Интеллектуальные электрические аппараты (стр. 2 из 3)

В настоящее время предметом поставки являются стандартные изделия – набор унифицированных системных элементов управления для каждого типа машин. Функциональными модулями решаются такие технологические задачи, как позиционирование и регулирование технологического параметра с обратной связью. Такими же функциональными модулями являются преобразователи и двигатели. Только точно и надежно управляемые приводы обеспечивают правильную работу машин. Для этого используется надежная система приводов в серводвигателях и преобразователи для асинхронных и синхронных электродвигателей с большой динамикой при минимальных габаритах.

Возникла концепция интеллектуального электропривода, основной идеей которой является уменьшение стоимости программного обеспечения и замена сложной и дорогостоящей механики высокой точности. Этим интеллектуальным приводом решаются такие сложные функции, как, например, синхронное движение, угловая синхронизация и другие специфические задачи регулирования, интегрированные в привод технологическим программным обеспечением.

Из этих программных модулей можно легко реализовать специфические пользовательские приложения, для примера электронный редуктор. Такое применение может быть реализовано как центральное решение на основе контроллера или как децентрализованное решение непосредственно в преобразователях привода (децентрализованный привод).

Наконец, вершиной современной технологии на рынке являются комплексные решения, подходящие как для маленькой машины, так и для крупной установки, которые обеспечивают конкурентоспособность и высокую производительность оборудования пользователя. Эти решения реализуются стандартными изделиями, а так же специализированными модулями для различных отраслей.

Комплексные решения позволяют в процессе инжиниринга получать «идеальные» решения для конкретной задачи. Комплексные решения, благодаря современных информационным технологиям, представлены в виде интеграционного программного обеспечения. Это программное обеспечение для каждой фазы конкретного проекта: для планирования, проектирования, конфигурирования и параметрирования оборудования и средств коммуникации, для программирования, документирования, тестирования, ввода в эксплуатацию и сервиса и архивации. Оно допускает кооперацию и совместную работу нескольких человек над одним проектом.

Надежные коммуникации между компонентами автоматизации – обязательное условие высокой производительности любой машины. Сейчас существуют надежные шинные системы, такие как MODBUS, CANи т.д., обеспечивающие безотказный обмен данными между компонентами на всех уровнях. Такая система легко модернизируется и масштабируется.

Удобное взаимодействие между оператором и технологической установкой (станком) обеспечивает системе человеко-машинного интерфейса (HMI). Для этого применяются специализированные панели со специальным программным обеспечением для проектирования конкретной системы, так и базирующиеся на PCсистемы визуализации созданные по новейшим технологиям и работающие под управлением различных операционных систем (Linux, Solaris, Windows).

Рисунок 4 – Операторская панель выполненная по технологии Multitouch

3. Станки с числовым программным управлением

Отличным примером, содержащем в себе все современные достижения электромеханики, являются станки с числовым программным управлением (ЧПУ).

Cтанки с ЧПУ — оборудование, выполняющее различные технологические операции по заданной программе. Помимо металлорежущих (например, фрезерные или токарные), существует оборудование для резки листовых заготовок (лазерная и гидроабразивная резка), для обработки давлением. Использование систем ЧПУ повышает производительность труда, резко увеличивает выход годных заготовок, а так же снижает риск рабочих на производстве.

Рисунок 5 – Токарный станок с ЧПУ

Если на станке выполняются несколько операций, то такая машина называется обрабатывающим центром. Такие станки включают в себя приводы позиционирования обрабатывающего инструмента и приводы подачи заготовки, работа которых проходит по технологически необходимой программе. В обрабатывающих центрах предусматривается устройство автоматической смены инструмента. Таким образом станок с ЧПУ представляет собой систему электромеханических устройств, основу которых составляют высокоточные автоматизированные электроприводы. Работа этих электроприводов объединена единой технологической задачей и управляется вычислительным устройством – системой числового программного обеспечения.

4. Промышленные роботы

В результате развития станков с ЧПУ появились промышленные роботы.Промышленный робот — автономное устройство, состоящее из механического манипулятора и перепрограммируемой системы управления, которое применяется для перемещения объектов в пространстве в различных производственных процессах.

Промышленные роботы являются важными компонентами автоматизированных гибких производственных систем (ГПС), которые позволяют увеличить производительность труда.

Появление станков с числовым программным управлением (ЧПУ) привело к созданию программируемых манипуляторов для разнообразных операций по загрузке и разгрузке станков. В 1954 году американский инженер Д. Девол запатентовал способ управления погрузочно-разгрузочным манипулятором с помощью сменных перфокарт. Вместе с Д. Энгельбергом в 1956 г. он организовал первую в мире компанию по выпуску промышленных роботов. Ее название «Unimation» (Юнимейшн) является сокращением термина «Universal Automation»(универсальная автоматика).

В 1962 году в США были созданы первые промышленные роботы «Юнимейт» и «Версатран». Их сходство с человеком ограничивалось наличием манипулятора, отдаленно напоминающего человеческую руку. Некоторые из них работают до сих пор, превысив 100 тысяч часов рабочего ресурса.

«Юнимейт» имел 5 степеней подвижности с гидроприводом и двухпальцевое захватное устройство с пневмоприводом. Перемещение объектов массой до 12 кг осуществлялось с точностью 1,25 мм. В качестве системы управления использовался программоноситель в виде кулачкового барабана с шаговым двигателем, рассчитанный на 200 команд управления, и кодовые датчики положения. В режиме обучения оператор задавал последовательность точек, через которые должны пройти звенья манипулятора в течение рабочего цикла. Робот запоминал координаты точек и мог автоматически перемещаться от одной точки к другой в заданной последовательности, многократно повторяя рабочий цикл. На операции разгрузки машины для литья под давлением «Юнимейт» работал с производительностью 135 деталей в час при браке 2 %, тогда как производительность ручной разгрузки составляла 108 деталей в час при браке до 20 %.

Робот «Версатран», имевший три степени подвижности и управление от магнитной ленты, мог у обжиговой печи загружать и разгружать до 1200 раскаленных кирпичей в час. В то время соотношение затрат на электронику и механику в стоимости робота составляло 75 % и 25 %, поэтому многие задачи управления решались за счет механики. Сейчас это соотношение изменилось на противоположное, причем стоимость электроники продолжает снижаться. Предлагаются необычные кинематические схемы манипуляторов. Быстро развиваются технологические роботы, выполняющие такие операции как высокоскоростные резание, окраска, сварка. Появление в 70-х гг. микропроцессорных систем управления и замена специализированных устройств управления на программируемые контроллеры позволили снизить стоимость роботов в три раза, сделав рентабельным их массовое внедрение в промышленности. Этому способствовали объективные предпосылки развития промышленного производства.

Рисунок 6 – Современным промышленный робот

В составе робота есть механическая часть и система управления этой механической частью, которая в свою очередь получает сигналы от сенсорной части. Механическая часть робота делится на манипуляционную систему и систему передвижения.

Механическая часть

Манипулятор — это механизм для управления пространственным положением орудий и объектов труда.

Манипуляторы включают в себя подвижные звенья двух типов:

· звенья, обеспечивающие поступательные движения

· звенья, обеспечивающие угловые перемещения

Сочетание и взаимное расположение звеньев определяет степень подвижности, а также область действия манипуляционной системы робота.

Для обеспечения движения в звеньях могут использоваться электрические, гидравлический или пневматический привод.

Частью манипуляторов (хотя и необязательной) являются захватные устройства. Наиболее универсальные захватные устройства аналогичны руке человека — захват осуществляется с помощью механических «пальцев». Для захвата плоских предметов используются захватные устройства с пневматической присоской. Для захвата же множества однотипных деталей (что обычно и происходит при применении роботов в промышленности) применяют специализированные конструкции.

Вместо захватных устройств манипулятор может быть оснащен рабочим инструментом. Это может быть пульверизатор, сварочная головка, отвёртка и т. д.

Система передвижения

Внутри помещений, на промышленных объектах используются передвижения вдоль монорельсов, по напольной колее и т. д.

Для перемещения по наклонным, вертикальным плоскостям используются системы аналогичные «шагающим» конструкциям, но с пневматическими присосками.