Уровни управления в системах автоматизации

I. Технологический – управление отдельными машинами, станками, роботами, транспортом, др. локальными объектами:

а) поведение этих агрегатов задается извне программами или оператором;

б) характерно взаимодействие со средой, т.е. необходимость адаптации к изменениям нагрузки и параметров, неоднородность материала, износ и т.д.;

в) критерии функционирования технологические:

– точность обработки, точность поддержания технологических параметров и режимов;

– интегральные критерии качества продукции.

II. Уровень участка:

вход – плановое задание,

выход – распределение работы между агрегатами 1-го уровня.

III. Цеховой:

основное – подготовка производства (проектирование изделий и процессов, технической оснастки, УП для локальных объектов).

Здесь главное – экономические критерии качества управления.

IV. Заводской:

связи с поставщиками, конъюнктура рынка, прогноз номенклатуры изделий и спроса.

Главное – тоже экономические критерии качества управления.

V. Уровень корпорации.

VI. Уровень страны.

3.6. Тенденции в построении производственных
систем

1. Более рациональная организация рабочей среды.

2. Адаптация ТП к рабочей среде – применение более совершенных АСУТП.

1-е направление – автоматизация получения знаний о технологии, т.е. прогнозирование, исследование, проектирование, подготовка производства, испытание продукта. Благодаря этому:

а) уменьшается трудоемкость;

б) сокращается время подготовки производства;

в) выше гибкость, живучесть.

Это системы САD (Computer Aided Design) (по отечественной терминологии САПР).

2-е направление – автоматизация самой технологии: системы САМ (Computer Aided Manufacturing) (АСУТП).

Объединение обоих направлений дает системы САD/САМ (САПР/АСУТП), когда широко используется вычислительная техника для решения вычислительных задач в машинном масштабе времени и для решения задач управления в реальном масштабе времени. Это прежде всего такие задачи:

1) техническое проектирование:

– графическое представление информации;

– машинный анализ;

– создание управляющих программ для изготовления;

– создание, отображение, анализ, запоминание, манипуляция всевозможной графической информацией;

2) перестраиваемость под конкретного пользователя благодаря модульному принципу построения;

3) многотерминальный доступ;

4) одновременное управление системами ЧПУ;

5) возможность расширения (надстройки).

В данном пособии рассматривается только 1-й – технологический – уровень управления. Именно здесь происходит измерение, обработка информации с датчиков, многократное преобразование информации, локальное управление отдельными подсистемами.

Потоки информации для верхних уровней уже упорядочены в пакеты и передаются по стандартным сетям по мере запроса.

Потоки информации для 1-го уровня с верхних уровней нередко носят характер уставок, заданий, коррекций. Если хорошо освоен 1-й уровень управления (технологические процессы, аппаратная база систем управления, алгоритмы управления), то только после этого можно переходить к следующему уровню.

Для начала рассмотрим, как и в какой форме потоки информации передаются в СЧПУ (рис. 3.4). Первоначально информация представлена в буквенных и десятичных кодах чертежа. Данная информация вводится оператором в память СЧПУ через клавиатуру какого-либо устройства программирования по определенным правилам специализированного языка ввода программ (ISO-7bit, Ярус 2, АРТ, Микрон и др.) для задания режимов работы программируемого устройства.

Рис. 3.4. Информация в СЧПУ

Далее информация преобразуется (транслируется) в машинную форму, понятную СЧПУ (двоичные, дискретные, позиционные коды), для последующей обработки программы по определенным заранее алгоритмам. Выходной код СЧПУ для управления электроприводами – аналоговый код задания скорости следует на замкнутую САР скорости. С датчиков положения ДП информация поступает в СЧПУ для организации цифрового или фазоимпульсного регулятора положения.

Дискретные выходы программируемого контроллера ПК следуют на электроавтоматику. С последней сигналы обратной связи об отработке заданий и состоянии дискретных элементов поступают в ПК.

Ход ввода, отработки программы, индикация перемещений, состояние электроавтоматики и другая информация отображаются на дисплее для оператора.

Таким образом, наблюдаем многократное преобразование информации.

3.7. Фазы информационных преобразований
для станка с СЧПУ

1. Подготовительные расчеты в машинном масштабе времени:

ввод задания на проектирование, проектирование детали и изготовление детали, подготовка управляющей программы, возможность ручного редактирования и коррекции в режиме диалога и техники меню, хранение архива деталей и программ их изготовления.

2. Вычисления в реальном масштабе времени:

интерполяционные задачи, расчет разгона и торможения, стыковка кадров УП, нескольких программных модулей, анализ рабочего пространства, коррекция режимов работы, анализ и логическая обработка дискретных сигналов, визуализация оперативной информации (вычисления, как правило, требуют точных расчетов, повторяющихся с высокой частотой).

3. Управление конкретными механизмами:

реализация регулятора положения, частичной инвариантности по управлению следящего электропривода, коррекция систематических погрешностей винтовых пар и других передаточных механизмов, прием сигналов с электроавтоматики и выдача дискретных сигналов управления.

3.8. Стандартизация и унификация средств
автоматизации

Данная проблема постоянно имеет место в жизни. К примеру, имеется до 2000 физических величин, которые необходимо измерять. С учетом разных методов измерений, диапазонов значений, требований точности и быстродействия при измерениях, условий эксплуатации может быть выделено несколько десятков тысяч модификаций датчиков. Практически существует ограниченная номенклатура унифицированных датчиков, подчиняющихся параметрическому ряду и обеспечивающих информационную, энергетическую, конструктивную, метрологическую, эксплуатационную совместимость с другими узлами АСУТП.

Вопросами регистрации и стандартизации занимается Государственная служба промышленных приборов и средств автоматизации (служба Госстандарта). Сведения о датчиках и приборах приводятся в номенклатурных справочниках, каталогах ЦНИИТЭИ приборостроения, Инфорэлектро, ЦНТИ, справочниках издательств «Энергия», «Радио и связь», «Госстандарт», «Приборы и средства управления».

В частности, по ГОСТ 26642-85 допускается для аналоговых входов / выходов уровень нормированных сигналов:

0…±5 В, 0…±10 В; для дискретных (цифровых) входов: 5, 10, 24, 48 В постоянного тока, 48, 110, 220 В переменного тока; для дискретных выходов: 5 В, 24 В (0,2 А, 2 А, 5 А) постоянного тока; 110 В (2 А) переменного тока.

С другой стороны унифицированные сигналы датчиков могут быть: 0–5 мА, 0–20 мА, 4–20 мА, 0–10 мВ, 0–50 мВ, 0–10 В постоянного тока (ГОСТ-9895–78).

Конструктивная совместимость предполагает блочно-модульный принцип построения изделий АСУТП, при котором обеспечивается: минимум конструктивных элементов, высокая ремонтопригодность, возможность модернизации, комплектация под потребителя, возможность кооперации, специализации, применения современных технологий.

Надо отметить, что в настоящее время необходимо прежде всего резко повысить качество и надежность систем приборов, чтобы получить на продукцию международные сертификаты качества комитета ISO-9000, иначе выхода на международный рынок не будет.

Контрольные вопросы

1. Полоса пропускания системы «станок – приспособление – инструмент – деталь» равна: а) 70 Гц, б) 100 Гц с разрешающей способностью станка 1 мкм. Определите шаг квантования по уровню и по времени аналоговых сигналов в микропроцессорной системе управления станком.

2. Перечислите формы представления и последовательность преобразования информации в СЧПУ (непрерывные сигналы, кодированная информация).

3. Выделите задачи, решаемые в: а) САПР; б) АСУТП.

4. Перечислите формы совместимости, решаемые при стандартизации датчиков, приборов, средств автоматизации.

5. Датчик давления имеет токовый выход 4–20 мА. Необходимо обеспечить полосу пропускания датчика не хуже 10 рад/с. Выберите частоту квантования АЦП на выходе датчика давления.

Дата добавления: 2015-05-29