Контрольные автоматы.(контрольно-измерительные машины) 4 страница
Основные характеристики датчиков:
- чувствительность д.( отношение изменения 
выходного сигнала к изменению 
контролируемой величины
Ручной выключатель – самый известный датчик.
Посредством ручного выключателя автоматизированная система связана с оператором, который включает или выключает ее в нужный момент, чтобы отрегулировать автоматический цикл.
Большинство ручных выключателей имеют два стабильных состояния: включено и выключено. Но могут иметь и одно состояние. Такие ручные выключатели снабжены пружиной, возвращающей их в это состояние.
Концевые выключатели (путевые датчики), как и ручные, срабатывают от механического воздействия, но не оператора или наладчика, а элементов самой автоматизированной системы. Моделей и видов концевых выключателей существуют очень много. Это связано с тем, что конструкции к.в. должны по размерам, по ходу рычага, силе воздействия и жесткости точно соответствовать требованиям конкретного процесса. Концевые выключатели приводятся в действие рычагами, штифтами, кнопками, плунжерами, роликами, пружинами и.т.д.
В роботизированных системах концевые выключатели применяются как на самих роботах, так и в периферийном оборудовании. Концевые выключатели могут ограничивать перемещение руки робота по любой из осей координат (упоры).
Размерные датчики – элементы системы управления, контролирующие размер деталей в процессе обработки.
|
|
|
Датчики бывают как контактные, так и бесконтактные.
Бесконтактные датчики - не требуют физического контакта с объектом или светового излучения от объекта.
Физических явлений, на основе которых работают выключатели, реагирующих на любые объекты – как металлические, так и неметаллические, существует достаточно много.
В одном из типов выключателей имеется специальная антенна, работающая в диапазоне радиочастот. Антенна принимает сигнал, передаваемый другой системой, а помещение любого объекта в создаваемое поле вызывает помехи приему. Эти помехи улавливаются антенной датчика, и при достижении ими определенного уровня, выключатель срабатывает. Особенность – чувствительность антенны связана с электрическими свойствами материала объекта. Имеют значение также размеры объекта, поэтому систему можно превратить в подобие избирательной для определенных изделий.
Другой тип бесконтактных выключателей – сонары. Сонары излучают волны давления и улавливают отраженные от объектов волны. Большинство сонаров работают в ультразвуковом диапазоне.
Работа другого типа б.д. основана на эффекте Холла, заключающемся в появлении небольшого напряжения в поперечном сечении проводника, по которому проходит электрический ток, если проводник помещен во внешнее магнитное поле. Значение этого напряжения, пропорционально плотности потока магнитного поля, перпендикулярного направлению тока. С помощью этого явления можно определять не только наличие объекта, но и расстояние до него.
|
|
|
Пневматические и струйные датчики управления применяются, помимо обнаружения и контроля объекта, в логических устройствах для воспроизведения отдельных или комплекса логических функций.
Фотоэлектрические датчики -реагируют на световое излучение
Фотоэлектрические датчики - более распространены, чем бесконтактные выключатели.
Как правило, используется луч света, создаваемый искусственным источником. Основной задачей является обнаружение объекта на пути прохождения луча.
Отражающие поверхности, которые оцениваются фотоэлектрическими датчиками, бывают трех типов:
· Рассеивающее
· Зеркальное
· Обратного отражения
|
Рис.4.2.Принцип работы Ф.Д.
Датчики инфрокрасного излучения -
реагируют на излучение в диапазоне частот, примыкающем к видимому со стороны красного цвета. Пример использования – обнаружение и контроль горячих объектов. Реагирование на «естественное» инфракрасное излучение объектов используется в работе системы, диагностирующей неисправности. Износ выше нормы режущего инструмента приводит к значительному повышению температуры, которая фиксируется д.и.и. Д.и.и. практически не подвержены воздействию помех в диапазоне видимого света. Наибольшее распространение получила методика использования модулированного инфракрасного излучения, когда источник генерирует пульсирующее излучение, обладающее повышенной интенсивностью, а датчик настроен на частоту модуляции. Модуляция излучения расширяет диапазон использования таких в принципе слабых источников инфракрасного излучения, как светодиоды.
|
|
|
Оптоволоконные устройства.-
волоконные светодиоды – гибкие стеклянные или пластиковые трубки, по которым можно пропускать лучи света, меняя их направление. Когда используют пучки волокон, могут быть переданы целые изображения объектов. Однако обычно в системах автоматизации применяются отдельные волокна для передач луча, присутствие или отсутствие которого фиксирует датчик.
Лазеры.-
|
|
|
свет, представляющий собой концентрированный, усиленный луч полимеризованного света. Такие лучи способны переносить на расстояние, большое количество энергии, сосредотачивая ее на маленькой площади. В автоматизированных системах лазеры используются как источники очень длинных и калиброванных лучей света. Преимущества узких концентрированных лучей, испускаемых лазерами, заключается в их практической параллельности (отсутствие фокусного расстояния).
Свойства лазерных лучей позволяют с их помощью обнаруживать малые объекты, прерывающие их на большом переменном настоянии. Присутствие или отсутствие луча за объектом может быть использовано как логический вход в автоматизированную систему управления. Лазер можно использовать также для измерения размеров.
Оптические датчики положения – позволяют с большой точностьюопределять угловые перемещения, Устройство представляет собой пазовый диск, установленный жестко на вращающемся объекте.
С одной стороны перед диском устанавливают источник света, с другой фотодатчики для каждого диаметра диска с пазами. При повороте вала объекта фотодатчики с большой точностью фиксируют угол поворота. На кольце диска, расположенном ближе к центру, пазы расположены с большими интервалами (промежутками) нежели на периферии диска. . На кольце, расположенном ближе всего к центру, темные и светлые полосы чередуются через 180 градусов, на следующем – через каждые 90 градусов, затем – через 45 градусов и.т.д. в зависимости от количества колец на диске.
Информация о положении может быть передана в ЭВМ или другое управляющее устройство для контроля частоты вращения или положения вала. Подобные устройства применяются в конструкциях роботов и станков с ЧПУ.
Оптические датчики могут быть двух видов: работающие в абсолютной или в относительной системе координат (в приращениях). Последние подают серии импульсов напряжений, пропорциональных углу поворота вала. Чтобы рассчитать новое положение вала, управляющая ЭВМ должна знать предыдущее. Датчики, работающие в абсолютной системе координат, передают набор напряжений, соответствующий положению вала в каждый момент времени. На выходе выдается сигнал в двоичной форме с количеством знаков, равным количеству колец (10110010).
Анализаторы
ЭВМ являются универсальным средством анализа входных сигналов и информации автоматической системы, поскольку возможности программирования для обработки данных безграничны.
Счетчики
В автоматизированной системе иногда возникает необходимость определить, сколько разных изделий накопилось в приемном устройстве или прошло обработку. Эта функция может быть осуществлена либо внутренними средствами с помощью управляющей ЭВМ или программируемого контроллера, либо извне с помощью специальных устройств – счетчиков. Счетчики могут быть механическими, но в большинстве автоматизированных систем применяются электронные счетчики.
Обычно подсчитывается число импульсов напряжения, генерируемых датчиком, реагирующем на наличие физического объекта. Счетчики могут фиксировать как прямой так и обратный счет.
Таймеры– счетчики ,на вход которых подаются точные временные импульсы Счетчик, который их считает, становится таймером, эквивалентом часов. Когда прошедшее время подходит к заданному значению, в таймере формируется выходной сигнал.
Как и счетчики, промышленные таймеры могут работать в двух направлениях, то есть имеют прямой и обратный счет времени.
Еще одним свойством таймеров является возможность приостановить их работу, что позволяет им суммировать периоды времени, когда напряжение имеется, и пропускать периоды, когда напряжение отсутствует. То есть фиксировать протяженность прерываемых процессов. Таймеры могут быть выполнены в виде отдельных приборов или являться составной частью программируемых контроллеров или управляющих ЭВМ.
Системы считывания полосковых кодов - могут рассматриваться как датчики, правильнее считать их анализаторами, состоящими из обычных фотоэлектрических или лазерных сканирующих устройств, соединенных с таймерами и счетчиками. Последовательность полосок различной ширины сканируется и досчитывается в этих системах.
Каждому объекту соответствует свой набор полосок или букв.
Сканирование производится в направлении, перпендикулярном полоскам, после чего импульсы, принятые фотодатчиком, сравниваются для определения ширины каждой из полосок. Затем сочетание полученных сигналов анализируется, чтобы расшифровать код и перевести его в буквенной – цифровой вид, воспринимаемый автоматизированной системой.
Рис.4.4. Система считывания полосковых
кодов.
Сканирование полосковых кодов обычно производится с помощью лазеров, потому что концентрированный когерентный луч лазера имеет большую рабочую зону по глубине поля резкости. При этом нет необходимости в точной фиксации таблички с кодом на определенном расстоянии от сканирующего устройства.
Зигзагообразный путь сканирующего луча позволяет лазерному устройству отыскать ярлык с полосовым кодом при любой его ориентации.
Другие коды, отличные от полосковых, может быть, легче воспринимаются человеком, но представляют проблему для автоматизированных систем (буквенной – цифровой код).
Преобразователи перемещений – предназначены для измерения как пути, проходимым объектом, так и размеров обьекта. В машиностроении нашли широкое применение п.п. на основе тензометрических датчиков.
Исполнительные механизмы.
К ним относятся устройства, реализующие коротко ходовые манипуляционные перемещения с минимальным усилием, а также перемещения, связанные с управлением рабочих органов технологического оборудования и приводов (переключение, включение, отключение, торможение, синхронизация, регулирование частоты и скорости вращения др.)
Электромагниты - применяются, когда требуется осуществить небольшое ненагруженное быстрое линейное перемещение. Принципы действия основан на втягивании металлического сердечника в катушку при прохождении в ней электрического тока. При отсутствии тока в катушке сердечник может автоматически возвращаться в исходное положение под действием пружины. Однако движение сердечника , в отличии от штока пневмо или гидро золотника плохо поддается контролю. Как правило, можно реализовать дискретное перемещение, а не медленный контролируемый ход. Используется, как правило, для включения приводов.
Реле – электромагниты, включающие и выключающие электрические цепи. Цепи управления обычно работают при пониженном напряжении и значительно меньшей силе тока, чем силовые.
Реле являются основой для построения логических цепей при решении задач автоматического управления.
Реле бывает с блокировкой или без блокировки. В случае с блокировкой для срабатывания достаточно подать в цепь одиночный импульс. Без блокировки необходимо наличие тока в цепи на протяжении всего времени, требуемого для работы цепи.
Особенно необходимы реле для коммутации силовых цепей электродвигателей.
Устройства пневмо- гидроавтоматики. К ним относят пневмо- гидрозолотники , краны включения и переключатели различного типа, Их применяют для управления потоками рабочей среды в пневмо- гидросистемах, для реализации короткоходовых поступательных движений.
4.5.Приводы
Двигатели – это вид приводов , к которым относят не только электродвигатели, но и пневмо- и гидромоторы, являющиеся обратными по действию насосам.
Шаговые двигатели – управляются дискретно подаваемыми импульсами напряжения постоянного тока, что позволяет им обеспечивать точные угловые перемещения. Используются в приводах станков с ЧПУ и ПР, Благодаря наличию обратной связи с системой управления с помощью Ш.Д. можно обеспечить следящий привод.
Наиболее эффективное применение ШД – привод подач у м\р станков. Их основные показатели:
- полоса пропускания; верхняя граница, по которой определяется максимальная частота командных импульсов, отрабатываемых в установившемся режиме на холостом ходу;
- приемистость; наибольшая частота следования импульсов, при которой возможны внезапный пуск и останов шагового двигателя без потери шага;
Эти показатели характеризуют быстродействие привода.
Принцип действия ШД напоминает работу поворотного электромагнита. Магнитопроводящий ротор с полюсами стремится повернуться так, чтобы полюсы оказались в положении наибольшей проводимости магнитного потока, образованного электрическим током, проходящим через одну из трех обмоток секций статора.
ШД обеспечивает строго выдержанный угол поворота ротора при подводе к его обмоткам постоянного напряжения. Подавать напряжение к разным обмоткам статора необходимо в определенной последовательности. Частота подаваемых на ШД импульсов изменяет угловую скорость вращения ротора. Разрешающая способность ШД – мгновенный перепад частот, отрабатываемый двигателем без пропуска хотя бы одного импульса. Шаг на выходном валу может меняться от 0,5 до 10 град.
Высокомоментные двигатели имеют возбуждение от постоянных магнитов , но они тихоходны.
Мощность электропривода N определяется :
N = Mn 10,2, (4.1)
где М – момент на валу; n – число оборотов вала двигателя.
Для преобразования вращательного движения в поступательное используют шариковую винтовую пару «винт-гайка качения» . Величина продольного усилия определиться:
, (4.2)
где h- шаг ходового винта.
Реверсирование ШД достигается изменением последовательности подключения обмоток статора.
У серводвигателей постоянного тока – применение аналогично Ш.Д. Имеется контур обратной связи, Когда рассогласование сигнала прямой и обратной связи сведено к нулю, напряжение также снижается до нуля. Более развитые серводвигатели могут регулировать напряжение пропорционально скорости изменения рассогласования или пропорционально результатам суммирования накопленного рассогласования по времени.
Важной особенностью С.Д. и Ш.Д. является способность сохранять вращающий момент в неподвижном состоянии.
Пневмо и гидроцилиндры имеют конструкции, которые можно разделить на цилиндры с двухсторонним штоком, односторонним штоком и имеющим плунжер. На рис.4.6 приведена схема гидроцилиндра, обеспечивающего возвратно-поступательное движение исполнительного рабочего органа 6 станка (стол, суппорт, ползун).
Движение осуществляется при подаче масла к поршню 2 (по трубопроводам 1 или 4 в цилиндр 3). Стол 6 (рис.4.6) совершает движение в противоположные стороны с одинаковыми подачами.
Корпус 3 неподвижен. Шток 5 работает на растяжение.
(4.3)
где Q- расход масла; D- диаметр цилиндра; d- диаметр штока; S и S1- подача влево и вправо.
Эффективная (полезная) мощность насоса в гидросистеме :
(4.4)
где Р- рабочее давление в системе; Q- производительность насоса.
Усилие, развиваемое на штоке гидро- или пневмоцилиндра :
(4.5)
где F- величина силы; р- давление в системе.
Кинематические цепи – используются, когда необходимо обеспечить отбор мощности от основного привода главного движения для выполнения какого-либо дополнительного движения или подключения дополнительного механизма. Преимущество такого конструктивного решения , по сравнению с дополнительным приводом, - синхронизация или согласование основного и дополнительного вспомогательного движения.
Зубчатые колеса на валах, кулачки, рычаги и храповые механизмы являются компонентами отводных кинематических цепей.
Мальтийские механизмы служат для осуществления прерывистого поворота делительных столов. На рис.4.7. изображен такой механизм, обычно устанавливаемый снизу стола. Он состоит из двух дисков: ведущего (кривошипа) и ведомого (креста). Передача движения осуществляется роликом кривошипа, входящим в радиальные прорези креста, имеющие форму арок. Кривошип вращается постоянно, передовая вращение кресту во время прохождения угла В. Всю оставшуюся часть поворота кривошипа стол остается неподвижным. Этот период – период выстоя, используется для выполнения работы на позициях делительного стола.
Следует обратить внимание на то, что при входе и выходе штифта из прорези вектор скорости его движения направлен строго по радиусу. Это необходимо для обеспечения плавного начала поворота и полной неподвижности стола во время выстоя. Фактически любое смещение стола по инерции во время выполнения работ (фаза выстоя) приведет к тому, что штифт кривошипа не войдет в следующий паз. Это является серьезной неисправностью. Время индексации и время выстоя зависит от частоты вращения кривошипа и не меняется от такта к такту.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 138; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!