возможность использования всей полосы пропускания;

эксплуатационная гибкость:

поддержка пакетов разных размеров, позволяющих настраивать функции буферизации устройств;

управление потоком (flow control) данных на уровне протокола;

Надежность:

контроль ошибок и восстановление на уровне протокола;

динамическое добавление и удаление устройств, прозрачное для конечного пользователя;

поддержка идентификации неисправных устройств;

Функциональный состав.

АЦП, используемый в схеме контроллера, рис.6, подключается к МК посредством интерфейса SPI. На вход АЦП подаются аналоговые сигналы с датчиков давления (диапазон 0 –10 В), для прерывания работы МК используется линия INT0-SSTRB.

Сигнал, поступающий с выхода АЦП на вход МК, сообщает о завершении преобразования и готовности выходной информации на АЦП. С регистров сдвига параллельный код через шинные формирователи поступает на ВРТ. Выдача кода разрешается сигналом с выхода микроконтроллера, управляющее слово ВРТ имеет формат 16-разрядного двоично-десятичного кода. Так как к интерфейсу подключены два периферийных устройства (АЦП и регистр сдвига), то необходимо осуществлять выбор, с каким устройством будет работать МК. Выходной порт микроконтроллера используется для подачи управляющих сигналов на исполнительную часть (блок управления клапанами, рис.7).

Четвертая глава посвящена обоснованию технических решений — элементной базы электроники контроллера, АЦП, интерфейса МК, ПК и исполнительных элементов. Аппаратно-программный комплекс АСУ ТП ХТО разработан на основе средств современной электроники и способен обеспечить контроль всех необходимых параметров — давления, температуры, состава газовой среды.

Предложенные в диссертационной работе принципы проектирования АСУ ТП азотирования и цементации при соответствующей модификации моделей и алгоритмов пригодны для обеспечения других технологий аналогичной ориентации — цианирования, борирования, силицирования, диффузионного насыщения поверхностного слоя изделий различными металлами.

Результаты промышленных экспериментов свидетельствуют о возможности обеспечить посредством АСУ ТП технологии ХТО со значительно бoльшим числом параметров, с заданием разнообразных структур поверхностных слоев.

Анализ результатов промышленного внедрения АСУ ТП показал, что дальнейшее развитие технических средств параллельно с внедрением обратных связей посредством оперативного мониторинга параметров процесса и усовершенствованием математических моделей и методов управления, способствует широкому разнообразию технологий и существенному повышению качества результатов ХТО.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

Химико-термическая обработка (ХТО) применяется для деталей и инструментов, изготовленных из стали и других металлов и предназначенных для работы в особо сложных условиях — агрессивных сред, вибраций, высоких температур, повышенного трения, контактных и ударных нагрузок. ХТО обеспечивает повышение прочности, износостойкости и других функциональных свойств изделий без значительного удорожания и увеличения их массы и размеров.

На основании проведенного анализа предшествовавших исследований по вопросам теории и практики применения технологий ХТО установлено, что за последние годы в данной области достигнут существенный прогресс. В то же время промышленный опыт свидетельствует о неудовлетворительной в настоящее время стабильности результатов ХТО, особенно в тех случаях, когда к изделиям предъявляются повышенные требования в смысле важнейших эксплуатационных свойств: о неравномерности и неоднородности слоев поверхностного насыщения, высоком проценте брака, сложности визуального контроля процессов.

Указанные факторы в значительной степени объясняются отсутствием надежных методов и средств управления соответствующими технологическими параметрами. Возникает необходимость автоматизации процессов ХТО — обоснования и разработки АСУ ТП — соответствующего аппаратно-программного комплекса на основании физического представления об их развитии, с применением современных математических методов оптимизации и средств электроники, что свидетельствует об актуальности темы данной работы, посвященной вопросам процессов мониторинга и автоматизации управления технологическими процессами ХТО.

Проведен анализ ХТО с целью обоснования математических моделей технологических процессов как объектов в структуре АСУ ТП. Обоснованы математические модели процессов ХТО, реализованы алгоритмы, разработана структура и конструкция аппаратно-программного комплекса на базе специализированных электронных контроллеров с поддерживающим программным обеспечением. Система обеспечивает мониторинг, контроль во времени всех необходимых параметров газовой среды — ее состава, температуры, давления, при возможности использования до четырёх компонентов.

Результаты экспериментов и промышленного применения технологий ХТО с использованием АСУ ТП свидетельствуют о высокой эффективности результатов в смысле повышения эксплуатационных качеств — прочности и износостойкости обрабатываемых изделий (более чем на 25%), снижения процента брака (до 80%), снижения нагрузки на персонал, сокращения времени обработки. Общий экономический эффект от автоматизации за счет перечисленных преимуществ достигает на определенных предприятиях 30% и более.

Список публикаций автора

Работы по теме диссертации

В центральных изданиях:

Маврин, А.Б. Передача данных в системе автоматизации и управления технологическими процессами химико-термической обработки сталей / А.Б. Маврин, О.Б. Рогова, А.Б. Николаев. — Деп. в ВИНИТИ 19.03.2008 № 234-В-2008.

Статьи:

Маврин, А.Б. Выбор элементной базы для системы управления технологическими процессами химико-термической обработки / А.Б. Маврин // Организационно-управляющие системы на транспорте и в промышленности: сб. науч. тр. М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С. 89 – 97.

Маврин, А.Б. Алгоритм управления комплексом химико-термической обработки / А.Б. Маврин // Информационные технологии: программирование, управление, обучение: сб. науч. тр. М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С. 68 – 71.

Маврин, А.Б. Контроллер для автоматизации управления химико-термической обработкой стали / А.Б.Маврин // Информационные технологии: программирование, управление, обучение: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С. 72 – 79.

Маврин, А.Б. Программа управления технологией химико-термической обработки / А.Б. Маврин, Б.А. Кудряшов // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С.101 – 112.

Маврин, А.Б. Проблема надежности программного обеспечения систем химико-термической обработки сталей / А.Б. Маврин // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С. 113 – 118.

Маврин, А.Б. Модернизация алгоритма химико-термической обработки сталей / Б.А. Кудряшов, А.Б. Маврин // Организационно-управляющие системы на транспорте и в промышленности: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2007. — С. 80 – 88.

Маврин, А.Б. Программируемое устройство для задания газовых смесей при азотировании металлов / А.Б. Маврин, А.А. Булгач, Г.С. Резников // Методы поверхностного упрочнения деталей машин и инструмента: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ) 1983. — С. 129 —131.

Маврин, А.Б. Программируемoe устройство для задания газовых смесей при азотировании // Материалы XLI методической и научно-исследовательской конференции / А.Б. Маврин, Г.С. Резников. — М.: МАДИ (ГТУ), 1983.

Маврин, А.Б. Модель объекта в структуре процесса химико-термической обработки / А.Б. Маврин, Б.А. Кудряшов // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ), 2008. — С. 110 – 115.

Маврин, А.Б. Модернизация технологии химико-термической обработки. / А.Б. Маврин // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности: сб. науч. тр. — М.: МАДИ (ГТУ) 2008. — С. 116 – 120.

Рис.4. Автоматная модель ХТО

Команда выполнена

Команда выполняется

Ркам = Ратм