Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из путей значительного сокращения энергозатрат, повышения качества продукции и обеспечения экологической безопасности при электрохимической обработке металлов (гальванотехнике) является создание системы автоматизированного управления технологическим процессом гальванопокрытия. Основополагающий вклад в решение вопросов, связанных с теоретическим обоснованием и практической реализацией САПР и САУ внесли такие известные ученые, как Н. П. Бусленко, В. М. Глушков, В. А. Горбатов, С.А. Редкозубов, И.П. Норенков, В.П. Сигорский и другие. Технологический процесс гальванопокрытия характеризуется множеством динамически взаимодействующих входных и выходных параметров, вследствие чего его качество определяется и результатами изменения входных воздействий, и изменением выходных параметров, и стратегией управления - заданием оптимального режима процесса, отличительной чертой которого является неоднозначность комплексного влияния параметров на скорость и качество получаемого покрытия.
Результат технологического процесса осаждения металла зависит от многих факторов, таких как:
состав электролита;
плотность тока и потенциал катода;
температура процесса;
размер и форма ванн;
применение реверсивных режимов покрытия или токов специальной формы и многих других.
Выбор стратегии управления, направленной на поддержание заданных параметров и оптимизацию процесса, зависит от аппаратной реализации и структуры программного обеспечения системы автоматизированного управления, от типа технологического процесса.
При адаптивном управлении в многоуровневых системах управления процессом гальванопокрытия следует корректно определить функции автоматизированной системы:
функцию идентификации, которая служит для определения текущего значения показателя качества;
функцию принятия решения после выявления показателя качества;
функцию настройки, которая заключается в реализации принятого решения.
В качестве объекта управления системы автоматизированного управления технологическим процессом гальванопокрытия выступает гальванованна. Она характеризуется сложными нелинейными зависимостями между компонентами и параметрами процесса. При этом, выполнение основной задачи - получение качественного покрытия с необходимыми свойствами, невозможно без обработки информации, определяющей комплексные характеристики ванны, и поддержания заданных оптимальных режимов технологического процесса.
Функционирование автоматизированной системы должно обеспечить выполнение следующих этапов технологической цепочки:
-
Идентификацию процесса, т.е. определение соответствующих технологических параметров: состав электролита, размеры ванны, расчетное время процесса и т.д.
-
Выбор и задание оптимальных электрических параметров процесса.
3. Контроль хода процесса и выполнения техноло
гической карты.
4. Контроль за качеством покрытия и внесение необхо
димых корректив в ход процесса.
На каждом из этапов работы системы должен обеспечиваться контроль оператором и возможность оперативной коррекции всех параметров.
Основной целью работы является разработка методики определения оптимальных технологических параметров
гальванопроцессов, выбор критерия их взаимосвязи для создания системы автоматизированного управления, разработка методики нахождения оптимальных значений энергетических показателей технологического процесса, разработка алгоритма функционирования и пректирование системы автоматизированного управления гальванопроцессом.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
анализ и выявление зависимости между технологическими параметрами процесса гальванопокрытия и физико-химическими свойствами электролита и металлов;
моделирование и исследование компонент системы, задействованных в технологическом процессе;
определение критерия оптимальности для характе-ризации электрических параметров гальванопроцесса;
определение требований к оптимальному построению системы автоматизированного управления гальванопроцессом;
- разработка алгоритма функционирования автома
тизированной системы и практическая реализация основных
ее компонент.
Методы исследования. При выполнении работы применен комплекс методов, включающий методы оптимизации, использующиеся в теории ориентированных взвешенных графов, аппроксимации функций, методы математического моделирования на ЭВМ.
Экспериментальные исследования выполнены на опытных и промышленных установках в лабораторных и заводских условиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
- соответствием результатов теоретических и экспе
риментальных исследований;
- работоспособностью и соответствием предъявляемым
технологическим требованиям технических характеристик
основных компонент спроектированной системы автоматизированного управления (САУ), созданных на базе разработанных научных положений, выводов и рекомендаций;
- внедрением созданных устройств в ряде организаций и
промышленных предприятий, использованием полученных
результатов в учебном процессе.
Научная новизна работы заключается:
в определении параметров гальванопроцессов в зависимости от расположения металла покрытия в Периодической Системе Элементов (ПСЭ);
в разработке конечно-автоматной модели системы автоматизированного управления процессом гальванопокрытия;
- в разработке методики определения оптимальных
параметров гальванопроцесса на основе статистического и
графического методов расчета;
- в определении критерия оптимальности проектируемой
системы автоматизированного управления, характеризующе
го ее соответствие принятым требованиям;
в предложении конкретных рекомендаций по обеспечению выбора оптимальных параметров технологического процесса гальванопокрытия на основе их универсальной зависимости от физико-химических свойств металлов покрытия;
в разработке алгоритма функционирования системы автоматизированного управления, реализующего предложенную методику расчета показателей системы и обеспечивающего оптимальное значение найденного критерия.
Практическая значимость работы состоит:
в исследовании моделей основных компонент и узлов системы автоматизированного регулирования и управления гальванопроцессами и получении оптимальных условий их эксплуатации;
во внедрении разработанных аппаратных и программных средств в практику автоматизации технологических
процессов, позволяющих обеспечить до 30 % экономии материальных и энергетических ресурсов;
в ограничении влияния вредных условий на экологическую безопасность гальванопроизводства;
в использовании полученных результатов в учебном процессе.
Реализация результатов работы. На основе результатов, полученных в работе, разработан алгоритм и построена система автоматизированного управления, включающая в себя контроллер автоматизированного управления технологическим процессом гальванопокрытия (КАУТП), систему управления реверсивным источником тока (РИТ) для управления электрическими параметрами гальванопроцесса, систему управления транспортно-распределительным модулем гальваноцеха, программные продукты, реализующие оптимальную работу САУ.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технических конференциях СКГТУ (1992-1997 г.г.), Всероссийской научно-технической конференции "Электронные приборы и системы в промышленности" в г. Владикавказе - 1994 г., международном симпозиуме "Логическое управление, интеллектуальные информационные технологии и стратегии" в г. Рязани -1996 г.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 печатных работах.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий объем диссертации 153 стр., в том числе 45 рисунков, 5 таблиц, список литературы из72 наименований, приложение на 12 стр.
