Електромеханічні системи, їх види і функціональна структура

Размещено на http://www.allbest.ru/

Розділ 1. електромеханічні системи, їх види і функціональна структура

У цьому розділі розглядаються первинні поняття таких об'єктів вивчення як «Електромеханічний пристрій», «Електромеханічна система», «Електропривод», «Електромеханічна система автоматичного керування», їх функціональне призначення, ієрархічна підпорядкованість та структурна побудова.

1.1 Електромеханічні пристрої та системи

Енергетичну основу технологічних об'єктів становлять переважно джерела та споживачі електричної енергії (електричні генератори й двигуни, електромагнітні та електронні пристрої). Це обумовлено перевагами електричної енергії над іншими її видами. Основними з них є:

- можливість використання наявних енергоносіїв для ефективного виробництва електричної енергії;

- економічність передачі електричної енергії на великі відстані, розподілу між споживачами та перетворення в енергію інших видів;

- можливість побудови високоякісних автоматизованих систем управління технологічними процесами (АСУТП).

Основним видом обладнання для виробництва електроенергії та її використання в технологічних об'єктах є електромеханічні пристрої.

Електромеханічний пристрій це технічний об'єкт, який за принципом роботи виконує функцію перетворювача електричної енергії в механічну або механічної в електричну. Основними енергоперетворювальними пристроями в технологічних об'єктах є електричні машини (двигуни й генератори). За типом механічних переміщень рухомої частині (ротора) існують конструкції електричних машин з обертальним та зворотно-поступальним видами руху. Найбільше застосування знаходять електричні машини обертального руху. Завдяки властивості оборотності одна й та ж електрична машина може працювати в двигуновому або генераторному режимі. До категорії електромеханічних пристроїв відносяться також тягові електромагніти, що використовуються в підйомно-транспортних механізмах, релейно-контакторній апаратурі та багатьох інших технічних пристроях і системах.

У галузі науки і техніки «Електромеханіка» технічні об'єкти, що містять у своєму складі електромеханічні пристрої, прийнято називати електромеханічними системами, з додаванням до назви функціонального (технологічного) призначення цих систем. Поняття електромеханічної системи багатогранне. Щонайперше, ЕМС - це технічна система, яка здійснює перетворення електричної енергії в механічну або механічної енергії в електричну. Розглядаючи будь-який електромеханічний пристрій з позицій системного підходу, доходимо до висновку, що він є системою певного функціонального призначення, яка містить декілька елементів (можливо, й підсистем), конструктивно і функціонально пов'язаних між собою.

Електродвигун і електрогенератор, як складні енергоперетворювальні пристрої, є електромеханічними системами. У той же час вони є головними енергоперетворювальними підсистемами, що входять у склад ЕМС відповідного функціонально-технологічного призначення як структурні елементи. Широко розповсюджені електромеханічні перетворювачі дискретної дії - електромеханічні системи контакторів і реле, штовкачів, муфт ковзання та інших технічних пристроїв. Комплекси комутаційних пристроїв (релейно-контакторна апаратура) для підключення/відключення, контролю, сигналізації, блокування та захисту електротехнічних та електронних пристроїв також є електромеханічними системами. Якщо в наших розміркуваннях ми не торкаємось внутрішнього устрою системи, а розглядаємо лише її функціональні властивості, то цю систему відносимо до класу пристроїв.

В технологічних об'єктах з виробництва електроенергії (стаціонарних і мобільних) електромеханічними системами найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до електрогенераторів є перетворювальні агрегати (гідрогенератори, турбогенератори, дизель-генератори), в яких електромашинні генератори оснащені приводами їх роторів на базі турбін або двигунів внутрішнього згоряння. У промислових технологічних об'єктах електромеханічними системами найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до електродвигунів є електроприводи робочих органів технологічних машин. Автоматизовані технологічні об'єкти містять також ЕМС наступного, вищого за ієрархією, рівня. В енергогенеруючих об'єктах такою є ЕМС автоматичного регулювання параметрів електроенергії (напруги, частоти), а в технологічних об'єктах матеріального виробництва, трубопровідного транспорту та багатьох інших ЕМС керування (ЕМСК) процесами руху робочих органів технологічних машин (механізмів). В автоматизованих ТМ формування заданого закону руху електропривода та його відпрацювання електроприводом (автоматизованим) здійснюється автоматично, без участі людини, тому ЕМСК у складі таких ТМ є системами автоматичного керування. Електромеханічні системи автоматичного керування є окремим, достатньо специфічним і поширеним класом систем автоматичного керування [1]. Саме такі ЕМС є предметом вивчення навчальної дисципліни.

1.2 Основні поняття теорії управління. Терміни і визначення

Управління (керування) це цілеспрямована сукупність дій, які змушують об'єкт управління (наприклад, ТМ) виконувати певний алгоритм функціонування з бажаним результатом. Лексикою мови розмежування термінів «управління» та «керування» чітко не визначено, однак зазвичай термін «управління» застосовують для позначення функцій управління вищого рівня, які містять операції «командного» (координаційного) управління складними технічними (технологічними) об'єктами, а термін «керування» використовують стосовно до безпосереднього управління функціонуванням єдиного об'єкту (процесу) для виконання завдань, що надходять від системи управління (СУ) вищого рівня ієрархії.

Система управління (керування) це сукупність функціонально пов'язаних підсистем і пристроїв, що забезпечують виконання об'єктом управління (керування) певного (наприклад, технологічного) завдання. Якщо управління (керування) здійснюється без участі людини, то СУ (СК) називається автоматичною (САУ, САК). Прикладами автоматичних систем можуть бути Ск робочим органом технологічної машини та СК електроприводом, якщо не приймати до уваги операції вмикання/вимикання, налагодження та ін., що виконуються людиною (групою людей). Якщо окремі операції управління здійснює людина, то такі СУ (СК) називаються автоматизованими. До числа останніх можуть належати АСУТП, СУ технологічного агрегатом, Су технологічною машиною. Приймаючи до уваги співвідношення функцій «управління» та «керування», можна вважати, що системи керування (СК, САК) є частковим випадком систем управління (СУ, САУ). Що стосується технічних і технологічних об'єктів, то їх називають автоматизованими, якщо вони оснащені автоматичними або автоматизованими системами управління (керування).

Узагальнену структурну схему СУ (СК) подано на рис. 1.1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Згідно до концептуальних положень теорії управління, СУ (СК) будь-яким об'єктом (процесом) уявляє собою систему функціонально пов'язаних задавального, управляючого (керуючого) і виконавчого пристроїв, об'єкта управління і давачів вимірюваних перемінних стану виконавчого пристрою та об'єкта управління (інформаційно-вимірювальної підсистеми). функції задавального пристрою може виконувати СУ вищого рівня (за ієрархією). В автономній СУ, що не підпорядкована ніякої СУ вищого рівня ієрархії, задавальний пристрій уявляє собою пульт управління (як технічний засіб виконання функцій управління людиною оператором).

Узагальненість структурної схеми рис. 1.1 полягає в тому, що вона відображує загальний випадок структурно-функціональної побудови будь-якої СУ (автоматизованої, автоматичної, автономної), як це буде показано в подальшому.

Функціональні зв'язки між структурними блоками СУ є інформаційними, за винятком зв'язку між виконавчим пристроєм та об'єктом управління, який може бути енергетичним. В електромеханічних СК виконавчий пристрій є енергоперетворювальним, саме такому випадку відповідає структурна схема рис. 1.1, де енергетичний зв'язок показаний лінією без стрілки.

Крім основних структурних складових, перелічених у наведеному вище визначенні СУ (СК), в її склад входять пристрої (на рис. 1.1 не показані), що забезпечують захист, блокування, сигналізацію, операції включення/відключення пристроїв, а в сучасних системах також діагностику, тестування і резервування, з конструктивним оформленням у вигляді пультів управління та схем електроавтоматики.

Об'єкт управління в процесі його функціонування підпадає під різні діяння. З боку виконавчого пристрою він зазнає управляючі (керуючі) діяння, спрямовані на досягнення цілі управління. З боку довкілля та суміжних об'єктів і систем об'єкт управління зазнає збурюючі діяння, які можуть мати як детермінований, так і випадковий характер. Основною задачею СУ (СК) є забезпечення заданого закону функціонування об'єкта управління при будь-яких збурюючих діяннях.

Задачею управління технічним (технологічним) об'єктом часто є забезпечення постійності деякої фізичної перемінної (швидкості руху робочого органу ТМ, тиску, температури та ін.), або її змінення в часі за певним законом. Такий окремий вид управління називається регулюванням. Узагальнена структура системи автоматичного регулювання (САР) відрізняється від загальної структури СУ (рис. 1.1) відсутністю задавального пристрою. Функціональну відмінність має лише керуючий пристрій, який містить регулятори однієї або декількох фізичних перемінних. Невід'ємною ознакою САР є наявність зворотних зв'язків з регульованих фізичних перемінних (перемінних стану об'єкта управління). Формування управляючої дії є функцією деякого задавального пристрою, тому очевидно, що САР є структурною складовою системи управління (керування) об'єктом, перемінні стану якого підлягають регулюванню. Якщо кількість регульованих перемінних дорівнює двом і більше, то САР (будь-яка СУ) носить назву багатомірної, а в протилежному випадку одномірної системи.

в літературних джерелах, де розглядаються системи управління технічними об'єктами, іноді застосовується термін «система управління об'єкта». Цим терміном характеризується сукупність управляючого пристрою та інформаційно-вимірювальної підсистеми, тобто так званий інформаційний канал системи управління об'єктом. Зокрема, така термінологія застосовується в теорії електропривода [2] для зазначення належності інформаційного каналу певному об'єкту управління.

Для систем управління і, зокрема, САР застосовується наступна класифікація.

Автоматичні системи стабілізації, що забезпечують підтримання регульованої фізичної величини на заданому рівні з потрібною точністю. До таких систем відносяться, наприклад, система регулювання температури в нагрівальній печі, система регулювання швидкості двигуна та багато інших.

Системи стабілізації поділяються на статичні та астатичні.

Статичними системами називаються такі, в яких регульована величина в усталених режимах змінюється при зміненнях збурюючої дії.

Астатичні системи забезпечують підтримку регульованої перемінної в усталеному режимі на незмінному рівні при зміненнях збурюючої дії. Інакше кажучи, астатичні САР забезпечують регулювання перемінних в усталеному режимі без похибки, тобто суворо на заданому рівні, а статичні САР з деякою похибкою.

Слідкуючі системи, що здійснюють відпрацювання завдання регульованої величини в часі за законом, якій заздалегідь невідомий. Прикладами такої системи можуть служити система наведення артилерійської гармати на ціль, що рухається, система навігації радіоантени, що забезпечує зв'язок з космічним об'єктом, та багато інших.

Системи програмного управління (керування), що здійснюють змінення регульованих величин в часі за законами, які заздалегідь запрограмовані (за визначеними програмами). До таких систем відносяться, зокрема, системи числового програмного керування верстатами.

Адаптивні системи, що здійснюють оптимальне, за заданим показником якості, управління поточним станом об'єкта при зміненнях умов його роботи. До класу адаптивних відносяться системи, що самонастроюються, самоорганізуються, самонавчаються.

1.3 Розподіл функцій управління в технологічних системах

електромеханічний система пристрій автоматизований

В автоматизованих ТМ до складу кожної ЕМСК входять робочий орган технологічної машини (механізму), його привод і система управління приводом, функціонально пов'язані технологічним процесом. Тому ЕМСК, як підсистеми автоматизованих технологічних об'єктів, не можуть розглядатися відокремлено від технологічних процесів, для реалізації яких вони призначені. Цю обставину ілюструє узагальнена структурна схема технологічного комплексу, що подана на рис. 1.2.

Автоматизований технологічний комплекс з виробництва певного виду продукції (рис. 1.2) функціонує під управлінням АСУТП, яка виконує функції управління технологічними агрегатами (ТА) і окремими ТМ у складі цього комплексу, тобто здійснює функцію координаційного управління цими технологічними об'єктами. Формування команд (сигналів) управління згаданими ТА і ТМ здійснюється шляхом виконання певних алгоритмів обробки команд, що надходять від СУ виробництвом (вищої за ієрархією, на рис. 1.2 не показана), інформації про поточні значення контрольованих параметрів технологічного процесу та про стан всіх підсистем технологічного комплексу. Звертаючись до рис. 1.1, нескладно бачити такі аналогії: АСУТП виконує функції управляючого пристрою, СУ виробництвом є аналогом задавального пристрою, сукупність ТА і ТМ технологічного комплексу є аналогом виконавчого пристрою, а об'єктом управління є технологічний процес виробництва певного виду продукції. Указані чотири структурні складові прямого тракту управління та інформаційно-вимірювальна підсистема з функціональними зв'язками між ними створюють СУ технологічним процесом, який здійснюється цим технологічним комплексом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автоматизований ТА (рис. 1.2) містить власну систему управління систему управління технологічного агрегату (СУТА), яка виконує функцію координаційного управління технологічними машинами у складі цього ТА. Формування команд (сигналів) управління технологічними машинами здійснюється шляхом виконання певних алгоритмів обробки команд, що надходять від АСУТП, інформації про поточні значення контрольованих параметрів технологічного процесу та інформації про поточний стан всіх підсистем ТА. Отже, по відношенню до СУТА, як аналога управляючого пристрою з інформаційно-вимірювальною підсистемою в узагальненій структурі СУ (рис. 1.1), АСУТП виконує функції задавального пристрою (для кожної з СУ технологічних агрегатів та відокремлених ТМ, підпорядкованих до АСУТП безпосередньо. Аналогом виконавчого пристрою є сукупність ТМ і механізмів, які створюють цей ТА, а об'єктом управління є технологічний процес, що здійснюється саме цим ТА (частина технологічного процесу, що виконується всім технологічним комплексом). Указані чотири складові з функціональними зв'язками між ними створюють систему управління технологічним процесом, який здійснюється цим ТА.

Автоматизована ТМ містить декілька РО (можливо, єдиний) і власну систему управління систему управління технологічної машини (СУТМ), яка виконує функції управління механічними процесами (обробки, переміщення) шляхом координаційного управління приводами робочих органів з метою взаємного погодження часових, швидкісних, силових, траєкторних та інших параметрів руху РО у відповідності до технологічного регламенту. Формування команд (сигналів) координаційного управління здійснюється шляхом виконання певних алгоритмів обробки команд, що надходять від СУТА, інформації про поточні значення контрольованих параметрів технологічного процесу та інформації про поточний стан всіх підсистем ТМ. Безпосереднє керування процесами виконання робочими органами корисної роботи здійснюють СК процесами руху робочих органів (СКРО). Результатом функціонування СУТМ є сигнали командного рівня, якими задаються цільові установки керування рухом робочих органів (величини переміщень, швидкості руху, обмеження силових параметрів та ін.), які передаються на входи СКРО. Отже, для СУТМ як аналога управляючого пристрою з інформаційно-вимірювальною підсистемою об'єктом управління є сукупність механічних процесів, які має виконувати ця ТМ (частина технологічного процесу, що виконується всім ТА), виконавчим пристроєм є комплекс систем керування процесами руху робочих органів (СКРО), а СУТА виконує функції задавального пристрою.

Розглянута функціональна структура автоматизованого технологічного комплексу (рис. 1.2) є узагальненою. У промислових виробничих системах зустрічаються автономні ТА і ТМ, не підпорядковані АСУТП, а також ТМ, які не входять у склад ТА. Технологічна машина може уявляти собою єдиний механізм з електроприводом його робочого органу (можливо, декількох РО з груповим приводом). В таких часткових випадках СУ технологічного об'єкту є людино-машинною, функції управління командного рівня виконує оператор за допомогою пульта управління. Останній уявляє собою ЕМС у вигляді комплексу комутаційних пристроїв, засобів контролю і сигналізації.

В залежності від виду застосованого приводу, СКРО можуть бути електро-, гідро- або пневмомеханічними. У більшості практичних реалізацій приводи робочих органів технологічних машин, як згадувалось вище, виконуються електричними. Відповідно і СКРО типу ЕМСК відносяться до числа найбільш розповсюджених. Функціональну структуру ЕМСК процесами руху робочого органу технологічної машини пояснює рис. 1.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Електропривод РО (можливо, декількох РО при груповому приводі) технологічної машини у загальноприйнятому визначенні [1; 2] містить енергетичний (силовий) канал перетворення і передачі енергії у вигляді послідовного ланцюгу «перетворювальний пристрій - електродвигуновий пристрій - передатний пристрій», та інформаційний канал, складовими якого є керуючий пристрій та інформаційно-вимірювальна підсистема електропривода.

Задавальний пристрій у складі ЕМСК здійснює формування сигналів керування електроприводом шляхом виконання певних алгоритмів обробки команд, що надходять від СУТМ, інформації про поточні значення контрольованих параметрів технологічного процесу та інформації про поточний стан підсистем ЕМСК. Результатом функціонування задавального пристрою є сигнали, якими задаються потрібні за умов технології поточні значення механічних перемінних стану електропривода, а можливо, і робочого органа (положення, швидкості руху, моменту, сили). Вихідні сигнали задавального пристрою є вхідними (задавальними) для електропривода. електропривод здійснює безпосереднє керування процесами руху РО (одного РО при індивідуальному, або декількох при груповому приводі). Якщо ЕП є автоматизованим (виконуючим свої основні функції без участі людини), то ЕМСК уявляє собою автоматизовану ЕМС, яка відноситься до категорії ЕМСАК. Отже, в ЕМСК (у загальному випадку СКРО) функції керуючого і виконавчого пристроїв виконує електропривод, а об'єктом керування є процес руху (поточний стан) РО технологічної машини. Структурне розподілення об'єкта «Електропривод» на його підсистеми «Керуючий пристрій ЕМСК» та «Виконавчий пристрій ЕМСК» розглядається в розділі 2 (п. 2.1).

Слід мати на увазі, що керуючий пристрій (КП) електропривода, перетворювальний та електродвигуновий пристрої містять не тільки пристрої, в яких здійснюються інформаційні та енергетичні процеси, але й електромеханічні пристрої для виконання дискретних в часі операцій вмикання/вимикання, захисту та ін. Якщо ЕП не є автоматизованим, тобто КП електропривода не містить регуляторів координат (перемінних стану) енергетичного каналу, а електродвигуновий пристрій (електродвигун) того ж роду струму, як і джерело живлення (живильна мережа), то перетворювальний пристрій може бути відсутнім. Такий випадок має місто, наприклад, коли автономна ТМ уявляє собою єдиний механізм з електричним приводом РО, задавальним пристроєм є пульт управління, а КП електропривода виконаний у вигляді релейно-контакторної схеми керування двигуном.

В літературних джерелах часто використовується термін «СК електроприводом». Зіставлення цього терміну з наведеними вище визначеннями об'єктів класів «Система управління (керування)», «ЕМСК» і «Електропривод» не дає підстав вважати ЕМСК системою керування електроприводом, тому що в прямому тракті ЕМСК (рис. 1.3) між задавальним пристроєм і електроприводом відсутній керуючий пристрій, а функцію керування електроприводом виконує, по суті, задавальний пристрій. Однак, оскільки ЕМСК здійснює керування процесом руху РО шляхом формування певного закону руху електропривода, то ЕМСК можна вважати системою, яка виконує функції керування електроприводом.

Подання СУТМ як системи, яка виконує тільки функції координаційного управління робочими органами ТМ, є в певній мірі умовним. До функцій СУТМ можна віднести й функцію формування заданих законів руху приводів РО, яка виконується відповідними підсистемами СУТМ (віртуальними, у вигляді підпрограм роботи промислового контролера, на базі якого виконана СУТМ). Виділення підсистем формування заданих законів руху приводів як окремих структурно-функціональних блоків (задавальних пристроїв) дає можливість, по-перше, подати структурну схему автоматизованої ТМ з чітким розподілом функцій, що виконуються її структурними елементами, а по-друге, врахувати сучасну тенденцію модульної побудови мікропроцесорних контролерів у складі комплектних електроприводів, яка дозволяє комплектування контролера спеціальним модулем так званою «технологічною платою». Така «технологічна плата» як раз і виконує функцію формування заданого закону руху робочого органа, а виходить, і електропривода, тобто вона є технічним і програмним засобом реалізації задавального пристрою електропривода.

Стосовно використання термінів «управління» та «керування» слід зауважити, що підставою для присвоєння системам АСУТП, СУТА, СУТМ (рис. 1, 2) саме таких назв (система управління) є виконання функцій організаційних систем (координації роботи підпорядкованих об'єктів), а назву «система керування» ми використовуємо для систем ЕМСК, ЕМСАК, СКРО, що здійснюють функції управління локальними об'єктами.

Найбільш складною, за структурно-функціональною організацією, підсистемою ЕМСК є електропривод робочого органу (можливо, декількох) технологічної машини. Принципи побудови сучасних систем автоматизованого електропривода розглядаються у наступному розділі (див. розд. 2).

1.4 Приклад автоматизованої технологічної машини у складі технологічного агрегату

Розглянемо подану на рис. 1.4 структурну схему автономного (не підпорядкованого до АСУТП) роботизованого ТА (наприклад, металорізального верстата з обслуговуючим промисловим роботом, прилеглими транспортними та накопичувальними пристроями). ТА можна вважати таким, що складається з двох функціональних частин: виконавчої та управляючої. Виконавча частина це сукупність всіх тм в кількості N (верстат, промисловий робот, суміжні технологічні машини), що входять у склад цього ТА. Промисловий робот (ПР) позначений на рис.1.4 як ТМ1 (перша ТМ за їх умовною нумерацією). Управляюча частина ТА територіально відокремлена від технологічного обладнання, за винятком давачів параметрів технологічного процесу та перемінних стану приводних пристроїв робочих органів (давачі є елементами інформаційно-вимірювальної підсистеми управляючої частини, однак розташовані в середі технологічного обладнання та приводних пристроїв). Крім інформаційно-вимірювальної підсистеми (сукупності давачів контрольованих та регульованих параметрів з каналами передачі інформації), управляюча частина ТА містить: пульт управління (ПУ), з якого оператор здійснює уведення технологічного завдання і контроль його виконання; управляючий пристрій технологічного агрегату (УПТА), що координує роботу технологічних машин (СУТА в структурній схемі рис. 1.2); управляючі пристрої промислового робота (УППР) та інших ТМ. У відносно простих ТА управляючі пристрої (системи управління) технологічних машин і механізмів можуть бути реалізовані програмно в УПТА, що виконується на базі достатньо потужного промислового контролера. В складних ТА управляючі пристрої технологічних машин і механізмів виконують на базі окремих (локальних) контролерів. Управляючі пристрої технологічних машин, виконуючи алгоритми координаційного управління робочими органами (функції СУТМ в структурній схемі рис. 1.3), одночасно можуть виконувати функції формування законів руху приводів РО (функції задавальних пристроїв у схемі рис. 1.3).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Прикладом автоматизованої технологічної машини є промисловий робот. Промисловий робот (ПР, рис. 1.4) також конструктивно складається з двох частин: виконавчої та управляючої. Виконавчу частину ПР складають маніпуляційна система (М) і несуча платформа (НП), на якій розташована маніпуляційна система. Ланки маніпуляційної системи та несуча платформа мобільного робота є його робочими органами. Вони оснащені приводними пристроями переміщення у вигляді двигунових (електричних, гідравлічних, пневматичних) та передатних пристроїв (у загальному випадку, а частіше всього без них). Управляюча частина ПР містить управляючий пристрій УППР робота, який виконує функції СУТМ і задавальних пристроїв для приводів робочих органів робота, та блок БКП керування приводними пристроями робочих органів робота, якій містить керуючі пристрої інформаційних каналів та перетворювальні пристрої енергетичних каналів приводів. Керуючі пристрої можуть бути програмно інтегровані в алгоритм роботи УППР. Структурні блоки УППР та БКП мають інформаційні зв'язки з УПТА і давачами траєкторних, швидкісних, енергетичних та механічних параметрів роботи приводів і руху робочих органів ПР.

Аналогічно до ПР структури інших ТМ і механізмів технологічного агрегату поділяються на виконавчі та управляючі частини, останні мають інформаційні зв'язки з УПТА і давачами технологічних параметрів та перемінних стану приводів робочих органів, а двигунові пристрої приводів отримують енергію (електричну, стиснутого газу або рідини) від перетворювальних пристроїв у складі відповідних блоків керування приводними пристроями.

Завершуючи огляд загальних принципів побудові автоматизованих ТА і ТМ, зазначимо, що системи управління технологічних машин і агрегатів широкого застосування в сучасних умовах можуть оснащуватись специфікованими управляючими пристроями на базі промислових контролерів, які носять назву систем числового програмного управління (ЧПУ).

1.5 Приклад структурно-функціональної побудови ЕМСК процесами руху робочих органів технологічної машини

Предметом розгляду виберемо ПР, як представника технологічних машин, що пред'являють до приводів своїх РО найбільш високі вимоги. До основних технічних характеристик ПР відносяться мобільність (при наявності механізму переміщення НП), кількість маніпуляторів на НП, кількість координат руху (в іншої термінології рухомих елементів, ступенів рухомості, ступенів свободи) маніпулятора, види приводів робочих органів (які в робототехніці називають координатними приводами). На рис. 1.5 показаний схематично ПР, який має 6 ступенів рухомості.

Найбільше розповсюдження мають ПР з електричними приводами елементів маніпуляційної системи (електромеханічні ПР), завдяки їх перевагам у порівнянні з гідро- і пневмоприводами, до яких відносяться менша складність монтажу двигуна в вузлах маніпуляційної системи, відсутність трубопроводів, низький рівень шуму при роботі, вища точність відтворення заданих рухів. Гідроприводи застосовуються в роботах великої вантажопідйомності (більш 100 кг). Пневмоприводи застосовуються переважно в механізмах схватів [3]. Зрозуміло, що електроприводи не можна застосовувати в роботах, що працюють у вибухо- та пожеженебезпечних середах.

Переваги електромеханічних систем привода роботів (і багатьох інших ТМ) зростають завдяки створенню високоякісних комплектних електроприводів на базі електромеханічних модулів (виконавчий двигун механічний перетворювач давачі швидкості та положення). При цьому основна роль відводиться виконавчому двигуну, так як електроприводи на базі двигунів звичайного виконання мають низьку швидкодію та великі габарити, невисоку потужність на одиницю ваги. Для роботів застосовують спеціальні малоінерціонні та високомоментні двигуни постійного та змінного струму.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Електропривод промислового робота це комплекс координатних електроприводів, кожний з яких керує певним ступенем рухомості (координатою) робота. На прикладі робота, зображеного на рис. 1.5, розглянемо структурну схему його електропривода (рис. 1.6) в припущенні, що всі рухомі ланки, крім схвата, оснащені електричними приводами, а схват пневмоприводом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Управляючий пристрій промислового робота (УППР) вирішує траєкторні задачі руху ланок маніпуляційної системи робота і видає на входи керуючих пристроїв приводів сигнали и_1зад, …, и_6зад завдання положень відповідних ланок, а приводи ланок (координатні приводи) відпрацьовують ці завдання. Кожен з координатних електроприводів (ЕП1, …, ЕП5) уявляє собою слідкуючу систему, зовнішній контур якої містить цифровий регулятор положення (ЦРП), давач вимірюваної координати положення відповідної ланки (ДП) та сервопривід (СП). Останній відпрацьовує завдання швидкості руху ланки, що видає регулятор положення. Функціональні структури СП і координатного ЕП відповідають структурі об'єкта «Електропривод» згідно рис. 1.3. Інформаційний канал сервоприводу з додаванням ЦРП, ДП та їх інформаційних зв'язків створює інформаційний канал координатного ЕП. Енергетичний канал сервоприводу є одночасно енергетичним каналом координатного ЕП. Більш детально питання структурно-функціональної побудови електроприводів обговорюються в розділі 2.

Система управління роботом є багаторівневою. Її нижньому рівню у вигляді координатних приводів відводиться особлива роль, оскільки саме на цьому рівні вирішуються задачі забезпечення потрібної якості відпрацювання рухів, що задаються. Ці задачі ускладнюються тим, що процеси функціонування приводів у маніпуляційних роботах мають специфічні особливості.

По-перше, статична і динамічна складові навантаження двигуна можуть сильно змінюватись у зв'язку зі зміною конфігурації маніпуляційної системи робота.

По-друге, можливі режими роботи двигуна в загальмованому стані («на упор»), що приводить до погіршення умов його охолодження.

По-третє, як згадувалось вище, до приводів роботів пред'являються, як правило, найбільш високі вимоги у порівнянні з приводами РО інших технологічних машин. До числа таких вимог відносяться: необхідність забезпечення аперіодичного, без перерегулювання, відпрацювання заданих переміщень хвата для виключення ударів по обладнанню, що обслуговується; забезпечення широкого діапазону регулювання по швидкості та позиціонуванню; забезпечення високої точності слідкування.

1.6 Контрольні питання

1. Які види технічних пристроїв складають енергетичну основу технологічних об'єктів?

2. Якими перевагами володіє електрична енергія у порівнянні з іншими її видами?

3. Назвіть вид (клас) технічних систем, які на цей час найбільш широко застосовуються для виробництва електроенергії та її використання в технологічних об'єктах.

4. Дайте визначення технічного об'єкта «електромеханічний пристрій» за його функціональним призначенням.

5. Назвіть види електромеханічних пристроїв, найбільш розповсюджених в технологічних і технічних об'єктах.

6. За якими ознаками технічний об'єкт може бути віднесений до класу «Електромеханічна система»?

7. Чи можливо вважати електромеханічні пристрої «електрогенератор» і «електродвигун» такими, що одночасно є електромеханічними системами? Якщо так, то наведіть обґрунтування.

8. В яких випадках електромеханічну систему можна вважати об'єктом класу «Електромеханічний пристрій»?

9. При виконанні яких завдань діяльності (дослідження, проектування) електрична машина розглядається як електромеханічний пристрій?

10. При виконанні яких завдань діяльності (дослідження, проектування) електрична машина розглядається як електромеханічна система?

11. Які технічні об'єкти є електромеханічними системами найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до електрогенераторів у технологічних об'єктах з виробництва електроенергії?

12. Які технічні об'єкти є електромеханічними системами найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до електродвигунів у промислових технологічних об'єктах?

13. Назвіть технічний об'єкт, який є електромеханічною системою найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до енергоперетворювального агрегату в технологічних об'єктах з виробництва електроенергії.

14. Назвіть технічний об'єкт, який є електромеханічною системою найближчого вищого рівня ієрархії по відношенню до електроприводу технологічної машини у промислових технологічних об'єктах.

15. За яких умов ЕМС керування процесами руху робочих органів технологічних машин є системами автоматичного керування?

16. Наведіть визначення поняття «управління».

17. Наведіть визначення поняття «система управління».

18. Накресліть структурну схему системи управління, яка відповідає визначенню останньої в теорії управління. Поясніть функціональне призначення її структурних блоків.

19. За яких умов система управління відноситься до класу систем автоматичного управління?

20. За яких умов система управління відноситься до класу автоматизованих систем управління (технологічними об'єктами, процесами)?

21. За яких умов технологічний об'єкт відноситься до класу автоматизованих?

22. Яким чином в теорії управління визначається структурно-функціональний склад системи управління»?

23. Чи відноситься задавальний пристрій до елементного складу системи управління?

24. Які об'єкти (за функціональним призначенням) можуть виконувати функцій задавального пристрою системи управління?

25. Які функції покладаються на людину в автономних системах управління технічними і технологічними об'єктами?

26. Які структурні блоки системи управління пов'язані між собою інформаційними процесами?

27. Які структурні блоки системи управління можуть бути пов'язаними між собою процесами передачі енергії?

28. Якими додатковими пристроями комплектуються системи управління для здійснення операцій, що не пов'язані безпосередньо з виконанням системою функцій управління об'єктом?

29. Назвіть види діянь, під впливом яких функціонує об'єкт управління (керування).

30. Сформулюйте основне завдання будь-якої системи управління.

31. Який вид управління називається регулюванням?

32. Накресліть структурну схему одноконтурної САР вихідної координати об'єкта керування.

33. Які системи управління відносяться до категорій одномірних та багатомірних?

34. Сукупність яких елементів системи управління об'єктом (процесом) має умовну назву «система управління об'єкта»?

35. Наявністю яких структурних блоків система управління технічним (технологічним) об'єктом відрізняється від системи управління об'єкта?

36. Назвіть основну функцію, яку виконує автоматична система стабілізації регульованої координати об'єкта управління. Наведіть приклади систем стабілізації.

37. Внаслідок якої властивості автоматична система стабілізації відноситься до категорії статичних систем?

38. Внаслідок якої властивості автоматична система стабілізації відноситься до категорії астатичних систем?

39. Назвіть основну функціональну характеристику САР як слідкуючої системи. Наведіть приклади слідкуючих систем.

40. Назвіть основну функціональну характеристику САУ як системи програмного управління. Наведіть приклади слідкуючих систем.

41. Які САУ відносяться до категорії адаптивних? Назвіть три види адаптивних систем.

42. Наведіть перелік структурних складових ЕМСК процесами руху робочого органу технологічної машини.

43. Зобразіть на рисунку узагальнену структурну схему автоматизованого технологічного комплексу. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

44. Перелічіть у порядку ієрархічної підпорядкованості структурні елементи автоматизованого технологічного комплексу: СУТА, СКРО, АСУТП, СУТМ.

45. Зобразіть на рисунку узагальнену структурну схему автоматизованого технологічного агрегату. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

46. Зобразіть на рисунку узагальнену структурну схему автоматизованої технологічної машини. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

47. Які функції управління виконує АСУТП?

48. Які функції управління виконує СУТА?

49. Які функції управління виконує СУТМ?

50. Які функції управління виконує СКРО?

51. Які технологічні об'єкти може містити технологічний агрегат?

52. Які технологічні об'єкти може містити технологічна машина?

53. Які технологічні об'єкти може містити технологічна система в загальному випадку?

54. Поясніть функції, які виконує АСУТП. Яким чином вони виконуються?

55. Поясніть функції, які виконує СУТА. Яким чином вони виконуються?

56. Поясніть функції, які виконує СУТМ. Яким чином вони виконуються?

57. Поясніть функції, які виконує СКРО. Яким чином вони виконуються?

58. Управління якими підсистемами, об'єктами або процесами здійснює АСУТП?

59. Управління якими підсистемами, об'єктами або процесами здійснює СУТА?

60. Управління якими підсистемами, об'єктами або процесами здійснює СУТМ?

61. Керування якими підсистемами, об'єктами або процесами здійснює СКРО?

62. Назвіть типи СКРО в залежності від виду застосованого приводу.

63. Чому СКРО типу ЕМСК відносяться до числа найбільш розповсюджених?

64. Зобразіть на рисунку структурну схему ЕМСК процесами руху робочого органу технологічної машини. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

65. Яка підсистема ЕМСК здійснює перетворення електричної енергії в механічну?

66. Зобразіть на рисунку структурну схему енергетичного каналу ЕМСК процесами руху робочого органу технологічної машини. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

67. За яких умов об'єкт класу «Електропривод» уявляє собою автоматизовану ЕМС типу «Автоматизований електропривод»?

68. Поясніть функції, які виконує задавальний пристрій у складі ЕМСК. Яким чином вони виконуються? Що є результатом функціонування цього блоку?

69. Чи можна вважати СУТМ задавальним пристроєм ЕМСК?

70. Яку функцію виконує електропривод у складі ЕМСК?

71. За яких умов об'єкт класу «ЕМСК» уявляє собою ЕМС автоматичного керування?

72. Яка структурна складова ЕМСК є об'єктом керування?

73. Яка структурна складова ЕМСК є виконавчим органом?

74. За яких умов енергетичний канал електропривода не містить перетворювального пристрою?

75. Поясніть структурний склад об'єкта «Інформаційний канал» у складі електропривода.

76. Чому ЕМСК формально не відповідає визначенню об'єкта «Система управління електроприводом»?

77. Який об'єкт в структурній схемі ЕМСК можна вважати таким, що виконує функції керування електроприводом?

78. Яким чином реалізуються задавальні пристрої в сучасних комплектних електроприводах?

79. Чи можлива реалізація задавального пристрою електропривода у вигляді функціональної складової СУТМ? Якщо так, то яким чином?

80. Зобразіть на рисунку структурну схему автоматизованої технологічної машини, безпосередньо підпорядкованої АСУТП. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

81. Зобразіть на рисунку структурну схему автономної автоматизованої технологічної машини, яка має лише один РО з електричним приводом та один РО з гідроприводом. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

82. Чому об'єкти АСУТП, СУТА, СУТМ правомірно відносити до категорії систем управління, а об'єкти ЕМСК, ЕМСАК, СКРО - до категорії систем керування?

83. Накресліть структурну схему роботизованого ТА. Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

84. Які структурні складові створюють виконавчу частину роботизованого ТА? Поясніть їх функціональне призначення.

85. Які структурні складові створюють управляючу частину роботизованого ТА? Поясніть їх функціональне призначення.

86. Які конструктивні складові створюють виконавчу частину промислового робота (будь-якої ТМ)? Поясніть їх функціональне призначення.

87. Які структурні складові створюють управляючу частину промислового робота (будь-якої ТМ)? Поясніть їх функціональне призначення.

88. Наведіть перелік основних технічних характеристик промислових роботів.

89. Якими причинами обумовлено переважну розповсюдженість в робототехніці електричних приводів у порівнянні з приводами інших видів?

90. В яких випадках неприпустимо застосування електродвигунів у системах привода технологічних машин?

91. Що уявляє собою електромеханічний модуль?

92. Чому в електроприводах роботів застосовують переважно малоінерційні та високомоментні електродвигуни?

93. Поясніть сенс поняття «електропривод робота».

94. Поясніть сенс поняття «електропривод технологічної машини».

95. Накресліть структурну схему електропривода технологічної машини (на прикладі промислового робота). Розшифруйте абревіатурні позначення структурних блоків.

96. Які функції виконує управляючий пристрій промислового робота (будь-якої ТМ)?

97. Які функції виконує координатний привод промислового робота та його структурні елементи?

98. Поясніть структуру інформаційного каналу координатного електропривода промислового робота.

99. Поясніть структуру енергетичного каналу координатного електропривода промислового робота.

100. Поясніть специфічні особливості функціонування приводів промислових роботів. Чи стосуються вони до інших ТМ?

Размещено на Allbest.ru