15. Электроприводы с программным и адаптивным управлением

Электроприводы с программным управлением обеспечивает дви­жение исполнительных органа рабочей машины по определенной, наперед заданной программе. Чаще всего ЭП с таким управлени­ем применяется при обработке деталей на металлообрабатываю­щих станках. Например, партия деталей должна пройти обработ­ку на многооперационном станке, позволяющем осуществлять сверление, фрезерование, точение и другие технологические опе­рации. При использовании программного управления перед об­работкой детали составляется программа, задающая порядок сме­ны инструмента, необходимые перемещения рабочего стола, на котором крепится деталь, режимы работы инструментов и другие технологические данные, которая затем реализуется ЭП исполнительных органов станка.

Применение ЧПУ позволяет резко (в 2-6 раз) увеличить произ­водительность станков, сократить сроки подготовки производства и технологической оснастки при смене детали, уменьшить брак, пе­рейти к многостаночному обслуживанию, обеспечить взаимозаме­няемость, что в результате позволяет получить значительный эко­номический эффект. Использование ЧПУ особенно эффективно при мелкосерийном производстве и частой смене номенклатуры обра­батываемых деталей.

В ЭП с ЧПУ сигнал управления, вырабатываемый программным устройством ПУ, поступает на ЭП, который обеспечивает отработку этого сигнала, перемещая со­ответствующим образом исполнительный орган ИО. Совокупность программного устройства и ЭП называют системой программно­го управления СПУ. В этом случае могут использоваться все рас­смотренные ранее виды ЭП постоянного и переменного тока. Все существующие программные устройства делятся на нечисловые (цикловые) и числовые программные устройства.

15.1. Электроприводы с нечисловыми (цикло­выми) программными устройствами

Эти ЭП используются для обеспечения повторяю­щихся одинаковых циклов движения исполнительных органов. В программных устройствах таких элект­роприводов применяются различные контактные и бесконтактные аппараты релейного действия - конечные и путевые выключатели, шаговые искатели, счетчики, средства программируемой логики. К электроприводам с нечисловыми программными устройствами относятся также системы с использованием шаблонов и копиров, которые применяются в различных копировальных станках и авто­матах. В таких системах обычно используется следящий электро­привод релейного действия.

В нечисловой СПУ, приведенной на рис.223, электродвигатель М приводит в движение исполнительный орган ИО, которым мо­жет быть, например, суппорт строгального станка, «рука» манипу­лятора и др. В крайних положениях ИО установлены конечные вык­лючатели SQ1 и SQ2, которые вместе с контакторами К1 и К2 и кнопками управления SB1 и SB2 образуют схему управления дви­гателем. При включении контактора К1 двигатель М обеспечивает движение исполнительного органа ИО в условном направлении «Вперед», а при включении контактора К2 - в условном направле­нии «Назад».

Предположим, что в исходном положении исполнительный орган ИО находится в промежуточном положении и ни один из конеч­ных выключателей не нажат. Для начала работы ЭП необходимо нажать кнопку SB1, в результате чего включится контактор К1 и двигатель М, подключившись к питающей сети, обеспечит движе­ние ИО в направлении «Вперед».

При подходе ИО к конечному выключателю SQ2 и нажатии на него происходят разрыв цепи катушки контактора К1 и подключе­ние к источнику питания контактора К2. Переключение этих аппаратов изменит на противоположную полярность напряжения на яко­ре двигателя М и он начнет вращаться в обратную сторону, обес­печивая движение ИО в направлении «Назад».

Рис.223. Схема цикловой системы программного управления

При подходе ИО к конечному выключателю SQ1 и нажатии на него происходит обратное переключение в схеме, а именно отклю­чается контактор К2 и включается контактор К1, после чего испол­нительный орган вновь начнет двигаться в правлении «Вперед». Та­кое цикловое возвратно-поступательное движение будет происхо­дить до тех пор, пока не будет нажата кнопка SB2.

Приведенную схему можно дополнить счетчиком, который пос­ле определенного числа циклов движения ИО остановит его.

В последнее время широкое применение в схемах программного управления электропривода находят программируемые контролле­ры (ПК), представляющие собой специализированные ЭВМ для ав­томатизации цикловых и последовательных производственных и технологических процессов. Программные контроллеры позволя­ют реализовывать как простые схемы управления цикловым дви­жением электроприводов, так и сложные системы комплексной ав­томатизации промышленного оборудования. Применение ПК оказывается экономически целесообразным при реализации схем управления, требующих использования нескольких десятков или сотен обычных электрических аппаратов - реле, логических элемен­тов, счетчиков и др.

Рассмотрим работу цикловой системы программного управле­ния с применением ПК, считая, что в программируемое запомина­ющее устройство (ПЗУ) с помощью устройства ввода программ (УВП) введена программа, определяющая порядок функциониро­вания системы (рис. 224, а). Рабочий цикл схемы включает в себя три этапа.

На первом этапе с помощью сканатора (генератора тактовых импульсов) обеспечивается циклический и последовательный оп­рос всех входов ПК, на которые подаются сигналы от командных устройств и элементов системы - кнопок и ключей управления, конечных и путевых выключателей, других ЭВМ. Получаемая ин­формация загружается в ПЗУ.

На втором этапе процессор в соответствии с введенной в ПЗУ программой осуществляет логические операции, преобразующие состояние входных сигналов в заданное состояние выходных сиг­налов. Если состояние входов не изменилось по сравнению с пре­дыдущим циклом сканирования, процессор сохраняет неизменным состояние выходов, в противном случае процессор изменяет их со­стояние в соответствии с заданной программой.

Опрос участков программы осуществляется циклично, одного за другим, в порядке расположения и возращением к началу программы после окончания полного цикла опроса. Время опроса од­ного цикла (период сканирования) в среднем составляет 2-10 мс на 1000 слов памяти.

На третьем этапе осуществляется вывод выходных сигналов на исполнительные устройства электроавтоматики станка - электро­приводы исполнительных органов, электромагниты и электромаг­нитные муфты, реле, контакторы и др.

Программа записывается в ПК с помощью различных языков, например в виде уравнений булевой алгебры, мнемокода и стан­дартных описаний релейных схем, а также языков высокого уров­ня - PL/M и ФОРТРАН IV. Рассмотрим в качестве примера ис­пользование языка релейно-контактных символов (РКС), который прост, нагляден и не требует специальных знаний персонала при программировании. Язык РКС имеет пять основных логических компонентов (сим­волов) (см. рис. 224, б): аргумент (замыкающий контакт), инвер­сный (обратный) аргумент (размыкающий контакт), начало и ко­нец ветвления параллельной цепи, и функцию (выход, например, катушка электрического аппарата или электромеханического ус­тройства). К дополнительным компонентам языка относятся счет импульсов (счетчик), выдержка времени (таймер) и запоминание (память).

Основу для программирования на языке РКС составляют прин­ципиальные релейно-контакторные схемы управления, которые перед программированием необходимо преобразовать по следую­щим правилам.

Каждая цепь преобразованной схемы должна иметь одинаковое число (например, четыре) последовательно или параллельно вклю­ченных контактов, каждый из которых располагается в одной из четырех зон - А, В, С, D. Пятая позиция цепи отводится функции (выходу). Если контактов в цепи меньше, чем четыре, их дублиру­ют, если их больше, в схему ПК вводится промежуточное (фиктив­ное) реле (память), не нарушающее логики работы исходной цепи. Контакты (входы) и функции (выходы) нумеруются.

Для примера на рис.224, в приведена преобразованная таким образом схема циклового управления, показанная на рис. 223. В этой схеме в соответствии с указанными правилами введено про­межуточное реле 1, а контакт конечного выключателя SQ1 сдублирован. Ввод программы после составления такой схемы осуществляет­ся с панели ПК (блок УВП на рис. 224, а), клавиши которой соот­ветствуют тому или иному логическому символу языка. Кроме того, на панели располагаются декадные переключатели набора номе­ров цепей и контактов, а также клавиши выбора типа функции (ло­гическая, счетная, временная или запоминания).

Вводимая программа записывается в ПЗУ, после чего ПК может выполнять функции, предусмотренные принципиальной схемой. Выполнение программы будет производиться последовательно по цепям цикловым образом, при этом каждая цепь обрабатывается слева направо.

Рис.224. Структурная схема (а), язык релейно-контакторных символов (б) и преобразованная принципиальная схема ЭП с программируемым контроллером (в)