1.2.7. Технологічні установки як об'єкти автоматизації

Об'єкт автоматизації (ОА) – це реальна технологічна установка, функціонування якої характеризується деякими показниками якості – технологічними параметрами, що є вихідними координатами, а також штучно створюваними вхідними впливами, які прямо чи побічно впливають на стан параметрів.

Найпростіші об'єкти автоматизації мають одну вихідну величину і відповідно один вхідний вплив. Наприклад, у водонагрівача-термоса вихідною величиною (параметром) є температура води, а регулюючим впливом — електрична напруга, подавана на електронагрівників (рис.1.2).

Рис. 1.2. Структура водонагрівача-термоса як об'єкта регулювання температури води: а – вхідна координата – електрична напруга; у – вихідна координата – температура води

До простих можна віднести також технологічні установки з декількома вхідними і вихідними координатами, якщо між цими координатами не існує функціональних взаємозвязків. Такий об'єкт можна розглядати як декілька найпростіших за відповідними параметрами і каналами вхідних впливів. Наприклад, у свинарниках при змішуванні комбікорму з водою й іншими добавками цілком допустимо процеси заповнення змішувача водою, комбікормом тощо розглядати роздільно (рис.1.3).

І нарешті, складні об'єкти з декількома взаємозалежними структурами вхідних і вихідних координат вимагають обліку взаємного впливу суміжних впливів і параметрів. Наприклад, при регулюванні мікроклімату вентиляція впливає не тільки на концентрацію газів СО₂, NH₃, Н₂S у приміщенні, але і на температуру і вологість, у свою чергу, випаровування підвищує вологість і знижує температуру (рис. 1.4).

Рис. 1.3. Структура кормозмішувача у свинарнику як об'єкта керування завантаженням: α_1, і α₂ – вхідні впливи – подача води Q_в і комбікорму Q_к у змішувач; y₁ і y₂ – вихідні величини – вологовміст W_{к. в.} та концентрація корму С_к.в. кормосуміші

При невеликій кількості взаємозалежних координат звичайно вдається установити головні для даного процесу параметри, яким варто віддати перевагу в процесі регулювання, тоді інші можна розглядати як другорядні (залежні).

Рисунок. 1.4. Структура пташника як об'єкта регулювання мікроклімату: α_1, α_2,, а₃ – вхідні координати – вентиляція L_В , обігрів Q_Н, зволоження W_У;; y₁ , y₂, y₃ – вихідні координати – концентрація вуглекислого газу С_СО2, температура θ_В і вологість φ_%. повітря

Однак у сучасному сільськогосподарському виробництві багато технологічних об'єктів, набагато більш складних за структурою взаємозв'язків. Наприклад, пташник із птахами являє собою об'єкт із безліччю вихідних координат (якими є параметри мікроклімату, годівлі і освітлення, збирання посліду і збору яєць, поїння і санітарного стану) і цілим поруч керованих впливів по обслуговуванню поголів'я птахів, тобто вхідними координатами. Між цими координатами існують визначені зв'язки і взаємозалежності.

Рис. 1.5. Структура найпростішого об'єкта автоматизації

Усі розглянуті об'єкти автоматизації мають складну внутрішню структуру і можуть бути представлені рядом елементарних функціональних ланок, певним чином з'єднаних між собою. У найпростішому випадку в структурі об'єкта автоматизації можна виділити об'єкт керування ОУ — технологічний процес, розглянутий изольованно, і регулюючий орган РО — пристрій, що забезпечує цілеспрямований вплив на об'єкт керування (рис. 1.5).

Об'єкти керування (рис. 1.6) характеризуються трьома узагальненими координатами. Перша координата – вихідна величина y, чи параметр процесу, що характеризує наявність в об'єкті речовини, або його енергетичний потенціал. Друга координата – збурення Х_З, що представляє собою сумарний (результуючий) потік речовини чи енергії, обумовлений ходом процесу (навантаження ) і впливом середовища (перешкоди ).

Рис.1.6. Структура простого об’єкта керування

І нарешті, третя координата – регулюючий вхідний вплив Х_Р – величина штучно утвореного впливу, покликаного компенсувати дія збурення і забезпечити нормальне функціонування процесу. Щоб об'єкт знаходився в рівновазі, повинне бути дотримана умова Х_Р = Х_З чи Х_Р - Х_З =0. Наявність Δх= Х_Р - Х_З дозволяє повертати об'єкт до оптимального значення параметра після його природного відхилення.

Регулюючий вхідний вплив на об'єкт Х_Р одночасно є вихідною координатою регулюючого органа РО, входом якого служить вплив, що прикладається до нього при ручному керуванні, – відкриття заслінок чи засувок, подача електричної напруги на електроприводи, електротеплові чи освітлювальні установки, ввімкнення швидкостей, муфт, трансмісій тощо.

Наявність регулюючого органа – неодмінна умова і вимога керованості технологічного об'єкта. Як приклад можна розглянути камеру інкубатора як об'єкт регулювання вологості повітря. Об'єкт керування в ній – повітряне середовище всередині камери, регулювальний орган – клапан подачі води на зволожувач, параметр – відносна вологість повітря, збурення – викид вологи з вентиляційним повітрям, що регулює ручний вплив– подача напруги на соленоїд електроклапана.

Взаємозв'язок між узагальненими координатами об'єктів керування виражається статичними і динамічними характеристиками. Статична характеристика об'єктів керування являє собою залежність між вихідною координатою (параметром процесу) і результуючим значенням вхідної координати – впливом при сталих режимах, тобто функцію.