Автоматизированные технологические комплексы.

Структуру производственного (технологического) процесса машиностроительного производства можно представить в виде совокупности типовых задач управления независимо от типа и фазы производства (рис. 1.11).

Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физико-химических свойств или гео­метрических размеров изделий, материалов или сырья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной особен­ностью этой группы задач является необходимость решения их в реальном масштабе времени. Сюда, как правило, входят меха­ническая, термическая, гальванопокрытие и другие виды обработки. В данном случае имеем дело с управляемым технологи­ческим процессом.

Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в тре­буемом режиме. Управляемый технологический процесс не может протекать 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.

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. Технологическое оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить гибкость производства за счет бы­строй перестройки режимов работы, а введение контуров обрат­ной связи и адаптации во системе управления — повышение эффективности работы оборудования. Время реакции — секунды.

Третья группа задач включает вопросы автоматизации про­цессов управления технологическим оборудованием в ходе вы­полнения их производственных заданий и их реализуют с помощью вспомогательного оборудования. Основной круг вопросов обслу­живания сводится к решению задач по загрузке и разгрузке оборудования, смене деталей и инструмента. Техническая реали­зация устройств обслуживания достаточно велика: от простейших роликовых направляющих до сложных автоматических устройств, управляемых ЭВМ. Они могут быть составной частью технологи­ческого оборудования или их поставляют самостоятельно для работы в общей технологической системе. Время реакции — до десятков секунд.

К четвертой группе задач относят автоматизацию транспорт­ных операций. Автоматизация транспортных работ осуществляется на базе специального класса транспортных роботов и манипуля­торов. С помощью этих устройств и соответствующих систем управления организуется два материальных потока: поток заго­товок (деталей) и поток инструмента. Транспортными системами может управлять либо автономная система программного управле­ния, либо подсистема оперативного управления, входящая в об­щую систему управления. При проектировании транспортной системы существенное значение приобретают вопросы ее опти­мизации за счет выбора целесообразных маршрутов и алгоритмов управления.

Задача автоматизации складских работ (пятая группа задач) имеет ряд специфиче­ских особенностей, однако в силу ряда обстоятельств ее часто решают совместно с задачей автоматизации транспортных про­цессов. Это объясняется тем, что эти подсистемы тесно связаны между собой в производственном процессе и наиболее приемлемые технические решения получают при совместном рассмотрении на начальном этапе проектирования, когда выбирают общую схему организации работ и формируют технические требования на отдельные устройства и подсистемы, входящие в систему транспортно-складских работ. Время реакции—десятки секунд, минуты.

Следует отметить, что такое деление производственного про­цесса на типовые задачи не лишено некоторой условности из-за отсутствия четких границ между задачами вследствие их неко­торого взаимного пересечения.

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

Технологические процессы управляемые с использованием АСУ принято называть автоматизированными технологическими комплексами (АТК).

В АТК используются специализированные ЭВМ называемые управляющими вычислительными машинами (УВМ), и средства обеспечивающие обмен информацией между УВМ и объектом управления (ОУ).

Комплекс средств с использованием ЭВМ, обеспечивающий решение задач управления технологическим процессом называется управляющим вычислительным комплексом (УВК).

В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой зам­кнутую систему (рис. 1.12), обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизация управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на техноло­гический объект.

Степень достижения поставленных целей в любой системе принято характеризовать с помощью критерия управления. Критерием может быть технико-экономический показатель, на­пример себестоимость - выходного изделия при заданном качестве, производительность технологического объекта управления при заданном качестве выходного изделия, технологические показа­тели, например параметры технологического процесса, характе­ристики выходного изделия и т. п.

В управляемом технологическом процессе можно выделить основные потоки информации, характеризуемые следующими груп­пами параметров.

1. Измеряемые параметры Х = (Х1, Х2, . . . ,Хn), к которым
относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов (параметры заготовок, характеристики тех­нологического и вспомогательного оборудования, инструмента, оснастки и др.); выходные параметры, характеризующие качество выпускаемых изделии; выходные параметры, по которым непосредственно или путем вычислений определяют эффективность
производственного процесса (производительность, экономичность и др.) или ограничения, наложенные на условия его протекания.

2. Управляемые параметры У = (У1, У2, . . . ,Уm) которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, уставками регуляторов и т. п.

3. Неизмеряемые и неуправляемые параметры f = (f1, f2, . . . ,fk) — изменяющиеся со временем характеристики технологиче­ского оборудования, характеристики сырья, износ инструмента, отказ оборудования и др. Наличие подобных случайных факторов, воздействующих на объект управления, может значительно влиять на управляемую величину у и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание.

На вход управляющего вычислительного комплекса (УВК)от датчиков (термопар, индуктивных датчиков, счетчиков готовой продукции и др.) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров Х, характеризующих ход технологического процесса (состояние и параметры заготовок, качество обработанных деталей, их количество и др.). УВК обрабатывает эту информацию в соответствии с принятым законом управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействияU = (U1, U2, . . . , Um), которые необходимо приложить к исполнительным механизмам для изменения управляемых параметров У, с тем чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.

Многие измерительные датчики вырабатывают свои сигналы в виде напряжения, силы тока, сопротивления, угла поворота и т. п., т.е. в форме непрерывного (аналогового) сигнала. Подводи­мые к исполнительным механизмам управляющие воздействия и должны вырабатываться в форме напряжений, т. е. также в ана­логовой форме.

Так как УВК оперирует с цифровыми (дискретными) величи­нами, то поступающие на ее вход величины х должны предвари­тельно быть преобразованы в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий — из цифровой формы в аналоговую, т. е. в соответствующие напряжения. Некоторые входные сигналы (например, выдаваемые конечными выключа­телями, фотореле и др.) и некоторые выходные управляющие сигналы (например, включение двигателей, сигнальные транс­паранты и др.) имеют релейный характер.

Таким образом, в УВК должны входить преобразователи не­прерывных величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными. Посредством коммутатора преобразователь поочередно подклю­чается к каждому датчику и осуществляет преобразование соот­ветствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК.