4.2.4. Аппаратное обеспечение систем управления
Состав электронно-вычислительного оборудования ГАП определяется многоуровневой архитектурой систем управления ГАП.
уровень (нижний) – управление отдельными исполнительными системами и агрегатами.
уровень – управление ячейкой;
уровень – управление ГПС;
уровень – управление ГАП и всем заводом.
На нижнем уровне управления находятся программы управления станков, которыми управляются обработка и перемещение детали на станке. Этим программным обеспечением можно контролировать на нижнем уровне также материальные и геометрические отклонения, температуру резания и скорость износа режущего инструмента.
Программами управления ячеек ГПС ведется управление и контроль в реальном времени обработки и перемещения детали внутри ячейки (обработка, проверка, перевозка, буферное складирование). Эти программы также действуют информационной связью в сторону управляющей ЭВМ всей системы ГПС. Они, кстати, переносят программы обработки числового программного управления и другие управления устройства контроллеров от ЭВМ управления внутри ячейки.
Средний уровень – это управление функциональными подсистемами, которые находятся в диалоге с нижним уровнем и со следующим верхним уровнем. Управление этим уровнем обеспечивается одной или несколькими мини-ЭВМ.
Верхний уровень – это уровень управления системой от центральной ЭВМ АСУ ГПС. На этом уровне хранятся управляющие программы, накапливается и анализируется вся информация, формируются данные для передачи информации управлению различными АСУ завода (САПР, АСТПП, ГПС сборки и т.д.). Центральная ЭВМ верхнего уровня связывает АСУ ГПС с главной ЭВМ завода.
4.2.5. Система управления отдельными циклами. Системы с упорами, кулачками и копирами
Системы управления отдельными циклами можно разделить на две группы; системы нечислового и числового программного управления. К первой группе относятся системы путевого управления, кулачковые системы и СУ от копиров.
Системы путевого управления применяют при автоматизации прямолинейных движений инструмента (или другого органа) с постоянной скоростью. Длина пути задается соответствующей расстановкой упоров на барабанах, линейках или на установке. Упоры могут выполнять функцию ограничителя перемещений. Для исключения поломок в цепи привода устанавливают звенья, реагирующие на превышение крутящего момента или давления.
Точность работы таких систем часто недостаточна. Только в наиболее совершенных системах, оснащенных устройствами для снижения скорости при подходе к упору, точность находится в пределах 0,01 - 0,06 мм. Так как жесткие упоры воспринимают ударные усилия, связанные с инерционностью движущихся масс, они подвержены интенсивному износу и разрушению, и точность их быстро теряется. К тому жe системы с упорами имеют низкую мобильность, позволяют автоматизировать лишь небольшое количество мерных перемещений и непригодны для функционального управления.
Дальнейшим развитием СУ от упоров являются системы, позволяющие вести установку упоров автоматически. Длина перемещения в них набирается с помощью блока барабанов, снабженных комплектом эталонных прутков.
Системы управления от кулачков. Задающая информация в этих системах заложена в профиле кулачков. Основу кулачковых систем составляют кулачковые механизмы в сочетании с рычажными. Управление движением перемещаемого органа осуществляется законом, заложенным в профиле кулачка, который воспринимается толкателем механизма. Для этой цели кулачок вращается или линейно перемещается относительно толкателя с помощью распределительного вала с приводом и другого механизма, выполняющего функцию устройства ввода информации. В зависимости от типа применения кулачков различают системы с цилиндрическими, плоскими, прямолинейно движущимися, дисковыми и торцовыми кулачками. Проектирование кулачковых механизмов выполняется в следующей последовательности: выбор типа механизма, выбор и обоснование закона движения, определение основных размеров звеньев, графическое построение или аналитический расчет профиля кулачка, расчет размеров звеньев на основе динамических и прочностных условий.
Системы управления от распределительного вала (РВ). По принципу осуществления холостых ходов СУ с РВ делятся на три группы. К первой относятся СУ, в которых все кулачки установлены на одном распределительном валу (РВ), который вращается с одной настроенной угловой скоростью. У систем этой группы кулачки, управляющие холостым ходом, являются постоянными, а обеспечивающие рабочее движение - сменными. Такие системы удобно применять в тех случаях, когда продолжительность холостых или рабочих перемещений близки друг к другу.
Во второй группе все кулачки основных и вспомогательных механизмов также установлены на одном валу, но РВ имеет две скорости вращения: одну настроечную - для рабочих подач, и другую - для быстрых холостых ходов. В системе третьей группы имеются два вала с кулачками основной РВ, на котором размещены кулачки рабочих движений и часть холостых, и вспомогательный РВ с остальными кулачками холостых ходов и имеют одну настроечную скорость, при этом вспомогательный РВ вращается со скоростью, определяемой холостыми ходами. Системы с РВ сравнительно просты, имеют большую жесткость и обеспечивают высокую точность повторения размеров. Работают они с жесткой синхронизацией цикла. Недостаток - низкая мобильность и универсальность.
Командоаппараты (с кулачками). Эти системы управления являются дальнейшим развитием кулачковых систем в направлении повышения их мобильности. В командоаппаратах сменные кулачки смонтированы на быстросменной втулке, что упрощает их замену. Рычажные передаточные звенья заменяются на шариковые гидравлические и электрические передающие, устройства, которые позволяют дистанционно осуществлять движение рабочих органов. Эта особенность командоаппаратов позволила вынести РВ с кулачками и своими приводами в удобное место.
Системы управления копирами применяют для автоматического управления скоростью и перемещением рабочего органа, находящегося длительное время в работе. Несущую информацию несет копир (рисунок 4.3 ) и вчитывается щупом копировального прибора. Для считывания информации с копира щуп должен перемещаться относительно копира. Это относительное движение щупа и вместе с ним всего суппорта обеспечивает привод с задающей подачей VЗ. Копировальный прибор, состоящий из щупа и преобразующего устройства, следуя за изменением профиля копира, управляет следящим приводом и обеспечивает следящую подачу VСл рабочему органу. Различают копировальные системы прямого и непрямого действия. В системах прямого действия копир непосредственно воздействует на щуп и жестко связанный с ним рабочий орган, минуя различные преобразователи и усилители. Эти системы просты, но их недостаток в большой удельной силе, возникающей в зоне контакта щупа и копира. Совмещение функций управления и силового механизма приводит к быстрой потере точности. К тому же эти системы не позволяют осуществлять дистанционное управление.
БЦА - блок цифровой автоматики; Пр - привод; Рпр - регулируемый привод; РО - регулируемый орган
Рисунок - 4.3 Система управления станком по копиру
В значительной степени от этих недостатков свободны системы непрямого действия, которые получили наибольшее распространение для автоматизации управления технологическим оборудованием.
В этих системах копир действует не на рабочий орган, а на чувствительный датчик, сигнал с которого пропорционален изменению профиля копира и является управляющим для регулируемого привода рабочего органа.
Подавляющее большинство копировальных систем составляют системы с автоматическим обходом контура копира. Копировальные системы непрямого действия можно классифицировать по нескольким признакам: по виду воздействия копира на копировальный привод (контактные и бесконтактные), по виду управляющего сигнала (непрерывные и релейные), по виду энергии, используемой в силовом приводе, по количеству управляющих программ. Общим недостатком всех копировальных контактных систем является давление щупа на копир.
Бесконтактные копировальные системы управления позволяют воспроизводить заданный копиром закон движения, не касаясь его. Восприятие (считывание) задающей информации в этих системах осуществляется электроразрядными или фотоэлектрическими копировальными приборами. В копировальных системах с электроразрядными датчиками копир должен иметь токопроводящий слой графита или алюминиевой краски (0,01-0,05 мм). Копиром может служить контур чертежа, выполненный на бумаге (диэлектрике) графитовым карандашом или токопроводящей тушью.
Общими недостатками всех копировальных систем являются: необходимость точно изготавливать и устанавливать копир, трудность автоматизации изготовления копира, невозможность автоматизации установки копира, невысокая точность задания закона движения профилем копира, недостающая мобильность.