Các hệ thống điều khiển tự động(Tự động hóa quá trình sản xuất)

CHƯƠNG CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG 3.1 Khái niệm hệ thống điều khiển tự động - Các hệ thống điều khiển tự động có khả đảm bảo cho máy làm việc theo chương trình định trước - Máy tự động có khả thực chu kỳ làm việc lặp lặp lại cách xác * Khái niệm: Hệ thống điều khiển toàn thiết bị đảm bảo cho nhóm đối tượng thực nhiệm vụ để đạt mục đích Hệ thống điều khiển tự động hệ thống mà tất chức điều khiển thực khơng có tham gia trực tiếp người * Phân biệt: hệ thống điều khiển cấu riêng biệt hệ thống điều khiển toàn chu kỳ làm việc máy; hệ thống điều khiển theo dấu hiệu thông tin (nguồn thông tin phần tử mang thông tin, số lượng cấu trúc dịng thơng tin, loại phương pháp xử lý thông tin) - Nguồn thông tin/ thông tin đầu vào/ thơng tin cho trước: chương trình cho biết công việc hệ thống điều khiển cách rõ nét Nguồn thông tin chủ yếu chương trình điều khiển - Phần tử để thực chương trình gọi phần tử mang chương trình * Phân loại: Dựa vào dạng thông tin người ta phân biệt hệ thống điều khiển theo ba loại sau : Hệ thống điều khiển liên tục Hệ thống điều khiển xung Hệ thống điều khiển tổ hợp Trong hệ thống điều khiển liên tục, thông tin thể dạng giá trị liên tục Trong hệ thống điều khiển xung, thông tin biểu thị xung nối tiếp nhau.Có ba dạng thơng tin xung: thơng tin xung theo biên độ, thông tin xung theo bề rộng thông tin xung theo tần xuất Hệ thống điều khiển tổ hợp phối hợp hai hệ thống điều khiển trình điều khiển chu kỳ đơn giản thực hệ thống phân tán, cịn q trình điều khiển chu kỳ khác thực từ hệ thống điều khiển tập trung * Chức hệ thống điều khiển tự động: Thực chuyển dộng hành trình chuyển động chạy khơng cấu chấp hành theo định trước với tốc độ phạm vi cho phép Đảm bảo hoạt động máy theo nhịp xác định Đảm bảo dừng máy có cố xảy Điều chỉnh q trình cơng nghệ để đảm bảo chất lượng gia công Kiểm tra sai số kích thước sai số hình dáng chi tiết Điều khiển dây chuyền tự động cần điều chỉnh để chuyển đối tượng gia công Tính số lượng sản phẩm sản xuất Báo tín hiệu quy trình cơng nghệ, tình trạng máy để cán bộ, cơng nhân có biện pháp xử lý 3.2 Phân loại hệ thống điều khiển tự động Các hệ thống điều khiển tự động chia hai nhóm sau đây: - Hệ thống điều khiển chương trình khơng theo số - Hệ thống điều khiển chương trình theo số 3.2.1 Hệ thống điều khiển chương trình khơng theo số Các hệ thống điều khiển chương trình khơng theo số bao gồm: hệ thống điều khiển hành trình hệ thống điều khiển cam hệ thống điều khiển dưỡng chép hình 3.2.1.1 Hệ thống điều khiển hành trình * Khái niệm: Hệ thống điều khiển hành trình dùng để tự động hố chuỷển động thẳng dụng cụ cắt cấu khác máy với tốc độ cố định Chiều dài quãng đường xác định cách gá cữ chặn tang trống, thước trực tiếp máy Các cữ chặn thực chức cấu giới hạn chuyển động gọi cữ chặn cứng * Ví dụ: * Các cữ chặn tác động đến chuyển đổi hành trình Các chuyển đổi hành trình truyền lệnh tới cấu chấp hành máy tín hiệu điện tín hiệu thuỷ lực tín hiệu ép * Đặc điểm cữ chặn: - Nhược điểm: bị mịn nhanh bị phá huỷ, độ xác điều khiển không đảm bảo làm việc chịu tác dụng lực va đập với quán tính cấu chấp hành - Ưu điểm: kết cấu đơn giản giá thành không cao * ứng dụng: - Trên dây chuyền tự động hệ thống điều khiển hành trình dùng để điều khiển hành trình máy tổ hợp đứng cạnh nhau, để truyền từ máy sang máy khác để điều khiển chu kỳ làm việc đầu dao bàn máy chức giới hạn dịch chuyển (dùng cữ chặn cứng) cữ chặn cong có chức điều khiển dịch chuyển (dùng chuyển đổi hành trình) - Hệ thống điều khiển hành trình cữ chặn sử dụng để tự động hoá máy tiện, máy phay, máy rơvonve máy khác sản xuất hàng loạt lớn 3.2.1.2 Hệ thống điều khiển cam * Hệ thống điều khiển cam cung cấp thông tin Prophin cam Cơ sở hệ thống cấu cam kết hợp với cấu tay đòn * Đặc điểm: - Điều khiển chuyển động cấu chấp hành thực đẩy theo quy luật Prophin cam - Trong hệ thống điểu khiển cam, hệ số có ích cấu cam giảm độ mòn tăng * Chức hệ thống điều khiển cam: thực đồng thời sau: - Cơ cấu sinh lực - Cơ cấu điều khiển * Phân loại: Hệ thống cam chia loại: cam hình trụ, cam phẳng chuyển động tịnh tiến, cam đĩa hình, cam mặt đầu, cam cam hở * Thiết kế cấu cam * ứng dụng: Trong máy công cụ người ta dùng nhiều cam khác lắp trục để điều khiển cấu khác máy, trục gọi trục phân phối * Ví dụ: hình 3.6 - Ưu điểm: Hệ thống điều khiẻn trục phân phối có kết cấu đơn giản, độ cứng vững cao đảm bảo độ xác gia cơng - Nhược điểm hệ thộng điều khiển trình thay cam phức tạp tính vạn chúng thấp, ngồi cam cịn cần phải có thêm cấu tay địn (làm cho kết cáu thêm phức tạp) Các hệ thống điều khiển trục phân phối sử dụng rộng rãi sản xuất hàng loạt lớn hàng khói Tuy nhiên chúng sử dụng sản xuất hàng loạt ứng dụng phương pháp gia cơng nhóm 3.2.1.3 Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình * Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình dùng để tự động điều khiển tốc độ dịch chuyển cấu chấp hành máy Thông tin cho trước nhờ dưỡng chép hình cung cấp Các hệ thống điều khiển dưỡng chép hình sử dụng rộng rãi máy công cụ để gia công trục bậc bề mặt định hình sản xuất hàng loạt vừa * Nhược điểm hệ thống điều khiển dưỡng chép hình: - Phải chế tạo xác dưỡng chép hình - Rất khó thực tự động hố trình gá đặt dương chép hình - Quy luật chuyển động theo prophin dưỡng chép hình có độ xác khơng cao * Phân loại: hệ thống điều khiển dưỡng chép hình chia làm hai loại: hệ thống tác động trực tiếp hệ thống tác động gián tiếp j Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình tác động trực tiếp * Ví dụ: hình 3.8 * Trong hệ thống điều khiên dưỡng chép hình tác động trực tiếp tới đầu dị, đầu dò gắn cứng với cấu chấp hành máy, không qua cấu trung gian * ưu điểm: kết cấu đơn giản * Nhược điểm: - Dưỡng chép hình bị mịn nhanh, độ xác chép hình giảm - Khơng có khả điều khiển từ xa jj Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình tác động khong trực tiếp * Trong hệ thống điều khiển dưỡng chép hình khơng tác động trực tiếp đến cấu chấp hành mà tác động đến đattric cảm biến (thiết bị) tín hiệu từ đattric cảm biến (tỷ lệ thuận với biến đổi prophin dưỡng chép hình) đại lượng cần điểu khiển cấu chấp hành máy * Dựa theo nguyên lý thực chuyển động tương đối dưỡng chép hình so với bị chép hình, hệ thống điều khiển chia ra: - Hệ thống điều khiển dịch chuyển tay - Hệ thống điều khiển dịch chuyển tự động * Ví dụ: hình 3.9 * Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình tác động gián tiếp chia hai loại a) Dưỡng chép hình thiết bị chép hình tiếp xúc với b) Dưỡng chép hình thiêt bị chép hình khơng tiếp xúc với (đầu dị dịch chuển theo dưỡng chép hình có thay đổi khe hở để thay đỏi lượng bơi ép Thay đổi dòng điện thay đổi khe sáng) 3.2.2 Hệ thống điều khiển số * Điều khiển số hệ thống điều khiển mà hành trình điều khiển theo số Mỗi thông tin đơn vị ứng với dịch chuyển gián đoạn cấu chấp hành Đại lượng có tên gọi “khả giải hệ thống hay gọi giá trị xung * Cơ cấu chấp hành dịch chuyển với đại lượng ứng với giá trị xung Như biết giá trị xung q đại lượng dịch chuyển L cấu chấp hành xác định số lượng xung N cần thiết tác động để có lượng dịch chuyển L: L= q.N Số lượng xung N ghi kênh thông tin gọi chương trình xác định đại lượng thơng tin kích thước Các thông tin cần thiết ghi cá băng đục lỗ, băng từ, đĩa mềm nhớ máy vi tính Số lượng thơng tin ghi hệ thống mã hoá định Sử dụng hệ thống điều khiển số đạt mục đích sau: Tự động hoá thiết bị sản xuất với khả năg linh hoạt cao Có nghĩa khả điều chỉnh nhanh máy dây chuyền để thay đổi đối tượng gia cơng Hiệu chỉnh chương trình gia cơng đơn giản nhanh chóng đối tượng gia cơng có thay đổi kết cáu Tổ chức lập trình trung ( lập trình ngồi nhà máy) chuyển chương trình gia công từ trung tâm tới nhà máy điện thoại fax thư tín qua bưu điện Các chương trình lưu trữ để sử dụng lại Có thể lập trình tự động (với giúp đỡ máy tính) để nâng cao xuất độ xác gia cơng Hệ thống điều khiển số chia loại: Hệ thống điều khiển NC, hệ thống điều khiển CNC, hệ thống điều khiên DNC hệ thống thích ghi 3.2.2.1 Hệ thống điều khiển NC * Đặc điểm: - Hệ thống điều khiển NC cịn thơng dụng - Hệ điều khiển đơn giản với số lượng hạn chế kênh thơng tin - Các thơng số hình học chi tiết gia công lệnh điều khiển chuyển dạng dãy số * Nguyên tắc làm việc: Các lệnh đọc tuần tự, chờ nhớ đến sau lệnh trước thực xong bắt đầu  Nhược điểm: - Khi gia công chi tiết loạt hệ điều khiển phải đọc lại tất lệnh từ đầu khơng tránh khỏi sai sót tính tốn hệ điều khiển Do chi tiết gia cơng bị phế phẩm - Hệ điều khiển NC cần nhiều lệnh chứa băng đục lỗ băng từ nên khả mà chương trình bị dừng lại (khơng chạy) thường xun xảy Ngoài với chế độ làm việc băng đục lỗ tư nhanh chóng bị bẩn mịn, gây lỗi chương trình 3.2.2.2 Hệ thống điều khiển CNC * Đặc điểm: - Có tham gia máy vi tính - Có chương trình điều khiển cho loại máy - Hệ thống điều khiển CNC cho phép thay đổi hiệu chỉnh chương trình gia cơng chi tiết chương trình hoạt động thân - Chương trình nạp vào nhớ lúc lệnh tay từ bàn điều khiển - Các lệnh điều khiển khơng viết cho nhiều chuyển động lúc  giảm số câu lệnh chương trình nâng cao độ tin cậy làm việc máy - Hệ thống điều khiển CNC có kích thước nhỏ giá thành thấp so với hệ thống điều khiển NC, Ví dụ: nhiều hệ thống điều khiển loại có khả hiệu chỉnh sai số cố định máy - nguyên nhân gây sai số gia công - Hệ thống điều khiển số (NC CNC) dùng để điều khiển dịch chuyển liên tục để gia công bề măt định hình theo toạ độ để gia cơng lỗ cấu chấp hành máy * Ví dụ, hình 3.10 3.2.2.3 Hệ thống điều khiển DNC (Direct Numerical Control) * Vi du: * Đặc điểm: Nhiều máy cơng cụ CNC kết nối với máy tính trung tâm qua đường dẫn liệu máy cơng cụ có hệ điều khiển CNC mà máy tính tốn có nhiệm vụ chọn lọc phân phối thông tin (theo mũi tên 1) hay nói cách khác tính tốn cầu nối máy cơng cụ máy tính trung tâm Máy tính trung tâm nhận thơng tin từ điều khiển CNC theo mũi tên để hiệu chỉnh chương trình để đọc liệu từ máy công cụ Trong số trường hợp máy tính đóng vai trị đạo việc lựa chọn chi tiết gia công theo thứ tự ưu tiên để phân chia máy khác Hệ thống DNC có ngân hàng liệu trung tâm cho biết thơng tin chương trình gia công chi tiết tất máy công cụ Có khả truyền liệu nhanh có khả nối ghép vào hệ thống gia cơng linh hoạt FMS 3.2.3 Hệ thống điều khiển thích nghi Các máy CNC thơng thường có chu kỳ gia cơng cố định (chu kỳ cứng) xác định phần tử mang chương trình lần gia công chi tiết khác, chu kỳ lại lặp lại cũ, khơng có thay đổi Chương trình điều khiển khơng hiệu chỉnh có yếu tố cơng nghệ thay đổi  Sử dụng hệ thống điều khiển thích nghi phương pháp hồn thiện máy cơng cụ * Hệ thống điều khiển thích ghi hệ thống có tính đến tác động bên ngồi hệ thống công nghệ để điều chỉnh chu kỳ gia công (điều chỉnh q trình gia cơng) nhằm loại bỏ ảnh hưởng yếu tố tới độ xác gia công * Vi du:  Như vậy: - Hệ thống điều khiển thích nghi ổn định cơng suất cắt, mômen cắt hay nhiệt độ cắt - Tuy nhiên, hệ thống điều khiển thích ghi thường dùng để ổn định kích thước gia cơng - Cơ cấu kiểm tra chủ động ln ln xác định kích thước gia công tác động đến cấu điều khiển để ổn định kích thước chi tiết 3.2.1.3 Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình * Hệ thống điều khiển dưỡng chép hình dùng để tự động điều khiển tốc độ dịch chuyển cấu chấp hành máy Thông tin cho trước nhờ dưỡng chép hình cung cấp Các hệ thống điều khiển dưỡng chép hình sử dụng rộng rãi máy công cụ để gia công trục bậc bề mặt định hình sản xuất hàng loạt vừa * Nhược điểm hệ thống điều khiển dưỡng chép hình: - Phải chế tạo xác dưỡng chép hình - Rất khó thực tự động hố q trình gá đặt dương chép hình - Quy luật chuyển động theo prophin dưỡng chép hình có độ xác khơng cao  ... gồm: hệ thống điều khiển hành trình hệ thống điều khiển cam hệ thống điều khiển dưỡng chép hình 3.2.1.1 Hệ thống điều khiển hành trình * Khái niệm: Hệ thống điều khiển hành trình dùng để tự động. .. sau đây: - Hệ thống điều khiển chương trình khơng theo số - Hệ thống điều khiển chương trình theo số 3.2.1 Hệ thống điều khiển chương trình khơng theo số Các hệ thống điều khiển chương trình khơng... thông tin người ta phân biệt hệ thống điều khiển theo ba loại sau : Hệ thống điều khiển liên tục Hệ thống điều khiển xung Hệ thống điều khiển tổ hợp Trong hệ thống điều khiển liên tục, thông tin