8.4. Автоматические управляющие устройства в термических цехах

Технологические процессы термической обработки характери­зуют: температурой, составом окружающей изделие среды, време­нем взаимодействия среды с изделиями и др. Эти переменные физи­ческие величины называют параметрами технологических процес­сов. В про­цессе обработки они должны поддерживаться на опреде­ленном уровне или изменяться по определенной программе.

На рис. 8.7 в качестве примера приведена структурная схема технологического процесса закалки и отпуска. Из рисунка видно, что рассматриваемый технологический процесс осуществляется ав­тома­тически по разомкнутой схеме.

Рис. 8.7. Структурная схема технологического процесса закалки и отпуска

Результаты проверки качества продукции непосредственно не сказываются на процессе термической обработки последующих из­делий, а непрерывно накапливаемая информация периодически ана­лизируется обслуживающим персоналом. В результате такого ана­лиза производят корректировку отдельных операций и всего про­цесса в целом, однако, эта корректировка осуществляется не в темпе с техно­логическим процессом, а со значительным запаздыванием.

На рис. 8.8 приведена структурная схема взаимосвязи обору­до­вания при том же технологическом процессе.

Рис. 8.8. Структурная схема взаимосвязи оборудования при закалке и отпуске:

А – направление движения изделий при обработке

Как видно из схемы, технологический процесс обслуживают не­сколько систем автоматического управления. Тепловые аппараты (печи, баки) оснащены системами автоматического регулирования (САР), назначение которых состоит в стабилизации температуры на заданном уровне. В печах это достигают регулировкой количества сжигаемого топлива или притоком электроэнергии, в баке - регули­ровкой количества охлаждающей жидкости или количества посту­пающей охлажденной закалочной среды. После завершения про­граммы технологических воздействий изделия подвергают автома­ти­ческому контролю. По результатам контроля сортирующее уст­рой­ство автоматически разделяет продукцию на группы качества. Коор­динация движений рабочих и вспомогательных органов печей и баков (толкателей, дверец, вентиляторов, конвейеров и т.п.), а также дейст­вия контрольной аппаратуры и сортирующего устройства осу­ществ­ляются разомкнутой системой автоматического управления.

Системы автоматического управления в термических цехах мо­гут быть использованы для целей управления и регулирования тех­нологическими процессами, контроля качества продукции, ее сорти­ровки, а также для предотвращения возникновения аварий оборудо­вания.

Автоматическое управление (АУ) используют в термических цехах для управления разнообразными механизмами термического оборудования и транспортными устройствами, а также для коорди­нации их работы при выполнении технологических процессов. АУ в большинстве случаев строится по одному из следующих принципов:

а) последовательное выполнение операций в функции времени или пути без жесткой зависимости от протекания технологического процесса;

б) последовательное выполнение операций в зависимости от хода протекания технологического процесса.

Первый принцип АУ применяется преимущественно при управлении отдельными объектами, когда переход от одной опера­ции к другой производится через определенные фиксированные проме­жутки времени. Второй принцип АУ используется при управ­лении группой объектов или несколькими взаимозависимыми опе­рациями. Выполнение каждого последующего действия происходит после по­лучения информации о завершении предыдущего действия. Построе­ние АУ по второму принципу приводит к более качествен­ному проте­канию технологического процесса. АУ обеспечивается применением разомкнутых систем автоматического управления.

Автоматическое регулирование (АР) применяется в термиче­ских цехах для стабилизации и регулирования по заданной про­грамме многочисленных параметров технологических процессов: температуры, давлении, расхода, состава окружающих изделие сред и т.п. Автоматическое регулирование обеспечивается применением САР и самонастраивающихся систем автоматического управления.

Автоматический контроль (АК) применяют в термических це­хах для получения информации о значении параметров технологи­че­ских процессов и состоянии регулируемых объектов, а также кон­троля качества термически обработанной продукции. Очень часто ав­томатический контроль связывают с системами автоматического управления и регулирования, но в отдельных случаях он может быть и самостоятельным. АК может быть осуществлен в виде визуаль­ного измерения, сигнализации и регистрации.

АК технологических процессов включает измерение и регист­рацию температуры, давления, уровня, состава и т.п., а также сигна­лизацию об их недопустимых значениях.

В производстве существуют два вида контроля качества обра­батываемых изделий: качество проверяют после окончания обра­ботки, а в процессе обработки поддерживают лишь параметры тех­нологических процессов (пассивный или приемочный контроль); ка­чество проверяют в процессе обработки, причем в результате про­верки происходит непрерывная корректировка самого процесса (ак­тивный контроль).

При пассивном контроле результаты контроля используют для корректировки режимов обработки лишь последующих партий из­де­лий, причем качество изделий определяют по параметрам техно­логи­ческих процессов, то есть физико-химических свойствам окру­жаю­щей среды, и по длительности взаимодействия изделий с этой средой.

Активный контроль обеспечивает более высокую точность и по­этому более высокое качество термической обработки, так как учиты­вает при обработке индивидуальные особенности каждого из­делия (материал, исходную структуру, геометрию и т.д.).

Пассивный контроль более дешевый и в большей степени под­ходит для технологических процессов, которые в настоящее время осуществляют на оборудовании периодического и непрерыв­ного дей­ствия. Обработку изделий на этом оборудовании произво­дят в подав­ляющем большинстве случаев одновременно большими партиями, и поэтому индивидуальные особенности каждого изделия в процессе обработки выявить очень трудно.

Автоматический контроль (за исключением активного кон­троля качества продукции) обеспечивается применением разомкну­тых сис­тем автоматического управления. Автоматический активный кон­троль может быть осуществлен САР. По существу автоматиче­ский активный контроль совпадает с понятием автоматического ре­гулиро­вания самим технологическим процессом термической обра­ботки (изменением структуры или свойств).

Автоматическую сортировку применяют в термических цехах для сортировки готовых изделий на группы по свойствам, геометри­ческим размерам и т.п. Сортировочные автоматы проектируют по принципу разомкнутых систем автоматического управления. Наибо­лее простыми из этих устройств являются автоматы, сигнализирую­щие о принадлежности контролируемого изделия к той или иной сор­тировочной группе или о выходе его в брак. Более сложные уст­рой­ства осуществляют сортировку изделий с направлением послед­них в соответствующие приемники.

Автоматическую защиту (АЗ) применяют с целью предохра­не­ния оборудования термических цехов от повреждений и аварий. АЗ выполняют в двух видах: автоматическая предупредительная сигна­лизация и автоматическое аварийное отключение. В ряде слу­чаев АЗ наряду с отключением оборудования должна осуществлять включе­ние резервного оборудования.