Системы автоматического контроля

  • автор:

Досье на проект

Пояснительная записка

В соответствии с Федеральным законом «Об охране окружающей среды» и Федеральным законом «Об охране атмосферного воздуха» Правительство Российской Федерации постановляет:

1. Утвердить прилагаемый перечень стационарных источников и перечень вредных (загрязняющих) веществ, подлежащих контролю посредством автоматических средств измерения и учета объема или массы выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах.

2. Установить, что на объектах I категории по уровню негативного воздействия на окружающую среду, на которых имеются стационарные источники организованных выбросов согласно перечню, утвержденному настоящим постановлением, создается система автоматического контроля выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух (далее — выбросов).

Под организованными выбросами понимаются выбросы, поступающие в атмосферный воздух через специально сооруженные газоходы, воздуховоды и трубы.

В случае, если выбросы в атмосферный воздух от нескольких стационарных источников (источников выделения выбросов) осуществляются через один источник организованных выбросов, допускается оснащение средствами автоматического контроля всех стационарных источников выделения выбросов вместо источника организованных выбросов.

3. Измерения, осуществляемые системами автоматического контроля выбросов должны отвечать требованиям, установленным законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерения.

4. Система автоматического контроля выбросов в целях осуществления проверки достоверности измерений и учета объема или массы выбросов, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах должна обеспечивать техническую возможность проведения контроля измерений или отборов проб на источнике выбросов без отключения этой системы .

5. Юридические лица и индивидуальные предприниматели, осуществляющие деятельность на объектах I, II, III категории по уровню негативного воздействия на окружающую среду, вправе создавать системы автоматического контроля выбросов.

6. Создание и эксплуатация системы автоматического контроля выбросов, организация передачи данных о таких выбросах финансируется юридическими лицами и индивидуальными предпринимателями, осуществляющими хозяйственную и (или) иную деятельность.

7. Конкретные стационарные источники выбросов, расположенные на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду, и подлежащие оснащению автоматическими средствами измерений, а также наименования контролируемых веществ определяются на основании перечня, утвержденного настоящим постановлением, и в соответствии с порядком создания, ввода в эксплуатацию и эксплуатации систем автоматического контроля выбросов, организации передачи данных о таких выбросах и контроля эксплуатации таких систем и автоматических средств измерения и учета объема или массы выбросов, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в выбросах, утверждаемом Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации совместно с Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору.

8. Система автоматического контроля выбросов обеспечивает непрерывный круглосуточный контроль выбросов на стационарном источнике организованных выбросов или стационарных источниках организованных выбросов, расположенных на объекте, оказывающем негативное воздействие на окружающую среду, посредством прямого инструментального измерения концентрации вредных (загрязняющих) веществ в отходящих газах, объемного расхода и температуры отходящих газов, расчета объема или массы выбросов, а также передачи информации в государственный фонд данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) и (или) в органы государственной власти субъектов Российской Федерации, осуществляющими государственный экологический мониторинг (государственный мониторинг окружающей среды).

Состав передаваемой информации об объемах или массе выбросов, о концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах, форма ее предоставления, порядок передачи, обработки, хранения и использования этой информации определяется Министерством природных ресурсов и экологии Российской Федерации.

9. В системе автоматического контроля выбросов для расчета объема или массы выбросов на основании результатов прямых измерений используются программно-технические средства, прошедшие аттестацию (валидацию) в соответствии с законодательством Российской Федерации об обеспечении единства измерения.

10. Определить, что до создания государственного фонда данных государственного экологического мониторинга (государственного мониторинга окружающей среды) информация об объемах или массе выбросов, о концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах передается в федеральную государственную информационную систему Федеральной службы по надзору в сфере природопользования «Программно-технологический комплекс «Госконтроль».

Информация об объемах или массе выбросов, о концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах передается выбросах стационарных источников объектов, расположенных в городе Москве, передается в федеральную государственную информационную систему Федеральной службы по надзору в сфере природопользования «Программно-технологический комплекс «Госконтроль» и в информационно-аналитический центр Единой государственной системы экологического мониторинга города Москвы.

11. Министерству промышленности и торговли Российской Федерации в течение 12 месяцев с момента вступления в силу настоящего постановления утвердить технические требования к автоматическим средствам измерения и учета объема или массы выбросов, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в выбросах, а также к техническим средствам передачи указанной информации.

12. Министерству природных ресурсов и экологии Российской Федерации совместно с Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору в течение 12 месяцев с момента вступления в силу настоящего постановления разработать и утвердить порядок создания, ввода в эксплуатацию и эксплуатации систем автоматического контроля выбросов, организации передачи данных о таких выбросах и контроля эксплуатации таких систем и автоматических средств измерения и учета объема или массы выбросов, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в выбросах.

13. Министерству природных ресурсов и экологии Российской Федерации в течение 12 месяцев с момента вступления в силу настоящего постановления разработать и утвердить:

состав передаваемой информации, форму предоставления информации, порядок передачи, обработки, хранения и использования информации;

14. Настоящее постановление вступает в силу с 1 января 2018 года, за исключением пунктов 5 — 8 Перечня стационарных источников и перечня вредных (загрязняющих) веществ, подлежащих контролю посредством автоматических средств измерения и учета объема или массы выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферный воздух, концентрации вредных (загрязняющих) веществ в таких выбросах.

Пункты 5 — 6 указанного Перечня вступают в силу с 1 января 2020 года.

Пункты 7 — 8 указанного Перечня вступают в силу с 1 января 2022 года.

Председатель Правительства
Российской Федерации
Д. МЕДВЕДЕВ

Утвержден
постановлением Правительства
Российской Федерации

от ______________N_______

N п/п Стационарные источники организованных выбросов вредных (загрязняющих) веществ на объектах I категории от технологического оборудования Наименования контролируемых веществ
для производства нефтепродуктов
1.1 технологические печи первичной переработки азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, сероводород, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
1.2 печи для дожига газов азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, сероводород, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
1.3 печи глубокой переработки азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, сероводород, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
1.4 факельные установки объемный расход сжигаемого на факельной установке утилизируемого углеводородного газа
для производства электрической энергии, газа и пара
2.1. котельные установки и иные устройства сжигания с установленной электрической мощностью 50 МВт и более с использованием твердого и жидкого топлива взвешенные вещества азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид
2.2. 2.2. котельные установки и иные устройства сжигания с установленной электрической мощностью 50 МВт и более с использованием газообразного топлива, газомоторные установки с установленной электрической мощностью 15 МВт и более азота оксиды (в пересчете на диоксид) углерода оксид,
2.3 газотурбинные установки азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид
3 для металлургического производства
3.1 установки по обжигу и спеканию руды единичной мощностью более 500 т/сутки взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид
3.2 установки по производству чугуна и стали единичной мощностью более 10 т/час (за исключением вагранок открытого типа) взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид
3.3 установки по производству цветных металлов: никеля, меди и алюминия производительностью более 5 т/час, ферросплавов, свинца и его сплавов производительностью более 1 т/час взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид, фториды (для производства алюминия)
4 для производства неметаллической минеральной продукции:
4.1 печи по производству стекла единичной или суммарной мощностью более 20 тонн/сутки взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
4.2 печи по производству керамзита, аглопорита производительностью более 20 тонн/сутки взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода диоксид, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
4.3 установки по производству: керамических изделий путем обжига, в том числе черепицы, кирпичей, жаропрочных кирпичей, плитки, каменной керамики, фарфора производительностью свыше 75 т/сутки и (или) вместимостью более 300 кг/м3 взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
4.4 вращающиеся (ротационные) печи по производству цементного клинкера производительностью более 500 т/сутки взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид
4.5 вращающиеся (ротационные) печи производства извести производительностью более 80 т/сутки взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода диоксид, серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %)
5 для производства органических химических веществ, полимеров, химических синтетических волокон и нитей на основе целлюлозы, синтетического каучука, синтетических красителей и пигментов, поверхностно-активных веществ
5.1 грануляционные башни карбамида взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид; фториды, аммиак, сернистый ангидрид, сероводород, ацетон, ксилол, толуол, хлористый водород, оксид железа, углеводороды предельные
5.2 узлы абсорбции-десорбции производства карбамида
5.3 абсорберы производства циклогексанона
5.4 установки очистки газов от оксида углерода производства циклогексанона
5.5 печи пиролиза производства полиэтилена
5.6 абсорберы производства мономеров
5.7 мерсеризаторы и гомогенизаторы химических цехов
5.8 иные организованные источники производств органических химических веществ и химических продуктов, выбросы которых составляют не менее 25% от суммарного выброса контролируемого вещества в целом по объекту, оказывающему негативное воздействие
6 для производства неорганических химических веществ и химических продуктов
6.1 скруббера — нейтрализаторы цеха слабой азотной кислоты и аммонийной селитры взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), углерода оксид, серы диоксид; фториды, аммиак, сернистый ангидрид, сероводород, ацетон, ксилол, толуол, хлористый водород, оксид железа
6.2 абсорбционные колонны азотной кислоты
6.3 печи и установки сжигания цеха восстановления едкого натра
6.4 сушильные барабаны производства минеральных удобрений
6.5 аммонизаторы-грануляторы
6.6 контактные аппараты цеха серной кислоты
6.7 иные источники производств неорганических химических веществ и химических продуктов, выбросы которых составляют не менее 25% от суммарного выброса контролируемого вещества в целом по объекту, оказывающему негативное воздействие
при осуществлении деятельности по обезвреживанию отходов
7.1. установки по обезвреживанию, включая сжигание и обеззараживание, отходов I, II и III классов опасности взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), серы диоксид, углерода оксид, хлористый водород
7.2. установки по сжиганию отходов IV и V классов опасности производительностью более 3 т/час взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), серы диоксид (при использовании топлива с содержанием серы более 1 %), углерода оксид, хлористый водород
7.3. установки обеззараживания и (или) обезвреживания биологических и медицинских отходов с проектной мощностью 10 тонн в сутки и более взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), серы диоксид, углерода оксид, хлористый водород
8 для производства целлюлозы, древесной массы, бумаги и картона
8.1 установки по производству целлюлозы из древесины или других волокнистых материалов взвешенные вещества. азота оксиды (в пересчете на диоксид), серы диоксид, сероводород,
8.2 установки по регенерации щелоков (содо-регенерационные котлы) и извести (извести-регенерационные печи) сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид
8.3 котлы по сжиганию серосодержащих газов при производстве сульфатной целлюлозы сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, диметилдисульфид
8.4 установки по производству бумаги и картона с проектной производительностью 20 тонн в сутки и более (котлы варки с использованием сульфатов или сульфитов взвешенные вещества, азота оксиды (в пересчете на диоксид), серы диоксид

Системы автоматического контроля

Система автоматического контроля (САК) является важнейшим звеном автоматического производства в смысле обеспечения возможности реализации безлюдного технологического процесса.

Под техническим контролем понимается проверка соответствия объекта установленным техническим требованиям. Технический контроль охватывает все средства производства и осуществляется посредством САК. Эта система решает следующие задачи:

  • 1) получение и предоставление информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемых объектов, а также о состоянии технологической среды и производственных условий;
  • 2) сравнение фактических значений параметров с заданными;
  • 3) передача информации о расхождениях с параметрами моделей производственного процесса для принятия решений на различных уровнях управления производством;
  • 4) получение и предоставление информации об исполнении заданных функций.

Система автоматического контроля должна обеспечивать автоматическую перенастройку средств контроля в пределах заданной номенклатуры контролируемых объектов, полноту и достоверность контроля, а также надежность средств контроля. Динамические характеристики САК должны соответствовать динамическим свойствам контролируемых объектов.

Целью контроля может быть, с одной стороны, поддержание требуемого уровня качества продукции с помощью контроля параметров материала, заготовок, инструмента, приспособлений; режима изготовления, измерения и испытания изделия; параметров технологических средств и изделия, а с другой — поддержание в работоспособном состоянии всего автоматического оборудования, вычислительной техники и программного обеспечения путем контроля и диагностирования.

По виду решаемой задачи контроль может быть приемочным, профилактическим и прогнозирующим, а по взаимодействию с объектом — активным и пассивным, параметрическим и функциональным.

Активный контроль, в отличие от пассивного, позволяет исключить появление брака за счет своевременного введения корректирующих воздействий по результатам измерений. Параметрический контроль осуществляется посредством измерения значений параметров объекта контроля.

Функциональный контроль определяет способность правильного выполнения функций, возлагаемых на контролируемый объект, и осуществляется путем сравнения с заданными значениями выходных состояний объекта контроля, например электронной схемы. При этом может выполняться анализ и обработка результатов сравнения, а также диагностирование и поиск дефектов.

По конструктивному решению контроль подразделяется на внутренний и внешний. Внутренний контроль в отличие от внешнего позволяет проводить самоконтроль за счет встроенных средств, например датчиков состояния. Применительно к электронной аппаратуре в этом смысле часто используется термин самотестирование, когда при контроле объект функционирует не на рабочих, а на тестовых воздействиях. Соответственно по реализации во времени контроль может быть непрерывным, когда он производится в процессе функционирования объекта, и периодическим, когда используются тестовые воздействия.

В зависимости от условий производства осуществляется контроль, необходимый для обеспечения техники безопасности. Его основное назначение — профилактика или корректирование работы систем для обеспечения номинальных условий их эксплуатации. Например, пожаробезопасность обеспечивается своевременным обнаружением дыма или огня специальными датчиками. На технологическом оборудовании самоконтроль позволяет остановить систему в случае разрегулирования серводвигателя или зажимного патрона при наличии перегрузок или появлении постороннего предмета в зоне обработки.

Место САК в автоматическом производстве показано на рис. 2.15.

Рис.2.15. Место САК в автоматическом производстве Типовая структура САК включает три уровня (рис. 2.16).

Рис. 2.16. Типовая структура САК

Верхний уровень обеспечивает общий контроль совокупности автоматических ячеек для координации их взаимодействия, перенастройки и ремонта; выдачу информации на пульт управления ГАЛ; решение задач по получению и обработке информации с автоматических ячеек, а также по самоконтролю.

Средний уровень гарантирует контроль автоматической ячейки и предоставление на верхний уровень обобщенной информации о свойствах, техническом состоянии и пространственном расположении контролируемых объектов и составных частей ячейки. При этом решаются задачи по получению и обработке информации о контролируемых параметрах объекта, технологической среды и автоматической ячейки, а также по самоконтролю.

Нижний уровень обеспечивает контроль объектов обработки, технического состояния и пространственного расположения составных частей элементарной автоматической системы, которой может быть станок с ЧПУ, ПР или другое автоматическое оборудование. На этом уровне САК решает задачи по получению и преобразованию информации о контролируемых параметрах и функциях объекта обработки и составных частей элементарной автоматической системы; контролю за исполнением технологических переходов; передаче информации на средний уровень, а также в систему технического обслуживания для прогнозирования постепенных отказов инструмента и оборудования.

Контроль обеспечивающих систем может быть распределен по разным уровням в зависимости от конкретных условий производства.

Существует пять режимов функционирования САК: запуск, рабочий, наладочный, «плановый останов» и аварийный.

Режим запуска начинается с опроса всех элементов и систем ГАП. При этом проводится диагностика их технического состояния, дается команда на выход всех систем в начальное положение и контролируется ее исполнение, проверяются наличие и коды инструментов и заготовок. В процессе проверки система следит за устранением выявленных неисправностей. В режиме запуска задействованы все уровни контроля. На нижнем уровне системы определяются значения параметров и функции контролируемых компонентов элементарной автоматической системы и затем оценивается их соответствие заданным нормам. Информация о техническом состоянии и пространственном расположении компонентов элементарной автоматической системы передается в управляющую ЭВМ. Эта информация является основой для принятия решений о техническом состоянии средств обработки и объекта обработки. Техническое состояние самой управляющей ЭВМ контролируется ЭВМ высшего уровня.

Информация о техническом состоянии объектов обработки передается на ЭВМ для накопления и статистической обработки. Затем ЭВМ среднего уровня передает информацию о техническом состоянии автоматической ячейки и обобщенную информацию об объектах обработки на ЭВМ верхнего уровня. ЭВМ среднего уровня подвергается периодическому самоконтролю по сигналам с центральной ЭВМ и передает ей информацию о своем техническом состоянии. ЭВМ верхнего уровня подвергается периодическому самоконтролю и принимает решение о режиме функционирования САК по информации от автоматических ячеек.

В номинальном режиме САК обеспечивает контроль за качеством изготовления продукции; потоками изделий, инструментов, энергии, информации; функционированием вспомогательных систем (очистка от стружки, промывка, охлаждение, кондиционирование воздуха и др.); техническим состоянием всех элементов и систем ГАП.

В наладочном режиме управляющая информация поступает на ЭВМ верхнего уровня, которая принимает решения о реконфигурации системы контроля на среднем и нижнем уровнях. ЭВМ нижнего уровня устанавливает совокупность контролируемых параметров и функций объектов обработки, а также нормы контроля.

Режим «планового останова» — специфический режим функционирования ГАП, предназначенный для обеспечения последующего запуска не с начального момента работы системы, а с момента ее останова. Обычно в данном режиме предусматриваются завершение операции обработки на станках, снятие и отправка деталей на накопители или склад, разгрузка и приведение роботов-автооператоров и иггабелеров в необходимое для останова положение, запись состояния на носитель, отключение всех видов энергоносителей и всех пультов. Задача САК при этом состоит в контроле отработки сигналов управления. Кроме этого, поскольку реализация режима занимает некоторый промежуток времени, в течение которого элементы и системы Г АП последовательно прекращают функционирование, можно провести диагностику систем и выдать диспетчеру информацию для наладчиков и ремонтников.

Аварийный режим инициируется любым уровнем САК. На нижнем уровне он вызывается превышением допустимого брака, отклонением от нормы параметров либо элементарной автоматической системы, либо самих средств контроля. Сигнал об аварийном состоянии с каждого из уровней передается на более высокий уровень и отображается на пульте управления ГАП.

Технические средства контроля включают в себя измерительные преобразователи, аналого-цифровые преобразователи, сенсорные подсистемы технического зрения, автоматические тестеры и координатные измерительные машины.

Измерительные преобразователи являются первичными носителями информации и составляют важнейший класс устройств контроля. Измерительный преобразователь — это средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки или хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. К измерительным преобразователям относятся датчики. Датчик состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичный преобразователь преобразует измеряемую величину в электрический выходной сигнал. Вторичный преобразователь преобразует выходной сигнал первичного преобразователя в сигнал стандартного диапазона выхода датчика.

В зависимости от конкретных условий эксплуатации к датчикам предъявляются самые различные требования, основными из которых являются следующие:

  • • однозначная зависимость выходной величины от входной;
  • • высокая чувствительность;
  • • стабильность характеристик во времени;
  • • соответствие динамических характеристик условиям измерений;
  • • помехоустойчивость и взрывобезопасность;
  • • технологичность конструкции;
  • • удобство монтажа и обслуживания.

Условная классификация датчиков приведена на рис .2.17.

Рис. 2.17. Условная классификация датчиков

По способности восприятия информации на различных расстояниях от ее источника датчики делятся на бесконтактные и контактные.

Бесконтактные датчики позволяют определять в основном геометрические характеристики объектов с помощью технического зрения и локации.

Контактные датчики измеряют действующие силы и моменты, а также фиксируют координаты точек их приложения посредством си- ломоментных и тактильных методов измерения.

Техническое зрение используется в промышленности на операциях распознавания и сортировки деталей, взятия деталей из навала, измерения координат движущихся деталей, определения ориентации деталей на сборочных и других участках производства, а также на операциях контроля качества деталей.

Локационные датчики используются для измерения в случае нецелесообразности или невозможности применения технического зрения. Например, эффективна установка локационных датчиков в захвате ПР для слежения сварочной головки за траекторией шва. Использование локационных датчиков в качестве датчиков безопасности позволяет предотвращать столкновение подвижных частей технологического оборудования с предметами и людьми, случайно оказавшимися в рабочей зоне. Многообразие типов локационных датчиков представлено на рис. 2.18

Силомоментные датчики применяются при выполнении механической сборки, абразивной зачистки и шлифовки изделий, где в процессе выполнения технологической операции необходимо измерять силы и моменты.

Тактильные датчики целесообразно использовать при поиске объектов, идентификации и определении их пространственного расположения; для обнаружения проскальзывания детали и при регулировании усилия захватывания детали, например, в захватном устройстве ПР.

Схема датчика определения направления и величины проскальзывания детали приведена на рис. 2.19.

Рис. 2.18. Типы локационных датчиков

Рис. 2.19 . Схема датчика определения направления и величины проскальзывания:

/ — зубчатый шар, 2 — корпус, 3 — стержень, 4 — диск,

5 — электрические контакты

Схема включает свободно вращающийся зубчатый шар, который отклоняет тонкий стержень, установленный на оси проводящего диска. Под диском равномерно расположены электрические контакты. Вращение шара, вызванное проскальзыванием по нему объекта, приводит к вибрации стержня и диска с частотой, пропорциональной скорости вращения шара. От направления вращения зависит, какой контакт будет задействован вибрирующим диском. Усредненное направление проскальзывания определяется по импульсам в соответствующих выходных электрических контурах.

Если контактное усилие не вызывает смещений и деформаций контролируемого объекта, то применяются щуповые методы контроля размеров и формы изделий. Измерительные щупы могут быть выполнены в виде как одиночных щупов для контроля по одной координате, так и трехкоординатньгх измерительных головок или головок со сменными щупами для контроля сложнопрофильных изделий.

Точечные электронные щупы позволяют проводить измерение, не останавливая движение измерительной головки, причем многопозиционные точечные щупы с гнездами для сменяемых наконечников могут контролировать все грани детали без изменения направления щупа.

Электронные щупы для непрерывного сканирования осуществляют точное непрерывное измерение геометрических линий и поверхностей в трехмерном пространстве. Они позволяют повысить динамические характеристики измерительной машины.

На рис. 2.20 изображен внешний вид электронного щупа непрерывного сканирования.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) — это вид технических средств контроля, обеспечивающий преобразование аналоговых сигналов, поступающих с датчиков, в эквивалентные значения цифрового кода для последующей обработки.

Рис. 2.20. Электронный щуп непрерывного сканирования:

1 — корпус с преобразователем, 2 — измерительный наконечник

К основным элементам аналоговой части АЦП относятся операционные усилители, компараторы напряжения, схемы выборки и хранения, а также аналоговые ключи и коммутаторы, которые используются для коммутации аналоговых сигналов между источником и нагрузкой. Цифровая часть, реализуемая на логических комбинационных схемах, сдвиговых регистрах, счетчиках и других элементах, выполняет функции кодирования, запоминания, сравнения, сдвига и сложения цифровой информации.

Аналого-цифровые преобразования делятся на последовательные, параллельные и последовательно-параллельные. Способы преобразования в АЦП определяют достижимые значения их основных параметров, в частности таких, как время преобразования и число разрядов.

Сенсорные системы технического зрения представляют собой терминальные подсистемы предварительной обработки видеоинформации, которые могут взаимодействовать через стандартные линии связи с ЭВМ верхнего уровня. Они являются универсальным средством для решения широкого круга задач контроля качества, идентификации и обеспечения управления, в частности, сборочными операциями.

Характерным примером структурной реализации системы технического зрения является схема, приведенная на рис. 2.21.

Рис. 2.21. Схема системы технического зрения

В качестве рецепторных блоков используются несколько видеокамер, каждая из которых управляется платой аналогового интерфейса путем сравнения с пороговым уровнем для преобразования изображения в цифровое отображение. После сжатия по критерию значимости информация анализируется центральным процессорным боком.

Подсистемы технического зрения способны идентифицировать детали на движущемся конвейере, распознавать ориентацию деталей и выделять перекрывающиеся детали. В процессе распознавания процессор рассчитывает параметры объекта и сравнивает их с данными, сформированными на этапе обучения.

Автоматические тестеры (АТЕ) — это автоматические контрольно-измерительные комплексы, в которых основной метод контроля заключается в подаче с помощью ЭВМ, являющейся внешней по отношению к контролируемому объекту, тестирующих воздействий с контролем путем сравнения с заранее заданным значением ответных реакций контролируемого объекта. В радиопромышленности, например, АТЕ используются для контроля интегральных схем и печатных узлов. Типовая секция формирования тестовых воздействий для АТЕ имеет в своем составе программируемые источники питания, генераторы и схемы коммутируемой подачи сигналов на тестируемый объект.

В состав измерительной части АТЕ обычно входят цифровые мультипликаторы, счетчики-таймеры и коммутируемые схемы приема выходных сигналов с тестируемого объекта. Как правило, все перечисленные устройства в блочном исполнении комплектуются ЭВМ. Конкретный состав блоков, их технические характеристики, возможности коммутации и перепрограммирования зависят от типа контролируемых объектов, а также от вида контроля. В составе АТЕ могут быть использованы внешние интерфейсы для включения АТЕ в локальную вычислительную сеть.

Координатные измерительные машины (КИМ) — это автоматическое средство высокоточных измерений, обладающее универсальной техникой программирования. Они могут не только измерять типовые поверхности, но и определять систему координат положения различных специальных поверхностей относительно базовых. Универсальные КИМ позволяют контролировать параметры корпусных деталей, валов, рычагов, втулок и других изделий, поверхности которых образуют плоскости, цилиндры, конусы, сферы, а также линии пересечения различных поверхностей. При этом результаты измерений представляются в виде отпечатанных протоколов аттестации или оперативных сообщений на средствах отображения буквенно-цифровой и графической информации. Одновременно эти данные могут накапливаться в ЭВМ для последующей статистической обработки.

Обобщенная схема КИМ дана на рис. 2.22.

Координаты точек детали, измеряемой с помощью прямолинейных перемещений измерительных головок ощупывающей подсистемы, измеряются в декартовой системе координат. При этом начало координат выбирается свободно, з направления осей должны совпадать с направлениями перемещения подвижных узлов базовой части КИМ, несущих измерительные головки или измеряемую деталь.

Рис. 2.22. Обобщенная схема КИМ

С помощью встраиваемых поворотных столов можно обеспечить увеличение числа координатных перемещений за счет поворота измеряемой детали относительно координатных осей. Перемещения реализуются обычно подсистемой электромеханических приводов, а автоматическое считывание значений перемещений — измерительными преобразователями индукционного и фотоэлектрического типов. Вся обработка результатов измерения осуществляется управляющим вычислительным комплексом, в состав которого кроме ЭВМ, стандартных периферийных устройств и блока управления электроприводами входят нормирующие и другие необходимые виды преобразователей. К основным задачам обработки измерений относятся определение координат центров измерительных наконечников, формирование системы координат измеряемой детали и сравнение обработанных результатов измерений с эталонными данными.

На базе универсальных измерительных машин и унифицированных измерительных систем отдельных параметров изделий создаются контрольно-измерительные ячейки. Их использование позволяет повысить технико-экономические показатели САК при выходном контроле сложных изделий, например, сверхбольших интегральных схем.

При выносном контроле, обеспечиваемом контрольноизмерительными ячейками, широкое распространение получили измерительные машины для контроля линейных размеров, формы и взаимного расположения плоскостей. В измерительных ячейках, осущестатяющих послеоперационный контроль, целесообразно использовать измерительные роботы, предназначенные для встраивания в технологические линии. На рис. 2.23 изображен внешний вид измерительного робота.

Рис. 2.23. Измерительный робот:

1 — манипулятор, 2 — станина, 3 — измеряемые детали

Такие роботы имеют манипуляторы, перемещающиеся относительно станины, и обладают высокими динамическими возможностями. Для повышения точности в них применяют компенсацию возможных ошибок программным способом по параметрам эталонной детали, записанным в памяти робота.

Тема 1.3 Системы автоматического контроля. Автоматизация контрольных измерений в машиностроении

1. Структура САК, основные понятия.

2. Классификация систем автоматического контроля.

3. Системы пассивного контроля. Автоматические сортировщики

4. Системы активного контроля. Контрольно-измерительные машины.

1. Для обеспечения требуемого качества дет талей и изделий (точность размеров, геометрическая, форма, параметр шероховатости поверхности и т. д.) применяют комплексный контроль, включающий в себя контроль: готовых изделий, заготовок, вспомогательных средств производства (режущего инструмента, измерительных средств и т. д.), основных средств производства (технологического оборудования, систем и средств управления и т. д.).

Система автоматического контроля (САК) предназначена для автоматического контроля различных физических величин (параметров), сведения о которых необходимы при управлении объектом. Всякая система состоит из элементов, узлов и устройств, оределенную функцию; следовательно, систему автоматического контроля можно представить схематически (Рисунок 10)

Датчик (Д) измеряет значение контролируемого параметра объекта (О) и преобразует его в сигнал, удобный для усиления или передачи. Наибольшее применение находят датчики, преобразующие неэлектрическую величину в электрическую.

Усилитель (У) — устройство, усиливающее слабый сигнал, поступающий от датчика, так, что он становится достаточным для воздействия на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент (ИЭ) — устройство, посредством которого выполняются заключительные операции.

Элементы передачи и связи — устройства, обеспечивающие передачу сигналов от датчика до исполнительного элемента.

В состав систем автоматизации производственных процессов входят дополнительные элементы, не участвующие в преобразовании информации, а обеспечивающие данное преобразование. К ним относятся источники энергии, стабилизаторы, переключатели и др.

В зависимости от вида исполнительного элемента автоматический контроль разделяют на четыре основные группы:

— автоматическая сигнализация характерных или предельных значений параметров; сигнализирующее устройств (СУ) — это лампочки, звонок, сирена;


— автоматическое указание значений контролируемых параметров; указывающий прибор (ПУ) может быть стрелочным, цифровым;

— автоматическая регистрация значений контролируемого параметра; регистрирующее устройство (РУ) — это самописец;

— автоматическая сортировка различных изделий в зависимости от заданных значений контролируемых параметров (ПС – прибор сортирующий).

Система автоматического контроля не вмешивается в ход протекания технологического процесса.

2. В зависимости от вида, стоимости и требований, предъявляемых к точности изготовления деталей, контроль может быть полным, когда проверяются все изделия, и выборочным, когда проверяется часть деталей.

По принципу действия различают:

— системы пассивного контроля, представляющие собой системы автоматического контроля (САК), задача которых получить необходимые сведения об управляемом объекте или параметрах технологического процесса (система не изменяет параметров технологического процесса во время обработки, т.е. ведет себя пассивно);

— системы активного контроля, которые представляют собой системы автоматического регулирования (САР), задача их не только измерять необходимые величины, но и поддерживать их заданное значение во время техноло­гического процесса.

В настоящее время системы активного контроля организуют в большинстве случаев по принципу адаптивного управления, т. е. управление технологическим процессом ведут совместно с ЧПУ и САК, задача которой на основании сведений, полученных от автоматических устройств, менять программу управления, тем самым восстанавливая отклонившиеся величины.


По назначению различают следующие системы автоматического контроля: технологических параметров в процессе обработки; параметров готовых изделий (контроль качества продукции); состояния оборудования и систем управления; состояния инструмента, оснастки и т. д.; программного и информационного обеспечения (сбор сведений, обработка сведений, систематизация и т. д.).

3. Системы автоматического пассивного контроля различаются:

— аппаратными средствами и способами организации контроля; разновидностями и способами контактирования с измеряемыми величинами (прямое контактирование, косвенное, контактирование в рабочей позиции, в измеряемой позиции и т. д.);

— видами датчиков, применяемых для измерения величин (индуктивные, пневматические, фотоэлектрические, тензометрические, оптоэлектронные);

— способами организации измерительной системы и средствами обработки полученной информации (измерение, дискретное, измерение методом сравнения с заданным значением, измерение с преобразованием аналогового сигнала в числовой код и т. д.);

— видами индикаторов и средствами отображения информации измерений (стрелочные индикаторы, цифровые, символьные, сегментные отображения информации на ЭЛТ и т. д.);

— способами хранения и регистрации данных (регистрация на бумажных лентах в виде диаграмм, графиков, регистрация посредством печатающих устройств, регистрация с записью в ЗУ).

Системы пассивного автоматического контроля могут иметь также различные способы организации контроля: непосредственно во время технологического процесса (постоянный или поэтапный) и полученных результатов.

На рисунке 11показана одна из структурных схем системы пассивного автоматического контроля. Система включает в себя: дифференциальный индуктивный размерный датчик 1; электронный блок (ЭБ), имеющий электронный усилитель и преобразователь; указывающий прибор, выполненный в виде электронного цифрового индикатора (ЭЦИ) и исполнительного реле. Датчик имеет два Ш-образных сердечника (4),закрепленных с помощью плоских пружин на корпусе датчика. На сердечниках расположены две обмотки (W1W3),которые совместно с полуобмотками трансформатора (W2W4,)представляют собой уравновешенный измерительный мост, в диагонали которого подключено питающее напряжение от сети переменного тока (Un).Измерительный шток датчика 2 подвешен посредством плоских пружин 3к корпусу. На штоке закреплен якорь сердечника 5.Вращением микрометрического винта 8 сердечники перемещаются относительно якоря. Если размеры детали до обработки превышают пределы измерения датчика, то ограничительная гайка 6, установленная на штоке, с помощью угольника 7 отодвигает сердечник от микрометрического винта (зона отсутствия измерений).

Принцип действия САК состоит в следующем. При контактировании измерительного штока с измеряемойповерхностью якорь средечника отклоняется от среднего положения, что вызывает дисбаланс моста (сигнал рассогласования) вследствие неравенства зазоров между якорем и сердечником. Напряжение рассогласования моста, усиленное и преобразованное в электронном блоке в цифровой код, индицируется на ЭЦИ в виде значения отклонения размера. При балансе моста электронный блок формирует сигнал на прекращение обработки с помощью исполнительного реле.

В массовых видах производства применяются для контроля изделий или деталей применяют всевозможные пассивные средства контроля, работающие как автоматические сортировщики. Они не только измеряют размер или его отклонения, но и по результатам измерений дают оценку: годная деталь с допустимыми отклонениями; негодная с отклонениями, которые можно исправить; бракованная. Такие автоматические сортировщики, кроме измерительной системы, имеют исполнительные механизмы подачи детали на измеряемую позицию, ее фиксацию и механизмы, распределяющие детали по накопителям упомянутых позиций.

Большинство автоматических сортировщиков имеют следующую функциональную структуру (Рисунок 12); бункер-накопитель (БН1) или магазин-накопитель для хранения контролируемых деталей; механизм подачи, базирования деталей на измеряемой позиции (МПД) систему автоматического контроля (САК) с индикацией и сигнализацией о браке и недопустимых отклонениях (СИУ), распределительное устройство (РУ), которое распределяет детали (Д) по бункерам-накопителям (А — бункер годных деталей, Б бункер для деталей «исправимый брак» В — бункер деталей «брак»).

4. С развитием микропроцессорной и микроэлектронной измерительной техники многие задачи автоматизации контроля в машиностроении решаются на новом техническом уровне с учетом новых достижений в технике.

САК параметров технологического процесса или автоматического контроля качества готовых изделий на базе развития микроэлектронной техники и средств вычислительной техники стали составной частью САУ и встраиваются непосредственно в технологические объекты или технологические комплексы.

Измерительные машины изготовляют в виде промышленных роботов автоматического контроля, которые оснащены измерительными средствами, управляющими программами. САК СЧПУ выполняют как координатно-измерительные машины (КИМ), которые могут быть автономными или могут встраиваться в технологический комплекс.

На рисунке 13показана структурная схема координатно-измерительной системы, состоящей из измерительного стола, который свободно перемещается по трем координатам X, Y, Z. На столе с помощью приспособления устанавливается контролируемое изделие. На неподвижной части относительно стола устанавливается измерительное устройство, фиксирующее положение измеряемой поверхности в виде калибра, щупа. Перемещение измерительного стола относительно фиксируемой позиции измеряется размерными датчиками (РД), которые ведут отсчет перемещения посредством оптической измерительной шкалы (ИШ). Сигналы датчика в виде импульсов, число которых пропорционально перемещению, подаются в операционное устройство (ОУ), где преобразуются в сигналы индикации (операционное устройство в своем ЗУ может сравнивать заданное значение с измеренным и вычислять отклонение). Обработанный в операционном устройстве сигнал подается на цифровое индицирующее устройство (ЦИУ), где в цифровом коде индицируется измеряемая величина или ее отклонение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *