XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

Технологический процесс закалки деталей машин включает следующие операции: нагрев деталей для закалки; закалка в закалочной среде; нагрев деталей для отпуска; отпуск в среде для отпуска; омывка деталей от окалин в моечной машине. Требуемое качество закалки обеспечивается соблюдением технологического режима каждой операции, т.е. поддержанием нормативных значений технологических параметров, в том числе, за счет внедрения автоматизированных систем. Объектом исследования является линия закалки корпусов клапана разрядника дегазатора «Каскад-40». Нарушение температурного режима нагрева под закалку или отпуск влияет на прокаливаемость деталей, что в итоге влечет за собой неоднородность структуры металла и быстрое разрушение во время эксплуатации или же на этапе производства. Исключение брака и необходимости его переработки и утилизации при закалке деталей и их отпуске обеспечивается внедрением автоматизированной системы [1].

Для нагрева под закалку используют муфельные печи. Для повышения производительности линий используют форсированный нагрев, предусматривающий значительный перепад температур между печью и нагреваемым металлом. Нагретые детали погружаются в закалочное масло. Из закалочного бака детали попадают на транспортер, перемещающий их из масляного бака к отпускной печи. Отпуск осуществляется в конвейерной электропечи. После отпуска детали охлаждаются в воде (в душевом устройстве), что позволяет ускорить технологический цикл, а также способствует устранению склонности к отпускной хрупкости второго рода. После закалки детали по ленточному конвейеру поступают в моечную машину, где они обезжириваются и очищаются. Детали подвергают двойной закалке и отпуску. Первую (предварительную сквозную) закалку выполняют для упрочнения сердцевины и подготовки исходной структуры с тем, чтобы при второй (поверхностной) закалке с использованием скоростного индукционного нагрева получить поверхностный закаленный слой с очень мелким зерном аустенита.

В составе проектируемой АСУ ТП предусмотрены:

1. Системы автоматического контроля температуры печи для нагрева под закалку, температуры печи для нагрева под отпуск, уровня масла в ванне для закалки, уровня моечной жидкости в ванне для отпуска, кислотности моечной жидкости в моечной машине.

2. Системы автоматической сигнализации о выходе за допустимые пределы температуры печи для нагрева под закалку, температуры печи для нагрева под отпуск, уровня масла в ванне для закалки, уровня моечной жидкости в ванне для отпуска, кислотности моечной жидкости в моечной машине.

3. Системы автоматической сигнализации о состоянии электродвигателей приводов конвейеров и запорной арматуры.

4. Системы автоматической защиты и блокировки электродвигателей приводов конвейеров и запорной арматуры в зависимости температуры печи для нагрева под закалку, температуры печи для нагрева под отпуск, уровня масла в ванне для закалки, уровня моечной жидкости в ванне для отпуска.

5. Системы автоматического пуска и останова электродвигателей приводов конвейеров.

6. Системы автоматического регулирования температуры печи для нагрева под закалку, температуры печи для нагрева под отпуск, уровня масла в ванне для закалки, уровня моечной жидкости в ванне для отпуска, кислотности моечной жидкости в моечной машине.

Проектируемая АСУ ТП включает:

1) сенсорный уровень: первичные преобразователи, исполнительные механизмы, автоматизированный электропривод (в т.ч. преобразователи частоты, пусковая и защитная аппаратура);

2) контроллерный уровень: программируемые логические контроллеры (ПЛК);

3) диспетчерский уровень: два автоматизированных рабочих места (АРМ) – основное и резервное с возможностью передачи данных в заводскую сеть;

4) среду передачи данных, в т.ч. коммуникационное оборудование.

Для технической реализации АСУ ТП выбраны следующие первичные преобразователи: термоэлектрический преобразователь ТХА-1199, датчик уровня FineTek EB2301, pH-метр Nivelco AnaCONT LPP. В качестве регулирующей арматуры выбран регулирующий клапан LDM RV 2x4 E с электрическим исполнительным механизмом.

Контроллерный уровень представлен программно-техническими средствами фирмы «ОВЕН», а именно контроллером ПЛК154 и модулями ввода/вывода: модулем ввода аналоговых сигналов МВ110-224 и модулем ввода-вывода дискретных сигналов (24 В) МК110-8ДН.4Р [2].

Проектируемая АСУ ТП представляет собой территориально и функционально распределенную систему, состоящую из отдельных узлов обработки данных, диспетчерского или операторского пункта управления цехом или производством. Связь между узлами обработки данных, центральным пунктом управления осуществляется по цифровым каналам, которые в совокупности образуют промышленную сеть. На машиностроительном предприятии можно выделить следующие узлы обработки информации (рисунок 1):

1. Узел 1, включающий участки приема и обработки сырья.

2. Узел 2, включающий участок обработки заготовок.

3. Узел 3, включающий участки обработки деталей и сборки оборудования.

В работе подробно рассмотрен узел 2. Для объединения узлов целесообразно выбрать сеть с топологией «шина», поддерживающую децентрализованный метод доступа устройств к линиям связи, которая позволит организовать обмен информацией с высокой степенью надежности. Сенсорный уровень включает различные датчики для сбора информации о ходе технологического процесса, элекроприводы и исполнительные механизмы для реализации регулирующих и управляющих воздействий.

Рисунок 1 – Структура АСУ ТП

Датчики поставляют информацию локальным программируемым логическим контроллерам, которые могут выполнять следующие функции:

- сбор и обработка информации о параметрах технологического процесса;

- управление электроприводами и другими исполнительными механизмами;

- решение задач автоматического логического управления и др.

Так как информация в контроллерах предварительно обрабатывается и частично используется на месте, существенно снижаются требования к пропускной способности каналов связи. Диспетчерский уровень включает несколько станций управления, представляющих собой автоматизированное рабочее место диспетчера/оператора. Здесь же размещен сервер базы данных, рабочие места (компьютеры) для специалистов и т.д. Сеть контроллерного уровня основана на интерфейсе RS-485. Сеть диспетчерского уровня использует протокол Ethernet.

Функции АРМ операторов «АРМ оператора 1» и «АРМ оператора 2»: получение информации от промышленной сети Ethernet; обработка принятой информации; временная регистрация значений технологических параметров; передача информации о технологических параметрах в локальную сеть для АРМ административного уровня; визуализация хода протекание технологического процесса в виде мнемосхем, графиков, т.е. графическое представление хода технологического процесса, а также принятой и архивной информации в удобной для восприятия форме; сигнализация о выходе технологических параметров за допустимые пределы; сигнализация работы оборудования; оповещение эксплуатационного и обслуживающего персонала об обнаруженных аварийных событиях; прием команд оператора и передач их контроллерам нижних уровней; супервизорное управление технологическим процессом; формирование сводок и других отчетных документов на основе архивной информации; ручное управление работой технологического оборудования.

Проектируемая АСУ ТП позволит поддержать температурный режим нагрева под закалку или отпуск на заданном уровне, что снизит брак и необходимость его переработки и утилизации. Также АРМ в составе АСУ ТП обеспечивают оперативное супервизорное управление технологическим процессом, что повышает надежность работы системы в непредвиденных ситуациях.

Список литературы:

1. Автоматические системы управления технологическими процессами газовой цементации / Б. Виленчиц, В. Попов // Современные технологии автоматизации. – 2012. - №1. – С. 56-64.

2. Официальный сайт ОВЕН (http://www.owen.ru/).

Код для цитирования: Скопировать