Лекция №6. О системАх управления Технологиями Производств л.П. Отличительным признаком полуавтомата (п/а) и машины-автомата является наличие в их структуре системы управления (су).
Мы остановимся на рассмотрении вопросов выбора и проектирования автоматических систем 1-ого класса. Подобные системы выполняют свои функции по заранее заданной программе (т. е. заданному порядку) без права выбора и вне зависимости от условий фактического протекания процесса.
Рис.6.1.
В подобных системах управления контрольная, рабочая информация или вообще отсутствует, или имеет вспомогательное значение. Подобные системы ещё называются циклическими или детерминированными (безрефлексные или с жёстким управлением).
Автоматические системы 2 класса (информационные, рефлексные, ациклические), применяемые в АСУТП, их классификация, анализ, синтез, а также деление по признакам рассматриваются в других дисциплинах и других образовательных программ.
Системы управления п/а, автоматов и автоматических линий лёгкой промышленности (системы управления 1 класса) могут быть разделены на три принципиальные группы (рис.6.1).
Рассмотрим схему примера временного управления двумя ИМ по приведенной тактограмме с использованием командоаппарата. Одним из примеров централизованных систем с программоносителями типа командоаппарат является КЭП-12У (рис.6.2а), где схематично показана работа 2-х пневматических цилиндров, составленная в соответствии с тактограммой, представленной на рис. 6.2б.
Рис.6.2
Для управления Ц1 и Ц2 использованы 2-х позиционные 4-х ходовые распределители 1 и 2, которые, в свою очередь, управляются от 2-х позиционных 3-х ходовых с пружинным возвратом распределителей 3 и 4 (пневматических переключателей), которые управляются кулачками 5, 6 командоаппарата. Когда оба переключателя 4 и 3 не нажаты, полости управления распределителями связаны с атмосферой и штоки цилиндров Ц1 и Ц2 находятся в крайнем (левом) положении. После включения двигателя 7 через муфту 8 и редуктор 9 начинает вращаться распределительный вал командоаппарата. Кулачки командоаппарата, настроенные в соответствии с тактограммой поочерёдно нажимают на переключатели и сжатый воздух подаётся в полости управления распределителей, которые, меняя позиции, подают сжатый воздух в полости цилиндра. Возврат распределителя осуществляется с помощью упругих элементов.
Одним из преимуществ подобных систем является простота построения схемы и конструкции в целом.
К недостаткам таких систем следует отнести то обстоятельство, что в подаче сигналов на переключение распределителей через определённые промежутки времени независимо от того, выполнены действия, соответствующие предшествующему такту, или нет. Отсутствие контроля за выполнением предыдущих тактов может вызвать аварию или, во всяком случае, увеличение времени цикла, т. к. при выборе продолжительности такта приходится задаваться верхним пределом времени срабатывания устройства.
При централизованном путевом управлении также используется командоаппарат с распределительным валом. Однако в отличие от ЦСВУ здесь отсутствует непрерывное вращение вала. Он периодически поворачивается на некоторой угол и только после того, как поступит сигнал о выполнении операции, определённой предыдущим тактом. Управляющее устройство такого типа носит название шагового командоаппарата.
В качестве примера рассмотрим систему управления гидравлическим прессом для формования деталей в пресс-формах (рис.6.3).
Рис.6.3
Последовательность включения отдельных цепей управления (на рис.13.3) определяется расположением контактных пластин 5 на боковой поверхности барабана 1. Кулачки – упоры 2 с регулируемой установкой на держателях I, II, III с помощью конечных выключателей управляют работой электромагнита 3 с храповиком 4. Электромагнит срабатывает практически одновременно с окончанием рабочего этапа при какой-либо включенной цепи управления. Поэтому после того, как КЭП включит своими контактными пластинами какую-либо цепь управления, он останавливается до тех пор, пока соответствующий кулачок–упор не заставит сработать конечный выключатель. При этом, работавшая до этого момента, цепь размыкается, командный аппарат поворачивается на один шаг и включает цепь управления следующего кулачка–упора и т. д. Переналадка подобной схемы управления на новый вид тактограммы достаточна проста.
У многих швейных и обувных полуавтоматов используется механическая система управления, построенная по централизованному принципу с распределительным валом и программоносителем кулачкового типа (рис. 6.4) или на электронных носителях информации.
Рис.6.4
Основу машины составляет главный распределительный (кулачковый) вал III, приводимый в движение электрическим двигателем I, через муфту сцепления II. Каждый из кулачков главного вала механически связан с соответствующим рабочим инструментом (1,2,3,4) машины и задаёт (или обеспечивает) предписанный профилем кулачка закон его движения.
К недостаткам СУ машинами такого типа следует отнести: а) шум; б) ограниченные возможности; в) износ программоносителей (кулачков); г) длинные кинематические цепи, что усложняет её проектирование и конструкцию.
Достоинства: обеспечивается чёткая и жёсткая синхронизация работы всех механизмов в соответствии с регламентом, что и обеспечивает работоспособность машин.
Проектирование централизованных СУ с кулачковым программоносителем (распределительным валом) осуществляется в следующей последовательности:
По заданной циклограмме (тактограмме) работы машины определяют последовательность включения механизмов, их рабочие циклы и фазовые углы смещения кулачков на распределительном валу.
Составляется кинематическая (гидро или пневмо-кинематическая схемы) отдельных механизмов и всей машины.
Проектируются параметры звеньев (размеры) механизма по величине и характеру движения инструмента.
Зная кинематические параметры звеньев и закон движения выходных звеньев механизмов, проектируют кулачок (эксцентрик).
В отдельном ряду стоят децентрализованные системы путевого управления (ДЦСПУ), которые представляют собой определённым образом организованную систему взаимосвязанных 2-х позиционных логических элементов, обеспечивающую заданную тактограммой последовательность работы исполнительных механизмов.
Эти СУ выгодно отличаются от систем управления, 1 ой группы – они дешевле и надёжнее систем управления с шаговым командоаппаратом.
Основным недостатком ДЦСПУ в отличие от систем 1-ой группы является полное её изменение при изменении технологического процесса (по последовательности выполнения операций). Подобные системы являются сугубо индивидуальными для каждой из тактограмм, что затрудняет её проектирование.
До недавнего времени разработка СУ такого типа проводилась большей частью интуитивно. Понятно, что при таком подходе при создании подобных СУ необходима высокая квалификация проектировщика и нет гарантии оптимального варианта с позиций минимизации используемых элементов. Практика показывает изъяны подобной методики проектирования, как-то: излишняя сложность, более высокая стоимость (как следствие), пониженная надёжность в работе.
В настоящее время для проектирования таких систем используют теорию логического синтеза двухпозиционных устройств. Это теория относительно молода. Начало её развития можно отнести к 1936-1938 гг., когда русский учёный Шестаков, американец Шеннон и японцы Накасима и Ханзава применили для решения задач релейной техники математический аппарат булевой алгебры.
Алгебра логики была разработана американцем Д. Булем в середине 19-го века. Однако этот математический аппарат на протяжении почти целого века не находил практического применения, хотя ещё в 1910 г. российский физик Эренфест высказывал идею её применения для исследования контактных схем. Современный этап развития двухпозиционных устройств начался в 50-ых годах прошлого столетия в связи потребностями и развитием телемеханики и вычислительной техники.