Приводы позиционных систем с контурной системой управления

На современном производстве многие машины-автоматы, промышленные роботы, автоматические линии, а также значительная часть вспомогательного оборудования, для которого характерно строгое выполнение заданной последовательности технологических операций (шаговые транспортеры, промышленные манипуляторы, толкатели, кантователи, укладчики и т. д.), оснащены преимущественно циклическими пневматическими системами автоматического управления (САУ).

Работа циклических пневматических систем, по существу, представляет собой последовательную смену фиксированных положений выходных звеньев исполнительных механизмов. При этом их крайние, а при необходимости и промежуточные положения отслеживаются элементами информационной подсистемы. Информация о состоянии исполнительных механизмов либо ведомых ими узлов технологической установки обрабатывается элементами логико-вычислительной подсистемы, на выходе которой формируется управляющий сигнал на выполнение очередного рабочего шага. Под шагом понимают процесс смены одного контролируемого датчиком положения исполнительного механизма на другое.

Число шагов, необходимых для выполнения единичного замкнутого цикла технологических операций, может различаться в зависимости от сложности оборудования. Под замкнутым циклом будем понимать такую последовательность шагов, после выполнения которой система возвращается в исходное (предпусковое) состояние.

Так, один рабочий цикл рассматриваемой далее установки для перемещения коробок (рис. 2.1) состоит из четырех шагов.

Установка для перемещения коробок

Рис. 2.1. Установка для перемещения коробок

По конвейеру в произвольной последовательности и с переменным интервалом движутся коробки двух конфигураций — кубические и овальные. Кубические коробки необходимо перемещать на параллельную ветвь конвейера. Операция перемещения осуществляется посредством двух пневмоцилиндров А и В (см. рис. 2.1).

Когда кубическая коробка оказывается на транспортере (смещаемой секции конвейера), оператор кратковременно нажимает на пусковую пневмокнопку и шток первого цилиндра А перемещает секцию с коробкой на уровень параллельной ветви конвейера.

Далее цикл выполняется автоматически: шток второго цилиндра В сталкивает коробку с транспортера, после чего штоки обоих пневмоцилиндров возвращаются в исходные позиции — сначала шток первого, а затем и второго цилиндра.

Формы представления хода технологического процесса

Для наглядного описания хода технологического процесса будем использовать следующую буквенно-цифровую индексацию (табл. 2.1), используемую для описания хода технологического процесса.

Таблица 2.1

Индексация

Элемент

А, В, С,...

Исполнительные механизмы, например пневмоцилиндры

а0’ ^0’ со>

Путевые выключатели, фиксирующие втянутое положение штоков цилиндров

01, Ь1, С1? ...

Путевые выключатели, фиксирующие выдвинутое положение штоков цилиндров

ат> Ьт> Ст>

Путевые выключатели, фиксирующие промежуточное положение штоков цилиндров

Условное обозначение

Действие (процесс)

А + , В + , С+, ...

Выдвижение штоков цилиндров А, В, С, ...

А-, В-, С-, ...

Втягивание штоков цилиндров А, В, С, ...

Работу установки для перемещения коробок формально можно описать различными способами. Рассмотрим наиболее часто применяемые из них.

Хронологическая форма записи. При хронологической форме записи рабочий цикл системы представляют в словесной форме (по аналогии с описанием принципа действия), но с разбиением на шаги и указанием исполнительных механизмов, выполняющих каждый шаг.

  • 1- й шаг — выдвижение штока цилиндра А;
  • 2- й шаг — выдвижение штока цилиндра В;
  • 3- й шаг — втягивание штока цилиндра А;
  • 4- й шаг— втягивание штока цилиндра В.

Арифметическая форма записи. При арифметической форме записи хода технологического процесса шаги записывают последовательно в одну строку, причем действия исполнительных механизмов поясняют условными обозначениями, указанными в табл. 2.1. Последовательность срабатывания пневмоцилиндров в рассматриваемой задаче (установка для перемещения коробок) будет представлена в виде

Табличная форма записи. Последовательное (шаг за шагом) выполнение программы можно представить в виде таблицы, в первом столбце которой указывают номера шагов, а в последующих — соответствующие действия исполнительных механизмов (табл. 2.2). Неподвижное состояние последних на отдельном шаге обозначается звездочкой (*). Такая форма записи обычно используется при записи хода технологического процесса

Таблица 2.2

Номер шага

А

В

с

О

1

+

*

*

*

2

*

+

*

*

3

-

*

+

*

4

*

-

*

+

5

+

*

*

*

6

-

*

-

-

Строка в таблице, соответствующая шестому шагу, содержит наименьшее число звездочек, следовательно, на шестом шаге одновременно работает максимальное количество исполнительных механизмов. Зная диаметры цилиндров, длины их рабочих ходов и скорости движения штоков, можно определить максимальное потребление сжатого воздуха системой. На основании полученных данных можно провести расчеты по выбору подводящих трубопроводов, а при необходимости также подобрать компрессор требуемой производительности.

Расширение функциональных, технологических и эксплуатационных возможностей ряда машин связано с решением проблемы позиционирования выходного звена исполнительного механизма без использования жестких упоров и, соответственно, с отказом от циклических систем управления, которые характеризуются тем, что число промежуточных точек позиционирования мало, а закон движения рабочих органов не имеет существенного значения.

В зависимости от предъявляемых требований (число точек позиционирования выходного звена и частоты их смены; точность отработки приводом заданного перемещения, допустимые динамические нагрузки; необходимость регулирования скорости движения) применяют позиционные приводы с различной структурой и принципами управления движением выходного звена: дискретные и непрерывные (рис. 2.2).

Классификация позиционных приводов

Рис. 2.2. Классификация позиционных приводов

К группе дискретных позиционных приводов относятся описанные выше пневмоприводы циклического действия, работающие по принципу «от упора до упора». В данном же разделе будут рассматриваться непрерывные позиционные приводы, или позиционеры, характерная особенность которых — возможность обеспечения бесконечно большого числа точек позиционирования выходного звена.

Как видно из приведенной классификации, существует два принципиально различных способа управления непрерывными позиционными пневмоприводами: посредством торможения выходного звена или связанных с ним механизмов и путем регулирования энергии пневмодвигателя.

Управление посредством торможения основано на том, что движущая сила неуправляема, а регулирование скорости и позиционирование осуществляются путем создания дополнительной силы сопротивления движению. Сопротивление движению формируется различными управляемыми или неуправляемыми тормозными устройствами, связанными с выходным звеном.

Для регулирования скорости движения и позиционирования подобных пневмоприводов широко применяют гидравлические механизмы с замкнутой циркуляцией жидкости. В качестве регулируемого дросселя с дистанционным управлением, встраиваемого в гидравлический контур, используются дросселирующие гидрораспределители с пропорциональным управлением (рис. 2.3).

Пневмогидравлический позиционер с дросселирующим распределителем

Рис. 2.3. Пневмогидравлический позиционер с дросселирующим распределителем

В отличие от дискретных распределителей с электромагнитным управлением в дросселирующих распределителях запорно-регулирующий элемент во всем диапазоне своего перемещения может занимать любое промежуточное положение (о чем говорят две параллельные линии на условном обозначении подобного распределителя), определяя тем самым расход жидкости, протекающей через распределитель. Такое управление положением запорно-регулирующего элемента осуществляется посредством регулируемого (пропорционального) магнита, перемещение якоря которого прямо пропорционально силе постоянного электрического тока или напряжению, подаваемому на магнит. Использование распределителей с пропорциональным управлением позволяет не только позиционировать выходное звено исполнительного механизма, но и обеспечить его перемещение со скоростью, значение которой может изменяться по заданному закону.

Основная цель при позиционном управлении — уменьшение ошибок позиционирования, что достигается введением обратных связей по различным параметрам: перемещению, скорости, давлению и т. п. При этом управляющее воздействие, как правило, подается на вход двигателя, а сигнал обратной связи, например по перемещению, снимается на его выходе. Именно по такому принципу строят следящие системы.

Следящая система — система автоматического управления, в которой выходная величина при помощи обратной связи с определенной точностью воспроизводит входную (задающую) величину, характер изменения которой заранее не известен (рис. 2.4).

Принцип действия следящего привода

Рис. 2.4. Принцип действия следящего привода:

а — исходное положение; б — смещение рычага на х; в — отработка входного воздействия

Механизм управления следящим приводом состоит из двух кинематически связанных рычагов (см. рис. 2.4, а). При смещении рычага управления вправо на величину х (рис. 2.4, б) золотник распределителя смещается влево; левая полость цилиндра соединяется с напорной магистралью, а правая — с выхлопной (выпускной). При этом шток цилиндра начинает перемещаться вправо. Движение штока передается через систему рычагов на золотник, который также начинает смещаться вправо. Шток будет выдвигаться до тех пор, пока он не займет положение, которому при фиксированной величине х соответствует нейтральное положение золотника (см. рис. 2.4, в). Таким образом, рычагом управления осуществляется входное воздействие на данный следящий привод, а рычагом, связанным со штоком цилиндра, обеспечивается механическая обратная связь. Коэффициент передачи х/у привода зависит от отношений плеч рычагов механизма управления.

На рис. 2.5 показан следящий пневмопривод с управлением по давлению и обратной механической связью по положению.

Управление выходным звеном привода осуществляется посредством затвора, выполненного в форме золотника распределителя 1 (рис. 2.6), положение золотника 2 которого задается усилителем типа «сопло — заслонка» 4. Питание на сопло, выполненное в правом торце золотника 2, подводится от канала питания с давлением рпит через дроссель 3. Положение заслонки задается путем изменения давления управления рупр.

Внешний вид следящего пневмопривода с управлением по давлению и обратной механической связью по положению

Рис. 2.5. Внешний вид следящего пневмопривода с управлением по давлению и обратной механической связью по положению

Схема следящего привода в нейтральном положении

Рис. 2.6. Схема следящего привода в нейтральном положении

В исходном состоянии (см. рис. 2.6) давление в управляющей полости Б распределителя меньше, чем в полости А, так как сжатый воздух из полости Б выходит в атмосферу через сопло; золотник находится в нейтральном положении, поскольку площади мембран, управляющих золотником, различны.

При увеличении давления р заслонка вследствие неравенства площадей управляющих ею мембран смещается влево

(рис. 2.7), давление в полости Б возрастает, в результате чего золотник также смещается влево и шток цилиндра выдвигается. При этом на заслонку передается тяга от пружины обратной связи 5, что приводит при определенном положении штока к возврату заслонки в исходную позицию и, как следствие, выводу золотника в нейтральное положение. Шток цилиндра останавливается в новом положении.

Следящий пневмопривод при смещении затвора распределителя влево

Рис. 2.7. Следящий пневмопривод при смещении затвора распределителя влево

Уменьшение давления управления рупр сопровождается втягиванием штока (рис. 2.8).

Следящий пневмопривод при смещении затвора распределителя вправо

Рис. 2.8. Следящий пневмопривод при смещении затвора распределителя вправо

В настоящее время в различных отраслях промышленности интенсивно внедряются позиционные и следящие приводы, построенные на базе пневматических дросселирующих распределителей с пропорциональным управлением (рис. 2.9).

Функциональная схема пневматического позиционера на базе дросселирующего пневмораспределителя с пропорциональным управлением

Рис. 2.9. Функциональная схема пневматического позиционера на базе дросселирующего пневмораспределителя с пропорциональным управлением

Сигнал о текущем положении выходного звена исполнительного механизма (бесштокового пневмоцилиндра с ленточным управлением) от аналогового датчика перемещения поступает на сумматор, где сравнивается с входным задающим сигналом ивх. Разность сигналов поступает на усилитель и далее на дросселирующий пневмораспределитель. В момент, когда значения сигналов совпадают, пневмораспределитель устанавливается в нейтральном положении и выходное звено исполнительного механизма останавливается.

В ответственных приводах используют распределители с замкнутым контуром регулирования положения якоря электромагнита (а следовательно, и запорно-регулирующего элемента), для чего последний снабжают встроенным датчиком перемещения.

В качестве примера следящего привода с дискретным управляющим воздействием на входе рассмотрим привод, имеющий одну дискретно управляемую полость (рис. 2.10).

Следящий пневмопривод с релейным управлением

Рис. 2.10. Следящий пневмопривод с релейным управлением

Силовая часть привода состоит из пневмоцилиндра, в поршневой полости которого поддерживается постоянное по величине давление, более низкое, чем давление питания. Измерительная часть привода включает датчики давления ДД, датчики скорости и перемещения х. Задающий сигнал х3 сравнивается с суммарным сигналом датчиков обратных связей. Сигнал рассогласования, значение которого равно разности данных сигналов, поступает на релейный усилитель мощности, формирующий на выходе однополярные сигналы, подающиеся на 3/2-пневмо-распределитель с электромагнитным управлением.

При наличии задающего сигнала, соответствующего заданной координате, управляющий распределитель соединяет штоковую полость с атмосферой и поршень начинает перемещаться вправо до тех пор, пока сигнал рассогласования не поменяет знак. При этом распределитель переключается и соединяет штоковую полость цилиндра с магистралью, давление р2 растет, а скорость поршня падает. Однако вследствие возрастания давления р2 сигнал рассогласования меняет знак и распределитель вновь соединяет штоковую полость с атмосферой, давление р2 падает и т. д. Таким образом, среднее значение давления р2 в штоковой полости автоматически поддерживается на таком уровне, чтобы уравновешивались все силы, действующие на поршень, и он оставался вблизи точки позиционирования. Автоколебания на уровне пульсаций давления, имеющие место в описываемой конструкции, не передаются на выходное звено привода.

Контрольные вопросы и задания

  • 1. Какова величина напряженности рабочей среды у гидропривода?
  • 2. Как устанавливается величина перемещения в гидравлических приводах с позиционированием по жестким упорам?
  • 3. Какие приводы цикловых роботов можно отнести к пассивным?
  • 4. Что понимают под замкнутым циклом работы робота?
  • 5. Назовите типы позиционных приводов.
  • 6. В чем основная цель позиционного управления промышленным роботом?
  • 7. Какое положение может занимать запорно-регулирующий элемент в распределителях с пропорциональным управлением?
  • 8. Какой основной недостаток разомкнутого привода?
  • 9. Назовите способы управления непрерывными позиционными пневмоприводами.
  • 10. Где давление больше: в поршневой полости пневмоцилиндра или в штоковой полости следящего пневмопривода с релейным управлением?
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >