СУПО / Лекция 12

9

Лекция 12

Система программно-адаптивного управления горячештамповочным комплексом

Развитие информационных технологий определяет новые требования к продукции кузнечно-штамповочного производства. Кон­курентоспособные прессы и комплексы долж­ны иметь различные информационные систе­мы, решающие задачи программного управле­ния, улучшения диагностики, облегчения эксплуатации и сопровождения, выполнения различных функций учета параметров работы кузнечно-штамповочных машин (КШМ) и времени работы персонала.

Эти тенденции учитываются при разработ­ке новых моделей горячештамповочных ком­плексов в ЗАО "Тяжмехпресс" (г. Воронеж). Особое внимание уделяется системам управ­ления и диагностики.

Главная цель системы диагностики — не­допущение аварии путем определения воз­никновения предаварийных ситуаций и осу­ществления блокировки работы КШМ. Среди других задач можно выделить учет динамики изменения параметров КШМ с целью опти­мального планирования планово-предупре­дительных ремонтов и статистический учет параметров КШМ для экспертного анализа состояния узлов и причин возникновения аварийной ситуации.

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

В настоящей статье на примере горячеш­тамповочного комплекса на базе КГШП но­минальной силой 16 МН производства ЗАО "Тяжмехпресс" рассмотрены состав комплек­са, структура и задачи системы управления и диагностики.

Горячештамповочный комплекс работает следующим образом. Загрузчик помещает за­готовку в индуктор для нагрева, откуда кон­вейером заготовка подается к ковочным валь­цам для профилирования. Затем посредством конвейера и загрузчика заготовка попадает на исходную позицию захвата грейферной пода­чи 5 горячештамповочного пресса. После штамповки поковка и отход удаляются кон­вейером в соответствующую тару.

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 смазочного материала, срабатывание механиз­мов по положению, давление воздуха и пр.).

Рассмотрим структуру и задачи системы управления и диагностики. Можно выделить три уровня управления и диагностики (рис. 1):

1) жесткой логики (сбор данных, реализация управляющих сигналов и жесткого логиче­ского управления);

2) программируемого ло­гического управления (реализуется програм­мируемым логическим контроллером (ПЛК));

3) интерфейса с оператором.

Задачи, решаемые системой программного управления и диагностики, приведены на рис. 2. Они поделены на три блока: управле­ние приводами и узлами комплекса; учет выпуска продукции и временных затрат; диаг­ностика.

Рассмотрим подробнее подсистему диаг­ностики и структуру решаемых в ней задач. Первая группа задач — диагностика реального времени — решается в подсистеме, входящей в состав системы управления комплексом. Подпрограммы этой подсистемы диагности­ки работают в режиме реального времени и немедленно реагируют на все процессы, протекающие в комплексе. Вторая группа задач — дистанционная диагностика — ре­шается в удаленном режиме, т. е. она может реализовываться в других зданиях завода или на предприятиях, далеко расположен­ных от завода. Для решения задач второй группы 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, а также из-за отсутствия полной информации о состоянии и режиме работы всех узлов (деталей) комплекса все же возможен выход из строя какого-либо узла (детали). 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 (см. рис. 1). В ком­плексе предусмотрены следующие блокировки:

• отключение муфты и включение тормоза при перегрузке, отсутствии смазочного ма­териала, недостаточном давлении воздуха в системе, перегреве подшипников сколь­жения на эксцентриковом валу;

• блокировка работы пресса, если давление в системе смазывания выше максимально­го или ниже минимального значения;

• невозможность включения муфты и тор­моза при рассогласованности включения воздухораспределителей муфты и тормоза;

• отключение электродвигателя регулировки штампового пространства при его перегрузке; отключение электродвигателя гид­ростанции при недостаточном уровне мас­ла в баке; отключение цепей управления электродвигателя главного привода 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 (см. рис. 1), находящиеся на уровне програм­мируемого логического контроллера, осуще­ствляют контроль следующих параметров:

* технологической силы Р = Р(х) с сопос­тавлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой вели­чине в зависимости от положения ползуна;

* работы деформирования с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой величине 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, в механиз­ме уравновешивателя ползуна с выдачей сигнала по пороговым значениям;

* состояния уплотнения в нижнем пневма­тическом выталкивателе, в муфте, в тормо­зе в течение времени между подачей ко­манды на соответствующий привод и ее исполнением;

* перегрузки двигателя механизма регули­ровки закрытой высоты с помощью фик­сации скорости;

* угловой скорости маховика с фиксацией нулевой и пороговой скоростей;

* угла поворота (положения) эксцентрико­вого вала, угла торможения (угла поворота эксцентрикового вала при срабатывании механизма тормоза);

а также контроль снижения угловой скорости маховика в течение технологического цикла пресса; настройки командоаппарата; углово­го перемещения тормоза, муфты; блокировки муфты — тормоза; работы системы подачи смазочного материала 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 (см. рис. 2):

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

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 задач первой группы не­обходимо учитывать повышенную опасность возможного травмирования персонала, обслу­живающего кузнечно-прессовое оборудование. Решение задач первой группы средствами ПЛК повышает эту опасность из-за наличия этапа отладки программы. Во время отладки может быть загружена ошибочная програм­ма, в которой отсутствуют должные проверки и контроль выхода за пределы

допустимых значений критических параметров, что может привести к травме персонала или выходу из строя оборудования. Поэтому эту задачу ди­агностики необходимо решать средствами жесткого релейного логического управления. При этом необходимо предусмотреть возмож­ность подачи информации о работе этой час­ти системы управления на вход контроллера.

Для решения задач второй группы необхо­дима реализация достаточно сложных вычис­лительных алгоритмов. Если выход за преде­лы допустимых значений критического пара­метра маловероятен или вследствие такого выхода авария на узле не может привести к травмированию обслуживающего персонала, то контроль этого параметра необходимо осу­ществлять с помощью ПЛК.

Группы задач 1 и 2 имеют общую цель — определить наступление аварийной ситуации и остановить агрегаты или блокировать их включение. Поэтому 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 со вхо­дом подпрограммы подсистемы подготовки информации и интерфейса с оператором (см. рис. 1). Эта подсистема посредством терми­нала выдает оператору информацию в обра­ботанном виде.

В настоящее время большое внимание уде­ляется перспективам развития систем диаг­ностики.

Применяемые автоматические системы диагностики решают задачу идентифициро­вания наступления предаварийной ситуации и ее предотвращения, требуя 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 возможного возникновения аварии и профилактического устранения неполадок. Экономическая эффективность применения таких алгоритмов очевидна, так как затраты на профилактику обычно значительно ниже затрат на устранение аварии.

Перспективным в этом отношении будет использование экспертной системы учета, об­работки сведений о техническом состоянии и выдачи подробных рекомендаций по обслу­живанию горячештамповочного комплекса. Подобная система должна на основе имеющихся данных выдавать экспертные оценки вероятности выхода из строя какого-либо уз­ла или детали, необходимости проведения профилактических мероприятий и т. д.

С развитием телекоммуникаций стало воз­можным получать данные о работе техноло­гического оборудования через глобальную ин­формационную сеть или с помощью прямого модемного соединения, т. е. дистанционно. Разработка и применение системы дистанци­онной диагностики экономически эффектив­но, особенно при поставке небольшим заво­дам. Используя эту систему, завод-изготови­тель кузнечно-штамповочного оборудования может осуществлять техническое сопровожде­ние своего изделия на предприятии-заказчике. Наличие детальной информации, статисти­ческих данных о работе подобного оборудова­ния и применение системы дистанционного сопровождения позволяет заводу-изготовите­лю с минимальными затратами и в кратчай­ший срок провести комплексную диагности­ку, найти причину неполадки и выработать меры по ее устранению. В этом случае у за­вода-заказчика, эксплуатирующего гррячеш-тамповочный комплекс, отпадает необходи­мость содержать специальный высококвали­фицированный обслуживающий персонал.

Выводы. 1. Современное кузнечно-штамповочное оборудование, особенно автомати­зированные комплексы, необходимо осна­щать системой управления и диагностики. Применение современных информационных технологий в системах управления и диагно­стики должно принести значительный эконо­мический эффект.

2. При разработке подсистем управления и диагностики необходимо рассматривать их как единое целое, что облегчит проектирова­ние сложных взаимосвязей между составны­ми частями.

3. Эксплуатация системы дистанционной диагностики даст возможность заводам-изго­товителям получать информацию о реализуе­мом оборудовании, что позволит сократить персонал, занимающийся ремонтом на заво­дах-заказчиках, и повысить качество обслу­живания оборудования.

Лекция 12