Автоматизации системы управления индукционной печью. Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развития технических средств автоматизации

• Название: Автоматизация является одним из важнейших факторов роста производительности труда в промышленном производстве. Непрерывным условием ускорения темпов роста автоматизации является развития технических средств автоматизации
• Анкор: Автоматизации системы управления индукционной печью.doc
• Дата: 07.05.2018
• Размер: 0.77 Mb.
• Имя файла: Автоматизации системы управления индукционной печью.doc
• Тип: Документы; #18997
• страница: 9 из 11

Синхронизация времени

В ряде случаев функции специализированного регистратора событий на объекте может выполнять сам контроллер. В ДЕКОНТ-системе часы РВ присутствуют только в “мастерах” – т.е. в контроллерах Decont-182 или ПЭВМ.

Например, в модуле типа DIN16C-xx при обработке дискретных сигналов по каждому дискретному каналу организуется архивный буфер глубиной на 32 события. Для каждого события с миллисекундной точностью запоминается относительное время, т.е. время возникновения события, отсчитываемое от полученной временной метки.

Считывая накопленные архивные буфера из модулей, контроллер на основе полученных значений счетчиков восстанавливает полную картину развития процесса, но уже с привязкой к реальному, астрономическому времени.

3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЗАКАЛКИ

Основные положения. Оптимальным процессом называют наилучший в определенном смысле процесс, который не только переводит систему из начального состояния в заданное конечное, но и удовлетворяет определенной оценки качества. Так, при необходимости получить высокую производительность, критерием служит быстродействие, при необходимости экономии энергии - минимум потерь энергий. Обычно критерии оценивают процесс в целом, ставя ему в соответствие определенное численное значение. Таким образом, устанавливаются взаимно однозначное соответствие между множеством функций времени (процессов) и множеств чисел (значения критерия). Такое соответствие называют функционалом, функционалы качества представляют собой интегральные оценки (интегральные критерии) вида.

(3.1)

В частности, это может быть одна из интегральных оценок. Критерии быст­родействия также можно представлять как интегральный при f_o=l, т.е.

(3.2)

Оценка качеств процессов в форме функционалов позволяет выбирать мате­матическую постановку задачи определения оптимальных управлений. Для объ­екта, описываемого уравнениями, необходимо определить сигнал управления и е U(U - замкнутая область в пространстве управлений) таким образом, чтобы минимизировать или максимизировать критерий качества.

Обычно рассматривается минимизация критерия, так как задача максими­зации приводится к ней простой заменой знака перед выражением критерия. При этом объект должен быть переведен из начального состояния х₀ = x(t₀) в заданное конечное состояние x_f = x(t_f).

На переменные состояния системы х могут быть наложены ограничения в виде системы неравенств.

g(x)<0, (3.3)

где g(x) - векторная функция. Определяющая в пространстве состояний об­ласть, допустимую для переменных.В системах управления большую роль иг­рает частота индуктора.

Перед тем как начать моделирование системы, нужно рассмотреть ее фак­торы которые влияют на технологический процесс закалки изделия.

Процесс закалки делится на четыре позиции:

1. 
   Нагрев заготовки.
   
2. 
   Закалка заготовки.
   
3. 
   Отпуск заготовки.
   
4. 
   Охлаждение заготовки.
   

Таким образом, составим математическую модель по четырем позициям.

Составим функциональную схему модели, где основной момент ведется по температуре. Представлено на рисунке 3.1



Рисунок 3.1-Функциональная схема.

ЗУ - задающее устройство;

УУ - устройство управления;

ИМ - исполнительный механизм;

ОУ - объект управления;

Д - датчики обратной связи.

Для наглядности модели нужно заменить, функциональную схему на структурную схему, где каждый блок описываются передаточными функциями проведенный на рисунке 3.2



Рисунок 3.2-Структурная схема.
В данном дипломном проекте представлены экспериментальные переходные характеристики процесса закалки изделия, представляющие собой ступенчатое изменение температуры от времени.

Анализируя и обрабатывая экспериментальные переходные характеристики можно определить вид и характер передаточной функции, то - есть получить математические модели закалки изделия.

3.1 Экспериментальная модель закалки изделия

Технологический процесс обжига делится на четыре основные зоны:

1. 
   Зона предварительного нагрева;
   
2. 
   Зона закалки;
   
3. 
   Зона отпуска;
   
4. 
   Зона охлаждения.
   

Рисунок 3.3-Типовая характеристика процесса закалки изделия.

1. 
   Зона предварительного нагрева
   

Зона предварительного нагрева делится на два участка:

1. Участок предварительного нагрева изделия
Согласно ТП нужно поднять температуру до 850 ±5^°С.

В общем случае передаточная функция выглядит следующим образом:

W_I = W_з.з.· W_и.з (3.4)

W₁ (p) = e^-τp · К_I / (1 + T_I p) (3.5)

Для графической обработки данных через точку а, которая находится приблизительно на уровне 425⁰С (850 /2) проводим касательную асимптоту рисунке 3.4.

^оС Т _I







850




а α Δ t
20







τ t

t _рег
Рисунок 3.4-Апериодического порядка.
2. Участок нагрева изделия

Согласно ТП нужно выдержать 4 минуты при температуре 850 ± 5˚С. Участок диаграммы, соответствующий данному режиму, может быть представлен пропорциональным звеном, где выходная величина в любой момент времени пропорциональна входной.

у (t) = Kx (t). (3.6)

Передаточная функция звена:

W_IV (p) = y (p)/x (p) = K_II (3.7)

^оС

850


K_II
18

0 T_II t

Рисунок 3.5-Типовая переходная характеристика пропорционального звена.

2. 
   Зона закалки изделия
   

Зона закалки изделия делится на два участка:

1. Участок предварительной закалки изделия

Согласно ТП закалки изделия осуществляется за счет масла.

Темп закалки не должен превышать 200˚С. Температуру изделия довести до 250÷5˚С.

На данном участке объект управления представлен инерционным звеном.

Дифференциальное уравнение имеет вид:
T· ∂x/∂t +y = T· ∂x/∂t (3.8)
Передаточная функция:
W_II (p) = К _III / (T_IIIp + 1) (3.9)
Типовая переходная характеристика представлена на рис.

^оС

850 α_III


250




0 T_III t

Рисунок 3.6-Типовая переходная характеристика реального

дифференцирующего звена.
2. Участок закалки изделия

Согласно ТП нужно выдержать 4 минуты при температуре 250 ± 5˚С. Участок диаграммы, соответствующий данному режиму, может быть представлен пропорциональным звеном, где выходная величина в любой момент времени пропорциональна входной.

у (t) = Kx (t). (3.10)

Передаточная функция звена:

W_IV (p) = y (p)/x (p) = K_IV (3.11)
^оС

250


K_IV
18

0 T_IV t

Рисунок 3.7-Типовая переходная характеристика пропорционального звена.

3. 
   Зона отпуска изделия
   

Зона предварительного нагрева делится на два участка:
1. Участок предварительного нагрева изделия

Согласно ТП нужно поднять температуру до 450 ±5^°С.

В общем случае передаточная функция выглядит следующим образом:

W_V = W_з.з.· W_и.з (3.12)

W_V (p) = e^-τp · К_V / (1 + T_V p) (3.13)

Для графической обработки данных через точку а, которая находится приблизительно на уровне 225⁰С (450 /2) проводим касательную асимптоту рисунке 3.8.

^оС Т _V







450




а α Δ t
200







τ t

t _рег

Рисунок 3.8-Апериодического порядка.

2. Участок отпуска изделия

Согласно ТП нужно выдержать 4 минуты при температуре 450 ± 5˚С. Участок диаграммы, соответствующий данному режиму, может быть представлен пропорциональным звеном, где выходная величина в любой момент времени пропорциональна входной.

у (t) = Kx (t). (3.14)

Передаточная функция звена:

W_VI (p) = y (p)/x (p) = K_VI (3.15)

^оС

450


K_VI
18

0 T_VI t

Рисунок 3.9-Типовая переходная характеристика

пропорционального звена.

4. 
   Зона охлаждения изделия
   

Согласно ТП охлаждение изделия осуществляется естественного.

Темп охлаждения не должен превышать ˚С. Температуру изделия довести до комнатной ˚С.

На данном участке объект управления представлен инерционным звеном.

Дифференциальное уравнение имеет вид:
T· ∂x/∂t +y = T· ∂x/∂t (3.16)
Передаточная функция:
W_VII (p) = К _VII /(T_VIIp + 1) (3.17)
Типовая переходная характеристика представлена на рисунке 3.10.

^оС

450 α_VII


18




0 T_VII t

Рисунок 3.10-Типовая переходная характеристика реального

дифференцирующего звена.
Математическая модель процесса закалки изделия выглядит следующим образом:

(3.18)

Для исследования воспользуемся пакетом Matlab. Результаты исследования приведены на рисунках 4.11-4.14

5 Безопасность и экологичность проекта

Промышленная экология и безопасность производства – это система законодательных актов, социально-экономических, организационных, технических и лечебно-профилактических мероприятий и средств, задачей которых является обеспечить безопасность человека в процессе его деятельности и свести к минимуму загрязнения окружающей среды.

В процессе трудовой деятельности каждый человек подвергается воздействию комплекса производственных факторов, которые оказывают вредное влияние на его работоспособность и состояние здоровья. Этот комплекс производственных факторов называется условиями труда. Реальные производственные условия характеризуются наличием некоторых опасных и вредных факторов. Опасным фактором называется такой фактор, воздействие которого на работающего в определенных условиях приводит к травме или другому внезапному ухудшению здоровья. Вредным фактором называется такой фактор, воздействие которого на работающего приводит к заболеванию или снижению трудоспособности. Между опасными и вредными факторами зачастую нельзя провести четкой границы. Один и тот же фактор может привести к несчастному случаю.

Задачей исследования, которое проводится в этом разделе дипломного проекта, является выявление опасных и вредных факторов, которые встречаются в проектируемом цеху, их опасное влияние на человека и окружающую среду. Для этого проводится сравнительный анализ факторов, имеющих место в проектируемом цеху с предельно допустимыми значениями (ПДЗ).

Учитывая это, были проведены качественные и количественные анализы опасных и вредных факторов, которые встречаются в процессе работы, степень их воздействия на человека и окружающую среду, оценка опасности возникновения чрезвычайных ситуаций и меры защиты от этих факторов. Предложены мероприятия по предотвращению ЧС.