Методическое пособие 643

ЛЕКЦИЯ № 8

ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ – ОСНОВА СОВРЕМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Теоретическиевопросы

8.1.Область применения и классификация гибких производственных систем

8.2.Структура и задачи системы диагностики автоматических линий на базе кривошипных горячештамповочных прессов

8.3.Гибкие автоматизированные участки

8.1.Область применения и классификация гибких производственных систем

Гибкие производственные системы (ГПС) — наибо-

лее эффективное средство автоматизации серийного производства, позволяющее переходить с одного вида продукции на другой с минимальными затратами времени и труда.

ГПС позволяет снизить потребность в квалифицированных кузнецах, повысить качество продукции. Производительность кузнечно-штамповочных машин с ЧПУ, входящих в ГПС, в 1,5—2 раза выше суммарной производительности такого же количества индивидуально работающих кузнечноштамповочных машин с ЧПУ.

Гибкая производственная система — это комплекс технологических средств, состоящих из одного-двух (не более) многоцелевых кузнечно-штамповочных машин с ЧПУ или других металлорежущих станков с ЧПУ, оснащенных механизмами автоматической смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортирования их со склада до зоны обработки с помощью различных транспортных средств, например самоходных роботизированных тележек. Этот комплекс связан с единым математическим обеспечени-

90

ем, способствующим работе оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека.

ГПС оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов кузнечноштамповочного оборудования, инструментом, транспортом, системами загрузки — выгрузки.

Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору увидеть отклонения в работе станка, мониторные устройства, обеспечивающие диагностирование процесса формовки изделий, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на штамповочном блоке и т. д. Действующие в настоящее время гибкие автоматические системы значительно различаются по уровню технических возможностей.

Конкурентоспособные прессы и комплексы должны иметь различные информационные системы, решающие задачи программного управления, улучшения диагностики, облегчение эксплуатации и сопровождения, выполнения различных функций учета параметров работы КШМ и времени работы персонала.

Комплексное решение этой проблемы для отечественного прессостроения позволит значительно повысить конкурентоспособность и увеличить объем продаж продукции, что особенно актуально при современном экономическом положении.

При разработке новых моделей горячештамповочных комплексов на Воронежском ОАО ТМП учтены эти тенденции, особенное внимание уделено системам управления и диагностики.

Улучшение диагностики, среди приведенного круга задач, является одной из самых важных. Главной целью системы диагностики является не допустить аварию, путем определения возникновения предаварийных ситуаций и осуществления блокировки работы КШМ.

Среди других задач можно выделить учет динамики изменения параметров КШМ с целью оптимального плани-

91

рования планово-предупредительного ремонта и статистический учет параметров КШМ для экспертного анализа состояния узлов и, в случае возникновения аварийной ситуации, ее причин.

Актуально применение современных сетевых информационных технологий в диагностике КШМ. Через сеть можно осуществлять дистанционную диагностику кузнечноштамповочного оборудования, работающего у заказчика.

В статье на примере горячештамповочного комплекса на базе КГШП 16 МН (рис. 32) производства АО ТМП рассмотрены состав комплекса, структура системы управления комплексом и, отдельно, вопросы диагностики комплекса.

Рис. 32. Горячештамповочный комплекс на базе КГШП

сусилием 16 МН:

1- индукционный нагреватель, 2 - участок профилирования, 3 - транспортер, 4 - кривошипный горячештамповочный пресс, 5 - подача грейферная, 6 - транспортер

92

Горячештамповочный комплекс (рис. 32) работает следующим образом: загрузчик помещает заготовку в индуктор 1, затем для профилирования заготовка транспортером подается к вальцам ковочным консольным валковоклиновым 2, из которых посредством транспортера 3 и загрузчика попадает на исходную позицию захвата заготовки грейферной подачей 5 горячештамповочного пресса 4.

После штамповки поковка и отход удаляются транспортерами 6. Для смены кассет штампа служит специальная тележка.

Горячештамповочный комплекс управляется системой программного управления и диагностики, в состав которой входят датчики контроля технологических сил, температуры заготовки и штампов, объема заготовки, параметров работы оборудования (температура подшипников, муфты и тормоза, подача смазки, срабатывание механизмов по положению, давление воздуха и пр).

8.2. Структура и задачи системы диагностики автоматических линий на базе кривошипных горячештамповочных прессов

Представляет интерес рассмотреть структуру и задачи системы управления и диагностики.

В структуре можно выделить три уровня управления и диагностики (рис. 33): сбор данных, реализация управляющих сигналов и жесткого логического управления (уровень жесткой логики); уровень программируемого логического управления (реализуется программируемым логическим контроллером, далее - ПЛК); уровень интерфейса с оператором.

93

Рис. 33. Структура системы управления и диагностики

Задачи, решаемые системой программного управления и диагностики, представлены на рис. 34.

Задачи поделены на три блока: управление приводами и узлами комплекса; учет выпуска продукции и временных затрат; диагностика. Рассмотрим подробнее подсистему диагностики и структуру задач, решаемых в подсистеме.

Первая группа задач подсистемы диагностики - диагностика реального времени, решается в подсистеме, входящей в состав системы управления комплексом.

94

Рис. 34. Структура задач, решаемых системой управления горячештамповочным комплексом

Подпрограммы этой подсистемы диагностики работают в реальном времени и немедленно реагируют на все процессы, протекающие в комплексе.

95

Вторая группа задач - дистанционная диагностика. Она проводится в удаленном режиме, то есть может производиться в других зданиях завода или в географически далеко расположенных предприятиях. Для решения задач второй группы рассматриваемой системой управления информация о работе комплекса предоставляется удаленным клиентам и осуществляется поддержка дистанционного управления.

Система управления с подсистемой диагностики на основе информации о контролируемых параметрах прогнозирует отказы и позволяет планировать проведение ремонтных работ.

Тем не менее, из-за возможного несоблюдения рекомендаций по техническому обслуживанию и из-за отсутствия полной информации о состоянии и режиме работы всех узлов (деталей) комплекса возможен выход какого-либо из них из строя. В этом случае подсистема диагностики призвана облегчать поиск неисправности, производя диагностику внезапной остановки комплекса.

Задача организации блокировок механизмов в ряде ситуаций решается в подсистеме диагностики генерацией управляющего сигнала по жесткой программе. В комплексе предусмотрены следующие блокировки.

•Отключение муфты и включение тормоза при перегрузке, отсутствии смазки, недостаточном давлении воздуха

всистеме, перегреве подшипников скольжения на эксцентриковом вале.

•Блокировка работы пресса, если в системе смазки превышено максимальное давление или давление ниже минимального значения.

•Невозможность включения муфты и тормоза при рассогласованности включения воздухораспределителей муфты и тормоза.

•Отключение электродвигателя регулировки штампового пространства при его перегрузке; электродвигателя гидростанции при недостаточном уровне масла в баке; отключение цепей управления электродвигателя главного привода

96

при включенном тормозе маховика; отключение муфты и включение тормоза при выходе давления воздуха в пневмосистеме компенсатора за ранее установленные пределы.

•Отключение электродвигателя главного привода пресса и затормаживание маховика при открывании дверки на лестнице, при обнаружении постороннего предмета в блоке штампа.

Подпрограммы подсистемы диагностики, находящиеся на уровне программируемого логического контроллера (ПЛК), осуществляют контроль следующих параметров:

•технологической силы Р=Р(х) с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой величине, в зависимости от положения ползуна, а также подсчет нагружений в определенных интервалах технологических сил;

•работы деформирования с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой работе в зависимости от режима работы пресса;

•силы выталкивания поковки из нижнего штампа с выдачей сигнала по регулируемому порогу значений;

•температуры подшипников, штампов, масла с выдачей сигнала по достижении пороговых значений;

•давления в ресивере, подушках и маркете, в механизме уравновешивателя ползуна с выдачей сигнала по пороговым значениям;

•состояния уплотнения нижнего пневматического выталкивателя, в муфте, в тормозе по времени между подачей команды на соответствующий привод и ее исполнением;

•перегрузки двигателя механизма регулирования закрытой высоты с помощью фиксации скорости;

•угловой скорости маховика с фиксацией нулевой и пороговой скоростей;

•угла поворота (положения) эксцентрикого вала, торможения (угла поворота эксцентрикого вала при срабатывании механизма тормоза);

97

• снижения угловой скорости маховика в течение цикла пресса, настройки командоаппарата, углового перемещения тормоза, муфты, блокировки муфты - тормоза, работы системы подачи смазки в узлы пресса, параметров работы главного двигателя, состояния изоляции в индукторе.

Рассмотренные задачи, решаемые подсистемой диагностики реального времени, можно сгруппировать с учетом методов реализации следующим образом:

1)контроль выхода за пределы допустимых значений критических для работы комплекса параметров и останов механизмов при обнаружении превышения значения.

2)контроль динамики работы основных узлов механизма с целью определения наличия предаварийной ситуации (работа в предельном режиме одного из контролируемых механизмов).

3)определение состояния узлов, для планирования и оценки сроков планово-предупредительного ремонта.

При определении методов и технических средств реализации первой группы задач необходимо учесть повышенную опасность возможного травмирования персонала, обслуживающего кузнечно-прессовое оборудование. Решение первой группы задач средствами ПЛК повышает эту опасность из-за наличия этапа отладки программы.

Во время отладки на ПЛК может быть загружена ошибочная программа, в которой отсутствуют должные проверки

иконтроль выхода за пределы допустимых значений критических для работы комплекса параметров, что может привести к травме персонала или выходу из строя оборудования.

Поэтому эту задачу диагностики необходимо решать средствами жесткой релейной логики. При этом необходимо предусмотреть возможность подачи информации о возникшей аварийной ситуации на вход контроллера.

Для решения второй группы задач необходима реализация достаточно сложных вычислительных алгоритмов. Если выход за пределы допустимых значений критического параметра маловероятен или вследствие такого выхода авария

98

на узле не может привести к травмированию обслуживающего персонала, то контроль этого параметра необходимо осуществлять с помощью ПЛК.

Группа задач 1) и 2) имеют общую цель - определить наступление аварийной ситуации и произвести останов агрегатов или блокировать их включение. Поэтому в них для реализации управляющего воздействия используется устройство останова или блокировки.

Группа задач 3) служит для выдачи информации. Устройства реализации управляющего воздействия для нее нет, вместо него присутствует устройство вывода информации - терминал на пульте оператора.

Предварительную информацию от датчиков обрабатывают по специальным алгоритмам подпрограммы ПЛК. Выход этих подпрограмм связан с входом подпрограммы подсистемы подготовки информации и интерфейса с оператором, а подсистема посредством терминала в обработанном виде выдает информацию оператору.

8.3. Перспективы развития систем диагностики

В настоящее время уделяют большое внимание перспективам развития систем диагностики. Применяемые автоматические системы диагностики решают задачу идентифицированы наступления предаварийной ситуации и ее предотвращения, потребовав определенных действий от оператора или блокируя работу комплекса.

Алгоритмы и программы прогнозирования отказов в настоящее время недостаточно разработаны и имеют ограниченное применение.

Разработка подобных алгоритмов необходима для раннего определения причин будущей аварии и профилактического устранения неполадок. Поскольку стоимость профилактических мероприятий обычно значительно ниже устранения аварии, то экономическая эффективность этого очевидна.

99