WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

1,5 % раствор электролита 2 % раствор электролита 2,5 % раствор электролита 0 5 10 15 I, А Рис. 4. Зависимость концентрации СО от тока, протекающего через электрод-инструмент Зависимости концентрации выделяющегося СО от концентрации электролита (для усилия подачи 30Н) приведены на рис. 5.

С, мг/мС, мг/м8 А 10 А 15 А 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,Концентрация электролита, % Рис. 5. Зависимость концентрации СО от концентрации электролита В третьей главе представлен анализ результатов экспериментальных исследований и показана целесообразность и возможность минимизации выделения оксида углерода в воздух рабочей зоны при электрохимическом маркировании посредством автоматического управления током электродаинструмента.

Эмпирические зависимости концентрации оксида углерода от тока, протекающего через электрод-инструмент; усилия подачи и концентрации электролита построены по результатам статистической обработки ограниченных выборок данных эксперимента. Обработка производилась исходя из посылки о нормальности распределения случайной погрешности измерений (случайная погрешность является суперпозицией большого числа погрешностей от влияния различных факторов, все они независимы и среди них нет доминирующих). По пробной выборке большого объема был определен необходимый объем выборки, обеспечивающий при заданном уровне надежности (0,95) приемлемую величину случайной составляющей погрешности измерений (8%).

Анализ суммарной погрешности измерений при исследованиях, проведенный в работе, показал, что она не превышала 21,5 %, что является приемлемым с учетом того, что погрешность измерительного прибора С, мг/м(газоанализатора) составляет 20 %.

В работе проведен регрессионный анализ эмпирических зависимостей по методу наименьших квадратов. На основе линейного регрессионного анализа эмпирических зависимостей выделения оксида углерода от усилия подачи; от тока, протекающего через электрод-инструмент и от концентрации электролита были получены следующие аналитические зависимости:

• от усилия подачи: С=0,26·F+14,6; где F – усилие подачи (ток, протекающий через электрод-инструмент - 10А, концентрация электролита – 2,0%);

• от тока, протекающего через электрод-инструмент: С=2,6462·I – 3,2182; где I – ток, протекающий через электрод-инструмент (усилие подачи - 30Н, концентрация электролита – 2,0%);

• от концентрации электролита: С =13·K – 4,3333; где K – концентрация электролита (ток, протекающий через электродинструмент - 10А, усилие подачи - 30Н).

Здесь С – концентрация оксида углерода.

На рис. 6 представлена графическая интерпретация аналитических зависимостей, полученных в результате линеаризации экспериментальных кривых.

1,5 % раствор электролита 2 % раствор электролита 2,5 % раствор электролита Линеаризация экспериментальных кривых 0 10 20 30 40 50 Усилие, Н а) С, мг/м1,5 % раствор электролита 2 % раствор электролита 2,5 % раствор электролита Линеаризация экспериментальных кривых 0 5 10 15 -I, А б) 8 А 10 А 15 А Линеаризация экспериментальных кривых 1,5 1,7 1,9 2,1 2,3 2,5 2,Концентрация электролита, % в) Рис. 6. Графическая интерпретация аналитических зависимостей На рис. 6а показана зависимость концентрации оксида углерода в воздухе рабочей зоны от усилия подачи электрода-инструмента; на рис. 6б – от тока, протекающего через электрод-инструмент; на рис. 6в – от концентрации электролита.

Анализ экспериментальных кривых показал, что в качестве управляемого параметра следует использовать ток, протекающий через электрод-инструмент, С, мг/мС, мг/мт.к. при этом обеспечивается высокая чувствительность системы автоматического управления и ее технологичность.

Четвертая глава посвящена вопросам реализации системы автоматического управления концентрацией оксида углерода в воздухе рабочей зоны при электрохимическом маркировании на основе управления током, протекающим через электрод-инструмент.

Рассмотрены особенности построения систем автоматического управления и алгоритмы формирования управляющего сигнала.

Как известно, постоянный ток в технологическом процессе электрохимического маркирования получают посредством выпрямителей той или иной схемной реализации. Для автоматической системы управления концентрацией оксида углерода в воздухе рабочей зоны при электрохимическом маркировании целесообразно использовать управляемый выпрямитель, построенный на основе тиристоров, как наиболее эффективный по комплексу технико-экономических показателей.

Управляемые тиристорные выпрямители включают в себя трансформатор, выпрямитель на тиристорах, устройство управления.

Регулирование тока осуществляется изменением времени открытого состояния тиристоров.

Как показали стендовые испытания и теоретические исследования, результаты которых представлены выше, в качестве параметра управления концентрацией оксида углерода целесообразно принять ток, протекающий через электрод-инструмент. Система автоматического управления током электрода-инструмента представляет собой управляемый выпрямитель, дополненный контуром обратной связи по концентрации оксида углерода в рабочей зоне.

В качестве датчика обратной связи для этого контура целесообразно использовать электрохимический датчик, основанный на явлении протекания специфичной химической реакции в электрохимической ячейке, представляющей собой емкость с раствором электролита с электродами (анодом и катодом). Анализируемый газ вступает в химическую реакцию с электролитом, заполняющим ячейку. В результате в растворе возникают заряженные ионы, между электродами начинает протекать электрический ток, пропорциональный концентрации анализируемого компонента в пробе.

Возникающий электрический сигнал обрабатывается электронной схемой датчика. Для согласования сигнала датчика с входом блока управления выпрямителя необходимо использовать интерфейсную плату, формирующую нормализованный сигнал для управления тиристорами.

Схема построения системы автоматического управления минимизацией выделения вредных веществ в рабочей зоне при электрохимическом маркировании приведена на рис. 7.

Рис. 7. Схема системы автоматического управления минимизацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны В соответствии с заданием технолога блок управления тиристорами вырабатывает управляющий сигнал на тиристорный выпрямитель, формирующий требуемое значение тока, протекающего через электродинструмент.

Для обеспечения автоматического управления концентрацией вредных веществ в рабочей зоне устанавливается электрохимический датчик.

Дополнительный информационный контур формирует для блока управления тиристорами корректирующий задание технолога сигнал, который меняет величину тока, протекающего через электрод-инструмент. Кроме упомянутой выше интерфейсной платы, дополнительный контур включает в себя компаратор, который сравнивает заданное (допустимое) значение концентрации с его действительным значением. При превышении допустимого значения выходной сигнал компаратора формирует корректирующий сигнал, который меняет ток, протекающий через электрод-инструмент.

Алгоритм коррекции сформирован по результатам исследований, приведенных в предыдущих разделах работы.

Несмотря на относительную простоту реализации следует учитывать следующие соображения.

Во-первых, систему управления целесообразно строить таким образом, чтобы корректирующий сигнал формировался не непрерывно в процессе обработки, а только при превышении реальной концентрации вредных веществ в рабочей зоне заданного значения. Это позволяет существенно упростить блок управления тиристорами.

Во-вторых, необходимо принять во внимание, что наличие корректирующего сигнала дополнительного контура изменяет величину тока, протекающего через электрод-инструмент, а значит и меняет один из важных параметров технологического процесса. Это может вызвать изменение качества электрохимического маркирования. Поэтому наладка дополнительного контура должна осуществляться с участием инженера-технолога, т.к. при этом может возникнуть необходимость решения оптимизационной задачи.

В-третьих, большая постоянная времени, характерная для датчика, без принятия специальных мер может снизить достоверность формирования корректирующего сигнала в контуре управления.

В современном машиностроении в подавляющем большинстве случаев применяют цифровые системы управления, характерной особенностью которых является наличие в системе АЦП, осуществляющего квантование по времени непрерывного сигнала, которым в данном случае является концентрация вредных веществ в воздухе рабочей зоны. При этом может возникнуть существенная погрешность формирования информационного сигнала.

Представим непрерывную величину (С) в виде ряда:

C0T C0T C(t) = C0 + + +..., 1! 2! где: T – величина интервала квантования по времени;

С0 – значение концентрации в начале интервала квантования.

Применение АЦП обеспечивает замену этого непрерывного сигнала на дискретные значения измеряемой величины, которая экстраполируется на весь временной интервал Т посредством экстраполятора нулевого порядка (рис. 8).

Рис. 8. Представление непрерывной функции концентрации вредных веществ дискретными значениями В последнем выражении это соответствует только первому члену ряда C0, а отброшенные члены ряда в значительной мере определяют погрешность управления, которая может достигать больших величин.

В качестве эффективного метода устранения этого недостатка при формировании управляющего сигнала может быть применен метод комплексирования, заключающийся в том, что дискретное значение информации о концентрации С0 в начале временного интервала квантования дополняется текущим значением скорости изменения этой концентрации C (t) внутри временного интервала Т, т.е. учитывается остаточный член Re вышеприведенного ряда :

C (t) t Re = 1! В работе показан алгоритм формирования управляющего сигнала при одноуровневом комплексировании и структурная схема цепи обратной связи для этого случая.

В этом случае имеем:

pTi 1- e- pTi 1- e- - Tie- pTi, C( p) = C0 + Ccp.i p p p где Ti – i-й временной интервал; p – оператор Лапласа;

1- e- pTi - экстраполятор нулевого порядка.

p Этому уравнения соответствует структурная схема формирования информационного сигнала, представленная на рис. 9.

Рис. 9. Структурная схема формирования информационного сигнала На рис. 9 верхняя ветвь структурной схемы соответствует традиционному дискретному представлению непрерывного сигнала, а нижняя – первому уровню комплексирования.

Следует также иметь в виду, что для реализации этого алгоритма не Ccp всегда требуется дополнительный датчик скорости изменения сигнала, т.к.

i дополнительный интерфейс может осуществлять дискретное дифференцирование по начальному и конечному значению концентрации вредных веществ в предыдущем временном интервале Ti-1.

Основные выводы и результаты:

1. В работе решена задача автоматизации и управления обеспечением экологических показателей качества на примере электрохимического маркирования.

2. Показана возможность построения системы автоматического управления посредством изменения тока, протекающего через электрод-инструмент.

3. На примере оксида углерода выявлена зависимость концентрации вредных веществ в рабочей зоне от усилия подачи;

тока, протекающего через электрод-инструмент и концентрации электролита.

4. Доказано, что с точки зрения чувствительности системы управления и ее технологичности наиболее целесообразно автоматическое управление концентрацией вредных веществ осуществлять посредством управления током, протекающим через электрод-инструмент.

5. Разработан алгоритм системы управления концентрацией вредных веществ в воздухе рабочей зоны на основе управляемого тиристорного выпрямителя и дополнительного информационного контура, формирующего корректирующий сигнал для блока управления в зависимости от реального значения концентрации.

6. Настройка дополнительного контура должна осуществляться совместно с инженером-технологом, что позволит избежать снижения качества электрохимического маркирования при превышении концентрации вредных веществ в рабочей зоне.

Список печатных работ:

1. Сизова И.А. Способы снижения отходов при электрохимическом маркировании // «Производство. Технология. Экология. Сборник научных трудов № 8 в 3-х тт.» Том 3: Труды международной конференции «ПРОТЭК’05», 14-16 сентября 2005 г.; г. Москва/ Под ред.

член-корр. РАН Ю.М. Соломенцева и проф Л.Э. Шварцбурга. – М.:

«Янус-К», 2005. – С. 617-622.

2. Сизова И.А. Исследование влияния концентрации электролита на выделение угарного газа при электрохимическом маркировании // «Ekowytwarzanie. Эковыработка. Сборник научных трудов: Труды международной конференции «Ekowytwarzanie. Эковыработка», июнь 2007 г.; Гожув Влкп., Польша/ Под ред. д-ра Тадеуша Заборовски. – Wydawca: IBEN Gorzow Wlkp. 2007 r. Naklad: 250 egz., format B5, objetosc: 6,5 ark Druk I oprava: POLIGMAR Zielona Gora, 2007. - С. 11-15.

3. Сизова И.А. Методика исследования изменения концентрации угарного газа от рабочего напряжения установки для электрохимического маркирования // «Ekowytwarzanie. Эковыработка. Сборник научных трудов: Труды международной конференции «Ekowytwarzanie.

Эковыработка», июнь 2007 г.; Гожув Влкп., Польша/ Под ред. д-ра Тадеуша Заборовски. – Wydawca: IBEN Gorzow Wlkp. 2007 r. Naklad: egz., format B5, objetosc: 6,5 ark Druk I oprava: POLIGMAR Zielona Gora, 2007. С.16-22.

4. Сизова И.А. Экологический подход к задаче автоматизации электрохимического метода обработки. // Научно-технический и производственный журнал «Автоматизация в промышленности», № 8, М.: ООО Издательский дом “ИнфоАвтоматизация” 2007. – С. 51-52.

5. Сизова И.А. Исследование взаимосвязи концентрации угарного газа от тока при электрохимическом маркировании // «ПРОИЗВОДСТВО.

ТЕХНОЛОГИЯ. ЭКОЛОГИЯ. Сборник научных трудов № 10 в 3-х тт.

Том 1: Труды международной конференции «ПРОТЭК’07», 19-сентября 2007 г.; г. Москва/ Под ред. член-корр. РАН Ю.М. Соломенцева и проф Л.Э. Шварцбурга. – М.: «Янус-К», 2007. – С. 10-13.

Pages:     | 1 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»