авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра на основе нечетких алгоритмов

На правах рукописи

ВАКАЛЮК Андрей Александрович

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

ПРОЦЕССОМ ГИДРОРАСТЯЖЕНИЯ

БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА

НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКИХ АЛГОРИТМОВ

Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

(в промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа – 2012

Работа выполнена в Уральском государственном университете путей сообщения

Научный руководитель д-р техн. наук, профeccop ГОТЛИБ Борис Михайлович

Официальные оппоненты д-р техн. наук, профессор ЛЮТОВ Алексей Германович кафедра автоматизации технологических процессов Уфимского государственного авиационного технического университета канд. техн. наук БЫВАЛЬЦЕВ Сергей Васильевич кафедра информатизации технологий и автоматизации проектирования Уральского федерального университета

Ведущая организация РАН ФГБУН «Институт машиноведения» УоРАН, г. Екатеринбург

Защита диссертации состоится «06» апреля 2012 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д-212.288. при Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. К. Маркса,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан «27» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф. В. В. Миронов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последнее время в связи с износом энергетическо го оборудования резко повысились требования к обеспечению безопасности в области энергетики. Это в первую очередь относится к турбогенераторам большой единичной мощности, в частности установленным на АЭС.

Одним из конструктивных элементов, определяющих надежность турбоге нераторов, являются бандажные кольца, служащие для укрепления лобовых частей обмоток турбогенераторов. Бандажное кольцо должно отличаться высо кой прочностью и однородностью механических характеристик, а также не ока зывать воздействие на внутренние магнитные поля турбогенераторов. Такими свойствами обладают кольца из аустенитной (немагнитной) стали, подвергну тые холодной пластической деформации, степень которой может составлять 50–60% для достижения необходимых величин пределов текучести и прочности по объему кольца.

Аналитический обзор научной и производственно-технической литературы по данной проблеме показывает, что требуемые механические свойства бан дажных колец наилучшим образом достигаются в процессе холодного пласти ческого гидрорастяжения кольцевых заготовок под действием сверхвысокого давления жидкости, подаваемой во внутреннюю полость заготовки.

В нашей стране производство крупногабаритных бандажных колец орга низовано на ОАО «Уралмашзавод». Предприятие оснащено уникальным ком плексом для производства бандажных колец на базе вертикального гидравличе ского пресса усилием 300 МН. Производство бандажных колец на других принципах организовано в Германии (Energietechnik Essen GmbH), Франции (Creusot-Loire), Японии (Kokan Kako K.k), и частично в Китае.

При гидрорастяжении кольцевую заготовку устанавливают между верти кально расположенными конусами, связанными с нижней подвижной траверсов и архитравом вертикального гидравлического пресса. Вместе с заготовкой ме жду конусами гидравлического пресса помещают цилиндрическую оправку.

Описанная конструкция образует замкнутую внутреннюю полость между внут ренней поверхностью заготовки и наружной поверхностью оправки. Гидравли ческое растяжение заготовки осуществляют путем подачи во внутреннюю по лость жидкости сверхвысокого давления и сближения конусов усилием пресса для обеспечения постоянной герметичности внутренней полости. Под действи ем сверхвысокого давления жидкости во внутренней полости и усилий раздачи заготовки со стороны сближающихся конусов происходит холодная пластиче ская деформация кольцевой заготовки. При этом не должны искажаться по вы соте наружная и внутренняя цилиндрические поверхности кольцевой заготовки.

Нарушение согласованности между движением конусов и возникающей ради альной деформацией заготовки приводит к искажению цилиндрической формы заготовки, а также появлению трещин и разрушению заготовки. Кроме того, в течение всего процесса гидрорастяжения необходимо обеспечивать герметич ность внутренней полости заготовки.

Реальный процесс гидрорастяжения является сложным динамическим объ ектом управления, функционирующим в условиях неполной и нечеткой инфор мации об основных технологических параметрах процесса. Этим объясняется тот факт, что ранее разработанные автоматизированные системы управления процессом гидрорастяжения нуждаются в коренной модернизации. Значитель но повысить эффективность работы автоматизированной системы управления может интеллектуализация процессов управления, а конкретно – построение системы управления с использованием методов нечеткой логики.

Таким образом, разработка эффективной автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра и методов прогнозирования механических свойств по объему колец направлена на решение реальных задач, связанных с производством упрочненных бандаж ных колец, предназначенных для повышения безопасности турбогенераторов большой единичной мощности, является актуальной.



Объект и предмет исследования диссертации. Объектом исследования является технологический комплекс на базе мощного гидравлического пресса усилием 300 МН для упрочнения методом гидрорастяжения крупногабаритных бандажных колец. Предметом исследования является создание АСУ ТП гидро растяжения крупногабаритных бандажных колец.

Цель работы. Целью данного диссертационного исследования является разработка технологических, методологических и теоретических основ по строения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяже ния кольцевых заготовок для повышения производительности процесса гидро растяжения, геометрической точности и качества бандажных колец большого диаметра.

Задачи исследования 1. Построить математическую модель процесса гидрорастяжения, учиты вающую влияние основных технологических параметров на точность и качест во кольцевых заготовок.

2. Разработать имитационную модель технологического процесса гидро растяжения для исследования и моделирования АСУ в условиях нечеткости и неопределенности технологических параметров процесса.

3. Разработать систему бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Разработать концепцию построения автоматизированной системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе сис темного и структурно-функционального подходов.

5. Разработать алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности техноло гического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Оценить эффективность предложенного подхода к управлению процес сом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Методы исследования При выполнении исследований использованы: вариационные методы ме ханики твердых деформируемых тел, теория автоматического управления сложных технических систем, методы построения АСУ с использованием тех нологий нечеткой логики, математическое и имитационное моделирование тех нологических процессов, информационные технологии.

На защиту выносятся 1. Математическая модель процесса гидрорастяжения, учитывающая влия ние основных технологических параметров на точность и качество кольцевых заготовок.

2. Имитационная модель процесса гидрорастяжения для моделирования технологического процесса в условиях неопределенности технологического процесса.

3. Система бесконтактного измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе оптоэлектронных приборов.

4. Концепция построения автоматизированной системы управления про цессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе системного и струк турно-функционального подходов.

5. Алгоритм и способ управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок в условиях параметрической неопределенности технологического процесса на основе метода нечеткой логики.

6. Результаты экспериментальных исследований эффективности предло женного подхода к управлению процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра.

Научная новизна исследований 1. Новизна разработанной математической модели процесса гидрорастя жения крупногабаритных кольцевых заготовок заключается в том, что она учи тывает сложность формы заготовки и позволяет определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по всему объему заготовки.

2. Новизна разработанной имитационной модели процесса гидрорастяже ния заключается в том, что облегчает проектирование ТП гидрорастяжения и построение автоматизированной системы управления процессом гидрорастя жения.





3. Новизна разработанной системы бесконтактного измерения геометриче ской формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения на основе опто электронных приборов заключается в том, что позволяет в автоматическом ре жиме, не влияя на динамические характеристики системы управления, с боль шой точностью измерять диаметр и форму кольцевой заготовки.

4. Новизна разработанной концепции построения автоматизированной сис темы управления процессом гидрорастяжения на основе системного и струк турно-функционального подхода заключается в том, что позволяет одновре менно поддерживать оба регулируемых параметра с высокой точностью.

5. Новизна разработанного алгоритма и способа управления процессом гидрорастяжения кольцевых заготовок на основе метода нечеткой логики за ключается в том, что позволяет организовать управление процессом гидрорас тяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к оптимальным в смысле технико-экономических критериев технологические режимы.

6. Новизна экспериментального исследования состоит в использовании ав томатизированной системы управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики для управления ТП, что позволяет выявить повыше ние производительности, геометрической точности и качества бандажных ко лец большого диаметра.

Практическая ценность работы 1. Разработана система бесконтактного измерения размеров и геометри ческой формы кольцевой формы в процессе гидрорастяжения, которая позволя ет увеличить точность производимых измерений на 35 %.

2. Разработана модель процесса гидрорастяжения, который позволяет мо делировать технологический процесс и обучать обслуживающий персонал в ус ловиях неопределенностей технологического процесса, что позволило вдвое ускорить процесс разработки и освоения управления процессом гидрорастяже ния.

3. Разработана модель управления механическими свойствами бандажно го кольца в процессе гидрорастяжения, которая позволяет прогнозировать каче ство и повышать надежность готовых изделий в зависимости от уровня техно логических параметров кольцевых заготовок и режимов режимом управления ТП гидрорастяжения.

4. Полученные результаты нашли применение в процессе модернизации гидропрессовой установки усилием 300 МН для производства бандажных колец на ОАО «Уралмашзавод».

Технологическое направление выполненной работы соответствует П. Перечня критических технологий Российской Федерации, утвержденного Пре зидентом РФ (Пр-842 от 21.05.2006) – Технологии снижения риска и уменьше ние последствий природных и техногенных катастроф. Результаты диссертаци онной работы также нашли применение при выполнении Программы «Интел лектуальные системы управления процессом гидрорастяжения кольцевых заго товок большого диаметра на гидравлическом прессе усилием 300 МН» (Утвер ждена техническим директором ООО «Уралмашспецсталь» от 26.07.2007).

Результаты исследований используются в учебном процессе Уральского государственного университета путей сообщения при преподавании дисципли ны «Технологии автоматизированного машиностроения» для специальности 220401 «Мехатроника».

Апробация работы Основные результаты и положения данной диссертационной работы док ладывались и обсуждались на следующих конференциях: 5-й научно технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление»

(МАУ2008), С.-Петербург, 2008;

Пятой всероссийской зимней школы семинара аспирантов и молодых ученых. Актуальные проблемы науки и техни ки. Машиностроение, электроника, приборостроение, Уфа, 2010;

7-й научно технической конференции «Мехатроника, автоматизация, управление»

(МАУ2010), С.-Петербург, 2010;

15-й Международной научно-технической конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения», «АПИР-15», Тула, 2010;

Всероссийской научной конференции молодых ученых «НАУКА. ТЕХ НОЛОГИИ. ИННОВАЦИИ», Новосибирск, 2010;

10-й Всероссийской научной конференции с международным участием «Краевые задачи и математическое моделирование», Новокузнецк, 2010;

Международной научно-технической конференции «Транспорт XXI века: исследования, инновации, инфраструкту ра», Екатеринбург, 2011.

Публикации По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 1 из них в рецен зируемых журналах из списка ВАК, получен 1 патент.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библио графического списка из 46 наименований. Основная часть работы (без библио графического списка) изложена на 131 страницах машинного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обозначена актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отмечена новизна и практическая ценность, выносимых на защиту результатов.

В первой главе приведен аналитический обзор существующих технологи ческих процессов производства крупногабаритных бандажных колец и кольце вых заготовок в России, Германии, Франции.

В России процесс гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых загото вок осуществляется на вертикальном гидравлическом прессе усилием 300 МН (рис. 1). Устройство для гидрорастяжения оснащено насосом сверхвысокого (до 300 МПа) давления переменной производительности 2,5…7,6 л/мин, насосом высокого (до 32 МПа) давления переменной производительности 50…600 л/мин для перемещения нижней подвижной траверсы. Рабочая жид кость – вода с эмульсией. Рабочий ход нижней траверсы обеспечивается гидро цилиндрами, скорость рабочего хода 0,085…0,67 мм/с.

Рисунок 1 Процесс гидрорастяжения кольцевой заготовки на вертикальном прессе усилием 300 МН (условные обозначения: – насос высокого давления;

– привод насоса ;

– система управления приводом;

– насос сверхвысокого давления;

– система управления приводом;

, – привод насоса ;

– цилиндры гидропривода пресса;

– магистраль высокого давления (0...320 кгс/мм );

– магистраль сверхвысокого давления (500...3000 кгс/мм );

ВК – заготовка;

, – конусы, OP – оправка, и – датчики давления магистралей высоко го и сверхвысокого давления соответственно, и – датчики расхода жидко сти магистралей высокого и сверхвысокого давления соответственно, – дат чик скорости перемещения траверсы пресса) Повышение механических свойств бандажных колец достигается за счет упрочнения металла кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения. При этом заготовка должна сохранять цилиндрическую форму в течение всего про цесса гидрорастяжения (допустимые пределы отклонения от цилиндрической формы наружного диаметра кольцевой заготовки на должны превышать ±3 мм по высоте заготовки).

Поэтому основное назначение АСУ ТП гидрорастяжения состоит в обес печении требуемой степени упрочнения металла заготовки и сохранении ци линдрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения. Еще одна функция АСУ состоит в предотвращении утечки жидкости сверхвысокого давления из внутренней полости заготовки (сохранение герметичности внут ренней полости) в месте контакта заготовки и конусов.

Несмотря на большой объем исследований и работ по созданию по АСУ процессом гидрорастяжения, до настоящего времени:

отсутствует адекватная математическая модель процесса гидрорастяже ния;

на разработан метод прогнозирования уровня и распределения механи ческих свойств по объему упрочненного бандажного кольца;

не использованы современные информационные технологии и методы создании АСУ сложными объектами в условиях неполной и неточной инфор мации о технических и технологических параметрах объекта;

требует модернизации установка бесконтактного способа измерения геометрической формы кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения.

Поэтому вопрос о создании АСУ процессом гидрорастяжения остается ак туальным и открытым для своего дальнейшего решения, так как только в этом случае будет повышена производительность и стабильность процесса гидрорас тяжения, гарантировано высокое качество и надежность бандажных колец, а также обеспечены безопасные, отвечающие всем эргономическим нормам, условия труда операторов процесса.

Таким образом, модернизация установленного на ОАО «Уралмашзавод»

технологического комплекса для производства крупногабаритных бандажных колец методом гидрорастяжения является злободневной и актуальной задачей в связи с тем, что производство бандажных колец для энергетического машино строения в нашей стране возможно только на этом единственном в России ком плексе.

Во второй главе показано, что традиционный подход к созданию АСУ сложными динамическими объектами на базе линейных и нелинейных регуля торов не позволяет обеспечить необходимое качество управления процессом гидрорастяжения в связи с отсутствием полной и достоверной информации о процессе. Робастные и адаптивные системы управления, применительно к процессу гидрорастяжения, будут отличаться повышенной сложностью на этапе эксплуатации (если их вообще возможно разработать). Это подтвер ждается тем фактом, что все многочисленные попытки создания АСУ ТП гид рорастяжения на ОАО «Уралмашзавод» оказались безуспешными.

В диссертационной работе построение АСУ ТП гидрорастяжения базируется на использовании методов информационных технологий, в частности методов не четкой логики. Поэтому концепция АСУ ТП гидрорастяжения заключается в разработке многосвязной совокупности информационно-измерительных, управляющих и функционально-технических подсистем.

С этой целью предложена трехуровневая гибкая иерархическая конфигу рация системы управления (рис. 2), обеспечивающая выполнение всех управ ляющих и вспомогательных функций АСУ ТП гидрорастяжения.

Третий уровень Устройство ЦУК ввода/вывода Второй уровень Сетевой интерфейс ОУК Контроллер Контроллер ТП ССД Первый уровень Регуляторы САУ ТП ССД ТП Рисунок 2 Обобщенная структура АСУ ТП гидрорастяжения Высший (третий) уровень АСУ ТП представляет собой центральный управляющий компьютер (ЦУК), состоящий из нескольких процессоров и свя занный с основным управляющим компьютером (ОУК) посредством сетевого интерфейса. На данном уровне выполняются следующие функции: сбор, пере работка, хранение и выдача информации о работе АСУ ТП гидрорастяжения и состоянии ТП гидрорастяжения;

анализ результатов работы системы и плани рование управляющих программ;

выбор режима работы системы;

отладка про грамм и настойка всех уровней системы;

тестирование и контроль технического состояния ТП гидрорастяжения;

функции связанные с оперативным вмеша тельством оператора в ТП гидрорастяжения.

Второй уровень системы определяется наличием основного управляющего компьютера (ОУК), связанного с контроллером ТП гидрорастяжения и кон троллером системы сбора данных (ССД) ТП гидрорастяжения, и представляет собой замкнутый контур управления ТП гидрорастяжения. Данный уровень связан с высшим и третьим уровнями. Основные функции, реализованные на данном уровне: замкнутое управление ТП гидрорастяжения по программам и алгоритмам, предоставленным высшим уровнем;

мониторинг состояния ТП гидрорастяжения и оборудования защитные функции;

координация и диспетче ризация информационных потоков.

Первый уровень АСУ ТП реализован в виде двух САУ и системы сбора данных состояния ТП гидрорастяжения. На данном уровне выполняются функ ции, связанные с обеспечением поддержания режимов работы оборудования ТП гидрорастяжения, мониторингом его состояния и реализацией информаци онных каналов для связи со вторым уровнем.

Данная конфигурация системы позволяет обеспечить высокую работоспо собность и отказоустойчивость, повысить качество управления ТП гидрорастя жения, а также придает системе гибкость конфигурации.

В третьей главе разработаны математическая и имитационная модели процесса гидрорастяжения. Математическая модель предназначена для опреде ления формоизменения кольцевой заготовки в процессе гидрорастяжения и оценки величины деформации в различных материальных точках по объему деформируемой заготовки. Данная задача была решена с привлечением прямых вариационных методов механики твердого деформируемого тела. Результаты математического моделирования показали, что в процессе гидрорастяжения имеет место значительная неоднородность деформации, доходящая до 30 % в различных областях кольцевой заготовки. Минимальная деформация имеет место в центральной части заготовки, а максимальная в верхней части заготов ки (в месте контакта заготовки и конусов).

Имитационная модель предназначена для проектирования технологическо го процесса гидрорастяжения, исследования различных способов деформиро вания кольцевой заготовки под воздействием сверхвысокого внутреннего дав ления и конусов, прогнозирования механических свойств готовых бандажных колец. имитационная модель реализована в виде компьютерных программ и функционирует в двух режимах: «Проектирование» и «Моделирование».

Адекватность моделей была проверена в производственных условиях в процессе гидрорастяжения кольцевых заготовок на прессе усилием 300 МН (ОАО «Уралмашзавод») под воздействием конусов и жидкости сверхвысокого давления, подаваемой во внутреннюю полость заготовки (см. рис. 1).

Разработанная методика прогнозирования механических свойств (условно го предела текучести, и предела прочности в ) упрочненных бандажных ко лец базируется на полученной экспериментальным путем зависимости механи ческих свойств от величины степени деформации сдвига. Аналитически эта за висимость имеет вид:

, ( )=, ( ) + 2,84, ( ) + 299 ( ), в ( ) = в ( ) + (1,99 в ( ) 684)( ), где, и в – соответственно условный предел текучести и предел проч ности материала заготовки, поступающей на гидрорастяжение;

– степень де формации сдвига материальных точек заготовки (определяется методами мате матического моделирования);

– радиус-вектор материальной точки заготовки.

Алгоритм имитационного моделирования всего технологического процес са гидрорастяжения кольцевой заготовки представлен на рис. 3.

Рисунок 3 Алгоритм имитационного моделирования процесса гидрорастяжения Использование методов имитационного моделирования позволяет отка заться от дорогостоящих экспериментов на промышленном оборудовании и ус корить процедуру освоения новых технологий гидрорастяжения.

В четвертой главе произведено построение и исследование подсистем АСУ ТП гидрорастяжения.

Для проведения анализа и построения функциональной модели системы управления процессом гидрорастяжения используется CASE-средство верхнего уровня ERwin компании Computer Associations, поддерживающее методологии IDEFO и позволяющее построить модель управления процессом гидрорастяже ния, адекватную предметной области на всех уровнях абстрагирования. Кон текстная диаграмма, описывающая систему в целом и ее взаимосвязь с окру жающим миром, разбивается на ряд контекстных диаграмм.

Исходя из разработанной функциональной модели АСУ ТП гидрорастяже ния, сделан вывод о сложности создаваемой системы, включающей ряд функ ционально-подчиненных подсистем. Общая структура системы управления ТП гидрорастяжения соответствует иерархическому принципу построения и вклю чает стратегический, тактический и исполнительский уровни. Особенностью структуры АСУ ТП гидрорастяжения является организация ее в рамках теории ситуационного управления с привлечением методов и технологий искусствен ного интеллекта.

В состав АСУ ТП гидрорастяжения входят три классических САУ: САУ привода насоса сверхвысокого давления (НСВД), САУ привода насоса высоко го давления (НВД) и САУ приводов лазерных дальномеров (ЛД).

САУ приводов НСВД и НВД предназначены для поддержания режимов работы приводов насосов ТП гидрорастяжения и выполнены в виде двухкон турных систем регулирования с контурами тока якоря и скорости двигателя.

Функции САУ приводов НСВД и НВД выполняют комплектные тиристорные устройства.

САУ приводов ЛД выполняют установку ЛД на необходимый по высоте уровень и выполнены в виде двухконтурных систем регулирования с контурами скорости вращения двигателя и положения его ротора. Функции САУ приводов ЛД выполняют схемы в составе ПЛК и преобразователя частоты.

В составе контроллера ТП разработана АСУ ТП, которая является много связной системой (рис. 4). На вход объекта управления подаются два управ ляющих воздействия: величина сверхвысокого давления во внутренней полости заготовки и скорость перемещения траверсы пресса, подаваемые на вхо ды САУ провода НСВД и НВД. Выходными параметрами объекта управления являются: величина искажения формы кольцевой заготовки (ошибка фор мы), величина давления жидкости во внутренней полости заготовки, величи на давления жидкости в цилиндрах пресса. АСУ ТП состоит из двух контуров регулирования, связанных через общие регулирующие воздействия: контур си туационного управления ТП гидрорастяжения на основе метода нечеткой логи ки и контур контроля и обеспечения герметичности внутренней полости коль цевой заготовки. Инерционная составляющая в работе контуров приводит к разности частот их работы частота работы контура герметизации несравни мо выше частоты работы контура ситуационного управления.

Контур ситуационного управления состоит из двух параллельно работаю щих контуров нечеткого регулирования величины сверхвысокого давления во внутренней полости заготовки и скорости перемещения траверсы пресса. Нечеткие ассоциативные правила регулятора определены на основе опыта и знаний оператора процесса и технических сведений о протекании процесса гидрорастяжения.

Рисунок 4 Обобщенная структура АСУ ТП гидрорастяжения (условные обозначения: – задатчик ошибки формы;

– ошибка формы;

– давление жидкости во внутренней полости заготовки;

– давление жидко сти в рабочих цилиндрах пресса;

– скорость движения траверсы пресса;

и – рассчитанные управляющие воздействия;

,, – корректирую щие управляющие воздействия) На основе опыта и знаний оператора процесса были получены некоторые из правил:

«при искажении формы типа «бочка» необходимо повышать скорость перемещения траверсы пресса»;

«при искажении формы типа «корсет» необходимо повышать давление жидкости в внутренней полости заготовки»;

«процесс управления предпочтительнее вести при небольшом искаже нии формы типа «бочка»»;

«исправлять искажения формы типа «корсет» сложнее, чем искажение типа «бочка»».

Разработан состав АСУ ТП гидрорастяжения, полностью отвечающий тре бованиям функциональной и структурной схемам АСУ ТП гидрорастяжения.

Разработанная система бесконтактного измерения диаметра и формы коль цевой заготовки, базирующаяся на методе разностного измерения диаметров заготовки с применением современных лазерных дальномеров бесконтактного действия фирмы Dimetix, установленных на автономные подвижные площадки, позволила с большой точностью измерять диаметры и форму кольцевой заго товки и компенсировать перемещения сомой заготовки вместе с частями прес са во время процесса гидрорастяжения и изменения геометрических параметров заготовки.

Разработанный алгоритм управления ТП гидрорастяжения позволяет каче ственно управлять ТП гидрорастяжения с возможностью комбинирования ре жимов управления между ручным и автоматическим, а также выводом состоя ния ТП гидрорастяжения в удобной для оператора форме и записью параметров процесса, что позволяет существенно облегчить труд оператора процесса гид рорастяжения. Разработанный алгоритм автоматического управления ТП гид рорастяжения в рамках алгоритма управления процессом позволяет осуществ лять качественное управления ТП гидрорастяжения в автоматическом режиме, что способствует повышению качества выпускаемой продукции и снижению утомляемости оператора процесса из-за длительного монотонного труда, так как процесс гидрорастяжения может занимать до нескольких часов.

а б 3, мм, мм 0 -3 - 0 40 80 120 160 200 0 40 80 120 160 t, с t, с в, мм - 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 t, с Рисунок 5 Диаграммы переходных процессов В ходе тестирования АСУ ТП гидрорастяжения методом компьютерного моделирования были произведены исследования работы системы при возник новении стандартных ситуаций ТП гидрорастяжения: появления искажений формы типа «бочка» и «корсет», а также моделирование полного процесса гид рорастяжения в автоматическом режиме. На рис. 5 приведены диаграммы пере ходных процессов искажения формы заготовки при различных производствен ных ситуациях.

На рисунке 5,а и 5,б приведены диаграммы переходных процессов иска жения формы заготовки в режимах исправления искажения формы заготовки типа «бочка» и типа «корсет» соответственно. Искажение формы типа «корсет»

происходит медленнее, чем искажение формы типа «бочка», так возникает опасность разгерметизации внутренней полости заготовки. Также наблюдается стремление переходных процессов к «небольшому» искажению формы заго товки типа «бочка», что соответствует предпочтительному режиму ведения процесса гидрорастяжения, так исправление искажения формы типа «бочка»

проще, чем искажение формы типа «корсет». На диаграмме полного процесса гидрорастяжения (рис. 5в) наблюдается постепенное стремление заготовки к искажению формы типа «корсет», что вызвано увеличивающимися механиче скими свойствами заготовки и неспособностью НСВД закачать необходимый объем жидкости во внутреннюю полость заготовки. Несмотря на данный факт, отклонение формы кольцевой заготовки от цилиндрической остается в допус тимых пределах.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Разработана математическая модель процесса гидрорастяжения крупно габаритных кольцевых заготовок, учитывающая влияние основных технологи ческих параметров и сложность формы заготовки на ее точность и качество и позволяющая определить формоизменение заготовки и степень накопленной деформации в материальных точках по объему заготовки с большой точностью.

Математическая модель позволила выявить значительную неоднородность (в пределах 20…30 %) распределения деформации по объему заготовки.

2. Разработана имитационная модель ТП гидрорастяжения, позволяющая впервые в заводской практике, осуществить проектирование ТП и прогнозиро вание механических свойств бандажных колец, а также ставшая основой для разработки концепции построения, моделирования и исследования АСУ ТП гидрорастяжения.

3. Разработана система бесконтактного измерения внешнего диаметра и формы кольцевой заготовки, использующая метод разностных измерений в различных сечениях по высоте заготовки и объединенная в обособленный контур управления, что позволяет идентифицировать форму заготовки с боль шой точностью независимо от изменения ее положения и не влиять на динами ку работы основной части АСУ ТП гидрорастяжения.

4. Разработана концепция АСУ ТП гидрорастяжения, которая заключается в комплексной многорежимной и многоканальной автоматизации ТП гидрорас тяжения, разработке многосвязной совокупности информационно измерительных, управляющих и функционально-технических подсистем, и пе редачей управляющих функций от квалифицированного оператора ТП автома тике, организованной на основе современных информационных технологий, что способствовало в создании эффективной АСУ ТП гидрорастяжения, обла дающей расширенными техническими возможностями по обеспечению ТП гидрорастяжения и вспомогательных технических операций.

5. Разработан алгоритм функционирования АСУ ТП гидрорастяжения кольцевых заготовок, который базируется на принципе ситуационного управ ления с использованием методов нечеткой логики обработки информационных потоков, позволяющий организовать управление процессом гидрорастяжения в условиях параметрических неопределенностей и обеспечить близкие к опти мальным в смысле технико-экономических критериев технологические режи мы.

6. Практическое использование разработанной автоматизированной сис темы управления процессом гидрорастяжения бандажных колец позволит оп тимизировать (стабилизировать) механические свойства и повысить надеж ность колец, сократит брак, улучшит условия труда и повысит безопасность об служивающего персонала, повысит производительность процесса.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В рецензируемых журналах из списка ВАК 1. Производство бандажных колец мощных турбогенераторов: технология и управление / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Фундаментальные исследования.

2011. № 12 (ч. 1). С. 96–101. Доступно в Интернет:

www.rae.ru/fs/?section=content &op=show_article&article_id=7981424.

Патент 2. Радиально-поршневая гидромашина многократного действия:

пат. № 2341683 Рос. Федерация: МПК F 04 B 1/04 / А. А. Вакалюк, В. М. Тау гер, А. В. Ефимов;

заявитель и патентообладатель Государственное образова тельное учреждение высшего профессионального образования «Уральский го сударственный университет путей сообщения» (УрГУПС). – 2007117414/06;

за явл. 10.05.2007;

опубл. 20.12.2008.

В других изданиях 3. Интеллектуальная система управления процессом гидрорастяжения / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Мехатроника, автоматизация, управление: ма тер. 2-й Рос. мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электро прибор», 2008. С. 181–184.

4. Применение гибридных методов управления процессами изотермиче ского прессования / Б. М. Готлиб, В. С. Тарасян, А. А. Вакалюк // Механика и автоматика. Белосток: Белостокск. техн. ун-ет, 2008. № 4. С. 16–18. (Статья на англ. яз.).

5. Математическая модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок большого диаметра / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк // Краевые задачи и матема тическое моделирование: тематич. сб. науч. ст. Новокузнецк: КемГУ, 2010. Т. 1.

С. 68–74.

6. Имитационная модель процесса гидрорастяжения кольцевых заготовок / Б. М. Готлиб, А. А. Вакалюк, И. Н. Крещенко // Мехатроника, автоматизация, управление: матер. 3-й мультикоф. по проблемам управления. СПб.: ГНЦ РФ «Электроприбор», 2010. С. 140–143.

7. Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения бандажных колец большого диаметра / А. А. Вакалюк // Вестник Тульского го сударственного университета. Автоматизация: проблемы, идеи, решения: ма тер. Междунар. науч.-техн. конф. «АПИР-15». 2010. Ч. 2. С. 61–65.

8. Автоматизированная система управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок / А. А. Вакалюк // Наука, технологии, инновации: матер. Всерос. науч. конф. молодых ученых. Новосибирск: НГТУ, 2010. С. 250–251.

9. Автоматизированная система моделирования и управления процессом гидрорастяжения крупногабаритных кольцевых заготовок / А. А. Вакалюк // Актуальные проблемы в науке и технике. Т. 4. Машиностроение, электроника, приборостроение: сб. тр. 5-й Всерос. зимн. шк.-сем. аспирантов и молодых уче ных. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 42–47.

10. Система управления процессом гидрорастяжения на основе методов нечеткой логики / А. А. Вакалюк, Б. М. Готлиб // Вычислительная техника и информационные технологии: межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2011. С. 63–67.

Диссертант А. А. Вакалюк ВАКАЛЮК Андрей Александрович АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ГИДРОРАСТЯЖЕНИЯ БАНДАЖНЫХ КОЛЕЦ БОЛЬШОГО ДИАМЕТРА НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКИХ АЛГОРИТМОВ Специальность: 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (в промышленности) АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Подписано в печать 24.02.12 г. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать ризографическая. Тираж 120 экз. Заказ 633.

Гарнитура «TimesNewRoman». Отпечатано в типографии «ПЕЧАТНЫЙ ДОМЪ» ИП ВЕРКО.

Объем 1 п.л. Уфа, Карла Маркса 12 корп. 4, т/ф: 27-27-600, 27-29-

 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.