CC BY
68
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
УДК 621.777
Довженко Н.Н., Сидельников С.Б., Пещанский АС., Беляев С.В., Широков ПО.,
Лапаев ИИ, Барков Н.А, Киселев АЛ.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ПРЕССОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ ИЗ СПЛАВОВ АЛЮМИНИЯ И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ УСЛОВИЯХ
Разработанные технические решения по созданию элементов АСУ ТП для полунепрерывного и непрерывного прессования профилей из алюминиевых сплавов защищены патентами РФ [1, 2].
Применение данных технических решений предусматривает создание комплексных моделей по расчету технологических и энергосиловых параметров прессования. Одним из важных направлений исследования является получение пресс-изделий для электротехнических целей из новых сплавов алюминия с переходными и редкоземельными металлами, в том числе методами совмещенной обработки [3].
АСУ ТП полунепрерывного прессования [1] включает в себя:
• управляющую ЭВМ;
• датчики и регуляторы температуры нагрева;
• датчик и регулятор температуры нагрева заготовки;
• датчик и регулятор температуры нагрева прес -сового инструмента;
• датчик и регулятор скорости прессования;
• пирометр;
• датчик и регулятор скорости охлаждения прес -сового инструмента;
• дефектоскоп;
• блок реологии;
• датчик давления в главном цилиндре;
• датчик положения прес с-штемпеля.
Управляющая ЭВМ реализует следующий набор
моделей:
• модель изменения усилия прессования и выходной температуры в зависимости от основных технологических параметров прессования;
• модель определения оптимальной скорости прессования.
Одним из ключевых отличий представленной схемы АСУ ТП от аналогов является наличие блока реоло -гии. В нем на основе показаний сигналов, поступающих с датчиков, регистрирующих изменение давления в главном цилиндре пресса в зависимости от текущего положения прес с-штемпеля, вычисляется текущее сопротивление деформации прессуемого металла.
Для этого используют формулу ИЛ. Перлина для
расчета усилия прессования [4], по которой можно найти напряжение трения на поверхности контейнера:
_ = (Ртах - Р )
кр л-Бк -ДЬ’
где Бк - диаметр контейнера; ДЬ = Ьтих - Ьх.
С другой стороны, по закону Зибеля напряжение трения равно
Ткр = Икр ,
где ає - сопротивление металла деформации; ^ -
коэффициент трения.
Тогда
^ = (Ртах - Р )
5 (Мкр-л-Бк - ЛЬ)
Таким образом, значение сопротивления деформации прессуемого металла во время прессования постоянно уточняется с помощью данных, непрерывно поступающих в управляющую ЭВМ.
Структурная схема управления системы представ -лена на рис. 1, при этом ее можно отнести к схемам управления с активной обратной связью.
Система функционирует следующим образом. Перед началом прессования нового профиля в управляющую ЭВМ технологом или оператором пресса вводится исходный массив технологических параметров Х(1).
Управляющая ЭВМ с учетом статистической базы данных ранее освоенных профилей определяет оптимальную скорость прессования для данного профиля (уопт). Данное значение оптимальной скорости прес -сования передается в блок интерфейса и отображается на АРМ оператора гидравлического пресса. Значение скорости прессования упресс может устанавливаться оператором пресса вручную или определяется автоматически, как 0,8 уопт.
Управляющая ЭВМ с помощью датчиков и регуляторов температур нагрева заготовки и прессового инструмента (см. рис. 1) обеспечивает их нагрев до требуемых температур, после достижения которых нагретая заготовка подается к гидравлическому прессу. Далее
включается регулятор принудительного охлаждения прессового инструмента и начинается процесс прессования. В ходе прессования сигналы с датчиков давления в главном цилиндре пресса Р(?) и текущего положения
пресс-штемпеля h(t) поступают в блок реологии, в котором вычисляется текущее сопротивление деформации прессуемого металла • Данное значение во время прессования в режиме реального времени непрерывно передается в управляющую ЭВМ, где сравнивается со значением сопротивления деформации , рассчитанным по уравнению реологии. В случае расхождения значений aS! и корректируется реологический коэффициент А для того, чтобы полностью устранить это расхождение, а затем уточняется оптимальная скорость прессования vonT.
В ходе процесса прессования корректируется скорость прессования vnpecc по выходной температуре профиля на выходе из канала матрицы. Сигнал с датчика выходной температуры профиля ©изД(0 во время прессования в режиме реального времени непрерывно передается в управляющую ЭВМ и сравнивается с рассчитанной температурой профиля [5, 6]. Величина расхождения температур пресс-изделия Д0изд передается в модель принятия решений, где в случае существенного расхождения вырабатывается управляющее воз -действие U(t) для изменения скорости прессования или режима принудительного охлаждения прессового инструмента, чтобы полностью устранить это расхождение.
Во время прессования дефектоскоп непрерывно сканирует выходящие пресс-изделие и при возникновении дефектов p(s) посылает сигнал в управ -ляющую ЭВМ и на пульт опе-
Рис. 1. Структурная схемауправления системы
235
LO
► 1
. 47 .
Гч1
го
28.96
ч У* 1_Г> сч
і А—і
57.93 ,
б в
Рис. 2. Эскизы нормалей профилей КП 1ЗЗ6 (а), КП 45З1З-1(б), КП 45З60 (в)
ратора. Принцип действия дефектоскопа основан на методе вихревых токов, заключающемся в возбуждении вихревых токов в локальной зоне контроля и регистрации изменений электромагнитного поля вихревых токов, обусловленных дефектом и электрофизическими свойствами объекта контроля.
Аналогичную структуру и схему управления имеет устройство для непрерывной прокатки и прессования [2], которое целесообразно использовать для получения длинномерных пресс-изделий из алюминиевых сплавов в непрерывном режиме.
Элементы АСУ ТП, описанной выше, прошли промышленную апробацию на Красноярском литейнопрессовом заводе (ООО «ЛПЗ «Сегал»), при этом были выбраны три типовых системных профиля: КП 1336, КП 45313-1, КП 45360 (рис. 2). Все представ ленные профили изготавливают из сплава АД31, они входят в систему профилей и используются в качестве элементов светопроницаемых конструкций.
Для отработки технологических режимов данные профили прессовали на прессе усилием 25 МН с диаметром контейнера 225 мм (рис. 3, а). Перед началом промышленной апробации пресс был оснащен опти-
ческим пирометром, контролирующим температуру выходящего профиля (рис. 3, б).
Для каждого из приведенных выше профилей были рассчитаны максимально возможные скорости прессования [5], обеспечивающие требуемое качество пресс-изделий. Рассчитанные максимальные скорости были сопоставлены с текущими скоростями прессования, которые рекомендованы технологическими инструкциями. Результаты сопоставления представлены в таблице.
Как видно из таблицы, текущая скорость прессования значительно ниже рассчитанной максимальной скорости. Для каждого профиля в зависимости от класса сложности была выбрана новая скорость прес -сования, составляющая 75-85% от максимальной, и проведён ряд опытных прессовок. В ходе опытных прессовок на пульте пресса фиксировалась скорость (рис. 4, а) и температура выходящего пресс-изделия (рис. 4, б). После окончания опытной прессовки температура профиля, замеренная с помощью пирометра, сопоставлялась с температурой, рассчитанной по модели. Качество полученных пресс-изделий оценивалось заводским ОТК.
Рис. 3. Гидропрессовая установкаусилием 25 МН (а) и прессуемые профили (б)
Рис. 4. Фиксация скорости прессования (а) и температуры выходящего пресс-изделия (б)
Сопоставление максимальной и текущей скорости прессования
В результате опытных прессовок на повышенных скоростях доля брака не выросла, полученные пресс -изделия соответствовали всем техническим условиям, при этом длительность цикла прессования снизилась в среднем на 6,4%. По итогам промышленной апробации было принято решение внедрить элементы АСУ ТП, описаннойвыше, впроизводственныйпроцесс, что поз -волило увеличить производительность прессового оборудования в среднем на 5% и выход годного на 0,2%.
Результаты исследований используются при разработке технологии прессования прутков для производства электропроводов с заданным уровнем механических и электрофизических свойств в соответствии с договором Минобрнауки России № 13.G25.31.0083 по созданию высокотехнологичного производства по теме «Разработка технологии получения алюминиевых сплавов с редкоземельными, переходными металлами и высокоэффективного оборудования для производства электротехнической катанки».
Список литературы
1. Пат. 71570 РФ. Устройсгводля прямого прессования профилей / Беляев С.В., Сидельников С.Б, Довженко И.Н. и др. Опубл. 20.03.2008. Бюл. № 8.
2. Пат. 101390 РФ. Устройство для непрерывной прокатки и прессования /Беляев С.В., СидельниковС.Б, ДовженкоИ.Н. и др. Опубл.: 20.01.2011. Бюл. № 2.
3. Сидельников С.Б., Довженко Н.Н. Загиров Н.Н. Комбинированные и совмещенные методы обработки цветных металлов и сплавов: монография. М.: МАКС Пресс, 2005. 344 с.
4. ПерлинИ. Л., РайтбаргЛ.Х. Теория прессования металлов. М.: Металлургия, 1995. 336 с.
5. Прессованиеалюминиевыхсплавов: моделирование и управление тепловыми процессами / Довженко Н.Н., Беляев С.В., СидельниковС.Б. и др. Красноярск: Сиб. фед. ун-т, 2009. 208 с.
6. Повышение эффективности производства профилей из алюминиевых сплавов на основеуправления тепловыми условиями процесса прессования / БеляевС.В., Довженко Н.Н., Сидельни-ков С.Б. и др. // Журнал Сиб. фед. ун-та. 2009. № 4. С. 418-426.
Bibliography
1. Russian federation patent № 71570 RF. Device for direct extrusion / Belyaev S.V., Sidelnikov S.B., Dovzhenko I.N., etc.
Published 20.03.2008. Newsletter № 8.
2. Russian federation patent № 101390 RF. Device for direct extrusion / Belyaev S.V., Sidelnikov S.B., Dovzhenko I.N., etc.
Published 20.01.2011. Newsletter № 2.
3. Sidelnikov S.B., Dovzhenko N.N., Zagirov N.N. Combined and complex methods of forming of non-ferrous metals and alloys: monograph. M.: MAX Press, 2005. 344 p.
4. Perlin I.L., Raytbarg L.H. Theory ofmetal extrusion. М.: Metallurgy, 1995. 336 c.
5. Extrusion of aluminium alloys: Modelling and control of thermal processes / Dovzhenko N.N., Belyaev S.V., Sidelnikov S.B., etc. Krasnoyarsk: Siberian Federal University, 2009. 208 p.
6. Improving the efficiency of production of aluminium alloys on the basis of control of thermal conditions of compaction process / Belyaev S.V., Dovzhenko N.N., Sidelnikov S.B., etc. // Journal of Siberian Federal University. 2009. № 4. P. 418-426.
Шифр профиля Максимальная скорость прессования, мм/с Текущая скорость прессования, мм/с Отклонение А, %
КП 133б б,3 4,5 28,5
КП 45313-1 8,1 5,4 32,1
КП 453б0 5,б 3,2 42,8
УДК 681.3.06:330.4 Зверева М.С.
ВОПРОСЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОПТИМАЛЬНОГО ВЫБОРА С УЧЕТОМ РИСКА
В последнее время деятельность, связанная с управлением риском, стала новым направлением профессиональной деятельности, суть которой сводится к выявлению ситуаций риска, возникающих в процессе деятельности, выбору подходящей оценки риска, разработке и реализации мер по снижению уровня риска.
Понятие «ситуация риска» можно определить как сочетание, совокупность различных обстоятельств и условий, создающих определенную обстановку для возникновения того или иного неблагоприятного события [1]. Возникновение неблагоприятного события может привести к тому, что система не достигнет ожидаемого результата своей деятельности. Поэтому в основе выбора оценки риска возникновения такого события лежит выбор меры, определяющей возможные потери или ущерб в виде некоторой функции
ущерба или потерь. Управляющее воздействие на риск представляет собой такую стратегию системы, которая приводит к уменьшению ущерба или потерь, т.е. риска. Стремление получить желаемую прибыль, минимизируя при этом риск, связано с обработкой различного рода информации, связанной, например, с ценой на товар, спросом и др.
Лица, принимающие решения (ЛПР), избегающие риска, при нахождении своего оптимального набора товаров, как правило, затрудняются в выборе типа модели, учитывающей как эффективность, так и риск. Рассмотрим и проанализируем две возможные модели выбора оптимального набора товаров, описывающие коррелированные случайные процессы. Например, при выпуске бензина разных марок на одном предприятии неблагоприятное случайное событие (в эко-
