Система программного управления инерционным вибропресс- молотом

 

Изобретение относится к машиностроению , в частности к конструкции систем управления оборудованием для обработки давлением. Цель изобретет, ния - расширение технологических возможностей и улучшение условий обслуживания путем обеспечения возможности программирования управления. Эта цель достигается за счет оснащения системы регулятора статического прижима и устройством управления инерционными грузами с манипулятором, программируемым контроллером, соединенным с циф-. роаналоговым преобразователем и тензоусилителем, датчиками нагрузки и инерционных грузов, -измерителями амплитуды и частоты вибраций, блоком управления и пультом управления роботом , а также регуляторами амплитуды и частоты вибраций. При введении с пульта управления в микропроцессор программируемого контроллера данных о параметрах заготовок происходит вычисление оптимальных рабочих параметров вибропресс-молота по программе , записанной в блоке памяти. После этого программируемый контроллер производит настройку режима вибрации, при помощи регуляторов. Контроль работы и корректировка -производятся при помощи датчиков нагрузки и инерционных грузов, а также измерителей амплитуды и частоты вибраций. 3 ил. I (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5114 В 21 J 7 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ф

H АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4106676/31-27 (22) 13.05;86 (46) 15.01.88. Бюл. У 2 (71) Винницкий политехнический институт (72) 10.А. Бочаров, P.Ä. Искович-Лотоцкий, P.P. Обертюх, А.П. Терещенко и A.À. Гуменчук (53) 621.979.31(038.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 967650, кл. В 21 J 9/06, 1981. (54) СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ

ИНЕРЦИОНН11М ВИБРОПРЕСС-MOSIOTOM (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием для обработки давлением. Цель изобрете-.; ния — расширение технологических возможностей и улучшение условий обслуживания путем обеспечения возможности программирования управления. Эта цель достигается эа счет оснащения системы регулятора статического прижима и устройством управления инерционными грузами с манипулятором, программируемым контроллером, соединенным с циф-. роаналоговым преобразователем и тензоусилителем, датчиками нагрузки и инерционных грузов, измерителями амплитуды и частоты вибраций, блоком управления и пультом управления роботом, а также регуляторами амплитуды и частоты вибраций. При введении с пульта управления в микропроцессор программируемого контроллера данных о параметрах заготовок происходит вычисление оптимальных рабочих. параметров вибропресс-молота по программе, записанной в блоке памяти. После этого программируемый контроллер производит настройку режима вибрации. при помощи регуляторов. Контроль работы и корректировка производятся при помощи датчиков нагрузки и инерционных грузов, а также измерителей амплитуды и частоты вибраций. 3 ил.

627) 2

1 136

Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудования для обработки давлением.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей и улучшение условий обслуживания путем обеспечения возможности программирования управления.

На фиг.l показана конструктивная блок-схема системы управления инерционным вибропресс-молотом; на фиг.2 датчик инерционных грузов и схема сравнения; на фиг.3 — блок-схема программируемого контроллера.

Инерционный вибропресс-молот состоит из станины 1 с колоннами 2, вибростола 3, связанного с поршнем 4 рабочего цилиндра 5, подвижной траверсы 6 с инерционными грузами 7 и цилиндра 8 статического прижима, шток которого жестко соединен с подвижной траверсой 6. Полости цилиндра 8 статического прижима соединены с регулятором 9 статического прижима, а рабочий цилиндр 5 — с источником 10 импульсов давления. Наборные инерционные грузы 7 установлены на подвижной траверсе 6 с возможностью съема при помощи устройства ll управления инерционными грузами.

Регулятор 9 статического прижима состоит из электрогидравлического преобразователя 12, обеспечивающего заданный перепад давлений в полостях цилиндра. 8 пропорционально величине и знаку сигнала управления, подаваемого с выхода первого операционного усилителя 13, прямой вход которого соединен с выходом программируемого контроллера 14, через первый цифроаналоговый преобразователь 15, а инвертированный вход связан с тензоусилителем 16 и датчиком 17 нагрузки, выполненным в виде тензорезисторного дифференциального датчика давления.

Устройство ll управления инерционными грузами состоит из манипулятора !8, установленного рядом с вибропресс-мЬлотом таким образом, что траверса 6 находится в зоне действия его исполнительного органа, блока 19 управления схемы 20 сравнения и дат- чика 21 инерционных грузов. Блок 19 управления состоит из накопителя 22, пульта 23 управления работом и, связанным с ними, командного блока 24, 10

55 первый выход которого связан с входом манипулятора 18.

Датчик 21 инерционных грузов представляет собой набор из восьми пар свето- и фотоэлементов 25, установленйых на траверсе 6 вибропресс-молота таким образом, что при установке каждого последующего инерционного груза 7 прерывается световой поток в одной из пар свето- и фотоэлементов

25. Схема 20 сравнения включает в себя шифратор 26, каждый из входов которого связан с выходом одной из пар свето- и фотоэлементов 25. Шифратор 26 преобразует эту информацию в двоичный цифровой код. Выход шифратора 26 соединен с первым входом цифрового компаратора 27, выход которого связан с вторым входом командного блока 24.

Регулятор 28 амплитуды вибраций содержит электродвигатель 29 постоянного тока, вал которого кинематически связан с первым входом 30 источника 10 импульсов давления и датчиком 31 углового положения, на крайние контакты которого подается опорное напряжение (+5 и -5 В), а также операционный усилитель 32, вход которого соединен с выходом второго цифроаналогового преобразователя 33..

Обмотка якоря электродвигателя 29 через последовательно включенный усилитель 34 мощности, соединены с выходом второго операционного усилителя 32, прямой вход которого подключен к выходу. второго цифроаналогового преобразователя 33, а инвертированный — к среднему контакту датчика 31 углового положения.Регулятор 35 частоты вибраций выполнен по той же схеме, что и регулятор 28 амплитуды вибраций и содержит электродвигатель 36 постоянного тока, вал которого кинематически связан с вторым входом 37 источника 10 импульсов давления, операционный усилитель 38, вход которого соединен с выходом третьего цифроаналогового преобразователя 39. Регулятор 35 содержит также усилитель 40 мощности и датчик 41 углового положения. На об-< мотки возбуждения электродвигателей.

29 и 36 подается постоянное напряжение 24 В.

Выход датчика 42 линейного перемещения, связанный с вибростолом 3, ES где N t

S

1 а

I ) 2

3 13662 соединен с входами измерителей амплитуды 43 и частоты 44 вибраций.

Программируемый контроллер 14, например "Электроника Kl 20" упрощен ная схема которого показана (на фиг.3), 5 снабжен программатором 45 для ввода данных со встроенным интерфейсным устройством, блоком 46 памяти и устройства ввода 47 и вывода 48 инфор.мации, а также микропроцессором 49, непосредственно связанным со всеми указанными устройствами. Устройство

47 ввода информации содержит четыре входа, первый,из которых связан с выходом аналого-цифрового преобразователя 50, второй — с выходом шифратора

26, третий — с выходом измерителя 43 амплитуды вибраций, а четвертый — с выходом измерителя 44 частоты вибраций; Вход аналого-цифрового преобразователя 50 соединен с выходом тензоусилителя 16. Выход устройства 48 вывода информации содержит 4 канала, второй из которых связан с вторым входом цифрового компаратора 47, а три других через последовательно включенные цифроаналоговые преобразователи 15, 33 и 39 соединены с прямыми входами операционных усилителей еоответственио 13, 32 и 38.

Система программного управления вибропрессом содержит узел 51 блокировок, снабженный сумматором 52, на входы которого подаются сигналы с второго выхода блока 19 управления (через пульт 23) и трех компараторов

53, источник 54 опорных напряжений и реле 55 аварийного отключения.

Компараторы 53 содержат по два входа, первые из которых (измерительные) соединены с выходами операционных усилителей соответственно 13, 32 и 38, а вторые (установочные) входы связаны с источником 54.опорных напряжений. Выход сумматора 52 связан с обмоткой реле 55 аварийного отключения, нормально замкнутые контакты которого включены последовательно с кнопкой отключения силовой части привода вибропресс-молота (не показаны).

Кроме того, система программного управления содержит блок 56 индика55 ции (в качестве которого может быть использован дисплей), входы которого связаны с выходами программируемого контроллера 14.

71 4

Система программного уйравления вибропрессом, работает следующим образом.

С программатора 45 в микропроцессор 49 вводятся данные о параметрах заготовки, описывающие ее геометрию, физико-механические свойства, а также параметры материала заготовки — размер фракции его частиц и влажность. (Эта информация обрабатывается согласно программе, предварительно записанной в блоке 46 памяти), в результате чего вычисляются оптимальные рабочие параметры вибропресс-молота, амплитуда и частота вибраций вибростола 3, давление статического прижима и масса инерционного пригруза по следующей методике:

4 E — -у— где и) — частота внешнего колебания воздействия, при которой обеспечивается уплотнение полуфабриката до плотнос-: ти р

Š— объемный модуль упругости;

h — высота заготовки после прес-. сования до плотности P . статическая нагрузка,. коэффициент статического сжатия, площадь сечения заготовки. где I — амплитуда внешнего колебательного воздействия; а — виброускорение, вызываемое импульсом.

Вторая часть программы, используя вычисленные значения оптимальных рабочих параметров и тарировочные со отношения, производит вычисление значений управляющих сигналов а„, а а и а . Эти сигналы с микропроцессора 49 поступают в устройство 48 вы. вода информации программируемого контроллера 14, а оттуда в виде двоичного цифрового кода — к соответствующим цифроаналоговым преобразователям

15, 33 и 39 и на вход схемы 20 сравнения.

Регулятор 9 статического прижима выполнен по схеме следящей системы с отрицательной обратной связью по перепаду давлений. С первого выхода устройства 48 вывода программируемо5 1366271

6 го контролера 14 управляющих сигналов да компаратора 27 на первый вход коа „ в виде двоичного цифрового кода мандного блока 24 не поступает и ропоступает на вход цифроаналогового: бот остается в исходном положении. преобразователя 15, а оттуда в виде Если после установки инерционного

5 регулируемого напряжения U на прямой груза 7 остается сигналд а О, то

f вход операционного усилителя 13. На операция установки груза 7 повторяетинвертированный вход последнего пос- ся и устанавливается еще один инерцитупает сигнал П датчика 17 нагруз- онный груз 7 и т.д.

"11 ки, преобразованный тензоусилителем 10 Аналогично происходит операция

16. На выходе операционного усилите- снятия инерционных грузов 7 в случае, ля 1З,формируется сигнал д У „ = †(U„ — если на выходе цифрового компаратора

). С выхода усилителя !3 этот 27 формируется сигнал д а (О.

11

I сигнал д U „подается на вход электро- Одновременно с подачей сигнала от гидравлического преобразователя 12, 15 блока 24 к манипулятору 18 на устакоторый корректирует давление в по- новку или снятие инерционного груза лостях цилиндра 8 статического прижи- 7, с второго выхода блока 24 через ма таким образом, чтобы минимизиро- пульт 23 подается сигнал на второй вать сигнал ошибки д U,. вход сумматора 52, который не снимаСигнал 0„, с выхода тензоусилителя 20 ется до тех пор, пока манипулятор 18

16 подается также на вход аналого- не возвратится в исходное положение. цифрового преобразователя 50, с вы- При этом на выходе узла 51 блокировхода которого этот сигнал в виде дво- ки также появится напряжение, которое ичного цифрового кода а поступает

12 включит реле 55 аварийного отключе-; на первый вход устройства 47 ввода 25 ния, разомкнув контакты последнего, программируемого контроллера 14. При- дублирующие кнопку "Отклонение" силоведенный микропроцессором 49 к раз- вой части привода вибропресс-молота. мерности МПа этот сигнал заводится Это исключит возможность запуска прина блок 56 индикации, показывая пере- вода вибропресс-молота во время устапад давлений в цилиндре 8 статическо- З0 новки или съема инерционного груза 7. го прижима. Сигнал управления а ус- С выхода шифратора 26 информация тройства 11 управления инерционными о количестве установленных инерционгруэами в виде двоичного цифрового ных грузов — а поступает на второй кода с второго канала устройства 48 вход устройства 47 ввода программивывода программируемого контроллера руемого контроллера 14 и далее через

14, поступает на второй вход цифро35 микропроцессор 49 — к блоку 56 индивого компаратора 27 схемы 20 сравне- кации. ния. На компараторе 27 этот цифровой Величина амплитуды колебаний вибкод сравнивается с кодом, поступающим ростола 3 определяется состоянием с выхода шифратора 26 — а, и в за- 4 входа регулирования амплитуды вибрависимости от их соотношений, на выхо- ций источника 10 импульсов. давления. де компаратора 27 формируется сигнал Сигнал а управления этим входом реда = а — ао, поступающий на первый гулирования вычисляется микропроцес вход командного блока 24. Если сором 49 и в виде двоичного цифровода 7 О, то командный блок 24 обраща- 45 ro кода поступает на третий выход ется к той части программы, предва- устройства 48 вывода, а оттуда на рительно записанной в накопителе 22 вход цифрового аналогового преобраблока 19 управления роботом, которая зователя 33. Преобразованный в аналообеспечивает установку одного инерци- говую форму (т.е. в виде постоянного онного груза 7, и запускает манипуля- напряжения) сигнал U подается на

50 тор.18. При установке на траверсу 6 прямой вход операционного усилителя инерционного груза 7 прерывается све- 32, на инвертированный вход которого товой поток в одной из пар свето- и поступает сигнал U с датчика 31

З1 фотоэлементов 25 и изменяется сигнал углового положения регулятора 28 амна одном из входов шифратора 26, а, плитуды. Разность этих сигналов

55 следовательно, изменяется цифровой 6U> = -(1 > — U Ä) с выхода операцидвоичный код на его выходе. Если пос-: онного усилителя 32 поступает на вход ле установки груза 7 цифровые коды усилителя 34 мощности, к выходу кото-, а и а совпадут, то сигнал с выхо- рого подключена обмотка якоря элект7 13 родвигателя 29. Вал электродвигателя

29 будет вращаться до тех пор, пока напряжение U на выходе датчика 31 углового положения (кинематически связанного с двигателем 29) не срав няется с управляющим напряжением U .

Кроме того, скорость вращения вала электродвигателя 29 пропорциональна напряжению на его якоре, поэтому по мере приближения вала электродвигателя к заданному положению, его cKo- рость уменьшается, так как уменьшается сигнал рассогласованияЫ на выходе операционного усилителя 32, что обеспечивает устойчивую работу регулятора и точность позиционирования.

Положение входа 37 регулирования частоты вибраций задается управляющим сигналом а на четвертом выходе устройства 48 вывода программируемого контроллера 14. Регулятор 35 частоты вибраций реализован по такой же схеме, как и регулятор 28 амплитуды вибраций и работает аналогичным образом.

Измерение амплитуды и частоты вибраций производится при помощи датчика 42 линейного перемещения, под-; вижный элемент которого связан с вибростолом 3, а неподвижный установлен на станине 1 вибропресс-молот. С выхода этого датчика снимается аналоговый сигнал У5, который заводится на входы измерителей амплитуды 43 и частоты 44 вибраций. С этих измерителей сигналы в виде двоичного цифрового кода поступают соответственно на третий и четвертый входы устройства 47 ввода программируемого контроллера

14. Микропроцессор 49 согласно запи-.. санной в блоке 46 памяти программе последовательно запрашивает информацию с второго и третьего входов устройства 47 ввода и сравнивает полу» ченные значения аз< и а4 с соответствующими управляющими сигналами, вычисленными по изложенной методике— а и а4 . В случае, если погрешность отработки сигналов ла = а — а

Ьа <, = a — a превышает 1 OX абсо,лютного значения, то производится коррекция сигналов управления аЗ .и а таким образом, чтобы уменьшить . указанную погрешность.

С микропроцессором 49 связан блок

56 индикации, на которой программным путем выводится иншормация об исходных данных: параметрах заготовки ма66?71 8

35 переналадка вибропресс-молота. Применение программируемого контроллера поз. воляет по параметрам заготовки и ее ма40 териала вычислить рабочие параметры вибропресс-молота. Оснащение системы регуляторами статического прижима, амплитуды и частоты вибраций позволяет переналаживать вибропресс-молот без участия оператора, а наличие пульта

45 управления и ввода данных позволяет осуществлять дистанционное управление работой вибропресс-молота, например датчиков нагрузки, инерционных грузов, линейного перемещения вибро50 стола, углового положения валов электродвигателей, регулирующих амплитуду и частоту вибраций, а также устройств управления и коррекции параметров вибропресс-молота, позволяет произво55 дить точную настройку рабочих режимов вибропресс-молота. За счет всего

1 этого обеспечивается эффективность использования системы управления °

30 териала и режимах вибропрессования: амплитуде и частоте вибраций; величине статического прижима и количест ве инерционных грузов.

Контроль работы программируемого контроллера 14 осуществляется программным путем. Контроль работы устройства, на которых реализованы регуляторы 9, 28 и 35 и устройство 11, осуществляется узлом 51 блокировки.

На выходе компаратора 53 может появиться. сигнал голько в том случае, если напряжения рассогласования Б„, ьБ и лУ, поступающие на их первые

1 входы с операционных усилителей соответственно 13, 22 и 38, превысят значения эталонных напряжений, заведенные на вторые входы каждого из трех компараторов 53. Это произойдет, если какой-либо из управляющих сигналов а, и а или а выйдет за пределы

4 возможностей соответствующего регулятора, либо в случае отказа элементов регуляторов. При наличии на выходе любого из компараторов 53 сигнала, появляется напряжение на выходе сумматора 52, включается реле 55 аварийного отключения, дублируя кнопку "Отключение" силовой части привода вибропресс-молота. !

Таким образом, предлагаемая система управления особенно эффективна в условиях единичного и мелкосерийного производства, когда необходима частая

1366271

Ф о р м у л а и з обре т е н и я

Система программного управления инерционным вибропресс-молотом, содер- жащая исполнительный цилиндр, шток

5 которого жестко связан с вибростолом, а поршневая полость соединена с источником импульсов давления и регуляторами амплитуды и.частоты вибраций, а также подвижную траверсу с инерци- 10 онными грузами, цилиндр статического прижима с регулятором статического прижима, отличающаяся тем, что, с целью расширения техноло- гических возможностей и улучшения ус- 15 ловий обслуживания путем обеспечения возможности программирования управления, она снабжена датчиком линейных перемещений вибростола, измерителями амплитуды и частоты вибраций, манипу- 20 лятором инерционных грузов с блоком управления, датчиком инерционных груэов, схемой сравнения тремя цифроаналоговыми преобразователями, узлом блокировок, аналого-цифровым преоб- 25 разователем, а также программируемым контроллером, причем узел блокировок выполнен в виде источника опорного напряжения, выход которого соединен с установочными входами трех компара- 0 торов, измерительные входы которых подключены. соответственно первый - к выходу регулятора статического прижима, второй — к выходу регулятора амплитуды вибраций, а третий — к выходу регулятора частоты вибраций, выходы всех компараторов соединены с входами сумматора, выход которого связан с реле аварийного отключения; при этом регуляторы амплитуды и частоты вибраций выполнены идентично в виде серводвигателя постоянного тока и дат-. чика углового положения серводвигателя, а также соединенных между собой операционного усилителя и усилителя мощности, выход которого подключен к якорю серводвигателя постоянного тока, вал которого механически связан соответственно с первым и вторым вхо-.: дами источника импульсов давления, а входы регуляторов амплитуды и частоты вибраций через второй и третий цифроаналоговые преобразователи соединены а двумя выходами программируемого контроллера, другие два выхода которого связаны соответственно — с входами схемы сравнения и первого цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к входу регулятора усилителя статического прижима, выход которого соединен через аналогоцифровой преобразователь с одним из входов программируемого контроллера, другие входы которого соединены соответственно с выходом схемы сравнения и выходами измерителей амплитуды частоты вибраций, входы которых связаны с выходами датчика линейных перемеще- ний вибростола.

136627) rz

>zz Ъ?

СЪЕМ

Составитель В. Грибова

Редактор Ю. Середа Техред И.Попович Корректор A. 0бручар

Заказ 6729/1) Тираж 588 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4