МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(Национальный Исследовательский Университет)

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ

РАБОТАМ ПО КУРСУ

“ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОИЗВОДСТВА Р Э С”

Москва

2012

Авторы составители: Н.Б. Ляхова, Г.В. Морозов.

Методические указания к лабораторным работам по курсу “Технология и оборудование автоматизированного производства РЭС”. //Авт.-сост.: Н.Б. Ляхова, Г.В. Морозов.

Методические указания предназначены для студентов радиотехнических специальностей учебно-производственной формы обучения. Темами лабораторных работ являются разработка элементов автоматизированной системы управления (АСУ) и подготовка их функционирования. Рассмотрены задачи синтеза автоматических регуляторов на логических элементах, языки программирования станков с ЧПУ и программируемых логических контроллеров управления технологическими операциями.

Материалы методических указаний могут быть использованы при выполнении технологической части дипломного проекта.

ВВЕДЕНИЕ

В процессе создания современных РЭС большое внимание уделяется вопросам автоматизации, том числе процессов изготовления РЭС. В современных системах управления все более тесной становится связь между управляющим оборудованием и самим производственным процессом. Технологическая автоматика становится неотъемлимой частью самого технологического процесса.

Требования к автоматизированной системе управления (АСУ) расширяются, поэтому сами АСУ становятся структурно сложнее и функционально разнообразнее.

В простейшем случае АСУ представляет собой регулятор - т.е. преобразователь информации или/и энергии входного сигнала Х в соответствующее управляющее воздействие Y на исполнительное устройство. Входной сигнал может задаваться “жестко” (рис. В.1) или корректироваться датчиком параметров, формирующих цепь обратной связи регулятора (рис. В.2).

Х Регулятор U Исполнительное устройство У

Рис. В1. Схема АСУ жесткого управления.

Выходной параметр объекта У фиксируется датчиком, показания которого анализируются вычислительным устройством (ВУ). Результаты работы ВУ с помощью регулятора передаются на исполнительное устройство. Обратная связь лежит в основе следящего привода : полученная информация сравнивается с заданной в программе. Если есть рассогласование, то формируется сигнал на исполнительное устройство.

Х Исполнительное Объект управления

устройство

U У

Преобра - ВУ Датчик

Регулятор зователь

Рис. В2. Схема ветви обратной связи управления.

Регуляторы могут быть аппаратной или программной реализации. Первые выполняются аналоговыми, цифровыми или комбинированными. Аналоговые регуляторы могут представлять собой механические, пневматические, гидравлические или электронные схемы.

Темой лабораторной работы № 1 является синтез автоматического аналогового регулятора, собранного на логических схемах. Подобные автоматические регуляторы не обладают гибкостью (быстрой изменчивостью параметров), но освобождают гибкие АСУ от рутинных операций.

Темой лабораторной работы № 2 является анализ жесткого управления на примере функционирования станков с ЧПУ.

Темой лабораторной работы № 3 является анализ регулятора программного типа на примере программируемого логического контроллера (ПЛК).

Тема № 1 “Разработка автоматического регулятора для управления технологическим оборудованием на логических схемах”.

1. Цель работы.

Ознакомление с методикой построения электронного регулятора жесткого управления технологическим оборудованием с использованием логических микросхем.

2. Методы анализа схем автоматики.

При формировании управляющих воздействий в процессе изготовления РЭС принимаемые решения обычно подразделяются на

- решения по основным признакам,

- решения по значениям переменных.

Решения по основным признакам имеют вид: “Да” или “Нет” (“Принять/Отклонить”, “Годен / Не годен”).

Решения по значениям переменных, даже если переменные выражены числом, можно свести к цепочке принятия решений того же типа “Да/Нет” (например, достигает ли параметр требуемого значения или нет. Это косвенное принятие решения.

При рассмотрении условий функционирования технологического процесса, которым необходимо автоматически управлять, выделяют входы и выходы системы. Им присваивают буквенные обозначения. Они являются логическими переменными системы управления. В ряде случаев входная и выходная переменные могут совпадать (когда параметр остается без изменения).

Для входных и выходных логических переменных строят автоматную таблицу или таблицу истинности - матрицу, устанавливающую связь между всеми возможными комбинациями логических переменных и соответствующими им значениями функций. Функцию можно представить также с помощью алгебраических выражений ( булевой алгебры ), где основными операторами являются И ( А * В ), ИЛИ ( А+ В ), НЕ ( `А ). Каждый множитель представляет собой необходимое условие, каждое слагаемое - допустимую альтернативу для получения результата.

Сложные системы управления с таймерами, запоминающими устройствами, счетчиками, элементами задержки, памятью и другими устройствами не удается описать только булевыми выражениями. Для установления связей между логическими переменными строят логическую схему, элементами которой наряду с устройствами являются операторы И , ИЛИ , НЕ .

Для представления регулятора в автоматике используются лестничные логические схемы. Оператор И представляется последовательным, а оператор ИЛИ параллельным соединением элементов (контактов).

Входы - контакты формируют сигнал типа “Да / Нет” и представляют исполнительные устройства: приводы, нагреватели, переключатели, реле, таймеры, счетчики, датчики, и т.д.. Выходы - нагрузки представляют собой двигатели, клапаны и другие исполнительные механизмы (рис.2.1).

А

В ходы (контакты)

Х

В ыходы (нагрузки)

А

Н Е (логическая инверсия,`А)

А В

И (последовательно соединенные

контакты, А * В) А

ИЛИ ( параллельно соединенные В

контакты, А + В )

Рис. 2.1. Обозначения элементов лестничной логической схемы.

Левый поручень лестницы отождествляется с шиной цепи питания, правый - с нейтральной шиной. Контакты принято располагать в левой части, а нагрузки - в правой (рис.2.2). Каждая ступенька должна содержать нагрузку (иначе ступень накоротко замкнет левую и правую шины). Выходная нагрузка одной ступени может быть входным контактом другой. Один и тот же вход может повторяться, если он присутствует в другой функции, т.е. одновременно является логической переменной другого выхода.

А В Х

С

Х D Y

Y A Z

X

Рис. 2.2. Пример лестничной логической схемы.

Для анализа динамических систем, в которых используется таймер, применяются временные диаграммы. Для входов и выходов временные диаграммы должны быть синхронизированы по времени.

Временная диаграмма таймера ( TMR ) представлена на рис .2. 3 . Сигнал на выходе У = 1 таймера появляется через 3 минуты после подачи входного сигнала Х = 1 и исчезает вместе со входным сигналом ( т.е. Х = 0 , У = 0) .

TMR

X 3 мин Y

X

1

0

Y

1

0

5 10 15 20 t, мин

Рис. 2.3. Временная диаграмма таймера.

3. Пример. Система автоматической вентиляции.

Условия задач и: После окончания работы станка вентиляция должна продолжать работать еще 3 минуты при уборке отходов. Необходимо разработать автоматическую систему управления вентиляцией станка. Временная диаграмма АСУ вентиляции - рис. 3.1.

А

1

0

B

1

0

Д

1

0

5 10 15 20 t, мин

Рис. 3.1. Временная диаграмма для системы автоматической вентиляции.

Анализ условий задачи:

3.1. Ввод условных обозначений логических переменных, (“1”-работает оборудование, “0”- не работает). Состав АСУ:

- выключатель А одновременно запускает станок и вентиляцию,

- станок В,

- вентиляция Д.

Зависимость X(t) на рис.3.1 показывает, что вентилятор не реагирует на приостановку работы станка, меньшую t = 3 минут.

3.2. Последовательность формирования данных для автоматной таблицы. Исходя из условий задачи, компонуются комбинации. Для каждой входной комбинации оценивается состояние каждого выхода.

Переменные А и В связаны однозначно: если А = 0, то В = 0, а если А = 1, то В = 1.

Автоматная таблица. Таблица 3.1.

Входы	Выходы
	В	Д
A = 1	1	1
A = 0, t < 3 мин.	0	1
A = 0, t > 3 мин.	0	1

Синтез регулятора управления. Для того чтобы одновременно не отключался вентилятор Д, необходимо альтернативное управление, которое может обеспечиваться элементом ИЛИ. Когда включается станок , таймер не работает, и наоборот ( А = 1 и Д= 0, А= 0 и Д = 1 ). Логические переменные А и Д инверсны, что требует введения логического элемента НЕ между ними. Так как после 3-х минут работы выход таймера формирует значение “1” , а для выключения вентилятора необходимо подать на вход элемента ИЛИ “0”, то между ними должен быть установлен элемент НЕ.

Формирование логической схемы регулятора. По результатам синтеза структуры регулятора создается его электрическая схема (рис.3.2.). С ее помощью проще проверить выполнение условий задачи, т.е. каждого логического уравнения, записанного в отдельной строчке автоматной таблицы.

А В

ИЛИ Д

(С)

НЕ Таймер НЕ

Рис. 3.2. Логическая схема регулятора управления вентиляцией станка.

Формирование лестничной логической схемы регулятора. Для построения лестничной схемы (рис.3.3) удобно ввести обозначение “С” как нагрузки таймера и контакта схемы ИЛИ.

А В

A D

C

A C

TMR

Рис. 3.3. Лестничная логическая схема регулятора автоматической вентиляции.

4. Последовательность выполнения работы.

1. Проанализировать условия задачи. Ввести обозначения. Сформировать автоматную таблицу.

2. Синтезировать схему автоматического регулятора. Сформировать электрическую или структурную (логическую) схему регулятора. Проверить, выполняет ли полученный регулятор все условия задачи с помощью автоматной таблицы. При необходимости откорректировать логическую схему.

3. Построить лестничную логическую схему автоматического регулятора.

4. Результаты работы оформить в виде отчета с иллюстрациями: таблицами и схемами.

5. Литература.

1. Асфаль, Рей. Роботы и автоматизация производства. - М.: Машиностроение, 1989.

6. Задания по теме 1:

Вариант 1.

Разработать автоматическую систему включения вентиляции светокопировальной установки и построить временную диаграмму работы вентиляции B (t).

Р

t, мин.

5 10 15

Рис.В1. Временная диаграмма работы светокопировальной установки.

Во время нормальной работы светокопировальной установки Р вентиляция работать не должна, так как аммиак нужен для копирования. После изготовления светокопии для того, чтобы очистить воздух от аммиака, необходимо на 2 минуты включить вентиляцию В.

Вариант 2.

Разработать автоматизированную систему блокировки зоны действия робота.

Робот оснащается ограждением с блокировкой, которая отключает электропитание E ( E = 0 ), если любая из 2-х дверей D открыта ( D₁ = 0, D₂ = 0 ) для доступа в рабочую зону. Одновременно должна приводиться в действие звуковая сигнализация V ( V = 1 ), которая отключается через 1 минуту. Электропитание должно оставаться выключенным до тех пор, пока не будут закрыты все двери ограждения и не нажата кнопка запуска системы В ( В = 1 ).

Вариант 3.

Разработать автоматический регулятор для коммутирования конвейера с пунктом автоматического взвешивания.

Период движения конвейера составляет t₁ = 3 секунды (по сигналу таймера двигатель конвейера С включается и продвигает его на один шаг). На конвейере имеется пункт автоматического взвешивания. Если вес изделия превышает норму, это фиксируется датчиком D ( D = 1) пункта взвешивания. По сигналу датчика D открывается крышка люка К ( К = 1 ) и тяжелое изделие покидает конвейер через отводной лоток. Крышка K остается открытой в течение t₂ = 4 секунд. Чтобы не провалилось следующее изделие,

необходимо отключить двигатель С на текущий период.

Вариант 4.

Разработать автоматический регулятор управления шлюзовой камерой.

Шлюзовая камера представляет собой помещение с двумя дверями, которые не должны быть открыты одновременно. Как только открывается одна из дверей, включается вентиляция, которая перестает работать через 1 минуту после закрытия дверей.

Вариант 5.

Разработать автоматический регулятор температуры.

Регулятор должен поддерживать температуру в пределах от Т_нижн. до Т_верхн., коммутируя нагреватель Н. Если температура, большая Т_верхн. , держится больше 1 минуты, то включается холодильник Х. Если при температуре, большей Т_верхн. , работает нагреватель, то включается аварийный сигнал С.

Вариант 6.

Разработать автоматический регулятор давления.

Регулятор должен поддерживать давление при прессовании многослойных печатных плат в пределах от Р_нижн. до Р_верхн.. Если давление становится больше Р_верхн., то включается двигатель (Д1) подъема плиты вверх. Если давление становится меньше Р_нижн, то включается двигатель в реверсивном режиме (Д2 ). Если давление, большее Р_верхн. , держится больше 0,1 минуты, то включается аварийный сигнал С.

Вариант 7

Разработать автоматическую систему контроля объекта по диэлектрической проницаемости ε.

В модуле контроля ГАЛ наличие объекта фиксируется датчиком давления А. Датчик А инициирует датчик В диэлектрической проницаемости ε. В = 1 для качественного объекта при ε_ном ≤ ε _{объекта}, включается зеленая лампа С и работает конвейер D. В = 0 для бракованного объекта при ε_ном ≥ ε_{объекта} . При срабатывании датчика В (В = 0) должна включаться красная лампа Е и останавливаться конвейер D. Если в течении 30 сек бракованная деталь не будет удалена, то должна быть включена звуковая сигнализация F.

.

Тема № 2 : “Формирование управляющей программы микропроцессорной