3. Классификация технологических процессов.

Все технологические процессы можно разделить на три группы: дискретные, непрерывные и циклические.

Дискретные технологические процессы - в машиностроении-изготовление на станках каких либо деталей, отливок, окраска деталей, монтажные и сборочные работы и т. п. Дискретные технологические процессы трудно поддаются автоматизации. Cуществует часовые заводы, где большинство технологических операций выполняют автоматы. Для автоматизации дискретных процессов используются обычно механические автоматы с жесткой программой последовательно взаимосвязанные станки - автоматы с жесткой программой, которые в сочетании с автоматическими транспортными устройствами (роботами), перемещающими обрабатываемые детали с одного станка на другой, образуют автоматические линии. В последние годы для автоматизации дискретных операций начали все более широко применяться электронные вычислительные машины, которые используются в станках с числовым программным управлением ,служащим для обработки деталей сложного профиля, например, лопатки паровых турбин и др.

Непрерывные технологические процессы ,как основные, преобладающие, наблюдаются в энергетике, металлургической , химической , стекольной и др. отраслях промышленности, а как вспомогательные имеют место в любой отрасли народного хозяйства. Эти процессы характеризуются непрерывным ( в течении достаточно длительного промежутка времени ) поступлением в агрегат материалов и энергии и непрерывным выходом из него готового продукта. Задача автоматизации непрерывных технологических прессов состоит в таком регулировании поступления в агрегат материалов и энергии, осуществляемом автоматически, и автоматическом поддержании такого технологического режима агрегата, при которых получается продукт требуемого качества при оптимальных технико-экономических показателях.

Примером непрерывного технологического процесса является, варка стекла в стекловаренной печи вертикальной вытяжки стекла, в которую с одного конца непрерывно загружается шихта , а с другого конца вытягивается в виде непрерывной ленты листовое стекло. В этом агрегате для того, чтобы получить стекло нужного качества , необходимо регулировать колличество поступающей шихты и ее состав, скорость вытяжки стекла и его толщины, температуру стекломассы в различных частях печи, уровень стекломассы , расход топлива и необходимого для его сгорания воздуха и ряд других параметров.

Циклические технологические процессы сочетают в себе особенности непрерывных и дискретных процессов. В этом случае выдача готовой продукции происходит дискретно, т.е. отдельными порциями, следующими через определенные промежутки времени. В пределах этого промежутка времени процесс ничем не отличается от непрерывного.

В качестве примера циклического процесса можно указать на процесс варки стекла в горшковых печах. В тигель загружается шихта, затем температура доводится до заданного значения и регулируется в соответствии с требованиями технологии до окончания варки. После использования полученной стекломассы цикл повторяется.

Автоматизация подобных процессов также имеет характерные признаки обоих, рассматриваемых выше процессов. Загрузка шихты и изъятие готовой продукции могут производиться автоматически , сходными по характеру с автоматами в дискретных процессах. Управление же процессами в пределах цикла производится техническими средствами, применяемыми при автоматизации непрерывных технологических процессов. Кроме этого, в системах автоматизации циклических процессов имеются устройства, координирующие действия обеих автоматических систем.

Кроме рассмотренного признака, указывающего на особенности протекания процесса во времени, технологические процессы можно классифицировать и по другим признакам.

Классификация объектов регулирования.

Объекты автоматического регулирования можно классифицировать по физическому содержанию, динамическим свойствам, числу регулируемых параметров и наличию взаимной связи между ними и по ряду других признаков.

По физическому содержанию объекты регулирования делятся на следующие основные группы : первичные двигатели, тепловые, химические и термохимические, электрические, гидравлические и пневматические , механические, объекты регулирования с ядерными процессами, движущиеся объекты.

К первичным двигателям относятся устройства, преобразующие тот или иной вид энергии в механическое движение (паровые , газовые и гидравлические турбины, двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, электрические двигатели постоянного и переменного тока и другие виды двигателей).Регулируемыми параметрами двигателей является момент на валу, отдаваемая мощность, угловая скорость вращения вала и другие. Многие двигатели характеризуются нелинейной зависимостью регулируемых параметров от времени, потребления энергии и различных внешних возмущений.

Тепловые объекты регулирования являются одним из наиболее распространенных. К ним относятся паровые котлы, бойлеры, промышленные печи, подогреватели, кондиционеры , холодильники и другие. Регулируемыми параметрами тепловых объектов являются температура среды, давление и перепады давлений, расходы жидкостей и газов.

К химическим объектам регулирования относятся участки производственных установок, аппаратов и оборудования, в которых происходит та или иная регулируемая химическая реакция. Многие из этих реакций связаны тепловым процессом, который также требует регулирования. В качестве примеров химических объектов можно указать абсорбционные и дистилляционные колонны. Регулируемыми параметрами химических объектов могут быть удельная электрическая проводимость , водородный показатель pH , а также косвенные параметры , каковыми чаще всего являются температура и давление.

К электрическим объектам регулирования относятся устройства , в которых осуществляется регулирование тех или иных электрических величин : напряжения, силы тока, частоты , мощности и т.д. К представителям таких объектов можно отнести электрические генераторы, электромашинные, электронные, магнитные усилители с регулируемым коэффициентом усиления и другими параметрами. К электрическим объектам с распределенными параметрами можно отнести линии электропередач, кабельные линии.

Объекты регулирования, в которых протекают гидравлические и пневматические процессы, называются гидравлическими и пневматическими объектами (например , трубопроводы, насосы, гидромуфты, ресиверы и др.). Регулируемыми параметрами в этих объектах чаще всего являются уровень, давление, разности давлений, расходы жидкостей и газов.

К механическим объектам регулирования относятся те объекты, условия движения которых определяется такими величинами, как масса, упругость, трение, силы притяжения, механические давления, удар (например, дозировочные устройства, весы, прокатные станы, станки для холодной обработки металлов и др.). В этих объектах регулирования масса, толщина прокатываемого листа или проволки, соотношение компонентов, скорость резания, толщина стружки и т.д.

В самостоятельную группу выделяются движущиеся объекты регулирования, характеризуемые наличием у них собственного двигателя и способностью перемещаться в пространстве. К ним относятся карабли, самолеты, торпеды, ракеты, управляемые снаряды и т.д. Параметрами регулирования движущихся объектов являются скорости перемещения, углы, определяющие положение объекта относительно земной системы координат.

К объектам регулирования с ядерными процессами относятся различного рода ядерные энергетические установки с управляемыми процессами, реакторы.

Простейшие объекты регулирования имеют один регулируемый параметр. Такие объекты называются однопараметровыми. Сложные агрегаты могут иметь две, три и более регулируемых величин. Такие объект соответственно называются двухпараметровыми, трехпараметровыми, многопараметровыми.

Несмотря на большое разнообразие встречающихся в практике объектов регулирования, имеются некоторые общие свойства, по которым можно объединять объекты с различным физическим содержанием - это динамические характеристики объектов регулирования.

По виду динамических характеристик объекты регулирования делятся на статические и астатические, которые могут быть объектами нулевого, первого, второго, третьего и более высоких порядков в зависимости от порядка дифференциального уравнения, описывающего процессы в объекте. Если объекты по-разному реагируют на входные возмущения различной величины и знака, то дифференциальные уравнения, описывающие процессы в таких объектах, будут нелинейными, а сими объекты тоже будут называться нелинейными. Строго говоря, все реальные объекты являются нелинейными, однако если в рабочем диапазоне изменения входных выходных величин характеристики объектов близки к линейным, то такие объекты обычно считаются линейными.