Разомкнутая система управления

Достоинство: простота реализации и дальнейшего обслуживания. Недостаток: пониженная точность управления.

Х – входной сигнал

У – выходной сигнал

- управляющий сигнал

3. Датчик для определения переменных значений задающей величины:

4. Кулачковый диск, как запоминающее устройство программы:

1. Регулирование давления воздуха в замкнутой камере:

2. Схема элементов системы регулирования давления газов в газопроводе.

3.

Для регулирования частоты вращения w используется регулятор, содержащий вал1, муфту2, перемещающуюся по валу вдоль его оси, имеется двуплечий рычаг позиция3 он связан с муфтой, а второй конец рычага используется для получения нужного перемещения i₁ или i₂ и для воздействия на какой либо регулируемый элемент (заслонки) 4 – система шарнирно закрепленных рычагов, 5 – груз заданной массы. При превышении заданного значения w возрастает частота вращения вала w_1, в результате под действием центробежных сил грузы 5 поднимаются, перемещая муфту вверх, а рычаг 3 повернется в направлении i₂, то есть происходит постоянное регулирование вращения выходного вала.

Вопрос 4. Особенности современного машиностроительного производства с точки зрения управления. Уровни в структуре производства как объекта управления.

Среди основных особенностей машиностроительного производства является его многоуровневая структура, что в свою очередь сказывается на характере задач управления, делая их многоуровневыми (иерархическими):

1. отдельные рабочие машины или станки, ведущие обработку деталей (оборудование) сюда же входят промышленные работы, например, в составе ГПМ. там их функция сводится к установке заготовке и снятию готовой детали. Работа этих единиц оборудования идет по программе, вводимой извне, причем каждая разновидность оборудования наделена своей степенью самостоятельности (степенью адаптации).
Цель управления: задание станкам и роботам необходимых координат опорных точек (для станков и роботов с позиционной СУ), либо задание траекторий или линий (для контурных СУ) во втором случае появляется возможность задавать изменяемую скорость подачи инструмента вдоль этой траектории. Для оборудования с многомерными системами может задаваться сложная поверхность (при объемной обработке пресс-форм).

2. уровень –объектами управления являются упомянутые выше виды оборудования и кроме того транспортно-накопительная система участка или цеха, автоматизированный склад заготовок и деталей, и комплект инструментов и оснастки. Возможности СУ расширяются путем переналадки, путем перераспределения работ между станками (т.н. ГПС или ГАЛ)
Цель управления: наиболее полное и эффективное использование имеющегося оборудования. При условии обеспечения заданного коэффициента использования и исправности оборудования.

3. уровень – включает в себя системы координирования различных участков, по изготовлению деталей и их сборке, сюда же включаются отделы подготовки программ, отделы САПР, а так же отделы по подготовке инструментов и оснастки.
Цель управления: разработка основ для создания так называемых гибких производственных комплектов ГПК.

4. уровень – включает в себя все предыдущие с их задачами и целями и дополнительно объектами управления становятся отделы анализа рынка (маркетинг), связи с поставщиками, отделы сбыта продукции и т.п., т.е. объектом управления является целое предприятие.

Процесс управления в условиях машиностроительного производства можно подразделить в зависимости от способа управления на 2 вида:

человеко-машинная система, когда в управлении принимает участие и человек. В свою очередь они делятся на:

дистанционного управления. когда человек наблюдает за зоной обработки или сборки, находясь на некотором, это связано с вредными условиями производства (используются системы технического зрения СТЗ. системы управления копирующего действия, когда движения человека – оператора с помощью специальных регуляторов воспроизводятся и передаются на значительные расстояния).

Вопрос 5. Классификация систем управления оборудованием (на примере промышленных роботов). Управление дистанционное, интерактивное, командное, супервизорное, диалоговое).

Для современного производства характерно использование оборудования с ЧПУ, как для непосредственной обработки, так и для выполнения вспомогательных операций, в последнем случае используют промышленные роботы.

В зависимости от сложности разрабатываемых систем существуют три уровня:

1. Каждая единица металлорежущего оборудования снабжается отдельным промышленным роботом, встроенным в конструкцию станка, либо находящимся в пределах досягаемости. Вид операций , выполняемых роботом – простые, циклически повторяющиеся движения, в качестве управляющего устройства служит ЧПУ станка. Для работы промышленного робота требуется проектирование специального устройства “накопителя” заготовок и деталей. Пример такой системы приведен на рисунке 14.

2. Когда группа технологического оборудования объединяется в единую систему, где функции транспортировки деталей и их загрузки на станки возлагаются на единственный промышленный робот. В этом случае рекомендуется использовать робот с цилиндрической системой координат т.к. в этом случае можно использовать круговую компоновку расположения станков. См. рисунок 15.

3. Характеризуется более сложной степенью управления, обычно предполагает использование центральной управляющей ЭВМ. Реализуется групповое управление оборудованием от ЭВМ и управление ПР от ЭВМ, а также другими средствами технического оснащения. Сигналами управления связаны системы ЧПУ станков и управляющее устройство робота. Функции управляющей ЭВМ включают в себя дополнительно: взаимные увязки циклов работы оборудования, кроме того диспетчеризация (порядок подачи деталей на станки), а также управление транспортной системой и складом, в случае если станки задействованы в большом количестве они образуют участок. См. рисунок 16

Рисунок 14 – СУ первого уровня

Рисунок 15 – СУ второго уровня

Рисунок 16 – СУ третьего уровня

К дополнительным видам управления оборудованием можно отнести:

· Дистанционное – т.е производимое на определенном удалении от объекта, обуславливаемое , напрмер, вредными или опсными условиями для оператора;

· Интерактивное – это управление позволяющее человеку-оператору периодически встраиваться в автоматические управляющие контуры, выполняя наиболее ответственные функции;

· Командное. Когда на управление оборудованием выдаются общие управляющие сигналы (команды), а далее идет управление по алгоритмам, заложенным в СУ самого оборудования;

· Супервизорное – это разновидность управления с использованием систем технического зрения и др. сложных технических систем с целью работы в условиях неопределенной производственной обстановки, например, действия робота с неориентированными в пространстве деталями;

· Диалоговое. При этом управлении оператор периодически подключается к процессу управления по запросам системы управления и должен дать конкретное целеуказание о дальнейшем поведении ее в соостветствии с поставленной технологической целью.

вопрос 6. Разновидности систем автоматического управления (САУ): программное, адаптивное, интеллектное. Их особенности и область применения в управлении производственными объектами.

üСистемы стабилизации – они предназначены для поддержания заданного значения управляемой величины.

üСистемы программного управления - обеспечивают изменение заданного параметра во времени по заданной программе.

üАдаптивные системы управления – позволяют управлять объектом или процессом в зависимости от накопления текущей информации, поступающей в СУ, как об изменении управляемого параметра, так и информации об изменении внешних условий (Пример: непостоянство механических свойств заготовки по длине обрабатываемой детали).

ИМ – исполнительный механизм 9 осуществляет малые поднастроечные перемещения 4;

УС – устройство синтеза требуемых поднастроек;

УОВВ – устройство оценки внешних воздействий;

УОП – устройство оценки процессов обработки (датчики);

ОС – обратная связь.

Вопрос 7. Человек в системах управления его особенности, функции и задачи. Особенности человека в машинных системах управления

В современном производстве функции человека в системах управления далеко не исчерпаны и продолжают использоваться. В общем виде человек в системе управления выполняет 3 основных функции:

1. Контроль, который выражается в получении информации о всех переменных параметрах системы, являющейся объектом управления (СПИД). Данная информация необходима для выработки управляющего воздействия на объекты управления.

2. Регулирование: поддержание заданного параметра в установленных пределах или целенаправленное изменение этих параметров в соответствии с принятым алгоритмом.

3. Оперативное управление – вмешательство в работу данного оборудования или системы в соответствии с заданными функциями этой системы в случае возникновения отклонений управляемых параметров от заданной величины.

Дополнительно человек осуществляет следующие действия:

1. Является приемником информации

2. Составление программ и программирование оборудования.

3. Анализ производственной обстановки и принятие решений в ответ на изменяющиеся ситуации (различного рода аварийные ситуации)

Таким образом, положительными характеристиками человека, как источника управляющих воздействий можно считать (в сравнении с обычными машинными системами):

v Широкий диапазон и гибкость при приеме различных видов информации.

v Возможность ориентации в сложной производственной обстановке в том числе и по косвенным признакам.

v Возможность использования и переработки избыточной информации

v Учет маловероятных событий (интуиция).

v Способность преобразовывать информацию из одного вида в другой.

Факторы, по которым человек проигрывает машинным системам:

- Человек проигрывает в скорости выполнения операций и в скорости принятия решений.

- Человек проигрывает в точности выполнения операций при управлении оборудованием.

- Человек не может длительно выдерживать требуемые интенсивные режимы операций по управлению оборудованием (утомляемость).

Выявлена зависимость эффективности управления человеком оборудованием от:

1. Возрастных данных

2. Психологического развития личности человека

3. Содержания самих операций по управлению оборудованием.

Выводы:

- Установлено, что благоприятными условиями работы являются операции, сочетающие нагрузки этих 2 видов.

- Для человека необходимо создавать благоприятные условия прежде всего избегать его изолированности от других людей подвергающихся автоматизации.

- Число единиц управляемого оборудования должно соответствовать психологическим возможностям человека.

- На эффективность и качество управления оказывает существенное влияние производственный интерьер, удобство органов управления, и особенно выдерживание мнемонических требований к пультам управления (соответствие задаваемых перемещений направления движений и т.п. в действующем оборудовании и на соответствующем пульте).

Вопрос 8. Иерархия задач управления применительно к современному гибкому производству. Взаимодействие задач управления при автоматизации вспомогательных операций. Уровни управления.

Вопрос 9. Основные этапы функционирования систем управления общезаводского уровня (оперативно-календарное планирование, диспетчирование, оперативное управление, управление оборудованием).

Рассмотрим основные этапы функционирования СУ в масштабах всего машиностроительного предприятия можно выделить 4 этапа

Данная система управления предприятием носит сложный многоуровневый характер. На уровне предприятия осуществляются межцеховые транспортные операции, функционируют отделы и службы (заводоуправление), кроме того здесь же функционируют общезаводские склады и производится координация работы отдельных станочных модулей, производится управление транспортной системой участка, работой накопителей, постов контроля и т.д.

Система планирования:

- Разработка стратегии всего предприятия с учетом изменяющейся внешней среды (снабжение материалами, энергией и т.п. на достаточно длительное время), а также учитываются вопросы сбыта готовой продукции;

- Учет возможности корректировки планов при поступлении “срочных заданий”

- Использование перспективного метода работы предприятия “just in time” (точно вовремя), планирование поставок материалов, оборудования и т.д. строго в функции от времени (работа с колес).

В свою очередь планирование можно подразделить на:

- Перспективное планирование – планирование новых изделий, изменение объема выпуска продукции, а также возможное изменение ее номенклатуры.

- Текущее планирование – разрабатывается в соответствии с имеющимися возможностями (конкретные типы изделий, имеющееся техническое и кадровое обеспечение производства)

- Оперативное планирование – производится в зависимости от изменения конкретной ситуации под которую подстраивается производственный процесс).

Разрабатывается система связей между системой планирования и базой данных заводского уровня.

Система диспетчирования:

- Выполняется входной контроль материалов и заготовок;

- Проверяются поступающие комплектующие узлы

- Производится выходной контроль готовой продукции

- Производится испытание этой продукции с набором статистических данных

- Управление персоналом

- Диагностирование работы оборудования, выявление причин отказа

- Перераспределение различных материальных ресурсов между участками и цехами

Конечная цель – обеспечение ритмичного функционирования предприятия в соответствии с плановыми заданиями.

Система оперативного управления:

- Принятие заданий и команд на выполнение заданной работы оборудования

- Координация работы отдельных единиц оборудования

- Управление материальными потоками (распределение заготовок) в пределах данной станочной системы или участка.

Системы управления оборудованием:

- Непосредственное управление технологическим оборудованием

- Обоснованный выбор метода управления технологическим оборудованием.

Вопрос 9.1Выбор метода управления оборудованием (путевой, центральный, комбинированный)

В настоящее время существует 3 основных метода:

1. Путевой метод

2. Центральный метод

3. Комбинированный

1. Путевой метод

Метод заключается в том, что контролируется перемещение каждого подвижного узла (агрегатной силовой головки, либо агрегатного стола) с помощью датчиков конечного положения (ВК1…ВК2) включение в работу каждого последующего исполнительного механизма невозможно если не отработает полностью предыдущий механизм. Возврат в исходное положение исполнительных механизмов за счет их внутреннего устройства.

Преимущества:

- Высокая надежность работы оборудования т.к. идет постоянный контроль за срабатыванием каждого исполнительного механизма

- Простота реализации метода, т.к. не требуется создания каких-либо специальных устройств

Недостатки:

- Неудобство обслуживания в виду разбросанности органов управления

2. Центральный метод управления

Управление производится в функции времени, последовательность включения в работу станков или отдельных их узлов осуществляется от общего управляющего устройства. В качестве такого устройства может служить управляющая ЭВМ или “командоаппарат”

Данный метод рекомендуется применять тогда, когда требуется изменять порядок включения в работу исполнительных устройств. Это достигается простым изменением положения упоров на валу командоаппарата.

Порядок включения станков будет определяться углом расположения упоров, выключение станков производится за счет их собственного устройства.

Преимущества:

- Простота обслуживания управляющего устройства, т.к. все органы управления собраны в 1 месте

- Простота переналадки

Недостатки :

- Отсутствие контроля за выполнением команд (не контролируется l1, l2, l3).

3. Комбинированный метод

Сочетает достоинства 1 и 2 методов, т.к. позволяет легко менять порядок включения оборудования в работу, и в тоже время позволяет контролировать выполнение всех предусмотренных перемещений.

Недостатки:

ü Некоторое усложнение систем управления.

Применим в наиболее ответственных случаях для сложных автоматических линий.

В качестве отличия данного метода от других можно считать невозможность включения второго и всех последующих станков автоматической линии до тех пор пока не выполнит предусмотренное перемещение первый станок.

Таким образом контролируется выполнение каждого технологического перехода или всей операции в целом. Метод наиболее эффективен в случае применения специальных механизмов контроля целостности инструмента.

Вопрос 10. Модели систем управления технологическим оборудованием. Их классификация, назначение и особенности применения. Системы аналого­вые, позиционные, контурные, универсальные.

К разновидностям моделей СУ можно отнести:

1. Аналоговые системы - получили широкое распространение в машиностроении и других отраслях, где ведут обработку резанием.

Аналог- некий прототип (копир, кулачок, комбинация упоров и т.п.) той поверхности обрабатываемой детали, которую надо получить т.е. программоносителем при обработке деталей являются вышеназванные элементы, которые создают модель обработываемой детали.

Для таких моделей характерны 2 потока информации:

ü Информация о размерах обработки – она задается положением упоров или профилем кулачков

ü Данные о фактическом положении исполнительного устройства - они получаются при воздействии подвижного элемента на датчик конечного положения.

Подобного рода аналоговые системы получили название незамкнутых (если используется только управляющий кулачок) и замкнутых (если используется информация обоих видов).

а – пример СУ от распределительного вала с кулачками, а именно барабанный кулачок, обеспечивающий перемещение детали вдоль ее оси, дисковый кулачок обеспечивает поперечное перемещение суппорта с резцом (токарные автоматы).

б -система копирования профиля прямого действия (не применяются специальные усилители для рзвития силы резания)

Недостатки:

üПовышенный износ копира, т.к. он непосредственно воспринимает усилие резания

в -пример следящего привода при использовании в системе гидравлического копирования

1 – поперечные салазки с резцедержателем

2 – продольные салазки, приводимые в действие ГЦ 1

3 – копир

4 – золотник усилителя для управления ГЦ 2

поперечной подачи

При работе данной СУ золотник взаимодействует с копиром, отслеживает его профиль при этом средний поршень будет подниматься вверх, при этом откроется нижняя часть проточки корпуса золотника , масло поступает в нижнюю часть ГЦ.

При использовании следящего привода особое значение приобретает быстродействие данного привода т.к. качество обработки деталей будет определять шереховатость.

Использовании метода копирования по чертежу

В настоящее время разработан специальный метод управление инструментом (плазменной горелкой), когда выполняется операция раскроя крупногабаритных деталей (Пример: фрагменты корпуса корабля). Аналогом служит чертеж выполняемый в масштабе 1:1.

Установка снабжается фотосчитывающей головкой, которая отслеживает линию контура детали на чертеже и отклонения линий фиксируются и передаются по 2 координатам X и Y на исполнительный механизм см. рисунок.

1 – чертеж детали (линии должны быть четкими, черными контрастными), 2 – фотосчитывающая головка, 3 – исполнительный механизм с инструментом, 4 – деталь (чаще лист)

Таким образом особенностью всех аналоговых систем является то, что программа обработки материализуется в виде конкретного программоносителя.

Преимущества:

ü Они обеспечивают большой рост производительности обработки, не связанный с воздействием человека

ü Системы такого вида обладают достаточной простотой

Недостатки:

ü Сокращается возможность переналадки оборудования при изменении профиля обрабатываемых поверхностей, поэтому именно этими причинами обусловлено применение систем ЧПУ.