ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ

Введение

Повышение качества и надёжности выпускаемых материалов, изделий и конструкций – актуальная проблема в развитии техники. Огромное значение эта проблема имеет и в области переработки полимерных материалов в изделия. Качество и надёжность изделий из данных материалов закладывается на стадии получения сырья, полуфабрикатов, в процессе их переработки. Правильный выбор эффективных методов технологического контроля (ТК) качества сырья, полуфабрикатов, свойств получаемых изделий в зависимости от режимов пере­работки, как раз и позволяет обеспечить высокое качество и надёжность изде­лий.

В решении этих задач особая роль принадлежит автоматизированным сис­темам управления технологическими процессами (АСУТП). Базовой системой АСУТП является система автоматического контроля (САК), позволяющая полу­чать измерительную информацию о режимных параметрах процессов, о каче­стве сырья, полуфабрикатов и конечных продуктов.

Эф­фективностью работы САК во многом определяется эффективность ра­боты всей АСУТП. Научной основой САК являются метрология и физические принципы измерений параметров технологических процессов, а технической базой этих систем служат средства измерений и преобразований соответст­вующих параметров.

Основная задача дисциплины - ознакомление с существующими и разраба­ты­ваемыми эффективными методами и средствами неразрушающего контроля поли­мерных материалов, изделий и конструкций, которые могут быть приме­нены в системах ТК. Особое внимание обращено на обеспечение контроля полимерных композицион­ных материалов (ПКМ), из которых изготавливают наиболее ответст­венные и дорогостоящие (как правило, крупногабаритные) конструкции и изделия. Наиболее важными параметрами для ПКМ, которые необходимо контролировать являются: влажность наполнителя и связующего; вязкость и количество связующего, нанесенного на армирующий наполнитель (во­локно, ленту, ткань и т. д.); плотность; а также упругие, прочностные, структур­ные характеристики и др.

Большое значение имеет экспресс-контроль технологических пара­метров в процессе переработки, таких, как: натяжение армирующего мате­риала при намотке, толщина полуфабриката на оправке, кинетика процесса отвердения и по­лимеризации, температура связующего и полуфабриката и т. д. Используя резуль­таты экспресс-контроля, можно оперативно (в автоматическом режиме) управлять технологическим процессом переработки и тем самым уменьшить брак при получении готовых из­делий.

1. Основные положения технологического контроля

Получение качественного продукта для любого технологического процесса свя­зано с проведением ТК. Под технологическим контролем будем понимать контроль над важнейшими характеристиками вещества, определяющими получе­ние качествен­ного продукта, проводимый в процессе получения продукта на всех стадиях техно­логического процесса. При проведении ТК стремятся макси­мально его автоматизи­ровать.

Для автоматического контроля, регулирования и управления необходимо распо­лагать определенной информацией о состоянии объекта автоматизации. Эту информацию получают путём проведения измерений. При решении этих вопросов используются: САК, автоматические сис­темы регулирования (АСР) и АСУТП.

Автоматический контроль является наиболее старым и в то же время наи­более важным видом автоматизации. На рис. 1 показана схема САК некоторого объекта автоматизации ОА (в данном случае объ­ект автоматиза­ции называют объектом контроля). Схема, как правило, вклю­чает в свой состав, по меньшей мере, два измерительных устройства, соединен­ных между собой каналом связи.

Одно из этих измерительных устройств воспринимает измеряемый пара­метр Х_вых объекта автоматизации, его называют датчиком Д (или первичным измерительным преобразователем). Датчик служит для преобразования изме­ряемого физического параметра в другой параметр – сигнал (например, элек­трический ток, давление сжатого воздуха и т. д.), который удобно передавать по каналу связи КС. Другое измерительное устройство, называемое вторичным прибором ВП, измеряет сигнал, поступающий по каналу связи и несущей ин­формацию о значении измеряемого параметра в форме, удобной для восприятия человеком-оператором.

ОА

X_вых

Д

X_вх

ВП

Рис. 1. Схема системы автоматического контроля.

Наблюдая за показанием ВП и зная установленную норму для значения из­меряемого параметра (допустимые отклонения часто наносятся на шкалу вто­ричного прибора), оператор может осуществлять контроль, а при необходимо­сти и ручное регулирование объекта автоматизации. В последнем случае с помощью соответствующих устройств оператор изменяет подачу Х_вх материального потока или энергии на вход объекта до тех пор, пока значение измеряемого параметра не достигает установленной нормы.

Применение САК характерно для начального этапа развития автоматиза­ции, когда число технологических аппаратов и измеряемых параметров было небольшим. С развитием технологических процессов на смену ручному регули­рованию пришло автоматическое регулирование и соответственно использова­ния АСР.

ВВ

ОА

ИМ

X_вых

Д

X_вх

АР

Z Y

Y_зд Y_зд

ВП

Рис. 2. Схема автоматической системы регулирования.

На рис. 2 показана схема АСР. Необходимость регулирования, как ручного, так и автоматического, вызвана тем, что на объект автоматизации (в данном слу­чае его называют объектом регулирования) постоянно действуют дестабили­зи­рующие факторы, нарушающие однозначность связи между входным Х_вх и выходным Х_вых параметрами объекта. Эти факторы называют возмущаю­щими воздейст­виями ВВ. Под влиянием ВВ выходной параметр Х_вых отклоняется от задан­ного значения (нормы). Датчик Д измеряет текущее значе­ние параметра Х_вых и преобразует его в сигнал Y, который поступает на вторичный прибор ВП и специа­лизированное вычислительное устройство, называемое автоматическим регулятором АР. В автоматический регулятор кроме сигнала Y поступает сигнал Y_зд  (зада­ние), который пропорционален заданному значению регулируемого параметра Х_вых и имеет такую же природу, как сигнал Y.

Автоматический регулятор выполняет определенные вычислительные опе­рации в соответствии с заложенным в него законом регули­рования и отрабаты­вает сигнал Z - регулирующее воздействие, поступающее к исполнительному механизму ИМ. Последний изменяет подачу Х_вх материи или энергии в объект регулирования до тех пор, пока параметр Х_вых не достигнет заданного значения. В схеме предусмотрена возможность при различных сбоях непосредственное регулирование процесса оператором.