ЖУРНАЛ СТА 1/2012

56 СТА 1/2012 СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ МАШИНОСТРОЕНИЕ www.cta.ru Автоматические системы управления технологическими процессами газовой цементации Болеслав Виленчиц, Вячеслав Попов Рассмотрены процессы химико-термической обработки металлов, в частности газовой цементации. Применительно к задаче создания автоматической системы управления технологическими процессами газовой цементации описаны методы и средства измерения углеродного потенциала печной атмосферы. Представлены технические средства автоматической системы управления и основные элементы её программного обеспечения. Приведены примеры практической реализации автоматической системы управления технологическими процессами газовой цементации. В ВЕДЕНИЕ Химико-термическая обработка в контролируемых атмосферах деталей машин и механизмов из углеродистых и легированных сталей с целью поверх- ностного упрочнения получила широ- кое распространение в промышленно- сти. Она является важнейшей частью технологического процесса изготовле- ния деталей, в результате которого сталь приобретает необходимую твёр- дость, прочность и пластичность. При нагреве деталей в печах металл взаимодействует с атмосферой. Резуль- татами такого взаимодействия являют- ся окисление, ведущее к образованию окалины на поверхности нагреваемого металла, и обезуглероживание – час- тичное или полное выгорание углерода в поверхностных слоях стали. Окис- ление приводит к потерям металла в объёмах до 3% массы обрабатываемых деталей, усложняет их обработку, за- трудняет получение высокой и равно- мерной твёрдости. В обезуглероженном слое появляются мягкие пятна и возни- кают растягивающие напряжения, что снижает прочность, износостойкость и предел выносливости. При химико-термической обработке поверхность деталей не окисляется, в поверхностных слоях сохраняется за- данная концентрация углерода и леги- рующих элементов, а в изделиях из специальных сплавов в несколько раз сокращается глубина изменённого слоя. Кроме повышения качества деталей, химико-термическая обработка в конт- ролируемых атмосферах резко изменяет технико-экономические показатели производства в целом. Отсутствие ока- лины и обезуглероживания на по- верхности деталей во время термиче- ской обработки способствует получе- нию более точного проката, точных штамповок, точного литья. Это позво- ляет увеличить производительность труда, снизить трудоёмкость и себе- стоимость изготовления деталей, сокра- тить расход металла и режущего ин- струмента. Технологические процессы химико- термической обработки характеризуют- ся высокой энергоёмкостью и чувстви- тельностью к отклонениям от оптималь- ных параметров процесса. Поэтому для реализации в полной мере их преиму- ществ специализированное термическое оборудование должно быть оснащено системой контроля и управления техно- логическим процессом. В настоящее время все более или менее крупные производители терми- ческого оборудования в России, За- падной Европе и США оснащают свои печи автоматическими системами управления. Это могут быть системы, охватывающие весь технологический процесс, начиная от управления загруз- кой изделий, контроля всех стадий тер- мообработки и выгрузки обработанных деталей, или более простые системы, контролирующие только параметры печной атмосферы, такие как темпера- тура, углеродный или азотный потен- циалы. На большинстве машиностроитель- ных предприятий Белоруссии до сих пор широко используется термическое оборудование времён СССР, которое работает без каких-либо средств авто- матического контроля состава печной атмосферы. Это сказывается как на ка- честве изделий, так и на энергопотреб- лении оборудования. Для решения дан- ной проблемы в 2000 году в рамках го- сударственной научно-технической программы «Техническая диагностика» было принято задание на разработку информационно-измерительной систе- мы (ИИС) для контроля и управления процессами химико-термической обра- ботки стали. Ставилась задача создания современного, относительно недорого- го в мелкосерийном производстве и вы- сокотехнологичного изделия, которое могло бы быть адаптировано к боль- шинству типов термического оборудо- вания машиностроительных предприя- тий Белоруссии. Однако практика внедрения ИИС, созданной по заданию программы, по- казала, что многообразие задач по авто- матизации технологических процессов © СТА-ПРЕСС