Автоматические манипуляторы – промышленные роботы

Применение автоматических манипуляторов – промышленных роботов – позволяет заменить человека, занятого физическим трудом. В станкостроении они применяются в первую очередь для автоматизации смены деталей и инструмента. Промышленный робот – это переналаживаемая автоматическая машина, состоящая из механизма, информационно-измерительной, управляющей и исполнительной систем и предназначенная для выполнения механических действий в производственном процессе. Для управления роботами используются различные устройства. Для управления роботом с ограниченными манипуляционными возможностями используются цикловые устройства позиционного управления. Движение в заданном направлении в таких системах начинается с появления сигнала определенной полярности, а прекращается при срабатывании соответствующего конечного выключателя. Для управления роботом со значительным числом точек позиционирования находят применение числовые устройства позиционного управления, построенные по принципу синхронного микропрограммного автомата с жестким циклом управления.

ЛСАУ ТП следящего типа.

Принцип действия схемы следящего электропривода (рис.3) копировальной системы с пропорциональным регулированием таков: двигатель М, вращающий механизм подачи станка, питается от преобразователя напряжения U. Задающим

UВ

ВС В ВЕ

Uб U Uy Uy,п

МЕХ

Рис.3 - схема следящего электропривода

элементом и датчиком положения являются сельсины ВС, ВЕ или поворотные трансформаторы с фазочувствительным выпрямителем UВ. Сигнал управления Uy усиливается усилителем А.

Характерной особенностью ЛСАУ ТП является высокая производительность переработки информации при практически неограниченном объеме памяти. Эта особенность базируется на применяемых в системах быстродействующих средствах вычислительной техники: программируемых контроллерах, микропроцессорах, управляющих вычислительных машин. Высокая информационная производительность управляемых вычислительных машин обеспечивает реализацию указанного назначения АСУ ТП.

Во внешней структуре ЛСАУ ТП могут быть выделены системы различных уровней или подсистемы ЛСАУ ТП, выделяемые по функциональному или структурному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам. Локальные системы управления осуществляют поддержание заданных оптимальных режимов как в пусковых, так и в нормальных эксплуатационных условиях. Являясь нижним иерархическим уровнем автоматических систем управления промышленными объектами локальные системы осуществляют функции измерения, контроля и регулирования основных технологических параметров, характеризующих состояние технологического процесса. Количество регулируемых параметров в отдельно взятой локальной системе управления невелико и составляет один или два параметра. Из общего числа систем управления современным производством локальные системы составляют около 80%. Качество работы локальных систем управления во многом определяет стабильность и качество выходного продукта, а следовательно и рентабельность производства. Если функции системы ограничены одним механизмом, то она называется локальной. Примером тому может служить система безотходного пореза металла, управляющая подвижным упором ножниц обжимного прокатного стана. Эта локальная автоматизированная система управления технологическим процессом обеспечивает при раскрое минимум отхода металла с учетом срочности выполнения заказов. Она располагает информацией о длинах раската, стандартных длинах слябов, объёмах и сроках выполнения заказов и вырабатывает задание на перемещение упора для ЛСАУ ЭП.

Если механизмы, управляемые локальными системами, тесно связаны между собой технологическим процессом, то для их взаимной координации создается узловая автоматизированная система управления ТП. Объединение локальных ЛСАУ ТП в узловые может быть осуществлено по территориальному или функциональному признаку. В этом случае устанавливается общая ситуационная связь расположенный на одном агрегате рабочих органов или механизмов. Узловыми АСУ ТП являются, например, системы управления печами, клетями и механизмами склада продукции обжимного прокатного стана.

Существует большое разнообразие систем, выполняющих те или иные функции по управления технологическими и физическими процессами во всех областях техники. Виды локальных систем:

Станки - автоматы и автоматические линии (конвейеры)
Автоматические регуляторы
Следящие системы ( приводы подачи металлорежущих станков ) Военная техника
Система управления телескопами
Система автоматического контроля (управления) технологического процесса

При автоматическом регулировании решаются, как правило, задачи трех типов:

К первому типу задач относится поддержание на данном уровне одного или нескольких технологическим параметров. Автоматические системы регулирования, решающие задачи такого типа называются системами стабилизации. Примерами таких систем могут служить системы регулирования температуры и влажности воздуха в установках кондиционирования воздуха, давления и температуры перегретого пара в котлоагрегатах, числа оборотов в паровых и газовых турбинах и др.
Ко второму типу задач относится поддержание соответствия между двумя зависимыми или одной зависимой и другими независимыми величинами. Системы, регулирующие соотношения, получили название следящих автоматических систем, например локальные автоматические системы регулирования соотношения « топливо-воздух » в процессе сжигания топлива или соотношения « расход пара-расход воды » при питании котлов водой и др.
К третьему типу задач относится изменение регулируемой величины во времени по определенному закону. Системы, решающие такие задачи, называют системами программного регулирования. Характерным примером такого типа локальных систем является система регулирования температуры при термической обработке металла.

В последние годы широко применяют экстремальные автоматические системы, обеспечивающие максимальный положительный эффект функционирования технологического объекта при минимальных затратах сырья, энергии и т.п.

Совокупность технических средств, с помощью которых одну или несколько регулируемых величин без участия человека-оператора приводят в соответствие с их постоянными или изменяющимися по определенному закону заданными значениями путем выработки воздействия на регулируемые величины в результате сравнения их действительных значений с заданными, называют автоматической системой регулирования (АСР).

В состав простейшей АСР должны входить следующие элементы:

Объект регулирования (ОР);
Измерительное устройство (ИУ), измеряющее регулируемую величину и преобразующее ее в форму, удобную для дистанционной передачи. Основное требование к средствам измерительной части ЛСАУ ТП - это обеспечение необходимой точности измерений. Выходной сигнал первичных преобразователей является в подавляющем большинстве случаев аналоговым. При этом, тип энергии носителя сигнала, как правило, тот же, что и в информационно-управляющей и исполнительной частях ЛАСУ ТП (это избавляет от необходимости введения вторичных измерительных преобразователей для согласования различных типов сигналов). Первичные измерительные преобразователи располагаются обычно вблизи точек измерения параметров, т.е. рассредоточены по контролируемому объекту и часто работают в неблагоприятных условиях при высоких температуре, влажности, уровне вибраций в магнитных полях и т.п.
Задающее устройство (ЗУ), из которого поступает сигнал, определяющий заданное значение или закон изменения регулируемой величины;
Суммирующее устройство (СУ), в котором действительное значение регулируемой величины сравнивается с предписанным ее значением и выявляются отклонения;
Регулирующее устройство РУ), вырабатывающее при поступлении на его вход отклонения регулирующее воздействие, которое необходимо подать на объект регулирования, чтобы устранить имеющееся отклонение регулируемой величины от предписанного значения;
Исполнительный механизм ( т.е. устройства для привода запорной и регулирующей арматуры ) ИМ . В состав исполнительной части ЛСАУ ТП входят устройства, влияющие на ход физических процессов в объекте управления. К их числу относятся исполнительные механизмы и усилители мощности сигналов-команд, поступающих из информационно-управляющей части ЛСАУ. По типу энергии, используемой для привода, исполнительные механизмы можно разделить на электрические, пневматические, гидравлические. Усилители мощности исполнительных устройств управляют подводом энергии к приводу исполнительного механизма в соответствии с управляющими сигналами-командами. Усилители мощности тоже бывают электрические, пневматические, гидравлические. Но могут быть и комбинированные усилители (например, электрогидравлический – для управления гидравлическим приводом при электрических управляющих сигналах). Назначение электрических усилителей мощности обычно сводится к включению и отключению двигателя исполнительного механизма в соответствии с поступающими командами. Основное требование к устройствам исполнительной части ЛСАУ ТП – это надежность исполнения управляющих сигналов-команд. Для выполнения этого требования исполнительные механизмы и усилители должны прежде всего развивать достаточную мощность. Вторым условием надежного исполнения команд является безотказность самих исполнительных устройств и прежде всего исполнительных механизмов, располагаемых вблизи запорно-регулирующих органов и потому часто работающих в тяжелых условиях.

Регулирующее устройство в общем случае является сложным функциональным элементом, формирующим закон регулирования и обеспечивающим возможно быстрое восстановление предписанного значения регулируемой величины. При этом учитываются характер отклонения, его значение, скорость нарастания отклонения и т.п. Для увеличения быстродействия в РУ при формировании закона регулирования используют маломощные сигналы. Соответственно на выходе РУ регулирующее воздействие имеет небольшую мощность и, кроме того, выдается в форме, непригодной в общем случае для непосредственного воздействия на объект регулирования. Для усиления регулирующего воздействия и преобразования его в форму, пригодную для воздействия на объект регулирования, применяют специальные исполнительные механизмы, являющиеся исполнительными выходными устройствами регулирующего элементы, формирующего закон регулирования:

Регулирующий орган (РО) . Исполнительные механизмы выпускаются промышленностью унифицированными. Из-за огромного разнообразия объектов регулирования в большинстве случае исполнительный механизм не может непосредственно воздействовать на регулируемую величину. Поэтому объекты регулирования снабжают специальными регулирующими органами, через которые ИМ воздействует на величину;
Линии связи, через которые сигналы передаются от элемента к элементу в локальной системе. В качестве линий связи для передачи электрических сигналов в ЛСАУ ТП используют, как правило, электрические кабели и провода.

Совокупность частей локальной системы автоматического управления технологическим процессом называют структурой системы.

ЗУ

РУ

ИМ