РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ОБЖИГА АБРАЗИВНОГО ИНСТРУМЕНТА

Основным и наиболее ответственным этапом процесса производства абразивных инструментов на керамических связках представляется термообработка, которая определяет их термомеханические свойства.

В процессе обработки происходит, нагрев изделия до определенного температурного режима, который зависит от типа исходного материала и связки, а также выдержки обрабатываемых изделий при данной температуре и последующего охлаждения [2].

Скорость нагрева и охлаждения наряду с абсолютным значением температуры обжига определяют характер изменения температуры в процессе термообработки (кривая обжига). Следует отметить, что для обжига инструментов на керамических связках в абразивной промышленности используют пламенные туннельные газовые печи с непосредственным обогревом.

НА Волжском абразивном заводе обжиг абразивного инструмента отдельно из карбида кремния, электрокорунда и их смесей (шлифовальные круги) производится в пяти туннельных печах, длина каждой из которых составляет 109, 1 м. Печи такого типа предназначены для обжига кругов до 1100 мм включительно. Конструкция печей была разработана Ленинградским отделением «Тепло проект».

Одной из наиболее характерных отличительных особенностей таких печей от иных действующих на различных предприятиях выступает относительно небольшая высота рабочего канала при увеличенной длине. Уменьшение высоты произведено с целью уменьшения температурного перепада по высоте садки в зоне обжига и подогрева.

Сжигание газов обусловлено нахождением их в канале печи на уровне канализированного хода вагонеток.

В начале зоны охлаждения имеется установленный вентилятор для резкого и интенсивного охлаждения изделий.

Чтобы охладить садку в конце печи важно наличие подачи воздуха под свод и с боков по периметру рабочего канала. Зона охлаждения оснащена девятью парами окон с каждой стороны для отвода или выбора нагретого в атмосферу. Семь пар окон, соединенных дымососом и дымоходами предусмотрены для отбора дымовых газов в зоне подогрева. У печи имеется смотровой коридор, также именуемый подпечным, где предусмотрено наличие приточно-вытяжной вентиляции.

Продвижение и подача печных вагонеток в печи осуществляется с использование гидравлического толкателя. Процесс представляет собой непрерывное толкание вагонеток с остановкой на период ввода новой вагонетки. Проектная производительность печи – 985 кг изделий в час, что свидетельствует о прохождении 16 вагонеток за сутки с загрузкой на каждую из них около 1500 кг изделий.

У технологического процесса непрерывный производственный характер, так как инструмент поступает безостановочно, а после пуска технологического объекта технологический режим представляется неизменным на длительный промежуток времени.

Таким образом, исходя из имеющихся данных, были выбраны регулируемые системные параметры:

- соотношение подачи воздуха-газа в печь с помощью изменения расхода воздуха в печи;

- температура в печи путем изменения расхода природного газа в печь и обдува вентиляторами.

К контролируемым и сигнализируемым параметрами отнесены:

- контроль на наличие пламени;

- температура изделия в каждой печной зоне;

- анализ соотношения воздух-газ;

- общий расход воздуха и газа на печь;

- воздушное давление на горение в рабочем пространстве.

Главная цель регулирования тоннельной печи заключается в том, чтобы поддержать постоянство необходимого температурного режима абразивного инструмента [3]. В данной работе регулирование температуры происходит благодаря изменению расхода природного газа на входе в печь и постоянной скорости входа в нее вагонеток. Чтобы построить САР и получить представления об общих свойствах объекта, был применен метод эксперимента, при помощи которого удалось определить точные свойства объекта. Печь с этой целью была оснащена аппаратурой для определения его ответной реакцией во времени и внесения входных типовых возмущений.

Чтобы снять временные характеристики объект управления должен быть приведен в равновесное состояние, равное 802 ˚С, а затем вносят на вход возмущающее воздействие – ступенчатое увеличение газового расхода на каждую печную зону. В координатах регистрируется реакция объекта на данное возмущение и кривая разгона: выходная величина – температура, преобразованная в относительные координаты, меняющиеся в диапазоне от 0 до 100%, а также время. Регистрация изменений выходной величины происходит до того момента пока объект управления не будет показывать установившееся значение в 815 ˚С. При получении значений можно определить коэффициент усиление объекта – k и построить кривую разгона.

Для визуализации процесса и управления технологическим оборудованием была использована сенсорная операторская панель SIEMENS SIMATIC TP900 COMFORT 6AV2124-0JC01-0AX0.

Таким образом, были получены следующие результаты. Во времени в туннельной печи по данным температурного изменений была определена математическая модель объекта управления. В ходе исследования было установлено, что объект обладает вторым порядком, а также временем запаздывания 2,92 секунды. Для контроля и регулирования технологических параметров процесса применяется микропроцессорный контроллер SIMATIC S7-1500, который обеспечивает заданное регулирование процессом, что естественно отражается на качестве и эффективности управления процессом. В роли расходомера предлагается использовать вихревой расходомер SITRANS F X330. Для измерения температуры инструмента был выбран SIEMENS ARDOCELL PA, в виде спектрального или частного пирометра со сквозным прицелом, встроенной камерой или лазерным пятном света [1]. 

 

Список литературы

 

  1. Датчикитемпературы SIEMENS [Электронный ресурс] // Industrial Automation - Products & Services - Siemens Russia URL:  https://mall.industry.siemens.com/mall/en/WW/Catalog/Products/10326023?tree=CatalogTree#Overview (дата обращения01.2020)
  2. Информация об абразивных материалах и инструментах [Электронный ресурс] // Термическая обработка - Абразивные инструменты URL: http://abrazivny.ru/instrument/category/keramicheskie_svyazki/termicheskaya_obrabotka (дата обращения 29.01.2020)
  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.