книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике
..pdfнитных моментов, изменяется в широких пределах в зависимости от влияющих факторов. Поэтому та
кие |
характеристики, как |
магнитная проницаемость |
р, |
остаточная индукция |
Вп коэрцитивная сила # £ |
потери на гистерезис Phи |
вихревые токи Pf чувстви |
тельны к воздействиям внутреннего механического напряжения, возникающего при изготовлении и ис пытаниях сердечника. Оно может возникнуть в резуль тате пластической деформации при холодной или термической обработке материала, теплового расши рения образца и при изменении напряжения в процес се перемотки и навивки сердечников. Причиной ме ханических напряжений, возникающих в процессе навивки, является изменение натяжения ленты, кото рое, с одной стороны, влияет непосредственно на магнитные характеристики материала за счет упру гих и пластических деформаций, а с другой — приво дит к изменению толщины ленты и, следовательно, формы петли гистерезиса. Компенсировать эти изме нения магнитных характеристик материала с помо щью отжига не всегда удается, так как неизвестны функции изменения натяжения и толщины ленты в про цессе навивки.
Рассмотрим технологию навивки сердечников, счи тая, что основные механические напряжения мате риала и изменения его толщины вызваны изменением технологичесгих режимов навивки. Многие операции в технологическом процессе производства кольцевых сердечников из ферромагнитных лент идентичны опе рациям производства намоточных изделий, хотя и име ют свои особенности. Типовая схема технологическо го процесса изготовления ленточных кольцевых сердечников состоит из пяти стадий.
Первая стадия — резка ленты — характеризуется точностью ширины резки полосы, величиной заусен цев, сабельностыо, которые зависят от точности
И
поддержания постоянного во времени и по ширине лекш натяжения.
Вторая стадия — ультразвуковое обезжиривание магнитной ленты, качество которого определяется постоянством скорости протягивания полос через зону обработки, степенью разглаживания ленты и постоян ством температуры рабочей среды.
Третья стадия — нанесение на ленту электроизо-. ляционного жаростойкого покрытия, прочность сцеп
ления и равномерность нанесения |
которого |
зависят |
|
от скорости |
протягивания ленты, |
натяжения |
смотки |
и намотки, температуры сушки. |
|
|
|
Четвертая |
стадия — навивка |
сердечника — ха |
рактеризуется количеством витков, натяжением лен ты, геометрическими размерами сердечника.
Пятая стадия — отжиг, при котором формируются магнитные свойства сердечников. Большое влияние на свойства оказывают диффузия примесей в мате риале при высокой температуре и скорость охлажде ния материала.
Таким образом, ТП навивки сердечников состоит нз разнородных операций, каждая из которых должна управляться с большой точностью и взаимосвязанно
сдругими операциями.
1.3.ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ СБОРКИ МОДУЛЕЙ РЭС
Сборка модулей РЭС — один из наиболее массовых тех нологических процессов современного производства. Основным элементом модулей является печатная пла та. При монтаже элементов с осевыми выводами на печатных платах выполняют следующие технологиче ские операции: извлечение комплектующих элемен тов из тары; предварительная формовка выводов; вклейка элементов каждого вида в отдельные руло-
12
ны; комплектование выходного рулона в соответствии с заданной последовательностью установки элементов; установка печатной платы на столе; перемещение стола в заданное положение; захват очередного эле мента монтажной головкой; формовка выводов; вер тикальное перемещение монтажной головки и уста новка элемента на плату; обрезка и подгиб выводов; контроль правильной установки элемента; пайка элементов; передача собранной платы на'следующую операцию. Все эти процессы необходимо автоматизи ровать. Вследствие большого числа выпускаемых плат и устанавливаемых на них элементов к системам управления этими процессами предъявляются высо кие требования по быстродействию, производитель ности и надежности. В настоящее время системы уп равления имеют децентрализованное управление с иерархической структурой.
В связи с развитием микропроцессорной техни ки стали применять распределенное управление, при котором микропроцессорные устройства обрабатывают информацию ограниченного объема. Это многоуров невая структура. Первый (нижний) уровень управляет в реальном времени некоторыми операциями техноло гического процесса на уровне станка, второй решает задачи оптимизации управления и обработки инфор мации для группы технологического оборудования, третий координирует работу нескольких линий.
Основную алгоритмическую нагрузку несет пер вый уровень управления (встраиваемый контроллер). Построение контроллера на базе микропроцессорных средств обеспечивает его универсальность, благода ря которой контроллер одного и того же типа можно использовать для управления различными станками.
Универсальная управляющая вычислительная ма шина (УВМ) применяется лишь на третьем уровне. Эта УВМ, разгруженная от активных, функций управ
13
ления, выполняет технико-экономические расчеты и решает задачи, связанные с обслуживанием произ водства и требующие больших объемов вычислений.
Распределенное управление на базе микропроцес сорной техники значительно повышает живучесть си стемы и применяется также для организации каналов связи. Эта проблема сегодня очень остро стоит в усло виях разобщенности управляемых объектов техноло гического оборудования.
Ключевым элементом технологического процесса сборки печатных плат является установка элементов на плату, которая требует быстрых горизонтальных и вертикальных перемещений монтажной головки стола и их точного (до единиц микрометров) позицио нирования. Для обеспечения высокой производитель ности системы и автономного режима каждой едини цы оборудования необходим быстродействующий прецизионный электропривод, в основе построения которого лежит точное математическое описание тех нологического процесса.
1.4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СВЕТОВОДОВ
ИЭЛЕМЕНТОВ СВЕТОВОДНЫХ СИСТЕМ
Вближайшем будущем стекловолоконные кабели бу дут широко применять в междугородных и крупных городских магистралях, в подводных (межконтинен тальных) системах связи, в абонентских отводах, линиях внутренней связи (шинах передачи данных в ЭВМ, коммутаторах), телевидении и т. д. Для промыш ленного внедрения волоконно-оптических линий свя зи необходимо массовое производство всех элементов световодных систем, изготовляемых в большинстве случаев из стекла. Основные методы изготовления отеклоизделий приведены в табл. 2.
14
|
|
|
Таблица 2 |
|
Вяз |
|
Минималь |
|
Изготовляемые стек- |
ные откло |
|
Метод изготовления |
кость, |
нения ос |
|
а. |
лоизделия |
новных |
|
|
Па-с |
|
разме |
|
|
|
ров, % |
Ручная выработка |
1...6 |
Тара |
|
|
||||
Вакуумный |
|
2,4...2,8 |
Бутылки |
|
|
|||
Двойное выдувание |
со 7о |
со |
» |
|
|
|||
Прессвыдувание |
4,1...4,7 |
Тара |
|
|
||||
Прессование |
|
1,8.. .4 |
» |
|
|
|||
Центробежное форми |
2...4 |
Полые изделия |
||||||
рование |
|
|
||||||
Вытяжка |
волокон |
3...7 |
Плоское |
и |
узор |
|||
|
|
|
|
|
|
чатое стекло |
||
Прокат |
|
|
2...6 |
То же |
|
|
||
Формирование на |
|
|
|
|
|
|||
подложке |
из |
рас |
3...5 |
Листовое стекло |
||||
плава |
металла |
|
||||||
Раздув |
струи стекло |
2...3 |
Иетканный |
холст |
||||
массы |
|
|
|
|||||
Моллирование |
|
6...Э |
Заготовки |
оптиче |
||||
|
|
|
|
|
|
ских стекол |
||
Отливка |
|
|
2...4 |
Блок заготовки оп |
||||
|
|
|
|
|
|
тических |
стекол |
|
Экструдирование |
3...4 |
Трубки, |
штапики |
|||||
Миогоструйная |
вы |
|
|
|
|
|
||
тяжка |
из платиновых |
4...8 |
Строительные волок |
|||||
фильер |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
на, капилляры |
>15
>12
>12
>12
>12
>10
>12
>12
>10
>20
> 8
>15
>12
6
15
|
|
Продолжение табл. 2 |
|
|
Вяз |
|
Минималь |
|
Изготовляемые стс- |
ные откло |
|
Метод изготовления |
кость, |
нения ос- |
|
а, |
клоизделия |
попимх |
|
|
Па-с |
|
разме |
|
|
|
ров, % |
Перетяжка |
5,,Л0 |
Трубки, штапики, |
|
|
|
капилляры, опти |
|
|
|
ческие волокна, |
1...8 |
|
|
пленки |
|
Двойной тигель |
4...7 |
Трубки, штапики, |
|
|
|
капилляры, оптиче |
4...10 |
|
|
ские волокна |
Для производства элементов световодных линий большое значение имеют высокая производительность и максимальная точность. С этой точки зрения пред почтительными являются методы перетяжки и двой ного тигеля. Наиболее высокую точность обеспечива ет метод перетяжки, который позволяет получить изделия с допуском на диаметр порядка 1 %. В основе метода лежит принцип переформования исходной заготовки с площадью сечения S ly подаваемой в зону нагрева со скоростью v1} в изделие с площадью сече ния S 2, вытягиваемое со скоростью v2.
Из уравнения неразрывности течения вязкой жид кости известно, что объем подаваемого и вырабатывае
мого материала в единицу времени одинаков: |
= |
|
= S 2ua. Для круглого изделия |
D2\VI = D\v2i |
гДе |
D2 — соответственно диаметры |
заготовки и изделия. |
Из заготовки длиной 1г теоретически можно изгото вить изделие длиной /2, т. е. S Jx = S 2l2t или для
круглого изделия D\lD\ — l j l v
Этот метод можно применять для переработки лю бых термопластичных материалов, в том числе стекла, пластмасс, металла и др.
16
При изготовлении трубок методом перетяжки соот ношение внутреннего и наружного диаметров остается для заготовки и изделия постоянным. Это позволяет до начала процесса, подобрав соответствующую за готовку, прогнозировать геометрические параметры изделия. Отклонения номинального параметра по дли не у заготовки и изделия аналогичны, но у изделия в /2//i раз больше. Поэтому можно эффективно управ лять геометрическими параметрами изделия, изменяя скорость вытяжки.
Достоинства метода перетяжки — простота авто матизации, отсутствие контакта с какими-либо по верхностями в высокотемпературной зоне, быстрый переход от одного типоразмера изделия к другому. Однако метод перетяжки имеет и некоторые недостат ки: относительно низкую производительность и высо кую материалоемкость. Это объясняется тем, что метод прерывен, так как выработка изделия идет из загото вок с конечной длиной (1 м); около 30 % массы заго товки уходит в брак, что заложено уже в технологию процесса (участок крепления заготовки; часть заго товки, оттягиваемая в начале процесса для ее заправ ки в валики; часть заготовки, перерабатывается в начальный момент стабилизации процесса формирова ния); допуск на диаметр заготовки при изготовлении особо точных изделий должен соответствовать допус ку на само изделие.
От этих недостатков свободен метод вытяжки волокон, прецизионных труб и капилляров из рас плава стекла. При этом методе технологический про цесс непрерывный. К недостаткам метода следует отнести узкий выработочный интервал температур: к выработке изделий с другими геометрическими параметрами можно перейти только после остановки процесса и смены фильеры; для того чтобы расплав не загрязнялся посторонними примесями, тигель
17
должен быть изготовлен из дефицитной и дорогой пластины. Таким образом, метод перетяжки можно использовать для производства небольших опытных партий изделий с различными геометрическими пара метрами, а метод вытяжки из расплава стекла, яв ляющийся более производительным, но менее гибким, предпочтительнее при производстве крупных промыш ленных партий однотипных изделий.
При автоматизации этих процессов основными управляющими воздействиями оказываются скорость вытяжки изделия, подача заготовки (для метода пе ретяжки) и стабилизация параметров температуры. Необходима двухуровневая распределенная система, нижний (первый) уровень который оснащен локальны ми регуляторами конкретных технологических пара метров, а второй уровень решает задачи выработки заданий (уставок) для каждого регулятора, сбора и обработки информации от датчиков, регистрации и накопления информации, диагностирования всей си стемы. Решение этих задач возможно с применением микропроцессорных управляющих средств на верхних уровнях и контроллеров на микропроцессорах на нижнем уровне, что существенно повышает возмож ности системы управления.
Процесс вытяжки описывается дифференциальны ми уравнениями в частных производных с переменны ми коэффициентами, что усложняет задачу построения модели ТП.
1.5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ФОРМОВАНИЯ СТЕКЛЯННЫХ ТРУБ
Стеклянные трубы широко применяются в современ ной электронной, химической, пищевой и других от раслях народного хозяйства. При их производстве требуется управлять рядом технологических пара
18
метров (расплав стекломассы, ее перемещение, подача воздуха и газа, вытяжка стекломассы и т. д.). Для изготовления таких труб применяют метод Даннера, сущность которого заключается в следующем. Стек ломасса, вытекающая из дозатора стекломассы, нака тывается на вращающуюся цилиндрическую трубку —
|
|
|
|
|
Таблица 3 |
|
Величины |
|
|
Диапазон изменения |
|
|
|
Входные |
величины |
|
|
Температура и муфеле, |
К |
|
993,15...1123,15 |
||
Положение |
шибера, м |
|
|
0,09. ..0,11 |
|
Обороты формовочного сопла, |
1/с |
0,01...0,192 |
|||
Давление формовочного |
воздуха, Па |
0...600,3 |
|||
Скорость вытягивания, |
м/с |
|
0,1...1,3 |
||
|
|
Выходные |
величины |
|
|
Диаметр трубы, |
м |
|
|
0,083...0,5 |
|
Толщина стенки |
трубы, |
м |
|
0,0004...0,0025 |
|
Показатель |
вытягиваемости, кг/с |
0,033...0,075 |
керамическое сопло в муфеле. Из нижнего конца этого сопла при отвердении непрерывно вытягивается стеклянная труба, которая попадает на рольганги. В конце линии установлена вытяжная машина. В сопло подается формовочный воздух требуемого давления. Вытягиваемая труба должна иметь требуемый диа метр и толщину стенки. Эти параметры можно регули ровать, управляя скоростью вытягивания и давлением формовочного воздуха. На параметры трубы влияют и другие условия формования, в частности, поток стек
19
ломассы, диаметр трубки в сопле, температура стекло массы в дозаторе.
Процесс формирования и готовое изделие харак теризуют входные и выходные величины (табл. 3).
В результате экспериментальных исследований получены следующие приближенные зависимости, связывающие выходные и входные величины: линей ная зависимость диаметра и толщины стенки трубы от оборотов сопла, причем прямые имеют отрицатель ный наклон; линейная зависимость диаметра и тол
щины |
стенки от давления формовочного воздуха, |
но с |
положительным наклоном; экспоненциальная |
зависимость диаметра и толщины стенки от скорости вытягивания.
Путем статистической обработки измеряемых вели чин на ЭВМ определена зависимость следующих вход ных и выходных величин: диаметр трубы от давления формовочного воздуха характеризуется корреляцион ным коэффициентом (R = 0,95); диаметр трубы от скорости вытяжки (R = 0,93); диаметр трубы от числа оборотов сопла (R — 0,86).
Глава 2
МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. ЧАСТОТНЫЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ УПРУГИХ МАТЕРИАЛОВ
Управление движением упругого материала базиру ется на задачах определения параметров упругих систем, которые можно решить, создавая в упругом материале автоколебания.
Зная информацию о параметрах упругих материа лов (проводника, нити, волокна, ленты), можно по строить комплекс измерительных средств и систем
20