книги / Микропроцессорное управление технологическими процессами в радиоэлектронике

нитных моментов, изменяется в широких пределах в зависимости от влияющих факторов. Поэтому та­

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

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

15

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

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 —

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

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