Лекции по курсу Управление процессами термической и химико-термической обработки
скачать (1702.4 kb.)
Доступные файлы (9):
(1)Vvedenie.doc | 320kb. | 03.12.2008 02:15 | ![]() |
(2_1)Harakteristiki_TP.doc | 75kb. | 03.12.2008 02:15 | ![]() |
(2)Izmerenie_temperatury.doc | 737kb. | 03.12.2008 02:15 | ![]() |
(3)Regulirovanie_temperatury.doc | 506kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
(4)Izmerenie_davleniq_i_rashoda.doc | 766kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
(5)Regulirovanie_davleniq_i_rashoda.doc | 768kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
(6)Izmerenie_koncentracii.doc | 381kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
(7)Upravlenie_potencialom_atmosfery.doc | 298kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
(8)ASU_TP_i_privod.doc | 441kb. | 03.12.2008 02:16 | ![]() |
содержание
- Смотрите также:
- Математическое моделирование диффузионных процессов при химико-термической обработке [ реферат ]
- по материаловедению + тест [ лекция ]
- Белоручев Л.В. Техника безопасности при термической и химико-термической обработке. Диафильм [ документ ]
- Проектирование приспособления для заданной операции фрезерования [ лабораторная работа ]
- Ассонов А.Д. Технология термической обработки деталей машин [ документ ]
- ОСТ 1 00021-78 Термическая и химико-термическая обработка деталей. Группы контроля [ документ ]
- Термическая и химико - термическая обработка металлов [ лабораторная работа ]
- Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов [ документ ]
- по технологии термической обработки [ лекция ]
- Дипломная работа - Разработка технологического процесса термической обработки детали [ дипломная работа ]
- РГР - Химико-термическая обработка деталей [ расчетно-графическая работа ]
- Бернст Р. и др. Технология термической обработки стали [ документ ]
(1)Vvedenie.doc
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ «АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ТЕРМИЧЕСКОЙ И ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ»
Для студентов 5 курса специальности 120800 «Материаловедение в машиностроении»
МОСКВА
Список рекомендованной литературы
Промышленные приборы и средства автоматизации: Справ. / Под общ. ред. В.В. Черенкова. Л.: Машиностроение, 1987. 847 с.
Линевег Ф. Измерение температур в технике: Справ. / Пер. с нем. М.: Металлургия, 1980. 544 с.
Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия, 1978. 704 с.
Автоматизация процессов термической обработки. В кн. Термическая обработка в машиностроении: Справ. / Под. ред. Ю.М. Лахтина, А.Г. Рахштадта. М.: Машиностроение, 1980. С. 424-447.
Основы теории и элементы систем автоматического регулирования / В.Ю. Каганов, Г.М. Глинков, М.Д. Климовицкий и др. М.: Металлургия, 1987. 270 с.
Глинков Г.М., Климовицкий М.Д. Теоретические основы автоматического управления металлургическими процессами. М.: Металлургия, 1985. 304 с.
Смирнов А.Е. Контроль и управление в термическом производстве: Учебно-методическое пособие по курсу «Автоматизация и управление процессами термической обработки». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 67 с.
Рыжов Н.М., Смирнов А.Е. Система компьютерного управления насыщенностью диффузионного слоя при ионной цементации: Методические указания к лабораторной работе по курсу «Управление процессами тепловой обработки». М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – 16 с.
Введение
^У

Автоматизация в термическом производстве – способ организации производства, при котором функции управления и контроля переданы автоматическим (функционирующим без участия человека) устройствам.
Объектом управления в термическом производстве является печь или агрегат, в котором осуществляется технологический процесс термической обработки (ТО) или химико-термической обработки (ХТО).
С


Кроме технологических параметров, состояние объекта можно оценить величинами, которые незначительно влияют на качество обработки. Их называют вспомогательными параметрами и обозначают

Состояние объекта управления зависит от ряда входных величин. Принято выделять возмущающие


Цель управления в термическом производстве – достижение экстремального или оптимального значения параметра функционирования объекта (например, максимальной скорости нагрева или максимальной производительности агрегата). Любое управление – поиск экстремума (примеры: температура равна заданному значению, следовательно – отклонение равно нулю; добраться на автомобиле из А в Б за минимальное время с минимальными потерями).
Для описания результата управления введем произвольный показатель качества Пк,:
Пк = F(



Тогда цель управления можно сформулировать следующим образом: обеспечить такие значения

Экстремальное управление осуществляют таким образом, что


Оптимальное управление осуществляют с учетом дополнительно вводимых ограничений (xmin xi xmax; vmin vj vmax). При этом dПк = min.
Пример оптимального (экстремального) управления при ионной ХТО.
Скорость насыщения (при постоянной температуре) зависит от мощности тлеющего разряда. Чем больше мощность, тем выше скорость насыщения. Однако увеличение мощности приводит к перегреву поверхности и ухудшению качества обработки. Также растет ток разряда, что способствует переходу его в дуговой. Таким образом, управление мощностью разряда с учетом названных ограничений (допустимый перегрев поверхности, допустимая частота срабатывания дугогасящего устройства) является оптимальным. Управление без учета ограничений – экстремальное.
Регулирование есть управление при наиболее простых целях. Таковыми являются, например, поддержание значения параметра на заданном постоянном или изменяющемся уровне (это также экстремальная или оптимальная задача).
^
Автоматизация и управление невозможны без контроля и измерения технологических параметров и характеристик оборудования.
Измерение – экспериментальное определение с известной степенью точности значения физической величины (технологического параметра). Контроль – оценка значения величины или параметра.
Д

^
Управление и автоматизация в термическом производстве направлены на достижение следующих целей:
освободить человека от непосредственного участия в процессах ТО и ХТО;
повышение производительности и улучшение условий труда;
повышение качества производимой продукции;
обеспечение безопасной работы оборудования;
оптимальное использование ресурсов.
Достижение поставленных целей требует решения ряда задач.
Для объективной оценки состояния технологического процесса необходимо внедрение контрольно-измерительной аппаратуры.
При использовании дистанционного управления технологическим процессом (агрегатом) можно вывести обслуживающий персонал из «горячей зоны».
Для повышения эффективности управления необходима централизация контрольно-измерительной аппаратуры и дистанционного управления.
Безопасную работу оборудования и повышение качества обработки обеспечивает использование разомкнутых (работающих по жесткой программе) и замкнутых (с обратной связью) систем управления отдельных технологических параметров.
При разработке и внедрении комплексных систем управления можно учесть взаимное влияние технологических параметров.
Разработка и внедрение систем управления на основе управляющих вычислительных машин, микропроцессоров или промышленных компьютеров для создания
оптимальных (самонастраивающихся) систем управления;
автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУ ТП), что дает возможность организовать единую систему ТО и ХТО, включая управление вспомогательными операциями (транспортирование, документирование, диагностика);
интегрированных АСУ, в которых алгоритм и программа функционирования АСУ ТП определяются задачами управления производством.
При рассмотрении любого элемента можно выделить ряд входных и выходных величин. Входные величины (xвхi или в векторной форме –


Основными элементами системы управления являются объект регулирования (ОР) и регулятор.
Н







Р

Рассмотренные элементы образуют замкнутую систему автоматического регулирования (САР).
Рассмотрим схему САР для случая регулирования одной величины.
С

х(τ) = hоб · y(τ),
где hоб – передаточная функция объекта регулирования.
Для регулятора можно записать:
y(τ) = hрег·ε(τ) = hрег[х0 - х(τ)],
где hрег – передаточная функция регулятора.
Регулятор в замкнутой схеме САР выполняет функцию обратной связи, поэтому передаточную функцию регулятора можно назвать функцией обратной связи: hрег =hос.
Замкнутая САР функционирует следующим образом.
Текущее значение регулируемой величины х(τ) поступает на один из входов элемента сравнения. На другой вход элемента сравнения подается сигнал х0, соответствующий заданному значению. Элемент сравнения вырабатывает сигнал отклонения ε(τ) = х0 – х(τ), равный разности заданного и текущего значений.
Сигнал отклонения ε(τ) является входным для регулятора и преобразуется в последнем в управляющее воздействие y(τ). Управляющее воздействие y(τ) поступает на вход объекта регулирования и приводит к изменению текущего значения регулируемой величины х(τ).
Алгоритм функционирования такой замкнутой системы может быть выражен системой уравнений:
х

y(τ) = hос · ε(τ);
ε(τ) = х0 – х(τ)min.
Цель функционирования замкнутой САР может быть выражена следующим образом: обеспечить такой закон изменения во времени управляющего воздействия y(τ), при котором отклонение ε(τ) минимально. Вырабатываемое регулятором управляющее воздействие y(τ) должно иметь такое значение, которое направлено на поддержание заданного значения х0 регулируемой величины х(τ). При этом ε(τ)min.
Решение системы уравнений означает: найти такое y(τ), при котором х(τ) = х0 ± δх, где δх – максимально допустимое значение отклонения ε. Поскольку в замкнутой САР объект регулирования является неизменяемой частью системы, то для достижения поставленной цели следует подобрать функцию обратной связи hос, или настроить регулятор (настроить обратную связь).
^
СВОЙСТВА
Неизменяемая часть системы регулирования.
Объект управления является неизменяемой частью системы автоматического управления, так как его характеристики определяются конструктивными и технологическими особенностями конкретного агрегата или процесса (пояснить на примере замка и ключа).
Емкость объекта – количество регулирующей среды (вещества или энергии, используемой для изменения управляемых величин), накопленное в ОР. Чем больше емкость объекта, тем меньше скорость изменения управляемой величины при одинаковом воздействии на ОР. В объектах с малой емкостью управляемая величина подвержена значительным колебаниям, что усложняет процесс управления.
В термическом производстве в качестве емкости объекта часто выступает его теплоемкость. Например, теплоемкость вакуумной печи с экранной теплоизоляцией имеет сравнительно небольшое значение, поэтому управление таким объектом затруднено.
^
Статические и астатические ОР.
По реакции на входное воздействие ОР принято подразделять на статические и астатические объекты. В статических объектах нарушение равновесия самоустраняется, – объект переходит в новое установившееся состояние. В астатических – наличие входного воздействия приводит к неограниченному изменению управляемой величины. Статические объекты также называют объектами с самовыравниванием. Наличие самовыравнивания упрощает управление объектом. Большинство объектов термического производства – статические объекты.
Т

Статическая характеристика объекта с самовыравниванием – зависимость выходной величины от входной величины в установившемся режиме, т.е. x=F(y). Обычно статическая характеристика нелинейная (например, для термической печи – из-за тепловых потерь).
Для объекта без самовыравнивания (астатического объекта) под статической характеристикой следует понимать зависимость скорости изменения выходной величины от входной величины в установившемся режиме.
Коэффициент передачи ОР – производная статической характеристики:
k


Коэффициент передачи определяет чувствительность ОР к входному воздействию, т.е. чем больше коэффициент передачи kоб, тем больше изменение управляемой величины при одинаковом входном воздействии.
^
(дать пример с толстым задумчивым студентом и преподавателем)
Инерционность – способность к замедленному изменению состояния объекта (его выходных величин) при изменении входных величин. Из-за инерционности скорость изменения выходной величины всегда меньше скорости изменения входной величины. Инерционность объекта зависит от его емкости. Чем она больше, тем устойчивее состояние объекта управления (что лучше..?).
Для идеального апериодического звена 1-го порядка инерционность можно характеризовать постоянной времени объекта Tоб, которая представлена проекцией на ось времени отрезка касательной, отсекаемого линиями прежнего xmin и нового установившегося xmax значений управляемой величины.
Запаздывание – задержка начала изменения состояния объекта относительно момента изменения входных величин.
П

Чем больше время запаздывания, тем сложнее управление объектом.
^
взаимное влияние процессов, происходящих при ТО и ХТО (например, изменение температуры на 10 С вызывает изменение углеродного потенциала в агрегате газовой цементации на 0,07 %С, а изменение давления газовой атмосферы на 1300 Па изменяет потенциал на 0,02 %С);
для некоторых объектов управления невозможно получение непрерывной и достоверной информации (например, при ионно-плазменной обработке сложно измерить температуру деталей, имеющих высокий потенциал катода, или определить химический состав газов в катодной области тлеющего разряда);
точное математическое описание реального объекта управления затруднено такими причинами, как многоступенчатость и нелинейность протекающих в объекте процессов.
Измерительный преобразователь преобразует физическую величину в сигнал, удобный для дальнейшего использования – передачи, обработки или регистрации (кроме визуального наблюдения). Измерительный прибор преобразует физическую величину в форму, дающую возможность визуального наблюдения ее значения.
Измерительные преобразователи (ИП) работают на различных физических принципах. Принято выделять следующие типы ИП: механические, резистивные, электромагнитные, пьезоэлектрические, тепловые, оптические, электрохимические и т.д.
В термическом производстве в основном применяют следующие типы ИП (датчиков):
для измерения температуры – тепловые и оптические;
для измерения давления и расхода технологической атмосферы – механические и тепловые;
для определения химического состава атмосферы – электрохимические и оптические;
для контроля перемещения и положения в пространстве – механические, электромагнитные и оптические.
Скачать файл (1702.4 kb.)