Адаптивная система программного управления инерционным вибропресс-молотом
Изобретение относится к машиностроению , в частности к конструкции систем управления оборудованием для обработки давлением. Цель - расширение технологических возможностей и улучшение качества обрабатываемых изделий. Система осуществляет вычисление рабочих режимов бла2 годаря наличию программируемого контроллера 22, а также настройку на них вибропресс-молота при помощи регуляторов уровня давления 37 и объема аккумулятора 39, инерционного пригруза 26 и статического прижима 18. Кроме того, система контролирует значения рабочих параметров вибропресс-молота при помощи датчиков нагрузки, инерционного пригруза и устройств измерения амплитуды и частоты 49 вибраций. Благодаря наличию регуляторов затяжки пружин возврата и подачи гидронасоса система осуществляет поднастройку частоты и амплитуды вибрации вибростолэ в ходе прессования. Плотность, равноплотность и высота обрабатываемых изделий контролируется датчиками давления порошка 67 и линейного датчика 65. 10 ил. Ё
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБ ТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ЖВОВЗНЩ IiafHTN - ТЦЯ",1 "Дy«i, ГИБЛ, 4О; —.; . ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4709891/27 (22) 26.06.89 (46) 30.10.91. Бюл. М 40 (71)Винницкий политехнический институт (72) Ю, А. Бочаров, А, П. Терещенко. Р, Д. Искович-Лотоцкий, P. P. Обертюх и А. А, Гуменчук (53) 621.979.31(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР М 1366271, кл. В 21 J 7/46, 1986. (54) АДАПТИВНАЯ СИСТЕМА ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНЕРЦИОННЫМ В ИБРОПРЕСС-МОЛОТОМ (57) Изобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием для обработки давлением. Цель — расширение технологических возможностей и улучшение качества обрабатываемых изделий. Система осуществляет вычисление рабочих режимов блаИзобретение относится к машиностроению, в частности к конструкции систем управления оборудованием для обработки давлением. Цель изобретения — расширение технологических возможностей и улучшение качества обрабатываемых изделий. На фиг. 1 показана комбинированная блок-схема адаптивной системы управления инерционным вибропресс-молотом; на фиг. 2 — схема соединения датчика инерционного пригруза и схемы сравнения с устройством управления роботом; на фиг. 3— упрощенная схема программируемого контроллера; на фиг. 4 — схема регулятора статического прижима; на фиг, 5 — схема регулятора инерционного пригруза; на фиг. 6 — схема блока блокироаок; на фиг. 7— схема регуляторов уровня давления, подачи! Ю„1687351 А1 годаря наличию программируемого контроллера 22, а также настройку на них вибропресс-молота при помощи регуляторов уровня давления 37 и объема аккумулятора 39, инерционного пригруэа 26 и статического прижима 18. Кроме того, система контролирует значения рабочих параметров вибропресс-молота при помощи датчиков нагрузки, инерционного пригруза и устройств измерения амплитуды и частоты 49 вибраций, Благодаря наличию регуляторов затяжки пружин возврата и подачи гидронасоса система осуществляет поднастройку частоты и амплитуды вибрации вибростола в ходе прессования. Плотность, равноплотность и высота обрабатываемых изделий контролируется датчиками давления порошка 67 и линейного датчика 65. IG ил. гидронасоса, объема аккумулятора и затяжки пружин возврата вибростола; на фиг, 8— разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 9 — разрез Б-Б на фиг. 8; на фиг. 10 — схема аккумулятора. Адаптивной системой программного управления оснащается прес . состоящий иэ станины 1 с колоннами 2, вибростола 3, подпружиненного относительно сганины пружинами 4, установленными на шпильках 5, рабочего цилиндра 6, плунжер 7 которого жестко связан с вибростолом 3, подвижной траверсы 8 с инерционными пригруэами 9, установленной с возможностью перемещения от цилиндра 10-статического прижима. На вибростоле 3 жестко крепится прессформа 11 с заготовкой 12, а на подвижной траверсе8 — пуансон 13. Рабочий цилиндр 6 соединен с генератором 14 импульсов давления, который соединен с аккумулятором 1687351 15 с элементом 16 регулирования емкости, Аккумулятор 15 подключен к насосной станции /на чертеже н" показана/ и регулятору 17 потока. Адаптивная система управления содержит связанный с цилиндром 10 статического прижима регулятор 18 статического прижима, выполненный на базе электрогидравлического преобразователя 19, соединенного с выходом операционного усилителя 20, прямой вход которого соединен ° грез цифроаналоговый преобразователь 21 с программируемым контроллером 22 Инвертированный вход операционного усили-,еля 20 соединен через цифроаналоговь и преобразователь 23 с программируемым контроллере. 22 и через тензоусилитель 24 — с датчиком 25 > агрузки. Регулятор 26 инерционного пригруза содержит манипулятор 27, установленный таким образом, что подвижная траверса 8 находится в зоне его действия. V,нипулятор 27 соединен с устройством 28 управления, содержащим накопитель 29, соединенный через блок 30 управления с пультом 31 управления манипулятором. Блок 30 управления соединен со схемой 32 соавнения, связанной с программируемым контроллером 22 и датчиком 33 инерционкого пригруза, который представляет собой набор из зосьми пар свето- и фотоэлементов 34, ус-ановленных на подвижной тра версе 8, тэк, что при установке каждого последующего инерционного пригруза 9 прерывается световой поток в одной из пар свете- и фотоэлементов 34. Схема 32 сравнения содержит шифратор 35, выход которого соединен с входом цифрового хомпаратора 36, а выход последнегс — с вторым входом (вход — "от технологического оборудования" ) блока 30 управления. Регуляторы уровня давления 37, подачи гидронасоса 38., обьема аккумулятора 39 и затяжки пружин возврата вибростола 40 содержат электродвигатель 41 постоянного тока, валы которых кинематически связаны соответственно с генератором 14 импульсов давления, регулятором 11 потока, элементов 16 регулирования емкости. валом редуктора 42. Кроме того, регуляторы 37, 38. 39 и 40 содержат датчики 43 углозого голожения, на которые подается опорное напряжение+ 5В и - 5В, операционные усилители 44, цифроаналоговые преобразователи 45 v, усилители 46 мощности, С вибростолом 3 связан датчик 47 линейного перемещения, соединенный с входом узлов измерения амплитуды 48 и частоты 49 вибраций, 5 Устройство затяжки пружин возврата состоит из винтов 50, посаженных при помощи шпонок 51 на шпильки 5 с возможностью осевого перемещения по ним. Г1ри помощи резьбы винты 50 контактируют с гайками 52, установленными в станине 1 на подшипниках 53 и 54. На периферии гайки 52 образован зубчатый венец, контактирующий с зубчатым колесом 55, установленным на опорах 56 станины и приводимым шестерней 57 от редуктора 42, Программируемый контроллер 22 снабжен пультом 58 управления и ввода данных со встроенным интерфейсным устройством, блоком 59 памяти и устройством ввода 60 и вывода 61 информации, а также микропроцессором 62, непосредственно связанным со всеми упомянутыми устройствами. Устройство 60 ввода информации содержит шесть входов, первый из которых соединен с выходом шифратора 35, второй — с выходом цифроаналогового преобразователя 23, третий и четвертый — с выходами устройств измерения амплитуды 48 и частоты 49 вибраций, а пятый и шестой через цифроаналоговые преобразователи 63 и 64 — соответственно с линейным датчиком 65 и тензоусилителем 66датчика 67давления порошка. Выход устройства 61 вывода информации содержит шесть каналов, первый иэ которых связан с вторым входом цифрового компэратора 36, а пять других — с цифроаналоговым преобразователями 21 и 45 регуляторов. Система программного управления содержит блок 68 блокировки, снабженный устройством 69 логического суммирования, на выходы которого подаются сигналы с второго выхода блока 30 управления и пяти компараторов 70, источник 11 опорных напряжений и реле 72 аварийного отключения. Компараторы 70 содержат по двэ входа, первые из которых соединены с выходами операционных усилителей 20 и 44, а вторые входы — с источником 71 опорных напряжений. Выход устройства 69 логического суммирования связан с обмоткой реле 72 аварийного отключения, нормально замкнутые контакты которого включены последоватег,ьно с кнопкой, г>ткл ючения силовои части привода вибропресс-молота. Кроме того, система программного управления содержит блок 73 индикации, входы ко-орого связаны с выходами программируемого контроллера 22. адаптивная система управления работает следующим образом, 1687351 С пульта 58 управления в микропроцессор 62 вводятся данные о параметрах заготовки, описывающие ее геометрию, физико. механические свойства, а также параметры материала заготовки — размер 5 фракции его частиц и влажность, Эта информация обрабатывается согласно программе, предварительно записанной в блоке 59 памяти, в результатс чего вычисляются оп.тимальные рабочие параметры вибропресс- 10 молота; амплитуда и частота либраций вибростола 3, давление статического прижима в мэссе инерционного пригруза по .ледующей методике: 15 в=ц —, р где а) — частота внешнего колебательного воздействия, при которой обеспечивается уплотнение полуфабриката до плотности рс 20 Š— обьемный модуль упругости; h — высота заготовки после прессования до плотности р,. N= RES, где N — статическая нагрузка; 25 E — коэффициент статического сжатия; S — площадь сечения заготовки, а 30 где l — амплитуда внешнего колебательного воздействия, а — виброускорение, вызванное импульсом. Вторая часть программы, выполняемач непосредственно за указанной частью программы, используя вычисленные значения оптимальных рабочих параметров и тарировочные соотношения. производят вычисление значений управляющих сигналов а1, а2. аз и э4 регуляторов статического прижима 18, инерционного пригруза 26, уровня давления 37 и объема аккумулятора 39. Эти сигналы с микропроцессора 62 поступают в устройство 61 вывода программируемого контроллера 22, а оттуда в виде двоичного цифрового кода — к соответствующим цифроаналоговым преобразователями 21 и 45 регуляторов уровня давления 37 и объема аккумулятора 39 и на вход схемы 32 сравнения. Регулятор 18 статического прижима выполнен по схеме следящей системы с отрицательной обратной связью по перепаду давления. С первого выхода устройства 61 вывода программируемого контроллера 22 управляющий сигнал — a> в виде двоичного цифрового кода поступает на вход цифроаналогового преобразователя 21, а оттуда е виде регулируемого напряжения U — на прямой вход операционного усилителя 20. На инвертированный вход последнего поступает сигнал 011 с датчика 25 нагрузки, преобразованный тензоусилителем 24. Ня выходе операционного усилителя 20 формируется сигнал Л01 = (01 — 011), С выходя усилителя 20 напряжение A U> подается ня вход электрогидрэвлического преобразователя 19, который корректирует давление н полостях цилиндра 10 статического прижима таким образом, чтобы минимизирогять сигнал о вибо Л01, Сигнал U.. c выхода тензоусилителя 24 подается та же на вход цифроаналогового преобразователи 23, с выходя которого этот сигнал в Риде;., Бои lHQI о цифрового кода я1 поступает нэ первый вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22 Приведенный микропроцессором 62 к ряз мерности МПа этот сигнал заводится ня блок 73 индикации, показывая перепад давления на цилиндре 10 статического прижима. Сигнал управления az регулятором 26 инерционного пригруза в виде двоичного кода со второго выхода устройства 61 вывода программируемого контроллера 22 поступает на второй вход цифрового компаратора 36 схемы 32 сравнения. На компярэторе 36 этот цифровой код сравнивается с кодом, поступающим с выхода шифратора 35 — are и в зависимости от их отношения на выходе компаратора 36 формируется сигнал Л ар = а2- а 2, поступающий на первый вход блока 30 управления. Если Ла2 >О, то блок 30 управления обращается к той части -рограммы, предварительно записанной в накопителе 29, устройства 28 управления роботом. которая обеспечивает установку одного инерционного пригруза 9 и запускает манипуля-.ор 27, При установке на траверсу 8 инерционного пригруза 9 прерывается световой поток в одной из пар свето- и фотоэлементов 34 и изменяется сигнал на одном из входов шифратора 35, а следовательно, изменяе. с цифровой двоичный код на его выходе. Если после установки инерционного пригруза 9 цифровые коды а и az> совпадут, то сигнал с выхода компараторэ 36 на первый вход блока 30 управления не поступает и робот остается в исходном положении. Если после установки инерционного г.ригруза 9 остается Ла2 > О, то операция установки пригруза 9 повторяется и устанавливается еще адин инегщионный пригруз 9 и т,д. Аналогично происходит операция снятия инерционных пригрузов 9 в случае, если 1687351 на вы.".оде цифрового компаратора 36 формируется сигнал Лaz < О. Одновременно с подачей сигнала оТ блока 30 управления к технологическому оборудованию" — подается сигнал на второй вход устройства 69 логического суммирования, когорый не снимается до тех пор, пока манипулятор 27 не возвратится в исходное положение, При этом на выходе блока 68 блокировки также появится напряжение, которое включит реле 72 аварийного отключения, разомкнув контакты последнего, дублирующие кнопку "Отключение" силовой части привода вибропресс-молота. Это исключит возможность запуска привода вибропресс-молота во время операции установки или сьема инерционного пригруза 9. С выхода шифратора 35 информация о количестве установленных инерционных пригрузов абаз поступит на второй вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22 и далее через микро..юцессор 62 — к блоку 73 индикации. Величина амплитуды колебаний вибростола 3 определяется положением элемента регулироваы я уровня давления генератора 14 импульсов давления. Сигнал управления этим элементом регулирования аз вычисляется микропроцессором 62 и в виде двоичного цифрового кода поступает на -.ретий выход устройства 61 вывода, а оттуда — на вход цифроаналогового преобразователя 45 регулятора 37 уровня давления, Преобразованный в аналоговую форму (т,е, в виде постоянного напряжения) Оз сигнал управления подается на прямой вход операционного усилителя 44 регулятора 37 уровня давления, на инвертированный вход которого поступает сигнал Оз датчика 43 углового положения регулятора 37 уровня давления. Разность этих сигналоь Л Оз = «Оз — Оз1) с выхода операционного усилителя 45 регулятора 37 уровня давления поступает на вход усилителя 46 мощности этого же регулятора, к выходу которого подключена обмотка якоря электродвигателя 41, связанного с элементом регули рования уровня давления генератора 14 импульсов давления, Вал электродвигателя 41 будет вращаться до тех пор, пока напряжение Оз1 на выходе датчика 43 углового положения регулятора 37 уровня давления, кинематически с ним связанного, не сравнивается с управляющим напряжением Оз, Кроме того, скорость вращения вала электродвигателя пропорциональна напряжению на его якоре, поэтому по мере уменьшения сигнала рассогласования Л Оз она будет уменьшать5 55 ся, что обеспечивает устойчивую работу как регулятора 37 уровня давления, так и регуляторов подачи гидронасоса 38. обьема аккумулятора 39 и затяжки пружин 40. Поскольку в гидроаккумуляторном приводе воздействием на элемент регулирования уровня давления генератора импульсов давления изменяется не только амплитуда, но и частота вибраций вибростола, необходимая настройка частоты вибраций производится изменением объема аккумулятора. Положение элемента 16 регулирования аккумулятора 15 задается управляющим сигналом а4 на четвертом выходе устройства 61 вывода программируемого контроллера 22. Регулятор 39 обьема аккумулятора реализован по такой же схеме, как и регулятор 37 уровня давления и работает аналогичным образом. Измерение амплитуды и частоты вибраций производится при помощи датчика 47 линейного перемещения, подвижный элемент которого связан с выбростолом 3, а неподвижный установлен на станине 1 вибропресс-молота. С выхода этого датчика снимается аналоговый сигнал Ug, который заводится на выходы узлов измерения амплитуды 48 и частоты 49 вибраций, с их выходов сигналы в виде двоичного цифрового кода поступают соответственно на третий и четвертый входы устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. Микропроцессор 62 согласно записанной в блоке 59 памяти программе последовательно запрашивает информацию с третьего и четвертого входов устройства 60 ввода и сравнивает полученные значения — азр и а42 с соответствующими управляющими сигналами, вычисленными по изложенной методике аз и а4. Б случае наличия погрешностей Лазр = аз - а32 и Л а42 =- д4 - а42 производится коррекция в ходе прессования с целью ликвидации этой погрешности при помощи регуляторов подачи гидронасоса 38 — частоты вибраций, и затяжки пружины 40 — амплитуда вибраций. Эти регуляторы реализованы по той же схеме, что и регуляторы 37 и 39 уровня давления и обьема аккумулятора, Работают они аналогично. устройство затяжки пружины вибростола при включении электродвигателя 41 регулятора 40 затяжки пружин. Вал электродвигателя 41 приводит во вращение вал редуктора 42, на выходном валу которого шестерня 57 передает вращение зубчатому колесу 55, которое передает вращение айкам 52 благодаря резьбовому соединению гаек 52 с винтами 50, а также шпонкам 51, предотвращающим вращение винтов 50 1687351 При вращении гаек 52 винты 50 совершают осевое перемещение поджимая или уменьшая усилие затяжки пружин 4. С микропроцессором 62 связан блок 73 индикации, на который программным путем выводится информация об исходных данных: параметры заготовки и материала, а также режимы вибропрессования — амплитуда и частота вибраций, величина статического прижима и количество инерционных пригрузов 9, Контроль работы программируемого контроллера 22 осуществляется программным путем. Контроль работы устройства, на которых реализованы регуляторы статического прижима 18, инерционного пригруэа 26, уровня давления 37 и объема аккумуляторг 39 осуществляется блоком 68 блокировок. На выходе компаратора 70 может появиться сигнал только в том случае, если напряжение рассогласования Л U>, Л0з, Л04, AUg и AUs, поступающие на их первые входы с операционных усилителей соответственно 20,44 — регуляторов уровня давления 37, объема аккумулятора 39, подачи гидронасоса 38 и затяжки пружины 40, превысят значения эталонных напряжений, заведенные на вторые входы каждого иэ компараторов 70. Это произойдег, если какой-либо иэ управляющих сигналов а>, аз, а4, а5 и а6 выйдет за пределы возможностей соответствующего регулятора, либо в случае отказа элементов регуляторов. При появлении на выходе любого из компараторов 70 сигнала появляется напряжение на выходе устройства 69 логического. суммирования, включается реле 72 аварийного отключения, дублируя кнопку "Отключения" силовой части привода вибропресс-молота, Кроме того, система управления автоматически отключает привод вибропрессмолота в момент достижения заготовкой заданной плотности, поскольку возрастание плотности заготовки соответствует увеличению давления на стенки пресс-формы. Это давление регулируется датчиком 67давления порошка и через тензоусилитель 66 и цифроаналоговый преобразователь 63 цифровой код as2 поступает на пятый вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. Существует возможность контроля равноплотности заготовки, при этом пресс-форма оснащается рядом датчиков 67 давления порошка, расположенных в характерных точках заготовки, а программа реализует отключение привода пресса в момент выравнивания показаний всех датчиков 67. Цифровой код поступает через цифроаналоговый преобразователь 63 от линейного датчика 65 на шестой вход устройства 60 ввода программируемого контроллера 22. и в случае выхода высоты заготовки в момент отключения привода за пределы поля допуска с микропроцессора 62 на блок 73 индикации поступает соответствующий сигнал. Адаптивная система программного управления особенно эффективна в условиях единичного и мелкосерийного производства, где необходима обработка широкой номенклатуры иэделий. Оснащение системы регулятором объема аккумулятора позволяет осуществлять настройку на рабочие режимы виброп расс-молотов с аккумуляторным приводом. а регуляторами подачи гидронасоса и затяжки пружин возврата вибростола. а также устройством затяжки пружин возврата — осуществлять точную поднастройку в входе прессования воздействием на элементы регулирования вибропресс-молота и силовой части его привода без воздействия на генератор импульсов давления, Наличие датчиков давления порошка на стенки пресс-формы позволяет контролировать плотность обрабатываемой заготовки и ее равноплотность, а линейно о датчика — контролировать высоту обрабатываемого изделия. Формула изобретения Адаптивная система программного управления инерционным вибропресс-молотом, содержащая генератор импульсов да ения, связанный с исполнительным цилиндром, плунжер которого соединен с вибростолом, регуляторы статического прижима и инерционного пригруза, связанные первыми выходами соответственно с первым и вторым входами блока блокировок, вторыми выходами — соответственно с первыми и вторыми входами, а первыми — соответственно с первыми и вторыми выходами программируемого контроллера, регулятор уровня давления, связанный кинематически с исполнительными элемен; ми генератора импульсов давления, а также с третьими выходами программируемого конгроллера и третьим входом блока блокировок, датчик линейного перемещения вибростола. соединенный через узлы измерения амплитуды частоты вибрации соответственно с третьим и четвертым входами программируемого контролера, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и улучшения качества обрабатываемых изделий, в нее дополнительно введены линейный датчик перемещения поперечины пресса, датчик давления порошка на стенки пресс-формы, тенэоусилитель. 1687351 1 Ô2 И! Фиг.! два цифроаналоговых преобразователя и регуляторы затяжки пружин возврата вибростола, объема аккумулятора и подачи гидронасоса с жесткой кинематической связью с регулируемыми узлами, при этом датчик давления порошка на стенки пресс-формы через последовательно соединенные тензоусилитель и первый цифроаналоговый преобразователь, а линейный датчик перемещения поперечины пресса через второй цифроаналоговый преобразователь подключены соответственно к пятому и шестому входам программируемого контроллера, четвертый, пятый и шестой выходы 5 которого связаны соответственно с входами регуляторов объема аккумулятора, подачи гидронасоса и затяжки пружин возврата вибростола, вторыми входами соединены соответственно с четвертым, пятым и шес10 тым входами блока блокировок. 1687351 Фиг. 4 1687351 М жяченгп у рееулиробания ФП2. / A-A иг,8 Составитель В. Родимов Редактор Л. Народная Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцова Заказ 3665 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101
