CC BY
9ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АСУ
ков к одному компьютеру), подключены к заводской локальной сети и управляются от центрального компьютера, установленного в отделе главного технолога.
Литература
1. Гук М. Интерфейсы ПК. - СПб: Питер, 1999.
2. Новиков Ю.В., Калашников O.A., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения. - М.: ЭКОМ , 1997.
3. Неханевич Э.Л. Применение системы передачи дан-
ных ДОЗА в условиях промышленного производства. - Препринт ИЯФ 2002-61, Новосибирск, 2002.
4. Балакин В.В., Журавлев В.А., Неханевич Э.Л. Интерфейсы системы ДОЗА для персонального компьютера. -Препринт ИЯФ 2003-2, Новосибирск, 2003.
5. Амосов С.А., Балакин В.В., Журавлев В.А., Неханевич Э.Л. Контроллер Д60 для УЧПУ 2С42 и 2Р22. - Препринт ИЯФ 2002-34, Новосибирск, 2002.
G. НПКФ "Машсервисприбор" - веб сайт www.chpu.ru.
Современные принципы автоматизации технологического оборудования на основе серверного управления ¡¡САИА-систвмой
В. А. МИХЕЕВ, доцент, канд. техн. наук, Д. В. ЩУРОВСКИЙ, аспирант, СГАУ,
г. Самара
До середины 90-х годов автоматизированные системы управления технологическим оборудованием создавались для решения проблем, ориентированных на изделие или учитывающих специфику производства.
В настоящее время последние разработки свидетельствуют о переориентации на создание универсальных систем для решения задач, быходящих за пределы отдельных отраслей производства.
На современном уровне техники развитие автоматизированных систем управления должно идти не по пути создания новых, производственно ориентированных систем, а по пути адаптирования для каждого конкретного случая уже имеющихся систем.
Существующие системы свидетельствуют о принципиальной возможности осуществления таких проектсв.
В автоматизированной системе управления тех-юлоги-
Операторские ПК
CAD/CAM Unigraphics Расчетные ПК
\ш\
I М\
□
Сеть Ethernet
zur
ОПУ
ОООООО «—> gfis
~ПК Sem-LabWiWR? I
AHM
1
Технолога-оператора\ g.
Сеть MODBUS
УСО
oooooo
~m ' Case-ISA GRAF ¡1
it
П/К SM ART2 I I Сеть MWBUS ^
л
Реле управления
Исполнительные цстройстба
Датчики
Децентрализованный ößaö-öbiöod
Пресс ОП-3
Рис. 1. Структура двухуровневой системы АСУ ТП
ческим оборудованием используют готовые, а также вновь разрабатываемые программные и аппаратные компоненты. Последние ориентированы на конкретное технологическое оборудование.
В этих системах, часто называемых системами промышленной автоматизации, можно выделить свои иерархические уровни (рис.1).
На верхнем (серверном) уровне осуществляется сбор и обработка данных о состоянии обоэудования и протекании технологических процессов для принятия решений о загрузке и выполнению маршрутов.
Эти функции возложены на систему диспетчерского управления и сбора данных, называемую SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Кроме диспетчерских функций, система SCADA выполняет роль инструментальной системы разработки ПС для промышленных систем компьютерной автоматизации.
На уровне управления технологическим оборудованием (на уровне контроллеров) выполняется запуск, тестирование, выключение, сигнализация о неисправностях, выработка управляющих воздействий для рабочих органов программно управляемого оборудования. Для этого в составе технологического оборудования используются системы управления на базе программируемых контроллеров-компьютеров, встроенных в технологическое оборудование. Поэтому системы промышленной автоматизации часто называют встроенными системами (Embedded Computing Systems).
Техническое обеспечение системы представлено персональными ЭВМ и микрокомпьютерами, распределенными по оборудованию производственного участка и связанными друг с другом с помощью промышленных шин. ПО системы представлено операционными системами, программами SCADA, драйверами и прикладными программами контроплеров.
В функции SCADA систем входит: сбор первичной информации от датчиков; хранение, обработка и визуапизация данных; управление и регистрация аварийных сигналов; связь с корпоративной информационной сетью; автоматизированная разработка прикладного ПО.
SCADA-системы состоят из терминальных компонентов, диспетчерских пунктов и каналов связи. Различаются SCADA-системы типами поддерживаемых контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, числом
№ 2 (19) 2003
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АСУ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
трендов (тенденций в состоянии контролируемого процесса) и способом их вывода, особенностями человеко-ма-шинно'о интерфейса (НМ1) и др. (рис.2).
Рисунок 2 - Структурная схема соединения информационных кадров ПК АРМ с системами CAD/CAM: А - передача данных, В - ручное управление, С - индикация автоматического управления, D - индикация перемещения рабочих органов, Е - стандартная процедура управления диагностикой.
Связь с контроллерами и приложениями в SCADA-сис-темах обычно осуществляется посредством технологий ОРС (OLE for Process Control). В качестве каналов связи используются последовательные программные типы Profibus, Modbus и др.
Число одновременно выводимых трендов может быть различным, их визуализация возможна в реальном времени или с предварительной буферизацией. Предусматривается возможность интерактивной работы операторов.
Одной из широко известных SCADA-систем является LabVIEW SCADA компании National Instruments. Ядро системы управляет базой данных и взаимодействует с серверами устройств. При настройке системы на конкретное приложение пользователь конфигурирует входные и выходные каналы, указывая для них такие величины, как частота опроса, диапазоны значений сигнала и т.д. Программирование зедется на графическом языке блок-диаграмм.
С развитием сетевой инфраструктуры появляется возможность более тесной интеграции с другими системами, например CAD/CAM (Computer aided design/Computer aided manufacturing), имеющими средства твердотельного конструирования, разработки технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с ЧПУ, моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения
инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типоз оборудования с ЧПУ.
Интеграция выражается в использовании на этих уровнях общих прогэаммных средств, баз данных, связей с Internet на основе развития PC-совместных контроллеров и сетей Ethernet и т.п.
К ОС реального времени предъявляется ряд специфических требований, основными из них являются требования высокой скорости реакции на запросы внешних устройств, устойчивость системы и экономного использования имеющихся в наличии системных ресурсов.
В SCADA-системах в основном применяют операционные системы UNIX или Windows NT. Кроме того, разработана специальная версия Windows NT для встроенных приложений.
Для разработки ПО реального времени используют пакеты типа Component Integrator, к числу которых относится ISaGRAF, FIX и др. Назначение прикладного ПО - анализ технологического маршрута, воздействие на него в реальном времени.
Инструментальную среду ISaGRAF используют для разработки прикладного ПО программируемых контроллеров PLC. Среда реализует методологию граф-схем и пять языков программирования по стандарту IEC1131-3. Это - графические языки функциональных схем, блоковых диаграмм, диаграмм релейной логики и два текстовых языка. Эти технологии и среды образуют системы, называемые CASE-системами (Computer Aided System Engineering).
Программная связь с аппаратурой нижнего уровня (датчиками, исполнительными устройствами) происходит через драйверы. Обычными для промышленных сетей являются расстояния между узлами (датчиками, исполнительными устройствами и контроллерами) в сотни метров и размеры сообщений до 1 КБайт (в сжатой форме). Опрос датчиков - периодический.
В число узлов автоматизированной сети входят компьютеры, выполняющие функции SCADA-системы и числового управления технологическим оборудованием.
Выбор LabVIEW и ISaGRAF в качестве платформы для построения системы управления технологическим оборудованием имеет следующие преимущества: ускорение разработки, сокращение простоев вследствие облегченной диагностики и гибкие возможности дальнейшего развития системы.
В процессе работы ПО реального времени опрашиваются определенные группы датчиков, формируююи блоки дискретных сигналов для ввода в контроллер и вывода на исполнительные органы технологического оборудования.
Кроме того, постоянно ограничиваются внутренние каналы сервера управления технологическим процессом. При запуске конкретной программы в базе каналов SCADA-системы автоматически ограничиваются тогько те входные каналы из базы каналов контроллера, которые необходимы для работы конкретной программы.
Таким образом, при штатном состоянии технологических параметров конкретная программа обеспечивает выполнение команд управления технологической операцией, а остановка программы осуществляется автоматически после ее окончания при выполнении соответствующих условий. При этом система переходит в режим ручного запуска следующей программы.
При серверном управлении технологическим оборудованием используется два типа обмена информацией: по-
№ 2 (19) 2003 35
ОБОРУДОВАНИЕ
стоянный обмен между объектом и комплексом средств упразления (входы и выходы данных), обмен по мере необходимости между оператором и системой управления.
Для этого на базе персонального ЭВМ создают автоматизированное рабочее место (АРМ), имеющее дисковую, оперативную, Кэш-память и шины для связи устройств ввода-вывода (мышь, дисплей, принтер, сканер) и некоторые другие периферийные устройства. К последним относится дигитайзер для ввода геометрической информации с натурных деталей.
Специфические требования предъявляют к контроллерам, работающим в составе автоматизированной системы в цеховых условиях. Они имеют конструкцию для работы в цеховых условиях: повышенные вибрации, электромагнитные помехи, перепады температур, запыленность. Кроме того, контроллеры имеют возможность встраивания дополнительных блоков, которые обеспечивают использование стандартных шин и увеличение числа плат расширения, автоматический перезапуск в случае "зависания" программы.
Предложенная схема построения автоматизированной системы управления технологическим оборудованием позволяет не только повысить точность позиционирования рабочих органов, но и обеспечить протекание оптимального процесса на основе геометрической модели детали и заготовки.
Разработанная автоматизированная система управления технологическим оборудованием внедрена для обтяжного пресса на Кумер1ауском авиационном производствен-
ном предприятии. Основные результаты работы опубликованы в открытой печати /1, 2, 3, 4/.
Литература
1. Михеев В.А., Малышев B.C. Формообразование обтяжкой оболочек знакопеременной кривизны на модернизированном прессе ОП - ЗМ // Актуальные проблемы производства. Технология, организация, управление: Сборник научных трудов. - Самара: СГАУ, 1997.
2. Нестеренко Е.В., Щуровский Д.В Конструктивно-технологическое проектирование процесса обтяжки деталей оболочек двойной кривизны с применением открытых информационных систем. VI Королевские чтения: Всероссийская молодежная научная конференция. Тезисы докладов. Том I. - Самара: Издательство Самарского научного центра Российской академии наук, 2001.
3. Михеев В.А., Малышев B.C. Разработка автоматизированного технологического процесса з комплексе ПК, ПЛК SMART и PROFIBUS для обтяжного оборудования II Теория, методы и средства пластического формоизменения материалов с заданным уровнем свойств: Труды 1-й Международной научно - технической конференции. - Самара: СГАУ, 1999.
4. Михеев В.А., Малышев B.C., Логвинов A.B., Боровик С.Ю., Смольников С.Д., Хритин A.A. Разработка системы автоуправления для обтяжного оборудования на базе ПК, ПЛК SMART2 и сети PROFIBUS // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. - 1999. - №2.
Высокопроизводительные труборезные автоматы котельного производства
П. Ф. КАЗАНЦЕВ, начальник ОМА ОАО "Бийский котельный завод' канд. техн. наук,
А. М. Фирсиы, профессор, канд. техн. наук, БТИ АлтГТУ,
г. Бийск
В котельном производстве одной из наиболее распространенных, тяжелых и трудоемких работ является резка труб разных размеров с разной толщиной стенки. Для выполнения этой операции применяются пилы, а также резцовые и фрезерные труборезные станки.
Длина труб-заготовок достигает нескольких метров. Длина отрезаемых деталей - от нуля до длины, соизмеримой с длиной заготовки. Заготовку можно раскроить на детали одинаковой длины или на несколько деталей разной длины.
Пилы разных видов (дисковые с зубьями, тренья, ножовочные, дисковые с заостренной режущей кромкой, с абразивным кругом) достаточно производительны. Недостатком этих станков является низкое качество реза (неперпендикулярность торцов трубы к оси трубы, наличие заусенцев), требующее введения дополнительных отделочных операций, высокая стоимость и низкая стойкость инструмента.
Резцовые станки дают возможность получить лучшее качество реза, позволяют одновременно с отрезкой получить фаску. Инструмент дешевле и проще в эксплуатации. Они более производительны по сравнению с пилами.
В большинстве резцовых труборезных станков труба во время отрезки вращается. При этом создается шум. Вра-
щающаяся труба небезопасна для работающих на станке. Сама она во время вращения может быть повреждена или деформирована.
Также при переработке длинных труб наблюдаются трудности при отделении одной заготовки из партии, уложенной в магазин загрузочного устройства. В большинстве известных загрузочных устройств трубы из магазина выдаются к месту обработки через отделитель, находящийся в нижней части магазина. При этом не обеспечивается непрерывная, устойчивая, регулярная выдача труб в позицию для обработки по одной из-за образования свода в нижней части магазина. Свод приходится разрушать вручную с применением рычагов, ломиков и другими способами. При этом не исключена возможность повреждения тонкостенных заготовок.
На Бийском котельном заводе создана, успешно и эффективно используется серия высокопроизводительных труборезных автоматов и полуавтоматов с неподвижной (невращающейся) трубой (ТА2 [1], ТАЗм, ТС, ТА8, ТА17 [3, 4] и др.). Автоматы этой серии отличаются тем, что в них совокупно применены автоматические загрузочно-ориен-тирующие (в пространстве и во времени) устройства с поштучным отсекателем, отрезные головки с системой упоров и емкости (магазины) с секциями для деталей различ-
№ 2 (19) 2002
