Системи автоматичного керування (САК)

Основна мета керування – забезпечити оптимальний хід технологічного процесу в реальних умовах при досягненні заданої якості і ефективності. Ефективність керування забезпечується використанням автоматичних і автоматизованих систем керування.

Система автоматичного керування – сукупність взаємодіючих між собою об’єкту керування та керуючого пристрою.

Керуючий пристрій – це пристрій чи сукупність пристроїв, які здійснюють технологічний процес за певним алгоритмом функціонування. Всі системи керування можна поділити за 4 ознаками:

Централізовані системи характеризуються тим, що керування всім технологічним циклом виконується централізованим пристроєм – розподільчий вал, командоапарат, копіром.

Виробничий цикл виконується за наперед жорстко встановленою програмою і всі дії обладнання в часі відбуваються в суворій відповідності з прийнятим циклом роботи, внаслідок чого вони називаються цикловими. Весь механізм керування складається з здавачів і виконавців. Проте відсутній пристрій обробки інформації.

Двигун, 1- гітара, 2- ланка налагодження. Є розподільчий вал на якому сидять кулачки. Кулачки через важіль діють на проміжний механізм, який несе різальний інструмент або складний інструмент. Кожен кулачок приводить в дію своє.

Людина звільняється від функцій керування, але за нею лишаються функції контролювання, регулювання і програмування. Програма є жорсткою. При переході на іншу заготовку або об’єкт потрібно міняти програмоносії, кулачки. Тривалість циклу дорівнює часу обертання розподільчого вала. До автоматів цієї групи відносяться всі машини харчової та текстильної промисловості. В металообробці – це токарні автомати, автоматичні преси. В найбільш досконалих типах (у верстатів з ЧПК) є можливість швидко змінювати програму, що дозволяє автоматизувати дрібносерійне і одиничне виробництво, бо зміна програми займає секунди.

В зв’язку з тим, що переналагодження потребує достатньо великого часу, то системи застосовуються в масовому і серійному виробництві, де переналагодження проводиться рідко. Якщо взяти автоматичну лінію, яка використовується в масовому і велико серійному виробництві і формально підійти, то ми маємо лінію і розподільчий вал великої довжини. Тому це все відкидається і робиться командоапарат, на якому розташовані кулачки. Кулачки натискають на певні елементи, при цьому розмикаючи ті чи інші електричні ланцюги.

Переваги:

- простота і надійність в роботі

- час циклу стабільний (визначається часом одного обертання розподільчого валу чи комндоапарату)

Недоліки:

- не реагують на відхилення якості виробів і спрацювання. Якщо діаметри вийшов за межі допуску, то йде брак

- циклові системи не можуть працювати тривалий час без втручання людини, яка слідкує за роботою (регулювання, переналагодження). При широких допусках цей вплив застосовується рідко, а при вузьких - часто.

- для запобігання руйнування системи слід застосовувати та блокуючи контрольні пристрої, які б спрацьовували при порушенні циклу обробки

- При обробці заготовок одні дії на протязі технологічного циклу виконуються один раз, а деякі повторюються багаторазово. Наприклад, токарно-револьверний напівавтомат. Подача прутка до упора здійснюється один раз, а повертання револьверної голівки здійснюється стільки раз скільки інструментів задіяні в операції. Тому якщо зберегти цю систему, то прийдемо до того, що кут тиску буде несприятливим, виникатимуть великі сили, неправильна дія сил

Тому для тих дій, які здійснюються один раз є один цикл, а для тих, які використовуються стільки разів встановлюється вища система валів, які обертаються кілька разів за один оберт розподільчого валу.

Децентралізована САК має команди керування, які поділяються у функції шляху. Системи забезпечують сувору послідовність роботи виконавчих органів, команду подає виконавчий орган, звідки команда йде на давач.

Шлях упору розрахований так, що консольна дія виконавчого органу може здійснюватись тільки після положення його дії.

Переміщення – подача з прискоренням. На робочій подачі йде обробка поки канавка не найде на вимикач (коли свердло зробить отвір потрібної глибини, далі подається команда на прискорений хід назад поки не упреться упором у вимикач 2, який вимикає верстат). Верстат буде стояти поки не заміниться заготовка.

В цих системах технологічний процес виконується по заздалегідь наміченій програмі. Але час циклу не вирахувано так точно, як в попередній системі. Тому наступний елемент циклу починає виконуватись, лише після того як буде отримано команду на інший елемент циклу. Проте є затримки пов’язані з спрацюванням здавачів. Час одержання команд розсіюється в певних межах (до 20%).

Шляхові системи керування широко використовуються, коли необхідно забезпечити сувору послідовність дії великого числа виконавчих органів. Найважливішою ланкою шляхової САК є давачі або так звані кінцеві вимикачі, які поділяються на 2 види: контактні і без контактні. У контактних керуючий сигнал виникає в результаті вимикання контакту ланцюга. У безконтактних в результаті стрибкоподібної зміни, індуктивних, ємнісних параметрів чутливих елементів.

Перемикач, коли їде замикає на ролик і так діла. Недоліком такої системи є великі розміри. Проте можна використовувати мікро перемикачі.

Пластина заходить в паз, змінюється електромагнітне поле. Щось замикається, щось розмикається.

Точність позиціювання забезпечується в межах ±0,1 мм, мікро перемикачів ±0,05 мм, але в тому випадку коли швидкість вузла не перевищує 20 м/хв. Команда піде, але є інерція.

В цій системі людина звільняється не лише від функцій керування, а і від функцій контролю функціонування.

Переваги:

- системи мають високу надійність, так як команди подаються безпосередньо від робочих органів

- завдяки використанню контрольно вимірювальних пристроїв для автоматичного контролю розмірів, система виконує більш точно свої функції

- шляхову автоматику можна використовувати для блокування та попередження поломок технологічного обладнання. Наприклад в складних системах автоматизації застосовуються пристрої для перевірки положення деталі.

Недоліки:

- шляхові системи значно складніші, мають більше ланцюгів керування

- давачі для передачі командних сигналів в більшості випадків вони розташовуються в робочій зоні, тому вони попадають під вплив пилу, стружки, тепла. Може виникнути аварія внаслідок помилкових команд

- час циклу зростає на величину сумарного часу спрацювання всієї системи керування

Тому на тих етапах технологічного процесу, де можна відмовитись від контролю за виконанням команд, а зберігати, де необхідно.

Змішана система. Ця система полягає в тому, що к6ерування окремими циклами здійснюється за децентралізованою системою, а робота всього верстату за централізованою системою. В цих системах використовуються команди, які обробляються періодично в потрібний час.

За видом програмоносія. Програмоносій може бути представлений у вигляді алфавітно – цифрового коду. Копір, кулачок, набір упорів. Програма – це сувора послідовність керуючих команд , яка забезпечує узгодженість рухів виконавчих органів верстата. При зміні об’єкта виробництва необхідна зміна програми, але час на зміну програми мінімальний.

Кулачкові системи керування – програмоносії оброблені у вигляді кулачків з запрограмованим профілем. Змінюючи профіль кулачків можна отримати любий закон зміни робочих органів. Переналагодження кулачкових систем не потребує нової програми. Нова програми здійснюється зміною профілю кулачків. Якщо кулачки збірні або з пластин, то регулювання гвинтами можна зробити потрібний профіль; також потрібний профіль можна отримати зміною співвідношення важелів (зміна довжин плеч). Це потребує більшого часу, але збільшує жорсткість.

До САК з упорами відносяться децентралізовані системи, де упори виступають ц якості програмоносіїв. Програму задають відносно розташування упорів в пазах лінійки, дисків в пазах супортів, станини верстатів. При дії упору на шляхові переміщення останні сигналами механічних, гідравлічних передач визначають положення виконавчого механізму.

Точність зупинки робочих органів верстату залежить від маси рухомих частин, їх швидкості, жорсткості системи, від швидкості реагування системи на сигнал.

САК з копірами - це системи в яких програма обробки представлена у вигляді дії аналогу (копіра, шаблона). Вони поділяються на дві групи:

- механічні, силові

- слідкуючи

В механічних силових системах копір виконує дві функції: керування переміщеннями і механічної подачі інструменту. Це проста за конструкцією система: копір і інструмент, які жорстко з’єднані між собою. Копір приймає силу різання і буде інтенсивно спрацьовуватись (виготовляють упори з міцних матеріалів з попередньо проведеною термічною обробкою).

Копір сприймає силу, тягнемо інструмент і він повторює форму копіра на заготовці.

В елементарних системах копір виконує лише функцію керування між копіром і Іструментом. Встановлюється електричний чи гідравлічний підсилювач. Копір сприймає дуже незначне навантаження, тому при його виготовленні можна використовувати менш міцні матеріали. Зміна форми копіра переміщує упор, який діє на перетворювач сигналів, який діє на привод, що викликає дію виконавчих поверхонь.

Рух напрямок якого в процесі обробки незмінний призводить до постійної подачі. Слід кована подача змінюється за величиною і напрямком по величині копіра. Точність обробки слідкуючи систем підвищується при подачі S₃ – 200-250 мм/хв.. відхилення контуру ± 0,1 мм. Шорсткість 6-го класу.

Переваги:

- підвищення продуктивності обробки шляхом скорочення машинного часу і допоміжного часу. Машинний час скорочується з застосуванням збільшених подач, що помітно при обробці фасонних і багатоступеневих деталей. Допоміжний час скорочується шляхом зменшення числа вимірів, зменшенням підводів – відводів інструменту на допоміжних рухах. Якщо копір використовується нетривалий час і до точності обробки пред’являються невисокі вимоги, то копіри можна виготовляти не загартованими.

Недоліки:

- підготовчо-заключний час при гідро копіюванні збільшується в двічі порівняно з простою обробкою

- виготовлення копірів потребує значних витрат

- застосування копірів при обробці економічно доцільне при обробці партії деталей кількістю не менше 20-50 заготовок

Системи ЧПК основані на базі числової моделі руху виконавчих поверхонь. Інформація задається певною сукупністю букв і цифр. Для таких систем характерна дискретність заданих параметрів. Застосовуються крокові двигуни, які відпрацьовують імпульси, що виникають в результаті зчитування програми. Програма записується на магнітний диск чи стрічку.

6.5.3. За способом дії на виконавчий орган