Управление системами и процессами - Типовая СПУ и ее особенности
Page 8 of 19
Типовая СПУ и ее особенности
Блок схема типовой универсальной СПУ состоит из 2-х основных устройств: устройства ЧПУ, конструктивно оформляемого в виде отдельного шкафа или пульта, и исполнительных устройств с приводами и датчиками обратной связи, установленными на станке.
Основными блоками СПУ являются следующие:
1. Устройство ввода информации предназначено для считывания с программоносителя закодированных данных в виде электрических, магнитных световых или других воздействий.
2. Блок запоминания информации считанной с программоносителя предназначен для запоминания прочитанных данных одного кадра, а также их контроля и формирования соответствующего сигнала при обнаружении ошибки, т.е. остановки работы СПУ. В связи с тем, что время считывания информации с перфоленты в пределах одного кадра при обычной скорости считывания 200...300 строк в секунду составляет величину примерно 0,1...0,2 сек. и более (в зависимости от количества строк), то такой перерыв в подаче информации недопустим, особенно в контурных СПУ. Поэтому в таких системах применяют обычно два запоминающих блока: блок рабочей памяти БРП и блок буферной памяти ББП. Эти два блока абсолютно идентичны и работают параллельно. В это время пока отрабатывается информация одного кадра из БРП, информация последующего кадра вводится в ББП. Как только информация с БРП будет отработана СПУ практически мгновенно переключается на ББП, а информация с третьего кадра вводится в БРП и т.д. Во многих системах СПУ этот блок имеет возможность принимать непосредственно информацию от ЭВМ, минуя считывающее устройство.
3. Пульт управления и индикации служат для связи оператора с СПУ. С помощью этого пульта осуществляется пуск системы и ее остановка, переключение режимов работы (автоматический, ручной, наладочный), коррекция скорости подачи и перемещения инструмента. На этом пульте находится световая сигнализация, показывающая оператору состояние системы.
4. Блок интерполяции формирует частичную траекторию движения инструмента между двумя или более заданными точками криволинейного контура или контура, непараллельного направлению перемещения режущего инструмента. Блок интерполяции представляет собой сложное электронное устройство, предназначенное для автоматического подсчета координат промежуточных точек с точностью до 5-6 десятичного разряда. Входная информация на блок интерполяции поступает с запоминающего блока, а выходная представляется уже в декодированном виде в импульсной форме, т.е. в виде последовательности импульсов по каждой координате, частота которых определяет скорость подачи, а общее их количество - величину пройденного пути по данной координате. Максимальная частота импульсов на выходе интерполятора является одной из основных его характеристик и в современных СПУ имеет величину 5-10 кГц.
При работе интерполятора обеспечивается с высокой точностью заданное мгновенное отношение частот импульсов по двум или более координатам, изменяемое по соответствующему закону, что необходимо для получения заданной траектории движения инструмента с погрешностью не более 2-3%, тогда как погрешность задания скорости подачи в 3-5% считается вполне допустимой.
5. Блок управления приводом подач предназначен для преобразования информации поступающей с выхода интерполятора в соответствующие командные импульсы, управляющие приводами подач, заданное перемещение будет обеспечиваться в зависимости от цены импульса их количества. Цена импульса обычно имеет величину 0,01-0,02 мм. Если, например, необходимо переместить суппорт на 10 мм., а цена одного импульса равна 0,02 мм., то общее количество импульсов, которое должно быть подано на привод подачи будет равно 10:0,02 = 500.
В зависимости от типа приводов (замкнутые или разомкнутые, фазовые или амплитудные) блоки управления существенно различаются.
В различных приводах с шаговыми двигателями блок управления представляет собой специальный кольцевой коммутатор, выходные усилители которого читают обмотки ШД, что создает его вращение.
В замкнутых приводах фазового типа с датчиками обратной связи в виде вращающихся трансформаторов блоки управления представляют собой преобразователи импульсов в фазу переменного тока и фазовые дискриминаторы, сравнивающие выходную фазу с фазой датчика обратной связи.
В замкнутых приводах импульсного типа с датчиком обратной связи в виде датчика импульсов, блок управления представляет собой реверсивный счетчик, на один вход которого подаются импульсы от интерполяторов, а на другой - от датчика импульсов. На выходе счетчика включен дешифратор, преобразующий содержимое счетчика в сигнал постоянного тока, подаваемый на привод подачи.
6. Приводы подач станка, чаще всего следящие, предназначены для перемещения исполнительных органов станка, т.е. столов, суппортов, кареток и т.д. с заданной точностью и необходимой скоростью. Следящий привод представляет собой систему, состоящую из двигателя (электрического или гидравлического), усилителя мощности, датчика обратной связи, регулируемой в широких пределах, и сравнивающего устройства. Датчик обратной связи вырабатывает сигнал о фактическом перемещении исполнительного органа, которое сравнивается в СПУ с заданным. Сравнивающее устройство выдает сигнал ошибки, который поступает на вход усилителя мощности, в результате чего скорость двигателя оказывается пропорциональной ошибке системы. Если в процессе работы обнаруживается ошибка, то СПУ автоматически выключается с помощью специального устройства защиты. В СПУ достаточно широко применяют и более простые разомкнутые приводы подач, без датчиков обратной связи, т.е. следящие. Для этого применяют шаговые двигатели с соответствующими усилителями момента.
7. Датчики обратной связи определяют фактическое перемещение исполнительного органа, которое по каналам системы обратной связи поступает в БУ, где оно сравнивается с заданной величиной. До тех пор пока имеет место "рассогласование" между заданной и фактической величинами перемещения ИО система работает. По окончании заданного перемещения сигнал от датчика перемещений поступает в БУ, который вырабатывает сигнал на выключение движения ИО. Если в процессе работы появляется ошибка от заданного перемещения, то БУ подает сигнал для исправления ошибки. В качестве датчиков перемещений могут быть индуктосины для линейных измерений, прецизионные зубчатые рейки с многополюсными вращающимися трансформаторами, оптические измерительные шкалы с соответствующими датчиками для особо точных измерений, а также угловые измерительные устройства в виде обычного вращающегося трансформатора или револьвера (точного вращающегося трансформатора синусно-косинусного типа), измеряющие угол поворота вала двигателя подач.
8. Блок скоростей подач обеспечивает заданную скорость подачи, а также процессы разгона и торможения в начале и конце участков обработки по заданному закону. Скорость подачи задается либо номером скорости соответствующего ряда скоростей со знаменателем =1,26, либо непосредственно в мм/мин. через 1 или даже через 0,1 мм/мин. Помимо рабочих подач, находящихся обычно в пределах от 5...10 мм/ мин. до 1500...2000 мм/мин, этот блок обеспечивает и холостой ход с повышенной скоростью, равной 5000...10000 мм/мин.
9. Блок коррекции программы совместно с пультом управлением предназначается для изменения запрограммированных параметров обработки: скорости подачи, величины перемещения инструмента и т.д. Изменение скорости подачи в пределах от 5 до 120% обычно сводится к ручному изменению частоты задающего генератора в блоке подач. Изменение величин перемещения инструмента по той или иной координате производится также вручную блоком корректоров, который выводится обычно на панель управления.
10. Блок технологических команд служит для управления цикловой автоматикой станка, включающей поиск и смену режущего инструмента, смену скорости вращения шпинделя, частоту подачи, включение и выключение СОЖ и т.д. Цикловая автоматика станка состоит в основном из исполнительных элементов типа пускателей, электромагнитных муфт, соленоидов, концевых и конечных выключателей, реле тока, реле давления и других элементов, сигнализирующих о состоянии исполнительных органов.
11. Блок стандартных циклов служит для облегчения программирования и сокращении длины программоносителя при позиционной обработке повторяющихся элементов детали, например при сверлении и растачивании отверстий, нарезание резьбы и т.д.
Например, на перфоленте не программируются такие движения, как быстрый подвод сверла к обрабатываемой детали и его вывод из готового отверстия при многократном сверлении одинаковых отверстий - это заложено в соответствующем стандартном цикле, например, G81. В первом кадре, с которого начинается обработка группы одинаковых отверстий, записываются координаты первого отверстия, номер инструмента, скорость подачи, глубина сверления и расстояние до поверхности детали, а также адрес G81. Для обработки всех последующих одинаковых отверстий этой группы в последующих кадрах необходимо указывать только координаты отверстий, при этом цикл работы станка будет повторяться при минимуме вводимой информации.
Обычно используют до 10 подобных циклов в одной СПУ.
12. Блок питания обеспечивает питание необходимым напряжением и током всех блоков СПУ от обычной 3-х фазной сети. Особенностью этого блока является наличие стабилизаторов напряжения и фильтров, защищающих электронные схемы СПУ от помех, всегда имеющих место в промышленных силовых сетях.
Помимо этих блоков иногда применяют блоки адаптации, которые являются средством повышения точности и производительности обработки при изменяющихся по случайному закону внешних условиях, например, припуска на обработку, твердости обрабатываемого материала, затупления инструмента и т.д. Дело в том, что любая СПУ по существу является разомкнутой системой управления, т.к. она не "знает" результата своей работы. В СПУ с обычной обратной связью деталь ею не охвачена; задается только перемещения инструмента относительно детали. К адаптивным принадлежат также системы, которые автоматически учитывают изменения базовых размеров детали с помощью соответствующих датчиков или корректируют изменение линейных размеров в зависимости о температуры.
