Автоматизация технологических процессов и производств

вой, без соцкультбыта, стрессов и эмоций, без прибавки к зарплате

ипенсии, хотя забастовки тоже могут быть.

5.Экономически применение робота выгодно, если его стоимость не превышает тройной годичной заработной платы высвобождаемого человека. В условиях дешевой рабочей силы в России применение роботов не всегда выгодно. В этом и состоит причина пока малого их применения в России.

2.4.4.Примеры применения роботов

1.Завод «Мерседес» в Зиндельфингене (ФРГ): 35 секунд – автомобиль. 47 тыс. сотрудников, 550 роботов (выполняют 95 % сварки). Сборка, окраска, защитные покрытия (до 10 покрытий). Перечень пожеланий содержит 1100 пунктов: цвет автомобиля, салона, сиденья (26 наименований), материал сиденья, марка магнитолы и т.д. Машина готова через 12 недель – так функционирует гибкое производство.

2.Орловское объединение «Промприбор» (около 100 роботов): позволили вдвое сократить число рабочих при росте надежности

в1,5 раза и количества изделий в 3,5 раза.

3.Ленинградский электромеханический завод: свою нагрузку на штамповочном участке взяли на себя роботы.

4.Петродворцовский часовой завод: роботы-сборщики позволили не привлекать 1800 человек.

5.Великолукский завод «Реостат»: профессии «штамповщица» больше нет, есть штампы и РТК.

6.Днепропетровский электровозостроительный завод, Московский станкостроительный завод «Красный пролетарий» имеют гибкие автоматизированные цеха, включающие станки с ЧПУ, робота- ми-манипуляторами, устройствами для уборки стружки, автоматизированными складами и кранами-штабелерами и внутрицеховым транспортом (робокары).

7.В Японии имеются фирмы, предоставляющие роботов в аренду для сборки, сварки, окраски, – в месяц это обходится в 4–5 раз дешевле, чем рабочий соответствующей квалификации. Роботы являются глав-

31

ной ударной силой японских автопромышленников в борьбе с американскими конкурентами. Благодаря им на каждого рабочего этой отрасли производится 60 автомобилей в год, в США – всего 20.

Завод «Фанук» (рост производства за 10 лет в 14 раз): производство роботов М10, М20 – занято 40 роботов, 100 ра-

бочих. В цехе обработки автоматизация – на 95 %, в цехе сборки на 65 %. Завод работает круглые сутки. По ночам за механической обработкой наблюдает один человек – наблюдается только мигание тусклых сигнальных огоньков;

производство электродвигателей с постоянными магнитами: 60 центров механической обработки (многооперационных станков) производят 900 типов и размеров деталей партиями от 20 до 1000 комплектов, 101 робот, 60 рабочих днем (в основном труд по уходу и профилактике), несколько ночью, итог работы – 10 тысяч электромоторов в месяц.

2.5. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ В СЧПУ

PLC: Programmable Logic Controllers – программируемый логи-

ческий контроллер.

MAP: Manufacturing Automation Protocol – промышленный ав-

томатизированный протокол.

Цикловое управление – движение от упора до упора. Позиционное управление – движение от точки к точке без требо-

ваний к траектории движения.

Контурное управление – движение от точки к точке по заданной траектории.

Интерполятор – вычислительное устройство, предоставляющее расчет и выдачу управляющих сигналов по нескольким осям с квантованием по уровню и по времени, обеспечивающее при этом заданную траекторию движения.

Линейная интерполяция – расчет перемещений по осям при общем движении по прямой.

32

Круговая интерполяция – расчет перемещений по осям при общем движении по окружности.

Абсолютные координаты – координаты движения рабочего органа, которые определены относительно базовой (нулевой) точки станка.

Относительные координаты (в приращениях) – координаты движения рабочего органа, которые определены относительно предыдущей опорной точки.

Разрешающая способность – наименьшее задание управления (перемещения, температуры и т.д.).

Базовая нулевая точка системы координат СЧПУ – начало от-

счета по координатным осям конкретного станка, робота и т.д.

Фиксированная точка (точка нулирования) – исходная точка рабочего органа, определенная относительно базовой точки, служащая для исходной установки рабочего органа и начальной привязки к системе координат станка.

Опорная точка – узловые точки на эквидистанте (траектории движения центра инструмента), меняющие геометрическое или технологическое состояние траектории.

Контрольные вопросы

1.Определите, когда выгодно применять: а) многооперационные станки; б) станки с ЧПУ.

2.В каком направлении будут развиваться СЧПУ?

3.Поясните термины:

а) «разрешающая способность станка»; б) «опорная точка».

4. В каких случаях рационально применять роботы?

33

3. ИНФОРМАЦИЯ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦИИ

Информация – сведения о явлениях природы, событиях в общественной жизни, процессах в технических устройствах.

Код – система знаков, однозначно определяющая информацию. Сообщение – зафиксированная информация в материальной форме. Непрерывное сообщение – физическая форма информации.

Дискретное сообщение – набор элементов (букв, символов), из которых в дискретные моменты времени формируются некоторые последовательности.

Набор отличающихся элементов – алфавит.

Последовательность числовых символов – цифровая информация. С любой необходимой точностью любое непрерывное сообщение можно заменить цифровым сообщением путем квантования не-

прерывного сообщения по уровню и по времени.

Преобразование и передача дискретной информации любой формы (например, текста) могут быть сведены к эквивалентным преобразованиям и передаче цифровой информации.

3.1. ТОЧНОСТЬ ИНФОРМАЦИИ

Точность информации в системах автоматизации в перую очередь зависит от погрешности первичных датчиков, преобразующих физические, химические и другие технологические величины в электрические сигналы: напряжение, ток, частота, фаза, цифровая информация.

Информация с первичных датчиков передается, преобразуется, обрабатывается, запоминается, индицируется. Наибольшая погрешность возникает при передаче информации. На рис. 3.1, а показано увеличение точности при передаче информации в различных ее формах.

34

терь информации в линии в зависимости от ее длины. Но линия может быть только двухточечная или цепочечная с транслятором.

На линию передачи потенциала помехи влияют сильнее. Здесь

иzнагр значительно больше.

Вцифре достигается любая требуемая по техническим условиям точность – все зависит от количества разрядов.

3.2. ДИСКРЕТИЗАЦИЯ ПО УРОВНЮ И ПО ВРЕМЕНИ

НЕПРЕРЫВНОГО СИГНАЛА

При преобразовании непрерывного сигнала в дискретный осуществляется квантование по уровню и по времени.

На рис. 3.2 представлен непрерывный сигнал и полученный из него после квантования по уровню и по времени цифровой сигнал.

Рис. 3.2. Непрерывный сигнал и полученный из него после квантования по уровню и по времени

цифровой сигнал

При преобразовании всегда возникает вопрос: каковы должны быть кванты по уровню и по времени?

Величина кванта по уровню – это, как правило, разрешающая способность системы управления, единица младшего разряда цифрового кода. Учитывая, что непрерывные сигналы датчиков и регуляторов систем управления и других источников не могут быть точнее 0,025–0,1 %, нет необходимости иметь точность преобразо-

36

вания более высокой. Поэтому используются 10–12-разрядные ЦАП и АЦП. При 10-разрядном преобразователе инструментальная по-

грешность = 100 % = 0,1 %, при 12-разрядном преобразователе

210

= 100 % = 0,025 %.

212

Квантование по времени вносит в системы управления запаздывание на период квантования. Следует учитывать и теорему Котельникова – Шеннона, согласно которой предельная полоса пропускания дискретной системы теоретически не может быть больше половины частоты квантования: fпр fкв/2.

Теорема: если непрерывная функция x(t) удовлетворяет условиям Дирихле (ограничена, кусочно-непрерывна и имеет конечное число экстремумов) и ее спектр ограничен некоторой частотой среза С, то существует такой максимальный интервал t между отсчетами, при котором имеется возможность безошибочно восстанавливать дискретизируемую функцию x(t) по дискретным отсчетам. Этот максимальный интервал t = / С = 1/(2fC).

Чрезмерное увеличение частоты квантования требует увеличения скорости вычислений в дискретной части системы. Но нет особой необходимости увеличивать полосу пропускания дискретной части больше, чем полоса пропускания непрерывной части системы. Это не дает преимуществ.

Например, тиристорные следящие приводы не позволяют получить полосу пропускания по контуру скорости выше, чем 30–40 Гц. Тразисторные приводы (ШИМ с ДПТ, вентильный двигатель) имеют полосу пропускания выше 100 Гц. Поэтому в системах ЧПУ при управлении тиристорными следящими электроприводами частоту квантования принимают 100–125 Гц (период квантования (8–10 мс)).

При управлении транзисторными приводами получить полосу пропускания дискретной части 250–300 Гц не всегда удается. Быстродействие электроприводов тогда используется не в полной мере.

37

3.3.АППАРАТНЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ УРОВНИ

1.Уровень объекта – физический уровень (полевой уровень): скорость, положение, температура, давление, расход, U, I, фаза,

частота, цифровой код, t> t доп, включено/отключено, замкнуто/ разомкнуто и т.д.

2.Уровень ЭВМ, регуляторов, систем исполнения (контроллерный уровень):

буквенно-цифровые и цифровые коды

3.Уровень оператора:

входы – световая, звуковая, графическая (дисплей, прибор) информация,

выход – механическое воздействие на кнопки, клавиши и др. управляющие устройства.

3.4. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ

Поскольку в системах автоматизации информация существует в разнообразных формах, требуется преобразовывать информационные сигналы из одной формы в другую.

Ниже, в табл. 3.1, представлены основные возможные преобразователи информации.

38

а) поведение этих агрегатов задается извне программами или оператором;

б) характерно взаимодействие со средой, т.е. необходимость адаптации к изменениям нагрузки и параметров, неоднородность материала, износ и т.д.;

в) критерии функционирования технологические:

–точность обработки, точность поддержания технологических параметров и режимов;

–интегральные критерии качества продукции.

II. Уровень участка:

вход – плановое задание, выход – распределение работы между агрегатами 1-го уровня.

III. Цеховой:

основное – подготовка производства (проектирование изделий и процессов, технической оснастки, УП для локальных объектов).

Здесь главное – экономические критерии качества управления.

IV. Заводской:

связи с поставщиками, конъюнктура рынка, прогноз номенклатуры изделий и спроса.

Главное – тоже экономические критерии качества управления.

V. Уровень корпорации. VI. Уровень страны.

3.6. ТЕНДЕНЦИИ В ПОСТРОЕНИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ

СИСТЕМ

1.Более рациональная организация рабочей среды.

2.Адаптация ТП к рабочей среде – применение более совершенных АСУТП.

1-е направление – автоматизация получения знаний о технологии, т.е. прогнозирование, исследование, проектирование, подготовка производства, испытание продукта. Благодаря этому:

а) уменьшается трудоемкость; б) сокращается время подготовки производства;

40