Производственный процесс как объект управления

Производственный процесс на машиностроительном предприятии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств, и дискретных, чаще распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Так, технологический процесс механической обработки на станке является дискретным. Вместе с тем если рассматривать отдельную операцию, то на интервале времени одного рабочего хода и управления параметрами сил, режимов резания и других процесс можно рассматривать как непрерывный и управление осуществлять в контуре автоматического управления или регулирования.

Деление производственного процесса на фазы позволяет разрабатывать систему управления для фаз производства, так как каждая фаза имеет свои особенности независимо от конкретного вида изготовляемой продукции, локализована по месту и времени выполнения и является законченной частью производственного процесса. Конкретный вид изготовляемой продукции определяет состав технологических процессов различных типов (дискретный, непрерывный и др.) для каждой фазы производства, что влияет на выбор той или иной схемы системы управления с учетом достигнутого уровня автоматизации производства.

Структуру производственного процесса машиностроительного производства представим в.виде совокупности типовых задач управления независимо от типа и фазы производства (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Основные типовые задачи управления ПП

Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физико-химических свойств или геометрических размеров изделий, материалов или сырья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной особенностью этой группы задач является необходимость решения их в реальном масштабе времени. Сюда, как правило, входят механическая, термическая, гальванопокрытия и другие виды обработки, т. с имеем дело с управляемым технологическим процессом.

Управляемый технологический процесс – процесс, для которого определены основные входные (управляющие, управляемые и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, которые необходимо контролировать в реальном времени; установлены зависимости между входными воздействиями и выходными переменными (математические модели); разработаны методы их автоматического измерения и направленного изменения. В большинстве технологических процессов машиностроения приходится измерять такие величины, как температура, давление, сила, время, сила электрического тока, напряжение и т.п.

Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в требуемом режиме. Управляемый технологический процесс не может протекать вне и независимо от некоторой технической системы, обеспечивающей условия протекания процесса и способы воздействия на него. В этом смысле собственно процесс и технические средства, обеспечивающие его протекание, рассматриваются совместно. Однако при решении задач управления в ряде случаев удобнее разделять общую задачу на составные части и для каждой подзадачи выбирать свой способ решения.

 Технологическое оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить гибкость производства за счет быстрой перестройки режимов работы, а введение контуров обратной связи и адаптации в системе управления – повышение эффективности работы оборудования. Время реакции – секунды.

Третий класс задач включает вопросы автоматизации процессов управления технологическим оборудованием в ходе выполнения их производственных заданий и реализуют их с помощью вспомогательного оборудования. Основной круг вопросов обслуживания сводится к решению задач по загрузке и разгрузке оборудования, смене деталей и инструмента. Техническая реализация устройств обслуживания достаточно велика: от простейших роликовых направляющих до сложных автоматических устройств, управляемых ЭВМ. Они могутбыть составной частью технологического оборудования или их поставляют самостоятельно для работы в общей технологической системе. Время реакции – до десятков секунд.

К четвертой группе задач относят автоматизацию транспортных операций. Автоматизация транспортных работ осуществляется на базе специального класса транспортных роботов и манипуляторов. С помощью этих устройств и соответствующих систем управления организуется два материальных потока: поток заготовок (деталей) и поток инструмента. Транспортными системами может управлять либо автономная система программного управления, либо подсистема оперативного управления, входящая в общую систему управления. При проектировании транспортной системы существенное значение приобретают вопросы ее оптимизации за счет выбора целесообразных маршрутов и алгоритмов управления.

Задача автоматизации складских работ имеет ряд специфических особенностей, однако в силу ряда обстоятельств ее часто решают совместно с задачей автоматизации транспортных процессов. Это объясняется тем, что эти подсистемы тесно связаны между собой в производственном процессе и наиболее приемлемые технические решения получают при совместном рассмотрении на начальном этапе проектирования, когда выбирают общую схему организации работ и формируют технические требования на отдельные устройства и подсистемы, входящие в систему транспортно-складских работ. Время реакции — десятки секунд, минуты.

Следует отметить, что такое деление производственного процесса на типовые задачи не лишено некоторой условности из-за отсутствия четких границ между задачами вследствие их некоторого взаимного пересечения.

Вопрос 3

  Структурная схема системы автоматического управления

В общем случае система автоматического управления (САУ) (рис. 2.1) состоит из объекта управления ОУ, измерительного устройства ИУ, задающего устройства ЗУ, сравнивающего устройства СУ, усилителя У и исполнительного механизма ИМ.

Измерительное устройство или первичный измерительный преобразователь (датчик) измеряет управляемую величину технологического процесса и преоб-разует её из одной физической формы в другую (пример – датчик скорости).

Задающее устройство служит для задания требуемого значения регулируемой величины g (t), которое может быть постоянным или изменяться по опреде-ленному закону.

В сравнивающем устройстве определяется разность между заданным и текущим значением сигнала обратной связи (сигнал ошибки) x (t), который через усилитель У передается на исполнительный механизм ИМ.

Исполнительные устройства создают управляющие воздействия на объект управления для того, чтобы управляемая величина соответствовала заданному значению.

Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема САУ

Кроме основных элементов в автоматических системах имеются и вспомогательные, к числу которых относятся корректирующие элементы, служащие для улучшения качества процесса управления; переключающие устройства и элементы защиты, резисторы, конденсаторы; аппаратура сигнализации.

Все элементы автоматики независимо от их назначения обладают определенной совокупностью характеристик и параметров, которые определяют их эксплуатационные и технологические особенности.

Основной из главных характеристик является статическая характеристика элемента, которая представляет собой зависимость выходной величины X вых от входной X вх в установившемся режиме, т. е. X вых = f (X вх).