Proiectarea unei diagrame a buclei de control pentru un parametru dat de proces. Monitorizarea si reglarea parametrilor tehnologici de baza: debit, nivel, presiune si temperatura
Principalii parametri tehnologici supuși controlului și reglementării în procesele tehnologice chimice includ debitul, nivelul, presiunea, temperatura, valoarea pH-ului și indicatorii de calitate (concentrație, densitate, vâscozitate etc.)
Necesitatea de a regla fluxul apare atunci când se automatizează aproape orice proces continuu.
ASR de debit concepute pentru a stabiliza perturbațiile în fluxurile de materiale, sunt parte integrantă a sistemelor de automatizare în buclă deschisă procese tehnologice. Figura 3.4 prezintă o diagramă schematică a unui obiect pentru reglarea fluxului. De obicei, un astfel de obiect este o secțiune a conductei între punctul de măsurare a debitului (de exemplu, locația de instalare a dispozitivului de restricție 1) și corpul de reglare 2. Lungimea acestei secțiuni este determinată de regulile de instalare a dispozitivelor cu orificii. și organe de reglare și este de obicei de câțiva metri. Dinamica canalului „flux de substanță prin supapă - flux de substanță prin debitmetru” este aproximativ descrisă printr-o legătură aperiodică de ordinul întâi cu întârziere pură. Timpul de întârziere pur este de obicei o fracțiune de secundă pentru un gaz și câteva secunde pentru un lichid; constanta de timp este de câteva secunde.
Datorită inerției reduse a obiectului reglementat, se impun cerințe speciale privind alegerea echipamentelor de automatizare și a metodelor de calcul a ACP. În special, în instalațiile industriale, inerția circuitelor de control și reglare a fluxului devine proporțională cu inerția obiectului și ar trebui luată în considerare la calcularea sistemelor de control.
Orez. 3.4. Diagramă schematică obiect la reglarea debitului: 1-debitmetru; 2-supapă de control.
Alegerea legilor de control este dictată de calitatea necesară obișnuită a proceselor tranzitorii. Pentru a regla debitul fără eroare statică în ASR-uri cu un singur circuit, se folosesc controlere PI. Dacă fluxul ACP este o buclă internă într-un sistem de control în cascadă, controlul debitului poate fi efectuat prin legea P de reglare. Dacă există interferențe de înaltă frecvență în semnalul de flux, utilizarea regulatoarelor cu componente diferențiale în legea de control fără netezirea prealabilă a semnalului poate duce la funcționarea instabilă a sistemului. Prin urmare, în sistemele industriale de control al debitului nu este recomandată utilizarea regulatoarelor PD sau PID.
Sistemele de control al debitului folosesc una dintre cele trei metode pentru modificarea debitului:
reglarea fluxului unei substanțe printr-un organism de reglementare instalat pe conductă (supapă, poarta, poarta);
modificarea presiunii în conductă folosind o sursă de energie controlată (de exemplu, schimbarea vitezei motorului pompei sau a unghiului de rotație al palelor ventilatorului);
ocolire, adică transferul substanței în exces de la conducta principală la linia de ocolire.
Debitul după pompa centrifugă este controlat de o supapă de control instalată pe conducta de refulare (Fig. 3.5a). Dacă pentru pomparea lichidului se folosește o pompă cu piston, utilizarea unui astfel de ACP este inacceptabilă, deoarece în timpul funcționării regulatorului, supapa se poate închide complet, ceea ce va duce la ruperea conductei (sau la supratensiune dacă supapa este instalată pe axa pompei).
În acest caz pt
În acest caz, debitmetrul poate fi un dispozitiv de cântărire care determină masa materialului de pe banda transportoare.
Orez. 3.6. Scheme de reglementare a consumului de solide vrac:
a - prin modificarea gradului de deschidere a supapei de control;
b–modificarea vitezei transportorului; 1– buncăr;
2 - transportor; 3 – regulator; 4 – supapă de control;
5 – motor electric
Reglarea raportului de consum a două substanțe poate fi efectuată conform uneia dintre cele trei scheme descrise mai jos.
1. Cu o productivitate globală nespecificată, consumul unei substanțe (Fig. 3.7, a) G1, numită „conducătoare”, se poate modifica în mod arbitrar; a doua substanță este furnizată într-un raport constant g cu prima, astfel încât debitul „acţionat” este egal cu gG1. Uneori, în locul unui regulator de raport, se utilizează un releu de raport și un regulator convențional pentru o variabilă (Fig. 3.7b). Semnalul de ieșire al releului 6, care stabilește coeficientul de raport dat g, este furnizat sub forma unei sarcini la regulatorul 5, care asigură menținerea debitului „slave”.
2. Pentru un debit „conducător” dat, pe lângă raportul ASR, este utilizat și ASR al debitului „conducător” (Fig. 3.7, c). Cu această schemă, dacă se modifică ținta pentru debitul G1, debitul G2 se va schimba automat (într-un raport dat cu G1).
3. ASR al raportului de curgere este o buclă internă într-un sistem în cascadă pentru reglarea celui de-al treilea parametru tehnologic g (de exemplu, temperatura în aparat). În acest caz, coeficientul raportului dat este stabilit de un regulator extern în funcție de acest parametru, astfel încât G2 = g(y) G1 (Fig. 3.7d).
Orez. 3.7 Scheme de reglementare a raportului costurilor:
a, b – cu o sarcină totală nespecificată; c – la o sarcină totală dată; d – la o sarcină totală dată și corectarea coeficientului de raport conform celui de-al treilea parametru; 1,2 – debitmetre;3 – regulator de raport; 4.7 – supape de reglare;
5 – regulator de debit; 6 – releu raport; 8 – regulator de temperatură; 9 – dispozitiv limitator
Setul de operațiuni individuale formează procese tehnologice specifice. In general, procesul tehnologic este implementat prin operatii tehnologice care se realizeaza in paralel, secvential sau in combinatie, cand inceputul operatiei ulterioare este deplasat fata de inceputul celei anterioare.
Controlul proceselor tehnologice este o problemă organizatorică și tehnică și se rezolvă astăzi prin crearea automată sau sisteme automatizate controlul procesului.
Scopul managementului proces tehnologic poate fi: stabilizarea unei cantităţi fizice, modificarea acesteia după un program dat sau, în cazuri mai complexe, optimizarea unui criteriu general, cea mai mare productivitate a procesului, cel mai mic cost al produsului etc.
Parametrii tipici de proces care sunt supuși monitorizării și reglementării includ debitul, nivelul, presiunea, temperatura și o serie de indicatori de calitate.
Sistemele cu buclă închisă utilizează informațiile curente despre cantitățile de ieșire și determină abaterea ε( t) variabila controlată Y(t) din valoarea sa specificată Y(o) și să ia măsuri pentru a reduce sau a elimina complet ε (t).
Cel mai simplu exemplu de sistem închis, numit sistem de control al abaterii, este sistemul de stabilizare a nivelului apei într-un rezervor, prezentat în Figura 1. Sistemul este format dintr-un traductor de măsurare de nivel 2 (senzor), un dispozitiv de control 1 (regulator) și un actuator 3 care controlează poziția regulatorului (supapă) 5.
Orez. 1. Schema funcțională a unui sistem de control automat: 1 - regulator, 2 - traductor de măsurare a nivelului, 3 - actuator, 5 - regulator.
Controlul debitului
Sistemele de control al debitului sunt caracterizate prin inerție scăzută și pulsații frecvente ale parametrului.
În mod obișnuit, controlul debitului este reglarea debitului unei substanțe folosind o supapă sau o poartă, schimbând presiunea în conductă prin modificarea vitezei de antrenare a pompei sau a gradului de bypass (deviarea unei părți a fluxului prin canale suplimentare).
Principiile de implementare a regulatoarelor de debit pentru medii lichide și gazoase sunt prezentate în Figura 2, a, pentru materiale vrac - în Figura 2, b.
Orez. 2. Scheme de control al debitului: a - medii lichide și gazoase, b - materiale vrac, c - rapoarte de mediu.
În practica automatizării proceselor tehnologice, există cazuri când este necesară stabilizarea raportului debitului a două sau mai multe medii.
În circuitul prezentat în Figura 2, c, debitul către G1 este cel conducător, iar debitul G2 = γ G este cel slave, unde γ este coeficientul raportului de curgere, care este setat în timpul ajustării statice a regulatorului.
Când fluxul master G1 se modifică, controlerul FF modifică fluxul slave G2 proporțional.
Alegerea legii de control depinde de calitatea cerută a stabilizării parametrilor.
Reglementarea nivelului
Sistemele de control al nivelului au aceleași caracteristici ca și sistemele de control al debitului. În cazul general, comportamentul nivelului este descris de ecuația diferențială
D(dl/dt) = G in - G out + G arr.
unde S este aria secțiunii transversale orizontale a recipientului, L este nivelul, Gin, Guta este debitul mediului la intrare și la ieșire, G arr este cantitatea de mediu care crește sau descrește în rezervor (poate fi egal cu 0) pe unitatea de timp t.
Constanța nivelului indică egalitatea cantităților de lichid furnizat și consumat. Această condiție poate fi asigurată prin influențarea alimentării (Fig. 3, a) sau a debitului (Fig. 3, b) a lichidului. În versiunea regulatorului prezentată în figura 3, c, rezultatele măsurătorilor de alimentare cu fluid și debit sunt utilizate pentru a stabiliza parametrul.
Pulsul de nivel al lichidului este corectiv; elimină acumularea erorilor datorate erorilor inevitabile care apar atunci când alimentarea și debitul se modifică. Alegerea legii de control depinde, de asemenea, de calitatea cerută a stabilizării parametrilor. În acest caz, este posibil să folosiți nu numai controlere proporționale, ci și poziționale.
Orez. 3. Scheme ale sistemelor de control al nivelului: a - cu efect asupra alimentării, b și c - cu efect asupra debitului mediului.
Reglarea presiunii
Constanța presiunii, precum și constanta nivelului, indică echilibrul material al obiectului. În general, modificarea presiunii este descrisă de ecuația:
V(dp/dt) = G in - G out + G arr.
unde V este volumul aparatului, p este presiunea.
Metodele de control al presiunii sunt similare cu metodele de control al nivelului.
Reglarea temperaturii
Temperatura este un indicator al stării termodinamice a sistemului. Caracteristicile dinamice ale sistemului de control al temperaturii depind de parametrii fizici și chimici ai procesului și de proiectarea aparatului. O caracteristică a unui astfel de sistem este inerția semnificativă a obiectului și adesea traductorul de măsurare.
Principiile de implementare a regulatoarelor de temperatură sunt similare cu principiile de implementare a regulatoarelor de nivel (Fig. 2), ținând cont de controlul consumului de energie în instalație. Alegerea legii de control depinde de inerția obiectului: cu cât aceasta este mai mare, cu atât legea de control este mai complexă. Constanta de timp a traductorului de măsurare poate fi redusă prin creșterea vitezei lichidului de răcire, reducerea grosimii pereților capacului de protecție (manșon) etc.
Reglementarea compoziției produsului și a parametrilor de calitate
La reglarea compoziției sau a calității unui produs, este posibilă o situație în care un parametru (de exemplu, umiditatea cerealelor) este măsurat discret. În această situație, pierderea de informații și scăderea acurateței procesului de control dinamic sunt inevitabile.
Circuitul recomandat al unui regulator care stabilizează un parametru intermediar Y(t), a cărui valoare depinde de parametrul principal controlat - indicatorul de calitate a produsului Y(ti), este prezentat în Figura 4.
Orez. 4. Schema sistemului de control al calității produsului: 1 - obiect, 2 - analizor de calitate, 3 - filtru de extrapolare, 4 - dispozitiv de calcul, 5 - regulator.
Dispozitivul de calcul 4, folosind un model matematic al relaţiei dintre parametrii Y(t) şi Y(ti), evaluează continuu indicatorul de calitate. Filtrul de extrapolare 3 produce un parametru estimat de calitate a produsului Y(ti) în intervalele dintre două măsurători.
Parametri tehnologici, obiecte ale sistemelor automate de control. Concepte de senzor și traductor. Traductoare de deplasare. Circuite diferențiale și punte pentru conectarea senzorilor. Senzori de marimi fizice - temperatura, presiune, forte mecanice Monitorizarea nivelurilor mediului. Clasificarea și diagramele manometrelor. Metode de monitorizare a consumului de medii lichide. Debitmetre cu nivel variabil și presiune diferențială variabilă. Rotametre. Debitmetre electromagnetice. Implementarea debitmetrelor și domeniul de aplicare.Metode de control al densității suspensiilor. Manometru, densimetri de greutate și radioizotopi. Controlul vâscozității și compoziției suspensiilor. Granulometre automate, analizoare. Contoare de umiditate pentru produse de îmbogățire.
7.1 Caracteristicile generale ale sistemelor de control. Senzori și traductoare
Controlul automat se bazează pe măsurarea continuă și precisă a parametrilor tehnologici de intrare și ieșire ai procesului de îmbogățire.
Este necesar să se facă distincția între principalii parametri de ieșire ai unui proces (sau a unei mașini specifice), care caracterizează scopul final al procesului, de exemplu, indicatorii calitativi și cantitativi ai produselor prelucrate și parametrii tehnologici intermediari (indirecti) care determină condiţiile procesului şi modurilor de operare ale echipamentelor. De exemplu, pentru procesul de îmbogățire a cărbunelui într-o mașină de jigging, principalii parametri de ieșire pot fi randamentul și conținutul de cenușă al produselor produse. În același timp, acești indicatori sunt influențați de o serie de factori intermediari, de exemplu, înălțimea și slăbirea patului în mașina de jigging.
În plus, există o serie de parametri care caracterizează starea tehnică a echipamentelor de proces. De exemplu, temperatura rulmenților mecanismelor tehnologice; parametrii lubrifierii lichide centralizate a rulmenților; starea unităților de reîncărcare și a elementelor sistemelor flux-transport; prezența materialului pe banda transportoare; prezența obiectelor metalice pe banda transportoare, nivelurile de material și celuloză în containere; durata de funcţionare şi timpul de nefuncţionare a mecanismelor tehnologice etc.
Deosebit de dificil este controlul operațional automat al parametrilor tehnologici care determină caracteristicile materiilor prime și produselor de îmbogățire, cum ar fi conținutul de cenușă, compoziția materială a minereului, gradul de deschidere a boabelor minerale, compoziția granulometrică și fracționată a materialelor, gradul de oxidare a suprafeței boabelor etc. Acești indicatori fie sunt controlați cu o acuratețe insuficientă, fie nu sunt controlați deloc.
Un număr mare de cantități fizice și chimice care determină modurile proceselor de prelucrare a materiilor prime sunt controlate cu suficientă precizie. Acestea includ densitatea și compoziția ionică a pastei, debitele volumetrice și masice ale fluxurilor de proces, reactivi, combustibil, aer; nivelurile de produs în mașini și aparate, temperatura ambiantă, presiunea și vidul în aparate, umiditatea produsului etc.
Astfel, varietatea parametrilor tehnologici și importanța lor în gestionarea proceselor de îmbogățire necesită dezvoltarea unor sisteme de control care funcționează fiabil, unde măsurarea operațională a cantităților fizice și chimice se bazează pe o varietate de principii.
Trebuie remarcat faptul că fiabilitatea sistemelor de control al parametrilor determină în principal performanța sistemelor automate de control al procesului.
Sistemele de control automate servesc ca principală sursă de informații în managementul producției, inclusiv în sistemele de control automate și sistemele de control al proceselor.
Senzori și traductoare
Elementul principal al sistemelor de control automat, care determină fiabilitatea și performanța întregului sistem, este senzorul, care se află în contact direct cu mediul controlat.
Un senzor este un element automat care convertește un parametru monitorizat într-un semnal adecvat pentru a-l introduce într-un sistem de monitorizare sau control.
Un sistem de control automat tipic include în general un traductor de măsurare primar (senzor), un traductor secundar, o linie de transmisie a informațiilor (semnal) și un dispozitiv de înregistrare (Fig. 7.1). Adesea, un sistem de control are doar un element sensibil, un traductor, o linie de transmitere a informațiilor și un dispozitiv secundar (de înregistrare).
Senzorul, de regulă, conține un element sensibil care percepe valoarea parametrului măsurat și, în unele cazuri, îl transformă într-un semnal convenabil pentru transmiterea de la distanță la un dispozitiv de înregistrare și, dacă este necesar, la un sistem de control.
Un exemplu de element senzor ar fi membrana unui manometru diferenţial care măsoară diferenţa de presiune pe un obiect. Mișcarea membranei, cauzată de forța din diferența de presiune, este convertită cu ajutorul unui element suplimentar (transductor) într-un semnal electric, care este ușor de transmis la înregistrator.
Un alt exemplu de senzor este un termocuplu, în care funcțiile unui element senzor și ale unui traductor sunt combinate, deoarece la capetele reci ale termocuplului apare un semnal electric proporțional cu temperatura măsurată.
Mai multe detalii despre senzori cu parametri specifici vor fi descrise mai jos.
Convertizoarele sunt clasificate în omogene și eterogene. Primele au cantități de intrare și de ieșire care sunt identice ca natură fizică. De exemplu, amplificatoare, transformatoare, redresoare - convertesc marimile electrice in marimi electrice cu alti parametri.
Dintre cele eterogene, cea mai mare grupă este formată din convertoare de mărimi neelectrice în cele electrice (termocupluri, termistoare, tensometre, elemente piezoelectrice etc.).
În funcție de tipul valorii de ieșire, aceste convertoare sunt împărțite în două grupe: cele de generator, care au o valoare electrică activă la ieșire - EMF, și cele parametrice - cu o valoare de ieșire pasivă sub formă de R, L sau C.
Traductoare de deplasare. Cele mai răspândite sunt traductoarele parametrice de deplasare mecanică. Acestea includ convertoare R (rezistor), L (inductiv) și C (capacitive). Aceste elemente modifică valoarea de ieșire proporțional cu mișcarea de intrare: rezistența electrică R, inductanța L și capacitatea C (Fig. 7.2).
Convertorul inductiv poate fi realizat sub forma unei bobine cu un robinet din punctul central și un piston (miez) care se deplasează în interior.
Convertizoarele în cauză sunt de obicei conectate la sisteme de control folosind circuite în punte. Un traductor de deplasare este conectat la unul dintre brațele punții (Fig. 7.3 a). Apoi tensiunea de ieșire (U out) luată de la vârfuri Podul A-B, se va modifica la mutarea elementului de lucru al convertorului și poate fi estimat prin expresia:
Tensiunea de alimentare a podului (alimentarea U) poate fi curentă directă (la Z i =R i) sau alternativă (la Z i =1/(Cω) sau Z i =Lω) curent cu frecvența ω.
Termistorii, tensometrele și fotorezistoarele pot fi conectate la un circuit de punte cu elemente R, de ex. convertoare al căror semnal de ieșire este o modificare a rezistenței active R.
Un convertor inductiv utilizat pe scară largă este de obicei conectat la un circuit de punte de curent alternativ format dintr-un transformator (Fig. 7.3 b). Tensiunea de ieșire în acest caz este alocată rezistorului R, inclus în diagonala punții.
Un grup special este format din convertoare de inducție utilizate pe scară largă - transformator diferențial și ferodinamic (Fig. 7.4). Acestea sunt convertoare generatoare.
Semnalul de ieșire (U out) al acestor convertoare este generat sub formă de tensiune de curent alternativ, ceea ce elimină nevoia de a utiliza circuite în punte și convertoare suplimentare.
Principiul diferențial al generării semnalului de ieșire într-un convertor de transformator (Fig. 6.4 a) se bazează pe utilizarea a două înfășurări secundare conectate una față de alta. Aici semnalul de ieșire este diferența vectorială a tensiunilor care apar în înfășurările secundare atunci când se aplică tensiunea de alimentare U, în timp ce tensiunea de ieșire poartă două informații: valoarea absolută a tensiunii este cantitatea de mișcare a pistonului și faza. este direcția mișcării sale:
Ū afară = Ū 1 – Ū 2 = kХ în,
unde k este coeficientul de proporționalitate;
X in – semnal de intrare (mișcarea pistonului).
Principiul diferențial al generării semnalului de ieșire dublează sensibilitatea convertorului, deoarece atunci când pistonul se mișcă, de exemplu, în sus, tensiunea din înfășurarea superioară (Ū 1) crește datorită creșterii raportului de transformare, iar tensiunea în înfășurarea inferioară (Ū 2) scade cu aceeași valoare.
Convertizoarele cu transformator diferențial sunt utilizate pe scară largă în sistemele de control și reglare datorită fiabilității și simplității lor. Sunt plasate în instrumente primare și secundare pentru măsurarea presiunii, debitului, nivelurilor etc.
Mai complexe sunt convertoarele ferodinamice (PF) ale deplasărilor unghiulare (Fig. 7.4 b și 7.5).
Aici, în întrefierul circuitului magnetic (1), este plasat un miez cilindric (2) cu o înfășurare sub formă de cadru. Miezul este instalat folosind miezuri și poate fi rotit printr-un unghi mic α în ± 20 o. O tensiune alternativă de 12-60 V este furnizată înfășurării de excitație a convertorului (w 1), rezultând un flux magnetic care traversează zona cadrului (5). În înfășurarea sa este indus un curent, a cărui tensiune (Ū out), celelalte lucruri fiind egale, este proporțională cu unghiul de rotație al cadrului (α in), iar faza tensiunii se modifică atunci când cadrul este rotit în într-o direcţie sau alta din poziţia neutră (paralel cu fluxul magnetic).
Caracteristicile statice ale convertoarelor PF sunt prezentate în Fig. 7.6.
Caracteristica 1 are un convertor fără înfășurare de polarizare activată (W cm). Dacă valoarea zero a semnalului de ieșire trebuie să fie obținută nu la medie, ci la una dintre pozițiile extreme ale cadrului, înfășurarea de polarizare ar trebui conectată în serie cu cadrul.
În acest caz, semnalul de ieșire este suma tensiunilor preluate din cadru și înfășurarea polarării, care corespunde unei caracteristici de 2 sau 2", dacă schimbați conexiunea înfășurării polarizate la antifază.
O proprietate importantă a unui convertor ferodinamic este capacitatea de a modifica panta caracteristicii. Acest lucru se realizează prin modificarea dimensiunii spațiului de aer (δ) dintre pistonii fix (3) și mobil (4) ai circuitului magnetic, înșurubarea sau deșurubarea acestora din urmă.
Proprietățile considerate ale convertoarelor PF sunt utilizate în construcția unor sisteme de control relativ complexe cu implementarea unor operații simple de calcul.
Senzori industriali generali de marimi fizice.
Eficiența proceselor de îmbogățire depinde în mare măsură de regimurile tehnologice, care la rândul lor sunt determinate de valorile parametrilor care influențează aceste procese. Varietatea proceselor de îmbogățire determină un număr mare de parametri tehnologici care necesită controlul acestora. Pentru a controla unele cantități fizice, este suficient să aveți un senzor standard cu un dispozitiv secundar (de exemplu, un termocuplu - potențiometru automat), în timp ce altele necesită dispozitive și convertoare suplimentare (densimetre, debitmetre, contoare de cenușă etc.).
Dintre numărul mare de senzori industriali, putem evidenția senzorii care sunt utilizați pe scară largă în diverse industrii ca surse independente de informații și ca componente ale senzorilor mai complexi.
În această subsecțiune vom lua în considerare cei mai simpli senzori industriali generali de mărimi fizice.
Senzori de temperatura. Monitorizarea condițiilor termice de funcționare a cazanelor, a unităților de uscare și a unor unități de frecare ale mașinilor ne permite să obținem informații importante necesare controlului funcționării acestor obiecte.
Termometre manometrice. Acest dispozitiv include un element sensibil (bec termic) și un dispozitiv indicator, conectat printr-un tub capilar și umplut cu o substanță de lucru. Principiul de funcționare se bazează pe modificarea presiunii substanței de lucru într-un sistem de termometru închis în funcție de temperatură.
În funcție de starea de agregare a substanței de lucru, se disting termometre manometrice lichide (mercur, xilen, alcooli), gaze (azot, heliu) și abur (abur saturat al unui lichid cu punct de fierbere scăzut).
Presiunea substanței de lucru este fixată de un element manometric - un arc tubular care se desfășoară pe măsură ce presiunea într-un sistem închis crește.
În funcție de tipul de substanță de lucru a termometrului, domeniul de măsurare a temperaturii este de la – 50 o până la +1300 o C. Dispozitivele pot fi echipate cu contacte de semnal și un dispozitiv de înregistrare.
Termistori (rezistență termică). Principiul de funcționare se bazează pe proprietățile metalelor sau semiconductorilor ( termistori) își modifică rezistența electrică cu schimbările de temperatură. Această dependență pentru termistori are forma:
Unde R 0 – rezistența conductorului la T 0 =293 0 K;
α T – coeficientul de rezistență la temperatură
Elementele metalice sensibile sunt realizate sub formă de bobine de sârmă sau spirale, în principal din două metale - cupru (pentru temperaturi scăzute - până la 180 o C) și platină (de la -250 o până la 1300 o C), plasate într-o carcasă de protecție metalică. .
Pentru a înregistra temperatura controlată, termistorul, ca senzor primar, este conectat la o punte de curent alternativ automată (dispozitiv secundar), această problemă va fi discutată mai jos.
În termeni dinamici, termistorii pot fi reprezentați ca o legătură aperiodică de ordinul întâi cu o funcție de transfer W(p)=k/(Tp+1), dacă constanta de timp a senzorului ( T) este semnificativ mai mică decât constanta de timp a obiectului de reglare (control), este permisă acceptarea acestui element ca legătură proporțională.
Termocupluri. Pentru măsurarea temperaturilor în intervale mari și peste 1000 o C, se folosesc de obicei termometre termoelectrice (termocupluri).
Principiul de funcționare al termocuplurilor se bazează pe efectul EMF. curent continuu la capetele libere (reci) a doi conductori lipiți diferiți (joncțiune la cald), cu condiția ca temperatura capetelor reci să difere de temperatura joncțiunii. Mărimea EMF este proporțională cu diferența dintre aceste temperaturi, iar mărimea și intervalul temperaturilor măsurate depind de materialul electrozilor. Electrozii cu margele de porțelan înșirate pe ei sunt plasați în fitinguri de protecție.
Termocuplurile sunt conectate la dispozitivul de înregistrare folosind fire speciale de termoelectrod. Ca dispozitiv de înregistrare poate fi folosit un milivoltmetru cu o anumită calibrare sau o punte automată de curent continuu (potențiometru).
Atunci când se calculează sistemele de control, termocuplurile pot fi reprezentate, precum termistorii, ca o legătură aperiodică sau proporțională de ordinul întâi.
Industria produce Tipuri variate termocupluri (Tabelul 7.1).
Tabelul 7.1 Caracteristicile termocuplurilor
Senzori de presiune. Senzori de presiune (vid) și presiune diferențială sunt utilizate pe scară largă în industria minieră și de prelucrare, atât ca senzori industriali generali, cât și ca componente ale unor sisteme mai complexe de monitorizare a parametrilor precum densitatea pastei, fluxul de mediu, nivelul lichidului, vâscozitatea suspensiei etc.
Se numesc instrumente pentru măsurarea presiunii în exces manometre sau contoare de presiune, pentru măsurarea presiunii de vid (sub atmosferică, vid) - cu manometre sau manometre de tiraj, pentru măsurarea simultană a presiunii în exces și de vid - cu manometre și manometre de tiraj și presiune.
Cei mai răspândiți sunt senzorii de tip arc (deformare) cu elemente elastice sensibile sub formă de arc manometric (Fig. 7.7 a), o membrană flexibilă (Fig. 7.7 b) și un burduf flexibil.
.
Pentru a transmite citirile către un dispozitiv de înregistrare, manometrele pot avea un traductor de deplasare încorporat. Figura prezintă convertoare cu transformator de inducție (2), ale căror pistonuri sunt conectate la elemente sensibile (1 și 2).
Dispozitivele pentru măsurarea diferenței dintre două presiuni (diferențiale) se numesc manometre diferențiale sau manometre diferențiale (Fig. 7.8). Aici, presiunea acționează asupra elementului sensibil din două părți; aceste dispozitive au două fitinguri de intrare pentru a furniza presiune mai mare (+P) și mai mică (-P).
Manometrele diferențiale pot fi împărțite în două grupe principale: lichid și arc. După tipul de element sensibil, cele mai frecvente dintre elementele arc sunt membrana (Fig. 7.8a), burduful (Fig. 7.8 b), iar dintre cele lichide - clopot (Fig. 7.8 c).
Blocul de membrană (Fig. 7.8 a) este de obicei umplut cu apă distilată.
Manometrele diferenţiale cu clopot, în care elementul sensibil este un clopot scufundat parţial cu capul în jos în ulei de transformator, sunt cele mai sensibile. Acestea sunt utilizate pentru a măsura diferențe mici de presiune în intervalul 0 – 400 Pa, de exemplu, pentru a controla vidul în cuptoarele instalațiilor de uscare și cazane.
Manometrele diferenţiale considerate sunt fără scară, parametrul controlat este înregistrat de dispozitive secundare care primesc un semnal electric de la traductoarele de deplasare corespunzătoare.
Senzori de forță mecanică. Acești senzori includ senzori care conțin un element elastic și un traductor de deplasare, extensometre, piezoelectrice și o serie de altele (Fig. 7.9).
Principiul de funcționare al acestor senzori este clar din figură. Rețineți că un senzor cu un element elastic poate funcționa cu un dispozitiv secundar - un compensator de curent alternativ, un senzor de tensiometru - cu o punte de curent alternativ și unul piezometric - cu o punte de curent continuu. Această problemă va fi discutată mai detaliat în secțiunile următoare.
Un senzor de tensiometru este un substrat pe care sunt lipite mai multe spire de sârmă subțire (aliaj special) sau folie metalică, așa cum se arată în Fig. 7.9b. Senzorul este lipit de elementul sensibil care percepe sarcina F, cu axa lungă a senzorului orientată de-a lungul liniei de acțiune a forței controlate. Acest element poate fi orice structură care se află sub influența forței F și funcționează în limitele deformației elastice. De asemenea, extensometrul este supus la aceeași deformare, în timp ce conductorul senzorului se alungește sau se contractă de-a lungul axei lungi a instalării sale. Acesta din urmă duce la o modificare a rezistenței sale ohmice conform formulei R=ρl/S cunoscută din inginerie electrică.
Să adăugăm aici că senzorii luați în considerare pot fi utilizați în monitorizarea performanței transportoarelor cu bandă (Fig. 7.10 a), măsurarea masei vehiculelor (mașini, vagoane de cale ferată, Fig. 7.10 b), a masei de material din pubele etc. .
Evaluarea performanței transportorului se bazează pe cântărirea unei anumite secțiuni a benzii încărcate cu material la o viteză constantă. Mișcarea verticală a platformei de cântărire (2), instalată pe conexiuni elastice, cauzată de masa materialului de pe bandă, este transmisă la pistonul convertorului transformator de inducție (ITC), care generează informații către dispozitivul secundar (U). afară).
Pentru cântărirea vagoanelor de cale ferată și a vagoanelor încărcate, platforma de cântărire (4) se sprijină pe blocuri de extensometru (5), care sunt suporturi metalice cu senzori de extensometru lipiți, care suferă deformații elastice în funcție de masa obiectului cântărit.
Reglare automată este controlul proceselor tehnologice folosind dispozitive avansate cu algoritmi predeterminați.
În viața de zi cu zi, de exemplu, reglarea automată poate fi efectuată folosind un termostat, care măsoară și menține temperatura camerei la un anumit nivel.
Odată ce temperatura dorită este setată, termostatul monitorizează automat temperatura camerei și pornește sau oprește încălzitorul sau aparatul de aer condiționat, după cum este necesar, pentru a menține temperatura setată.
În producție, controlul procesului se realizează de obicei prin instrumente și automatizări, care măsoară și mențin la nivelul necesar parametrii tehnologici ai procesului, precum temperatura, presiunea, nivelul și debitul. Reglarea manuală în producția la scară mai mult sau mai puțin mare este dificilă din mai multe motive și multe procese nu pot fi deloc ajustate manual.
Procese tehnologice și variabile de proces
Pentru executarea normală a proceselor tehnologice este necesar să se controleze condiţiile fizice cursul lor. Parametrii fizici precum temperatura, presiunea, nivelul și debitul se pot modifica din mai multe motive, iar modificările lor afectează procesul. Aceste condiții fizice schimbătoare sunt numite „variabile de proces”.
Unele dintre ele pot reduce eficiența producției și pot crește costurile productiei. Scopul unui sistem de control automat este de a minimiza pierderile de producție și costurile de control asociate cu modificările arbitrare ale variabilelor procesului.
În orice producție, materiile prime și alte componente inițiale sunt afectate pentru obținerea produsului țintă. Eficiența și economia oricărei operațiuni de producție depind de modul în care procesele și variabilele procesului sunt controlate sisteme speciale regulament.
Într-o centrală termică pe cărbune, cărbunele este măcinat și apoi ars pentru a produce căldura necesară pentru a transforma apa în abur. Steam poate fi folosit în mai multe scopuri: pentru muncă turbine cu abur, tratamentul termic sau uscarea materiilor prime. Seria de operații la care sunt supuse aceste materiale și substanțe se numește „proces”. Procesul de cuvinte este adesea folosit pentru a se referi la operațiuni individuale. De exemplu, operația de măcinare a cărbunelui sau de transformare a apei în abur ar putea fi numită un proces.
Principiul de funcționare și elementele sistemului de control automat
În cazul unui sistem de control automat, monitorizarea și reglarea sunt efectuate automat folosind instrumente preconfigurate. Echipamentul este capabil să efectueze toate acțiunile mai rapid și mai precis decât în cazul controlului manual.
Acțiunea sistemului poate fi împărțită în două părți: sistemul detectează o modificare a valorii variabilei de proces și apoi face o acțiune corectivă care forțează variabila de proces să revină la valoarea setată.
Un sistem de control automat conține patru elemente principale: un element primar, un element de măsurare, un element de reglare și un element final.
Elementul primar percepe valoarea variabilei de proces și o transformă într-o mărime fizică, care este transmisă elementului de măsurare. Elementul de măsurare transformă modificarea fizică produsă de elementul primar într-un semnal reprezentând mărimea variabilei de proces.
Semnalul de ieșire de la elementul de măsurare este trimis către elementul de control. Elementul de control compară semnalul de la elementul de măsurare cu un semnal de referință, care reprezintă valoarea setată, și calculează diferența dintre aceste două semnale. Elementul de control produce apoi un semnal de corecție, care este diferența dintre valoarea reală a variabilei de proces și valoarea setată a acesteia.
Semnalul de ieșire de la elementul de control este trimis către elementul de control final. Element de capăt controlul convertește semnalul pe care îl primește într-o acțiune corectivă care forțează variabila de proces să revină la valoarea setată.
Pe lângă cele patru elemente principale, sistemele de control al procesului pot avea echipamente auxiliare care oferă informații despre mărimea variabilei procesului. Acest echipament poate include instrumente cum ar fi înregistratoare, contoare și dispozitive de alarmă.
Tipuri de sisteme automate de control
Există două tipuri principale sisteme automate reglementare: închise și deschise, care diferă prin caracteristicile lor și, prin urmare, prin oportunitatea aplicării.
Sistem de control automat în buclă închisă
Într-un sistem închis, informațiile despre valoarea variabilei controlate de proces trec prin întregul lanț de instrumente și dispozitive concepute pentru a controla și regla această variabilă. Astfel, într-un sistem închis, se efectuează o măsurare constantă a valorii controlate, se compară cu valoarea setată și se exercită o influență adecvată asupra procesului pentru a aduce valoarea controlată în corespondență cu valoarea setată.
De exemplu, un astfel de sistem este potrivit pentru monitorizarea și menținerea nivelului necesar de lichid într-un rezervor. Dislocatorul detectează modificări ale nivelului lichidului. Traductorul de măsurare transformă modificările de nivel într-un semnal, pe care îl trimite regulatorului. Care, la rândul său, compară semnalul primit cu nivelul cerut, specificat în prealabil. Ulterior, regulatorul generează un semnal de corecție și îl trimite către supapa de control, care reglează debitul de apă.
Sistem de control automat în buclă deschisă
Într-un sistem în buclă deschisă, nu există un lanț închis de instrumente și dispozitive de măsurare și procesare a semnalului de la ieșire la intrarea procesului, iar influența controlerului asupra procesului nu depinde de valoarea rezultată a controlului. variabil. Nu există nicio comparație între valoarea curentă și cea dorită a variabilei de proces și nu este generată nicio acțiune corectivă.
Un exemplu de sistem de control în buclă deschisă este o spălătorie automată. Acesta este un proces tehnologic pentru spălarea mașinilor și toate operațiunile necesare sunt clar definite. Când o mașină iese din spălătorie, trebuie să fie curată. Dacă mașina nu este suficient de curată, sistemul nu detectează acest lucru. Nu există niciun element aici care să ofere informații despre acest lucru și să corecteze procesul.
În producție, unele sisteme în buclă deschisă folosesc temporizatoare pentru a se asigura că o serie de operații secvențiale sunt finalizate. Acest tip de control în buclă deschisă poate fi acceptabil dacă procesul nu este foarte critic. Cu toate acestea, dacă procesul necesită verificarea anumitor condiții și efectuarea ajustărilor dacă este necesar, un sistem în buclă deschisă nu este acceptabil. În astfel de situații, este necesar să se folosească un sistem închis.
Metode de control automat
Sistemele de control automat pot fi construite folosind două metode de control de bază: controlul în buclă închisă, care funcționează prin corectarea abaterilor dintr-o variabilă de proces după ce acestea au apărut; și cu acțiune perturbatoare, care previne apariția abaterilor în variabila de proces.
Controlul feedback-ului
Controlul în buclă închisă este o metodă de control automat în care valoarea măsurată a unei variabile de proces este comparată cu valoarea sa de referință de preluare și se ia măsuri pentru a corecta orice abatere a variabilei de la punctul de referință.
Principalul dezavantaj al unui sistem de control în buclă închisă este că nu începe să regleze procesul până când variabila controlată a procesului se abate de la valoarea sa de referință.
Temperatura trebuie să se schimbe înainte ca sistemul de control să înceapă să deschidă sau să închidă supapa de control de pe linia de abur. În majoritatea sistemelor de control, acest tip de acțiune de control este acceptabil și este integrat în proiectarea sistemului.
În unele procese industriale, cum ar fi producția medicamente, nu se poate permite variabilei de proces să se abate de la valoarea punctului de referință. Orice abatere poate duce la pierderea produsului. În acest caz, este necesar un sistem de reglementare care să anticipeze schimbările în proces. Acest tip proactiv de reglare este asigurat de un sistem de control condus de perturbări.
Controlul perturbărilor
Controlul determinat de perturbări este un control proactiv, deoarece prezice schimbarea așteptată a variabilei controlate și ia măsuri înainte ca această schimbare să aibă loc.
Aceasta este diferența fundamentală dintre controlul perturbațiilor și controlul feedback-ului. O buclă de control al perturbației încearcă să neutralizeze perturbația înainte de a afecta variabila manipulată, în timp ce o buclă de control cu feedback încearcă să gestioneze perturbația după ce afectează variabila manipulată.
Sistemul de control al perturbaţiilor are avantaj evidentînainte de sistemul de control al feedback-ului. La controlul prin perturbare, în cazul ideal, valoarea variabilei controlate nu se modifică, ea rămâne la valoarea setării acesteia. Dar controlul manual al perturbărilor necesită o înțelegere mai sofisticată a efectului pe care perturbația îl va avea asupra variabilei controlate, precum și utilizarea unor instrumente mai complexe și mai precise.
Este rar să găsești un sistem pur de control al perturbărilor într-o plantă. Când se folosește un sistem de control al perturbațiilor, acesta este de obicei combinat cu un sistem de control cu feedback. Chiar și așa, controlul perturbărilor este destinat numai operațiunilor mai critice care necesită un control foarte precis.
Sisteme de control cu un singur circuit și multi-circuit
Un sistem de control cu o singură buclă sau o buclă simplă de control este un sistem de control cu o singură buclă, care de obicei conține un singur element de detectare primar și asigură procesarea unui singur semnal de intrare către controler.
Unele sisteme de control au două sau mai multe elemente primare și procesează mai mult de un semnal de intrare per controler. Aceste sisteme de control automat sunt numite sisteme de control „multi-buclă”.
Pe mașini universale controlul parametrilor procesului tehnologic și al mașinii este efectuat de către operatorul mașinii. De asemenea, ia decizii privind restructurarea echipamentelor, oprirea echipamentelor, alimentarea cu lichid de răcire etc. Se realizează menținerea parametrilor de funcționare ai echipamentului GPM (modul de producție flexibil) sau a liniei automate sistem de control(Fig. 12.1), care include instrumente de monitorizare și diagnosticare, care permite, la utilizarea PMG, să refuze personalul implicat direct în procesul tehnologic. Sistemul de control PMG folosește două surse de informații: un program de monitorizare a abaterilor de la funcționarea normală a PMG și informații provenite de la dispozitive de diagnosticare, cum ar fi senzorii părere, măsurarea parametrilor de mișcare (viteză, coordonate) a pieselor de lucru ale mașinii și a mecanismelor sale auxiliare sau a dispozitivelor de automatizare.
Orez. 12.1.
Instrumente suplimentare concepute pentru a îndeplini funcțiile operatorului sunt combinate într-un sistem care include dispozitive și instrumente de control, măsurare și diagnosticare (cu senzori pentru determinarea valorii parametrilor monitorizați), dispozitive pentru colectarea și procesarea inițială a informațiilor și luarea deciziilor.
În cazul înlocuirii operatorului, sistemul trebuie să: monitorizeze funcționarea mecanismelor PMG, evoluția procesului tehnologic de lucru, calitatea produse terminate, identificați abaterile de la normal
funcționarea PMG, inclusiv a celor care nu au dus încă la eșecuri și eșecuri, dar care pot deveni cauza lor în viitor; înregistrați eșecurile și eșecurile; formula soluții necesare pentru continuarea automată a funcționării motorului cu turbină cu gaz după o oprire temporară dintr-un motiv sau altul; dacă este necesar, întrerupeți funcționarea PMG, sunați un reglator și furnizați-i informații despre motivul abaterii de la funcționarea normală.
Sistemul de întreținere a mașinii constă din mai multe subsisteme care lucrează împreună sau independent în funcție de soluțiile de proiectare sau de condițiile de producție. Acestea includ un subsistem pentru monitorizarea stării sculei de tăiere, un subsistem de control al calității, un subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii și un subsistem pentru diagnosticarea mecanismelor.
Dispozitive subsisteme de monitorizare a stării sculelor de tăiere poate efectua monitorizare periodică sau curentă (Fig. 12.2, 12.3). Sculele axiale mici (burghiu, robinet, freze cu un diametru de până la 6-8 mm), precum și alte scule, sunt supuse inspecției periodice dacă monitorizarea curentă a stării lor este imposibilă sau impracticabilă. Pentru a implementa această procedură, trebuie dată o comandă de oprire a mașinii.
Dispozitivul de control poate fi amplasat în zona de lucru a mașinii, pe unitatea care transportă unealta, în magazinul de scule. Metoda de măsurare este de obicei directă, folosind senzori inductivi, electromecanici sau fotoelectrici. În fig. Figura 12.2 prezintă o diagramă pentru monitorizarea stării sculei 2 pe mașina multifuncțională 6. După prelucrarea piesei de prelucrat 1 și retragerea sculei cu burghiul, sonda 3 intră în contact. Dacă unealta se rupe, poziția sondei se schimbă, în urma căreia pârghia 4 se rotește și încetează să influențeze senzorul de contact electric (întrerupător de limită) 5. Pe baza semnalului acestuia din urmă, sistemul de control dă o comandă de a opri procesarea și de a înlocui unealta cu o rezervă sau chemați un tehnician de service. Un senzor de tip BVK sau un senzor Hall poate fi folosit ca senzor, ceea ce îi crește semnificativ durata de viață și funcționarea fără probleme.
Pentru monitorizarea stării sculă de tăiere pe strung utilizați metoda de măsurare a coordonatelor vârfului tăietorului. După
din următoarea trecere, tăietorul se deplasează în poziția de control, iar dacă nu există un contact electric între vârful tăietorului și placa specială de contact, se trimite un semnal de întrerupere a procesului de prelucrare, urmat de înlocuirea sculei sau apelarea unui reglator.
cap; 3- unealta; Mașină cu 4 axe
Orez. 12.2. Schemă de monitorizare a unei scule de tăiere pe o mașină multitasking
Orez. 12.3. Amplasarea capului de măsurare pe mașina polivalentă: 1 - masă; 2-măsurare
Pentru control unealta situată în magazia mașinii multifuncționale, Se folosesc camere de televiziune realizate pe baza matricelor CCD care, cu o calitate satisfăcătoare a imaginii, pot reduce semnificativ costul echipamentului. Imaginea instrumentului este proiectată pe ecran și sistem electronic„citește” secvențial imaginea și o transferă în memoria computerului. Datorită calității scăzute a imaginii, se folosesc metode matematice speciale pentru a o restaura. Pentru a identifica o defecțiune, imaginea de referință înregistrată în memoria computerului după instalarea unui instrument nou este comparată cu imaginea aceluiași instrument, dar care funcționează deja. Timpul necesar pentru a transfera imaginea în memoria computerului este destul de scurt, ceea ce permite efectuarea măsurătorilor fără oprire. Indiferent de dimensiunea instrumentului, camera este întotdeauna în aceeași poziție.
Se efectuează control periodic şi dacă este necesar, introduceți corecția în programul de controlîn cazul înlocuirii unei scule uzate sau rupte cu o rezervă. Pentru a face acest lucru, utilizați un cap de măsurare cu un senzor tactil pe strung
La mașini, se măsoară surplusul frezelor, la mașinile multifuncționale (vezi Fig. 12.3) - lungimea și diametrul sculei.
Capul de măsurare ocupă o anumită poziție în zona de lucru a mașinii: pe masa multifuncțională sau pe cap strung. Astfel de măsurători fac posibilă „legarea” unealta de sistemul de coordonate al mașinii, obținerea de informații despre prezența sculei în ax și monitorizarea uzurii și integrității acesteia.
Monitorizarea stării curente este supusă unealtă axială cu un diametru mai mare de 8... 12 mm,și freze si freze tipuri variate. Controlul se efectuează în timpul procesului de tăiere; scopul lui este avertizare Situații de urgență care apar atunci când o unealtă se defectează brusc. Metoda de monitorizare a curentului este în principal indirectă (prin cuplu, curentul motorului principal de acţionare, sarcină, acceleraţie etc.).
Astfel, atunci când unealta devine tocită, forța de tăiere crește și, prin urmare, sarcina (cuplul) asupra motorului și curentul care curge prin înfășurările sale. Sensibilitatea unui senzor de cuplu care funcționează pe acest principiu depinde de tipul de motor, de puterea acestuia și de mărimea raportului de transmisie al lanțului cinematic dintre motor și ansamblul ax. Înainte de începerea fiecărui ciclu de tăiere, sarcina fără sarcină trebuie măsurată și stocată.
Măsurarea sarcinii axiale pe un șurub de mașină folosind extensometru,încorporat în suportul șurubului, vă permite să monitorizați uzura sculei, precum și modificările modului său de funcționare în timpul prelucrării unui lot de piese de prelucrat (de exemplu, o modificare de 0,2...0,3 mm este înregistrată pe un strung ). Semnalul de la un astfel de senzor este practic lipsit de interferențe. Senzorul este cu inerție scăzută, adică poate înregistra sarcini care se schimbă rapid cauzate, de exemplu, de rotirea neuniformă a șurubului de plumb într-o singură rotație.
Pentru a măsura încărcătura suferită de turnulețe, cutii de arbore și ansambluri de arbore, sunt încorporate în ele extensometre realizate sub formă de rulmenți. Rotirea fiecărei bile de rulment sub o sarcină corespunzătoare provoacă deformarea locală a inelului exterior, care este detectată de extensometrele situate într-o canelură de pe suprafața exterioară a inelului. La procesarea semnalului de ieșire al senzorului, trebuie să țineți cont de pulsația acestuia, a cărei frecvență este direct legată de viteza axului.
Pentru a măsura sarcina care acționează asupra diferitelor noduri, acestea sunt utilizate pe scară largă. senzori piezo superiori(Fig. 12.4). Sensibilitatea lor este mai mare decât cea a termistorilor, iar lățimea de bandă le permite să înregistreze modificări destul de rapide ale sarcinii care acționează asupra unealtei.
Soluțiile de proiectare implementate la utilizarea unor astfel de senzori sunt diferite. De exemplu, acestea sunt construite într-o placă plasată
Orez. 12.4. Senzori piezo pentru măsurarea forței de tăiere: A
schema circuitului de masurare; b - implementarea sa constructivă; (1 - element elastic; 2 - senzor piezoelectric; 3 - piesa mașină; 4 - suprafete de contact, / - baza de măsurare a senzorului; R,- forta de tractiune-compresiune;
R, - forța de strângere
sub capul turelei unui strung. Pentru a crea
preîncărcare, senzorul piezoelectric ar trebui să iasă cu 10... 15 µm deasupra suprafeței.
Uzura sculei poate fi determinată de accelerația undei elastice, care
se extinde de la zona de tăiere până la locul de instalare a senzorului
(1accelerometru), fixare
emisie vibroacustică. Dacă unealta se rotește, senzorul
instalat pe masa mașinii; Dacă
unealta este staționară, iar piesa de prelucrat se rotește - pe suportul sculei sau pe corpul turelei. Atunci când utilizați astfel de senzori, este necesar pentru instrumente
fiecare tip, determinați în prealabil domeniul de frecvență, în
în care legătura dintre parametri se manifestă cel mai mult
emisii vibroacustice cu uzura sau spargerea sculei. Numărul de îmbinări dintre piesa de prelucrat (sau unealtă) și senzor trebuie redus cât mai mult posibil, deoarece acestea au un efect de deformare (slăbește vibrațiile), ceea ce face măsurătorile dificile.
Se măsoară timpul de funcționare a sculei temporizator, timpul de introducere și tăiere - senzor de forță sau accelerare(se înregistrează momentele începutului și sfârșitului procesului de tăiere), mărimea componentelor forțelor de tăiere - senzori de presiuneîn lagăre hidrostatice de arbore sau senzori magnetoelastici, măsurarea cuplului de tăiere, EMF - milivoltmetru, rezistența electrică de contact între piesa de prelucrat și unealtă - ohmmetru.
Trebuie luat în considerare faptul că fiabilitatea monitorizării automate a stării unei scule de tăiere este relativ scăzută. Motivele pot fi microfisuri în piesa de tăiere, eterogenitatea și fluctuațiile locale ale durității atât a materialului prelucrat, cât și a instrumentului și alți factori care nu pot fi determinați prin mijloace automate. De aceea este recomandat control dublu durata de viață a sculei pentru înlocuirea ei la timp și starea reală a sculei conform unuia dintre parametrii indirecti (monitorizarea curentului).
La proiectarea echipamentelor, senzorii utilizați pentru controlul instrumentului nu sunt proiectați. Proiectantul selectează un senzor produs comercial sau comandă un senzor special, ale cărui caracteristici corespund sarcinii în cauză și îl integrează în zona corespunzătoare a mașinii.
În literatură sunt descrise diverse dispozitive utilizate în subsistemul de monitorizare a stării sculelor de tăiere. Unul dintre astfel de dispozitive este sistemul Monitor utilizat în mașina care funcționează cu gaz. Sistem de monitorizare cu un indicator de contact (vezi Fig. 12.5) se bazează pe informațiile provenite de la antrenarea de alimentare a mașinii și de la senzori care înregistrează mișcarea ansamblului mesei și axului. În Monitor sunt introduse trei seturi de date: 1) constante care determină setările dispozitivului pe o anumită mașină, tipul de control și nivelul semnalului de la senzor (de exemplu, curent); 2) chestionare instrumentale care conțin date continue despre caracteristicile instrumentelor specifice; 3) un program de control compilat pentru fiecare piesă de prelucrat. Datele sunt introduse cu ajutorul tastaturii; Un ecran de afișare sau un afișaj digital este utilizat pentru a afișa informații.
Orez. 12.5. Circuit de monitorizare cu indicator de contact: 1 - indicator de contact; 2 - gol (parte); 3 - panou de control; 4 - dispozitiv de introducere a informațiilor; 5 - terminale; 6 - calculator principal de control; 7 -
tejghea; 8 - rigle de impuls
LA dispozitivele subsistemului de control al calității(Fig. 12.6) includ dispozitive de control activ (PAC), utilizate în condiții de producție în masă și pe scară largă, și senzori tactile, utilizați în condiții de producție de masă.
Daca este necesar control automat dimensiuni, forme și precizia instalării piesei de prelucrat și (sau) piesei prelucrate pe diferite
Orez. 12.6. Scheme tipice de control al preciziei de procesare atunci când se utilizează PAK (о) și ajustarea automată ( 6)
etapele de prelucrare folosesc PAC, care poate fi amplasat atât în zona de lucru a mașinii (Fig. 12.6, A), si cu control ciclic automat. În același timp, în sistemul de control al mașinii sunt organizate două fluxuri de informații. Primul asigură procesul de procesare conform unui program dat, al doilea este folosit pentru reglarea nivelului de setare. Operatorul participă, de asemenea, la controlul procesului de prelucrare; sarcina sa este de a regla nivelul de reglare al mașinilor și comenzilor active. În al doilea flux de informații există două bucle de control: bucla / se referă la sistemul de control automat care utilizează un sistem de control sau un auto-reglator (Fig.
12.6, b), contur II- la un sistem de reglare manuală a procesului de prelucrare folosind instrumente de măsură convenționale
dispozitiv. Diagramele sunt denumite convențional: TO - funcționare tehnologică; ȘI DESPRE - agentie executiva mașinărie; MP - mecanism de reglare a mașinii; A
- - reparator auto; E - standard; IP - Aparat de măsură; op
- - operator.
pentru rugozitatea prelucrată
Pentru control dimensional piesele de prelucrat și (sau) piesele (și în unele cazuri pentru suprafața de control) pe mașinile CNC și GPM sunt utilizate de capete de măsurare (IG) (uneori
numite indicatori de contact). IG (Fig. 12.7), constând dintr-o sondă completă cu o unitate electronică și un dispozitiv de transmitere a semnalului fără fir (de obicei folosind raze IR), este amplasat în magazia de scule, de unde manipulatorul îl deplasează spre ax (la găurire, mașini de frezat și alezat) sau cap de turelă (la strunguri).
Orez. 12.7. Cap de măsurare: 1 - vârful sondei; 2 - sonda; 3 -
mecanism de transmisie; 4 - mecanism de echilibrare a sondei; 5 - contact electric; 6 - bloc generator de semnal tactil; 7 - semnal transmis către unitatea electronică sau către emițător
Cu mișcarea relativă a vârfului sondei și a suprafeței controlate, acestea se ating. Sonda se abate de la poziția inițială,
contactul electric din interiorul IG se deschide, iar semnalul tactil este generat
un circuit special, intră în CNC printr-o unitate electronică, unde datele primite sunt comparate cu valorile specificate ale parametrului corespunzător.
IG similare sunt utilizate pentru controlul alocațiilor și poziționarea piesei de prelucrat, pentru controlul intermediar al pieselor de prelucrat pe mașină în timpul prelucrării și controlul final al piesei prelucrate pe mașină. În acest caz, pentru a determina distanța dintre două plane, se măsoară coordonatele a trei puncte de pe fiecare dintre ele și se calculează diferența lor. Pentru a determina poziția centrului găurii, se măsoară coordonatele a trei puncte din secțiunea radială și apoi se calculează coordonatele centrului cercului care trece prin aceste trei puncte (toate aceste proceduri sunt efectuate automat.
La proiectarea echipamentelor de procesare, PAK și IG nu sunt de obicei proiectate; sunt dezvoltate de special organizații de proiectare. Proiectantul echipamentului construiește în echipament un dispozitiv produs comercial sau special. El trebuie însă să aibă grijă de elaborarea algoritmilor pentru funcționarea în comun a mașinii și a dispozitivului de control (măsurare, calcule, recomandări de luare a deciziilor).
Stabilitatea procesului de prelucrare pe mașini moderne cu program controlat vă permite să nu construiți dispozitive de măsurare în ele, ci să utilizați o mașină de măsurat în coordonate (CMM) instalată în atelier pentru controlul periodic al calității prelucrării. În acest caz, operatorul mașinii sau tehnicianul de service instalează piesa prelucrată pe un CMM, măsoară parametrii controlați și, în funcție de rezultatele obținute, trimite piesa pentru prelucrare suplimentară sau ulterioară operare tehnologicași, dacă este necesar, efectuează ajustări la mașină.
Subsistem pentru monitorizarea funcționării mecanismelor mașinii(Fig. 12.8) include o serie de dispozitive de măsurare care înregistrează abaterile de la normă (de exemplu, supraîncălzirea mișcării motorului principal este înregistrată de un senzor de temperatură). La ieșirea acestor dispozitive se formează
Orez. 12.8. Structura subsistemului de monitorizare a funcționării mecanismelor; IU, IU 2 ... IU„ -aparate de măsurare; D - senzor; POS - prelucrare primară semnal; USO - dispozitiv de colectare și prelucrare a informațiilor; DPR - dispozitiv de decizie; URR - dispozitiv de implementare a soluției
semnale normalizate care intră în dispozitiv pentru colectarea și prelucrarea informațiilor, de unde sunt transmise către dispozitivul decizional. Aici ținând cont Informații suplimentare se ia o anumită decizie, care ulterior este implementată sub forma unor comenzi adecvate.
În structura lor, dispozitivele cu microprocesor sunt identice cu unitățile CNC moderne și diferă de acestea numai prin compoziția modulelor pentru comunicarea cu un dispozitiv extern, prezența senzorilor de feedback și a dispozitivelor de măsurare.
Subsistem pentru diagnosticarea stării mecanismelor trebuie să asigure funcționarea mașinii cu intervenția minimă a operatorului. Există dispozitive pentru diagnosticarea acționărilor hidraulice ale mașinilor-unelte, rulmenților, cutiilor de viteze, cutiilor de alimentare și altor dispozitive similare.
Controlul și compensarea unităților de deformare tipice ale mașinii fac posibilă asigurarea prelucrării cu precizie în timpul funcționării pe termen lung. Astfel, din cauza încălzirii, ansamblul axului se mișcă, ceea ce duce la o scădere a preciziei de prelucrare. Compensarea în acest caz se bazează pe măsurarea periodică a deplasărilor reale ale pieselor de ansamblu în spațiu. Folosind un IG montat pe axul mașinii, se măsoară poziția suprafeței de referință pe masa sa, sau folosind un IG pentru controlul sculei instalat pe masa mașinii, se măsoară poziția dornului de referință în ax. Diferența dintre rezultatele măsurătorilor succesive determină deplasarea axului pe perioada corespunzătoare de timp. Introducerea acestei valori în memoria CNC vă permite să corectați mișcările specificate în program de control, și astfel compensează influența deformațiilor termice.
Similar sisteme de diagnosticare proiectat de proiectantul mașinii, de obicei din elemente produse în serie sau speciale, deși în unele cazuri este necesară dezvoltarea unor dispozitive speciale de diagnosticare. Releele cu diafragmă cu burduf sunt adesea folosite ca astfel de dispozitive.
