1. Аппаратная реализация устройств числового программного управления технологическим оборудованием
В раздел № 1 включены следующие темы:
1.1. Системы управления технологическим оборудованием;
1.2. Устройства контроля состояния объекта управления;
1.3. Микрпопроцессорные устройства систем управления;
1.4. Устройства обработки информации и формирование команд управления;
1.5. Определение и назначение интерполятора;
1.6. Исполнительные устройства.
По этому разделу проводится одно практическое занятие на тему “Построение траекторий режущего инструмента”.
1.1. Системы управления технологическим оборудованием
Управление это целенаправленное воздействие на объект управления (управляемый процесс), приводящее к заданному изменению его параметров или поддержанию его параметров в заданных пределах.
Автоматическое управление – это управление, осуществляемое без непосредственного участия человека, но по составленным им алгоритмам управления.
Система автоматического управления (САУ) это комплекс взаимосвязанных устройств, обеспечивающих сбор информации о текущем состоянии объектов управления (ОУ), ее обработку в соответствии с заданным алгоритмом и формирование команд управления исполнительными устройствами.
САУ должна содержать три основные элемента (рис.1.1):
устройства контроля состояния объекта управления (ИзУ);
устройства обработки полученной информации в соответствии с заданным алгоритмом управления и формирование команд управления (УУ);
исполнительные устройства (ИсУ).
Рис. .1.1.1. Функциональная схема САУ
В качестве устройств контроля применяются датчики физических величин, преобразующие различные параметры системы управления в сигналы, выраженные в виде напряжения или тока с различной модуляцией.
В настоящее время все устройства обработки полученной информации строятся на базе цифровой вычислительной техники, основой которых являются персональные компьютеры или микропроцессорные комплексы.
Исполнительными устройствами в большинстве случаев являются электроприводы и гидроприводы.
Автоматизация технологических процессов не сводится только к автоматизации работы металлорежущего станка или промышленного робота. В настоящее время под автоматизацией технологических процессов все больше понимают создание автоматических участков, цехов и целых предприятий. В этом случае все электронные устройства управления участка, цеха или предприятия объединяются при помощи локальной вычислительной сети в единую систему с центральным процессором (сервером) во главе. Производство (участок, цех, предприятие), объединенное единой системой управления и работающее в автоматическом режиме, принято называть гибким автоматическим производством (ГАП).
Гибкое автоматическое производство базируется на использовании технологического оборудования с программным управлением, построенным по модульному принципу. Основные технологические модули (ТМ) это металлорежущие станки, промышленные роботы, транспортные средства, контрольно-измерительные устройства, автоматические склады и т. д. Каждый ТМ оснащен собственным устройством программного управления. В процессе функционирования в автоматическом режиме собственные устройства управления контролируют техническое состояние и формируют команды управления данным ТМ.
Один или несколько ТМ могут объединяться посредством общей системы управления в производственные ячейки с общей программой, реализующей их совместное функционирование. Производственную ячейку можно рассматривать как единый объект, идентичный ТМ. В этом случае управление технологической ячейкой организуется по двухуровневой схеме.
На первом (нижнем) уровне находятся собственные устройства программного управления, а координация работы нескольких ТМ осуществляется от общей систем управления второго (среднего) уровня.
Несколько технологических ячеек могут быть объединены в линии или участки, а совокупность нескольких линий или участков в цех. Соответствующие производственные единицы (линии, участки, цеха) управляются единой системой управления третьего (высшего) уровня.
Если первый уровень управления базируется на устройствах собственного программного управления, а второй уровень управления, как правило, на промышленных контроллерах, то третий уровень управления базируется на персональных компьютерах большой производительности. Эти компьютеры называются центральными.
Устройства управления первого уровня осуществляют программное управление ТМ, их диагностику и коррекцию режимов работы.
Системы управления второго уровня обеспечивают координацию совместной работы нескольких ТМ на базе анализа значений их текущих параметров и заданной временной последовательности выполнения технологических операций. Системы управления второго уровня реализуют штатные операции управления, которые можно отнести к тактическому управлению.
Системы управления третьего уровня осуществляют стратегическое управление, которое заключается в координации работы всех производственных единиц (линий, участков, цехов), разрешении нештатных (аварийных) ситуаций, смены программ управления на всех уровнях, наладке и коррекции технологического оборудования, а также информирование соответствующих служб предприятия о производительности и текущем состоянии производства.
Под управлением металлорежущим станком будем понимать формирование команд на перемещение управляемого объекта (режущего инструмента, заготовки, и т. д.) по заранее рассчитанной траектории при заданной скорости и точности движения, а также включение и выключение различных устройств (двигателей, электромагнитных муфт, реле, пускателей и т. д.) на различных этапах работы технологического оборудования.
Такое управление производится специальным устройством без участия человека, но по заранее составленной им программе, и называется программным управлением. Программное управление ведет к повышению автоматизации процессов механической обработки машиностроительной продукции и является одной из основных задач в современном развитии станкостроения.
Применение технологического оборудования с программным управлением позволяет:
1) повысить производительность труда за счет сокращения вспомогательного и машинного времени обработки на технологическом оборудовании;
2) исключить предварительную ручную разметку и сократить слесарно-доводочые работы;
3) повысить точность обработки при уменьшении штата контролеров с сокращением пригоночных работ в процессе сборки;
4) упростить и удешевить специальную оснастку;
5) сократить производственные площади;
6) сократить период освоения новой продукции;
7) расширить технологические возможности предприятия.
В то же время виды и характер работ по технологической подготовке и эксплуатации производства с использованием оборудования с программным управлением существенно отличаются от работ, производимых с помощью обычного универсального оборудования. В этом случае значительно возрастает сложность задач и трудоемкость проектирования технологических процессов. Встает задача использования обслуживающего персонала высокой квалификации и применения специалистов новых специальностей, которые ранее не использовались в условиях промышленного производства. К таким специалистам относятся программисты, математики, электронщики, технологи, корректирующие чертежи на технологичность их применения в условиях оборудования с программным управлением.
Задачи программного управления:
Геометрическая – материализация требований чертежа в готовом изделии
Логическая – это управление цикловой электроавтоматикой станка
Терминальная задача – это реализация связи устройств ЧПУ с внешней средой.
Технологическая задача реализует управление процессом обработки для обеспечения некоторого критерия оптимальности.
Системы числового программного управления (СЧПУ) совокупность функционально взаимосвязанных технических и программных средств, предназначенных для управления металлорежущими станками в автоматическом режиме.
К техническим средствам относятся станок, устройства подготовки управляющих программ, устройства управления станком, устройства размерной настройки режущего инструмента и т.д. К программным средствам относятся инструкции, методики, техническое и функциональное программирование и т.д.
Программа управления группа команд, составленных на языке данной системы управления и предназначенных для управления станком в автоматическом режиме.
Числовое программное управление базируется на программе, в которой команды выражены в виде чисел.
Устройство числового программного управления (УЧПУ) часть системы числового программного управления, управляющее работой станка по командам, поступающим из управляющей программы.
УЧПУ выполняют две основные функции:
1) формирование траектории движения режущего инструмента;
2) управление устройствами автоматики станка.
Вопросы для самопроверки по теме 1.1
1. Какие функции выполняют первый, второй и третий уровни управления в автоматизмрованном производстве?
2. Какие преимущества дает применение технологического оборудования с программным управлением?