Системы программного управления технологическими объектами.

    Автоматизированной системой управления (АСУ) называется человеко-машинная система, обеспечивающая эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники (ГОСТ 24.003—84). 

    АСУ технологического процесса (АСУ ТП)— это автоматизированная система управления для выработки и реализации управляющих воздействий на технологический объект управления в соответствии с принятым критерием качества управления. Дополняя и заменяя, человека АСУ в известной мере копирует его функциональную структуру. 

    На рис. 1 схематически показаны основные функциональные связи, устанавливаемые в системе человек — технологический процесс управления. Для выполнения заданных операций человек должен получить ряд сведений, которые принято называть внешней информацией. Эта неизменная информация хранится в памяти оператора и включает основные характеристики технологического процесса, порядок выполнения операций управления и т. д. За изменением технологических характеристик, представляющих собой совокупность управляющих параметров и возмущающих воздействий, человек следит с помощью органов-рецепторов (зрение, слух). Сопоставление исходной и текущей информации и принятие решения осуществляется центральной нервной системой. После обработки управляющей информации в результате принятия решения в периферийную первую систему поступают сигналы. Их следствием является реализация команд управления с помощью эффекторов — рук, ног, голоса. 

    По аналогичному принципу строится функциональная структура любой АСУ ТП, в том числе системы программного управления станками. На рис. 1 указаны память, мышление, эффекторы, рецепторы, присущие человеку-оператору, и их аналоги в АСУ ТП. Сохраняя в качестве самостоятельных блоки внешней и текущей информаций, процессор и устройство связи с объектом, АСУ ТП выполняет две функции: информационную и управляющую. Информационная функция АСУ ТП определяется как 

Рис. 1. Структура управления технологическим объектом человеком-оператором или АСУ ТП

 

    Информационная функция АСУ ТП определяется как  функция, целью которой является сбор, преобразование, хранение информации о состоянии технологического объекта управления, передача ее для последующей обработки. Управляющая функция АСУ ТП имеет своей целью выработку решений и осуществление управляющих воздействий на технологический объект управления, например станок. 

Каждый станок состоит из устройств, которые, взаимодействуя, выполняют или способствуют выполнению тех функций, для которых предназначен станок. Станок можно рассматривать как технологический комплекс механизмов, действующих автономно и связанных между собой лишь управлением. Управление станками — процесс осуществления воздействий, необходимых для выполнения обработки и производимых на основании определенной информации. Совокупность устройств, обеспечивающих управление, называется системой управления. Источниками информации, используемой при управлении станками, является программа управления циклом, технологическая система, окружающая среда. 

    Программа управления циклом физически материализуется на некотором предмете или в некотором устройстве, называемом программоносителем.

    Существуют два принципиально разных способа задания программы: 

1) в аналоговом виде (профилем кулачков, копиров, расстановкой упоров управления и конечных переключателей); 

2) в цифровом виде. 

    Задание программы в аналоговом виде имеет два основных недостатка. 

    Первый вызван тем, что информация чертежа детали из цифровой (дискретной) превращается в аналоговую (в виде кривых кулачка и т. д.). Это приводит к погрешностям, вносимым при изготовлении программоносителей (кулачков и т. д.), а также при износе их в процессе эксплуатации.     Вторым недостатком является необходимость изготовления данных программоносителей с последующей трудоемкой наладкой на станке. Это приводит к большим затратам средств и времени и делает неэффективным применение аналоговых систем автоматического управления (САУ) для автоматизации серийного и мелкосерийного производства. 

    Однако предельная простота таких систем обуславливает их широкое использование при изготовлении деталей в условиях массового и крупносерийного производства. 

    В настоящее время сохраняется тенденция к уменьшению серийности производства (по оценкам отечественных и зарубежных специалистов сейчас около 80% всех деталей изготавливаются в условиях мелкосерийного и серийного производства). Частая смена номенклатуры обрабатываемых деталей заставляет отказаться от использования задания программы в аналоговом виде и перейти к числовому заданию. 

Результатом этого явилось появление в 60-х годах систем числового программного управления (ЧПУ), в которых для реализации функций управления широко используются дискретные (редко аналоговые) средства вычислительной техники. 

    В системах ЧПУ на всем пути подготовки программы управления вплоть до ее передачи рабочим органам станка мы имеем дело только с информацией в цифровой (дискретной форме). Программа в цифровом виде задается стандартным набором символов, который называется кодом. Носителем программы в цифровом виде (программоносителем) служит перфолента и магнитные носители (магнитные ленты, диски, барабаны). 

Такая программа физически не связана с размерами и точностью изготовления детали, как при применении аналоговых носителей информации. Поэтому изготовить ее значительно легче, быстрее и дешевле, что особенно важно при частой смене изделий. Изготовление такой программы заключается в расчете и записи информации на программоноситель. Это можно выполнить либо непосредственно с пульта управления станка или полностью автоматизировать с помощью ЭВМ. В этом основной смысл применения ЧПУ для автоматизации станков и другого технологического оборудования.