4.2. Управление простым процессом

Управление простым процессом сводится к 3-м основным задачам:

1) распоряжение течением процесса (пуск-прекращения);

2) распоряжение направлением процесса (вперед-назад, вверх-вниз, по часовой стрелке - против, нагревание - охлажде­ние, втекание - вытекание);

3) распоряжение режимом процесса - совокупность его качественных и количественных показателей (движение с заданным за­коном скорости, нагрев по заданному графику и т.д.). Пункты 2) и 3) можно объединить.

Управление простым процессом осуществляется по-разному в зави­симости от типов требуемых режимов:

1)процессы со свободными, неуправляемыми режимами, (задача управления-пуск и прекращение процесса);

2)процессы со свободными режимами в заданных пределах, (задача управления-пуск или прекращение процесса и ограничение качественных показателей);

3) процессы с управлением режима лишь по направлению, (задача управления-пуск, прекращение или реверс процесса);

4) процессы с управляемыми режимами, (задача-пуск или прекращение процесса и обеспечение заданных значений параметров режима).

Процессы 4-го типа бывают 4-х видов:

1) качественный показатель должен сохранять постоянную величи­ну - стабилизирующее управление;

2) программное управление - качественный показатель должен из­меняться по определенному наперед заданному закону;

3) следящее управление - качественный показатель должен изме­няться определенным образом в зависимости от других заранее выбра­нных параметров данного или другого процесса;

4) оптимальное управление - качественный показатель должен из­меняться так, чтобы при переменных величинах, характеризующих да­нный процесс и внешние воздействия, - некоторые характеристики (КПД, скорость, потери) имели оптимальное значение.

Управление режимом осуществляется посредством управляющих воз­действий. При этом могут возникнуть внешние и внутренние возмуще­ния, не связанные с осуществлением управления, но влияющие на ко­личественные и качественные параметры процесса.

Устранение влияния возмущений достигается регулированием процесса (ручным, автоматическим).

Универсальный метод управления (процессом цепью) – изменение величины и знака управляющего воздействия.

Управление может быть дискретным (релейным), разрывным, позиционным или плавным (функциональным) в зависимости от характера изменения проводимости линии передачи.

4.3. Классы средств автоматики

В общем случае система автоуправления может содержать четыре основных класса средств автоматики:

1) средства для получения информации (датчики, анализаторы, измерительные системы и т. д.);

2) средства для передачи информации (преобразователи, передатчики, каналы связи, приемники);

3) средства для переработки информации (счетно-решающие, устройства, вычислительные машины, управляющие машины);

4) средства, использующие информацию для воздейст-вия на управляемый объект (автоматические регуляторы, следящие системы);

Управляющая система в результате получения и переработки информации (регулируемых, входных, выходных переменных и возмущающих воздействиях), вырабатывает сигналы управления. Эта переработка информации осуществляется путем реализации алгоритма управления – некоторой последовательности определенных математических и логических операций. Для АС большое значение имеет характер цепи основного воздействия: при разомкнутой цепи управляющая система реагирует на входные и возмущающие воздействия без получения информации о результатах своей работы и возможности ее корректировать; при замкнутой цепи воздействия управляющая системы получает информацию и координирует свою работу. Замыкание цепи осуществляется на основе обратной связи.

Методы управления режимом:

1) регулирование по возмущению,

2) регулирование по отклонению,

3) автоматический поиск,

4) комбинированные: на основе обучаемых устройств.

Элементная схема АС (САР) отражает состав, назначение и взаимодействие элементов.

Рис.23. Элементная схема системы автоматического

регулирования.

1-Рп - регулируемый процесс;

2-Вс-воспринимающий элемент (датчик), (чувствительный элемент);

3-Зд - задающий(управляющий)элемент (задатчик);

4-Ср - элемент сравнения _n, _0.

устанавливает величину рассогласования (ошибки)

= ₀ - _n и вырабатывает сигнал ошибки;

5-Пр - преобразующий элемент (преобразователь)

(преобразует сигнал в удобный для последующих передач вид), применяется по мерз надобности;

6-Ус-усилитель сигнала, применяется по мере надобности;

7-Ис - исполнительный элемент

(осуществляет командное воздействие па Ро);

8-Ро - регулирующий орган, управляющий потоком энергии.

2. Классификация СУ по информационным признакам (по источникам и носителям информации, количеству и структуре потоков информации, виду и методам пере­работки информации).

Основной источник информации - программа управления. Эта инфор­мация известна до осуществления технологического процесса. Она мо­жет быть сообщена АС заранее и именуется задающей информацией. Материальная носитель, на котором зафиксирована программа, называется программоносителем.

В программе заданы сведения о характере движения рабочих эле­ментов А.С., их синхронизации, режимах работы, технологические и иные команды.

Вторым источником информации является технологический процесс:

датчики позволяют получать информацию о действительном поло­жении скорости движения рабочих элементов А.С., температурных усло­виях, окончании цикла, нагрузках и т.д.. Эта информация называется информацией обратной связи, а датчики - датчиками обратной связи.

Третьим источником информации является окружающая среда (влажность» температура, вибрации и др.). Это информация о возму­щениях в режимах.

Носители программы: упоры, переключатели, кулаки, копиры, штекерные табло, номеронабиратели, быстросменные носители - пер­фолента, перфокарты, киноленты, магнитные ленты, барабаны, магнит­ные диски.

Чем больше каналов информации, тем выше качество работы СУ, шире ее функциональные возможности.

Системы управления, использующие только задающую информацию, имеют разомкнутую структуру. В них от­сутствует контроль за выполнением программы и обратная связь, ис­пользуется только один поток информации. Задающая информация пере­рабатывается в удобную форму для управления приводом (чаще всего нерегулируемым), выполняющим элементарный цикл технологического процесса.

Информация о воздействующих на техпроцесс возмущениях в ра­зомкнутой системе не используется. Такую структуру имеют СУ с ша­говыми исполнительными механизмами и СУ от кулачков и упоров.

Использование только одного канала информации существенно упро­щает конструкцию СУ, но требует высокого качества изготовления ее элементов.

Замкнутые СУ снабжаются обратной связью, что снижает техноло­гические требования к отдельным их элементам и повышает качество работы СУ.

Используется 2 канала: задающий информацию и обратной связи.

Сопоставление задающей информации с информацией обратной свя­зи осуществляется в сравнивающем устройстве, на выходе которого вы­рабатывается команда управления приводом. Замкнутая система слож­нее разомкнутой, но точность выполнения программа выше, Использует­ся управляемый привод. Замкнутую СУ имеют большинство систем про­граммного управления.

Системы управления использующие 2 и более каналов дополнитель­ной информации и имеющие устройство для коррекции управляющего сиг­нала, можно отнести к классу приспосабливающихся СУ: самонастраи­вающихся, самоорганизующихся, самообучающихся.

Самонастраивающиеся системы имеют постоянную структуру, а в процессе работы изменяются лишь управляющие воздействия или параметры (коэффициенты передаточных функций).

Самоорганизующиеся система: изменяются управляющие воздействия и параметры, а также структура СУ.

Самообучающиеся системы характеризуются изменением в процессе работы алгоритма, по которому они построены.

Приспосабливающиеся СУ еще не освоены для целей управления тех­нологическим оборудованием (за небольшим исключением самонастраива­ющихся СУ), применяемым в ПУ.

Информация (и задающая, и обратной связи) может быть выражена в виде аналога (величины напряжения, силы тока и др.) или последова­тельностью импульсов.

Рис.24. Упрощенная блок-схема самонастраивающейся СПУ.

1 - ПУ - программное устройство,

2 - РУ - решающее устройство,

3 - СП - оперативная память,

4 - УУ - управляющее устройство,

5 - ИМ - исполнительный механизм,

6 - ИП - измеритель-преобразователь,

7 - СРБ - счетно-решающий блок.

Самонастраивающиеся системы отличают от обычных СПУ наличием:

счетно-решающего Блока (СРБ), который поправляет работу СПУ с учетом внешних условий и собственной программы. Системы имеют не ме­нее трех потоков информации об одном параметре.

При обработке первой заготовки управление ИМ осуществляется на основе информации, поступившей только от ПУ через СРБ и УУ. В про­цессе обработки первой заготовки измеритель-преобразователь ИП передает в СРБ второй поток информации СУ о действительных размерах уже обработанной детали. В РУ эта информация суммируется с информацией X от ПУ. Результаты суммирования заполняются в ОП. Вторая заготовка обрабатывается на основе информации, зафиксированной в ОП (при обработке 1-ой заготовки) и в то же время идет суммирова­ние информации от ПУ и ИП (по результатам обработки второй заго­товки).

По виду используемой информации СУ подразделяются на непре­рывные, импульсные, смешанные.

Непрерывные СУ - информация подается в виде непрерывной вели­чины. Например, величина перемещения захвата с заготовкой выражает­ся амплитудой или сдвигом фазы напряжения. Любое изменение регули­руемой величины вызывает непрерывное изменение других; связанных с ней параметров.

Импульсные СУ - информация представлена последовательно им­пульсов. Три вида импульсной информации с модулированием: по амплитуде (амплитудно-импульсная модуляция - АИМ), по длительности (ширине) импульсов (широтно-импульсная модуляция - ШИМ) я по частоте (частотно-импульсная модуляция).

По степени централизации СУ бывают: централизованными, децент­рализованными и комбинированными.

Централизованные системы - управление всеми приводами осуще­ствляется от единой программы.

Простейший вид ЦСУ - управление от распределительного вала или командоаппарата.

Децентрализованные - набор систем управления отдельными цик­лами. Каждая система имеет свою программу. Синхронизация работы систем осуществляется датчиками, переключателями на движущихся ра­бочих элементах А.С.. Выполнение отдельного цикла одним механизмом разрешает работу другому (Не нужна сложная блокировка).

Комбинированные - содержать и первую, разновидность и вторую. Такая система гибка и применяется чаще всего.

4.4. Автоматическое управление в функции пути

Автоматическое управление в функции пути является одной из самых распространенных форм электрической автоматизации кузнечно-штамповочных машин. Основным органом управления в схемах путевой электроавтоматики является путевой переключатель.

Путевым переключателем называют аппарат, замыкающий или размыкающий цепи управления, когда путь, пройденный тем или иным движущимся элементом машины, достигает определенного значения. Когда путевые переключатели установлены на концах пути, их называют конечными выключателями.

Путевые переключатели, снабженные пружиной, возвращающей переключатель в исходное положение после прекращения действия упора, называют переключателями с возвратом.

Различают путевые переключатели как прямого, так и мгновенного действия. Переключатели мгновенного действия обеспечивают большую скорость переключения контактов при любой скорости движения упоров.

Помимо путевых переключателей в управлении электроприводами кузнечно-штамповочных машин широкое распространение получили так же микропереключатели. Микропереключатели отличаются малыми габаритами и малым рабочим перемещением штока. Они также требуют малого усилия для нажатия толкателя (порядка 0,3…9 Н).

Для защиты от внешних воздействий микропереключатели поставляются встроенными в металлический корпус. В этом случае микропереключатель будет иметь значительно бóльшие размеры.

На некоторых прессах путевые переключатели могут срабатывать вследствие сотрясений, возникающих при ударах. В таких случаях переключатели целесообразно устанавливать так, чтобы плоскость перемещения контактов не совпадала с плоскостью действия силы удара.

На механических прессах для осуществления циклового управления в функции угла применяют кулачковые регулируемые командоаппараты. Командоаппарат устанавливают на специально проектируемую сборочную единицу, называемую «Установка командоаппарата». Вал командоаппарата связывают с кривошипным валом машины. На валу укрепляют переключающие шайбы, к которым привинчиваются металлические кулачки, выступы которых и производят замыкание контактов. Осуществить почти любую диаграмму переключений контактов позволяет набор из семи видов стандартизованных кулачков.

4.5. Автоматическое управление в функции времени

Во время работы кузнечно-штамповочных машин возникает необходимость иметь выдержку времени определенной продолжительности, когда ни один из движущихся элементов машины не перемещается. В этом случае, кроме путевых переключателей необходимо применить также и другое средство электроавтоматики – реле времени.

Реле времени – аппарат, который через определенный промежуток времени после подачи командного импульса замыкает или размыкает контакты, предназначенные для работы в цепи управления. Чаще всего реле времени применяют для автоматизации процессов нагрева и охлаждения.

Наряду с автоматизацией технологических процессов, реле времени широко применяют для автоматизации процесса пуска мощных электродвигателей посредством пусковых реостатов.

В системах электрооборудования кузнечно-штамповочных машин широко применяют такие виды реле времени, как пневматическое реле, маятниковые и электромагнитные реле.

Реле времени широко используют для автоматизации циклов работы производственных машин. И основной характеристикой реле времени здесь является величина выдержки времени, которую называют установкой реле.

4.6. Автоматическое управление в функции скорости

Простейшим командным аппаратом в системах автоматического управления в функции скорости является индукционное реле контроля скорости.

Наиболее широкое применение в машиностроении реле контроля скорости получило в схемах торможения противовключением.

Для автоматического управления в функции скорости в кузнечно-штамповочном машиностроении используют также тахогенераторы постоянного тока. Тахогенераторы – маломощные генераторы постоянного тока, работающие в режиме, близком к холостому ходу. Магнитный поток такого генератора является постоянным, и напряжение на зажимах пропорционально скорости его вращения. Поэтому реле, включенное на зажимы тахогенератора, будет срабатывать лишь при определенной скорости вращения вала, с которым сцеплен тахогенератор. Включив на зажимы тахогенератора вольтметр, можно измерять скорость вращения контролируемого вала. При этом измерительный прибор можно поместить в значительном удалении от вала, там, где это удобно для наблюдения.

Вопросы для самоподготовки:

• Перечислите задачи управления простым процессом.

• Перечислите возможные режимы реализации простых процессов.

• Нарисуйте блок-схему самонастраивающейся СПУ.

• В функции каких параметров могут управляться автоматические машины?