Разработка автоматизированной системы управления процессом обжига абразивного инструмента

№78-1,

технические науки

В статье предложен вариант выбора средств автоматизации и микропроцессорного контроллера для системы автоматизированного управления процессом получения обжига абразивного инструмента.

Похожие материалы

Термообработка является основным и самым ответственным этапом процесса производства абразивных инструментов на керамических связках и определяет их термомеханические свойства.

Процесс термообработки состоит из нагрева изделий до определенной температуры, зависящей от вида исходного материала и связки, выдержки обрабатываемых изделий при данной температуре и последующего охлаждения.

Характер изменения температуры в процессе термообработки (кривая обжига) определяется не только абсолютным значением температуры обжига, но и скоростью нагрева и охлаждения. В абразивной промышленности для обжига инструментов на керамических связках применяются пламенные туннельные газовые печи с непосредственным обогревом.

Обжиг абразивного инструмента из электрокорунда и отдельно из карбида кремния, а также их смесей (шарошлифовальные круги) на ВАЗе производится в пяти туннельных печах длинной 109,1 м каждая. Эти печи предназначены для обжига кругов до 1100 мм включительно. Конструкция печей разработана Ленинградским отделением “Теплопроект”.

Отличительной особенностью этих печей от действующих на других предприятиях является относительно небольшая высота рабочего канала при большой длине. Снижение высоты осуществлено с целью уменьшения перепада температур по высоте садки в зоне подогрева и обжига.

В зоне обжига, по левой и правой стороне установлены 16 горелок. Расстояние между горелками 3248 мм. Горелки с регулируемой длиной факела.

Функциональная схема регулирования процесса
Рисунок 1. Функциональная схема регулирования процесса

Сжигание газов происходит непосредственно в канале печи на уровне канализированного хода вагонеток.

В начале зоны охлаждения установлен вентилятор для интенсивного (резкого) охлаждения изделий.

Для охлаждения садки в конце печи предусмотрена подача воздуха под свод и с боков по периметру рабочего канала. В зоне охлаждения имеются девять пар окон с каждой стороны для отвода нагретого или выброса в атмосферу. Для отбора дымовых газов в зоне подогрева предусмотрено семь пар окон, соединенных дымоходами с дымососом. Печи имеет также смотровой (подпечный) коридор, где предусмотрена приточно-вытяжная вентиляция.

Подача и продвижение печных вагонеток в печи осуществляется гидравлическим толкателем. Толкание вагонеток непрерывное с остановкой на период ввода очередной вагонетки. Проектная производительность печи составляет 985 кг изделий в час, что соответствует прохождению 16 вагонеток за сутки с загрузкой на каждую вагонетку около 1500 кг изделий.

Технологический процесс имеет непрерывный характер производства, так как инструмент поступает практически безостановочно, а технологический режим после пуска технологического объекта управления остается неизменным на длительные сроки.

Исходя из данных, выбраны регулируемые параметры системы:

  • температура в печи путем изменения расхода природного газа в печь и обдува вентиляторами;
  • соотношение подачи газа-воздуха в печь путем изменения расхода воздуха в печь.

Контролируемые и сигнализируемые параметры:

  • контроль на наличие пламени;
  • анализ соотношения газ-воздух;
  • давление воздуха на горение в рабочем пространстве;
  • общий расход газа и воздуха на печь;
  • температура изделий в каждой зоне печи.

Цель регулирования туннельной печи — поддержание постоянства необходимой температуры абразивного инструмента. Регулирование температуры абразивного инструмента в печи в данной работе осуществляется изменением расхода природного газа на входе в печь и постоянной скорости входа вагонеток в печь. Для построения САР и получения представлений о свойствах объекта, был осуществлен метод эксперимента, с помощью которого возможно достаточно точно определить свойства объекта. С этой целью печь оснащают аппаратурой для внесения входных типовых возмущений и определения его ответной реакции во времени.

Для снятия временных характеристик, объект управления приводят в равновесное состояние ????0 = 802 ˚С, а затем вносится на вход возмущающее воздействие — ступенчатое увеличение расхода газа на каждую зону печи (????х = 10 %). Реакция объекта на это возмущение, кривая разгона, регистрируется в координатах: выходная величина — температура, преобразованная в относительные координаты, изменяющиеся в диапазоне от 0 до 100 %, и время. Изменение выходной величины регистрируется до тех пор, пока объект управления не примет новое установившееся значение в 815 ˚С. По полученным значениям определяется коэффициент усиления объекта — k и строится «кривая разгона».

По данным изменения температуры во времени в туннельной печи была определена математическая модель объекта управления. В ходе исследования было определено, что объект имеет второй порядок, обладает временем запаздывания 2.92 сек.

Для управления технологическим оборудованием и визуализации процесса выбрана сенсорная операторская панель TP900 Comfort фирмы SIEMENS. Для контроля и регулирования технологических параметров процесса выбирается применяется микропроцессорный контроллер «SIMATIC S7-1500». В качестве расходомера предлагается использовать Вихревой расходомер SITRANS F X. Для измерения температуры инструмента выбираем пирометр Термоскоп-200.

Список литературы

  1. Информация об абразивных материалах и инструментах [Электронный ресурс]// Термическая обработка - Абразивные инструменты URL: http://abrazivny.ru/instrument/category/keramicheskie_svyazki/termicheskaya_obrabotka (дата обращения 01.10.2017)
  2. Автоматизированные системы управления в промышленности : учеб. пособие / М. А.Трушников [и др.] ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2010. - 97 с.
  3. Основы автоматизации типовых технологических процессов в химической промышленности и в машиностроении : учеб. пособие / М. А. Трушников [и др.] ; ВПИ (филиал) ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2012. - 107 с.