6.4. 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. 6.7 в качестве примера приведена структурная схема технологического процесса закалки и отпуска. Из рисунка видно, что рассматриваемый технологический процесс осуществляется автоматически по разомкнутой схеме.

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.

Рис. 6.7. Структурная схема технологического процесса закалки и отпуска

На рис. 6.8 приведена структурная схема взаимосвязи оборудования при том же технологическом процессе.

Рис. 6.8. 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.