Y(t) – управляющее воздействие.

Курс лекций

 

по дисциплине:

«Компьютерное управление

Техническим системами»

 

специальность – 151001 «Технология машиностроения»

 

Воронеж 2011

Автор:

к.т.н., доцент В.В.Долгушин

 

 

Одобрено на заседании кафедры

«Технология машиностроения» Протокол №1 от 28.08.2011

 

Зав. кафедрой

«Технология машиностроения» А.И.Болдырев

 

В курсе лекций изложены основные вопросы дисциплины «Управление техническими системами. Приведены основные принципы теории автоматического управления, законы регулирования и характеристики систем.Рассмотрена классификация и виды датчиков, применяемых в различных системах управления. Освещены общие вопросы автоматического регулирования станков с программным управлением. Описаны схемы управления технологическим оборудованием.

Курс лекций предназначен для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» для подготовки к учебным занятиям, промежуточному тестированию, а также к зачету по дисциплине «Управление техническими системами».

Содержание

Содержание...................................................................................................... 3

Введение. Основные термины и определения................................................ 4

Раздел 1. Автоматизированные системы управления..................................... 10

Тема 1.1 Системы автоматического управления и следящие системы........ 10

Тема 1.2 Системы автоматического регулирования.................................... 19

Тема 1.3 Системы автоматического контроля. Автоматизация контрольных измерений в машиностроении............................................................................................ 25

Раздел 2 Измерительные преобразователи систем (датчики)......................... 29

Тема 2.1 Классификация и характеристики датчиков.................................. 29

Тема 2.2 Схемы включения датчиков........................................................... 37

Раздел 3 Системы управления технологическим оборудованием.................. 41

Тема 3.1 Классификация систем управления оборудованием..................... 41

Тема 3.2 Системы числового программного управления промышленным оборудованием.............................................................................................. 46

Тема 3.3 Микропроцессорные устройства программного управления...... 50

Тема 3.4 Системы адаптивного программного управления........................ 55

Тема 3.5 Гибкие производственные системы и гибкие производственные модули 59

Раздел 4. Диагностирование технического состояния систем управления.... 64

Тема 4.1 Классификация способов и средств диагностирования технического состояния систем управления......................................................................................... 64

Тема 4.2 Диагностирование технического состояния систем программного управления........................................................................................................................ 68

Список литературы........................................................................................ 71

Введение. Основные термины и определения.

 

1. Задачи и содержание предмета

2. Состояние и перспективы развития систем управления

3. Примеры систем автоматического управления

 

1. Идея создания устройств, которые бы работали без участия человека, возникла ещё в глубокой древности. Но автоматические устройства создавались лишь для увеселительных целей. В Древней Греции появилось слово аутомас (самодействующий), от которого произошло название области науки и техники об автоматических устройствах - автоматика.

История развития автоматики:

Развитие автоматических устройств промышленного назначения началось с XVII века, когда изобрели первые турбины и паровые машины, где были использованы парораспределительный механизм, регулятор уровня воды в котле, регулятор частоты вращения вала и т.д.

Кроме того, заметно продвинулось изобретение автоматических устройств с появлением часовых механизмов, после чего было создано множество игрушек, имитировавших движение.

В 1765 г, русский ученый И.И.Ползунов сконструировал и изготовил первый в мире автоматический регулятор для поддержания уровня воды в паровом котле.

Через 20 лет Джеймс Уатт создает автоматический регулятор частоты вращения вала паровой машины.

В XIX в. с развитием электрической промышленности стали изобретаться и электрические автоматические устройства, такие как эл. регулятор частоты вращения вала паровой машины, который изобретен в 1854 г. К.И.Константиновым - русским механиком и электриком.

В 1834 академик Б.С.Якоби создал электродвигатель.

В 1850 г. Э.Х. Ленц создал осциллограф.

В 1865 г. А.П. Давыдов создал следящий привод

В 1874г. В.Н. Чиколев изобрел электронный регулятор со следящей системой.

В 1876 г. вышла монография И. А. Вышеградского "Об общей теории регуляторов", которая положила начало автоматического управления и регулирования.

Далее автоматическое регулирование развивалось с помощью трудов А.М.Ляпунова и авиатора Н.Е.Жуковского.

В тот же период чех А.Стодола исследовал устойчивость регулирования гидро- и паровых турбин, а немецкий математик А.Гурвиц решил общую задачу о критерии устойчивости линейных систем автоматического регулирования.

В 1940-х гг. наука автоматика окончательно сформировало свои понятия и каноны.

Особенно большой скачек произошел с изобретением ЭВМ, прототип которой был создан ещё Б.Паскалем в виде машины, выполняющей арифметические операции.

 

В настоящее время автоматические системы широко применяются в всех областях деятельности человека – в промышленности, на транспорте, в устройствах связи, при научных исследованиях и др. Во многих отраслях техники возможность автоматизации управления определяет дальнейшее их развитие.

Автоматизация - высшая ступень механизации производственных процессов - существенно улучшает условия труда. Техническое устройство, выполняющее операции управления без непосредственного участия человека, называется автоматическим устройством.

Автоматизация облегчает труд рабочего, позволяет находиться на безопасном расстоянии от производственного процесса, и, кроме того, способствует увеличению долговечности оборудования благодаря снижению перегрузов, обеспечивает эксплуатацию машин в рациональных режимах при оптимальных расходах электроэнергии, предотвращает возникновение аварийных ситуаций, облегчает поиск неисправностей и этим сокращает простои.

С автоматизацией производственных процессов мы сталкиваемся повсеместно: при осуществлении погрузочно-разгрузочных работ, при контроле производства и качества какой - либо продукции, при проведении анализирования деятельности производства.

Задача автоматизации состоит в осуществлении автоматического управления различными техническими процессами.

Автоматическое управление в технике, совокупность действий, направленных на поддержание или улучшение функционирования управляемого объекта без непосредственного участия человека в соответствии с заданной целью управления. Автоматическое управление широко применяется во многих технических и биотехнических системах для выполнения операций, не осуществимых человеком в связи с необходимостью переработки большого количества информации в ограниченное время, для повышения производительности труда, качества и точности регулирования, освобождения человека от управления системами, функционирующими в условиях относительной недоступности или опасных для здоровья

В различных технологических и производственных процессах величины, их характеризующие, должны удовлетворять определенным условиям. Создание условий, гарантирующих требуемое протекание любого процесса, называется управлением, т.е. под управлением понимают такую организацию того или иного процесса, которая обеспечивает достижение определенной цели.

Цель управления тем или иным образом связывается с изменением во времени регулируемой (управляемой) величины — выходной величины управляемого объекта. Машина, аппарат, агрегат, комплекс машин или система, в которых протекает процесс, подлежащий управлению, называются объектами управления, т.е. это совокупность технических средств, выполняющих данный процесс.

Для осуществления цели управления, с учётом особенностей управляемых объектов различной природы и специфики отдельных классов систем, организуется воздействие на управляющие органы объекта — управляющее воздействие. Управляющим - называют воздействие, подаваемое на объект с целью изменить ход процесса в соответствии с заданием. Если управление осуществляется без участия человека, то оно называется автоматическим, а если с участием человека - ручным. Оно предназначено также для компенсации эффекта внешних возмущающих воздействий, стремящихся нарушить требуемое поведение регулируемой величины. Управляющее воздействие вырабатывается устройством управления (УУ).

Совокупность автоматического управляющего устройства и объекта управления, связанных и взаимодействующих между собой в соответствии с алгоритмом управления, называют системой автоматического управления (СА У).

В теории автоматического управления каждый элемент блок-схемы называют элементарным звеном, реализующим элементарную операцию и характеризующимся математическим выражением. Различают два типа блок-схем: структурные и функциональные, имеющие одинаковое или аналогичное графическое изображение, но различную сущность.

Структурной блок-схемой называют схему, в которой элементарные звенья, обозначенные буквами, соответствующими названиям отдельных электрических устройств (блоков), рассматривают с точки зрения динамики системы и описывают математическими (алгебраическими, дифференциальными, интегральными) уравнениями - передаточными функциями.

Функциональной блок-схемой называют схему с обозначением составных звеньев (функциональных блоков) по роду выполняемых функций.

На рисунке 1 приведена обобщенная структурная схема АСУ.

Рисунок 1 - Обобщенная структурная схема АСУ

В ней: x (t) – управляемая величина – физическая величина, характеризующая состояние объекта.

Часто объект управления имеет несколько управляемых величин x₁(t), x₂(t)… x_n(t), тогда говорят об n -мерном векторе состояния объекта x(t) с перечисленными выше компонентами.

Объект управления в этом случае называют многомерным.

Примерами управляемых величин в электрической системе являются: ток, напряжение, мощность, частота вращения и т.д.

z_о(t), z_д(t) – соответственно основное (действующее на объект управления) и дополнительное (действующее на устройство управления) возмущающие воздействия.

Примерами основного возмущающего воздействия z_о(t) являются изменение нагрузки синхронного генератора, температуры охлаждающей его среды и т.п., а дополнительного возмущающего воздействия z_д(t) – изменение условий охлаждения УУ, нестабильность напряжения источников питания УУ и т.п.

Классификация СУТО.

• По структуре: одноступенчатая и двухступенчатая.

1. Одноступенчатая - центральный диспетчерский пункт (ЦДП) имеет непосредственные линии связи и каналы телемеханики со всеми объектами и комплексами производства.

2. Двухступенчатая - связь осуществляется через промежуточные пункты (операторские или диспетчерские).

• По характеру использования:

1. для оперативного вмешательства в ход процесса;

2. для совершенствования организации управления;

3. для создания новых схем и конструкций, совершенствования машин и комплексов.

• По степени централизации:

1. централизованные (характеризуются наличием в системе единого командоаппарата, с помощью которого осуществляется управляющее воздействие на рабочие органы станка, определяющие требуемую последовательность, скорость, подачу, величину перемещений.)

Преимущества - компактность, малопротяженность линий связи.

Недостатки - значительные затраты на переоборудование из-за изменения конструкции командоаппарата.

Пример: коленвал токарно-револьверного станка;

2. децентрализованные (характеризуются отсутствием командоаппарата, управляющее воздействие формируется каждым отдельным рабочим органом, с помощью упоров и путевых выключателей). Все операции в таких системах выполняются последовательно.

Преимущества - возможность организации управления значительным количеством объектов; исключение последующих сигналов при невыполнении предыдущих, быстрое перерегулирование.

Недостатки - большая протяженность линий связи (увеличение погрешности), из-за регулировки и переустановки упоров значительные затраты времени.

Пример: робототехнический комплекс (РТК) следящего привода.

• По управлению движением:

1. путевые (управление по положению с помощью путевых выключателей, упоров, кулачков);

2. командные (управление по времени с помощью командоаппаратов и ПМК);

• По типу программоносителя: магнитные ленты и диски; перфокарты и перфоленты; ЛВС - локально-вычислительные сети; копиры и шаблоны; кулачки и маховые механизмы.

• По элементной базе: электрические; механические; гидравлические и пневматические.

2. Задачи СУТО: 1) Обеспечение требуемых действий исполнительных механизмов.

2) Обеспечение заданных режимов.

3) Обеспечение требуемых параметров объекта производства.

4) Выполнение вспомогательных параметров.

Требования.

1) Обеспечение высокой мобильности.

2) Обеспечение выполнения сложных задач функционирования.

3) Простота конструкции и низкая себестоимость.

4) Возможность дистанционного управления.

5) Возможность саморегулирования.

Команды СУТО.

- Технологические - предусмотренные техпроцессом.

- Цикловые - изменение параметров, инструмента, СОЖ, реверс.

- Служебные - выполняемые с помощью логических операций.

Классификация систем, по характеру информации записанной на программоносителе; системы непрерывные, дискретные и дискретно-непрерывные.

В непрерывных системах программа записывается непрерывно. Если применяется система с фазовой модуляцией, то программа представляется синусоидальным напряжением, фаза которого пропорциональна программируемым перемещениям; в системах с амплитудной модуляцией перемещениям пропорциональна амплитуда этого напряжения.

 

Таблица 1 - Примеры применения СУТО

Обозначение	Определение
Рус.	Межд.
СУ		Следящие системы (цикловые, копировальные)
ЧПУ	NC	Числовое программное управление по программе, заданной в кодированном виде
ОСУ	HNC	Оперативная система ЧПУ с ручным заданием программы на пульте управления
Компьютерное ЧПУ	CNC	Система управления с микроЭВМ или микропроцессором и программной реализацией алгоритмов
-	DNC	Система программного управления группой станков от общей ЭВМ, осуществляющей хранение и распределение программ по запросам от устройств управления станком
-	PC	Персональная или профессиональная ЭВМ
ПК	PLC	Программируемый командоаппарат - устройство для выполнения логических функций, в том числе и релейной автоматики. Может входить в состав ЧПУ
ЛВС	LAN	Локальная вычислительная сеть
-	MAP	Промышленный автоматизированный протокол ЛВС
АДУ	AC	Адаптивное управление режимами резания или компенсацией погрешностей. Может выполняться алгоритмически в системе ЧПУ

В дискретных (импульсных) системах информация о перемещениях задается соответствующим числом импульсов. Если механизм перемещения оснащен датчиком импульсов и для учета перемещения используется счетная схема, то систему называют счетно-импульсной. Если исполнительным устройством является шаговый двигатель, то систему называют шагово-импульсной.

В импульсно-фазовых устройствах ЧПУ суммирование импульсов, задаваемых программой, производится в фазовом преобразователе, выходной, сигнал которого в виде угла сдвига фазы переменного напряжения пропорционален количеству импульсов программы.

Классификация систем по изменению режимов обработки системы ЧПУ

По изменению режимов обработки системы ЧПУ подразделяются на цикловые, программные и адаптивные.

Цикловые системы осуществляют движения с повторяющимися циклами. В них применяется кулачковое, аппаратное, микропрограммное и программируемое управления. При кулачковом управлении используют для задания режимов штекерные панели, аппаратное управление осуществляют при помощи релейно-контактной или бесконтактной аппаратуры. Для микропрограммного управления применяют запоминающие устройства микрокоманд, а программируемое управление режимами обработки основано на использовании средств программируемой логики.

В программных системах ЧПУ изменение режимов обработки осуществляется программными средствами с использованием программоносителя или памяти ЭВМ.

Применение адаптивного управления позволяет производить автоматическое изменение режима обработки независимо от программы.

Числовое программное управление обеспечивает управление по нескольким координатам, поэтому его широко применяют на многооперационных станках (обрабатывающих центрах) с автоматической сменой инструмента и обрабатываемых деталей.

 

3. Все СУТО включают в себя следующие узлы (Рисунок 37): считывающее устройство, предназначенное для ввода управляющей программы с программоносителя (СУ); пульта ввода (ПВ); который предназначен для ввода управляющей программы с помощью клавиатуры, а также для назначения режимов работы, подачи разовых команд и индикации контроля состояния устройства; узла ввода (УВв), обеспечивающего выбор режима ввода, режима управления станком и устройством, вызов автоматических циклов по специальной команде G80 с встраиванием в циклы фактических параметров, управление лентопротяжным механизмом в старт-стопном режиме во время отработке управляющей программы (УП) и управление перемоткой ленты в начало программы, расшифровку адресов команд, временное хранение их содержимого и ввод в соответствующие регистры памяти содержимого команд по расшифрованному адресу. Кроме того, данное устройство управляет лентопротяжным механизмом во время поиска кадра N, заданного на переключателе

Рисунок 37- Структурная схема типового позиционного УЧПУ

 

Пульт коррекции (ПК) предназначен для набора и хранения коррекции по предусмотренным адресам. Узел коррекции (УК) обеспечивает последовательное считывание цифровой информации, установленной на переключателях, ввод считываемой информации с нормализацией по запросам в УП в соответствующие адреса (адреса инструментов или координат).

Пульт индикации (ПИ) обеспечивает индикацию информации на экране по задействованным адресам (построчно или по страницам) и представляет собой лучевую трубку, в левой части которой растровые строки индицируют действительное положение рабочих органов, а в правой части - заданные значения в УП. Пульт индикации может работать в рабочем и проверочном (без отработки) режимах, что дает возможность получить необходимую информацию. Пульт индикации вместе с пультом ввода является видеомонитором.

Узел скорости (УС) обеспечивает управление скоростями по действующим координатам, управление торможением и выбором направления движения.

Узел оперативной памяти (УОП) имеет память для хранения вводимой информации и информации результатов вычислений во время обработки. Кроме того, УОП имеет ПЗУ для хранения состава автоматических циклов с адресами. G81 - G89.

Узел обслуживания (УО) - это специализированный микропроцессор, который выполняет обработку геометрической информации, т.е. вычисление угла рассогласования по всем управляемым координатам, выполняет функции таймера, управляет пультом индикации.

Узел датчиков (УД) предназначен для преобразования сигналов датчиков положения в код УЧПУ, питания датчиков и усиления сигналов.

Блок внешних разъемов (БРВ) представляет собой стандартный интерфейс в виде адаптера или микроконтроллера. Обеспечивает связь УЧПУ с электроавтоматическими устройствами станка и управление ими. БРВ предназначен для расшифровки, формирования и распределения сигналов управления к исполнительным механизмам, а так же для сбора и хранения информации состояния объекта, сигналов состояния рабочих органов, сигналов готовности.

 

 

Автоматическая линия

Рисунок 44 - Типовая структура системы тестового диагностирования

Различия между системой автоматического контроля и техническим диагностированием представлены в таблице 2.

 

 

Таблица 2 - Основные отличия САК и технического диагностирования

САК	Техническое диагностирование
Устанавливает наличие дефекта	Выявляет причины, место и вид дефекта
Не прогнозируется состояние объекта, не изучается характер изменения параметров	Прогнозируется состояние объекта, изучается характер изменения параметров
Как правило, производятся проверки в статическом режиме	Производятся на холостых ходах

Функциональное диагностирование осуществляется в случае поступления на основные входы объекта воздействия, задаваемого рабочим алгоритмом

Диагностирование включает в себя три этапа: измерение, анализ и принятие решения.

Оптимальное диагностирование предполагает поиск и обнаружение неисправностей с помощью эксперимента.

К числу важнейших групп факторов, обеспечивающих рост эффективности затрат на техническое обслуживание и ремонт, относят широкое внедрение прогрессивных форм организации, производства этих работ и управления ими, а также развитие систем технического диагностирования.

Состояние функционирования (допустимое, предаварийное, аварийное) определяется с помощью технического диагностирования, с его же помощью осуществляется поиск неисправностей.

Тестовый контроль предназначен для определения неисправностей. Характеризуется возможностью подачи специального воздействия на объект управления. Используется для оценки причин выпуска станком изделий с отклонениями от размеров. Производится проверка управляющих сигналов и подналадки путём подачи команды и проверки ее исполнения. Цель проведения тестового контроля - выяснение места, причины, времени отказа.

Аппаратный контроль - применяется на станках ЧПУ типа NC, т.е. микроконтроллерных. Для обнаружения ошибок в программе и функциональных неисправностях в системе. Функции могут быть заданы в аналоговом виде или с помощью программы (ПМК, электронные схемы), они однозначны и не могут в изменяться. Производится с помощью использования программы «тест» в начале работы или в фоновом режиме.

Комбинированный метод - заключается в совокупном использовании логических и математических обработок информации.

 

2. Классификация методов диагностирования.

По принципу диагностирования: 1) Для проверки функций оборудования;

2) Для оценки точности параметров обработки изделий или нормирования точности.

По степени автоматизации: а втоматического; полуавтоматического; ручного диагностирования.

По характеру решаемых задач: 1)Для проверки функций оборудования;

2) Для оценки точности параметров обработки изделий или нормирования точности.

По методу диагностирования:

Метод эталонных модулей. Сравнение расчетных и экстремальных значений с нормами технических условий. Метод основан на основе науки - Квалиметрии. Квалиметрия - наука, о количественной оценке качества изделий.

Метод сравнения осциллограмм. Методы делят на эхологические, спектральные и т.д. в память вносят спектральный анализ изделия при различных ситуациях. При работе имеет место постоянное сопоставление.

Метод временных интервалов: С помощью микроконтроллеров релейных схем, таймеров, датчиков, осуществляющих анализ работы, расчет циклограмм.

Тестовый метод. Заключается в сравнении измеряемых величин с запрограммированными.

Корреляционный метод. Заключается в разработке поправок на учитывание случайных факторов. Используется в комбинации с другими методами.

Метод определения предельных (аварийных) состояний основан на обнаружении факта выхода устройств или систем в недопустимые или несоответствующие заданной программе области. С помощью этого метода определяется недопустимое понижение уровня смазки, охлаждающей жидкости в емкостях, засорение фильтров и т.д.

Автоматические средства диагностирования по назначению делятся на информационные и защитно-предохранительные. Диагностическая информация в таких случаях выводится на табло. Диагностирование проводится:

• В период наладки оборудования;

• В период эксплуатации оборудования;

• В период плановых ремонтов.

3. Функции системы технического диагностирования

1. Автоматический контроль за подготовкой станка к работе. Выдача разрешения на пуск.

o наличие: заготовки на станке, инструменты в магазине, давление в гидросистеме, СОЖ и воздуха в магистралях;

o контроль подачи смазки к узлам станка.

2. Оперативный поиск места и причины отказа или сбоя по циклу. Сигнал о нарушении цикла. Нет количества и времени простоев. Отдача сигнала на смену инструмента.

o время выполнения цикла и его элементов;

o ресурс режущих инструментов;

o время простоев по организационным причинам: отсутствие заготовок, инструментов, УП, оператора и т.д.

3. Определение причин неисправности узлов. Оперативный профилактический контроль состояния узлов и выдача сигнала на проведение техобслуживания.

o момент в приводе подач;

o давление в гидросистеме;

o перегрев двигателей;

o усилие зажима в приспособлении;

o ошибки в системе слежения координатам.

4. Выявление медленно изменяющихся процессов. Определение ресурса работоспособности станка.

o зоны нечувствительности привода, точности позиционирования, быстродействия;

o точность установки инструмента в шпинделе станка;

o жесткость стыков узла;

o относительное расположение узлов станка.

5. Предотвращение брака, контроль геометрической точности станка и прогнозирование ее на последующий период эксплуатации.

o относительное положение обрабатываемых поверхностей;

o точность размеров;

o шероховатость поверхности;

o погрешность формы поверхностей.

 

 

Список литературы

 

1. Головенков С. Н., Сироткин С. В. Основы автоматики и автоматического регулирования станков с программным управлением: Учебник для машиностроительных техникумов / С. Н. Головенков, С. В. Сироткин. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1988. – 288 с.

2. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники: Учебное пособие для неэлектротехн. спец. техникумов / И. А. Данилов, П. М. Иванов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1989. – 752 с.

3. Келим Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления. Учебное пособие для студентов учреждений СПОЮ. / М. Келим. М: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004. – 384 с.

4. Лазарева Т. Я., Мартемьянов Ю. Ф. Основы теории автоматического управления: Учебное пособие / Т.Я. Лазарева, Ю.Ф. Мартемьянов. Тамбов: Издательство Тамбовского государственного технического университета, 2003. 308 с.

5. Полетаев В. А. Проектирование машиностроительного производства. Методическое пособие по выполнению курсовой работы для студентов специальности 120101 «Технология автоматизированного производства». http://elib.ispu.ru/library/lessons/Poletaev2/. Ивановский государственный энергетический университет.

6. Сенигов П.Н. Теория автоматического управления: Конспект лекций / П.Н. Сенигов. Челябинск: ЮУрГУ, 2000 - 93с.

7. Староверов А. Г. Основы автоматизации производства: Учебник для сред. учеб. заведений / А. Г. Староверов. – М.: Машиностроение, 1989. – 312 с.

8. Схиртладзе А.Г. Работа оператора на станках с программным управлением: Учеб. пособие для СПТУ. /А.Г. Схиртладзе. – М.: Высш. шк., 1988. – 175 с.

9. Фалеев М.В. Теория автоматического управления. Элементы теории автоматического управления технологическим оборудованием автоматизированных производств. Электронный конспект лекций по курсу. http://elib.ispu.ru/library/lessons/faleev/. Ивановский государственный энергетический университет.

10. Шишмарев В.Ю. Основы автоматического управления: учеб. пособие для студентов высш. учебных заведений / В.Ю. Шишмарев. – М.: Издательский центр «Академия», 2008 г.-352 с.

11. Шурков В. Н. Основы автоматизации производства и промышленные роботы: Учебное пособие для машиностроительных техникумов / В. Н. Шурков. – М.: Машиностроение, 1989. – 240 с.

 

 

Курс лекций

 

по дисциплине:

«Компьютерное управление

Техническим системами»

 

специальность – 151001 «Технология машиностроения»

 

Воронеж 2011

Автор:

к.т.н., доцент В.В.Долгушин

 

 

Одобрено на заседании кафедры

«Технология машиностроения» Протокол №1 от 28.08.2011

 

Зав. кафедрой

«Технология машиностроения» А.И.Болдырев

 

В курсе лекций изложены основные вопросы дисциплины «Управление техническими системами. Приведены основные принципы теории автоматического управления, законы регулирования и характеристики систем.Рассмотрена классификация и виды датчиков, применяемых в различных системах управления. Освещены общие вопросы автоматического регулирования станков с программным управлением. Описаны схемы управления технологическим оборудованием.

Курс лекций предназначен для студентов специальности 151001 «Технология машиностроения» для подготовки к учебным занятиям, промежуточному тестированию, а также к зачету по дисциплине «Управление техническими системами».

Содержание

Содержание...................................................................................................... 3

Введение. Основные термины и определения................................................ 4

Раздел 1. Автоматизированные системы управления..................................... 10

Тема 1.1 Системы автоматического управления и следящие системы........ 10

Тема 1.2 Системы автоматического регулирования.................................... 19

Тема 1.3 Системы автоматического контроля. Автоматизация контрольных измерений в машиностроении............................................................................................ 25

Раздел 2 Измерительные преобразователи систем (датчики)......................... 29

Тема 2.1 Классификация и характеристики датчиков.................................. 29

Тема 2.2 Схемы включения датчиков........................................................... 37

Раздел 3 Системы управления технологическим оборудованием.................. 41

Тема 3.1 Классификация систем управления оборудованием..................... 41

Тема 3.2 Системы числового программного управления промышленным оборудованием.............................................................................................. 46

Тема 3.3 Микропроцессорные устройства программного управления...... 50

Тема 3.4 Системы адаптивного программного управления........................ 55

Тема 3.5 Гибкие производственные системы и гибкие производственные модули 59

Раздел 4. Диагностирование технического состояния систем управления.... 64

Тема 4.1 Классификация способов и средств диагностирования технического состояния систем управления......................................................................................... 64

Тема 4.2 Диагностирование технического состояния систем программного управления........................................................................................................................ 68

Список литературы........................................................................................ 71

Введение. Основные термины и определения.

 

1. Задачи и содержание предмета

2. Состояние и перспективы развития систем управления

3. Примеры систем автоматического управления

 

1. Идея создания устройств, которые бы работали без участия человека, возникла ещё в глубокой древности. Но автоматические устройства создавались лишь для увеселительных целей. В Древней Греции появилось слово аутомас (самодействующий), от которого произошло название области науки и техники об автоматических устройствах - автоматика.

История развития автоматики:

Развитие автоматических устройств промышленного назначения началось с XVII века, когда изобрели первые турбины и паровые машины, где были использованы парораспределительный механизм, регулятор уровня воды в котле, регулятор частоты вращения вала и т.д.

Кроме того, заметно продвинулось изобретение автоматических устройств с появлением часовых механизмов, после чего было создано множество игрушек, имитировавших движение.

В 1765 г, русский ученый И.И.Ползунов сконструировал и изготовил первый в мире автоматический регулятор для поддержания уровня воды в паровом котле.

Через 20 лет Джеймс Уатт создает автоматический регулятор частоты вращения вала паровой машины.

В XIX в. с развитием электрической промышленности стали изобретаться и электрические автоматические устройства, такие как эл. регулятор частоты вращения вала паровой машины, который изобретен в 1854 г. К.И.Константиновым - русским механиком и электриком.

В 1834 академик Б.С.Якоби создал электродвигатель.

В 1850 г. Э.Х. Ленц создал осциллограф.

В 1865 г. А.П. Давыдов создал следящий привод

В 1874г. В.Н. Чиколев изобрел электронный регулятор со следящей системой.

В 1876 г. вышла монография И. А. Вышеградского "Об общей теории регуляторов", которая положила начало автоматического управления и регулирования.

Далее автоматическое регулирование развивалось с помощью трудов А.М.Ляпунова и авиатора Н.Е.Жуковского.

В тот же период чех А.Стодола исследовал устойчивость регулирования гидро- и паровых турбин, а немецкий математик А.Гурвиц решил общую задачу о критерии устойчивости линейных систем автоматического регулирования.

В 1940-х гг. наука автоматика окончательно сформировало свои понятия и каноны.

Особенно большой скачек произошел с изобретением ЭВМ, прототип которой был создан ещё Б.Паскалем в виде машины, выполняющей арифметические операции.

 

В настоящее время автоматические системы широко применяются в всех областях деятельности человека – в промышленности, на транспорте, в устройствах связи, при научных исследованиях и др. Во многих отраслях техники возможность автоматизации управления определяет дальнейшее их развитие.

Автоматизация - высшая ступень механизации производственных процессов - существенно улучшает условия труда. Техническое устройство, выполняющее операции управления без непосредственного участия человека, называется автоматическим устройством.

Автоматизация облегчает труд рабочего, позволяет находиться на безопасном расстоянии от производственного процесса, и, кроме того, способствует увеличению долговечности оборудования благодаря снижению перегрузов, обеспечивает эксплуатацию машин в рациональных ре