КОНТРОЛЬ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПЛАЗМЕННОЙ ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ПОРОШКОВ
Аннотация: В статье предлагается порядок проведения полнофакторного плана эксперимента с целью определения уравнений регрессии для дисперсности и производительности порошка, которые позволяют определять оптимальные параметры автоматизированной плазменной электротермической установки для получения ферромагнитного порошка строго заданной дисперсности и производительности. Были проведены оценка значимости максимального и минимального средних значений выходного параметра в отдельных опытах по критерию Стъюдента, проверка однородности построчных дисперсий по критерию Кохрена, проверка гипотезы адекватности модели по критерию Фишера.
Ключевые слова: Плазма, физика плазмы, система автоматизированного управления
Известные способы получения ферромагнитных порошков отличаются сложностью и имеют низкую производительность. Последние годы интенсивно ведутся работы, направленные на совершенствование известных и создание новых методов получения ферромагнитных порошков. Плазмохимический электроэрозионный метод диспергирования металлов является одним из передовых методов.
Сочетанием управляющих воздействий на параметры технологического процесса можно устанавливать разнообразные режимы получения ферромагнитных порошков и обеспечения качества и требуемых оптимальных свойств. Варьируемыми управляющими параметрами при этом могут быть: межэлектродное расстояние, сила тока, общее напряжение, диаметры металлического электрода. Анализ взаимосвязи параметров плазменной электротермической установки (ПЭТУ), параметров разряда и показателей качества порошка показал, что однородности геометрических размеров частиц можно достичь путем подбора оптимальных значений напряжения разряда, межэлектродного расстояния и силы тока (рисунок 1).
Рис. 1 - Зависимость показателей техпроцесса от параметров ПЭТУ.
Сложность технологического процесса приводит к необходимости наличия автоматического и полуавтоматического режимов с функцией остановки, которая дает возможность прерывать процесс для сбора полученного порошка и замены электрода. Для управления плазменной электротермической установкой обычно применяют мини-ЭВМ или специальные микропроцессорные цикловые устройства, оптимизированные для автоматизации ТП.
Микропроцессорное СУ отличается наличием МП - электронных компонентов, которые в отличие от других электронных компо нентов не обладают фиксированным набором функций. Его харак теристики определяются во время проектирования системы с по мощью процесса, называемого программированием.
Первый шаг цикла проектирования системы включает определение набора требований пользователей. Требования пользователей опре деляют, что пользователь хочет от системы и что она должна или не должна де лать.
После выявления этих требований разрабатывается функциональ ная спецификация. Она включает описание форматов сигналов на входе и на выходе, а также внешние условия, управляю щие действиями системы.
Следующим шагом является проектирование системы на основе функциональной спецификации.
Функциональная спецификация включает:
а) описание форматов сигналов ( на входе и выходе)
б) внешние условия, управляющие действиями системы
в)перечень функций аппаратных и программных, которые должна выполнять МП система для реализации функций объекта управле ния.
Для системы с МП требуется проектирование как аппаратных, так и программных средств. Необходимо определить аппаратную и программную конфигурации, определить из каких частей должна состоять система и как эти части должны быть взаимосвязаны. Аппаратная часть проектируется с использованием стандартной методологии проектирования аппаратуры. Программное обеспечение строится путем преобразования алгоритма (формального описания функционирования) в язык программирования МП. Цикл проектирования программных и аппаратных средств может ид ти параллельно.
После того как определена функциональная спецификация, стро ят предварительный набросок, начальный проект системы, путем декомпозиции системы на модули. Функциональное назначение мо дулей и их состав определяют из функциональной спецификации.
Как только система расчленена на модули, надо отделить аппа ратные модули от программных. Аппаратные модули проектируются и реализуются с использованием стандартных электронных компо нентов. Программные модули разбиваются на множество процедур, каждая из которых соответствует отдельной функции (подфунк ции).
Построенная таким образом структура системы, должна соот ветствовать функциональной спецификации и называется функцио нальной моделью системы.
Функциональная схема ПЭТУ представляет собой двухконтурную систему управления с независимыми контурами управления: напряжением и током разряда (рисунок 2). Это позволяет производить независимую настройку электротехнологических параметров процесса получения порошка и отрабатывать различные модели оптимального управления процессом.
Рис. 2 - Функциональная схема автоматизированной плазменной электротермической установки: РК - разрядная камера; ПН - преобразователь напряжения; КН - контроллер напряжения; ДН - датчик напряжения; ДТ - датчик тока; КТ - контроллер тока.
На основе полученных экспериментальным путем уравнений регрессии зависимостей дисперсности и производительности порошка возможно определение оптимальных электротехнологических параметров автоматизированной ПЭТУ для получения ферромагнитного порошка строго заданной дисперсности (D, мкм) и производительности (P, г/ч).
где х1 –межэлектродное расстояние;
х2 – ток дуги плазмотрона
х3 – площадь торцевой поверхности металлического электрода (S, см2 )
Динамические процессы в элементах, входящих в систему, описываются дифференциальным уравнением, на основании которого рассчитываются передаточные функции и получаются переходные характеристики, определяющие качество системы автоматического управления (САУ) ПЭТУ. Исследуемыми параметрами являются постоянные времени и коэффициенты передачи блоков САУ ПЭТУ. Полученный блок схемы контуров САУ ПЭТУ и соответствующие им переходные характеристики показаны на рисунках 3-6.
Рис. 3 – Блок-схема контура управления напряжением
Рис. 4 – Переходная характеристика контура управления напряжением
Рис. 5 – Блок-схема контура управления током
По графикам переходных процессов видно, что скорость изменения переходной характеристики и время переходного процесса удовлетворяет показателям качества технологического процесса получения ферромагнитных порошков.
Разброс дисперсности ферромагнитного порошка однозначно связан с граничными условиями параметров установки, которые определяются межэлектродным расстоянием, силой тока, диаметром металлического электрода и общим напряжением. Для выполнения требований технологического процесса время переходного процесса должно быть: tПП ≤ 3Т, где Т = 0,3(d/v), d – диаметр анода (5 - 10 мм); v - скорость перемещения анода относительно катода (0,5 мм/с).
Рис. 6 – Переходная характеристика контура управления напряжением
Передаточная функция разрядной камеры имеет следующий вид:
где YРК – переменная звена (разрядная камера) входящего в подсистему регулирования по току; ХЭЛ,ПРИВОД - переменная звена (электрический привод) входящего в подсистему регулирования по току .
Полученные временные характеристики и передаточные функции подсистем регулирования по напряжению и току, позволяющие проследить по времени реакцию системы на изменение энергетических параметров процесса плазменного распыления и определить ее устойчивость.
Литература
1. Ахметсагиров Р.И. Система автоматизированного управления плазменной установкой для производства порошковых материалов: Дисс. … канд.техн.наук. – Набережные Челны, 2006. – 132 с.
2. Валиев Р.И., Гайсин Ал.Ф., Гайсин Ф.М., Гумеров А.З., Насибуллин Р.Т., Садриев Р.Ш., Саримов Л.Р., Хафизов А.А. Некоторые особенности получения мелкодисперсных порошков оксида железа в низкотемпературной плазме электрического разряда с жидким катодом // Известия вузов. Физика. -2014. - №3/3. – с. 66-69.
________________________________________________________________
Akhmetsagirov.R.I. candidate of technical Sciences, assistant professor, Naberezhnye Chelny Institute of Kazan (Volga region) Federal University
Nasibullin.R.T. candidate of technical Sciences, Naberezhnye Chelny Institute of Kazan (Volga region) Federal University
THE CONTROL PARAMETERS OF AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF THE PLASMA ELECTROTHERMAL INSTALATIONS FOR THE PRODUCTION OF FERROMAGNETIC POWDERS
Abstract: The article suggests the procedure of realization of full factorial experiment plan to determine regression equations for the dispersion and productivity of the powder, which allow to determine the optimal parameters of the automated electro-thermal plasma apparatus for producing ferromagnetic powder is strictly specified dispersivity and productivity. Were conducted to estimate the significance of the maximum and minimum average values of the output parameter in separate experiments for the criterion of student, test of homogeneity of row-based dispersions according to the criterion of Cochrane, hypothesis testing model adequacy by Fisher's criterion.
Key words: Plasma, plasma physics, automatic control system
УДК 621.315.17
Санакулов А.Х., кандидат технических наук, доцент, Набережночелнинский институт ФГАОУ ВО «Казанский (Приволжский) федеральный университет».
|
