Автоматизация технологических процесов

 Введение

Автоматизация - применение автоматических технических  средств и систем управления, освобождающих  человека частично или полностью  от непосредственного участия в  процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов или информации. Цель автоматизации - повышение производительности и эффективности труда, улучшение качества продукции, оптимизация планирования и управления, устранение человека от работы в условиях, опасных для здоровья.

 Совершенствование  технологического процесса литья, повышение уровня его автоматизации в настоящее время идёт по пути разработки оптимальных схем процессов, обеспечивающих сокращение количества операций, возможность автоматического контроля и управления параметрами процессов, создания соответствующего оборудования и разработки новых технических средств для контроля и управления, разработки методов управления с использованием современных возможностей вычислительной техники.

 С другой  стороны, весьма расширилась тематика, посвящённая специфическим методам решения задач управления литейным технологическим процессом. Это произошло благодаря тем очень широким возможностям, которые предоставляет современная вычислительная техника для решения сложных задач литейного производства (в том числе глубокая статистическая обработка различной информации, увязка процессов, далеко удалённых друг от друга во времени и пространстве, решение сложных динамических и тепловых задач).

 В настоящее  время для описания структуры  и функционирования автоматических  систем используется много различных методов. Многие из них требуют глубоких знаний в области теории автоматического управления, электроники, вычислительной техники и доступны только для специалистов, работающих в этих областях.

 Поэтому  следовало выбрать такие способы описания, которые были бы доступны и понятны как для специалистов в области литейного производства, так и для специалистов в области автоматического управления, служили бы «языком общения» между ними. Функциональные схемы систем автоматизации хорошо описывают структуру систем автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации.

 Граф - схемы алгоритмов устройств дискретной автоматики наглядно представляют функционирование этих устройств. Они удобны для описания дискретных систем управления различными установками и устройствами.

В настоящее  время происходит «смена» основ  управления. В промышленности сложилась  такая ситуация, что в производстве используется оборудование и приборы, разработанные и созданные как до периода интенсивного использования вычислительной техники, использующее для решения задач управления «жёсткие» электрические (контактные и бесконтактные), пневматические и гидравлические схемы, и регуляторы, скомпонованные из таких схем и механических узлов, так и использующие современные программные средства управления, например программируемые контроллеры. И на производстве, и в литературе есть примеры использования того и другого.

1. Технологическая схема участка

На рис.1 приведена  схема автоматической формовочной  линии: два формовочных автомата 1, бункеры для смеси 2 (над автоматами Б1 и Б2 и бункер для излишков смеси Б3, из которого неиспользованная смесь возвращается в систему приготовления смеси). Над бункерами расположен ленточный транспортер 3 – (рис.1 а вид сверху) с тремя плужками 4 (П1 – П3), которые при опускании на транспортер сбрасывают с него смесь в расположенные ниже бункеры. Причем плужок П3 имеет посередине щель, поэтому он пропускает часть смеси в следующий бункер. Приводы плужков 5 включают асинхронный двигатель, редуктор и винтовую передачу. Они поднимают или опускают соответствующие плужки. Каждый двигатель управляется двумя контакторами, один из которых включается для опускания плужка вниз (Н), а другой – для подъема вверх (В).

Сигналы на опускание  или подъем плужков вырабатываются от уровнемеров 6 (LE1 – LE4), контролирующих верхние и нижние уровни смеси в бункерах Б1 и Б2. Уровнемеры при наличии смеси вырабатывают логические сигналы (1 – есть смесь и 0 – нет смеси в месте их установки в бункере).

Задачу логического  управления плужками записываем в виде таблицы соответствий, в которой  указывается, какое положение (нижнее – Н или верхнее – В) должен принять каждый плужок при срабатывании тех или иных уровнемеров, или какой контактор соответствующего уровнемера следует включить.

 

Режим	Сигналы уровнемеров				Положение плужков
	LE1	LE3	LE2	LE4	П1	П3	П2
1	0	0	0	0	В	Н	Н
2	0	1	0	0	В	В	Н
3	0	0	0	1	Н	В	В
4	0	1	0	1	В	Н	Н
5	0	1	1	1	Н	В	В
6	1	1	0	1	В	В	Н
7	1	1	1	1	В	В	В
8	0	0	1	1	Н	В	В
9	1	1	0	0	В	В	Н

 

 

Задача

Задача автоматического  управления исполнительными механизмами (ИМ) объекта, может иметь два варианта реализации:

Вариант 1. Обеспечение постоянного верхнего уровня формовочной смеси в расходных бункерах (слежение за верхним уровнем формовочной смеси в бункерах).

Вариант 2. Заполнение бункеров формовочной смесью до верхнего уровня после их опорожнения (слежение за объемом).

 

Решение задачи

В соответствии с поставленной задачей составим логические уравнения управления исполнительными механизмами.  Покажем математические преобразования на примере логического уравнения для управления первым плужком:

Аналогично  получим логические уравнения управления исполнительными механизмами оставшихся плужков:

 По полученным логическим уравнениям сформируем структуру управления в базисе «и», «или», «не».

Рис. 1.2. Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», плужок №1.

 

Рис. 1.3.  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», плужок №2.

 

Рис. 1.4  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», плужок №3.

Реализуем исполнительные механизмы.

Пневматический  привод.

Рис. 1.5.  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», пневматический привод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электрический реверсируемый электропривод.

 

Рис. 1.6. Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», электрический  привод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Привод тригерного типа.

 

 

Рис. 1.7.  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», триггерный  привод.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Решение задачи методом синтеза конечных автоматов.

Запишем решение  задачи, используя метод синтеза конечных автоматов.

 

 

Рис. 1.8.  Автоматный граф.

 

Запишем математическое описание автоматного графа.

 

Уравнения состояния  и уравнения перехода запишутся как:

 

Причем 

Уравнения выхода примут вид

 

Покажем граф, построенный на логических элементах.

 

Рис. 1.9  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», плужок №1, №3.

 

Рис. 1.10.  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не», плужок №2.

 

Функцию триггера, соберем по схеме:

Рис. 1.11.  Структура RS триггера.

Полная схема  управления плужками участка расходных  бункеров

 

 

 

Рис. 1.12.  Структура управления плужками участка расходных бункеров в базисе «и», «или», «не».

 

При последующем  моделировании в среде MATLAB были получены результаты, которые соответствуют таблице соответствий положения плужков относительно сигналов уровнемеров.

 

 

 

 

 

 

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта были решены все поставленные задачи в полном объеме.

Сформулированные  ранее алгоритмы обладают одинаковым функционалом, разница в формировании управляющих сигналов имеется только на этапе формирования заданий (сигналов управляющих входов), которые реализуются на основе таблицы Новикова. Дальнейший алгоритм формирования выходных сигналов задания на включение привода, а так же сигналов индикации, идентичны для всех трех плужков автоматической линии. Представим обобщенные схемы для релейного и триггерного типов управления ИМ, включающие все элементы, представленные в задании.

Обобщенная  триггерная схема управления автоматической линией будет так же состоять из блоков сигналов задания – задание на включение двигателей в данном случае формируется вручную, путем нажатия кнопки (подачи импульса на включение двигателя в заданном направлении). Так же имеется три идентичные подсистемы, отвечающие за формирование выходных параметров, (параметры аналогичны релейной схеме); блоки индикации текущего состояния плужков и блоки формирования задания на включение двигателей плужков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

1. Новиков В.П. Автоматизация литейного производства. Часть 1. Управление литейными процессами: Учебное пособие; изд. 2-е, стереотип. – М.: МГИУ, 2006. – 292 с.