Укажем две основные группы АСУ ТП, различающиеся по принципу структурирования.
1. Централизованные системы управления технологическим оборудованием (рис. 5.23, а). К ним относится двухуровневая система управления, на верхнем уровне которой располагается центральная ЭВМ с запоминающим устройством ЗУ большой емкости, где хранятся управляющие программы УП для станков с ЧПУ. Через цифровую шину данных ШД и канал дистанционной связи КДС ЦЭВМ соединена с ЧПУ станков С и управляет ими в реальном масштабе времени. Оператор находится в центре системы, наблюдает за ходом ТП, поддерживая нормальный режим эксплуатации оборудования.
Рис. 5.23. Схемы централизованной (а) и децентрализованной (б) систем прямого цифрового управления технологическим оборудованием:
ШД — шина данных; КДС — канал дистанционной связи.
2. Децентрализованные (распределенные) системы управления технологическим оборудованием (рис. 5.23, б). Это трехуровневые системы управления. В такой системе ЦЭВМ верхнего уровня связана с группой периферийных микро ЭВМ второго уровня с буферными ЗУ. Каждая микро ЭВМ управляет несколькими станками с ЧПУ (нижний уровень). Эта структура АСУ ТП обладает повышенной помехо- и отказоустойчивостью, так как при нарушении связи между ЦЭВМ и периферийной микро ЭВМ последняя может работать как автономная система управления (с пониженной производительностью).
Применение микропроцессорных устройств в системах управления позволило разработать основные конфигурации управления оборудованием: машинное числовое программное управление (МЧПУ); прямое цифровое управление (ПЦУ); адаптивное управление (АДУ).
В МЧПУ вместо традиционной системы ЧПУ используется микро ЭВМ, которая обеспечивает: управление станком; компенсацию отклонений в процессе обработки; диагностику состояния инструмента и ТО; редактирование управляющей программы у станка; графическое представление эквидистанты; различные типы интерполяции и др.
Системы ПЦУ, представленные на схемах систем управления с ЦЭВМ, обладают рядом преимуществ:
• исключение программоносителя и фотосчитывающего устройства;
• удобное хранение управляющих программ в виде машинных файлов;
• повышенные вычислительные возможности и гибкость управления;
• связь с АСУП и возможность перехода к автоматизированным предприятиям будущего.
Адаптивные (самоприспосабливающиеся) системы управления используются в вычислительно-управляющих комплексах с измерением определенных выходных параметров и выработкой управляющих воздействий по результатам измерений (например, управление скоростью резания и подачи). При обработке резанием основными источниками изменения условий ТП являются:
1. переменная геометрия заготовки при обработке;
2. переменная твердость материала заготовки;
3. переменная жесткость крепления заготовки;
4. износ режущего инструмента, с увеличением которого АДУ снижает величину подачи;
5. воздушные полости в заготовке, при попадании в которые инструмента АДУ увеличивает скорость подачи.
Схема АДУ, реализующего последнее условие, представлена на рис. 5.24. Датчик Д (например, пьезоэлемент) регистрирует величину упругого отжатая инструмента (в данном случае концевой фрезы) в зависимости от глубины t резания, которая определяет скорость подачи Vn каретки станка с заготовкой 3.
Адаптивные системы управления построены на основе двух принципов:
· АДУ с оптимизацией, в которой задается показатель эффективности ТП (например, производительность или затраты на единицу объема удаленного металла при резании);
Рис. 6.24. Схема системы адаптивного управления:
Pz — составляющая силы резания; i — глубина резания; У„ — скорость подачи; 3 — заготовка; Ин — инструмент; Д — датчик; БУП — блок управления приводом подачи;
ЭД — электродвигатель привода подачи
• АДУ с ограничениями, которые накладываются на измеряемые переменные. В этом случае скорость резания и подача подстраиваются так, чтобы значения переменных оставались ниже уровня заданных ограничений.
Преимущества АДУ: уменьшение времени цикла обработки (от 20 до 60 %) и увеличение срока службы инструмента.