книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике
..pdfа .а .к ра с н о п ро ш и н а
В.А.СКАРЖЕПА
МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ
УПРАВЛЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ
ПРОЦЕССАМИ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ
КИЕВ
«ТЭХНИКА»
1990
ББК 32.965 K7fi
УДК 655.52.011.56
Рецензент д-р техн. наук В. К. Стеклов
Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи
Зав. редакцией 3. В. Божко
Краснопрошина А. А., Скаржепа В. А.
К78 Микропроцессорное управление технологи ческими процессами в радиоэлектронике.—
К.:Тэхника, 1990.— 287 с. ISBN 5-335-00585-8
На основе системного подхода рассмотрены системы управления непрерывными и дискретными, жесткими и гибкими технологическими процессами на базе универ сальных микропроцессорных средств с использованием мо дульного принципа. Приведены характеристики и модели объектов управления. Рассмотрены принципы построения отдельных модулей системы. Даны примеры реальных систем управления, рекомендации и расчетные соотно шения.
Рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся разработкой, проектированием и эксплуа тацией АСУТП и ГАП, а также может быть полезна сту дентам вузов.
2302010000-070 |
пп |
|
М202(04)-90 |
- 46-90 |
ББК 32.965 |
ISBN 5-335-005В5-8
ПРЕДИСЛОВИЕ
Большой удельный вес в производстве радиоэлектронных средств (РЭС) имеют технологические процессы на мотки и навивки изделий из проволоки или ленты на круглые, прямоугольные, пластинчатые или V-образ- ные каркасы и оправки; вытяжки и намотки оптичес ких волокон, капилляров, стеклянных труб; сборки пе чатных плат. Процессы намотки и навивки широко применяются в различных отраслях промышленности: в текстильном производстве, целлюлозно-бумажной промышленности (изготовление рулонной бумаги), металлургической (прокат черных и цветных метал лов), электротехнической (изготовление дросселей, трансформаторов, намотка якорей электрических ма шин, навивка конденсаторов); вычислительной технике и автоматике (функциональные потенциометры, за поминающие устройства, магнитные усилители, им пульсные трансформаторы и др.). Виды обмоток и способы намотки постоянно усложняются, повы шаются требования к точности параметров готовых изделий. Возникла необходимость намотки на пря моугольные, в том числе пластинчатые, каркасы сверх тонким проводом (d ^ .0 ,1 мм). Для исключения об рыва провода и сохранения равномерного натяжения в процессе намотки на такие каркасы необходимо значи тельно снижать скорость намотки, а в ряде случаев перейти на ручной труд.
Процессы вытяжки различного рода волокон, капил ляров, труб из стеклянных, полимерных или металли ческих расплавов появились существенно позже, однако сейчас широко применяются во многих отраслях про мышленности: при изготовлении асбестотканей, теп лоизолирующих материалов, стекловаты, стеклян ных трубопроводов для агрессивных жидкостей и пи щевых продуктов и др. Особо широкое распространение
з
эти процессы получили в радиоэлектронной промыш ленности для изготовления элементов волоконно-опти ческих линий связи. Сложность таких процессов свя зана с малой площадью поперечного сечения вытяги ваемой нити или капилляра (десятки — сотни микро метров), высокими требованиями к их геометрическим и оптическим параметрам, высокой температурой процессов вытяоюки, особенно при изготовлении кварце вых волокон. Для автоматизации этих процессов не обходимо решить сложные теоретические вопросы течения несжимаемой ньютоновской жидкости с пере менной вязкостью, которая представляет собой звено с распределенными параметрами.
Одним из важнейших технологических процессов в радиоэлектронике является производство печатных плат, автоматизация сборки которых также пред ставляет собой задачу, решаемую с помощью уравне ний в частных производных.
Для процессов намотки и навивки объектом управ ления является движущийся с большой скоростью упру гий материал; для процессов вытяжки — граница жидкой и твердой среды, где происходит формообра зование изделия, и движущийся материал; для процес сов сборки печатных плат — подвижная платформа станков с электромеханическими блоками связи с ис полнительными элементами. Все эти объекты ведут себя как звенья с распределенными параметрами, уп равление которыми немыслимо без применения совре менной микропроцессорной и управляющей вычисли тельной техники. Для управления этими процессами необходимы достаточно строгие математические мо дели процессов, наиболее полно отвечающие реальным условиям. Э та задача решается на основе матем ати ческого аппарата дифференциальных уравнений в част ных производных, описывающих технологические про цессы с распределенными параметрами.
4
Материал книги основан на теоретических и экспе риментальных исследованиях, проводимых авторами в течение ряда лет, обобщении публикаций в этой об ласти и зарубежном опыте, изученном при выполне нии совместных исследований со специалистами Выс шей технической школы г. Лейпцига (ГД Р).
Отзывы и поо/селания просим направлять по адресу: 252601 Киев, 1, ул. Крещатик, 5. Издательство «Тзхника».
Глава 1
ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТОВ РЭС
1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАМОТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ
Современное производство радиоэлектронных средств (РЭС), в котором большой удельный вес за нимают процессы намотки изделий, характеризуется высокими темпами роста. Однако эти процессы име ют самый низкий уровень автоматизации, что объяс няется спецификой и сложностью намоточных работ и сопутствующих им электромонтажных операций.
Объектом регулирования в таких системах явля ется упругий материал (провод), в результате движе ния которого в процессе намотки формируются ка чественные и количественные показатели изделий. Основными параметрами движения упругого материа ла являются его линейная скорость v (t) и натяжение Т (/). Они в основном и определяют качество изделий
ипроизводительность намоточного оборудования. Поэтому при проектировании АСУТП следует учи тывать, в первую очередь, изменение во времени и пространстве именно этих параметров. Выбор опти мальных величин этих параметров, их регулирование
истабилизация определяют режим работы намоточно го оборудования.
Наибольший интерес для автоматизации представ ляет движение провода по трассе от бобины к нама тываемому изделию. Эту трассу можно разбить на три зоны: сматываемой бобины, направляющих ро
ликов, наматываемого изделия. Первая зона харак теризуется радиальной и осевой (малоинерциоиной) смотками, вторая зона для всех схем намотки иден тична, третья зона характеризуется намоткой на
6
вращающийся или неподвижный каркас. При перехо де упругого материала из одной зоны в другую его натяжение изменяется. Это изменение определяется конструктивными особенностями намоточного мате риала, скоростью и ускорением его движения.
При исследовании процессов намотки в зоне сма тываемой бобины основными параметрами являются тормозной момент, создающий натяжение материала; скорость, ускорение его движения в этой зоне, кото рое вызвано как изменением натяжения, так и враще нием бобины, описываемые дифференциальным урав нением вида
/сюб = 77?б — р,с,
где /0 — момент инерции относительно оси вращения
бобины; сое — угловое ускорение бобины; Т — натя жение материала; R6 — радиус бобины; р,0 — момент сопротивления системы относительно оси вращения бобины.
Более сложные задачи исследования процесса на мотки в зоне сматываемой бобины возникают при осевом методе сматывания упругого материала, при котором натяжение в баллонируемой части провода максимально в вершине баллона.
Обобщая в целом результаты теоретических и экс периментальных исследований движения упругого материала в первой зоне при осевом методе, можно отметить, что наиболее полно исследованы процессы, возникающие в зоне баллонирующего проводника при тангенциальной смотке, определено распределение натяжения на участках по трассе от точки схода про вода до вершины баллона, измерено натяжение в ха рактерных точках, установлены точки максимального и минимального натяжения провода в этой зоне.
Приближенное статическое уравнение для натяже ния провода для неподвижных направляющих роли
7
ков |
имеет вид |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Т = |
T0ef^ + ямогг„а|) — /тт>?ф, |
|
||||
где |
Т и |
Т0 — натяжение ведущей |
и ведомой ветвей |
||||||
провода; |
ги — радиус направляющих |
роликов; |
г|) = |
||||||
= 2лп -f Фо — Угол охвата |
ролика |
(п = 0, 1, 2, |
...); |
||||||
m — масса |
единицы |
длины |
провода; |
vr — скорость |
|||||
движения |
провода; |
соГ — угловая |
скорость провода; |
||||||
f — частота поперечных колебаний провода. |
|
||||||||
|
Аналогично |
для |
вращающихся |
направляющих |
|||||
|
Т = |
Т0е№ + |
4- тег,;ф — fmv2\|), |
|
|||||
где в — угловое |
ускорение |
провода. |
|
|
|||||
|
Намотку |
на |
неподвижный каркас |
выполняют с |
помощью подвижного поводка на миогопозициоиных станках открытого наматывания. В этом случае появ ляется еще одна зона (между обмотками на соседних каркасах), в которой провод находится в натянутом состоянии, и при повороте транспортного устройства (круглого поворотного стола) изменяется натяжение провода. При намотке на некруглые каркасы к ти повым возмущающим воздействиям добавляются вы сокочастотные, учет и компенсация которых пред ставляют особо трудную задачу.
Сложность процесса намотки, сопровождающаяся переменным натяжением провода, высокочастотными боковыми и осевыми возмущениями и другими факто рами требует создания адекватных математических моделей технологического процесса для построения высокоэффективных систем управления. Техниче скими средствами таких СУ могут быть только совре менные вычислительные средства, использующие микропроцессоры и микро-ЭВМ.
8
1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ СЕРДЕЧНИКОВ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЛЕНТ
Кольцевые сердечники из ферромагнитных лент ши роко применяют в импульсных и запоминающих устройствах, магнитных элементах вычислительной техники и автоматики, трансформаторах для гибридных схем, статических преобразователях, магнитных уси лителях и др. Миниатюризация и требования к быст родействию привели к усложнению технологии производства кольцевых сердечников. Наименее ис следованы процессы навивки сердечников из сверхтон ких лент (толщиной несколько микрометров) на про фильные оправки.
Задачи исследования |
технологических процессов |
производства кольцевых |
сердечников — определе |
ние функциональных взаимосвязей основных пара метров и формулирование требований к характери стикам магнитно-мягких материалов с учетом харак теристик готовых изделий.
Основная характеристика магнитно-мягкого ма
териала — прямоугольность петли |
гистерезиса |
а = |
||
= Вг/В,п, |
стремящаяся к единице, |
где В, |
и |
Вт — |
остаточная |
и максимальная индукции. |
|
|
|
Свойства магнитно-мягких материалов зависят от |
||||
различных |
факторов: .химического состава |
(процент |
ное содержание легирующих материалов или нали чие примесей); изменения температуры при эксплуа тации, внутреннего механического напряжения (при растяжении или сжатии в процессе навивки), формы изделия (воздушного зазора), предварительного намаг ничивания, частоты перемагничивания, толщины ленты.
Перечисленные факторы (кроме химического соста ва) изменяются в процессе навивки, и их влияние на
9
характеристики материала следует учитывать при производстве сердечников. В табл. 1 дана качествен ная оценка влияния этих факторов на магнитные ха рактеристики.
Наименее чувствительны к воздействиям различ ных факторов магнитная поляризация насыщения
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1 |
|
Влияющий |
|
|
Магнитные характеристики |
|
0 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
фактор |
|
^тах |
|
1"г |
\ " с |
1 |
\ “ I |
1 ч |
||
|
|
|
|
|
|
|||||
Деформация |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(растяжение, |
\ \ |
|
-V-V |
/Ч, |
|
ч,/ |
- - |
- - |
- - |
|
сжатие): |
|
|
|
|||||||
упругая |
\ \ |
V |
-*■- |
ч,/ |
|
/ч. |
- - |
- - |
|
|
ская |
|
|
- -V |
|||||||
пластиче |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Температура |
/Ч. |
/Ч» |
|
ч» |
\ |
ч. |
- |
/Ч. |
- |
|
Предваритель |
|
\ |
•* |
ч. |
\ |
|
|
|
|
|
ное намагничи |
|
|
|
|
|
|||||
вание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воздушный |
за |
|
\ |
- |
ч. |
|
- |
- |
|
- |
зор |
|
\ |
Ч, |
|
/• |
/• |
/• |
|
-* |
- |
магнпчивания |
|
|
||||||||
Частота |
пере- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Толщина ленты |
\ |
Ч, |
- |
/• |
/» |
|
Z1 |
- |
- |
|
П р и м е ч а н и е . |
Наклон стрелки |
вверх, |
вниз |
или |
параллельно |
оси абсцисс показывает соответственно увеличение, уменьшение или независимость параметра.
/5 и точка Кюри 0 , т. е. температура, при которой материал переходит из ферромагнитного в парамаг нитное состояние; магнитострикция насыщения А* и константа кристаллографической магнитной анизо тропии.
Известно, что напряженность внешнего магнитного поля, необходимая для преодоления внутренних сил, стремящихся сохранить естественную ориентацию маг-
10