Системы программного управления промышленным оборудованием

 

Содержание

 

Введение 3

1. Понятие  программное управление 4

2. Системы  программного управления промышленным  оборудованием 7

3. Станки  с программным управлением 13

Заключение 17

Список литературы 18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Управление программами  — процесс управления несколькими  взаимосвязанными проектами, направленный на повышение эффективности использования  ресурсов, снижение рисков и успешное завершение каждого проекта. На практике и по целям программное управление близко связано с системной инженерией и с промышленной инженерией.

Менеджер программы осуществляет контроль за целью и состоянием всех проектов в программе и может  поддерживать деятельность на уровне проектов, чтобы убедиться, что общие  цели программы будут достигнуты, возможно предоставляя данные для принятия решений, которые недостижимы на проектном уровне или сообщая  перспективу программы менеджеру  проектов, когда нужно, либо предлагая  идеи и подходы к решению задач  проектов, которые влияют на программу. Как правило, в программе нужно  выявить и управлять межпроектными  зависимостями, и часто офис управления проектным портфелем недостаточно ознакомлен с рисками, проблемами, требованиями, дизайном или решением, чтобы эффективно с этим справляться. Менеджер программ предоставляет эту информацию, узнавая  её от менеджеров проектов, хотя в больших  и/или сложных проектах может  понадобиться отдельная роль. Тем  не менее, возникает понимание, что  менеджер программ нуждается в информации, чтобы быть уверенным, что общие  цели программы достижимы.

Целью данной работы является проведение исследования понятия и  сущности программного управления. Для  достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) определить понятие  программного управления,

2) изучить системы программного управления промышленным оборудованием,

3) исследовать станки с программным управлением

Для написания данной работы и решения поставленных задач  использовалась литература многих авторов.

1. Понятие программное  управление

 

Программное управление, управление режимом работы объекта по заранее заданной программе. Программное управление может осуществляться как с использованием обратной связи, (системы с замкнутой цепью воздействия), так и без неё (системы с разомкнутой цепью воздействия) (см. Автоматическое управление). Системы программного управления с замкнутой цепью воздействия могут функционировать с оптимизацией и без оптимизации режима работы управляемого объекта. Процесс программного управления с оптимизацией можно рассматривать как минимизацию некоторого функционала, характеризующего "расстояние" между искомым и действительным (фактическим) состояниями объекта. Так, например, программное управление летательными аппаратами реализует требуемую траекторию их движения, что обеспечивает нахождение летательного аппарата в соответствующих точках пространства в заданные моменты времени [4, c.65].

Термин "программное управление" с оптимизацией возник в теории управления системами, подверженными действию случайных возмущений (стохастическими). Пусть, например, движение объекта описывается системой дифференциальных уравнений вида  , где  — т. н. фазовый вектор, x — случайная вектор-функция, u (t) — управляющий вектор. Предположим также, что цель управления — перевести объект (систему) из начального состояния x0 в некоторое конечное хт. Поскольку система стохастическая, то нельзя говорить о точном достижении конечного состояния хт. Речь может идти лишь о таком выборе управления, которое минимизирует некоторую функцию конечного состояния J [x (T)]. В качестве такой функции принимается норма J [x (T)] = ÷÷х (Т) — хт÷÷. В теории подобных систем, к числу которых относятся системы управления ракетами, многими технологическими процессами и т.д., широко распространён следующий приём исследования. Предположим, что x º 0, т. е. система детерминирована. Тогда можно пытаться найти управление U (t), которое переводит систему точно в состояние хтпо некоторой траектории движения — функции x (t). Если цель управления достижима, то таких траекторий можно определить достаточно много. Следовательно, появляется возможность выбора управления U (t) (программы), которое обеспечивает оптимальное значение некоторому критерию. Например, если речь идёт о выводе ракеты на заданную орбиту, то таким критерием может быть затрата горючего. Так возникает понятие оптимальной программы, которое охватывает обычно и понятие оптимальной траектории  Х (t), и оптимального управления (t). Понятие оптимальной программы относится к идеализированным системам. Поэтому конструктор, определив оптимальную программу, проектирует ещё и систему управления программой — траекторией. Можно написать: U =   + u, где   — фиксированная функция времени, а u — корректирующее управление, которое осуществляется по цепи обратной связи. Система управления содержит средства измерения действительной траектории, и задача корректирующего управления — обеспечить минимальное рассогласование реальной траектории x (t) и оптимальной (t), которая достигает цели управления хт.

Программное управление технологическим  оборудованием и процессами охватывает движение машин, механизмов, транспортных средств и изменение физических и химических параметров технологического процесса (температуры, давления и т. п.). Программа записывается или наносится  на носители информации (магнитные  ленты и диски, профилированные  шайбы, копиры) в аналоговой или цифровой форме. Затем она автоматически  считывается и преобразуется  в управляющие сигналы.

Одной из первых машин с  программным управлением стала  созданная в 1804 г. французским изобретателем Ж. Жаккаром ткацкая машина для выработки тканей с крупным узором. Этот узор программировался с помощью целой колоды перфокарт – прямоугольных карточек из картона. На них информация об узоре записывалась пробивкой отверстий (перфораций), расположенных в определённом порядке. При работе машины эти перфокарты ощупывались с помощью специальных штырей. Именно таким механическим способом с них считывалась информация для плетения запрограммированного узора ткани. Машина Жаккара явилась прообразом машин с программным управлением, созданных в 20 в. [1, c.78].

Примером современного устройства программного управления может служить  автопилот, который выполняет заданную программу полёта, освобождая лётчика  от напряжённой работы по управлению самолётом в длительных полётах.

 

2. Системы программного  управления промышленным оборудованием

 

В настоящее время в  промышленности все больше находят  применение станки с программным управлением. В этих станках переход от обработки одной детали к другой осуществляется сменой программ, записанных на перфоленте, перфокарте, магнитной ленте. Под программой понимается полное и точное описание технологического процесса обработки изделия в режиме автоматической работы станка. Таким образом носителем информации в этом случае является программа, которая связана со станком, что способствует быстрой смене технологического процесса.

Достоинство станков с  цифровым программным управлением (ЦПУ) или с числовым программным  управлением (ЧПУ) состоит в следующем: освобождение человека от работы на станке; увеличение производительности труда; обеспечение более плотной загрузки оборудования; эффективность оборудования: один станок с программным управлением  заменяет до восьми обычных станков; из станков с ЧПУ легко скомпоновать автоматические линии; введение программного управления позволяет централизовать подготовку технологических программ для отрасли промышленности с  обеспечением квалифицированными кадрами  программистов; повышается качество обработки  и уменьшается процент брака.

Автоматические линии  из станков с ЧПУ легко подключа¬тся к электронно-вычислительным машинам. ЭВМ по заранее составленной программе  организует работу всей линии, а в случае переналадки вводят код нового изделия и ЭВМ перестраивает оборудование. Особенно эффективно применение программной системы управления при обработке деталей сложной формы [4, c.90].

В то же время при применении станков с ЧПУ необходимо учитывать, что требуется подготовка программистов, усложняется ремонт оборудования и нужно проводить типизацию изделий для обработки.

Различают два способа  программирования. Первый способ заключается  в том, что берется чертеж детали, который кодируется в виде таблицы  или аналитического уравнения. При  этом вся траектория движения инструмента  и рабочих органов станка разбивается  и а элементарные участки. Координаты каждого участка в виде приращений по осям х? у, z наносятся, например, на магнитную  ленту в виде импульсов напряжений или модулированного сигнала, а  на перфоленту и перфокарту в виде отверстий. На магнитной ленте имеются  для записи несколько дорожек (шесть, восемь) для того, чтобы программо-носитель был меньше по объему. Программа вводится в универсальную или специализированную вычислительную машину. Если программа большая, то вычислительное устройство встраивается в систему управления станком, в случае простой программы к одной УВМ или ЭУВМ подключено несколько станков с программным управлением.

Второй способ составления  программы заключается в «обучении» управляющей машины. Здесь нет  необходимости составлять по чертежу  таблицу или уравнение траектории движения инструмента или детали. В этом случае на станок устанавливается заготовка и подключается программное устройство. Рабочий изготавливает по чертежу первую деталь с управлением вручную и данные обработки автоматически записываются на магнитную ленту от станка. При «обучающем» способе можно использовать копир или обводку контура чертежа. Эта аналоговая система управления, но применима она только для изготовления деталей, не требующих высокой точности.

Рис. 1 Упрощенная структурная схема программного управления с обратной связью

 

Последовательность работы программного управления следующая. Записанную на перфораторе ленту с программой вводят в считывающее устройство 1. Лента перемещается, а датчик воспринимает программу и выдает се в преобразователь 2 в виде импульсов напряжения. В преобразователе 2 происходит запоминание, распределение (сортировка) и усиление поступивших управляющих сигналов. Из преобразователя сигналы подаются в исполнительный механизм 3, который приводит в действие рабочие органы 4 автомата. Узел обратной связи 5 обеспечивает сравнение действительных перемещений рабочих органов с программными. Для этой цели используется измерительное устройство. В случае отклонения от программы срабатывает корректирующее устройство узла обратной связи, которое посылает поправочные импульсы в считывающее устройство 1 или в преобразователь 2 [3, c.152].

Программоносители для записи работы автомата изготовляют из различных материалов. Наибольшее распространение получили бумажная перфорированная лента и магнитная лента. На магнитной ленте запись выполняется в виде поперечных магнитных штрихов. Лента движется непрерывно и используется для записи сложных процессов и их быстрого воспроизведения.

На перфорированной бумажной ленте программа фиксируется в виде отверстий, расположенных в определенном порядке на нескольких дорожках. Считывание производится токопроводящим штифтом 3 ползуна 4, который перемещается вертикально над планкой 1 с движущейся по ней лентой 2. При прохождении отверстия под штифтом последний замыкает цепь с планкой и выдает соответствующие команды.

Программа может быть записана в виде кода. В этом случае она задается рядом зашифрованных цифровых значений координат точек обрабатываемой поверхности. Программа поступает в дешифратор, прочитывается и сигналы подаются в вычислительное устройство для выработки управляющих сигналов. Кодирование применяется для записи сложных программ. При некодированной записи сигналы со считывающего устройства подаются непосредственно к исполнительным органам.

Фрезерный станок оснащен шаговой системой цифрового управления. Программа считывается с бумажной перфорированной  ленты 6 и вводится в блок управления 5 который подключает обмотки электромеханического устройства шагового двигателя 4.   Шаговый   двигатель приводит в движение предметный стол 3 станка и деталь 2 обрабатывается режущим инструментом 1

Система программного управления по трем координатам обеспечивает получение  заданных размеров и конфигурации обрабатываемого изделия, выбор частоты вращения шпинделя, величины подачи суппорта, включение ускоренных перемещений, смену инструмента, включение системы охлаждения и уборки стружки. Программа записывается на стандартной магнитной восьмидорожечной ленте в коде. Имеется возможность ручного ввода коррекций. Для ручного набора координат на пульте управления задаются величины перемещения суппорта, подач, ча¬стоты вращения шпинделя.

Числовое программное  управление станком - управление обработкой заготовки на станке по управляющей  программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Совокупность функционально  взаимосвязанных и взаимодействующих  технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное  управление станком, называют системой числового программного управления.

Числовое программное  управление станками по технологическим  признакам подразделяют на позиционное, контурное, адаптивное и групповое.

Позиционное управление - числовое программное управление станком, при  котором перемещение его рабочих  органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются. Такое управление применяют в  основном в сверлильных и расточных  станках для обработки плоских  и корпусных деталей с большим  числом отверстий [4, c.67].

Контурное управление - числовое программное управление станком, при  котором перемещение его рабочих  органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для  получения необходимого контура  обработки. ЧПУ для контурной  обработки позволяет осуществлять непрерывное управление скоростями рабочих движений инструмента относительно заготовки и обеспечивает их заданные положения в каждый момент времени  в соответствии с профилем детали, т. е. обеспечивает автоматический обход  режущего инструмента по заданному  контуру детали. Для обработки  плоских деталей используют системы  контурной двухкоординатной, а для  объемных деталей - трехкоординатной обработки.

Адаптивное управление - числовое программное управление, при  котором обеспечивается автоматическое приспособление процесса обработки  заготовки к изменяющимся условиям обработки по определенным критериям.( Адаптивное управление обеспечивает наилучшее  использование возможностей станка при обработке заготовки с  изменяющимися параметрами, при  этом значительно упрощается подготовка управляющих программ)