Этапы автоматизации, виды систем

Способы преобразования электрической энергии в тепловую. Основные принципы построения и классификация систем управления. Состав электрических подсистем ЭТУ и соответствующие переменные состояния ЭТУ, подлежащие автоматическому регулированию. Оптимальные и адаптивные системы автоматического управления и регулирования.

 

Способы преобразования электрической энергии в тепловую определяют назначение и особенности работы основных видов ЭТУ.

1) Электрические печи сопротивления. Предназначены для термообработки материалов и подготовки их к пластическим деформациям.

ЭПС могут работать в двух режимах:

а) быстрый разогрев;

б) выдержка заданной температуры.

Частичный подогрев используется при охлаждении заготовок, если в условиях отключения установки остывание идёт очень быстро. Следовательно, важнейшие показатели работы печей сопротивления - это максимально подводимая мощность при регулировании температуры. Качество переходного процесса не является критичным.

Основными задачами синтеза САУ ЭПС является разработка программных устройств во внешнем контуре управления, выбор регуляторов и структуры системы регулирования и настройка параметров устройств внутреннего контура.

2) Индукционные ЭТУ.

  Основные их виды: плавильные и нагревательные.

В плавильных печах используется режим максимально подводимой мощности при расплаве и регулировании температуры в определенный период времени для обработки материала.

 Плавильные печи бывают:

- тигельные;

- специальные бестигельные (зонная плавка, выращивание монокристаллов, канальный переплав).

Печи индукционного нагрева бывают:

- печи комплексной термообработки, обеспечивающие законченный характер технологического процесса, в котором важно обеспечить форму температурного поля и выдержку заданной температуры;

- кузнечно-индукционные нагреватели. В таких печах необходимо обеспечить минимальное время нагрева, максимальную температуру не более допустимой, минимальная температура в любой части заготовки должна быть более допустимой минимальной температуры;

- установки для нагрева под пластическую обработку, как часть технологического комплекса «Кузнечный автомат». В установке реализуются следующие функции:

а) управление загрузкой и перемещение заготовок внутри установки, а также выгрузкой;

б) регулирование электрорежимом нагревателя (ограничение тока, обеспечение Uнагр постоянным, поддержание коэффициента мощности);

в) быстрый выход на заданную температуру и обеспечение ее постоянства;

- высокочастотные ЭТУ. Применяются при небольших площадях нагрева, сварки или наплавки. Их особенность: специальные устройства в канале обратной связи, так как необходимо, но очень сложно определить переменные: температуру в очаге сварки, сопротивление индуктора, магнитное поле индуктора в очаге сварки.

В индукционных установках применяются такие источники питания, как электромашинный ПЧ, ТПЧ, ламповый генератор. При управлении индукционными установками большая роль отводится регулировочным характеристикам источников питания для обеспечения точности поддержания U, f, I, при этом большое значение имеет регулирование коэффициента мощности.

  3) Дуговые плавильные установки. Применяются для получения качественных сталей и сплавов.

Для любых видов этих установок (сталеплавильные, рудно-термические и электрошлаковые печи) важно обеспечить максимум выделяемой мощности при допустимом токе. В системах САУ дуговыми ЭТУ важно компенсировать возмущающее воздействие путем настройки САУ перемещения электродов и дозирования электроэнергии. Для них широко применяется ЭВМ.

- рудотермические печи:

     а) рудоплавильные (без проведения химических реакций, но с управлением количеством выделяемого тепла);

     б) рудовосстановительные. Применяются для получения чугуна, ферросплавов, возгонки фосфора, карбида кальция.

            Существует 3 вида рудовосстановительных печей:

1) с концентрацией энергии в реакторной зоне (закрытая дуга);                                              2) с выделением энергии в массе шлака;

3) с выделением энергии на поверхности ванны (открытая дуга и горящие колошнеки).

       Для рудотермических печей характерно:

- регулируемое направление питания;

- наличие устройства для перемешивания металлов (магнитное поле);

- наличие привода перемещения электродов;

- наличие устройства шихтоподачи с регулированием скорости;

- наличие установки слива конечного продукта;

- важно обеспечение взаимосвязи работы всех этих подсистем, а также обеспечение максимума выделяемой мощности при допустимом токе трансформатора.

- электрошлаковые печи (теплота выделяется в ванне шлака).

 4)  Вакуумные дуговые печи

Характеризуются влиянием на процесс магнитного поля. Управление: программное, для обеспечения скорости плавления, стабильности процесса и быстродействия установки.

 5) Электронно-лучевые, плазменные и лазерные установки

Основные вопросы САУ:

- управление выделяемой мощностью;

- формирование импульсных режимов;

- управление отклонением луча, что обеспечивается при комплексном управлении с применением ЭВМ.