книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике

а .а .к ра с н о п ро ш и н а

В.А.СКАРЖЕПА

МИКРОПРОЦЕССОРНОЕ

УПРАВЛЕНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ

ПРОЦЕССАМИ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКЕ

КИЕВ

«ТЭХНИКА»

1990

ББК 32.965 K7fi

УДК 655.52.011.56

Рецензент д-р техн. наук В. К. Стеклов

Редакция литературы по энергетике, электронике, кибернетике и связи

Зав. редакцией 3. В. Божко

Краснопрошина А. А., Скаржепа В. А.

К78 Микропроцессорное управление технологи­ ческими процессами в радиоэлектронике.—

К.:Тэхника, 1990.— 287 с. ISBN 5-335-00585-8

На основе системного подхода рассмотрены системы управления непрерывными и дискретными, жесткими и гибкими технологическими процессами на базе универ­ сальных микропроцессорных средств с использованием мо­ дульного принципа. Приведены характеристики и модели объектов управления. Рассмотрены принципы построения отдельных модулей системы. Даны примеры реальных систем управления, рекомендации и расчетные соотно­ шения.

Рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся разработкой, проектированием и эксплуа­ тацией АСУТП и ГАП, а также может быть полезна сту­ дентам вузов.

ISBN 5-335-005В5-8

эти процессы получили в радиоэлектронной промыш­ ленности для изготовления элементов волоконно-опти­ ческих линий связи. Сложность таких процессов свя­ зана с малой площадью поперечного сечения вытяги­ ваемой нити или капилляра (десятки — сотни микро­ метров), высокими требованиями к их геометрическим и оптическим параметрам, высокой температурой процессов вытяоюки, особенно при изготовлении кварце­ вых волокон. Для автоматизации этих процессов не­ обходимо решить сложные теоретические вопросы течения несжимаемой ньютоновской жидкости с пере­ менной вязкостью, которая представляет собой звено с распределенными параметрами.

Одним из важнейших технологических процессов в радиоэлектронике является производство печатных плат, автоматизация сборки которых также пред­ ставляет собой задачу, решаемую с помощью уравне­ ний в частных производных.

Для процессов намотки и навивки объектом управ­ ления является движущийся с большой скоростью упру­ гий материал; для процессов вытяжки — граница жидкой и твердой среды, где происходит формообра­ зование изделия, и движущийся материал; для процес­ сов сборки печатных плат — подвижная платформа станков с электромеханическими блоками связи с ис­ полнительными элементами. Все эти объекты ведут себя как звенья с распределенными параметрами, уп­ равление которыми немыслимо без применения совре­ менной микропроцессорной и управляющей вычисли­ тельной техники. Для управления этими процессами необходимы достаточно строгие математические мо­ дели процессов, наиболее полно отвечающие реальным условиям. Э та задача решается на основе матем ати ­ ческого аппарата дифференциальных уравнений в част­ ных производных, описывающих технологические про­ цессы с распределенными параметрами.

4

Глава 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕМЕНТОВ РЭС

1.1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ НАМОТОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Современное производство радиоэлектронных средств (РЭС), в котором большой удельный вес за­ нимают процессы намотки изделий, характеризуется высокими темпами роста. Однако эти процессы име­ ют самый низкий уровень автоматизации, что объяс­ няется спецификой и сложностью намоточных работ и сопутствующих им электромонтажных операций.

Объектом регулирования в таких системах явля­ ется упругий материал (провод), в результате движе­ ния которого в процессе намотки формируются ка­ чественные и количественные показатели изделий. Основными параметрами движения упругого материа­ ла являются его линейная скорость v (t) и натяжение Т (/). Они в основном и определяют качество изделий

ипроизводительность намоточного оборудования. Поэтому при проектировании АСУТП следует учи­ тывать, в первую очередь, изменение во времени и пространстве именно этих параметров. Выбор опти­ мальных величин этих параметров, их регулирование

истабилизация определяют режим работы намоточно­ го оборудования.

Наибольший интерес для автоматизации представ­ ляет движение провода по трассе от бобины к нама­ тываемому изделию. Эту трассу можно разбить на три зоны: сматываемой бобины, направляющих ро­

ликов, наматываемого изделия. Первая зона харак­ теризуется радиальной и осевой (малоинерциоиной) смотками, вторая зона для всех схем намотки иден­ тична, третья зона характеризуется намоткой на

6

вращающийся или неподвижный каркас. При перехо­ де упругого материала из одной зоны в другую его натяжение изменяется. Это изменение определяется конструктивными особенностями намоточного мате­ риала, скоростью и ускорением его движения.

При исследовании процессов намотки в зоне сма­ тываемой бобины основными параметрами являются тормозной момент, создающий натяжение материала; скорость, ускорение его движения в этой зоне, кото­ рое вызвано как изменением натяжения, так и враще­ нием бобины, описываемые дифференциальным урав­ нением вида

/сюб = 77?б — р,с,

где /0 — момент инерции относительно оси вращения

бобины; сое — угловое ускорение бобины; Т — натя­ жение материала; R6 — радиус бобины; р,0 — момент сопротивления системы относительно оси вращения бобины.

Более сложные задачи исследования процесса на­ мотки в зоне сматываемой бобины возникают при осевом методе сматывания упругого материала, при котором натяжение в баллонируемой части провода максимально в вершине баллона.

Обобщая в целом результаты теоретических и экс­ периментальных исследований движения упругого материала в первой зоне при осевом методе, можно отметить, что наиболее полно исследованы процессы, возникающие в зоне баллонирующего проводника при тангенциальной смотке, определено распределение натяжения на участках по трассе от точки схода про­ вода до вершины баллона, измерено натяжение в ха­ рактерных точках, установлены точки максимального и минимального натяжения провода в этой зоне.

Приближенное статическое уравнение для натяже­ ния провода для неподвижных направляющих роли­

7

помощью подвижного поводка на миогопозициоиных станках открытого наматывания. В этом случае появ­ ляется еще одна зона (между обмотками на соседних каркасах), в которой провод находится в натянутом состоянии, и при повороте транспортного устройства (круглого поворотного стола) изменяется натяжение провода. При намотке на некруглые каркасы к ти­ повым возмущающим воздействиям добавляются вы­ сокочастотные, учет и компенсация которых пред­ ставляют особо трудную задачу.

Сложность процесса намотки, сопровождающаяся переменным натяжением провода, высокочастотными боковыми и осевыми возмущениями и другими факто­ рами требует создания адекватных математических моделей технологического процесса для построения высокоэффективных систем управления. Техниче­ скими средствами таких СУ могут быть только совре­ менные вычислительные средства, использующие микропроцессоры и микро-ЭВМ.

8

1.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ СЕРДЕЧНИКОВ ИЗ ФЕРРОМАГНИТНЫХ ЛЕНТ

Кольцевые сердечники из ферромагнитных лент ши­ роко применяют в импульсных и запоминающих устройствах, магнитных элементах вычислительной техники и автоматики, трансформаторах для гибридных схем, статических преобразователях, магнитных уси­ лителях и др. Миниатюризация и требования к быст­ родействию привели к усложнению технологии производства кольцевых сердечников. Наименее ис­ следованы процессы навивки сердечников из сверхтон­ ких лент (толщиной несколько микрометров) на про­ фильные оправки.

ние функциональных взаимосвязей основных пара­ метров и формулирование требований к характери­ стикам магнитно-мягких материалов с учетом харак­ теристик готовых изделий.

Основная характеристика магнитно-мягкого ма­

ное содержание легирующих материалов или нали­ чие примесей); изменения температуры при эксплуа­ тации, внутреннего механического напряжения (при растяжении или сжатии в процессе навивки), формы изделия (воздушного зазора), предварительного намаг­ ничивания, частоты перемагничивания, толщины ленты.

Перечисленные факторы (кроме химического соста­ ва) изменяются в процессе навивки, и их влияние на

9

характеристики материала следует учитывать при производстве сердечников. В табл. 1 дана качествен­ ная оценка влияния этих факторов на магнитные ха­ рактеристики.

Наименее чувствительны к воздействиям различ­ ных факторов магнитная поляризация насыщения

оси абсцисс показывает соответственно увеличение, уменьшение или независимость параметра.

/5 и точка Кюри 0 , т. е. температура, при которой материал переходит из ферромагнитного в парамаг­ нитное состояние; магнитострикция насыщения А* и константа кристаллографической магнитной анизо­ тропии.

Известно, что напряженность внешнего магнитного поля, необходимая для преодоления внутренних сил, стремящихся сохранить естественную ориентацию маг-

10