io, per a=0.7 e io=0.3 a seconda del gradoMfunzione di trasferimento

M = 3,

T7 * = 0,277,

A 37 \u003d 1.125,

SI 37 = 1,889.

Determinare il tempo di ritardo dell'oggetto regolato

, (2.2)

Determinare la costante di tempo dell'oggetto regolato

(2.3)

T1 = 0,277 (11,8 – 9,8) = 1,19

Determinare il guadagno dell'oggetto regolato

In
(2.4)

DoveH bocca - il valore fisso del valore regolamentato.

Poiché ci viene data una risposta transitoria, allora X in = 1, quindi

K 1 = H bocca , (2.5)

K 1 =14

Di conseguenza, otteniamo la funzione di trasferimento OR nella forma

-7,5r

2.3 Determinazione delle impostazioni ottimali del controller

In conformità con la legge di controllo data (dati iniziali), è necessario determinare la funzione di trasferimento del controller automatico e calcolare le impostazioni.

Per esempio:

Secondo i dati iniziali, la legge di regolazione è proporzionale.

L'equazione della legge regolatrice ha la forma:

si = Kε (2.6)

Dovesi - valore dell'uscita;

K - guadagno;

ε è il mismatch.

Scriviamo la legge di regolamento in vista generale:

X fuori = K 2 X pollici (2,7)

Definiamo la funzione di trasferimento del controllore automaticoW 2 (P)

X fuori (p) \u003d K 2 X dentro (p)

W 2 (p) = K 2 (2.8)

Determiniamo le impostazioni del controller in base alle formule VTI (tabella 7.13):

Caratteristica dell'oggetto:

(2.9)

Definiamo il limite di proporzionalità:

d = 2 K 1 , (2.10)

δ \u003d 2 * 14 \u003d 28

Determinare il guadagno del controller automaticoK 2 :

(2.11)

Di conseguenza, otteniamo la funzione di trasferimento AR nella forma

W 2 (P)=0,035

2.4 Modello matematico dell'attuatore e del trasduttore di misura

I motori elettrici CA sono ampiamente utilizzati come attuatori in ACS. Nei sistemi in cui è richiesto il controllo della velocità dell'attuatore, vengono utilizzati motori elettrici asincroni trifase con rotore di fase. Se il controllo della velocità non è richiesto, vengono utilizzati motori elettrici con rotore a gabbia di scoiattolo. I motori asincroni bifase sono ampiamente utilizzati come attuatori a bassa potenza. Le proprietà dinamiche dei motori elettrici asincroni sono determinate dall'equazione differenziale

(2.12)

dove M – costante di tempo elettromeccanica del motore elettrico, s;

A R - il coefficiente di trasmissione del motore elettrico;

U R – tensione sul rotore, V;

Q è la velocità angolare del rotore, rad/s.

Costante di tempo elettromeccanica T M a seconda dell'inerzia OR può essere compreso in T M =0.006÷2 s. In un progetto di corso, ad esempio, prendiamo T m = 2s.

Secondo i dati iniziali, ad esempio, K R =4, quindi la funzione di trasferimento IM:

(2.13)

Il trasduttore di misura in termini di proprietà dinamiche corrisponde al collegamento di amplificazione. La sua equazione:

X fuori \u003d KX dentro (2.14)

Guadagno K = 1, quindi la funzione di trasferimento dell'IP:

W 5 (P)=1 (2.15)

3 SCHEMA STRUTTURALE DEL SISTEMA DI REGOLAZIONE AUTOMATICA

3.1 Regolamento processo tecnologico

È necessario selezionare i tipi di elementi ATS, fornire una descrizione del loro principio di funzionamento, specifiche. Descrivere il funzionamento del sistema di controllo automatico.

3.2 Schema strutturale di un sistema di controllo automatico aperto per influenze principali e di disturbo

È necessario sviluppare uno schema a blocchi del sistema di controllo automatico per le influenze di guida e di disturbo. Determinare la funzione di trasferimento del sistema aperto.

Per esempio.

Figura 3.1 - Schema a blocchi

Calcoliamo la funzione di trasferimento degli elementi connessi in serie

Funzione di trasferimento dell'ACS aperto secondo l'azione master

(3.1)

Funzione di trasferimento di una SCA aperta per azione disturbante

(3.2)

3.3 Schema strutturale di un sistema chiuso di controllo automatico tramite master e influenze di disturbo

Determiniamo la funzione di trasferimento di un ACS chiuso in base all'influenza di guida (Figura 3.1):

(3.3)

Determiniamo la funzione di trasferimento di un SCA chiuso in funzione dell'effetto perturbante (Figura 3.1):

(3.4)

4 STABILITÀ DEL SISTEMA DI REGOLAZIONE AUTOMATICA

4.1 Stabilità secondo il criterio di Hurwitz. Guadagno critico

Secondo il criterio di Hurwitz il sistema è stabile se per a 0 >0 i determinanti di Hurwitz sono positivi. Sia l'equazione caratteristica del sistema considerato

3.36r 4 +10.14r 3 +11.37r 2 +5.57r+2.17=0

Calcoliamo i determinanti di Hurwitz

Δ 1 \u003d 10.14

Conclusione: il sistema è stabile.

Determiniamo il guadagno al contorno mediante il criterio di Hurwitz.

Sostituiamo i fattori di guadagno con designazioni di lettere.

W 2 (P)= K 2

W 3 (P)= K 3

W 5 (P)= K 5

Calcoliamo la funzione di trasferimento dell'ACS.

Pertanto, l'equazione caratteristica del sistema ha la forma:

K 2 K 1-5 =0

Facciamo una sostituzione K 2 K 1-5 = K gr.

3.36r 4 +10.14r 3 +11.37r 2 +5.57r+1+ K g = 0

Componiamo il determinante di Hurwitz:

Il sistema è sul limite di stabilità se uno dei determinanti di Hurwitz è uguale a 0.

Dall'espressione risultante, determiniamoK gr.

642,17-102,81-102,81 K gr -104.24=0

102,81 K gr = -435,12

K gr = 4,23

Così il guadagno criticoK gr = 4,23.

4.2 Stabilità secondo il criterio di Mikhailov. Guadagno critico

Secondo il criterio di Mikhailov, il sistema è stabile se l'odografo di Mikhailov passa in sequenza in senso antiorarioN-quarti del piano complesso al variare di ω=0 ÷ +
. Sia l'equazione caratteristica del sistema:

3.36r 4 +10.14r 3 +11.37r 2 +5.57r+2.176=0

Polinom Mikhailova:

Dati i valori ω=0 ÷ +
costruendo un odografo Mikhailov.

Il calcolo deve essere eseguito a livello di codice. Ad esempio usandoESEL. Creiamo un programma per questo esempio.

SI2=3.36*SI1^4-11.37*SI1^2+2.176

SI3=-10.14*SI1^3+5.57*SI1

Tabella 4.1 - Risultati del calcolo

L'odografo deve essere costruito utilizzando l'ambiente software.

Figura 4.1 - Odografo di Mikhailov

Conclusione: il sistema è stabile.

Determiniamo il coefficiente al contorno secondo il criterio di Mikhailov.

L'equazione caratteristica per i guadagni sconosciuti ha la forma:

3.36r 4 +10.14r 3 +11.37r 2 +5.57r+1+ K g = 0

Il polinomio di Mikhailov è uguale a:

F(jω)

Il sistema è sul limite di stabilità se l'odografo di Mikhailov passa per l'origine ad una frequenza ω≠0. Pertanto, il sistema è sul limite di stabilità se le parti reale e immaginaria sono uguali a 0.

4.3 Stabilità secondo il criterio di Nyquist. Margine di stabilità di ampiezza e fase

Affinché il sistema sia stabile in forma chiusa è necessario e sufficiente che l'odografo AFC di un sistema aperto stabile non copra di coordinate un punto del piano complesso

(-1;0) al variare di ω=0 ÷ +0. Un sistema aperto è considerato stabile se è costituito da collegamenti standard stabili.

Sia la funzione di trasferimento del sistema aperto.

Definiamo AFC:

Chiedere valori
costruiamo l'AFC di un sistema aperto utilizzandoeccellere:

Tabella 4.2 - Risultati del calcolo

Figura 4.3 - Odografo AFC

Conclusione: il sistema è stabile

Il margine di stabilità in ampiezza e fase è determinato dall'odografo dell'AFC di un sistema aperto

Margine di stabilità dell'ampiezza ΔА=0.74

Margine di stabilità di fase Δφ=130 0

5 ACS DI QUALITÀ

5.1 Grafico di transizione

Il grafico del processo transitorio può essere costruito utilizzando il metodo trapezoidale. Per fare ciò, è necessario determinare l'AFC di un sistema chiuso, evidenziare l'effettiva risposta in frequenza, tracciare il DFC. Quindi eseguire le operazioni nella sequenza seguente.

Consideriamo la costruzione di un grafico del processo transitorio usando un esempio.

Determiniamo l'AFC di un sistema chiuso:

Costruire un grafico DCH

Tabella 5.1 - Risultati del calcolo DFC

Dividiamo il DFC in trapezi in modo che due lati di ciascun trapezio siano paralleli all'asse ω, il terzo coincida con l'asse P.

Figura 5.1 - Risposta in frequenza effettiva

Determiniamo per ogni trapezio ω 0 , ω D , H 0.

Ad esempio, 1 trapezio: ω 0 =0,54.

ω D =0 ,31

H 0 =45,5

Calcoliamo il valore X per ogni trapezio:

In base al valore X, troviamo i valori nella tabellaH X funzioni, date dai valori di τ, per ogni trapezio.

I sistemi di automazione e controllo sono spesso complessi e costosi. Pertanto, eseguire esperimenti fisici su di essi è impossibile o poco pratico. Nella ricerca sistemi esistenti devono fare affidamento sui risultati delle osservazioni del loro comportamento e durante la creazione nuovo sistema- utilizzare analogie o presunti dati sul suo funzionamento.

Un output che ti permette di ottenere stime quantitative, è l'implementazione della modellazione, ovvero lo sviluppo e lo studio di tali modelli che, in termini di parametri di base, riflettono il comportamento dei sistemi reali.

Per sviluppare un algoritmo di controllo, invece di un oggetto di controllo reale, viene utilizzato il suo modello. Un modello è un oggetto di qualsiasi natura fisica che è in grado di sostituire qualsiasi oggetto originale oggetto di studio in modo che lo studio del modello (un oggetto più accessibile) fornisca nuove conoscenze sull'originale. Il significato del modello è che è sempre più semplice in un modo o nell'altro, più accessibile dell'originale. Il modello dovrebbe riflettere solo alcune delle caratteristiche e delle proprietà dell'originale, essenziali per ottenere una risposta alla domanda di interesse per i ricercatori.

Lo studio di qualsiasi proprietà dell'originale costruendo un modello e studiandone le proprietà è chiamato modellazione. La simulazione è uno dei modi più comuni per studiare vari processi e fenomeni. Il successo dello studio, l'affidabilità del risultato ottenuto con il suo aiuto, dipende da quanto bene viene scelto il modello.

La modellazione è fisica e matematica. Nella modellazione fisica, il modello riproduce il processo oggetto di studio (originale) preservandone la natura fisica (ad esempio, esercitazioni militari, un modello di una centrale idroelettrica, un business game, un'installazione di laboratorio). Tra l'originale e il modello sono conservate alcune relazioni di somiglianza, studiate dalla teoria della somiglianza.

La modellazione matematica è intesa come lo sviluppo di modelli matematici e lo studio di alcune proprietà dell'originale con il loro aiuto. Un modello matematico è un sistema di relazioni matematiche che descrivono l'oggetto in esame.

La modellazione matematica ha trovato ampia applicazione nella teoria del controllo.

Il modello matematico creato può diventare oggetto di studio oggettivo. Conoscendo le sue proprietà, apprendiamo così le proprietà del sistema reale riflesse dal modello.

Con l'ausilio del modello, vengono considerati e risolti sequenzialmente i problemi relativi al comportamento del sistema reale oggetto di studio:

• - descrizione del comportamento del sistema,
• - spiegazione del comportamento del sistema,
• - previsione (previsione) del comportamento del sistema.

Sulla base della soluzione di questi problemi, vengono sviluppate raccomandazioni per la gestione del sistema o per la creazione di sistemi con un determinato comportamento.

Nella teoria del controllo, i metodi di modellazione statistica dei sistemi sono ampiamente utilizzati, specialmente nei casi in cui il sistema è influenzato da un numero molto elevato di fattori casuali.

L'ottenimento di soluzioni con l'aiuto di modelli è associato, di norma, a una quantità significativa di calcoli. Queste difficoltà vengono risolte con l'uso diffuso di tecnologie informatiche, software e metodi speciali.

I metodi della teoria del controllo sintetizzano i risultati della matematica (specialmente quelle parti di essa, come la teoria equazioni differenziali, calcolo operazionale, teoria della stabilità, programmazione matematica, teoria dei giochi, teoria della probabilità e statistica matematica, ecc.) e metodi informali nella pratica della progettazione e realizzazione di sistemi di controllo automatico.

La pratica dell'automazione e del controllo stimola lo sviluppo e il miglioramento di vari rami della matematica. Allo stesso tempo, il miglioramento dei metodi matematici ha una grande influenza sulla pratica dell'automazione e del controllo. Allo stesso tempo, i ben noti limiti dei metodi formali stimolano lo sviluppo di vari metodi e procedure informali (ad esempio, il metodo valutazioni di esperti, simulazione, giochi operativi, ecc.).

Quando si formula l'obiettivo (strategia) della gestione, le caratteristiche del processo o dell'oggetto tecnologico devono essere prima studiate e prese in considerazione. spesso da sola sistema automatizzato il controllo è utilizzato come strumento per studiare il corso del processo e le sue reazioni alle azioni di controllo. Sulla base dei dati teorici e sperimentali ottenuti a seguito di tale studio, è possibile sviluppare un modello del processo tecnologico. Descrive matematicamente il processo, consentendo, con l'ausilio di strumenti computazionali, di ottenere un quadro abbastanza completo del processo nel suo complesso. Sulla base del nuovo modello di processo, è possibile determinare le azioni di controllo ottimali richieste.

Dal modello del processo o del sistema di controllo, è possibile determinare i parametri negli algoritmi di controllo.

Automazione e simulazione del processo tecnologico

1 AUTOMAZIONE DEI PROCESSI

L'automazione è una direzione nello sviluppo della produzione, caratterizzata dalla liberazione di una persona non solo dagli sforzi muscolari per eseguire determinati movimenti, ma anche dal controllo operativo dei meccanismi che eseguono questi movimenti. L'automazione può essere parziale o complessa.

L'automazione integrata è caratterizzata dall'esecuzione automatica di tutte le funzioni per l'implementazione del processo produttivo senza intervento umano diretto nel funzionamento dell'apparecchiatura. Le responsabilità di una persona includono la configurazione di una macchina o un gruppo di macchine, l'accensione e il controllo. L'automazione è la più alta forma di meccanizzazione, ma allo stesso tempo lo è nuova forma produzione, non una semplice sostituzione lavoro manuale meccanico.

Con lo sviluppo dell'automazione, i robot industriali (IR) sono sempre più utilizzati, sostituendo una persona (o aiutandola) in aree con condizioni di lavoro pericolose, malsane, difficili o monotone.

Un robot industriale è un manipolatore automatico riprogrammabile per applicazioni industriali. Caratteristiche peculiari I PR lo sono controllo automatico; la capacità di riprogrammazione rapida e relativamente facile, la capacità di eseguire azioni lavorative.

È particolarmente importante che le PR possano essere utilizzate per eseguire lavori che non possono essere meccanizzati o automatizzati con mezzi tradizionali. Tuttavia, le PR sono solo uno dei tanti mezzi possibili per automatizzare e semplificare processi di produzione. Creano i prerequisiti per il passaggio a un livello di automazione qualitativamente nuovo: la creazione di automatismi sistemi di produzione lavorare con il minimo intervento umano.

Uno dei principali vantaggi di PR è la capacità di passare rapidamente per eseguire attività che differiscono nella sequenza e nella natura delle azioni di manipolazione. Pertanto, l'uso del PR è più efficace in condizioni di frequenti cambi di impianti di produzione, nonché per l'automazione del lavoro manuale poco qualificato. Altrettanto importante è la fornitura di cambi rapidi. linee automatiche, nonché il loro assemblaggio e lancio in breve tempo.

I robot industriali consentono di automatizzare non solo operazioni di base, ma anche ausiliarie, il che spiega il crescente interesse nei loro confronti.

I principali prerequisiti per espandere l'uso delle PR sono i seguenti:

migliorare la qualità dei prodotti e il volume della sua produzione con lo stesso numero di dipendenti grazie alla riduzione dei tempi di funzionamento e alla fornitura di una modalità costante "senza fatica", aumento del rapporto di spostamento delle attrezzature, intensificazione della esistente e stimolazione della creazione di nuovi processi e attrezzature ad alta velocità;

cambiare le condizioni di lavoro dei lavoratori liberandoli da lavoro non qualificato, monotono, pesante e lavoro dannoso, migliorare le condizioni di sicurezza, ridurre la perdita di orario di lavoro per infortuni sul lavoro e malattie professionali;

economia della forza lavoro e liberazione dei lavoratori per la soluzione dei problemi economici nazionali.

1.1 Costruzione e calcolo dello schema del modello "hard terminal - hole scheda a circuito stampato»

Un fattore essenziale nell'implementazione del processo di assemblaggio è garantire l'assemblaggio del modulo elettronico. La collezionabilità dipende nella maggior parte dei casi dalla precisione del posizionamento e dallo sforzo richiesto per assemblare strutturalmente gli elementi strutturali del modulo parametri tecnologici superfici di accoppiamento.

Nella variante in cui un cavo rigido viene inserito nel foro della scheda, si può distinguere quanto segue: specie caratteristiche contatto di elementi di accoppiamento:

passaggio dell'uscita senza contatto attraverso il foro;

contatto di tipo zero, quando l'estremità dell'uscita tocca la generatrice dello smusso del foro;

contatto del primo tipo, quando l'estremità dell'uscita tocca la superficie laterale del foro;

contatto del secondo tipo, quando la superficie laterale dell'uscita tocca il bordo dello smusso del foro;

contatto del terzo tipo, quando l'estremità dell'uscita tocca la superficie laterale del foro e la superficie dell'uscita tocca il bordo dello smusso del foro.

I seguenti sono accettati come segni di classificazione per distinguere i tipi di contatto: un cambiamento nella normale reazione al punto di contatto; forza di attrito; la forma della linea elastica dell'asta.

Le tolleranze dei singoli elementi hanno un'influenza significativa sul funzionamento affidabile della testa di posizionamento. Nei processi di posizionamento e movimento si verifica una catena di tolleranze, che in casi sfavorevoli può portare a un errore nell'installazione dell'ERE, portando a un cattivo assemblaggio.

L'assemblaggio del prodotto dipende, quindi, da tre fattori:

parametri dimensionali e di precisione delle superfici di accoppiamento dei componenti del prodotto;

parametri dimensionali e di precisione delle superfici di accoppiamento dell'elemento di base del prodotto;

parametri dimensionali e di posizionamento di precisione del corpo esecutivo con il componente in esso collocato.

Si consideri il caso di un contatto di tipo zero, il cui schema è mostrato in Figura 1.1.

Q

J

Figura 1.1 - Schema di calcolo del contatto di tipo zero.

Dati iniziali:

F è la forza di montaggio diretta lungo la testa;

f è il coefficiente di attrito;

Rg è la reazione della testa dell'assieme, perpendicolare al suo corso;

N è la reazione normale alla formazione dello smusso;

Mg - momento flettente relativo alla testa di assemblaggio;

Non solo diminuiscono, ad esempio, migliorando la cultura della produzione e l'utilizzo di attrezzature e tecnologie ambientalmente più avanzate, ma aumentano anche, ad esempio, con l'introduzione di nuovi processi tecnologici, come la desolforazione e la denitrificazione dei fumi. acque reflue- questa è l'acqua, le cui proprietà sono state modificate a seguito di uso domestico, industriale, agricolo o ...

Per attrezzature e strumenti di formatura complessi. Altro compito importante della Camera di Commercio e Industria è la gestione dei processi della Camera di Commercio. L'automazione della gestione dei processi CCI consente un'efficiente soluzione completa tutte le attività di pre-produzione. Il lavoro sulla preparazione tecnologica della produzione viene svolto dalle divisioni e dai servizi competenti dell'impresa. Di norma, la più grande quantità di lavoro e il totale...

In uno o più posti di lavoro, allungamento linee di produzione, l'uso di gruppi meccanizzati e processi standard. La proporzionalità dei processi produttivi deve essere costantemente ripristinata con il loro costante miglioramento, associato a un aumento del livello di meccanizzazione e automazione. Allo stesso tempo, dovrebbe essere raggiunto un aumento della proporzionalità sulla base di un sempre più alto ...

BIOREATTORE Foglio 90 Report. Gentili membri della Commissione Esame di Stato, vorrei sottoporre alla vostra attenzione un progetto di tesi sul tema: "Sistema di controllo automatizzato del processo di sterilizzazione di un bioreattore" Il processo di sterilizzazione di un bioreattore (o fermentatore) è una fase importante del processo della biosintesi dell'antibiotico eritromicina. L'essenza del processo di sterilizzazione è...

Automazione e simulazione del processo tecnologico

1 AUTOMAZIONE DEI PROCESSI

L'automazione è una direzione nello sviluppo della produzione, caratterizzata dalla liberazione di una persona non solo dagli sforzi muscolari per eseguire determinati movimenti, ma anche dal controllo operativo dei meccanismi che eseguono questi movimenti. L'automazione può essere parziale o complessa.

L'automazione integrata è caratterizzata dall'esecuzione automatica di tutte le funzioni per l'implementazione del processo produttivo senza intervento umano diretto nel funzionamento dell'apparecchiatura. Le responsabilità di una persona includono la configurazione di una macchina o un gruppo di macchine, l'accensione e il controllo. L'automazione è la più alta forma di meccanizzazione, ma allo stesso tempo è una nuova forma di produzione, e non una semplice sostituzione del lavoro manuale con il lavoro meccanico.

Con lo sviluppo dell'automazione, i robot industriali (IR) sono sempre più utilizzati, sostituendo una persona (o aiutandola) in aree con condizioni di lavoro pericolose, malsane, difficili o monotone.

Un robot industriale è un manipolatore automatico riprogrammabile per applicazioni industriali. Le caratteristiche caratteristiche di PR sono il controllo automatico; la capacità di riprogrammazione rapida e relativamente facile, la capacità di eseguire azioni lavorative.

È particolarmente importante che le PR possano essere utilizzate per eseguire lavori che non possono essere meccanizzati o automatizzati con mezzi tradizionali. Tuttavia, il PR è solo uno dei tanti mezzi possibili per automatizzare e semplificare i processi di produzione. Creano i prerequisiti per il passaggio a un livello di automazione qualitativamente nuovo: la creazione di sistemi di produzione automatici che funzionano con una partecipazione umana minima.

Uno dei principali vantaggi di PR è la capacità di passare rapidamente per eseguire attività che differiscono nella sequenza e nella natura delle azioni di manipolazione. Pertanto, l'uso del PR è più efficace in condizioni di frequenti cambi di impianti di produzione, nonché per l'automazione del lavoro manuale poco qualificato. Altrettanto importante è la fornitura di un rapido riadattamento delle linee automatiche, nonché il loro completamento e messa in servizio in tempi brevi.

I robot industriali consentono di automatizzare non solo operazioni di base, ma anche ausiliarie, il che spiega il crescente interesse nei loro confronti.

I principali prerequisiti per espandere l'uso delle PR sono i seguenti:

migliorare la qualità dei prodotti e il volume della sua produzione con lo stesso numero di dipendenti grazie alla riduzione dei tempi di funzionamento e alla fornitura di una modalità costante "senza fatica", aumento del rapporto di spostamento delle attrezzature, intensificazione della esistente e stimolazione della creazione di nuovi processi e attrezzature ad alta velocità;

cambiare le condizioni di lavoro dei dipendenti liberandoli da lavori non qualificati, monotoni, duri e pericolosi, migliorare le condizioni di sicurezza, ridurre le perdite di orario di lavoro dovute a infortuni sul lavoro e malattie professionali;

economia della forza lavoro e liberazione dei lavoratori per la soluzione dei problemi economici nazionali.

1.1 Costruzione e calcolo dello schema del modello "hard terminal - PCB hole"

Un fattore essenziale nell'implementazione del processo di assemblaggio è garantire l'assemblaggio del modulo elettronico. L'assemblabilità dipende nella maggior parte dei casi dalla precisione di posizionamento e dallo sforzo richiesto per assemblare gli elementi strutturali del modulo, dal design e dai parametri tecnologici delle superfici di accoppiamento.

Nella variante in cui un cavo rigido viene inserito nel foro della scheda, si possono distinguere i seguenti tipi caratteristici di contatto degli elementi di accoppiamento:

passaggio dell'uscita senza contatto attraverso il foro;

contatto di tipo zero, quando l'estremità dell'uscita tocca la generatrice dello smusso del foro;

contatto del primo tipo, quando l'estremità dell'uscita tocca la superficie laterale del foro;

contatto del secondo tipo, quando la superficie laterale dell'uscita tocca il bordo dello smusso del foro;

contatto del terzo tipo, quando l'estremità dell'uscita tocca la superficie laterale del foro e la superficie dell'uscita tocca il bordo dello smusso del foro.

I seguenti sono accettati come segni di classificazione per distinguere i tipi di contatto: un cambiamento nella normale reazione al punto di contatto; forza di attrito; la forma della linea elastica dell'asta.

Le tolleranze dei singoli elementi hanno un'influenza significativa sul funzionamento affidabile della testa di posizionamento. Nei processi di posizionamento e movimento si verifica una catena di tolleranze, che in casi sfavorevoli può portare a un errore nell'installazione dell'ERE, portando a un cattivo assemblaggio.

L'assemblaggio del prodotto dipende, quindi, da tre fattori:

parametri dimensionali e di precisione delle superfici di accoppiamento dei componenti del prodotto;

parametri dimensionali e di precisione delle superfici di accoppiamento dell'elemento di base del prodotto;

parametri dimensionali e di posizionamento di precisione del corpo esecutivo con il componente in esso collocato.

Si consideri il caso di un contatto di tipo zero, il cui schema è mostrato in Figura 1.1.

M G
R G

R.F l

Q
J

Figura 1.1 - Schema di calcolo del contatto di tipo zero.

Dati iniziali:

F è la forza di montaggio diretta lungo la testa;

f è il coefficiente di attrito;

Rg è la reazione della testa dell'assieme, perpendicolare al suo corso;

N è la reazione normale alla formazione dello smusso;

.

Mg - momento flettente relativo alla testa di assemblaggio;

1.2 Costruzione della pinza

Dispositivi di presa (ZU) robot industriali servono a catturare e trattenere oggetti di manipolazione in una certa posizione. Quando si progettano le pinze, vengono prese in considerazione la forma e le proprietà dell'oggetto catturato, le condizioni per il flusso del processo tecnologico e le caratteristiche delle apparecchiature tecnologiche utilizzate, motivo per cui la varietà dei corpi di presa esistenti del PR. maggior parte criteri importanti nella valutazione della scelta degli organi di presa sono l'adattabilità alla forma dell'oggetto afferrato, la precisione di presa e la forza di presa.

Nella classificazione dei dispositivi di presa del dispositivo di memorizzazione, i segni che caratterizzano l'oggetto di cattura, il processo di presa e presa dell'oggetto, il processo tecnologico servito, nonché i segni che riflettono le caratteristiche strutturali e funzionali e la base costruttiva di il dispositivo di archiviazione viene selezionato come funzionalità di classificazione.

I fattori associati all'oggetto catturato includono la forma dell'oggetto, la sua massa, le proprietà meccaniche, il rapporto dimensionale, le proprietà fisiche e meccaniche dei materiali dell'oggetto, nonché lo stato della superficie. La massa dell'oggetto determina la forza di presa richiesta, ad es. capacità di carico PR e consente di scegliere il tipo di unità e la base di progettazione della memoria; lo stato della superficie dell'oggetto predetermina il materiale delle ganasce di cui la memoria dovrebbe essere dotata; la forma dell'oggetto e il rapporto tra le sue dimensioni influenzano anche la scelta del design della memoria.

Le proprietà del materiale dell'oggetto influenzano la scelta del metodo di cattura dell'oggetto, il grado richiesto di percezione della memoria, la possibilità di riorientare gli oggetti nel processo di cattura e trasportarli nella posizione tecnologica. In particolare per un oggetto con un alto grado di rugosità superficiale, ma non rigido proprietà meccaniche, è possibile utilizzare solo un elemento di bloccaggio "morbido" dotato di sensori per la determinazione della forza di bloccaggio.

La varietà di dispositivi di memoria adatti a risolvere problemi simili, e un gran numero di caratteristiche che ne caratterizzano le diverse caratteristiche progettuali e tecnologiche, non consentono di costruire una classificazione secondo un principio puramente gerarchico. Esistono dispositivi di memoria secondo il principio dell'azione: afferrare, sostenere, trattenere, in grado di riposizionare un oggetto, centrare, basare, fissare.

In base al tipo di controllo, la memoria è suddivisa in: non gestita, a comando, hardcoded, adattiva.

modello T.Pè un insieme di diagrammi funzionali, equazioni, operatori logici, nomogrammi, tabelle, ecc., con l'aiuto del quale vengono determinate le caratteristiche dello stato del sistema in base ai parametri di processo, ai segnali di ingresso e al tempo.

La costruzione di una descrizione formale (matematica) del TP con il grado di affidabilità richiesto è chiamata sua Formalizzazione. Il risultato della formalizzazione di TP è la costruzione dei suoi modelli. Lo sviluppo del modello si basa sulla presentazione di TP come un sistema complesso, i cui parametri dipendono generalmente dal tempo e sono di natura probabilistica. La complessità della costruzione di una descrizione matematica di un particolare TP è dovuta al grado del suo studio e al dettaglio richiesto del modello.

Requisiti di base per i modelli TP.

1. Precisione della corrispondenza del modello con il vero TP.

L'accuratezza del modello è assicurata da uno studio approfondito e dalla descrizione dell'interazione di parametri di processo di diversa natura fisica. I requisiti per l'accuratezza del modello dipendono dal suo scopo e dalle caratteristiche del processo.

2. Sensibilità del modello.

La sensitività del modello consiste in variazioni significative del valore numerico dell'indicatore tecnico ed economico simulato del processo (accuratezza, produttività, efficienza economica e altri) con cambiamenti relativamente piccoli nei parametri tecnologici studiati.

3. Continuità del modello di processo.

Questo requisito è legato all'uso dei computer per progettazione del processo. Qui comprendiamo la validità dello stesso modello per un'ampia gamma di regimi tecnologici. Se il modello non ha la proprietà di continuità su tutto l'arco dei cambi di regime, allora i programmi di calcolo si complicano per la necessità di effettuare un numero significativo di controlli per la sua adeguatezza.

Classificazione dei modelli TP.

È possibile introdurre una divisione condizionale dei modelli in gruppi.

1. Modelli deterministici

La costruzione di un modello TP deterministico deriva direttamente dal concetto di relazione funzionale tra grandezze fisiche:

Dove A– indicatore tecnico ed economico simulato del processo; - Parametri TP.

Cioè, la presenza di un modello deterministico significa l'esistenza di una relazione funzionale univoca tra l'indicatore di processo studiato A e valori dei parametri tecnologici (ad esempio pressione, temperatura, velocità di taglio, ecc.).

2. I modelli probabilistici TP sono il risultato di una descrizione formalizzata delle relazioni tra le leggi di distribuzione degli indicatori tecnico-economici del processo e i suoi parametri, che possono essere considerati sia a livello di variabili aleatorie sia a livello di variabili aleatorie. funzioni. Un modello probabilistico viene solitamente presentato sotto forma di array statistici, leggi di distribuzione, equazioni di regressione, ecc.

3. I modelli statici deterministici riflettono la relazione funzionale tra gli indicatori tecnici ed economici del processo tecnologico ei suoi parametri indipendenti dal tempo. Di norma, questi modelli sono presentati come un sistema di equazioni algebriche.

4. Modelli dinamici deterministici - il risultato della formalizzazione di TP, i cui parametri sono una funzione del tempo o derivate dei parametri rispetto al tempo.

5. I modelli statici probabilistici descrivono la relazione tra i parametri dello stato del TP, considerati come variabili casuali che non dipendono dal tempo.

6. I modelli dinamici probabilistici riflettono la relazione tra i parametri del processo tecnologico ei suoi indicatori tecnici ed economici, considerati come realizzazioni di funzioni aleatorie.

Costruzione di modelli TP.

La sequenza generale delle fasi per la compilazione dei modelli TP può essere rappresentata come un diagramma (Fig. 2).

Il primo passo nella costruzione di un modello TP è il suo studio approfondito. Allo stesso tempo, dovrebbero essere identificate le principali regolarità del processo, consentendo già in quella fase di utilizzare i metodi di tipizzazione e tecnologia di gruppo. Ciò consente di delineare un unico schema logico per la costruzione operazioni tecnologiche, così come transizioni, impostazioni, ecc.

La fase di studio del TP comprende la conduzione di esperimenti, l'elaborazione dei dati ottenuti in questo caso, nonché la generalizzazione del materiale sperimentale precedentemente raccolto.

Una descrizione significativa è il risultato della fase precedente, cioè studio di TP. Può essere presentato sotto forma di rappresentazione grafica delle catene tecnologiche e del necessario descrizione verbale tutte le operazioni. Una descrizione significativa dà informazioni generali sulla natura fisica e le caratteristiche delle operazioni e delle transizioni, sul loro significato nello schema generale di TP e sulla natura delle interazioni tra di esse. Una descrizione significativa include lo scopo del modello creato, un elenco di parametri TP e i loro specifiche dettagliate(sotto forma di tabelle, grafici). Una descrizione significativa è la base per costruire uno schema TP formalizzato.

La struttura dello schema formalizzato comprende: un sistema di parametri del processo progettato, indicatori tecnici ed economici del processo, un insieme di condizioni iniziali, modelli di operazioni e transizioni precedentemente studiati. In uno schema formalizzato, questi dati sono inclusi in una forma concentrata, ad es. sotto forma di diagrammi funzionali, brevi spiegazioni verbali.

Il modello matematico di TP è risultato finale la sua formalizzazione Allo stesso tempo, tutte le relazioni tra indicatori tecnico-economici e parametri di processo sono presentate sotto forma di dipendenze analitiche.

L'uso dei computer per la progettazione tecnologica richiede la costruzione di algoritmi di modellazione. L'algoritmo di modellazione viene creato dopo che i problemi relativi alla creazione di un modello TP sono stati sostanzialmente risolti.