|
Системой автоматического управления называют совокупность всех элементов и устройств, обеспечивающих автоматическое управление объектом (станок, линия и т. д.) без непосредственного участия человека.
На рис. 284 представлены структурные схемы управления: без обратной связи (разомкнутые) и с обратной связью (замкнутые).
Элемент 1 этой схемы представляет собой устройство, задающее программу, которую выполняет система автоматического управления. Первичная информация подается в блок управления 2, который посылает сигналы управления в
исполнительное устройство 3, воздействующее на управляемый объект 4 (рис. 284, a). Эта схема характеризуется сквозным прохождением сигналов управления через все элементы или «блоки» автоматической системы и полной независимостью действия блока управления от информации о текущем состоянии управляемого объекта. Подобные схемы называются разомкнутыми или без обратной связи. В организации процессов управления большую роль играет получение информации о текущем состоянии управляемого объекта (например, размер, форма и т. д.). Схемы управления, основанные на использовании информации о результатах управления, называются замкнутыми (с обратной связью, рис. 284, б). Принцип обратной связи лежит в основе большинства процессов управления.
Классификация элементов автоматических устройств
Специфическими группами элементов автоматических устройств являются воспринимающие элементы, реле, усилители и исполнительные механизмы.
Источниками сигналов, поступающих в блок управления в разомкнутых системах (см. рис. 284, а), являются задающие устройства, а в замкнутых - задающие и измерительные устройства, посылающие в блок управления сигналы и информацию обратной связи (см. рис. 284, б). Назначение этих элементов в том, чтобы воспринимать изменение величины регулируемого параметра управляемой системы. Они называются воспринимающим и (или чувствительными) элементами. или механизмами системы. Сигналы, поступающие от воспринимающих, или чувствительных, элементов, а также от задающих устройств, воспринимаются блоками управления. В состав этих блоков могут входить различные элементы и механизмы.
Основными элементами схем блоков управления являются реле - приборы, служащие для преобразования, размножения, а иногда и для усиления сигналов. От блока управления команды они направляются к исполнительным механизмам автоматической системы.
Однако обычно команды, выходящие из блока управления, не обладают достаточной мощностью для приведения в действие исполнительных органов. Поэтому в системах автоматических устройств часто используют усилители, предназначенные для усиления сигналов блока управления и передачи их исполнительным механизмам. Усилители бывают электрические, гидравлические и пневматические.
Отдельную группу элементов автоматических устройств составляют исполнительные механизмы, приводящие в действие рабочие органы станка.
Воспринимающие элементы по характеру работы делятся на датчики и чувствительные механизмы. Датчиком называется такой чувствительный элемент, который воспринимает изменения величины какого-либо параметра и преобразует эти изменения в электрический сигнал. Чувствительные механизмы - такие устройства, которые при соответствующем изменении параметра не только вырабатывают сигнал того или иного вида, но и непосредственно выполняют необходимое включение, выключение или переключение исполнительных органов. Датчики служат для подачи команд и регулирования процесса (например, скорости перемещения исполнительного органа).
Для того чтобы станок выполнил требуемый прием обработки, на датчик должно быть оказано какое-то воздействие. Такое воздействие может быть оказано движущимися частями станка, изменением размера обрабатываемой заготовки скорости движения механизмов, давления рабочей среды и т. д.
В металлорежущих станках применяют путевые, размерные и силовые датчики. Путевыми датчиками механического типа являются подвижные и неподвижные упоры и кулачки. При встрече подвижной части станка с упором происходит необходимое движение промежуточного или исполнительного звена.
Путевые датчики (переключатели) выполняют чаще всего на электрической, пневматической или гидравлической основе, сигнал от которых поступает к исполнительным органам непосредственно или через промежуточные звенья.
Электрические путевые датчики контактного типа управления применяют для замыкания и размыкания электрической цепи управления в момент достижения движущейся частью станка заданной точки. Они называются переключателями и выключателями.
Путевые переключатели применяют чаще всего для переключения скорости (быстрый подвод, рабочая подача, отвод, обратный ход и т.д.), для ограничения хода и остановки движущихся частей в определенный момент пути.
Гидравлические и пневматические путевые датчики служат для того, чтобы открыть или закрыть в определенный момент доступ рабочей жидкости или воздуха к исполнительному звену.
Электрические размерные датчики применяют для замыкания или размыкания контактов электрической цепи управления при достижении на обрабатываемой поверхности заданного размера.
Силовые датчики создают командный импульс в момент, когда усилие в соответствующих механизмах станка или давление рабочей среды в системах управления достигает заданного значения.
В промежуточном звене происходит преобразование первоначального импульса, создаваемого датчиком. Мощность сигналов, снимаемых с измерительных и преобразующих приборов, в большинстве случаев настолько ничтожна, что ее недостаточно для срабатывания исполнительного устройства. Поэтому необходимо усиливать выходные величины сигналов измерительных приборов.
Измерительные элементы угловых положений
Измерительные элементы угловых положений механизмов - это датчики, предназначенные для точных измерений угловых положений исполнительных органов автоматических устройств. К ним относятся потенциометры, сельсины и вращающиеся трансформаторы.
Кольцевые потенциометры (рис. 285) представляют собой реостатные датчики углового отклонения. Напряжение на входе изменяется пропорционально угловому повороту вала 3, с которым жестко соединен подвижный контакт 1. Изменение напряжения происходит в момент перехода от одного витка сопротивления к другому. Выходным сигналом в этих потенциометрах является напряжение на клеммах спирали 2 и контакта 4.
Сельсин (рис. 286) - маленький электродвигатель, состоящий из статора и ротора. Сельсины предназначены для дистанционной передачи углового поворота в различных системах автоматического управления. Статор сельсина-датчика имеет три обмотки, соединенные между собой Три других конца обмотки статора сельсина-датчика 1 соединены с концами обмотки статора сельсина-приемника 2. Если повернуть ротор сельсина-датчика, то это вызовет «возмущение» электромагнитных полей в статоре сельсина-приемника, и его магнитное поле повернет ротор приемника на тот же угол.
Вращающиеся трансформаторы - асинхронные двигатели с фазным ротором. Они также предназначены для дистанционной передачи углового поворота, но с большим, чем у сельсинов, крутящим моментом.
Исполнительные механизмы
Исполнительный блок в системах автоматического регулирования и управления выполняет непосредственно действия, осуществляющие заданный прием управления (пуск и остановку станка, переключение золотников, открытие вентилей и т. д.). По принципу действия исполнительные механизмы делятся на электрические, гидравлические и пневматические.
К электрическим устройствам относятся электродвигатели переменного и постоянного тока.
В системах программного управления широкое применение находят шаговые электродвигатели.
Шаговый электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из статора и ротора (рис. 287, а, б). На внутренней поверхности статора 1 расположены три ряда (секции) полюсов. Расстояние между полюсами электромагнита равно расстоянию между зубцами ротора 2. Полюса первого статора и ротора расположены точно друг против друга, полюса второго электромагнита смещены относительно зубцов ротора на 1/3 шага, а полюса третьего электромагнита - на 1/3 шага. Обмотки полюсов каждого ряда соединены последовательно. Если поочередно подавать импульсы тока постоянного напряжения на обмотки полюсов шагового электродвигателя, то ротор будет прерывисто поворачиваться на строго определенную величину - один угловой шаг на каждый импульс тока. При малой частоте включений в единицу времени (до 30 имп/сек) происходит импульсное движение стола, при большой частоте движение стола становится плавным.
Привод с шаговым электродвигателем применяют тогда, когда управление рабочими органами станка производится дискретными сигналами, т. е. отдельными импульсами, которые идут с определенной частотой и в определенном количестве. Вал шагового электродвигателя вращается прерывисто, так как каждому управляющему импульсу
соответствует поворот вала на определенный угол (шаг), которому в свою очередь соответствует определенное перемещение исполнительного органа станка. Частота шаговых перемещений определяет скорость перемещения, а количество шаговых перемещений - величину перемещения исполнительного органа станка. Это свойство шагового электродвигателя дает возможность использовать его в системах программного управления без обратной связи, что значительно упрощает систему управления и делает ее более надежной в работе.
Электромагниты предназначены для выполнения быстрых перемещений рабочих органов на небольшие расстояния. Их применяют для управления гидравлическими и пневматическими вентилями, кранами, золотниками.
Электромагнитные фрикционные муфты являются устройствами для передачи крутящего момента. Их применяют для сложных автоматических переключений станков, прессов и других машин. Применение электромагнитных муфт освобождает рабочего от переключений рычагов и рукояток, требующих затрат рабочего времени. С помощью электромагнитных муфт осуществляется переключение зубчатых колес, реверсирование электродвигателей, соединение концов двух валов, регулирование величины передаваемого момента, обеспечивается дистанционное управление процессами переключения.
Гидроприводы применяют в станках главным образом для получения прямолинейных движений в механизмах подачи и главного движения в протяжных, строгальных, шлифовальных, агрегатных и других станках, а также в приспособлениях к металлорежущим станкам для закрепления обрабатываемых заготовок и в блокировочных механизмах для предохранения от одновременного включения двух механизмов.
Кроме того, гидроприводы применяют в механизмах управления станками, например, для переключения передвижных шестеренных блоков в коробках скоростей и подач, для переключения муфт, тормозов и т. д.
Основное преимущество гидропривода заключается в том, что он допускает возможность бесступенчатого регулирования скоростей и подач рабочих органов в значительных диапазонах, автоматического управления скоростями и подачами во время работы, получения значительных давлений и др. Гидравлические следящие устройства по сравнению с другими системами обладают наибольшей компактностью и надежностью в работе. Эти системы за последнее время получают все большее применение.
К недостаткам гидроприводов относятся: утечка рабочей жидкости (масла) через уплотнения и зазоры, проникновение воздуха в рабочую жидкость, изменение свойств рабочей жидкости в зависимости от температуры. Однако эти недостатки не могут существенно ограничивать область применения гидроприводов.
В гидравлических системах применяют шестеренные, лопастные и поршневые насосы. Поршневые и лопастные насосы могут быть регулируемые и нерегулируемые. Шестеренные насосы бывают только нерегулируемые, т. е. с постоянной производительностью.
Пневматические приводы
Распространенным источником энергии является сжатый воздух. Он обладает следующими преимуществами:
сжатый воздух можно легко передавать на большие расстояния по трубам, а с присоединением к концам трубопроводов гибких резиновых шлангов можно легко изменять направление и длину передачи;
по сравнению с электрической и паровой энергией энергия сжатого воздуха более безопасна:
воздух упруг, он быстро передает колебания и давления,
трубы воздухопроводов не замерзают;
отработавший воздух не нуждается в отводе через особые трубы;
в некоторых случаях сжатый воздух не может быть заменен ни паром, ни другим видом энергии.
Для получения сжатого воздуха и газов применяют специальные машины - воздушные компрессоры.
Пневмоприводы могут быть вращающимися и стационарными. Для закрепления деталей в пневматических патронах часто применяют вращающийся пневмоцилиндр.
|
