Место локальных систем в иерархии систем управления

В настоящее время и в перспективе одной из актуальных и технически сложных задач является комплексная автоматизация производств, позволяющая перейти на «безлюдную» технологию производства. При этом помимо автоматизации отдельных технологических операций, отдельных станков и технологических модулей необходимо координировать их работу в сложных агрегатах и взаимосвязанных производственных установках и комплексах.

Для решения задач комплексной автоматизации в настоящее время разрабатываются и внедряются сложные многоуровневые автоматические и автоматизированные системы управления технологическими процессами – АСУТП, работотехнологическими комплексами – РТК, гибкими автоматическими производствами – ГАП.

В качестве примера такой комплексной автоматизации производства можно рассмотреть ГАП машиностроения и металлообработки. Оно представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных производств, технических средств и технологического оборудования, работающих в едином взаимосвязанном комплексе.

В состав ГАП входят:

– технологическое производство, осуществляющее собственно изготовление и обработку продукции;

– автоматическая транспортная система, обеспечивающая выполнение транспортных операций по перемещению обрабатываемых изделий между технологическими установками, подачу заготовок на обработку и транспортировку готовых изделий на склад или соседние производства;

– автоматический склад для хранения заготовок, полуфабрикатов и готовой продукции;

– инструментальное и подготовительное производства и др.

Технологическое производство оснащено автоматическим и автоматизированным оборудованием, робототехническим комплексами, агрегатными станками, обрабатывающими центрами и другими технологическими установками с системами числового программного управления – ЧПУ. В состав каждого технологического модуля входят десятки исполнительных механизмов и электроприводов (приводы главного движения, приводы подач, приводы фиксации обрабатываемых изделий, приводы подачи, фиксации и смены инструмента и ряд других) с соответствующими системами регулирования и управления.

Автоматическая транспортная система содержит ряд транспортных роботов, обеспечивающих выполнение транспортных операций между технологическими модулями, а также между производствами (подготовительным, инструментальным, обрабатывающим, складом). Система управления транспортом решает задачи согласованного управления транспортными роботами, планирования маршрутов их движения, выдачи заданий бортовым системам программного управления и контроль их исполнения.

На каждом транспортном роботе имеется бортовая система программного управления, обеспечивающая управление приводами движения, рулевым приводом, приводами погрузочно–разгрузочного устройства, приводами тормозов, фиксации грузов и другими исполнительными механизмами, с соответствующими системами управления приводами и исполнительными механизмами.

Автоматический склад представляет собой ряд стеллажей, содержащих порядка тысячи ячеек; краны–штабелеры, обеспечивающие загрузку-разгрузку ячеек и перемещение грузов внутри склада; устройства приема-выдачи и ориентации грузов. Система управления складом обеспечивает согласованное управление приводами устройств приема-выдачи и ориентации грузов и приводами кранов-штабелеров, планирование и размещение грузов на складе, их учет, ведение документации, выдачу грузов и сопроводительной документации и т.д. Инструментальное и подготовительное производства в свою очередь содержат десятки станков и технологических модулей со своими автоматическими и автоматизированными системами управления. Системы управления такими сложными объектами и производствами строятся иерархическими, многоуровневыми. Структурная схема системы изображена на рис. 1.1.

Рис. 1.1

На верхнем уровне находится АСУ производством, решающая задачи организации и планирования производства, выдающая задания и координирующая работу нижестоящих систем (АСУ цеха, транспорта, склада и др.).

Последние в свою очередь выдают задания и координируют работу систем управления отдельными станками, агрегатами и технологическими модулями. Системы управления технологическими агрегатами и модулями в свою очередь выдают задания и координируют работу систем управления приводами и исполнительными механизмами, осуществляющими непосредственное управление и регулирование технологических переменных.

Автоматизированные системы управления верхних уровней обычно содержат в своем составе управляющий вычислительный комплекс (УВК) и задачи управления в них решаются вычислительной машиной (программно) вне реального времени с выдачей результатов в виде документов руководству производства и операторам.

Системы управления технологическим оборудованием работают в реальном масштабе времени с выдачей результатов в виде сигналов управления нижестоящим системам через соответствующие устройства сопряжения.

Системы локальной автоматики занимают нижний уровень иерархии, осуществляя воздействия непосредственно на исполнительные и регулирующие устройства. В большинстве они реализуются аппаратно, хотя могут содержать в себе встроенные микропроцессоры и ПЭВМ.

Все информационные связи иерархической системы управления осуществляются через локальную сеть.

Хотя в иерархии систем управления локальные системы занимают нижний уровень, они выполняют очень ответственные функции по управлению исполнительными устройствами, осуществляющими непосредственное управление и регулирование производственных процессов, и без их качественной работы невозможно достичь нормального функционирования АСУ.

В управлении производственными процессами локальные системы выполняют следующие функции:

1. Автономная стабилизация различных физических величин и технологических переменных (температуры, уровня, давления, частоты вращении
и др.)

В этом случае каждая локальная система работает автономно, независимо от других систем управления. Задание ей задается в виде уставки один раз и в процессе работы не изменяется.

2. Автоматическое регулирование различных технологических переменных в соответствии с заданиями, формируемыми операторами или системами управления вышестоящих уровней. В этом случае локальные системы выполняют функции исполнительных устройств, осуществляя непосредственное воздействие на объект управления, поддерживая регулируемые переменные в соответствии с заданиями.

3. Программное и программно–логическое управление. В этом случае управление осуществляется по заранее разработанной программе (бортовая система программного управления робокаром, системы ЧПУ станками и др.) В системах программно–логического управления производится непрерывный контроль выполнения программы и логических условий, в зависимости от выполнения которых, программа может ветвиться. К таким системам можно отнести системы программного управления пуском и остановкой сложных механизмов, требующие последовательного выполнения большого количества управляющих команд, причем очередная команда формируется по выполнению логических условий, определяемых предыдущей.

4. Автоматический контроль состояния оборудования, качества выполнения технологических операций, качества продукции. Функции автоматического контроля значительно возросли в связи с внедрением гибких автоматических производств, в которых необходимо быстро и эффективно решать задачи контроля на всех стадиях технологического процесса, начиная с контроля заготовок и исправности инструмента, и заканчивая контролем качества выпускаемой продукции.

5. Технологические и аварийные защиты оборудования. Локальные системы автоматики осуществляют непосредственное управление объектами и технологическим оборудованием, выполняют функции исполнительных устройств в многоуровневых системах управления. Соответственно на них возлагаются функции защиты оборудования от перегрузок, ограничения регулируемых переменных на допустимом уровне, а также защита в аварийных режимах.