Введение к работе
Актуальность работы
Автоматизация - одно из важнейших и наиболее перспективных средств повышения качества и эффективности технологических процессов и производств. Одним из основных показателей качества машиностроительных технологических процессов является их энергоэффективность. Это обусловлено следующими соображениями. Существенную часть (свыше 25%) общего потенциала экономии энергоресурсов, как в России, так и в мире составляет экономия электроэнергии. Неэффективное расходование энергоресурсов проявляется во всех составляющих жизнедеятельности человека: от бытовых приборов и освещения до сложнейших производственных комплексов и электростанций. Как отмечено в Энергетической стратегии России на период до 2020 года, на современном этапе экономика России характеризуется высокой энергоемкостью, в 2-3 раза превышающей удельную энергоемкость экономик развитых стран. Так, в настоящий момент в России возможности энергосбережения укрупненно оценивается в 200 - 220 млрд. кВт.час/год. Не менее важным является и то, что проведение эффективной политики энергосбережения, как показывает опыт развитых стран мира, позволяет развивать реальное производство и социальную сферу без существенного роста потребления электроэнергии (в некоторых странах на 1% прироста ВВП приходится лишь 0.4% прироста энергопотребления).
В современном высокотехнологичном машиностроении все большее место занимают процессы увеличения стойкости, надежности и производительности формообразующего инструмента, путем нанесения специальных покрытий, что обеспечивает создание на рабочих поверхностях инструмента необходимого комплекса свойств с сохранением исходных характеристик в объеме инструментального материала. Одним из наиболее эффективных и производительных методов упрочнения инструмента является получение пленочных покрытий путем распыления в плазме инертных газов
материала мишени при подаче на нее отрицательного электрического потенциала (вакуумно-плазменного нанесения покрытий). В этой связи задача снижения потребления электроэнергии при реализации технологических процессов вакуумно-плазменного нанесения покрытий имеет существенное значение с точки зрения повышения энергоэффективности машиностроительных производств.
Целью настоящей работы является уменьшение энергопотребления асинхронных двигателей вакуумно-плазменных установок посредством автоматизированного управления параметрами их электропитания.
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:
Проанализировать графики распределения нагрузки при работе форвакуумного насоса установки вакуумно-плазменного нанесения покрытий.
Исследовать взаимосвязи режимов нагрузки форвакуумного насоса и величины его энергопотребления в процессе создания вакуума.
Произвести моделирование характера функционирования электродвигателя форвакуумного насоса при амплитудно-частотном управлении его питающим напряжением.
Разработать алгоритм и методику автоматизированного управления параметрами питающего напряжения форвакуумного насоса.
Разработать и исследовать экспериментальную установку для автоматизированного управления энергопотреблением установок вакуумно-плазменного нанесения покрытий.
Методы исследования
При исследовании применялись основные положения теории автоматического управления, технологии машиностроения, теории инструментальной обработки, теоретической электротехники, математической статистики и теории эксперимента.
Научная новизна работы заключается в:
установлении взаимосвязей между распределением нагрузки на турбину насоса при создании вакуума в камере нанесения покрытий и энергопотреблением электродвигателя форвакуумного насоса;
разработке функциональных моделей, особенностью которых является описание процесса функционирования асинхронных двигателей при амплитудно-частотном управлении параметрами их электропитания;
разработке метода повышения энергоэффективности посредством управления параметрами электропитания форвакуумного насоса установки вакуумно-плазменного нанесения покрытий;
разработке алгоритма автоматизированного управления потреблением электрической энергии для технологического процесса создания низкого и среднего вакуума в установках вакуумно-плазменного нанесения покрытий.
Практическая ценность работы заключается в разработке методики уменьшения энергопотребления, и, как следствие, повышении конкурентоспособности технологических процессов создания вакуума в установках вакуумно-плазменного нанесения покрытий.
Реализация работы
Результаты работы были использованы при создании экспериментальной установки для автоматизированного управления энергопотреблением процессов вакуумно-плазменного нанесения покрытий в рамках исследовательской деятельности научно-образовательного центра «Энергосбережение в промышленности» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин».
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
заседаниях кафедры «Высокоэффективные технологии обработки» ГОУ ВПО МГТУ «Станкин»;
конференции молодых ученых и специалистов «Будущее машиностроения России - 2010» , МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва, сентябрь 2010г.;
XIX международном научно-техническом семинаре «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации»;
II всероссийском конкурсе молодых ученых имени академика В.П. Макеева, г. Миасс, сентябрь 2010 г.;
международной конференции «Автоматизация: проблемы, идеи, решения - 2010», г. Севастополь, Украина
Публикации
По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе в журналах из перечня ВАК - 3.
Структура и объем работы
