4.4. Структура и функции систем управления станками и станочными комплексами

Основными принципиально отличающи­мися друг от друга базовыми типами систем автоматического управления станками и ста­ночными комплексами являются СУ автомати­ческим циклом, системы ЧПУ отдельных станков и СУ различными видами гибких тех­нологических комплексов в многономенкла­турном механосборочном производстве.

Система управления автоматическим циклом должна обеспечивать:

1. Перемещение обрабатываемых загото­вок между рабочими позициями, а также фик­сация и закрепление их на время обработки в приспособлениях станков. Эти действия вы­полняются механизмами транспортных и за­грузочных устройств и систем, управляемыми электромагнитными контакторами либо рас­пределителями импульсного или длительного действия. Перевод распределителей импульс­ного действия из одного рабочего положения в другое обеспечивается подачей на соответст­вующий электромагнит сигнала определенной длительности (импульса), как правило сину­соидального напряжения. В отечественном оборудовании такой импульс обычно имеет напряжение 110 В, частоту 50 Гц и длитель­ность 2-3 с. Для переключения и удержания в рабочем положении распределителей длитель­ного действия также используются электро­магниты. При отключении их питания даже на непродолжительное время гидрораспредели­тель самопроизвольно перемещается в другое положение.

2. Непосредственную обработку загото­вок, закрепленных на рабочих позициях. Вра­щение обрабатывающего инструмента обеспе­чивается электродвигателем привода главного движения. Поступательное движение силовых головок осуществляется обычно посредством гидроцилиндров, управляемых гидрораспреде­лителями импульсного или длительного дейст­вия. В ряде случаев для выполнения поступа­тельных движений используется и электроме­ханический привод подачи.

3. Контрольную сигнализацию, блоки­ровку и индикацию состояния исполнитель­ных органов, в том числе сигнализацию об авариях и установление их причин. В начале смены, так же как и при повторном пуске после оперативного или аварийного снятия напряжения, выполнению автоматического цикла предшествует комплекс подготовитель­ных пусковых операций, осуществляемых по командам от СУ. Эти команды реализуют по­следовательно: подачу напряжения; подачу звукового предупреждающего сигнала; пуск электродвигателей.

После выполнения подготовительных операций СУ обеспечивает работу в автомати­ческом и наладочном режимах.

В автоматическом режимеСУ осуществ­ляет последовательную реализацию элементов цикла, а также экстренную (внеочередную) реализацию отдельных переходов и движений с предварительной отменой некоторых команд из числа ранее выданных. Такая необходи­мость может появиться в случае возникнове­ния аварийных ситуаций и нарушения блоки­ровок или в случае оперативного вмешательст­ва персонала в управление. Обеспечивается также выполнение действий, требуемых для повторного пуска после нажатия кнопки "Аварийный стоп", повторение импульсных команд после нажатия оператором соответст­вующих кнопок, а также предотвращение са­мопроизвольного возобновления движений после перерыва в энергопитании.

В наладочном режимеСУ осуществляет выполнение отдельных выборочно назначае­мых элементов цикла либо по командам с пульта управления, либо автоматически, если возникают аварийные ситуации или наруше­ния блокировок.

Системы ЧПУотдельныхстанков должны обеспечивать работу в наладочном, автоматическом и старт-стопном режимах.

При работе в наладочном режимеосуще­ствляются отдельные элементы рабочего цикла непосредственно по командам наладчика- оператора, который сам определяет их необхо­димость и целесообразную последовательность выполнения. В старт-стопном режимеУ И обрабатывается по кадрам с остановкой после каждого кадра. Для продолжения отработки УП необходима подача команды оператором.

В автоматическом режимеУП после ее пуска отрабатывается до конца. Для отработки каждого кадра в систему ЧПУ должна посту­пить следующая информация: признаки пере­мещения исполнительных органов по тем или иным осям координат; кодовое значение по­дачи; кодовое значение частоты вращения шпинделя; признаки разгона и торможения исполнительных органов, признаки их быст­рого хода рабочих органов; признаки направ­ления движения по дуге; координаты началь­ных и конечных точек перемещений по осям; технологические и вспомогательные команды и некоторые другие данные.

Для формирования импульсных воздей­ствий на приводы подач в системе ЧПУ вы­полняется интерполяция. Ее функция со­стоит в том, чтобы на основании значений координат в начале и конце программируе­мого отрезка траектории движения исполни­тельного органа определить значения коорди­нат для всех его промежуточных положений внутри этого отрезка. Наиболее распростране­ны два вида интерполяции - линейная и кру­говая, а среди методов ее реализации - метод оценочной функции.

Линейная интерполяциязаключается в ап­проксимации отрезка траектории, не совпа­дающего с направлениями осей координат, ломаной линией, отрезки которой параллель­ны этим осям. Задача состоит в том, чтобы во время паузы после очередного элементарного движения вдоль одной из осей определить направление следующего элементарного дви­жения таким образом, чтобы отклонение от заданного отрезка траектории было мини­мальным.

На рис. 4.20, аизображен процесс поис­ка направления следующего шага с целью ап­проксимации отрезка ОК после того, как в результате предыдущего шага исполнительный орган оказался в точке M{x_it z).

Рис.4.20. Интерполяция по методу оценочной функции:

а - линейная: 6 -круговая (дуговая)

Разность угловых коэффициентов отрез­ков ОКи ОМназывают оценочной функциейFy.Она может быть положительной или отри­цательной в зависимости от того, по какую сторону от прямой ОК лежит текущая точкаМ.

Если Fy >0, то для приближения к за­данному отрезку следующий импульс нужно задать по осиZ, а еслиFy< 0, то по оси X. После шага по оси X новое значение текущей координаты х определяется выражениемXy+i= X/ + 1, и новое значение оценочной функции

После шага по оси Zновое значение текущей координаты Zj+\ = Zj+ 1, и новое значение оценочной функции

Затем этот процесс повторяется, пока не будет достигнута точка К(с точностью до це­ны шага интерполяции).

Круговая интерполяцияприменяется при необходимости аппроксимации дугового кон­тура ломаной линией, отрезки которой парал­лельны осям координат (рис. 1.8.1, б). Дуга окружности задается в кадре УП следующими параметрами: координатами начальной ^н(<41> *н)^иконечной Л/_К(2к, точек ин­терполируемой дуги; координатами центра О интерполируемой дуги. Кроме того, в кадре имеется признак, определяющий направление движения по дуге (по или против часовой стрелки).

Расстояние (радиус-вектор) от начала ко­ординат до текущей точки дуги с координата­ми X/ и Zj

Оценочная функция определяется знаком разности квадратов текущей длины Ryрадиуса-вектора и заданного значения Rрадиуса дуги:

Дуга окружности радиуса R(рис. 1.8.1, б) делит плоскость квадранта, в котором она расположена, на две области. Область, в кото­рой Fy< 0, находится внутри дуги, область, где Fy> 0, - вне дуги, а на самой дуге Fy =0. Таким образом, если Fy> 0, то шаг делается в отрицательном направлении оси Z;еслиFy< 0, то шаг делается в положительном на­ правлении оси X. При этом начальное значе­ние оценочной функции равно нулю.

При шаге по оси Zполучаем Zj+i⁼ Zj- 1, а оценочная функция

При шаге по оси Л" имеем x,+i= */ + 1, а оце­ночная функция

Аналогично можно получить расчетные соотношения для других квадрантов.

Кроме интерполяции, для систем ЧПУ характерны функции управления разгоном, торможением, быстрыми ходами, задания ско­ростей подач и частоты вращения шпинделей, управления сменой инструментов и заготовок, визуализации информации и ведения диалога с оператором, а в ряде случаев - подготовки, хранения и редактирования УП, диагностиро­вания станка и само диагностирования, выпол­нения элементов адаптивного управления и др.

Функции систем управления гиб­кими технологическими комплексами для многономенклатурного механообрабатывающего производства могут быть разнообраз­ными в зависимости от масштаба и организа­ционной структуры управляемого объекта.

Автоматизированные системы управле­ния (АСУ) гибкими автоматизированными участками (ГАУ) могут рассматриваться как абоненты нижнего уровня автоматизирован­ных систем управления производством (АСУП). АСУП и АСУ ГАУ обмениваются информационными данными и управляющими директивами через взаимодоступную инфор­мационную базу.

Для АСУ ГАУ из АСУП поступают сле­дующие сведения: информация о потребности участка сборки в деталях, изготовляемых на данном ГАУ; графики выпуска деталей от­дельными ГАУ; план по номенклатуре деталей для всех ГАУ; сличительная ведомость по ГАУ, технологическим потокам и т.д.; поопераци­онные планы-графики по ГАУ, потокам и т.д.; число деталей для каждого ГАУ, потока, необ­ходимое для выполнения производственной программы.

Для АСУП из АСУ ГАУ поступает сле­дующая информация: сведения о загрузке обо­рудования по периодам планирования; данные о приеме-сдаче деталей, о браке, потерях и дефиците деталей, о передаче деталей на склад, об остатке деталей на начало месяца, о незавершенном производстве по отдельным ГАУ; данные о движении деталей между уча­стками и складами за месяц; ежедневная свод­ка о сдаче продукции всеми ГАУ; сводка о невыполненных плановых заданиях по всем ГАУ, потокам и т.д.

Если АСУП на предприятии отсутствует, обмен указанными данными осуществляется между АСУ ГАУ и традиционными планово - управляющими и смежными службами пред­приятия.

АСУ ГАУ представляет собой иерархиче­скую трехуровневую систему. На ее высшем, оперативно-организационном уровне осущест­вляются оперативно-календарное планирова­ние, учет хода производства и автоматизиро­ванная технологическая подготовка производ­ства, включая подготовку УН для станков с ЧПУ. На среднем, оперативно-диспетчерском уровне реализуются координация функциони­рования рабочих позиций и управление мате­риальными потоками. Наконец, на низшем, оперативно-технологическом уровне обеспечи­ваются программное управление отдельными

единицами производственного оборудования, исполнительными устройствами, средствами автоматизации и взаимо увязка их производст­венных циклов.

В АСУ ГАУ безусловно необходим лишь минимальный набор функций, связанных с обеспечением нормальной работы оборудова­ния; ряд функций, повышающих степень ав­томатизации и относящихся главным образом к подготовке производства, во многих случаях может выполняться вне АСУ ГАУ.