Глава 7. Автоматизация оборудования

Для автоматизации оборудования применяется огромный арсенал средств и элементов. Познакомимся с некоторыми из них.

Устройство, представленное на рис. 7.1 получило название «путевой переключатель».

По способу замыкания контактов различаются следующие путевые переключатели:

а) простого действия (рис. 7.1,а), срабатывающие постепенно по мере воздействия на них движущихся частей управляемого объекта;

б) моментные (рис. 7.1,б), у которых переключение контактов происходит всего с одной и той же высокой скоростью, независимо от скорости перемещения управляемого объекта.

Контакты путевого переключателя так включаются в цепь управления, что при нажатии на шток переключателя подается сигнал на остановку или пуск исполнительного механизма. Эти переключатели могут быть использованы как датчики для измерения больших перемещений в системах управления станками, роботами, транспортом и др.

а) б) в)

Рис. 7.1. Путевые переключатели:

а – простого действия; б – моментального действия; в – бесконтактный

В настоящее время широко используются бесконтактные переключатели различных типов. На рис. 7.1,в показан переключатель типа БВК.

Принципиальная схема такого переключателя включает в себя генератор и усилитель на транзисторах. При введении в щель металлической пластины между базовой и коллекторной обмоток, происходит уменьшение коэффициента оборотной связи, вызывающей срыв генерации, переключатель срабатывает.

Реле называется устройство, а котором при достижении известного значения входной величины Х, выходная величина У .

Рис. 7.2. Электромагнитное реле

изменяется скачкообразно. Реле предназначаются для фиксирования определенных значений входной величины, усиления входного сигнала или одновременной передачи сигнала в несколько цепей

Электромагнитные реле постоянного тока разделяются на нейтральные и поляризованные.

Электромагнитное нейтральное реле (рис. 7.2) состоит из корпуса 1, на котором установлен неподвижный сердечник 2 с катушкой 3, а также поворотный якорь 4. Сердечник и якорь выполнены из магнитомягкого материала. Катушка 3 включается в цепь постоянного тока с помощью включателя К (в автоматических системах могут быть помещены контакты другого реле или датчика). При замыкании контакта К по катушке реле пройдет ток, помещенный внутри катушки сердечник 2 намагничивается, притягивает к себе якорь 4 (реле срабатывает). Перемещение якоря вызывает замыкание или размыкание контактов 6. При выключении тока якорь возвращается в исходное положение под действием пружины 5.

Контакты реле включены в цепь другого источника, питающего какой-либо другой элемент R системы. Контакты реле бывают следующих трех видов: нормально открытые (н.о.), нормально закрытые (н.з.) и работающие на переключение.

Нормально открытые контакты при срабатывании реле замыкаются (риг. 7.3,а), нормально закрытые – размыкаются (рис.7.3,б). Подвижная пластина контактов реле, работающих на переключение, при срабатывании реле размыкает левый контакт, а замыкает правый (рис. 7.3,в). Контактная группа реле обычно состоит из ряда различных контактов нормально открытых, нормально закрытых, работающих на переключение.

а) б) в)

Рис. 7.3. Виды контактов реле: а) нормально-открытые контакты; б) нормально-закрытые контакты; в) контакты, работающие на переключение

Рассмотрим применение реле в схеме управления пуском и остановом однофазного электродвигателя Д (рис. 7.4). Для пуска нажимают кнопку пуска КП тем самым запитывается обмотка реле Р, нормально открытый контакт 1Р замыкается. и запитывает обмотку Р так, что отпускание кнопки пуска КП не приводит к обесточиванию обмотки Р и реле остается включенным.

Рис. 7.4. Применение в схеме автоматик

Замыкается также н.о. контакт 2Р реле Р. Двигатель запускается. Для остановки двигателя Д нужно нажать кнопку «Стоп» КС. При этом разрывается цепь катушки реле Р, размыкаются контакты 1Р и 2Р реле Р тем самым размыкается цепь двигателя Д. Двигатель останавливается.

Электромагнитное поляризованное реле отличается от нейтрального тем, что направление срабатывания реле зависит от полярности тока, поступающего на вход. Конструкция поляризованного реле, помимо катушки с сердечником и поворотного якоря, содержит постоянный магнит который поляризует реле, т.е. делает его чувствительным к направлению тока. На рис. 7.5 показана одна из наиболее распространенных конструктивных схем поляризованного реле.

Рис. 7.5. Поляризованное реле

Сердечник 1 реле имеет подковообразную форму, который раздваивает один из полюсов постоянного магнита 2. На плечи сердечника надеты катушки 3 и 3'. Эти катушки соединены последовательно так, что при одном направлении тока в правой половине магнитное поле усиливается, а в левой – ослабляется, а при другом – наоборот. В зависимости от направления тока якорь 4 замыкает либо контакт 5, либо – 5'. Поляризованное реле обладает высокой чувствительностью и быстродействием (время срабатывания составляет 1-5 мс).

Следящие системы широко применяются в различном обо

рудовании. Рассмотрим следящую систему, построенную на сельсинах – трехфазных электрических машинах, имеющих одну статорную обмотку и трехфазный ротор. Сельсины могут работать в индикаторном и трансформаторном режимах.

Рис. 7.6 Индикаторный режим

В индикаторном режиме (рис. 7.6) обмотки фаз роторов Р1, Р2, Р3 сельсина-датчика (СД) и сельсина- приемника (СП) соединены. Обмотки статоров СД и СП включаются в цепь переменного тока. При повороте ротора СД на некоторый угол ротор СП поворачивается на тот же угол. В трансформаторном режиме (рис. 7.7) обмотка статора СП через усилитель подключена к электродвигателю Д. Вал СП соединяется с валом, поворачивающим, например, пушку П. При повороте вала СД СП не мо-

Рис. 7.7. Трансформаторный режим

жет преодолеть большой момент на его валу (например, необходимый для поворота ствола пушки на угол, заданный СД (прицел, наводимый наводчиком на цель)). Но из-за рассогласования угловых положений валов роторов СД и СП в обмотке статора СП возникает напряжение, которое будучи усиленным, заставляет электродвигатель через редуктор вращать ствол пушки до тех пор, пока угловые положения валов СД и СП не станут одинаковыми. Таким образом, наводчик вручную поворачивает прицел, наводя его на цель, тем самым заставляет электродвигатель наводить на цель пушку.

Кроме электрических следящих систем большое распространение получили гидравлические следящие системы, примером одной из них может служить гидрокопировальный суппорт (см. выше).

Рассмотрим принцип работы систем числового программного управления. В этой схеме фиксированному положению управляемого объекта соответствует сигнал управления в виде напряжения определенной величины. Для фиксирования таких сигналов управления применяют, например, магазины сопротивлений (рис. 7.8).

Программа фиксируется на перфокарте 1. С помощью считывающего релейного блока 2 включаются соответствующие секции магазина сопротивлений 3, и в результате на выходе устройства появляется напряжение, пропорциональное заданной

Рис. 7.8. Модель ЧПУ

величине перемещения, которое подается в элемент сравнения 4. С другой стороны к элементу сравнения подводится напряжение от скользящего контакта 5, связанного с управляемым объектом 6.

При перемещении управляемого объекта скользящий контакт 5 скользит по поверхности потенциометрического датчика обратной связи 7. Датчик такого типа обладает тем свойством, что напряжение на скользящем контакте 5 пропорционально пути, пройденному скользящим контактом, а, следовательно, и управляемым объектом.

Перемещение управляемого объекта продолжается до тех пор, пока задающее напряжение и напряжение обратной связи не станут равными по абсолютной величине. В этот момент элемент сравнения отключает питающее напряжение от исполнительного двигателя 8, и объект управления остановится в заданном положении. Затем программоноситель переводится на следующую позицию считывания, выдается следующий сигнал управления и т.д.

Металлорежущие станки с программным управлением представляют собой разнообразную и наиболее совершенную группу машин, в которой широко используют средства автоматики и электроники, электрические, механические, гидравлические, пневматические и другие устройства. Программное управление станками стало основным направлением автоматизации металлообработки. Программа в виде чисел записывается на перфоленте или магнитном носителе (диске или дискете). Это обеспечивает возможность более быстрой переналадки станка, чем в случае, когда на автоматизированном станке требуется замена кулачков или копиров, перестановка упоров и конечных выключателей и пр. В принципе кулачковые автоматы, копировальные станки и тому подобные автоматы тоже являются программными, однако их переналадка сложна. Поэтому станки с такими системами автоматического управления выгодно использовать лишь в массовом и крупносерийном производстве.

Программное управление дает возможность создавать экономически выгодные системы автоматизации для мелкосерийного и единичного производства.

По виду управления станки с программным управлением делят на станки с системами циклового программного управления и станки с системами числового программного управления. В основном распространены станки с числовым программным управлением (ЧПУ). Применение станков с числовым программным управлением – одно из наиболее прогрессивных направлений автоматизации металлообработки на промышленных предприятиях, повышающее производительность в 3-6 раз и более. Дальнейшее развитие станков с ЧПУ привело к созданию многоцелевых станков. Отличительной особенностью этих станков является возможность комплексной обработки деталей (точение, сверление, фрезерование, резьбонарезание и т. д.) с автоматической сменой режущих инструментов без перебазирования деталей. Широко применяют металлорежущие станки, оснащенные оперативной системой программного управления Она позволяет рабочему вести диалог со встроенным управляющим устройством – многопроцессорной мини-ЭВМ. Оперативная система избавляет от необходимости обращаться к услугам специалистов вычислительных центров для составления программы. Программа вводится прямо на станке с пульта управления. Благодаря этому имеется реальная возможность использования таких станков на предприятиях с мелкосерийным и единичным характером производства.

Отработанная программа хранится в оперативной памяти мини-ЭВМ (или переносится в кассету внешней памяти на длительное хранение). Это позволяет рабочему при обработке деталей работать в автоматическом цикле.

Числовое программное управление станком – управление обработкой заготовки на станке по управляющей программе, в которой данные заданы в цифровой форме. Совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление станком, называют системой числового программного управления.

Числовое программное управление станками по технологическим признакам подразделяют на позиционное, контурное, адаптивное и групповое.

Позиционное управление (обозначается Ф2) – числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются. Далее происходит прямолинейное перемещение (подача) инструмента. Такое управление применяют в основном в сверлильных и расточных станках для обработки плоских и корпусных деталей с большим числом отверстий.

Контурное управление (обозначается Ф3) – числовое программное управление станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки. ЧПУ для контурной обработки обеспечивает автоматический обход режущего инструмента по заданному контуру. Для обработки плоских деталей используют системы контурной двухкоординатной, а для объемных деталей – трехкоординатной обработки. Система контурного управления позволяет обрабатывать фасонные поверхности.