Монтаж и пусконаладка мехатронных систем
Автоматизация производства - это процесс, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Автоматизация - это основа развития современной промышленности, генеральное направление научно-технического прогресса. Цель автоматизации производства заключается в повышении эффективности труда, улучшении качества выпускаемой продукции, в создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства. Различают автоматизацию производства: частичную, комплексную и полную.
При частичной автоматизации часть функций управления производством автоматизирована, а часть выполняется рабочими-операторами. Как правило, такая автоматизация осуществляется в тех случаях, когда управление процессами в следствие их сложности или скоротечности практически недоступно человеку.
При комплексной автоматизации все функции управления автоматизированы, рабочие-операторы только налаживают технику и контролируют её работу. Комплексная автоматизация требует применения таких систем машин, оборудования, вспомогательной техники, работа которых превращает исходные материалы в готовый продукт без физического вмешательства человека.
Мехатронная система — совокупность нескольких мехатронных модулей и узлов, синергетически связанных между собой, для выполнения конкретной функциональной задачи.
Полная автоматизация производства - высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексно-автоматизированным производством автоматическим системам управления.
Построение и развитие систем автоматизации технологических процессов выполняется с таким расчетом, чтобы технолог-оператор в процессе управления технологическим процессом и его контроля мог получить необходимые данные о протекающем процессе, используя при этом видеограммы дисплея, самопишущие приборы — регистраторы и мнемосхемы. Оператор должен (иметь возможность управлять процессом. Приборы и средства управления должны быть спроектированы с таким расчетом, чтобы максимально упростить контроль, обеспечить в автоматическом режиме управление технологическим процессом, повысить надежность и качество управления, поднять производительность труда оператора, обеспечить получение своевременной обобщенной информации о процессе и снизить до минимума воз¬можность возникновения ошибок в процессе управления.
Системы автоматизации технологических процессов являются частью системы управления промышленным предприятием; поэтому проект систем автоматизации должен быть увязай с проектом системы управления предприятием в целом.
Проектированию систем автоматизации технологических процессов с применением вычислительной и микропроцессорной техники, а также автоматизацией объектов с новой, неосвоенной или особо сложной технологией производства должны предшествовать научно-исследовательские и экспериментальные работы, результаты кото¬рых используются при выполнении проекта автоматизации, монтаже и наладке систем автоматизации.
При проектирований систем автоматизации технологических процессов проектные организации должны руководствоваться:
- основными технологическими направлениями в проектировании предприятий соответствующих отраслей промышленности, а также в разработке систем управления и средств автоматизации, исходя из перспективы развития науки и техники в области автоматизации технологических процессов;
- результатами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ;
- передовым промышленным опытом в области автоматизации технологических процессов;
- действующими нормативными документами по проектированию и монтажу систем автоматизации технологических процессов, утвержденными в установленном порядке, а также эталонами проектов автоматизации;
- нормами и правилами строительного проектирования, санитарными, электротехническими, противопожарными и другими требованиями;
- нормами и правилами на производство строительных, монтажных и специальных работ;
- утвержденными сметными нормами, прейскурантами и ценниками для определения сметной стоимости систем автоматизации технологических процессов;
- типовыми методами по определению экономической эффективности капитальных вложений.
При разработке проекта необходимо учитывать опыт монтажа элементов систем автоматизации крупными блоками, а также применение типовых унифицирован¬ных конструкций, материалов, рационализаторских предложений. Поэтому проект автоматизации должен разрабатываться в тесном содружестве с организациями, которые будут осуществлять работы по монтажу систем автоматизации.
При разработке проекта систем автоматизации технологических процессов исполнитель составляет задания на выполнение работ, связанных с автоматизацией объекта в строительной, технологической, сантехнической и других частях и разделах проекта. Генеральный проек¬тировщик (заказчик) обязан обеспечивать выполнение указанных заданий.
Современные достижения науки и техники в развитии систем автоматизации технологических процессов требуют нового подхода к организации и выполнению проектных и монтажно-наладочных работ.
Следствием ускоренной эволюции технических систем управления является соответствующее изменение содержания работ, обеспечивающих их внедрение на объектах строительства промышленного и непромышленного назначения.
Работы по монтажу систем контроля и автоматики для всех отраслей промышленности выполняются по рабочим чертежам.
Монтажные чертежи — это основные технологические документы, по которым осуществляют монтаж систем контроля и автоматики.
Монтажные чертежи и схемы — это локальные технические документы, охватывающие конкретные части систем автоматизации технологических процессов и содержащие в себе монтажные схемы внешних соединений, чертежи щитов и пультов, стативов и поворотных рам и монтажные чертежи электрических и трубных проводок.
Все эти технические документы в совокупности содержат необходимые данные для выполнения монтажных работ по установке приборов, средств автоматизации (СА), отборных устройств, регулирующих органов, монтажных конструкций и узлов обвязки; сведения по координации линий связи (трубных или электрических проводок).
Различают монтажные чертежи и схемы внутренних и внешних соединений. Название этих систем определяет их содержание. Схемы внешних соединений — это схемы соединений приборов и СА линиями связи, показывающие характер соединений, их длину, маркировку, наличие промежуточных мест коммуникации и крепления.
В зависимости от схемы автоматизации и примененных в ней приборов и СА их соединяют между собой с помощью электрических, пневматических либо гидравлических линий связи.
Схемы, на которых изображены электрические или трубные линии связи между первичными и вторичными приборами, датчиками, регуляторами, исполнительными механизмами, электроаппаратурой и щитками (между территориально разобщенными устройствами систем контроля и автоматики), называются монтажными схемами внешних соединений.
Исходные материалы для разработки рабочих чертежей— строительные и технологические монтажные чертежи проектируемого объекта, функциональные и принципиальные схемы автоматизации, электрические, пневматические и гидравлические элементные схемы, схемы питания, а также общие виды щитов и пультов.
Рабочие чертежи выполняют одновременно (параллельно) со схемами внешних электрических и трубных проводок.
В монтажных чертежах должны быть уточнены места установки щитов, пультов и средств автоматизации, размещаемых вне щитов и пультов, места прокладки трубных и электрических проводок, которые предварительно
согласовываются с другими частями проекта — строительной, технологической, электротехнической и сантехнической.
Работа по монтажу, наладке и пуску таких систем потребует больших трудозатрат не на настройку периферийных аппаратурных устройств, а на отладку прикладного программного обеспечения.
Система автоматического регулирования (САР) предназначена для поддержания регулируемого параметра на заданном значении.
Любая система регулирования характеризуется зависимостью между регулируемой величиной и внешним воздействием на объект регулирования. По этим зависимостям, называемым регулировочными характеристиками, различают стабилизирующие САР статического и астатического регулирования.
Задачей систем экстремального регулирования является поддержание одного или нескольких показателей процесса на наиболее высоком или наиболее низком уровне при непрерывном действии различных возмущающих воздействий. Следовательно, в системе экстремального регулирования должно быть дополнительное устройство поддерживающее регулируемую величину в экстремальном значении. В такой системе имеются два замкнутых контура. Пример: минимизация расхода топлива в двигателях самолётов при полётах на большие расстояния.
В системах с самонастройкой параметров как правило вводятся вычислительные устройства, когда автоматически корректируются те или иные параметры (вводятся производная или интеграл), из-за изменения характеристик возмущающих воздействий.
Системы с самонастройкой структуры называют также самоорганизующейся системой. Они изменяют структурную схему основного управляющего устройства. Поэтому самонастраивающиеся системы относят к системам с переменной структурой.
Осуществляя автоматический поиск в соответствии с заданным критерием работы, система самостоятельно используя вычислительные и логические устройства, выбирает из ряда заранее подготовленных структур наилучшую, оптимально отвечающую заданным условиям работы. Возможность изменения структуры расширяет область применения данных систем. Этот принцип используется в системах управления работами.
Рассмотрим устройство и работу станка с ЧПУ.
- пульт оператора (или консоль ввода-вывода), позволяющий вводить управляющую программу, задавать режимы работы; выполнить операцию вручную. Как правило, внутри шкафа пульта современной компактной ЧПУ размещаются её остальные части;
- дисплей (или операторская панель) — для визуального контроля режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных; может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием;
- контроллер — компьютеризированное устройство, решающее задачи формирования траектории движения режущего инструмента, технологических команд управления устройствами автоматики станка, общим управлением, редактирования управляющих программ, диагностики и вспомогательных расчетов (траектории движения режущего инструмента, режимов резания);
- ПЗУ — память, предназначенная для долговременного хранения (годы и десятки лет) системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться;
- ОЗУ — память, предназначенная для временного хранения управляющих программ и системных программ, используемых в данный момент.
В роли контроллера выступает промышленный контроллер, как то: микропроцессор, на котором построена встраиваемая система; программируемый логический контроллер либо более сложное устройство управления — промышленный компьютер.
Важной характеристикой CNC-контроллера является количество осей (каналов), которые он способен синхронизировать (управлять) — для этого требуется высокая производительность и соответствующее программное обеспечение.
В качестве исполнительных механизмов используются сервоприводы, шаговые двигатели.
После того как составлена управляющая программа, оператор при помощи программатора вводит её в контроллер. Команды управляющей программы размещаются в ОЗУ. В процессе создания или после ввода управляющей программы оператор (в данном аспекте выполняющий функцию программиста) может отредактировать её, включив в работу системную программу редактора и выводя на дисплей всю или нужные части управляющей программы и внося в них требуемые изменения. При работе в режиме изготовления детали управляющая программа кадр за кадром поступает на выполнение. В соответствии с командами управляющей программы контроллер вызывает из ПЗУ соответствующие системные подпрограммы, которые заставляют работать подключенное к ЧПУ оборудование в требуемом режиме — результаты работы контроллера в виде электрических сигналов поступают на исполнительное устройство — приводы подач, либо на устройства управления автоматикой станка.
Управляющая система считывает инструкции специализированного языка программирования (например, G-кода) программы, который затем интерпретатором системы ЧПУ переводится из входного языка в команды управления главным приводом, приводами подач, контроллерами управления узлов станка (например, включить/выключить подачу охлаждающей эмульсии).
Разработка управляющих программ в настоящее время выполняется с использованием специальных модулей для систем автоматизированного проектирования (САПР) или отдельных систем автоматизированного программирования (CAM), которые по электронной модели генерируют программу обработки.
Для передачи данных между исполнительным механизмом и системой управления станком обычно используется промышленная сеть.
Поддержание с заданной точностью на заданном уровне параметров быстротекущих технологических процессов при ручном управлении оказывается невозможным. Поэтому современное производство возможно только при оснащении технологических установок соответствующими автоматическими измерительными приборами, информационно-измерительными системами и системами автоматического управления.
Таким образом, современный этап развития немыслим без применения контрольно-измерительных приборов и автоматики.
УЧЕНЬЕ - СВЕТ, А НЕУЧЕНЬЕ - ЧУТЬ СВЕТ И НА РАБОТУ!
