Соломонцев Ю.М. Теория автоматического управления

скольких сторон и под различными углами, сверление, растачивание, развертывание, нарезание резьбы и др. На сверлильнорасточных станках с ЧПУ, предназначенных для обработки отверстий в деталях, выполняют сверление, рассверливание, растачивание, развертывание, обтачивание торцов, фрезерование, нарезание резьбы и др. Шлифовальные станки с ЧПУ предназначены для шлифования наружных, внутренних и торцовых поверхностей деталей, имеющих прямолинейную и криволинейную форму образующих.

Многоцелевые станки с ЧПУ предназначены для комплексной обработки деталей за одну установку, на них выполняют практически все операции обработки резанием. Электроэрозионные станки с ЧПУ предназначены для вырезания методом электроэрозии деталей сложного контура из токопроводящих материалов, обработка которых другими способами затруднена или невозможна. Обработка осуществляется непрерывно перемещающимся элек- тродом-проволокой (из латуни, меди, молибдена, вольфрама) в среде керосина или воды с антикоррозионными присадками.

В зависимости от типа управления станки с ЧПУ оснащают различными системами ЧПУ: позиционными, контурными и комбинированными (позиционно-контурными).

Различают станки с низким уровнем автоматизации, в которых запрограммированы только перемещения исполнительных органов, управляемые от УЧПУ. Для таких станков характерно небольшое число технологических команд, поступающих от УЧПУ к исполнительным органам станка. Эти команды хранятся в кодированном виде в УЧПУ, не требуют переработки и передаются на исполнительные органы непосредственно или через силовые реле устройства электроавтоматики станка.

В станках со средним уровнем автоматизации используется большое число технологических команд. Эти команды требуют переработки, которая осуществляется, как правило, устройством электроавтоматики, размещенным в специальном шкафу и состоящим из релейных или электронных схем. Переработка команд заключается в их дешифровке, при которой код команды, поступающей из УЧПУ, преобразуется в сигналы, управляющие исполнительными органами станка. Помимо дешифровки устройство электроавтоматики управляет различными автоматическими циклами -{смены инструмента, сверления и т. д.).

В станках с высоким уровнем автоматизации переработку технологических команд осуществляет УЧПУ.

По способу смены инструмента станки с ЧПУ подразделяются на следующие типы: с ручной сменой инструмента и его ручным закреплением; с ручной сменой инструмента в револьверной головке; с автоматической сменой (манипулятором)инструмента, хранящегося в инструментальноммагазине.

Показатели, характеризующие станки с ЧПУ. 1. Класс точности — Н, П, В, А, С; вид системы ЧПУ (Ф1, Ф2, ФЗ, Ф4);

мента (например, поворот оси шпинделя фрезерного станка) обозначают буквами А (вокруг оси X), В (вокруг оси К) и С (вокруг оси Z). Круговые перемещения заготовки (например, управляемый по программе поворот стола на расточном станке) обозначают соответственно буквами А', В', С'.

Для программирования обработки необходимо, чтобы направление перемещения каждого исполнительного органа станка было обозначено определенной буквой, которая указывает в УП на тот исполнительный орган, который необходимо включить. Клавиатура перфоратора не имеет букв со штрихами; поэтому для записи информации на перфоленту при обозначении направления перемещения двух исполнительных органов вдоль одной прямой используют так называемые вторичные оси: U (вместо X), V (вместо Y), W (вместо Z). При перемещении трех исполнительных

координатных осей на различных станках с ЧПУ даны на рис. 4.23. Способы и начало отсчета координат. При настройке станка с ЧПУ каждый исполнительный орган устанавливают в некоторое

исходное положение, из которого он перемещается при обработке заготовки на строго определенные расстояния. Благодаря этому инструмент проходит через данные опорные точки траектории. Значения и направления перемещений исполнительного органа из одного положения в другое задаются р УП и могут выполняться на станке по-разному в зависимости от конструкции станка и системы ЧПУ. В современных станках с ЧПУ применяют два способа отсчета перемещений: абсолютный и относительный (вприращениях).

В первом случае положение начала координат фиксировано (неподвижно) для всей программы обработки заготовки. При составлении программы записывают абсолютные значения координат последовательно расположенных точек, заданных от начала координат. При отработке программы координаты каждый раз отсчитываются от этого начала, что исключает накапливание погрешности перемещений в процессе отработки программы.

Для удобства программирования и настройки станков с ЧПУ начало координат в ряде случаев может быть выбрано в любом месте в пределах ходов исполнительных органов. Такое начало координат называют «плавающим нулем> и используют в основном на сверлильных и расточных станках, оснащенных позиционными системами ЧПУ.

При относительном способе отсчета координат за нулевое положение каждый раз принимают положение исполнительного органа, которое он занимает перед началом перемещения к следующей опорной точке. В этом случае в программу записывают приращения координат для последовательного перемещения инструмента от точки к точке. Этот способ отсчета применяют в контурных системах ЧПУ. Точность позиционирования исполнитель-

ного органа в данной опорной точке определяется точностью отработки всех предыдущих опорных точек, начиная от исходной, что приводит к накапливаниюпогрешностей перемещения в процессе обработки программы.

Число программируемых координат. По числу программируемых координат (движений) станки с ЧПУ могут быть двухкоординатными (сверлильные, токарные), трехкоординатными (сверлильные, фрезерные, расточные), четырехкоординатными (двухсуппортные токарные, фрезерные с дополнительным движением инструмента или заготовки), пятикоординатными (в основном фрезерные) и многокоординатными (специализированные станки). Для позиционных систем ЧПУ число управляемых координат является полной характеристикой. Контурные системы ЧПУ характеризуются не только общим числом управляемых координат, но и числом одновременно управляемых координат при линейной и круговой интерполяции. Например, пятикоординатная система ЧПУ мод. Н55-1 при линейной интерполяции одновременно управляет пятью координатами, а при круговой — только тремя.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что означает набор обязательных состояний автомата?

2.Что означает набор условных состояний автомата?

11.Как классифицируются системы ЧПУ?

12.Как обозначаются координатные оси и направления движения в стан-

ках с ЧПУ?

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ 5 СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ

5.1. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ПРОЦЕСС КАК ОБЪЕКТ УПРАВЛЕНИЯ

Высокий динамизм производственных процессов, возрастающие требования к повышению его эффективности привели к необходимости создания принципиально новой или коренного совершенствования сложившейся системы управления на предприятии.

Для настоящего этапа развития машиностроения характерно: расширение функций и задач управления, усложнение объектов и законов управления, переход от управления отдельными объектами к управлению технологическими процессами, от управления отдельными участками производства к управлению предприятиями и отраслями производства, т. е. переход к сложным многоцелевым системам управления;

управление в условиях значительной и все возрастающей по мере усложнения систем управления неопределенностью свойств сложного объекта управления или процесса, влияния внешней среды, взаимодействия отдельных подсистем управления, целей управления, критериев качества и др.;

широкое применение средств вычислительной техники для реализации алгоритмов и оценки качества управления, создания систем управления с УВМ, многопроцессорных систем управления, реализации диалога «человек—система управления», повышения эффективности проектирования и исследования систем

распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, большинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени «контроль—управление». Так, технологический процесс механической обработки на станке является дискретным. Вместе с тем если рассматривать отдельную операцию (например, фрезерование), то на интервале времени фрезерования (одного рабочего хода) и управления параметрами сил, режимов резания и др. процесс можно рассматривать как непрерывный и управле-

тия и т. п. В данном случае имеем дело с управляемым технологическим процессом.

Управляемый технологический процесс — процесс, для которого определены основные входные (управляющие, управляемые и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, которые необходимо контролировать в реальном времени, установлены зависимости между входными воздействиями и выходными переменными (математические модели), разработаны методы их автоматического измерения и направленного изменения. В большинстве технологических процессов машиностроения приходится сталкиваться с необходимостью измерения и управления такими величинами, как температура, давление, сила, время, сила электрического тока, напряжение и др. Рассматривая состав технологических процессов фазы обработки в машиностроении, можно отметить преобладание процессов, управление которыми связано с необходимостью регулирования и поддержания физических параметров процесса в соответствии с заданными требованиями с помощью локальных контуров автоматического управления или программного управления. Время реакции системы — секунды, доли секунды.

Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в требуемом режиме. Управляемый технологический процесс не можетпротекать вне и независимо от некоторой технической системы, обеспечивающей условия протекания процесса и способы воздействия на него. В этом смысле собственно процесс и технические средства, обеспечивающие его протекание, рассматриваются совместно. Однако при решении задач управления в ряде случаев удобнее разделять общую задачу на составные части и для каждой подзадачи выбирать свой способ решения. Обычно управление процессом осуществляется подачей на органы управления технологическим оборудованием команд в соответствующие моменты времени. Оборудование может работать в автоматическом режиме, формируя необходимые воздействия на процесс по жесткой программе. Такой режим работы присущ, как правило, узкоспециализированным автоматам, перестройка которых на иные

Стремление обеспечить гибкость работы технологического оборудования привело к созданию станков и установок, работающих от внешней программы, смена которой позволяет быстро и легко перевести агрегат на иной требуемый режим работы из класса предусмотренных для программно-управляемого оборудования с ЧПУ. Прямое программное управление по разомкнутой схеме в ряде случаев не оптимально вследствие трудностей предсказания реальных условий протекания процесса, учета случайных возмущений (разброс свойств материалов, изнашивание инструмента и т. п.).

Таким образом, деление производственного процесса на фазы и анализ всех технологических процессов каждой фазы позволяют определять способ управления каждым технологическим процессом с последующим объединением подсистем в единую систему управления. В процессе объединения подсистем учитывают не только внутренние связи, но и связь с подсистемами управления обслуживающих и вспомогательных подразделений.

Свойства и особенности объекта управления являются определяющими для структуры системы управления, алгоритмов ее функционирования и потоков информации, циркулирующих в системе.

5.2. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОБ АСУ

Интенсивное усложнение и увеличение масштабов промышленного производства, развитие экономико-математиче- ских методов управления, внедрение ЭВМ во все сферы производственной деятельности человека, обладающих большим быстродействием, гибкостью логики, значительным объемом памяти, послужили основой для разработки автоматизированных систем управления (АСУ), которые качественно изменили формулу управления, значительно повысили его эффективность. Достоинства ЭВМ проявляются в наиболее яркой форме при сборе и обработке большого количества информации, реализации сложных законов управления.

АСУ — это, как правило, система «человек—машина», призванная обеспечивать автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации процесса управления. В отличие .от автоматических систем, где человек полностью исключен из контура управления, АСУ предполагает активное участие человека в контуре управления, который обеспечивает необходимую гибкость и адаптивность АСУ.

Рассмотрим упрощенную структурную схему переработки данных в АСУ (рис. 5.2). Цифрами обозначены этапы переработки данных. Из анализа схемы видно, что этапы 1, 2, 3, 4, 8, 9 в своем составе могут содержать много операций, которые не требуют твор-

тура управления сложными системами, а о рациональном распределении функций управления между человеком и техническими средствами, освобождающем человека от решения рутинных задач и возлагающем на него задачи, решение которых требует творчества.