Система автоматического управления процессом прессования профилей из алюминиевых сплавов
Изобретение относится к управлению процессом прессования профилей. Система автоматического управления процессом прессования профилей из алюминиевых сплавов имеет два уровня управления. Нижний уровень построен по алгоритмическому принципу на базе замкнутого контура и включает датчик скорости прессования, датчик положения силового исполнительного органа, датчик температуры профиля на выходе из очка матрицы и обобщенный регулятор скорости прессования и положения силового исполнительного органа. Верхний уровень включает модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования реальных кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, блок коммутации, блок формирования сигналов смещения кривой скорости прессования и блок логики, дающий разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий. Изобретение позволяет повысить качество поверхности прессованных изделий. 2 ил.
Изобретение относится к области регулирования процессом прессования профилей, в частности к адаптивным системам автоматического управления изотермическим процессом прессования профилей из алюминиевых сплавов.
Прессование - один из видов обработки давлением, в результате которого металл заготовки, находящейся в контейнере, под действием приложенных сил истекает через матрицу в виде пресс-изделия, имеющего длину, во много раз большую, чем размер поперечного сечения. Кинематическая схема истечения металла заготовки такова, что ее периферийные слои проходят большее расстояние и подвергаются более интенсивным сдвиговым деформациям, чем центральные. Такой характер истечения приводит к неравномерности деформационных условий. Неравномерность истечения усиливается также под действием трения между поверхностями обрабатываемого металла и инструмента, а также в результате неравномерности температуры по сечению и длине заготовки, образования дополнительного тепла в пластической зоне в процессе прессования и рассеивания его в окружающую среду. Таким образом, неизбежная при прессовании неравномерность деформации приводит к различию скоростей истечения металла по сечению заготовки, что в свою очередь вызывает возникновение значительных продольных растягивающих напряжений, которые ведут к снижению качества получаемых изделий. Основными параметрами процесса прессования являются температурный интервал пластической зоны и создаваемые в нем скорости взаимного перемещения элементарных объемов прессуемого металла, которые находятся в прямой зависимости от скорости прессования.
Известно, что температурный интервал пластической зоны можно стабилизировать путем соответствующего изменения скорости прессования. При горячем прессовании алюминиевых сплавов длительность процесса исчисляется минутами и даже десятками минут. Это дает возможность автоматически изменить по заданному закону скорость прессования в течение всего процесса и добиться практически изотермического ведения процесса, уменьшения неоднородности структуры и свойств пресс-изделия по его длине.
Известно, что показатель качества при прессовании задается в виде функциональной зависимости Vп=f(Z), при θ=const на выходе из матрицы и в зоне технологических ограничений, где Vп - скорость прессования, Z - длина выпрессованной части изделия, θ - температура прессования. Эту зависимость назовем изображающей траекторией ИТ(см. фиг.1). Следует особо отметить тот факт, что в силу сложных аналитических зависимостей, описывающих процесс, возможно получить их экспериментально при прессовании эталонных изделий и сохранить в памяти компьютера. (Готлиб Б.М. и др. Основы статической теории обработки металлов давлением. // Москва, "Металлургия", 1980, с.122-127).
Недостатком известного технического решения является то, что в качестве объекта управления рассматривают качество процесса прессования, которое по своей физической сути является многопараметрическим, априорно неопределенным, что делает невозможным его повышение и стабилизацию при алгоритмическом принципе управления.
Известно устройство, в котором осуществляется автоматическое регулирование температуры пресс-изделия на выходе из матрицы путем изменения скорости прессования по заданному закону. Расчетным и экспериментальными методами определяют изменение температуры поверхности профиля на выходе из матрицы при различных скоростях прессования. По полученным кривым определяют программу изменения скорости прессования по отдельным зонам движения пресс-штемпеля, на которые условно разбивают весь его путь, при этом программа аппроксимируется ступенчатым графиком.
Управление прессом, на котором осуществляется изотермическое прессование, производится с помощью управляющей вычислительной машины, например, УВМ М - 6000 и датчика температуры профиля (пирометра истинной температуры ПИТ). В модель объекта в виде диаграмм закладываются данные, отражающие скоростные режимы прессования. Запрограммированные значения температуры поступают на модель принятия решения и в блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, в который от датчика температуры профиля поступают сигналы о его фактической температуре и сравниваются с запрограммированными значениями. Данные о величине рассогласования названных значений температур и технологических значений параметров передаются в модель принятия решений, где определяется корректирующее воздействие на скорость прессования, которое через блок коммутации поступает в исполнительный орган пресса. Точность замера температуры составляет ±5°С, разброс температуры металла пресс-изделия, которую замеряли на длине 200 мм от выхода из канала матрицы, не превышал ±(6...7)°С (Райтберг Л.Х. Производство прессованных профилей // Москва, "Металлургия", 1984, с.44-47 - прототип).
Недостатками известного технического решения является то, что:
- изменение скорости прессования происходит ступенчато, что отрицательно сказывается на качестве процесса прессования;
- отсутствуют технологические ограничения на изменения скорости, в результате чего могут быть нарушены температурно-скоростные режимы прессования;
- температура прессованных профилей замеряется далеко от зоны пластических деформаций и при небольших скоростях прессования замер температуры на расстоянии нескольких десятков сантиметров от матрицы сильно сказывается на быстродействии системы.
Задачей предлагаемого к рассмотрению изобретения является создание системы, осуществляющей автоматическое регулирование температуры профиля на выходе из очка матрицы путем изменения скорости прессования Vп в функции длины Z выпрессованной части профиля по заданному закону Vп=f(Z)±ΔVп, где ΔVп - технологическое ограничение, рассчитанное для изометрического ведения процесса прессования.
Технический результат от использования изобретения заключается в повышении качества поверхности прессованных изделий.
Достижение вышеуказанного технического результата обеспечивается тем, что система автоматического управления процессом прессования профилей из алюминиевых сплавов, включающая модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля, датчик температуры профиля, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, блок коммутации, силовой исполнительный орган, имеет два уровня управления, при этом нижний уровень построен по алгоритмическому принципу на базе замкнутого контура и включает датчик скорости прессования, датчик положения силового исполнительного органа, датчик температуры профиля на выходе из очка матрицы и обобщенный регулятор скорости прессования и положения силового исполнительного органа, а верхний уровень включает модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования реальных кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, блок коммутации, блок формирования сигналов смещения кривой скорости прессования и блок логики, дающий разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий.
Выполнение системы с двумя уровнями управления обеспечивает возможность обратной связи по температуре профиля на выходе из очка матрицы, при этом на основании сравнения заданной и реальной температуры, измеряемой датчиком температуры, системой вырабатываются корректирующие сигналы, которые изменяют заданный закон изменения скорости прессования в заданных технологических пределах. Программное обеспечение решает проблему сравнения реальных кривых процесса с рассчитанными, заданными или полученными кривыми в результате экспериментальных исследований.
Значения разности температур профиля реальной и заданной кривой температуры Δθ реал. сравнивают с заданными отклонениями температуры Δθ зад., которые являются технологическими ограничениями по температуре. Верхний уровень управления определяет текущее качество процесса прессования, сравнивает его с эталонным значением и в функции разности принимает решение о коррекции скорости прессования с целью стабилизации реальной кривой температуры относительно заданной (желаемой) кривой. В том случае, если реальное (текущее) отклонение температуры профиля от заданного ΔUθ реал. равно заданному допустимому отклонению температуры профиля ΔUθ зад., в блоке логики формируются сигналы смещения кривой ΔUVсм. заданной скорости прессования в заданных программно-технологических ограничениях ±ΔVп, которые смещают заданную кривую скорости с целью стабилизации температуры профиля в зоне технологического ограничения ±Δθ, гарантирующего качество поверхности профиля. Значения разности ΔV реальной и ΔV заданной кривой скорости прессования создают условия формирования сигналов коррекции скорости прессования, которые воздействуют на обобщенный регулятор скорости прессования и положения силового исполнительного органа с целью изменения скорости прессования Vп по заданному закону, обеспечивающему постоянство температуры профиля.
Результат сравнения сигналов реального допустимого отклонения скорости прессования ΔUV и смещения кривой заданной скорости прессования ΔUVcм. в виде разности ΔUθ вводится в блок логики и, при достижении предельных значений скорости прессования (Vп=f(Z)+ΔVп или Vп=f(Z)-ΔVп)) и при ΔUVсм.≥ΔUVзад., блок логики дает разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий, переводит систему на ручное управление или отключает ее, если использование корректирующих воздействий не приносит ожидаемых результатов.
Структурная схема системы автоматического управления процессом прессования профилей представлена на фиг.2.
Система включает силовой исполнительный орган 2, модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля 10, датчик температуры профиля 6, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования 7, блок коммутации 8 и имеет два уровня управления, при этом нижний уровень построен по алгоритмическому принципу на базе замкнутого контура и включает датчик скорости прессования 4, датчик положения силового исполнительного органа 5, датчик температуры профиля на выходе из очка матрицы 6 и обобщенный регулятор скорости прессования и силового исполнительного органа 1, а верхний уровень включает модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля 10, блок формирования реальных кривых скорости прессования и температуры профиля 9, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования 7, блок коммутации 8, блок формирования сигналов смещения кривой скорости прессования 11, блок логики 12, дающий разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий 13.
Предлагаемая к рассмотрению система действует следующим образом.
Блок коммутации 8 текущую информацию о состоянии объекта управления 3 в реальном масштабе времени с датчиков 4, 5, 6 заводит на вход с ЭВМ. В блоке формирования реальных кривых скорости прессования и температуры профиля 9 на основании расчетов или результатов экспериментов строят реальные графики θреал.=f(Z) и Vреал.=f(Z).
Предварительно в модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля 10 на основании расчетов или результатов экспериментов заносят желаемые кривые качества θж.=f(Z) и Vж.=f(Z) и строят графики. Программное обеспечение решает проблему сравнения реальных кривых процесса с рассчитанными, заданными или полученными в результате экспериментальных исследований. Значения разности температур θ реальной и θ заданной кривой температуры Δθреал. сравнивают с заданными отклонениями температуры Δθзад, которые являются технологическими ограничениями по температуре. Верхний уровень управления определяет текущее качество объекта управления 3, сравнивает его с эталонным значением и в функции разности принимает решение о коррекции скорости прессования с целью стабилизации реальной кривой относительно заданной. В том случае, если ΔUθреал.=ΔUθзад. в блоке логики 12 формируются сигналы смещения ΔUVсм., которые смещают заданную кривую скорости прессования Vп в заданных технологических ограничениях с целью стабилизации температуры профиля θ в зоне технологического ограничения ±Δθ, гарантирующего качество поверхности профиля. Значения разности ΔV реальной и ΔV заданной кривых скорости прессования создают условия для формирования сигналов коррекции Vп в блоке формирования сигналов коррекции 7, которые воздействуют на обобщенный регулятор скорости прессования и положения силового исполнительного органа 1, с целью изменения Vп по заданному закону, обеспечивающему постоянство температуры профиля. Результат сравнения сигналов ΔUV реал. и ΔUVcм. в виде разности вводится в блок логики 12 и, при достижении предельных значений скорости прессования (Vп=f(Z)+ΔVп или Vп=f(Z)-ΔVп) и при ΔUVсм.≥ΔUVзад., блок логики 12 дает разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий 13, переводит систему на ручное управление или отключает ее, если использование корректирующих воздействий 13 не приносит ожидаемых результатов.
Применение предлагаемого изобретения в производстве позволит повысить качество прессованных изделий, повысить выход годного, сократить расходы на операции полирования и шлифования поверхности прессованных изделий, предупредить ошибки оператора пресса, такие как прессование недогретой до необходимой температуры заготовки или заготовки из другого металла, прессование с матрицей, не соответствующей заданию.
Система автоматического управления процессом прессования профилей из алюминиевых сплавов, включающая модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля, датчик температуры профиля, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, блок коммутации, силовой исполнительный орган, отличающаяся тем, что имеет два уровня управления, при этом нижний уровень построен по алгоритмическому принципу на базе замкнутого контура и включает датчик скорости прессования, датчик положения силового исполнительного органа, датчик температуры профиля на выходе из очка матрицы и обобщенный регулятор скорости прессования и положения силового исполнительного органа, а верхний уровень включает модель процесса прессования в виде кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования реальных кривых скорости прессования и температуры профиля, блок формирования сигналов коррекции скорости прессования, блок коммутации, блок формирования сигналов смещения кривой скорости прессования и блок логики, дающий разрешение на подключение дополнительных корректирующих воздействий.
