WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 43 |
Министерство образования Российской Федерации Омский государственный технический университет А.В. Федотов Автоматизация управления в производственных системах Учебное пособие Допущено Министерством образования Российской федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки бакалавров и магистров «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств», специальностям «Технология машиностроения», «Металлообрабатывающие станки и комплексы», «Инструментальные системы интегрированных машиностроительных производств» направления подготовки дипломированных специалистов «Конструктивно-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и специальности «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)» направления подготовки дипломированных специалистов «Автоматизированные технологии и производства» Омск 2001 УДК 658.012.011.56(075) ББК 32.965я73 Ф 34 Рецензенты:

В.С. Щербаков, д-р техн. наук, академик РАЕН, СибАДИ;

И.И. Яновский, д-р академии транспорта, проф., академик РАЕН.

Омский филиал Новосибирской государственной академии водного транспорта;

В.А. Григорьев, канд. техн. наук, доцент, зам. генерального директора ОмПО им. П.И. Баранова.

Федотов А.В.

Ф 34 Автоматизация управления в производственных системах: Учеб. пособие. Омск: Изд-во ОмГТУ, 2001. – 354 с.

ISBN 5-8149-0108-Х Излагаются вопросы построения автоматизированных систем управления оборудованием и технологическими процессами автоматизированных производственных систем. Рассмотрены особенности объектов управления и общие принципы построения автоматизированных систем управления оборудованием и технологическими процессами, задачи и средства системы управления основные принципы управления, методы описания и расчета систем управления.

Предназначено для студентов вузов, обучающихся по направлениям "Автоматизированные технологии и производства", "Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств".

А.В. Федотов, Омский государственный технический университет, ISBN 5-8149-0108-Х Введение Автоматизация различных видов производства является важным направлением научно-технического развития общества. Автоматизация ведет к повышению производительности труда, освобождению человека из производственного процесса, к повышению качества продукции и к более полному удовлетворению потребностей общества.

Основу современной автоматизации составляет концепция гибкой и безлюдной технологии. Безлюдная технология рассматривается как высокоавтоматизированный способ производства без участия (или с минимальным участием) людей в производственных процессах. Гибкая технология предполагает устранение ограничений (или существенное их сокращение) на характер выпускаемой продукции и резкое сокращение требуемых объемов подготовительных работ при переходе на новую продукцию. Под гибкой технологией понимается высокоавтоматизированное многономенклатурное производство, позволяющее в короткие сроки и в автоматизированном режиме осваивать выпуск новой продукции.

Наиболее полно гибкая и безлюдная технологии реализуются в гибких производственных системах и в гибких автоматизированных производствах. Гибкие производственные системы (ГПС) получают широкое распространение в производстве.

Для их разработки и внедрения задействованы значительные ресурсы общества.

Формирование основных направлений технической политики в этой области в промышленно развитых странах осуществляется под контролем и при содействии государства и ей придается важное значение. Внедрение ГПС позволяет осуществить сочетание высокой производительности комплексно автоматизированного производства с малыми партиями выпускаемых изделий и с коротким периодом освоения их производства. "Именно ГПС, а не промышленные роботы знаменуют собой начало этапа научно-технической революции..." - утверждает Дж. Хартли [1].

В отечественной практике ГПС определяется как совокупность в разных сочетаниях оборудования с ЧПУ, роботизированных технологических комплексов, гибких производственных модулей, отдельных единиц технологического оборудования и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течение заданного интервала времени, обладающая свойством автоматизированной переналадки при производстве изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик.

Использование ГПС позволяет повысить коэффициент использования технологического оборудования при многономенклатурном производстве до 85 – 90 %, сократить цикл изготовления продукции в 2 - 3 раза, сократить долю человеческого труда в производстве в 20 раз.

Современные автоматизированные производственные системы и ГПС предполагают интеграцию высокоавтоматизированных производственных систем различного назначения: системы автоматизации управленческого труда, системы автоматизации инженерного труда, системы автоматизации технологических процессов и т.д. В современном автоматизированном производстве используются автоматизированные системы управления (АСУ), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы технической подготовки производства (АСТПП), автоматизированное и автоматическое технологическое оборудование, автоматические линии и другие средства автоматизации.

Создание автоматического оборудования, автоматизация производственных процессов неизбежно связаны с необходимостью автоматизации управления таким оборудованием и процессами. При этом современные системы автоматизации управления становятся все более сложными, многофункциональными и интеллектуальными. Возможности и характеристики системы управления во многом определяют возможности и характеристики производственной системы в целом.



Система управления обеспечивает "сборку" компонентов производственной системы в единую технологическую систему и управление этой системой с целью обеспечения выполнения требуемого производственного цикла. Современная автоматизированная система управления оборудованием и производственными процессами является сложной компьютерной иерархической системой, ее проектирование и эксплуатация представляется сложной инженерной задачей, для решения которой нужны объединенные усилия многих квалифицированных инженеров и техников.

1. Задачи и объекты управления в автоматизированных производственных системах 1.1. Структура автоматизированной производственной системы Функции автоматизированной производственной системы можно разделить на производственные и информационные. Производственные функции заключаются в реализации в автоматизированном режиме технологических процессов выпуска продукции. Информационные функции связаны с реализацией процессов сбора, обработки, хранения и выдачи информации о состоянии производственной системы и результатах производства оперативному персоналу и автоматическим системам для целей управления и учета.

Рис. 1.1. Состав ГПС Автоматизированная производственная система является совокупностью технологического оборудования и автоматизированных систем различного назначения.

Функциональный состав автоматизированной производственной системы рассмотрим на примере ГПС (рис. 1.1).

Операции технологического процесса реализуются с помощью оборудования с ЧПУ, гибких производственных модулей ГПМ, роботизированных технологических комплексов РТК и другого автоматического технологического оборудования ТОб. Автоматическая работа и переналадка технологического оборудования обеспечиваются системами обеспечения: АСУ ГПС - автоматизированная система управления ГПС; АТНС - автоматизированная транспортно-накопительная система;

АСИО - автоматизированная система инструментального обеспечения; АСУО - автоматизированная система удаления технологических отходов; САК - система автоматизированного контроля.

Обобщенная компоновка ГПС показана на рис. 1.2. В составе ГПС можно выделить гибкие производственные модули ГПМ, автоматизированную складскую систему АСС (автоматизированный склад), автоматизированную транспортную систему АТС и автоматизированную систему управления АСУ ГПС. При небольших масштабах ГПС АСС и АТС могут рассматриваться в виде единой транспортнонакопительной системы.

Общее управление в ГПС осуществляет АСУ ГПС, которая является двухуровневой иерархической системой (может быть и большее число уровней). Объектами управления для АСУ ГПС являются: оборудование, системы и технологические процессы ГПС. Нижний уровень иерархии образуют локальные системы управления СУ конкретным оборудованием, обеспечивающие управление рабочим циклом этого оборудования. Верхний уровень АСУ ГПС осуществляет управление производственным циклом ГПС в целом.

Обмен информацией между локальными СУ и верхним уровнем в процессе управления производится с использованием информационной магистрали АСУ ГПС, которая может иметь разную реализацию. Соединение локальных СУ с магистралью АСУ ГПС производится с использованием устройств сопряжения с объектом УСО.

В рамках рассмотренной структуры реализуются функциональные автоматизированные системы ГПС:

автоматизированная технологическая система, автоматизированная система снабжения заготовками, автоматизированная система инструментального обеспечения (АСИО), автоматизированная система удаления отходов техпроцесса (АСУО), система автоматического контроля (САК), автоматизированная система технологической подготовки производства (АСТПП), система автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированная система научных исследований (АСНИ), другие автоматизированные системы, обеспечивающие наиболее полную автоматизацию функционирования ГПС.

Рис. 1.2. Гибкая производственная система Состав реализованных в конкретной ГПС функциональных автоматизированных систем и объем реализации каждой системы определяют уровень автоматизации ГПС в целом и ее гибкость. Обычно в составе ГПС не реализуют автоматизированную систему проектирования САПР и систему автоматизации научных исследований АСНИ, передавая их функции системам более высокого уровня. Автоматизированная система подготовки производства АСТПП если и реализуется, то чаще всего в объеме системы автоматизированного программирования оборудования с ЧПУ (САП).

Рассмотренная выше структура ГПС характерна, в первую очередь, для отраслей машиностроения, приборостроения и металлообработки. В то же время принцип гибкой автоматизации и гибкие производственные системы получают все большее распространение в многономенклатурном производстве различных отраслей. Эти системы отличаются применяемым технологическим оборудованием и осуществляемыми технологическими процессами. Для их построения используются общие принципы и близкие схемно-технические решения.

В химической промышленности наряду с крупнотоннажным (массовым) производством стабильных химических продуктов (серная кислота, минеральные удобрения и др.) существуют и малотоннажные производства, выпускающие продукты разнообразной номенклатуры, обычно часто изменяющейся. Для таких производств эффективны ГПС.





Структурная схема гибкой автоматизированной химико-технологической системы ГА ХТС приведена на рис. 1.3 [4], где приняты следующие обозначения: ХТС - химико-технологическая система, МПД - мультиплексор передачи данных, УПД - Рис. 1.3. Гибкая химико-технологическая устройство последовательсистема ного доступа, АТС - автоматизированная транспортная система, АСС - автоматизированная система складов, РТК - роботизированный технологический комплекс, БД - база данных.

ГА ХТС обеспечивает многономенклатурное производство продуктов и обладает возможностью автоматизированной перенастройки при переходе к выпуску новой продукции. Все основные процессы этой системы управляются программно, и смена управляющих программ обеспечивает изменение рабочего процесса. При реализации ГА ХТС некоторые процессы остаются ручными, что определяет степень автоматизации производственной системы.

Для ГА ХТС характерны те же основные черты и те же компоненты, что и для ГПС. Соответственно имеются общие задачи управления, предполагающие типовые средства для их решения.

При проектировании автоматизированных производственных систем различного назначения используются общие системные принципы:

модульность построения;

системная совместимость компонентов;

распределенно-централизованное управление;

адаптация к изменениям в производственном процессе;

совместимость с другими производственными автоматизированными системами;

поэтапное внедрение.

Принцип модульности заключается в создании производственных систем различной конфигурации и различного назначения из ограниченного, функционально полного набора типовых унифицированных модулей.

Принцип системной совместимости требует наличия технологической, информационной, конструктивной, эксплуатационной и энергетической совместимости между компонентами производственной системы.

Принцип распределенно-централизованного управления предполагает обработку информации и решение задач управления в иерархической многоуровневой системе, обеспечивающей гибкость, повышение быстродействия и надежности.

Соблюдение принципа адаптации обеспечивает возможность продолжения функционирования производственной системы при непредвиденных изменениях номенклатуры и объема выпуска, при дефиците трудовых и сырьевых ресурсов и пр.

Совместимость автоматизированной производственной системы с другими автоматизированными системами предполагает возможность ее интеграции с автоматизированными системами САПР, АСНИ, АСТПП, АСУП путем объединения баз данных.

Принцип поэтапного внедрения заключается в поэтапном наращивании степени автоматизации производственного процесса и последовательном внедрении от нижних иерархических уровней производственной системы к ее верхним иерархическим уровням.

1.2. Объекты управления в производственной системе Наиболее высокий уровень автоматизации наблюдается в гибких производственных системах. В то же время в их составе присутствуют наиболее типичные для производства средства автоматизации, являющиеся объектами управления. Рассмотрим наиболее типичные производственные объекты управления на примере ГПС (рис. 1.2).

Гибкий производственный модуль ГПМ можно рассматривать как базовый компонент ГПС - гибкую производственную ячейку с расширенным составом оборудования и дополнительными возможностями по безлюдному функционированию [2]. Имеется стандартное определение ГПМ: Гибкий производственный модуль (ГПМ) - единица технологического оборудования для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик с программным управлением, автономно функционирующая, автоматически осуществляющая все функции, связанные с изготовлением продукции, имеющая возможность встраивания в гибкую производственную систему.

Гибкие модули ГПМ реализуют основные и вспомогательные операции технологического процесса и могут иметь разное назначение: выполнение механической обработки; термическая обработка; окраска и гальванические покрытия; сборка; технический контроль изделий и другие технологические операции [3]. На уровне модулей могут использоваться роботизированные технологические комплексы РТК, оборудование с ЧПУ и отдельные единицы автоматического технологического оборудования.

В составе ГПМ можно выделить основное оборудование ООб (станок, технологическая установка и др.) и вспомогательное оборудование ВОб. ООб служит для выполнения основных технологических операций для данного ГПМ, а ВОб обеспечивает автоматическое функционирование основного оборудования путем автоматизации, например, загрузки-разгрузки основного оборудования.

В качестве вспомогательного оборудования модулей могут использоваться промышленные роботы (ПР), автоматические манипуляторы, приемно-передающие столы и т.д. Оборудование ГПМ управляется от локальной системы автоматического управления СУ ГПМ, которая обеспечивает автоматическое выполнение требуемого рабочего цикла оборудования.

Автоматизированный склад обеспечивает накопление и хранение заготовок, полуфабрикатов, готовых изделий, инструмента, технологической оснастки и других предметов и материалов, необходимых для осуществления техпроцесса. Вместо одного склада в больших системах могут использоваться несколько складов и промежуточных накопителей. В этом случае уместно говорить об автоматизированной складской системе (АСС). Как правило, автоматизированный склад имеет локальную систему управления.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 43 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.