АСУ индукционной печи

На контроллер 3 возложены стандартные функции  контроля и управления модулями ввода/вывода, подключенные через четыре сегмента RS-485.

Контроллер 1 обеспечивает связь объекта с  вышестоящим уровнем по основному  и резервному модемному каналу. Вместо одной интерфейсной платы на модемный канал по выделенный линии можно  установить радиомодем (если есть частота).

Контроллер 2 через модули ввода/вывода, находящиеся  на двух сегментах RS-485, контролирует «быстрые»  процессы на объекте.

Через интерфейсную плату RS-232 контроллер может считывать  архивы из специализированного регистратора (например, регистратора аварий), обрабатывать их и проанализированную, переработанную и обобщенную информацию передавать в контроллер 1 для дальнейшей трансляции на верхний уровень.

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.

 

       

 

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

 

          

 

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,           

 

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.

 

 

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.

 

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          

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

 

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

 

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).          

 

Передаточная  функция звена:

 

W_IV (p) = y (p)/x (p) = K_II        

 

С

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 250ч5˚С.

На данном участке объект управления представлен  инерционным звеном.

Дифференциальное  уравнение имеет вид:

 

T· ∂x/∂t +y = T· ∂x/∂t         

 

Передаточная  функция:

W_II (p) = К _III / (T_IIIp + 1)        

 

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).         

 

Передаточная  функция звена:

 

W_IV (p) = y (p)/x (p) = K_IV        

 

 

^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          

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

 

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

 

 

С 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        

 

 

С

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         

 

Передаточная  функция:

 

W_VII (p) = К _VII /(T_VIIp + 1)        

 

Типовая переходная характеристика представлена на рисунке 3.10.

 

 

С

 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:

 

 

 

 

4 ОРГАНИЗАЦИОННАЯ  ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

В данном разделе  проведен анализ улучшения экономических  показателей при использовании  нового оборудования, рассчитана себестоимость  выпуска продукции базового и  предложенного вариантов и определен  годовой экономический эффект от применения нового технологии.

 

4.1 Анализ  улучшения экономических показателей  от внедрения новой технологии 

 

Рациональное  использование материальных ресурсов представляет собой процесс обеспечения минимизации общественно необходимых затрат ресурса на единицу производимой продукции без ухудшения её качества при достигнутом уровне развития науке и техники, технологии и организации производства . В основе рационального использования материальных ресурсов лежат научно обоснованные нормы расхода сырья.

Норма расхода - это максимально допустимое плановое количество сырья, материалов на производство единицы продукции (работы) установленного качества в планируемых условиях производства. Она включает три нормообразующих элемента: полезный расход материального ресурса, технологические отходы и потери сырья и материалов.

К полезному  расходу материального ресурса  на единицу продукции относится  то количество сырья и материалов, которое непосредственно пошло  на изготовление изделия.

В технологические  отходы включают то количество материальных ресурсов, которое было затрачено  на производство, но не вошло в массу  готовой продукции.

К потерям  сырья и материалов относится  количество материальных ресурсов, которое  по технологическим причинам безвозвратно теряется в процессе изготовления продукции.

Норма считается  научно обоснованной, если расход материального  ресурса по неё не превышает достигнутого к моменту установления или пересмотра нормы минимального уровня потребления  этого ресурса.

Материалоемкость  продукции является обобщающим показателем, характеризующим величину затрат материальных ресурсов на единицу продукции ( работы).

Важное место  среди натуральных показателей  отводится показателям, характеризующим  расход конкретных видов материалов ( металла, энергии, топлива) на единицу  дохода соответственно: металлоемкость, энергоемкость, топливоемкость национального  дохода.

Рассмотрим  преобладающие виды резервов применительно к проектируемой системе.

К конструкционным резервам экономии материалов относится снижение абсолютной конструкций и оборудования.

Технологические резервы экономии материалов включают сокращение технологических отходов  и потерь, применение в прокатном  производстве системы автоматического управления индукционном нагревом металла с помощью ЭВМ, что позволяет существенно повысить производительность труда и культуры производства.

К производственно-эксплутационным  резервам снижения материалоемкости продукции относится установление оптимальных режимов работы оборудования.

Организационно-экономические  резервы снижения материалоемкости продукции включают улучшение планирования, учета и контроля; улучшение нормативной базы планирования экономии материальных ресурсов; применение прогрессивных норм расхода материалов; развитие организационных структур управления материалосбережением на предприятии; широкое внедрение в практику планирования программно-целевых методов экономии материальных ресурсов.