Проектування системи керування експериментальною установкою для процесу кручення під високим тиском порожнистих заготовок

Розвиток промислових підприємств та впровадження технології інтернету речей у виробництві вимагають створення нових механізмів, для розробки яких необхідно використання сучасних компонентів з подальшим точним комп’ютерним керуванням процесом. В області обробки металів тиском такими механізмами можна вважати установки для кручення під високим тиском (КВТ, high pressure torsion, HPT), оскільки цей процес набуває поширення завдяки отримуванню субмікроскопічної структури в заготовці та надзвичайно високої міцності матеріалу в результаті обробки. В той же час використання установок КВТ має суттєві обмеження, які обумовлюються значною кількістю параметрів, які можуть змінюватись нелінійно під час процесу деформації. Проблеми керування установкою вирішуються завдяки використанню автоматизованої систем керування (АСК) параметрами технологічного процесу. В статті наведена сутність нового процесу деформації порожнистих заготовок за допомогою кручення під високим тиском. Наведений опис експериментальної установки та використаних елементів керування. Цей технологічний процес представлено множинами подій та діяльностей, зв'язок між якими відображено у вигляді циклограми. На основі аналізу представленого технологічного процесу розроблена система моніторингу та АСК установкою. Розроблена логічна схема АСК, діаграма визначення складу установки з АСК для реалізації технології КВТ та діаграма компонентів її програмного комплексу. Представлено схемне рішення використання частотного перетворювача для приведення до руху механізму кручення. Для точного підрахування числа обертів механізму кручення використаний інкрементальний енкодер фірми Siemens та налагоджувальна плата STM32F4Discovery. Використання частотного електроприводу дозволило підвищити ефективність керування установкою. Розробка та використання подібних АСК для інших установок для обробки металів тиском дозволить гарантувати стабільний технологічний процес і необхідні фізичні властивості заготовок.

The development of industrial enterprises and the introduction of Internet of Things technology in production require the creation of new mechanisms, the development of which requires the use of modern components followed by precise computer control of the process. In the field of pressure metal processing, high pressure torsion (HPT) machines can be considered such mechanisms, since this process is gaining popularity due to obtaining a submicroscopic structure in the workpiece and extremely high strength of the material as a result of processing. At the same time, the use of HPT installations has significant limitations, which are determined by a significant number of parameters that can change non-linearly during the deformation process. Installation management problems are solved thanks to the use of automated control systems (ACS) for technological process parameters. The article presents the essence of a new process of hollow blanks deformation using torsion under high pressure. A description of the experimental setup and the controls used is given. This technological process is represented by a set of events and activities, the connection between which is displayed in the form of a cyclogram. On the basis of the analysis of the presented technological process, a system of monitoring and ACS of the installation was developed. A logic diagram of the ACS, a diagram of determining the composition of the ACS installation for the implementation of the HPT technology and a components diagram of its software complex have been developed. A schematic solution for using a frequency converter to set the torsion mechanism in motion is presented. An incremental encoder from Siemens and an STM32F4Discovery debugging board were used to accurately count the rotations number of the torsion mechanism. The use of a frequency electric drive made it possible to increase the efficiency of the installation control. The development and use of similar ACS for other pressure metal processing installations will guarantee a stable technological process and the necessary physical properties of the workpieces.