Utforming av en kontrollsløyfekrets for en gitt prosessparameter. Kontroll og regulering av de viktigste teknologiske parameterne: strømning, nivå, trykk og temperatur

De viktigste teknologiske parameterne som er underlagt kontroll og regulering i kjemisk-teknologiske prosesser inkluderer strømningshastighet, nivå, trykk, temperatur, pH-verdi og kvalitetsindikatorer (konsentrasjon, tetthet, viskositet, etc.)

Behovet for flytkontroll oppstår ved automatisering av nesten enhver kontinuerlig prosess.

Flowautomatiserte kontrollsystemer, designet for å stabilisere forstyrrelser i materialstrømmer, er en integrert del av automatiseringssystemer med åpen sløyfe for teknologiske prosesser. Figur 3.4 viser et skjematisk diagram av et objekt med flytkontroll. Vanligvis er et slikt objekt en seksjon av rørledningen mellom strømningsmålepunktet (for eksempel installasjonsstedet for begrenseren 1) og reguleringsorganet 2. Lengden på denne seksjonen bestemmes av reglene for installasjon av begrensende innretninger og reguleringsorganer og er vanligvis flere meter. Dynamikken i kanalen "stoffstrøm gjennom ventilen - stoffstrøm gjennom strømningsmåleren" er omtrent beskrevet av en førsteordens aperiodisk kobling med en ren forsinkelse. Netto forsinkelsestider er vanligvis brøkdeler av et sekund for en gass og noen få sekunder for en væske; verdien av tidskonstanten er noen få sekunder.

På grunn av den lave tregheten til det regulerte objektet stilles det spesielle krav til valg av automatiseringsverktøy og metoder for beregning av ACP. Spesielt i industrielle installasjoner blir tregheten til strømningskontroll- og reguleringskretser i samsvar med tregheten til objektet, og det bør tas i betraktning ved beregning av kontrollsystemer.

Ris. 3.4. Skjematisk diagram av objektet for strømningskontroll: 1-strømningsmåler; 2-reguleringsventil.

Valget av kontrolllover er diktert av den vanlige nødvendige kvaliteten på forbigående prosesser. For å kontrollere strømmen uten statisk feil i enkrets ASR, brukes PI-regulatorer. Hvis strømnings-ACP er en intern sløyfe i et kaskadekontrollsystem, kan strømningskontrollen utføres av P-loven. I nærvær av høyfrekvent interferens i strømningssignalet, kan bruk av kontrollere med differensielle komponenter i kontrollloven uten foreløpig utjevning av signalet føre til ustabil drift av systemet. Derfor anbefales ikke bruk av PD- eller PID-kontrollere i industrielle ACP-er.

Strømningskontrollsystemer bruker en av tre måter å endre flyt på:

strupe strømmen av et stoff gjennom et reguleringsorgan installert på rørledningen (ventil, port, spjeld);

endre trykket i rørledningen ved hjelp av en justerbar energikilde (for eksempel endring av hastigheten til pumpemotoren eller rotasjonsvinkelen til viftebladene);

bypass, dvs. overføring av overflødig stoff fra hovedrørledningen til omløpsledningen.

Strømningskontroll etter sentrifugalpumpen utføres av en reguleringsventil installert på utløpsrørledningen (fig. 3.5, a). Hvis en stempelpumpe brukes til å pumpe væske, er bruken av en slik ACP uakseptabel, siden under driften av regulatoren kan ventilen lukkes helt, noe som vil føre til brudd på rørledningen (eller bølge hvis ventilen er installert på pumpeaksen).

I dette tilfellet for
I dette tilfellet kan en veieanordning tjene som en strømningsmåler, som bestemmer massen av materiale på transportbåndet.

Ris. 3.6. Strømningskontrollskjemaer for faste stoffer:

a - ved å endre graden av åpning av kontrollspjeldet;

b-endring i hastigheten til transportøren; 1 – bunker;

2 - transportbånd; 3 - regulator; 4 - kontrollspjeld;

5 - elektrisk motor

Regulering av forholdet mellom forbruk av to stoffer kan utføres i henhold til en av de tre ordningene beskrevet nedenfor.

1. Med en uspesifisert totalproduktivitet kan forbruket av ett stoff (fig. 3.7, a) G1, kalt "ledende", endres vilkårlig; det andre stoffet tilføres i et konstant forhold g med det første, slik at den "styrte" strømningshastigheten er lik gG1. Noen ganger, i stedet for en forholdskontroller, brukes et forholdsrelé og en konvensjonell regulator for en variabel (fig. 3.7, b). Utgangssignalet til reléet 6, som setter den gitte forholdskoeffisienten g, mates som en oppgave til regulatoren 5, som sikrer opprettholdelsen av den "styrte" strømningshastigheten.

2. For en gitt "ledende" strømningshastighet, i tillegg til ACP-forholdet, brukes også ACP for den "ledende" strømningshastigheten (fig. 3.7, c). Med et slikt opplegg, i tilfelle endring i målet for strømningshastighet G1, vil strømningshastigheten G2 automatisk endres (i et gitt forhold med G1).

3. ASR av forholdet mellom kostnader er en intern krets i kaskadekontrollsystemet til den tredje teknologiske parameteren g (for eksempel temperaturen i apparatet). I dette tilfellet settes den gitte forholdskoeffisienten av en ekstern regulator avhengig av denne parameteren, slik at G2 = g(y) G1 (fig. 3.7, d).

Ris. 3.7 Kontrollordninger for kostnadsforhold:

a, b - ved en uspesifisert total belastning; c - ved en gitt total belastning; d - ved en gitt total belastning og korrigering av forholdet for den tredje parameteren; 1,2 - strømningsmålere, 3 - forholdskontroller; 4.7 - kontrollventiler;

5 - strømningsregulator; 6 - forholdsrelé; 8 - temperaturkontroller; 9 - begrensende enhet

Settet med enkeltoperasjoner danner spesifikke teknologiske prosesser. I det generelle tilfellet implementeres den teknologiske prosessen gjennom teknologiske operasjoner som utføres parallelt, sekvensielt eller i kombinasjon, når begynnelsen av neste operasjon forskyves i forhold til begynnelsen av den forrige.

Prosesskontroll er et organisatorisk og teknisk problem, og i dag løses det ved å lage automatiske eller automatiserte prosesskontrollsystemer.

Målstyring teknologisk prosess det kan være: stabilisering av en fysisk mengde, endring av den i henhold til et gitt program, eller, i mer komplekse tilfeller, optimalisering av et generaliserende kriterium, den høyeste produktiviteten til prosessen, den laveste kostnaden for produktet, etc.

Typiske prosessparametere underlagt kontroll og regulering inkluderer strømningshastighet, nivå, trykk, temperatur og en rekke kvalitetsindikatorer.

Lukkede systemer bruker gjeldende informasjon om utgangsverdiene, bestemmer avviket ε( t) kontrollert variabel Y(t) fra dens gitte verdi Y(o) og iverksette tiltak for å redusere eller fullstendig eliminere ε(t).

Det enkleste eksemplet på et lukket system, kalt et avvikskontrollsystem, er systemet vist i figur 1 for å stabilisere vannstanden i en tank. Systemet består av en måletransduser (sensor) på 2. nivå, en kontrollenhet 1 (regulator) og en aktuator 3 som styrer posisjonen til reguleringslegemet (ventilen) 5.

Ris. 1. Funksjonsdiagram av det automatiske kontrollsystemet: 1 - regulator, 2 - nivåmåletransduser, 3 - aktuator, 5 - regulator.

Flytkontroll

Strømningskontrollsystemer er preget av lav treghet og hyppig parameterpulsering.

Vanligvis er strømningskontroll å strupe strømmen av et stoff ved hjelp av en ventil eller portventil, endre trykket i rørledningen ved å endre hastigheten på pumpedriften eller graden av bypass (avlede en del av strømmen gjennom flere kanaler).

Prinsippene for implementering av strømningsregulatorer for flytende og gassformige medier er vist i figur 2, a, for bulkmaterialer - i figur 2, b.

Ris. 2. Strømningskontrollskjemaer: a - flytende og gassformige medier, b - bulkmaterialer, c - medieforhold.

I praksisen med automatisering av teknologiske prosesser er det tilfeller når det er nødvendig å stabilisere forholdet mellom kostnadene til to eller flere medier.

I skjemaet vist i figur 2, c, er strømmen til G1 lederen, og strømmen G2 = γ G er følgeren, hvor γ er strømningsforholdskoeffisienten, som settes under den statiske justeringen av regulatoren.

Når masterstrømmen G1 endres, endrer FF-kontrolleren proporsjonalt slavestrømmen G2.

Valget av kontrollloven avhenger av den nødvendige kvaliteten på parameterstabiliseringen.

Nivåkontroll

Nivåkontrollsystemer har samme funksjoner som strømningskontrollsystemer. I det generelle tilfellet er nivåatferden beskrevet av differensialligningen

D(dl/dt) = G inn - G ut + G arr,

hvor S er arealet av den horisontale delen av tanken, L er nivået, Gin, gikt er strømningshastigheten til mediet ved innløpet og utløpet, G arr er mengden av mediet som øker eller minker i tanken (kan være 0) per tidsenhet t.

Konstansen til nivået indikerer likheten mellom mengdene tilført og konsumert væske. Denne tilstanden kan tilveiebringes ved å påvirke tilførselen (fig. 3, a) eller strømningen (fig. 3, b) av væsken. I varianten av regulatoren, vist i figur 3, c, brukes resultatene av måling av tilførsel og flyt av væske for å stabilisere parameteren.

Pulsen på væskenivået er korrigerende, det eliminerer akkumulering av feil på grunn av de uunngåelige feilene som oppstår når strømmen og strømmen endres. Valget av kontrollloven avhenger også av den nødvendige kvaliteten på parameterstabilisering. I dette tilfellet er det mulig å bruke ikke bare proporsjonale, men også posisjonskontrollere.

Ris. 3. Opplegg for nivåkontrollsystemer: a - med effekt på tilførselen, b og c - med effekt på strømmen av mediet.

Trykkregulering

Trykkkonstansen, så vel som nivåets konstanthet, vitner om gjenstandens materialbalanse. I det generelle tilfellet er endringen i trykk beskrevet av ligningen:

V(dp/dt) = G inn - G ut + G arr,

hvor V er volumet til apparatet, p er trykket.

Trykkkontrollmetodene ligner nivåkontrollmetodene.

Temperatur kontroll

Temperatur er en indikator på den termodynamiske tilstanden til systemet. De dynamiske egenskapene til temperaturkontrollsystemet avhenger av de fysiske og kjemiske parametrene til prosessen og utformingen av apparatet. Et trekk ved et slikt system er en betydelig treghet til objektet og ofte til måletransduseren.

Prinsippene for implementering av temperaturregulatorer ligner prinsippene for implementering av nivåregulatorer (fig. 2), under hensyntagen til kontrollen av energiforbruket i anlegget. Valget av kontrollloven avhenger av objektets treghet: Jo større den er, desto mer kompleks er kontrollloven. Tidskonstanten til måletransduseren kan reduseres ved å øke hastigheten på kjølevæsken, redusere tykkelsen på veggene til beskyttelsesdekselet (hylsen), etc.

Regulering av produktsammensetning og kvalitetsparametere

Ved regulering av produktets sammensetning eller kvalitet er det mulig at en parameter (for eksempel kornfuktighet) måles diskret. I denne situasjonen er tap av informasjon og en reduksjon i nøyaktigheten av den dynamiske kontrollprosessen uunngåelig.

Det anbefalte skjemaet til regulatoren, som stabiliserer en mellomliggende parameter Y(t), hvis verdi avhenger av hovedparameteren som kan justeres - produktkvalitetsindikatoren Y(ti ), er vist i figur 4.

Ris. 4. Ordning for: 1 - objekt, 2 - kvalitetsanalysator, 3 - ekstrapolasjonsfilter, 4 - dataenhet, 5 - regulator.

Datamaskinen 4, ved bruk av en matematisk modell av forholdet mellom parametrene Y(t) og Y(ti), evaluerer kontinuerlig kvalitetsindeksen. Ekstrapolasjonsfilteret 3 gir en estimert produktkvalitetsparameter Y(ti) mellom to målinger.

Teknologiske parametere, objekter for automatiske kontrollsystemer. Konseptene sensor og transduser. Forskyvningstransdusere. Differensial- og brokretser for tilkobling av sensorer. Sensorer av fysiske mengder - temperatur, trykk, mekanisk innsats Kontroll av medienivåer. Klassifisering og skjemaer for nivåmålere. Metoder for å kontrollere flyten av flytende medier. Strømningsmålere med variabelt nivå og variabelt differensialtrykk. Rotametre. Elektromagnetiske strømningsmålere. Implementering av strømningsmålere og omfang.Måter å kontrollere tettheten av suspensjoner. Manometriske, vekt- og radioisotoptetthetsmålere. Kontroll av viskositet og sammensetning av suspensjoner. Automatiske granulometre, analysatorer. Fuktighetsmålere for anrikningsprodukter.

7.1 Generelle egenskaper ved kontrollsystemer. Sensorer og transdusere

Automatisk kontroll er basert på kontinuerlig og nøyaktig måling av input og output teknologiske parametere for anrikningsprosessen.

Det er nødvendig å skille mellom de viktigste produksjonsparametrene til prosessen (eller en spesifikk maskin) som karakteriserer det endelige målet for prosessen, for eksempel kvalitative og kvantitative indikatorer for bearbeidede produkter, og mellomliggende (indirekte) teknologiske parametere som bestemmer forholdene for prosessen, driftsmodusene til utstyret. For eksempel, for en kullrenseprosess i en pilkemaskin, kan hovedutgangsparametrene være utbytte og askeinnhold i produktene som produseres. Samtidig påvirkes disse indikatorene av en rekke mellomliggende faktorer, for eksempel høyden og løsheten til sengen i jiggmaskinen.

I tillegg er det en rekke parametere som karakteriserer den tekniske tilstanden til teknologisk utstyr. For eksempel temperaturen på lagrene til teknologiske mekanismer; parametere for sentralisert væskesmøring av lagre; tilstanden til omlastingsenheter og elementer i flyt-transportsystemer; tilstedeværelsen av materiale på transportbåndet; tilstedeværelsen av metallgjenstander på transportbåndet, nivåene av materiale og masse i tankene; varighet av arbeidet og nedetid av teknologiske mekanismer mv.

Spesielt vanskelig er den automatiske online-kontrollen av teknologiske parametere som bestemmer egenskapene til råvarer og anrikningsprodukter, for eksempel askeinnhold, materialsammensetning av malm, graden av åpning av mineralkorn, den granulometriske og fraksjonerte sammensetningen av materialer, graden av oksidasjon av kornoverflaten osv. Disse indikatorene kontrolleres enten med utilstrekkelig nøyaktighet eller er ikke kontrollert i det hele tatt.

Et stort antall fysiske og kjemiske mengder som bestemmer behandlingsmåtene for råvarer kontrolleres med tilstrekkelig nøyaktighet. Disse inkluderer tettheten og ionesammensetningen til massen, volumetriske og massestrømningshastigheter til prosessstrømmer, reagenser, drivstoff, luft; nivåer av produkter i maskiner og apparater, omgivelsestemperatur, trykk og vakuum i apparater, fuktighet i produkter, etc.

Derfor krever mangfoldet av teknologiske parametere, deres betydning i styringen av anrikningsprosesser utvikling av pålitelige kontrollsystemer, der online måling av fysiske og kjemiske mengder er basert på en rekke prinsipper.

Det skal bemerkes at påliteligheten til parameterkontrollsystemene hovedsakelig bestemmer ytelsen til automatiske prosesskontrollsystemer.

Automatiske kontrollsystemer fungerer som hovedkilden til informasjon i produksjonsstyring, inkludert automatiserte kontrollsystemer og prosesskontrollsystemer.

Sensorer og transdusere

Hovedelementet i automatiske kontrollsystemer, som bestemmer påliteligheten og ytelsen til hele systemet, er en sensor som er i direkte kontakt med det kontrollerte miljøet.

En sensor er et automatiseringselement som konverterer en kontrollert parameter til et signal som er egnet for å legge den inn i et overvåkings- eller kontrollsystem.

Et typisk automatisk kontrollsystem inkluderer vanligvis en primær måletransduser (sensor), en sekundær transduser, en informasjons(signal) overføringslinje og en registreringsenhet (fig. 7.1). Ofte har kontrollsystemet bare et sensitivt element, en transduser, en informasjonsoverføringslinje og en sekundær (opptaks)enhet.

Sensoren inneholder som regel et følsomt element som oppfatter verdien av den målte parameteren, og i noen tilfeller konverterer den til et signal som er praktisk for fjernoverføring til opptaksenheten, og om nødvendig til kontrollsystemet.

Et eksempel på et føleelement vil være membranen til en differensialtrykkmåler som måler trykkforskjellen over et objekt. Bevegelsen av membranen, forårsaket av kraften fra trykkforskjellen, konverteres av et ekstra element (omformer) til et elektrisk signal som enkelt overføres til opptakeren.

Et annet eksempel på en sensor er et termoelement, hvor funksjonene til et følsomt element og en transduser kombineres, siden et elektrisk signal proporsjonalt med den målte temperaturen vises i de kalde endene av termoelementet.

Flere detaljer om sensorene til spesifikke parametere vil bli beskrevet nedenfor.

Omformere er klassifisert i homogene og heterogene. De førstnevnte har inngangs- og utgangsverdier som er identiske i fysisk natur. For eksempel forsterkere, transformatorer, likerettere - konverter elektriske mengder til elektriske mengder med andre parametere.

Blant de heterogene består den største gruppen av omformere av ikke-elektriske mengder til elektriske (termoelementer, termistorer, strekkmålere, piezoelektriske elementer, etc.).

I henhold til typen utgangsverdi er disse omformerne delt inn i to grupper: generatorer, som har en aktiv elektrisk verdi ved utgangen - EMF, og parametriske - med en passiv utgangsverdi i form av R, L eller C.

Forskyvningstransdusere. De mest brukte er parametriske transdusere av mekanisk forskyvning. Disse inkluderer R (motstand), L (induktive) og C (kapasitive) transdusere. Disse elementene endrer utgangsverdien i forhold til inngangsforskyvningen: elektrisk motstand R, induktans L og kapasitans C (fig. 7.2).

Den induktive transduseren kan lages i form av en spole med en kran fra midtpunktet og et stempel (kjerne) som beveger seg inni.

De aktuelle omformerne er vanligvis koblet til styresystemer ved hjelp av brokretser. En forskyvningstransduser er koblet til en av armene på broen (fig. 7.3 a). Da vil utgangsspenningen (U ut), tatt fra toppen av broen A-B, endres når arbeidselementet til omformeren flyttes og kan estimeres med uttrykket:

Tilførselsspenningen til broen (U pit) kan være direkte (ved Z i =R i) eller vekselstrøm (ved Z i =1/(Cω) eller Z i =Lω) med frekvensen ω.

Termistorer, strekk- og fotomotstander kan kobles til brokretsen med R-elementer, dvs. omformere hvis utgangssignal er en endring i aktiv motstand R.

Den mye brukte induktive omformeren er vanligvis koblet til en AC-brokrets dannet av en transformator (fig. 7.3 b). Utgangsspenningen i dette tilfellet er allokert til motstanden R, inkludert i diagonalen til broen.

En spesiell gruppe består av mye brukte induksjonsomformere - differensialtransformator og ferro-dynamisk (fig. 7.4). Dette er generatoromformere.

Utgangssignalet (U ut) til disse omformerne er dannet som en AC-spenning, noe som eliminerer behovet for brokretser og ekstra omformere.

Differensialprinsippet for å generere et utgangssignal i en transformatoromformer (fig. 6.4 a) er basert på bruk av to sekundærviklinger koblet mot hverandre. Her er utgangssignalet vektorspenningsforskjellen som oppstår i sekundærviklingene når forsyningsspenningen U pit tilføres, mens utgangsspenningen bærer to informasjon: den absolutte verdien av spenningen er omtrent størrelsen på stempelbevegelsen, og fase er bevegelsesretningen:

Ū ut = Ū 1 – Ū 2 = kX inn,

hvor k er proporsjonalitetskoeffisienten;

X inn - inngangssignal (stempelbevegelse).

Differensialprinsippet for å generere utgangssignalet dobler følsomheten til omformeren, siden når stempelet beveger seg for eksempel oppover, øker spenningen i den øvre viklingen (Ū 1) på grunn av økningen i transformasjonsforholdet, spenningen i lavere vikling reduseres med samme mengde (Ū 2) .

Dier mye brukt i kontroll- og reguleringssystemer på grunn av deres pålitelighet og enkelhet. De er plassert i primære og sekundære instrumenter for måling av trykk, strømning, nivåer osv.

Mer kompleks er de ferrodynamiske transduserne (PF) av vinkelforskyvninger (fig. 7.4 b og 7.5).

Her, i luftgapet til den magnetiske kretsen (1), er det plassert en sylindrisk kjerne (2) med en vikling i form av en ramme. Kjernen er installert ved hjelp av kjerner og kan roteres gjennom en liten vinkel α inn innenfor ± 20 °. En vekselspenning på 12 - 60 V påføres eksitasjonsviklingen til omformeren (w 1), som et resultat av at det oppstår en magnetisk fluks som krysser området til rammen (5). En strøm induseres i viklingen, hvis spenning (Ū ut), ceteris paribus, er proporsjonal med rotasjonsvinkelen til rammen (α inn), og fasen til spenningen endres når rammen roteres i én retning eller en annen fra nøytral posisjon (parallell med den magnetiske fluksen).

De statiske egenskapene til PF-omformere er vist i fig. 7.6.

Karakteristikk 1 har en omformer uten forspenningsvikling (W cm). Hvis nullverdien til utgangssignalet ikke skal oppnås i gjennomsnitt, men i en av rammens ytterposisjoner, bør forspenningsviklingen slås på i serie med rammen.

I dette tilfellet er utgangssignalet summen av spenningene tatt fra rammen og forspenningsviklingen, som tilsvarer en karakteristikk på 2 eller 2 "hvis du endrer tilkoblingen av forspenningsviklingen til motfase.

En viktig egenskap ved en ferrodynamisk transduser er evnen til å endre karakteristikkens bratthet. Dette oppnås ved å endre verdien av luftgapet (δ) mellom de faste (3) og bevegelige (4) stemplene til den magnetiske kjernen, skru eller skru av sistnevnte.

De vurderte egenskapene til PF-omformere brukes i konstruksjonen av relativt komplekse kontrollsystemer med implementering av de enkleste beregningsoperasjonene.

Generelle industrielle sensorer av fysiske mengder.

Effektiviteten til anrikningsprosesser avhenger i stor grad av de teknologiske modusene, som igjen bestemmes av verdiene til parameterne som påvirker disse prosessene. Variasjonen av anrikningsprosesser forårsaker et stort antall teknologiske parametere som krever deres kontroll. For å kontrollere noen fysiske mengder er det tilstrekkelig å ha en standard sensor med en sekundær enhet (for eksempel et termoelement - et automatisk potensiometer), for andre kreves det ekstra enheter og omformere (tetthetsmålere, strømningsmålere, askemålere osv. .).

Blant et stort antall industrielle sensorer kan man skille ut sensorer som er mye brukt i ulike bransjer som uavhengige informasjonskilder og som komponenter i mer komplekse sensorer.

I denne underseksjonen tar vi for oss de enkleste generelle industrielle sensorene av fysiske mengder.

Temperatursensorer. Kontrollen av termiske driftsmoduser for kjeler, tørketromler og noen friksjonsenheter til maskiner gjør det mulig å skaffe viktig informasjon som er nødvendig for å kontrollere driften av disse objektene.

Manometriske termometre. Denne enheten inkluderer et følsomt element (termisk pære) og en indikasjonsanordning koblet sammen med et kapillærrør og fylt med et arbeidsstoff. Driftsprinsippet er basert på endringen i trykket til arbeidsstoffet i et lukket termometersystem avhengig av temperaturen.

Avhengig av aggregeringstilstanden til arbeidsstoffet, skilles manometriske termometre ut flytende (kvikksølv, xylen, alkoholer), gass (nitrogen, helium) og damp (mettet damp av en lavtkokende væske).

Trykket til arbeidsstoffet er fiksert av et manometrisk element - en rørformet fjær, som vikler seg av med økende trykk i et lukket system.

Avhengig av typen arbeidsstoff til termometeret, varierer temperaturmålegrensene fra -50 ° til +1300 ° C. Enhetene kan utstyres med signalkontakter, en opptaksenhet.

Termistorer (termomotstander). Driftsprinsippet er basert på egenskapene til metaller eller halvledere ( termistorer) endre dens elektriske motstand med temperaturen. Denne avhengigheten for termistorer har formen:

hvor R 0 – ledermotstand ved T 0 \u003d 293 0 K;

α T - temperaturkoeffisient for motstand

Sensitive metallelementer er laget i form av trådspoler eller spiraler, hovedsakelig fra to metaller - kobber (for lave temperaturer - opptil 180 ° C) og platina (fra -250 ° til 1300 ° C), plassert i et metallbeskyttelseshus .

For å registrere den kontrollerte temperaturen, er termistoren, som en primær sensor, koblet til en automatisk AC-bro (sekundær enhet), dette problemet vil bli diskutert nedenfor.

I dynamiske termer kan termistorer representeres som en førsteordens aperiodisk kobling med en overføringsfunksjon W(p)=k/(Tp+1), hvis tidskonstanten til sensoren ( T) er mye mindre enn tidskonstanten til reguleringsobjektet (kontroll), er det tillatt å akseptere dette elementet som en proporsjonal kobling.

Termoelementer. Termoelektriske termometre (termoelementer) brukes vanligvis til å måle temperaturer i store områder og over 1000 ° C.

Prinsippet for drift av termoelementer er basert på effekten av forekomsten av DC EMF ved de frie (kalde) endene av to forskjellige loddede ledere (hot junction), forutsatt at temperaturen på de kalde endene er forskjellig fra temperaturen på krysset. Verdien av EMF er proporsjonal med forskjellen mellom disse temperaturene, og verdien og området for målte temperaturer avhenger av materialet til elektrodene. Elektroder med porselensperler trukket på dem er plassert i beskyttende beslag.

Koblingen av termoelementer til opptaksenheten er laget av spesielle termoelektrodetråder. Et millivoltmeter med en viss kalibrering eller en automatisk DC-bro (potensiometer) kan brukes som opptaksenhet.

Ved beregning av kontrollsystemer kan termoelementer representeres, som termistorer, som en førsteordens aperiodisk kobling eller proporsjonal.

Industrien produserer ulike typer termoelementer (tabell 7.1).

Tabell 7.1 Karakteristikk ved termoelementer

Trykksensorer. Trykk- (vakuum) og differansetrykksensorer fikk den bredeste anvendelsen i gruve- og prosessindustrien, både som generelle industrielle sensorer og som komponenter i mer komplekse systemer for overvåking av slike parametere som massetetthet, medieforbruk, flytende medienivå, suspensjonsviskositet, etc.

Enheter for måling av overtrykk kalles manometre eller trykkmålere, for måling av vakuumtrykk (under atmosfærisk, vakuum) - med vakuummålere eller trekkmålere, for samtidig måling av over- og vakuumtrykk - med trykk- og vakuummålere eller skyvemålere.

De mest utbredte er sensorer av fjærtype (deformasjon) med elastiske følsomme elementer i form av en manometrisk fjær (fig. 7.7 a), en fleksibel membran (fig. 7.7 b) og en fleksibel belg.

.

For å overføre avlesninger til en registreringsenhet, kan en forskyvningstransduser bygges inn i trykkmålerne. Figuren viser induktive transformatortransdusere (2), hvis stempler er koblet til de følsomme elementene (1 og 2).

Innretninger for å måle forskjellen mellom to trykk (differensial) kalles differensialtrykkmålere eller differensialtrykkmålere (fig. 7.8). Her virker trykk på det følsomme elementet fra to sider, disse enhetene har to innløpsfittings for å levere mer (+ P) og mindre (-P) trykk.

Differensialtrykkmålere kan deles inn i to hovedgrupper: væske og fjær. I henhold til typen følsomt element, blant fjærene, er de vanligste membran (fig. 7.8a), belg (fig. 7.8 b), blant væske - klokke (fig. 7.8 c).

Membranblokken (fig. 7.8 a) er vanligvis fylt med destillert vann.

Klokkedifferensialmanometre, der følerelementet er en klokke som er delvis dyppet opp ned i transformatorolje, er de mest følsomme. De brukes til å måle små differensialtrykk mellom 0 og 400 Pa, for eksempel for å overvåke vakuum i ovnene til tørke- og kjeleinstallasjoner.

De betraktede differensialtrykkmålerne er skalaløse, registreringen av den kontrollerte parameteren utføres av sekundære enheter, som mottar et elektrisk signal fra de tilsvarende forskyvningstransduserne.

Sensorer for mekaniske krefter. Disse sensorene inkluderer sensorer som inneholder et elastisk element og en forskyvningstransduser, tensometriske, piezoelektriske og en rekke andre (fig. 7.9).

Prinsippet for driften av disse sensorene er tydelig fra figuren. Merk at en sensor med et elastisk element kan fungere med en sekundær enhet - en AC-kompensator, en strekkmålersensor - med en AC-bro, en piezometrisk sensor - med en DC-bro. Dette problemet vil bli diskutert mer detaljert i de påfølgende avsnittene.

Strain gauge er et underlag som det er limt flere omdreininger av en tynn tråd (spesiell legering) eller metallfolie, som vist i fig. 7,9b. Sensoren er limt til føleelementet, som oppfatter belastningen F, med orienteringen til sensorens lange akse langs aksjonslinjen til den kontrollerte kraften. Dette elementet kan være en hvilken som helst struktur som er under påvirkning av kraften F og opererer innenfor grensene for elastisk deformasjon. Lastcellen utsettes også for den samme deformasjonen, mens sensorlederen forlenges eller forkortes langs den lange aksen til installasjonen. Sistnevnte fører til en endring i dens ohmske motstand i henhold til formelen R=ρl/S kjent fra elektroteknikken.

Vi legger her til at de betraktede sensorene kan brukes til å kontrollere ytelsen til båndtransportører (fig. 7.10 a), måle massen av kjøretøy (biler, jernbanevogner, fig. 7.10 b), massen av materiale i bunkers, etc.

Evaluering av transportørens ytelse er basert på å veie en viss del av beltet som er lastet med materiale med en konstant bevegelseshastighet. Den vertikale bevegelsen til veieplattformen (2) montert på elastiske lenker, forårsaket av massen av materiale på båndet, overføres til i(ITP) stempelet, som genererer informasjon til den sekundære enheten (Uout).

For veiing av jernbanevogner, lastede kjøretøy hviler veieplattformen (4) på ​​strekkmålerblokker (5), som er metallstøtter med limte strekkmålere som opplever elastisk deformasjon avhengig av vekten til veieobjektet.

Automatisk regulering er styring av teknologiske prosesser ved hjelp av avanserte enheter med forhåndsbestemte algoritmer.

I hverdagen kan for eksempel automatisk regulering utføres ved hjelp av en termostat som måler og holder romtemperaturen på et gitt nivå.

Når ønsket temperatur er innstilt, kontrollerer termostaten automatisk romtemperaturen og slår varmeren eller klimaanlegget på eller av etter behov for å opprettholde den innstilte temperaturen.

I produksjon utføres prosesskontroll vanligvis ved hjelp av instrumentering og A, som måler og opprettholder på nødvendig nivå de teknologiske parametrene til prosessen, som: temperatur, trykk, nivå og strømning. Manuell kontroll i mer eller mindre storskala produksjon er vanskelig av flere årsaker, og mange prosesser lar seg ikke styre manuelt i det hele tatt.

Teknologiske prosesser og prosessvariabler

For normal ytelse av teknologiske prosesser er det nødvendig å kontrollere de fysiske forholdene til flyten deres. Fysiske parametere som temperatur, trykk, nivå og strømning kan endres av mange årsaker og deres endringer påvirker prosessen. Disse endrede fysiske forholdene kalles "prosessvariabler".

Noen av dem kan redusere produksjonseffektiviteten og øke produksjonskostnadene. Oppgaven til det automatiske kontrollsystemet er å minimere produksjonstap og kontrollere kostnader forbundet med en vilkårlig endring i prosessvariabler.

I enhver produksjon utføres påvirkningen på råvarer og andre innledende komponenter for å oppnå målproduktet. Effektiviteten og den økonomiske driften av enhver produksjon avhenger av hvordan prosessene og prosessvariablene styres gjennom spesielle kontrollsystemer.

I et kullfyrt termisk kraftverk blir kull malt opp og deretter brent for å produsere varmen som trengs for å omdanne vann til damp. Damp kan brukes til en rekke formål, for eksempel drift av dampturbiner, varmebehandling eller tørking av råvarer. Serien av operasjoner som disse materialene og stoffene gjennomgår kalles den "teknologiske prosessen". Ordet «prosess» brukes også ofte i forhold til enkeltoperasjoner. For eksempel kan operasjonen med å male kull eller gjøre vann til damp kalles en prosess.

Driftsprinsippet og elementene i det automatiske kontrollsystemet

Ved et automatisk kontrollsystem utføres overvåking og kontroll automatisk ved bruk av forhåndskonfigurerte instrumenter. Utstyret er i stand til å utføre alle handlinger raskere og mer nøyaktig enn ved manuell kontroll.

Handlingen til systemet kan deles inn i to deler: Systemet oppdager en endring i verdien av prosessvariabelen og tar deretter en korrigerende handling for å tvinge prosessvariabelen tilbake til den innstilte verdien.

Det automatiske kontrollsystemet inneholder fire hovedelementer: primærelementet, måleelementet, reguleringselementet og sluttelementet.

Primærelementet tar verdien av prosessvariabelen og konverterer den til en fysisk verdi, som overføres til måleelementet. Måleelementet konverterer den fysiske endringen produsert av primærelementet til et signal som representerer verdien av prosessvariabelen.

Utgangssignalet fra måleelementet sendes til reguleringselementet. Reguleringselementet sammenligner signalet fra måleelementet med referansesignalet, som er innstilt verdi, og beregner forskjellen mellom de to signalene. Styreelementet genererer da et korreksjonssignal, som er differansen mellom den faktiske verdien av prosessvariabelen og dens settpunkt.

Utgangssignalet fra reguleringselementet sendes til det endelige reguleringselementet. Det siste kontrollelementet konverterer signalet det mottar til en korrigerende handling som får prosessvariabelen til å gå tilbake til settpunktet.

I tillegg til de fire grunnleggende elementene kan prosesskontrollsystemer ha hjelpeutstyr som gir informasjon om størrelsen på prosessvariabelen. Dette utstyret kan inkludere instrumenter som kartskrivere, målere og alarmenheter.

Typer automatiske kontrollsystemer

Det er to hovedtyper av automatiske kontrollsystemer: lukkede og åpne, som er forskjellige i deres egenskaper og derfor i deres anvendelighet.

Kontrollsystem med lukket sløyfe

I et lukket system går informasjon om verdien av den kontrollerte prosessvariabelen gjennom hele kjeden av instrumenter og enheter designet for å kontrollere og regulere denne variabelen. I et lukket system blir den kontrollerte variabelen konstant målt, sammenlignet med referansevariabelen, og prosessen påvirkes tilsvarende for å bringe den kontrollerte variabelen i samsvar med referansevariabelen.

For eksempel er et slikt system godt egnet til å kontrollere og opprettholde det nødvendige væskenivået i tanken. Fortrengeren oppfatter en endring i væskenivået. Senderen konverterer nivåendringene til et signal som den sender til kontrolleren. Som igjen sammenligner det mottatte signalet med det nødvendige nivået som er satt på forhånd. Regulatoren genererer deretter et korrigerende signal og sender det til reguleringsventilen, som korrigerer vannstrømmen.

Åpen sløyfe kontrollsystem

I et åpent system er det ingen lukket kjede av måle- og signalbehandlingsinstrumenter og -enheter fra utgangen til inngangen til prosessen, og effekten av kontrolleren på prosessen avhenger ikke av den resulterende verdien av den kontrollerte variabelen. Det gjøres ingen sammenligning mellom nåværende og ønsket verdi av prosessvariabelen, og ingen korrigerende handling genereres.

Et eksempel på et kontrollsystem med åpen sløyfe er en automatisk bilvask. Dette er en teknologisk prosess for bilvask og alle nødvendige operasjoner er klart definert. Når en bil kommer ut av en vaskehall, skal den være ren. Hvis bilen ikke er ren nok, oppdager ikke systemet dette. Det er ikke noe element her som kan gi informasjon om dette og korrigere prosessen.

I produksjon bruker noen åpne sløyfesystemer tidtakere for å sikre at en rekke sekvensielle operasjoner fullføres. Denne typen åpen sløyfekontroll kan være akseptabel hvis prosessen ikke er veldig kritisk. Men hvis prosessen krever at visse forhold kontrolleres og justeringer gjøres om nødvendig, er et åpent sløyfesystem ikke akseptabelt. I slike situasjoner er det nødvendig å bruke et lukket system.

Automatiske kontrollmetoder

Automatiske kontrollsystemer kan bygges rundt to grunnleggende kontrollmetoder: lukket sløyfekontroll, som fungerer ved å korrigere prosessvariable avvik etter at de har oppstått; og med en forstyrrende handling som hindrer at det oppstår avvik i prosessvariabelen.

Tilbakemeldingskontroll

Kontroll med lukket sløyfe er en metode for automatisk styring der den målte verdien til en prosessvariabel sammenlignes med dens pickup-settpunkt og tiltak blir iverksatt for å korrigere ethvert avvik fra variabelen fra settpunktet.

Den største ulempen med et lukket sløyfestyringssystem er at det ikke begynner å kontrollere prosessen før den kontrollerte prosessvariabelen har avviket fra sitt settpunkt.

Temperaturen må endres før reguleringssystemet åpner eller stenger reguleringsventilen på dampledningen. I de fleste kontrollsystemer er denne typen kontrollhandling akseptabel og er innebygd i systemdesignet.

I noen industrielle prosesser, som for eksempel produksjon av legemidler, kan ikke prosessvariabelen tillates å avvike fra settpunktverdien. Ethvert avvik kan føre til produkttap. I dette tilfellet er det nødvendig med et kontrollsystem som vil forutse prosessendringer. En slik proaktiv type regulering er gitt av reguleringssystemet med innvirkning på forstyrrelsen.

Forstyrrelseskontroll

Forstyrrelseskontroll er feedforward-kontroll fordi en forventet endring i den kontrollerte variabelen er forutsagt og tiltak iverksettes før denne endringen skjer.

Dette er den grunnleggende forskjellen mellom forstyrrelseskontroll og tilbakemeldingskontroll. En forstyrrelseskontrollløkke prøver å nøytralisere forstyrrelsen før den endrer den manipulerte variabelen, mens en tilbakemeldingskontrollløkke prøver å håndtere forstyrrelsen etter at den påvirker den manipulerte variabelen.

Et forstyrrelseskontrollsystem har en klar fordel fremfor et tilbakemeldingskontrollsystem. I tilfelle av forstyrrelseskontroll, i det ideelle tilfellet, endres ikke verdien til den kontrollerte variabelen, den forblir på verdien av dens innstilling. Men manuell forstyrrelseskontroll krever en mer sofistikert forståelse av effekten en forstyrrelse vil ha på den kontrollerte variabelen, samt bruk av mer komplekse og nøyaktige instrumenter.

Det er sjelden man finner et rent forstyrrelsessystem i et anlegg. Når et forstyrrelseskontrollsystem brukes, kombineres det vanligvis med et tilbakemeldingskontrollsystem. Likevel er forstyrrelseskontroll forbeholdt mer kritiske operasjoner som krever svært presis kontroll.

Enkeltsløyfe og multisløyfe kontrollsystemer

Et enkelt-sløyfe-kontrollsystem eller enkel kontroll-sløyfe er et kontrollsystem med en enkelt-sløyfe, som vanligvis inneholder kun ett primært føleelement og gir behandling av kun ett inngangssignal per regulator.

Noen kontrollsystemer har to eller flere primære elementer og behandler mer enn én inngang per regulator. Disse automatiske kontrollsystemene kalles "multi-loop" kontrollsystemer.

På universelle maskiner utføres kontrollen av parametrene for den teknologiske prosessen og maskinen av maskinoperatøren. Han tar også beslutninger om omstrukturering av utstyr, nedleggelse av utstyr, kjølevæskeforsyning, etc. Vedlikehold av driftsparametrene til GPM-utstyret (fleksibel produksjonsmodul) eller automatisk linje utføres kontrollsystem(Fig. 12.1), som inkluderer midler for overvåking og diagnostisering, som gjør det mulig, ved bruk av GPM, å nekte personellet som er direkte involvert i den teknologiske prosessen. PMG-kontrollsystemet bruker to informasjonskilder: et program for å overvåke avvik fra den normale funksjonen til PMG og informasjon som kommer fra diagnostiske enheter, for eksempel tilbakemeldingssensorer som måler bevegelsesparametrene (hastighet, koordinater) til maskinens arbeidskropper. og dets hjelpemekanismer eller automatiseringsenheter.

Ris. 12.1.

Ytterligere midler designet for å utføre funksjonene til en operatør er kombinert i et system som inkluderer kontroll- og måle- og diagnostiske enheter og enheter (med sensorer for å bestemme verdien av overvåkede parametere), enheter for innsamling og innledende behandling av informasjon og beslutningstaking.

Ved utskifting av operatøren bør systemet: overvåke driften av mekanismene til GPM, fremdriften av arbeidsprosessen, kvaliteten på det ferdige produktet, oppdage avvik fra det normale

funksjonen til GPM, inkludert de som ennå ikke har ført til feil og feil, men som i fremtiden kan bli deres årsak; fikse feil og feil; å ta beslutningene som er nødvendige for automatisk fortsettelse av arbeidet til GPM etter et midlertidig stopp av en eller annen grunn; om nødvendig, avbryt driften av GPM, ring servicemannen og informer ham om informasjon om årsaken til avviket fra normal funksjon.

Maskinverktøysvedlikeholdssystemet består av flere delsystemer som fungerer sammen eller autonomt, avhengig av designløsninger eller produksjonsforhold. Disse inkluderer delsystemet for overvåking av tilstanden til skjæreverktøyet, delsystemet for kvalitetskontroll, delsystemet for overvåking av funksjonen til maskinmekanismer og delsystemet for diagnostisering av mekanismer.

Enheter delsystemer for å overvåke tilstanden til skjæreverktøyet kan utføre periodisk eller strømkontroll (fig. 12.2, 12.3). Små aksiale verktøy (bor, kraner, endefreser med en diameter på opptil 6-8 mm), samt andre verktøy, utsettes for periodisk kontroll, hvis gjeldende kontroll av tilstanden er umulig eller upraktisk. For å implementere denne prosedyren må en kommando for å stoppe maskinen gis.

Kontrollenheten kan være plassert i arbeidsområdet til maskinen, på noden som bærer verktøyet, i verktøymagasinet. Målemetoden er vanligvis direkte, ved bruk av induktive, elektromekaniske eller fotoelektriske sensorer. På fig. 12.2 viser et diagram for overvåking av tilstanden til verktøy 2 på en flerbruksmaskin 6. Etter bearbeiding av arbeidsstykke 1 og tilbaketrekking av verktøyet kommer sonde 3 i kontakt med boret. Når verktøyet går i stykker, endres posisjonen til sonden, som et resultat av hvilket spak 4 snur seg og slutter å virke på den elektriske kontaktsensoren (grensebryter) 5. Ved signal fra sistnevnte gir kontrollsystemet en kommando om å stoppe behandlingen og erstatte verktøyet med en understudy eller ringe justeringen. Som sensor kan en sensor av typen BVK eller en Hall-sensor brukes, noe som øker levetiden og problemfri drift betydelig.

For statusovervåking skjæreverktøy på dreiebenk bruk metoden for å måle koordinaten til toppunktet til kutteren. Etter

ved neste passering beveger kutteren seg til kontrollposisjonen, og hvis det ikke er noen elektrisk kontakt mellom kutterspissen og en spesiell kontaktplate, gis et signal for å avbryte den teknologiske prosesseringsprosessen, etterfulgt av et verktøyskifte eller et anrop for en justeringsanordning.

hode; 3- verktøy; 4 - maskinspindel

Ris. 12.2. Skjema for kontroll av skjæreverktøyet på en flerbruksmaskin

Ris. 12.3. Plassering av målehodet på en flerbruksmaskin: 1 - bord; 2- måling

For kontroll verktøyet plassert i magasinet til flerbruksmaskinen, Det brukes TV-kameraer laget på grunnlag av CCD-matriser, som med tilfredsstillende bildekvalitet kan redusere utstyrskostnadene betydelig. Bildet av instrumentet projiseres på skjermen, og det elektroniske systemet "leser" bildet sekvensielt og overfører det til datamaskinens minne. På grunn av den lave kvaliteten på bildet, brukes spesielle matematiske metoder for å gjenopprette det. For å identifisere et sammenbrudd, sammenlignes referansebildet som er registrert i datamaskinens minne etter installasjon av et nytt verktøy med bildet av det samme verktøyet, men som allerede fungerer. Tiden som kreves for å overføre bildet til datamaskinens minne er ganske kort, noe som gjør at målingen kan utføres uten stopp. Uavhengig av verktøystørrelsen er kameraet alltid i samme posisjon.

Det gjennomføres periodisk kontroll og om nødvendig, legg inn en korreksjon i kontrollprogrammet i tilfelle bytte av et slitt eller ødelagt verktøy med et understudium. For å gjøre dette, ved hjelp av et målehode med en berøringssensor ved dreiing

verktøymaskiner måler rekkevidden til kuttere, på multifunksjonelle (se fig. 12.3) - lengden og diameteren til verktøyet.

Målehodet inntar en viss posisjon i arbeidsområdet til maskinen: på flerbruksbordet eller på hodestokken til en dreiebenk. Slike målinger gjør det mulig å "binde" verktøyet til maskinens koordinatsystem, få informasjon om tilstedeværelsen av verktøyet i spindelen, kontrollere slitasje og integritet.

Dagens statskontroll er underlagt aksialverktøy med en diameter på mer enn 8... 12 mm, i tillegg til kuttere og kuttere annen type. Kontroll utføres i skjæreprosessen; dens formål er å forhindre nødsituasjoner som oppstår når et verktøy plutselig går i stykker. Overvåkingsmetoden er hovedsakelig indirekte (ved dreiemoment, hoveddrivmotorstrøm, belastning, akselerasjon, etc.).

Så når verktøyet blir sløvt, øker skjærekraften, og følgelig belastningen (momentet) på motoren og strømmen som strømmer gjennom viklingene. Følsomheten til en dreiemomentsensor som fungerer i henhold til dette prinsippet avhenger av motortypen, dens kraft og verdien av girforholdet til den kinematiske kjeden mellom motoren og spindelenheten. Før starten av hver skjæresyklus må tomgangslasten måles og lagres.

Måling av aksiallasten på ledeskruen til maskinen ved hjelp av strekningsmåler, skruen innebygd i støtten lar deg overvåke slitasjen til verktøyet, så vel som endringen i driftsmodusen under behandlingen av en gruppe arbeidsstykker (for eksempel registreres en endring på 0,2 ... 0,3 mm på en dreiebenk). Signalet til en slik sensor er praktisk talt fri for forstyrrelser. Sensoren har lav treghet, dvs. kan registrere raskt skiftende belastninger forårsaket for eksempel av ujevn rotasjon av ledeskruen innenfor en omdreining.

For å måle belastningen som oppleves av tårn, spindelbokser og spindelenheter, er strekkmålere bygget inn i dem, laget i form av strekklagre. Rotasjonen av hver lagerkule under passende belastning forårsaker lokal deformasjon av den ytre ringen, oppfattet av strekkmålere plassert i et spor på den ytre overflaten av ringen. Når du behandler utgangssignalet til sensoren, bør man ta hensyn til dens pulsering, hvis frekvens er direkte relatert til spindelhastigheten.

For å måle belastningen som virker på forskjellige noder, er den mye brukt overliggende piezosensorer(Fig. 12.4). Deres følsomhet er høyere enn for termistorer, og båndbredden lar deg fikse ganske raske endringer i belastningen som virker på verktøyet.

Strukturelle løsninger implementert ved bruk av slike sensorer er forskjellige. For eksempel er de bygget inn i en plate plassert under

Ris. 12.4. Piezosensorer for måling av skjærekraft: en

begrepet måling; b - dens konstruktive gjennomføring; (1 - elastisk element; 2 - piezoelektrisk sensor; 3 - maskindel; 4 - kontaktflater, / - målebasen til sensoren; R,- strekk-kompresjonskraft;

R, - pressekraft

under tårnhodet på en dreiebenk. For å skape

forhåndsbelastning, skal den piezoelektriske sensoren stikke ut over overflaten med 10 ... 15 mikron.

Verktøyslitasje kan bestemmes av størrelsen på den elastiske bølgeakselerasjonen, som

forplanter seg fra skjæresonen til sensorinstallasjonsstedet

(1akselerometer), fikser

vibroakustisk emisjon. Hvis verktøyet roterer, vil sensoren

installert på maskinbordet; hvis

verktøyet er stasjonært, og arbeidsstykket roterer - på verktøyholderen eller på tårnets kropp. Ved bruk av slike sensorer er det nødvendig med verktøy

hver type for å forhåndsbestemme frekvensområdet, i

som viser sammenhengen mellom parameterne i størst grad

vibroakustisk emisjon med slitasje eller brudd på verktøyet. Antall skjøter mellom arbeidsstykket (eller verktøyet) og sensoren bør reduseres så mye som mulig, da de har en deformerende effekt (svekker vibrasjoner), noe som vanskeliggjør målinger.

Driftstiden til verktøyet måles tidtaker, stupe- og kuttetid - kraftsensor eller akselerasjon(momentene for begynnelsen og slutten av skjæreprosessen er faste), størrelsen på komponentene til skjærekreftene - trykksensorer i hydrostatiske spindellager eller magnetoelastiske sensorer, måling av skjæremoment, EMF - millivoltmeter, elektrisk motstand i kontakten mellom arbeidsstykket og verktøyet - ohmmeter.

Det bør tas i betraktning at påliteligheten til automatisk kontroll av tilstanden til skjæreverktøyet er relativt lav. Årsakene kan være mikrosprekker i skjæredelen, heterogenitet og lokale svingninger i hardheten til både det bearbeidede og verktøymaterialet, og andre faktorer som ikke kan bestemmes automatisk. Derfor anbefales det dobbel kontroll verktøylivsressurs for rettidig utskifting og den virkelige tilstanden til verktøyet i henhold til en av de indirekte parameterne (gjeldende kontroll).

Ved design av utstyr utvikles ikke sensorene som brukes til å kontrollere verktøyet. Designeren velger en kommersielt tilgjengelig eller bestiller en spesiell sensor, hvis egenskaper samsvarer med oppgaven, og bygger den inn i det aktuelle området av maskinen.

Ulike enheter som brukes i delsystemet for overvåking av skjæreverktøyets tilstand er beskrevet i litteraturen. En slik enhet er Monitor-systemet som brukes i GPM. Overvåkningsstystem med en kontaktindikator (se fig. 12.5) er basert på informasjon som kommer fra maskinens matedrev og sensorer som registrerer bevegelsen til bordet og spindelenheten. Tre matriser med data legges inn i monitoren: 1) konstanter som bestemmer enhetsinnstillingen på en bestemt maskin, kontrolltypen og signalnivået fra sensoren (for eksempel strøm); 2) instrumentspørreskjemaer som inneholder permanente data om egenskapene til spesifikke instrumenter; 3) et kontrollprogram satt sammen for hvert bearbeidet arbeidsstykke. Data legges inn ved hjelp av tastaturet; informasjon vises på en skjerm eller en digital skjerm.

Ris. 12.5. Overvåkingsskjema med kontaktindikator: 1 - kontaktindikator; 2 - arbeidsstykke (detalj); 3 - kontrollpanel; 4 - informasjonsinntastingsenhet; 5 - terminaler; 6 - hodekontroll datamaskin; 7-

disk; 8 - impulslinjer

Til kvalitetskontroll undersystemenheter(Fig. 12.6) inkluderer aktive kontrollenheter (PAK) som brukes i masseproduksjon og storskalaproduksjon, og berøringssensorer som brukes i masseproduksjon.

Hvis nødvendig automatisk kontroll størrelser, former og nøyaktigheten av å sette arbeidsstykket og (eller) den maskinerte delen på forskjellige

Ris. 12.6. Typiske skjemaer for å kontrollere nøyaktigheten av behandlingen ved bruk av PAC (o) og automatisk justering ( 6)

behandlingstrinn bruker PAK, som kan være plassert både i arbeidsområdet til maskinen (fig. 12.6, en), og med automatisk sykluskontroll. Samtidig er to informasjonsflyter organisert i maskinstyringssystemet. Den første gir behandlingsprosessen i henhold til et gitt program, den andre brukes til å justere justeringsnivået. Operatøren er også involvert i styringen av maskineringsprosessen, hans oppgave er å justere nivået på maskininnstillinger og aktive kontroller. I den andre informasjonsflyten er det to kontrollsløyfer: loopen / refererer til det automatiske kontrollsystemet ved hjelp av en HSS eller autojuster (fig.

12.6, b), kontur II- til systemet for manuell justering av prosessprosessen ved hjelp av en konvensjonell måling

enhet. Ordningene er betinget merket: TO - teknologisk drift; IO - det utøvende organet til maskinen; MP - mekanisme for justering av maskinen; MEN

• - automatisk justering; E - standard; IP - måleenhet; Op
• - operatør.

for grovhet behandlet

Til dimensjonskontroll arbeidsstykker og (eller) deler (og i noen tilfeller for motoverflaten) på CNC- og GPM-maskiner er målehoder (MG) (noen ganger

kalt kontaktindikatorer). IG (fig. 12.7), som består av en sonde komplett med en elektronisk enhet og en trådløs signaloverføringsenhet (vanligvis på infrarøde stråler), er plassert i verktøymagasinet, hvorfra manipulatoren flytter den til spindelen (ved boring- freseboremaskiner) eller tårnhode (på dreiebenker).

Ris. 12.7. Målehode: 1 - sondespiss; 2 - sonde; 3-

overføring mekanisme; 4 - sondebalanseringsmekanisme; 5 - elektrisk kontakt; 6 - berøringssignalgenerator; 7 - signal sendt til den elektroniske enheten eller til senderen

Med den relative bevegelsen av sondespissen og den kontrollerte overflaten berører de. Sonden avviker fra sin opprinnelige posisjon,

den elektriske kontakten inne i IG åpnes, og berøringssignalet genereres

av en spesiell krets går den inn i CNC gjennom den elektroniske enheten, hvor de mottatte dataene sammenlignes med de gitte verdiene til den tilsvarende parameteren.

Lignende IG-er brukes til å kontrollere kvoter og basere arbeidsstykket, for mellomkontroll av arbeidsstykker på maskinen under prosessering og produksjonskontroll av den maskinerte delen på maskinen. Samtidig, for å bestemme avstanden mellom to plan, måles koordinatene til tre punkter på hver av dem og forskjellen deres beregnes. For å bestemme posisjonen til midten av hullet, måles koordinatene til tre punkter i det radielle snittet, og deretter beregnes koordinatene til sentrum av sirkelen som går gjennom disse tre punktene (alle disse prosedyrene utføres automatisk.

Ved utforming av prosessutstyr er PAK og IG vanligvis ikke designet; deres utvikling utføres av spesielle designorganisasjoner. Utstyrsdesigneren bygger et kommersielt tilgjengelig eller tilpasset instrument inn i utstyret. Han må imidlertid ta seg av utviklingen av algoritmer for felles funksjon av maskinen og kontrollenheten (måling, beregninger, beslutningsanbefalinger).

Stabiliteten til maskineringsprosessen på moderne verktøymaskiner med programkontroll gjør det mulig å ikke bygge måleenheter inn i dem, men å bruke koordinatmålemaskinen (CMM) installert i verkstedet for periodisk kvalitetskontroll av maskinering. I dette tilfellet installerer maskinoperatøren eller justeringen den maskinerte delen på CMM, måler de kontrollerte parametrene, og, avhengig av oppnådde resultater, dirigerer delen for ytterligere behandling eller en påfølgende teknologisk operasjon, og om nødvendig foretar justeringer til maskinen.

Delsystem for overvåking av funksjonen til maskinmekanismer(Fig. 12.8) inkluderer en rekke måleenheter som oppdager avvik fra normen (for eksempel registreres overoppheting av bevegelsen til hovedstasjonen av en temperatursensor). Ved utgangen av disse enhetene,

Ris. 12.8. Strukturen til delsystemet for å overvåke funksjonen til mekanismer; IU, IU 2 ... IU - måleenheter; D - sensor; POS - primær signalbehandling; USO - enhet for innsamling og behandling av informasjon; UPR - beslutningstaking enhet; URR -ing

normaliserte signaler som kommer inn i enheten for innsamling og behandling av informasjon, hvorfra de overføres til beslutningsenheten. Her, under hensyntagen til tilleggsinformasjon, tas en viss beslutning, som deretter implementeres i form av passende kommandoer.

I deres struktur er mikroprosessorenheter identiske med moderne CNC-er og skiller seg fra dem bare i sammensetningen av moduler for kommunikasjon med en ekstern enhet, tilstedeværelsen av tilbakemeldingssensorer og måleenheter.

Delsystem for å diagnostisere tilstanden til mekanismer må sikre driften av maskinen med minimal operatørinvolvering. Det finnes enheter for diagnostisering av hydrauliske drivverk av verktøymaskiner, rullelager, girkasser, matebokser og andre lignende enheter.

Kontroll og kompensasjon av typiske deformasjonsenheter av maskinen gjør det mulig å sikre nøyaktigheten av behandlingen under langsiktig drift. Så på grunn av oppvarming blir spindelenheten forskjøvet, noe som fører til en reduksjon i behandlingsnøyaktighet. Kompensasjon i dette tilfellet er basert på den periodiske målingen av de faktiske forskyvningene av monteringsdelene i rommet. Ved hjelp av IG installert på maskinspindelen, måles posisjonen til referanseflaten på bordet, eller ved hjelp av IG for verktøystyring installert på maskinbordet, er posisjonen til referansedoren i spindelen. målt. Forskjellen mellom resultatene av påfølgende målinger bestemmer forskyvningen av spindelen for den tilsvarende tidsperioden. Ved å legge inn denne verdien i CNC-minnet kan du korrigere forskyvningene som er spesifisert i kontrollprogrammet, og dermed kompensere for effekten av termiske deformasjoner.

Slike diagnosesystemer er designet av maskindesigneren, vanligvis fra masseproduserte eller spesielle elementer, selv om det i noen tilfeller er nødvendig å utvikle spesielle diagnostiske enheter. Belgmembranreléer brukes ofte som slike enheter.