Посты управления всех перечисленных типов предназначены для подключения переключателей или кнопок с замыкающими контактами. Вопросы для самоподготовки:
Охарактеризуйте возможности программного управления в кузнечно-штамповочном машиностроении?
Дайте характеристику ведущих устройств современного цифрового интерфейса?
Дайте характеристику ведомых устройств современного цифрового интерфейса?
Лекция 17. Современные методы исследования и диагностика кузнечно-штамповочных машин
Теоретические вопросы
17.1. Диагностика кузнечно-прессовых машин
17.2. Классификация задач диагностики
17.3. Перспективы развития систем диагностики
17.1. Диагностика кузнечно-прессовых машин
Экспериментальные исследования кузнечно-штамповочных машин часто проводят с целью определения усилий, потребных для выполнения различных технологических операций, так как имеющиеся для этого теоретические решения не всегда обеспечивают необходимую достаточно высокую точность и достоверность.
При исследовании опытного образца подвергают проверке кинематику машины при работе в режиме холостого хода и при выполнении рабочих операций (для автоматов необходимо установить углы цикловой диаграммы, на которых работают те или иные механизмы), энергетические показатели машины – работу и мощность вращения маховика, работу включения муфты и холостого хода, энергетические возможности при различном числе включений в минуту и при различном числе используемых ходов и т.п.
При этом оценивают правильность выбранной мощности и КПД машины; нормы точности; напряжение в наиболее опасных местах нагруженных деталей и характеристики жесткости машины; шумовые и вибрационные характеристики.
До настоящего времени для фиксации кинематических и силовых параметров широко использовали осциллографы – шлейфовые для фиксации процессов с частотой менее 6 кГц и электронные для больших частот.
С их помощью от приборов – датчиков различного устройства можно фиксировать на пленку или бумагу изменения пути, скорости, ускорений, усилий и т.п. Для измерений вибраций использовались специальные приставки к осциллографу.
Относительные деформации деталей определяют тензометрическими датчиками, которые наклеивают в соответствующих местах деталей.
По измеренным относительным деформациям находят главные относительные деформации в той или иной точке, а по ним – главные напряжения.
Сегодня, при разработке новых моделей горячештамповочных комплексов и другого кузнечно-штамповочного оборудования обязательно учитывается весь накопленный опыт и современные тенденции, среди которых особенное внимание уделяется системам управления и диагностики.
Главной целью системы диагностики является не допустить аварию, путем определения возникновения предаварийных ситуаций и осуществления блокировки работы КШМ. Среди других задач можно выделить учет динамики изменения параметров КШМ с целью оптимального планирования планово-предупредительного ремонта и статистический учет параметров КШМ для экспертного анализа состояния узлов и, в случае возникновения аварийной ситуации, ее причин.
Также сегодня становится актуальным применение современных сетевых информационных технологий при диагностике КШМ. Так, например, через всемирную сеть Интернет, можно осуществлять дистанционную диагностику кузнечно-штамповочного оборудования, работающего у заказчика.
Далее рассмотрим, как позволяют организовать работу с современным кузнечно-штамповочным оборудованием достижения науки в настоящее время на примере горячештамповочного комплекса производства ЗАО «Тяжмехпресс» (рис. 92).
Рис. 92. Структура горячештамповочного комплекса производства ОАО «Тяжмехмпресс»
Структуру системы диагностики в рассматриваемом случае составляют три уровня (рис. 93):
1) сбор данных, реализация управляющих сигналов и жесткого логического управления (уровень жесткой логики);
2) уровень программируемого логического управления (реализуется программируемым логическим контроллером, далее - ПЛК); уровень интерфейса с оператором.
Задачи, решаемые системой программного управления и диагностики, можно сформулировать следующим образом (рис. 91).
Рассматриваемые задачи поделены на три блока:
управление приводами и узлами комплекса;
учет выпуска продукции и временных затрат;
диагностика.
Классификацию задач диагностики можно подробнее рассмотреть, исследуя подсистемы диагностики и структуру задач, решаемых в той или иной подсистеме.
Рис. 93. Структура системы диагностики
Первая группа задач подсистемы диагностики - диагностика реального времени, решается в подсистеме, входящей в состав системы управления комплексом.
Подпрограммы этой подсистемы диагностики работают в реальном времени и немедленно реагируют на все процессы, протекающие в комплексе. Вторая группа задач - дистанционная диагностика. Она проводится в удаленном режиме, то есть может производиться в других зданиях завода или в географически далеко расположенных предприятиях. Для решения задач второй группы рассматриваемой системой управления информация о работе комплекса предоставляется удаленным клиентам и осуществляется поддержка дистанционного управления.
Рис. 94. Структура задач, решаемых СУ
17.2. Классификация задач диагностики
Система управления с подсистемой диагностики на основе информации о контролируемых параметрах прогнозирует отказы и позволяет планировать проведение ремонтных работ.
Тем не менее, из-за возможного несоблюдения рекомендаций по техническому обслуживанию и из-за отсутствия полной информации о состоянии и режиме работы всех узлов (деталей) комплекса возможен выход какого-либо из них из строя.
В этом случае подсистема диагностики призвана облегчать поиск неисправности, производя диагностику внезапной остановки комплекса.
Задача организации блокировок механизмов в ряде ситуаций решается в подсистеме диагностики генерацией управляющего сигнала по жесткой программе (рис. 2). В комплексе предусмотрены следующие блокировки.
• Отключение муфты и включение тормоза при перегрузке, отсутствии смазки, недостаточном давлении воздуха в системе, перегреве подшипников скольжения на эксцентриковом вале.
• Блокировка работы пресса, если в системе смазки превышено максимальное давление или давление ниже минимального значения.
• Невозможность включения муфты и тормоза при рассогласованности включения воздухораспределителей муфты и тормоза.
• Отключение электродвигателя регулировки штампового пространства при его перегрузке; электродвигателя гидростанции при недостаточном уровне масла в баке; отключение цепей управления электродвигателя главного привода при включенном тормозе маховика; отключение муфты и включение тормоза при выходе давления воздуха в пневмосистеме компенсатора за ранее установленные пределы.
• Отключение электродвигателя главного привода пресса и затормаживание маховика при открывании дверки на лестнице, при обнаружении постороннего предмета в блоке штампа.
Подпрограммы подсистемы диагностики, находящиеся на уровне программируемого логического контроллера (ПЛК), осуществляют контроль следующих параметров:
• технологической силы Р=Р(х) с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой величине, в зависимости от положения ползуна, а также подсчет нагружений в определенных интервалах технологических сил;
• работы деформирования с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой работе в зависимости от режима работы пресса;
• силы выталкивания поковки из нижнего штампа с выдачей сигнала по регулируемому порогу значений;
• температуры подшипников, штампов, масла с выдачей сигнала по достижении пороговых значений;
• давления в ресивере, подушках и маркете, в механизме уравновешивателя ползуна с выдачей сигнала по пороговым значениям;
• состояния уплотнения нижнего пневматического выталкивателя, в муфте, в тормозе по времени между подачей команды на соответствующий привод и ее исполнением;
• перегрузки двигателя механизма регулирования закрытой высоты с помощью фиксации скорости;
• угловой скорости маховика с фиксацией нулевой и пороговой скоростей;
• угла поворота (положения) эксцентрикового вала, торможения (угла поворота эксцентрикового вала при срабатывании механизма тормоза);
• снижения угловой скорости маховика в течение цикла пресса, настройки командоаппарата, углового перемещения тормоза, муфты, блокировки муфты - тормоза, работы системы подачи смазки в узлы пресса, параметров работы главного двигателя, состояния изоляции в индукторе.
Для решения задач второй группы необходима реализация достаточно сложных вычислительных алгоритмов. Если выход за пределы допустимых значений критического параметра маловероятен или вследствие такого выхода авария на узле не может привести к травмированию обслуживающего персонала, то контроль этого параметра необходимо осуществлять с помощью ПЛК. Группа задач 1) и 2) имеют общую цель - определить наступление аварийной ситуации и произвести останов агрегатов или блокировать их включение. Поэтому в них для реализации управляющего воздействия используется устройство останова или блокировки.
Третья группа задач служит для выдачи информации. Устройства реализации управляющего воздействия для нее нет, вместо него присутствует устройство вывода информации - терминал на пульте оператора.
Предварительную информацию от датчиков обрабатывают по специальным алгоритмам подпрограммы ПЛК. Выход этих подпрограмм связан с входом подпрограммы подсистемы подготовки информации и интерфейса с оператором, а подсистема посредством терминала в обработанном виде выдает информацию оператору.
17.3. Перспективы развития систем диагностики
В настоящее время уделяют большое внимание перспективам развития систем диагностики.
Применяемые автоматические системы диагностики решают задачу идентифицирования наступления предаварийной ситуации и ее предотвращения, потребовав определенных действий от оператора или блокируя работу комплекса.
Алгоритмы и программы прогнозирования отказов в настоящее время недостаточно разработаны и имеют ограниченное применение. Разработка подобных алгоритмов необходима для раннего определения причин будущей аварии и профилактического устранения неполадок. Поскольку стоимость профилактических мероприятий обычно значительно ниже устранения аварии, то экономическая эффективность этого очевидна.
Перспективным в этом отношении будет использование экспертной системы учета, обработки сведений о техническом состоянии и выдачи подробных рекомендации по обслуживанию горячештамповочного комплекса. Подобная система должна на основании имеющихся данных выдавать экспертные оценки вероятности выхода из строя какого-либо узла или детали, необходимости проведения и номенклатуре профилактических мероприятий и прочее.
На первом этапе система должна выдавать подробные печатные рекомендации по работе горячештамповочного комплекса, инициировать путем выдачи тревожных сообщений необходимые действия при определении достаточно высокой вероятности возникновения критической ситуации в работе горячештамповочного комплекса. В перспективе экспертная система должна автоматически связываться с необходимыми службами, ставить перед ними задачи по обслуживанию и ремонту горячештамповочного комплекса.
С развитием телекоммуникаций стало возможным через глобальную информационную сеть или с помощью прямого модемного соединения получать данные о работе технологического оборудования дистанционно.
Разработка системы дистанционной диагностики может оказаться экономически эффективной, особенно при поставке небольшим заводам. Используя эту систему, завод-изготовитель кузнечно-штамповочного оборудования может осуществлять техническое сопровождение своего изделия на предприятии-заказчике.
Наличие детальной информации, статистических данных о работе подобного оборудования и при использовании системы дистанционного сопровождения позволит заводу-изготовителю с минимальными затратами и в кратчайший срок провести комплексную диагностику, поиск причин и выработку мер по устранению неполадки.
В этом случае у завода-заказчика, эксплуатирующего горячештамповочный комплекс, отпадает необходимость содержать специальный высококвалифицированный обслуживающий персонал.
Рассмотренные задачи, решаемые подсистемой диагностики реального времени, можно сгруппировать с учетом методов реализации следующим образом (рис. 3):
1) Контроль выхода за пределы допустимых значений критических для работы комплекса параметров и останов механизмов при обнаружении превышения значения.
2) Контроль динамики работы основных узлов механизма с целью определения наличия предаварийной ситуации (работа в предельном режиме одного из контролируемых механизмов).
3) Определение состояния узлов, для планирования и оценки сроков планово-предупредительного ремонта.
При определении методов и технических средств реализации первой группы задач необходимо учесть повышенную опасность возможного травмирования персонала, обслуживающего кузнечно-прессовое оборудование. Решение первой группы задач средствами ПЛК повышает эту опасность из-за наличия этапа отладки программы. Во время отладки на ПЛК может быть загружена ошибочная программа, в которой отсутствуют должные проверки и контроль выхода за пределы допустимых значений критических для работы комплекса параметров, что может привести к травме персонала или выходу из строя оборудования. Поэтому эту задачу диагностики необходимо решать средствами жесткой релейной логики.
При этом необходимо предусмотреть возможность подачи информации о возникшей аварийной ситуации на вход контроллера. Для решения второй группы задач необходима реализация достаточно сложных вычислительных алгоритмов. Если выход за пределы допустимых значений критического параметра маловероятен или вследствие такого выхода авария на узле не может привести к травмированию обслуживающего персонала, то контроль этого параметра необходимо осуществлять с помощью ПЛК.
Группа задач 1) и 2) имеют общую цель - определить наступление аварийной ситуации и произвести останов агрегатов или блокировать их включение. Поэтому в них для реализации управляющего воздействия используется устройство останова или блокировки. Группа задач 3) служит для выдачи информации. Устройства реализации управляющего воздействия для нее нет, вместо него присутствует устройство вывода информации - терминал на пульте оператора.
Предварительную информацию от датчиков обрабатывают по специальным алгоритмам подпрограммы ПЛК. Выход этих подпрограмм связан с входом подпрограммы подсистемы подготовки информации и интерфейса с оператором, а подсистема посредством терминала в обработанном виде выдает информацию оператору.