GIÁO TRÌNH CAD/CAM - PHẦN 7 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH - CHƯƠNG 18

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH Lĩnh vực điều khiển nhờ máy tính rất gần gủi với các quá trình công nghiệp như sản xuất hoá chất, lọc dầu, gia công kim loại. Trong những năm gần đây việc ứng dụng máy tính đã mở rộng cho nhiều lĩnh vực ngoài công nghiệp chế biến, đặc biệt là trong gia công kim loại. dập, sản xuất linh kiện điện tử, lắp ráp,…

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH CAD/CAM - PHẦN 7 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH NHỜ MÁY TÍNH - CHƯƠNG 18

Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Chöông 18 ÑIEÀU KHIEÅN QUAÙ TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH 18.1. 18.1. Khaùi quaùt Lónh vöïc ñieàu khieån nhôø maùy tính raát gaàn guûi vôùi caùc quaù trình coâng nghieäp nhö saûn xuaát hoaù chaát, loïc daàu, gia coâng kim loaïi. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây vieäc öùng duïng maùy tính ñaõ môû roäng cho nhieàu lónh vöïc ngoaøi coâng nghieäp cheá bieán, ñaëc bieät laø trong gia coâng kim loaïi. daäp, saûn xuaát linh kieän ñieän töû, laép raùp,… Caùc quaù trình lieân tuïc vaø caùc quaù trình saûn xuaát rôøi raïc coù nhöõng khaùc bieät quan troïng, thí duï saûn phaåm ôû daïng caùc chi tieát khaùc vôùi saûn phaåm ôû daïng thuøng, toân. Quùa trình saûn xuaát saûn phaåm rôøi raïc ít phöùc taïp hôn, ít bieán soá hôn, giaù trò theâm vaøo vaät lieäu ít hôn so vôùi caùc quùa trình lieân tuïc, tuy nhieân löôïng saûn phaåm trong caùc nhaø maùy cheá taïo maùy lôùn ñeán möùc coù theå ñaàu tö vaøo vieäc öùng duïng maùy tính moät caùch heäu quaû. Ngoaøi ra, coù hai yeáu toá khaùc goùp phaàn thuùc ñaåy vieäc öùng duïng maùy tính trong saûn xuaát rôøi raïc, ñoù laø giaù thaønh maùy tính ngaøy caøng haï vaø giaù thaønh phaàn meàm cuõng ngaøy caøng haï. Vieäc öùng duïng ñieàu khieån soá nhôø maùy tính (CNC) trong gia coâng kim loaïi laø moät thí duï ñieån hình. 18.2. 18.2. Moâ hình caáu truùc cuûa quaù trình saûn xuaát Moâ hình caáu truùc cuûa quùa trình saûn xuaát ñöôïc veõ treân hình 18.1 Bieán soá khoâng ñoåi Bieán soá ñaùnh giaù Bieán soá ra ño Bieán soá vaøo khoâng vieäc thöïc hieän ñöôïc ñieàu khieån ñöôïc Quaù trrình saûn xuaát Bieán soá vaøo ñieàu khieån ñöôïc Hình 18.1. Caáu truùc cuûa quùa trình saûn xuaát. Bieán soá vaøo ñieàu khieån ñöôïc laø nhöõng bieán soá coù theå thay ñoåi ñeå ñieàu chænh quaù Bieá trình. Trong gia coâng kim loaïi, ñoù laø vaän toác vaø löôïng aên dao. Trong quaù trình hoaù hoïc, ñoù laø toác ñoä doøng chaûy, nhieät ñoä,… Bieán soá vaøo khoâng ñieàu khieån ñöôïc laø nhöõng bieán soá thay ñoåi trong quaù trình Bieá nhöng khoâng ñieåu khieån ñöôïc, thí duï ñoä saéc cuûa dao caét, ñoä cöùng cuûa vaät lieäu, hình daïng cuûa phoâi. Bieán soá coá ñònh: thí duï nhö hình hoïc dao caét vaø ñoà gaù. Chuùng coù theå thay ñoåi Bieá giöõa caùc nguyeân coâng nhöng khoâng theå thay ñoåi khi thöïc hieän nguyeân coâng. CAD/CAM 205
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Bieán soá ra ño ñöôïc: laø nhöõng bieán soá coù theå ño tröïc tuyeán trong quaù trình gia coâng, thí duï toác ñoä doøng chaûy, nhieät ñoä, rung ñoäng, ñieän aùp, coâng suaát. Bieán soá ñaùnh giaù vieäc thöïc hieän: laø nhöõng bieán soá ñöôïc ño trong quaù trình thöïc Bieá hieän vaø thöôøng lieân quan tôùi kinh teá hay chaát löôïng saûn phaåm. Thí duï giaù thaønh saûn phaåm, toác ñoä saûn xuaát, lôïi nhuaän haøng hoaù vaø caáp chaát löôïng. Nhieäm vuï cuûa vieäc ñieàu khieån quùa trình laø ñieàu khieån caùc bieán soá ra ño ñöôïc ñeå ñaït ñöôïc nhöõng keát quaû mong muoán cuûa caùc bieán ñaùnh giaù vieäc thöïc hieän (chaát löôïng vaø giaù thaønh). Vieäc naøy ñöôïc thöïc hieän nhôø thay ñoåi caùc bieán soá vaøo ñieàu khieån ñöôïc cuûa quùa trình. Coù nhieàu phöông phaùp ñieàu khieån hoaït ñoäng saûn xuaát nhôø maùy tính, keå caû caáu hình phaàn cöùng laãn chöông trình phaàn meàm. Vieäc xem xeùt caáu hình phaàn cöùng goàm soá löôïng vaø chuûng loaïi maùy tính vaø caùch noái maïng giöõa chuùng. Chöông trình phaàn meàm lieân quan ñeán vieäc choïn chieán löôïc ñieàu khieån ñeå ñieàu chænh hoaëc toái öu hoaù vieäc thöïc hieän quùa trình. Tröôùc tieân chuùng ta haõy xem xeùt chieán löôïc ñieàu khieån quùa trình. 18.3. khieå 18.3. Chieán löôïc ñieàu khieån quùa trình Coù nhieàu chieán löôïc ñieàu khieån quaù trình. Vieäc choïn chieán löôïc ñieàu khieån phuï thuoäc vaøo quaù trình vaø muïc tieâu thöïc hieän caàn ñaït ñöôïc. Trong phaàn naøy chuùng ta seõ xem xeùt caùc chieán löôïc ñieàu khieån sau: 1. Ñieàu khieån coù lieân heä ngöôïc (feedback control) 2. Ñieàu chænh (regulatory control) 3. Ñieàu khieån coù lieân heä thuaän 4. Ñieàu khieån coù laäp keá hoaïch töø tröôùc 5. Ñieàu khieån traïng thaùi toái öu 6. Ñieàu khieån thích nghi Heä Heä thoáng ñieàu khieån coù lieân heä ngöôïc. Sô ñoà cuûa heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc ñöôïc veõ treân hình 18.2. Y X Quùa trình Boä ñieàu khieån quùa trình Σ + - Lieân heä ngöôïc Hình 18.2. Heä thoáng ñieàu khieån coù lieân heä ngöôïc Heä thoáng naøy coøn goïi laø heä thoáng ñieàu khieån kín. Baèng caùch ño tín hieäu ra vaø so saùnh vôùi tín hieäu vaøo, coù theå taïo ra moät heä thoáng ñieàu khieån kín töï ñoäng. Theo quan CAD/CAM 206
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc nieäm coå ñieån veà heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc, giaù trò cuûa bieán ñieàu khieån ñöôïc tröø ñi töø giaù trò cuûa bieán vaøo vaø giaù trò cheânh leäch ñöôïc duøng ñeå höôùng bieán ñieàu khieån tôùi giaù trò mong muoán. Heä Heä thoáng ñieàu khieån kieåu ñieàu chænh (regulatory). Heä thoáng naøy töông töï nhö heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc, chæ khaùc moät ñieàu laø noù duy trì bieán ñaùnh giaù quùa trình (chaát löôïng saûn phaåm) ôû möùc cho tröôùc trong suoát quùa trình. Trong heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc muïc tieâu laø ñieàu khieån rieâng reõ bieán soá ra ñeå ñaït ñöôïc giaù trò mong ñôïi. Heä (feedforward Heä thoáng ñieàu khieån coù lieân heä thuaän (feedforward control) Trong heä thoáng ñieàu khieån kieåu ñieàu chænh cuõng nhö heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc hoaït ñoäng buø tröø sai soá chæ xaûy ra sau khi phaùt hieän söï dao ñoäng cuûa bieán soá ra, nhö vaäy, sai soá coù theå xaûy ra tröôùc khi coù hoaït ñoäng ñieàu chænh. Trong heä thoáng coù lieân heä thuaän, söï dao ñoäng ñöôïc ño tröôùc khi noù laøm ñaûo loän quùa trình vaø hoaït ñoäng ñieàu chænh xaûy ra vôùi söï tieân lieäu töø tröôùc. Trong tröôøng hôïp lyù töôûng, hoaït ñoäng ñieàu chænh buø tröø hoaøn toaøn söï sai leäch, ngaên ngöøa ñöôïc söï sai leäch khoûi giaù trò mong muoán ôû ñaàu ra cuûa quùa trình. Trong tröôøng hôïp naøy, heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän coù öu ñieåm hôn so vôùi heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc. Ñaëc ñieåm caên baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån naøy ñöôïc veõ treân hình 18.3. Nhieãu Caùc phaàn töû ñieàu khieån lieân heä thuaän - Y X Quùa trình Boä ñieàu khieån quùa trình Σ + Giaù trò - tham chieáu Lieân heä ngöôïc Hình 18.3. Heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän (keát hôïp vôùi heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc). Trong heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän, nhieãu ñöôïc ño vaø duøng laøm bieán soá vaøo trong heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän. Caùc phaàn töû cuûa heä thoáng naøy tính toaùn ra löôïng ñieàu chænh caàn thieát vaø thöïc hieän tröôùc khi noù laøm leäch khoûi quaù trình. Ñeå thöïc hieän vieäc tính toaùn, heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän coù model logic hoaëc toaùn hoïc veà quaù trình. Baûn thaân heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän khoâng chöùc baát kyø moät cô caáu kieåm tra ñeå ñaàu ra ñöôïc duy trì ôû moät möùc cho tröôùc. Vì lyù do naøy, noù thöôøng ñöôïc duøng keát hôïp vôùi heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc. Heä thoáng ñieàu khieån lieân CAD/CAM 207
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc heä thuaän ñaïc bieät höõu ích khi quùa trình ñöôïc ñaëc tröng bôûi thôøi gian ñaùp öùng hoaëc thôøi gian cheát laâu giöõa ñaàu vaøo vaø ñaàu ra. Moät mình heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc thöôøng khoâng coù khaû naêng thöïc hieän vieäc ñieàu chænh quaù trình theo thôøi gian (timely) Heä Heä thoáng ñieàu khieån ñöôïc laäp keá hoaïch töø tröôùc (preplanned control) Thuaät ngöõ laäp keá hoaïch tröôùc yù noùi ñeán vieäc duøng maùy tính ñeå ñieàu khieån quùa trình hoaëc thieát bò haøng loaït caùc böôùc coâng ngheä ñaõ ñöôïc xaùc ñònh tröôùc. Chieán löoïc ñieàu khieån naøy thöôøng caàn tôùi vieäc söû duïng heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc ñeå moãi böôùc coâng ngheä ñöôïc hoaøn thaønh tröôùc khi sang böôùc keá tieáp. Tuy nhieân, tín hieäu lieân heä ngöôïc coù theå khoâng caàn thieát trong moãi leänh ñieàu khieån ñöôïc ñaûm baûo nhôø maùy tính. Thuaät ngöõ laäp keá hoaïch töø tröôùc ít ñöôïc duøng trong coâng nghieäp. Coù moät soá thuaät ngöõ khaùc ñöôïc duøng ñeå moâ taû chieán löôïc ñieàu khieån naøy. Nhöõng thuaät ngöõ thöôøng duøng nhaát laø: CNC – ñieàu khieån soá nhôø maùy tính: nhö ñöôïc moâ taû trong chöông 9, chuû yeáu CNC duøng maùy tính ñeå ñieàu khieån maùy coâng cuï qua caùc böôùc ñöôïc laäp trình NC. DNC cuõng thuoäc daïng ñieàu khieån naøy maëc duø khoâng haün nhö laø CNC. Ñieàu khieån laäp trình: ñöôïc duøng trong coâng nghieäp xöû lyù ñeå khôûi ñoäng hoaëc keát Ñieà thuùc moät quaù trình phöùc taïp hoaëc laøm cho quùa trình thay ñoåi saûn phaåm töø caáp ñoä naøy tôùi caáp ñoä khaùc. Thí duï nhö trong coâng nghieäp saûn xuaát giaáy, maùy tính ñöôïc laäp trình ñeå ñieàu khieån quùa trình qua caùc giai ñoaïn cuûa chu kyø ñeå saûn xuaát baát kyø loaïi giaáy naøo. Ñieàu khieån tuaàn töï: ñieàu khieån quaù trình theo trình töï caùc böôùc kieåu ON/OFF. Ñieà Caùc bieán soá ñieàu khieån coù theå coù moät trong hai traïng thaùi ON hoaëc OFF. Thí duï nhö ñieàu khieån moät ñöôøng daây töï ñoäng. Thöù töï thöïc hieän caùc chuyeån ñoäng naïp phoâi, dòch chuyeån chi tieát, kieåm tra chaát löôïng, v.v. treân daây chuyeàn töï ñoäng ñöôïc ñieàu khieån hoaøn toaøn nhôø maùy tính. Ngoaøi ra maùy tính cuõng coù theå ñöôïc laäp trình ñeå thöïc hieän caùc chöông trình con chaån ñoaùn khi ñöôøng daây coù söï coá. Thay ñoåi duïng cuï cuõng coù theå laø moät trong nhöõng chöùc naêng cuûa maùy tính. Nhôø maùy tính, ngöôøi vaän haønh bieát khi naøo thì ñoåi duïng cuï caét. Heä ng Heä thoáng ñieàu khieån toái öu oån ñònh traïng thaùi. Thuaät ngöõ ñieàu khieån toái öu lieân qua ñeán nhöõng vaán ñeà lôùn cuûa ñieàu khieån. Chuùng ta seõ giôùi haïn yù nghóa cuûa noù trong khi baøn luaän veà nhöõng heä thoáng ñieàu khieån hôû. Ñieàu naøy coù nghóa laø khoâng coù tín hieäu ngöôïc trong heä thoáng. Thay vì theá, hai yeáu toá cuûa heä thoáng caàn phaûi ñöôïc bieát tröôùc: 1. Bieán soá ñaùnh giaù vieäc thöïc hieän quaù trình (giaù thaønh thaáp nhaát vaø chaát Bieá löôïng cao nhaát). 2. Moâ hình toaùn hoïc cuûa quùa trình. Quan heä toaùn hoïc giöõa bieán soá vaøo vaø Moâ ra cuûa quùa trình phaûi ñöôïc xaùc ñònh. Moâ hình phaûi vöõng chaéc trong suoát quùa trình. Nghóa laø khoâng coù moät nhieãu naøo coù theå aûnh höôûng ñeán keát quaû cuoái cuøng cuûa vieäc toái öu hoùa. Chính vì leõ naøy maø chuùng ta goïi vaán ñeà naøy laø ñieàu khieån toái öu oån ñònh traïng thaùi. Moâ hình toaùn hoïc coù theå chöùa moät soá raøng buoäc ñoái vôùi moät CAD/CAM 208
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc hay moät soá caùc bieán soá cuûa quùa trình. Caùc raøng buoäc naøy giôùi haïn phaïm vi cho pheùp moät haøm muïc tieâu ñöôïc toái öu hoaù. Vôùi hai yeáu toá treân cuûa quùa trình ñöôïc xaùc ñònh, vieäc giaûi baøi toaùn ñieàu khieån toái öu hoaù laø xaùc ñònh caùc giaù trò cuûa bieán soá vaøo ñeå toái öu hoaù haøm muïc tieâu. Ñeå thöïc hieän nhieäm vuï naøy, coù raát nhieàu kyõ thuaät toái öu hoaù ñöôïc duøng. Nhöõng kyõ thuaät naøy bao goàm: - Tính toaùn vi phaân - Laäp trình tuyeán tính - Laäp trình ñoäng löïc hoïc - Tính toaùn söï bieán thieân Taát caû nhöõng phöông phaùp naøy ñaõ ñöôïc öùng duïng ñeå giaûi haøng loaït nhöõng baøi toaùn ñieàu khieån toái öu oån ñònh traïng thaùi thuoäc loaïi naøy. Ñieà Ñieàu khieån thích nghi Heä thoáng ñieàu khieån thích nghi ñöôïc thieát keá ñeå buø tröø nhöõng thay ñoåi cuûa moâi tröôøng baèng caùch thay ñoåi moät soá thoâng soá ñieàu khieån ñeå ñaït ñöôïc thoâng soá toái öu hoaëc gaàn nhö toái öu. Heä thoáng ñieàu khieån thích nghi khaùc vôùi heä thoáng ñieàu khieån lieân heä ngöôïc hoaëc heä thoáng ñieàu khieån toái öu ôû choã noù coù khaû naêng ñöông ñaàu vôùi söï thay ñoåi cuûa moâi tröôøng theo thôøi gian, trong khi hai heä thoáng kia hoaït ñoäng trong moâi tröôøng xaùc ñònh hoaøn toaøn. Ba chöùc naêng ñaëc tröng cuûa heä thoáng ñieàu khieån thích nghi laøm cho noù khaùc haün nhöõng heä thoáng ñieàu khieån khaùc laø: 1. Chöùc naêng nhaän dieän: xaùc ñònh ñaëc tính hieän taïi cuûa quùa trình hoaëc heä Chöù thoáng. Vieäc naøy coù theå caàn tôùi moät soá ño ñaïc caùc bieán soá cuûa quùa trình vaø ñaùnh giaù moâ hình toaùn hoïc thích hôïp cuûa quùa trình. Noù cuõng coù theå bao goàm vieäc so saùnh chaát löôïng hieän taïi vôùi moät soá ñaëc tính toái öu mong muoán. 2. Chöùc naêng quyeát ñònh: moät khi ñaëc ñieåm cuûa heä thoáng ñaõ ñöôïc xaùc ñònh Chöù thì chöùc naêng tieáp theo laø quyeát ñònh xem cô cheá ñieàu khieån phaûi ñöôïc thöïc hieän nhö theá naøo ñeå caûi thieän tính chaát cuûa heä thoáng. Thuû tuïc ra quyeát ñònh ñöôïc thöïc hieän bôûi boä logic ñöôïc laäp trình töø tröôùc do ngöôøi thieát keá heä thoáng ñaûm baûo. Theo boä logic moät hoaëc nhieàu bieán soá vaøo cuûa quùa trình coù theå ñöôïc thay ñoåi, moät soá tham soá beân trong boä ñieàu khieån hoaëc moät soá quyeát ñònh coù theå thay ñoåi. 3. Chöùc naêng bieán ñoåi: thöïc hieän quyeát ñònh. Vieäc naøy lieân quan ñeán vieäc Chöù thay ñoåi vaät lyù hoaëc cô hoïc beân trong heä thoáng. Söï thay ñoåi naøy chuû yeáu thuoäc phaàn cöùng chöù khoâng phaûi phaàn meàm. Vieäc bieán ñoåi bao goàm vieäc thay ñoåi caùc tham soá hoaëc bieán soá cuûa heä thoáng ñeå ñieàu khieån quaù trình tôùi moät quùa trình toái öu hôn. Hình 18.4 minh hoïa trình töï ba chöùc naêng treân trong heä thoáng ñieàu khieån thích nghi öùng duïng cho quaù trình giaû töôûng. Quaù trình ñöôïc xem nhö bò aûnh höôûng bôûi moâi tröôøng thay ñoåi theo thôøi gian. Tröôùc tieân heä thoáng xaây döïng ñaëc tính cuûa quùa trình baèng caùch ño caùc ñaïi löôïng vaøo vaø ra. Tuøy theo ñaëc tính hieän taïi, thuû tuïc quyeát ñònh ñöôïc thöïc hieän ñeå xaùc ñònh phaûi CAD/CAM 209
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc thay ñoåi caùi gì ñeå caûi thieän ñaëc tính cuûa heä thoáng. Vieäc thay ñoåi heä thoáng ñöôïc thöïc hieän trong chöùc naêng bieán ñoåi. Moâi tröôøng thay ñoåi theo thôøi Bieán soá Bieán soá ra gian Bieán soá vaøo heä cuûa quùa vaøo quùa thoáng trình trình Quaù trình Boä ñieàu khieån Bieán ñoåi Ño ñaïc Quyeát ñònh Nhaän dieän Hình 18.4. Caáu hình toång quaùt cuûa moät heä thoáng ñieàu khieån thích nghi. 18.4. Ñieàu khieån phaân taùn vaø taäp trung Coù raát nhieàu caáu hình thieát bò khaùc nhau ñöôïc duøng ñeå thöïc hieän caùc chieán löôïc ñieàu khieån ñöôïc moâ taû trong phaàn 18.3. Tuy nhieân chuùng coù theå chia laøm ba loaïi: Loaïi 1 – Heä thoáng ñieàu khieån taäp trung Loaïi 2 – Heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn moät phaàn Loaïi 3 – Heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn toaøn boä Trong caùc heä thoáng ñieàu khieån hieän ñaïi, caùc caáu hình treân thöôøng ñöôïc duøng vôùi heä thoáng maùy tính. Tuy nhieân söï phaân loaïi treân cuõng ñuùng cho nhöõng quaù trình khoâng coù maùy tính. Loaïi 1- Heä thoáng ñieàu khieån taäp trung ñöôïc veõ treân hình 18.5. Loaï 1- Haøng traêm hoaëc Quaù trình haøng ngaøn daây daãn Phoøng ñieàu hoaëc oáng daãn khieån trung taâm Caùc caûm bieán Maøn hình Cô caáu taùc ñoäng Thieát bò ghi vaø caùc giao dieän Caùc boä ñieàu phaàn cöùng khaùc khieån ,… Hình 18.5. Caáu hình loaïi 1- heä thoáng ñieàu khieån taäp trung CAD/CAM 210
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Heä thoáng naøy hieän ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát. Noù bao goàm moät thieát bò ñieàu khieån trung taâm vôùi caùc caûm bieán vaø caùc cô caáu taùc ñoäng boá trí trong nhaø maùy. Loaïi 2 – Heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn coù choïn löïa. Khaùc vôùi heä thoáng ñieàu Loaï khieån taäp trung, heä thoáng ñieàu khieån loaïi naøy coù moät soá caùc boä ñieàu khieån veä tinh naèm gaàn caùc caûm bieán vaø caùc cô caáu taùc ñoäng. Sô ñoà heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn coù choïn löïa ñöôïc veõ treân hình 18.6. Haøng traêm hoaëc Phoøng ñieàu Quaù trình haøng ngaøn daây daãn Traïm ñieàu khieån trung hoaëc oáng daãn khieån veä tinh taâm Caùc caûm bieán Maøn hình Caùc thieát bò Cô caáu taùc ñoäng Caùc boä ñieàu ghi vaø caùc giao dieän khieån Caùc thieát bò phaàn cöùng khaùc ñaàu cuoái,… Caùc thieát bò veä tinh khaùc Hình 18.6. Caáu hình loaïi 2 – Ñieàu khieån phaân taùn coù choïn löïa. Öu ñieåm cuûa caáu hình naøy laø keát hôïp ñöôïc caû öu ñieåm cuûa heä thoáng ñieàu khieån taäp trung vaø heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn. Phoøng ñieàu khieån cuûa ngöôøi vaän haønh vaãn ñaët taïi vò trí trung taâm ñeå ñieàu khieån hoaït ñoäng cuûa caû quaù trình. Ñoàng thôøi, maïch ñieàu khieån trôû neân ngaén hôn neân tin caäy hôn, ít oàn hôn, ít hö hoûng hôn. Ngay caû khi coù söï coá taïm thôøi giöõa traïm ñieàu khieån veä tinh vaø maùy tính trung taâm, thì boä ñieàu khieån veä tinh vaãn coù theå hoaït ñoäng nhö moät boä ñieàu khieån cuïc boä. Vì theá khu vöïc saûn xuaát bò aûnh höôûng vaãn coù theå duy trì hoaït ñoäng, tuy ôû möùc ít hieäu quaû hôn. Loaïi 3 – Heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn hoaøn toaøn. Loaï Cuõng gioáng nhö trong heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn coù choïn löïa, heä thoáng naøy coù nhieàu traïm veä tinh ñöôïc noái vôùi maùy tính trung taâm. Tuy nhieân khoâng gioáng nhö caáu hình loaïi 2, vieäc ñieàu chænh quùa trình ñôn leû ñöôïc thöïc hieän bôûi caùc boä ñieàu khieån ñôn leû trong nhaø maùy, gaàn saùt vôùi caùc caûm bieán vaø caùc cô caáu taùc ñoäng. Sô ñoà cuûa caáu hình ñieàu khieån phaân taùn hoaøn toaøn ñöôïc veõ treân hình 18.7. Heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn hoaøn toaøn cuõng coù nhöõng öu ñieåm nhö heä thoáng ñieàu khieån phaân taùn coù choïn löïa: thöïc hieän vieäc ñieàu khieån taäp trung ñoái vôùi toaøn boä quaù trình, nhöng caùc boä ñieàu khieån laïi ñaët raûi raùc taïi caùc vò trí trong nhaø maùy, tuy nhieân heä thoáng ñieàu khieån kieåu naøy laïi ñi moät böôùc xa hôn so vôùi hai heä thoáng ñieàu khieån treân laø laøm cho maïch ñieàu khieån caøng ngaén caøng toát. Vieäc naøy laøm cho söï ñieàu khieån tin caäy hôn nhôø giaûm ñöôïc tieáng oàn ñieän vì maïch ñieàu khieån ngaén hôn; hoaëc CAD/CAM 211
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc neáu nhö maïch ñieàu khieån laø khí neùn thì thôøi gian ñaùp öùng nhanh hôn nhôø ñöôøng daãn khí ngaén hôn. Bus döõ Quùa trình lieäu soá Bus döõ lieäu soá Phoøng ñieàu Traïm ñieàu C khieån trung khieån veä taâm tinh C Maøn hình ñieàu khieån Traïn vaän C boä ghi, haønh cuïc boä Ñaàu noái C cuoái Tôùi caùc veä tinh C = Boä ñieàu khieån ñaët trong vuøng khaùc laøm vieäc Hình 18.7. Caáu hình loaïi 3 – Ñieàu khieån phaân taùn hoaøn toaøn. Ngaøy nay nhôø söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä vi xöû lyù, caùc boä vi xöû lyù coù xu höôùng ñöôïc gaén thaúng trong caùc boä ñieàu khieån. Vieäc naøy laøm cho maïch ñieàu khieån trôû neân thoâng minh hôn, kyø dieäu hôn. Trong caùc ngaønh coâng nghieäp caùc quaù trình lieân tuïc, söï coù maët cuûa caùc boä vi xöû lyù trong caùc caûm bieán, caùc cô caáu taùc ñoäng boá trí khaép nôi trong nhaø maùy laø moät minh chöùng tuyeät vôøi cuûa vieäc toå chöùc heä thoáng ñieàu khieån nhôø maùy tính. 18.5. Ñieàu khieån soá tröïc tieáp Trong muïc 18.3, chuùng ta ñaõ xem xeùt caùc chieán löôïc khaùc nhau ñöôïc duøng ñeå ñieàu khieån quaù trình saûn xuaát. Muïc 18.4 baøn veà 3 loaïi caáu hình heä thoáng ñieàu khieån. Trong phaàn naøy vaø phaàn sau chuùng ta seõ xem xeùt moät caùch phaân loaïi khaùc caùc heä thoáng ñieàu khieån bao truøm leân 3 loaïi caáu hình heä thoáng ñieàu khieån ñöôïc moâ taû ôû treân. Ñoù laø hai loaïi cô sôû: 1. Ñieàu khieån soá tröïc tieáp (DDC) 2. Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính. Xuaá Xua Xuaát xöù vaø ñònh nghóa ñieàu khieån soá tröïc tieáp Tröôùc khi coù maùy tính, vieäc ñieàu khieån quùa trình saûn xuaát thöôøng ñöôïc thöïc hieän baèng ñieän vaø khí neùn vôùi tín hieäu ñieàu khieån laø töông töï vaø vieäc ñieàu khieån quùa trình hoaëc laø phaân taùn hoaëc laø taäp trung. Khi maùy tính soá baét ñaàu ñöôïc öùng duïng ñeå ñieàu khieån quùa trình thì heä thoáng ñieàu khieån taäp trung ñöôïc coi laø moät ngheä thuaät vì noù cho khaû naêng ñieàu khieån toaøn boä quùa trình vaø coù theå laø toái öu hoaù toaøn boä nhaø maùy. CAD/CAM 212
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Trong quaù trình tieán hoaù cuûa maùy tính, vaøo thôøi kyø naøy (cuoái 1950 ñaàu 1960), maùy tính coøn raát to vaø ñaét tieàn. Do ñoù caùch duy nhaát hôïp lyù laø duøng moät maùy tính soá lôùn cho vieäc ñieàu khieån quùa trình trong caû nhaø maùy. Chính vì theá maø khaùi nieäm ñieàu khieån soá tröïc tieáp ñöôïc sinh ra. Ñieàu khieån soá tröïc tieáp laø thay theá caùc thieát bò ñieàu khieån töông töï coå ñieån baèng maùy tính soá. Vôùi ñieàu khieån soá tröïc tieáp, maùy tính tính toaùn ra caùc giaù trò mong muoán cuûa caùc bieán soá vaøo vaø aùp duïng tröïc tieáp vaøo quùa trình. Söï keát noái tröïc tieáp giöõa maùy tính vaø quùa trình laø lyù do cuûa teân goïi “ñieàu khieån soá tröïc tieáp”. So vôùi caùc thieát bò ñieàu khieån töông töï, maùy tính soá coù khaû naêng to lôùn hôn trong vieäc thöïc hieän vieäc tính toaùn, meàm deûo hôn, hieäu quaû hôn trong vieäc thöïc hieän cuøng moät coâng vieäc so vôùi ñieàu khieån töông töï. Caù Caùc thaønh phaàn cuûa heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp Moät quùa trình coâng nghieäp phöùc taïp coù ñeán haøng ngaøn caùc bieán soá caàn theo doõi vaø ñieàu chænh. Thí duï nhö quaù trình loïc daàu hoûa. Moãi moät caëp bieán soá vaøo/ra taïo neân moät maïch ñieàu khieån. Tröôùc khi coù ñieàu khieån baèng maùy tính soá, caùc boä ñieàu khieån töông töï ñaõ ñöôïc duøng ñeå ñieàu chænh caùc maïch rieâng bieät cuûa moät quùa trình coâng nghieäp. Caùc thaønh phaàn cuûa moãi maïch phaûn hoài töông töï bao goàm: 1. Caùc boä bieán ñoåi vaø caùc caûm bieán. Chuùng ñöôïc boá trí trong nhaø maùy. Caù 2. Caùc cô caáu taùc ñoäng. Chuùng laø caùc servomotor, valves, rôle,…vaø caùc Caù thieát bò khaùc hoaït ñoäng döôùi söï ñieàu khieån cuûa boä ñieàu khieån. 3. Boâ ñieàu khieån töông töï. Ñieàu khieån caùc thieát bò ñieän vaø khí neùn hoaït Boâ ñoäng theo tín hieäu sai soá nhö treân hình 18.2 ñeå ñieàu khieån bieán soá ra cho phuø hôïp vôùi gía trò cho tröôùc. 4. Thieát bò ghi vaø chæ thò. Caùc thieát bò naøy cho pheùp ñoïc caùc giaù trò ño ñöoïc Thieá cuûa caùc caûm bieán trong phoøng ñieàu khieån cuûa ngöôøi vaän haønh. 5. Thieát bò thieát laäp giaù trò mong muoán vaø so saùnh. Nhöõng thieát bò naøy Thieá thöôøng laø moät phaàn cuûa thieát bò ñieàu khieån töôïng tö cho pheùp ngöôøi vaän haønh thieát laäp giaù trò mong muoán cuûa quùa trình. Thieát bò so saùnh cho pheùp so saùnh giaù trò ño ñöôïc töø boä lieän heä ngöôïc vôùi giaù trò ñaõ ñöôïc thieát laäp. Trong heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp, moät soá thaønh phaàn coù theå ñöôïc thay theá, moät soá khaùc coù theå giöõ nguyeân. Caùc boä bieán ñoåi, caùc caûm bieán, caùc cô caáu taùc ñoäng coù lieân heä tröïc tieáp vôùi quùa trình vaät lyù vaø phaàn lôùn coù theå giöõ nghuyeân trong heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp. Caùc thieát bò khaùc coøn laïi khoâng coøn caàn thieát nöõa trong heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp. Vò trí cuûa chuùng ñöôïc thay theá baèng maùy tính trung taâm vaø caùc thieát bò ngoaïi vi khaùc. Caùc phaàn töû coù theå ñöôïc boå sung laø boä bieán ñoå tín hieäu töông töï thaønh tín hieäu soá. boä bieán ñoåi tín hieäu soá thaønh tín hieäu töông töï, multiplexer. Caùc thieát bò chuyeån ñoåi kieåu soá, motor böôùc, coù theå ñöôïc duøng thay cho caùc thieát bò coå ñieån voán lieân keát vôùi caùc boä ñieàu khieån töông töï. Hình 18.8 laø caùc thaønh phaàn sô baûn cuûa heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp vaø caùch boá trí chuùng. CAD/CAM 213
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Caùc bieán soá ra Caùc bieán soá vaøo Quaù trình Boä chuyeån ñoåi vaø caùc duïng cuï lieân quan Caùc thieát bò giao dieän quaù trình Output Multiplexer Input Multiplexer (motor böôùc, …) DAC ADC DDC computer Traïm vaän haønh Hình 18.8. Caùc thaønh phaàn cuûa heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp. 18.6. Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính Thöïc tieãn söû duïng maùy tính soá moät caùch ñôn giaûn ñeå moâ phoûng caùc ñaëc tính cuûa caùc boä ñieàu khieån töông töï laø giai ñoaïn chuyeån tieáp trong vieäc ñieàu khieån quùa trình nhôø maùy tính. Moät mình ñieàu khieån soá tröïc tieáp khoù maø laøm cho giaù thaønh giaûm ñöôïc. Tuy nhieân vieäc duøng maùy tính ñeå ñieàu khieån quùa trình coù theå ñöôïc hoã trôï ñeå cho vieäc thöïc hieän quùa trình toát hôn. Vieäc naøy lieân quan ñeán öùng duïng heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính. Veà caên baûn, vaàn ñeà laø xaùc ñònh giaù trò thích hôïp trong soá caùc ñieåm ñöôïc thieát laäp trong moãi maïch ñieàu khieån. Trong caùc heä thoáng ñieàu khieån töông töï taäp trung, vaø ngay caû trong caùc heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp ñôn giaûn, giaù trò thích hôïp thöôøng laø do ngöôøi vaän haønh quyeát ñònh. Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính nghóa laø öùng duïng vieäc ñieàu khieån quùa trình nhôø maùy tính, trong ñoù maùy tính xaùc ñònh giaù trò thích hôïp cho moãi maïch ñieàu khieån ñeå toái öu hoaù muïc tieâu thöïc hieän cuûa toaøn boä quùa trình. Muïc tieâu thöïc hieän quaù trình coù theå laø naêng suaát cao nhaát, giaù thaønh saûn phaåm thaáp nhaát, lôïi nhuaän cao nhaát,… Döïa treân cô sôû moâ hình toaùn hoïc ñöôïc laäp trình trong maùy tính, maùy tính seõ tính toaùn ra giaù trò thích hôïp maø quùa trình caàn ñaït ñöôïc. Caùc chieán löôïc ñieàu khieån khaùc nhau coù theå ñöôïc duøng trong heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính laø: Heä thoáng ñieàu khieån kieåu ñieàu chænh, heä thoáng ñieàu khieån lieân heä thuaän, heä thoáng ñieàu khieån laäp keá hoaïch tröôùc, ñieàu khieån toái öu, ñieàu khieån thích nghi. Trong heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính, vieäc ñieàu chænh caùc ñieåm thieát laäp ñöôïc thöïc hieän baèng moät trong hai caùch: 1. Ñieàu khieån töông töï. Neáu maïch lieân heä ngöôïc rieâng reõ ñöôïc ñieàu khieån Ñieà bôûi thieát bò töông töï, maùy tính seõ ñöôïc noái vôùi caùc thieát bò naøy. Vieäc ñieàu chænh ñieåm chuaån ñöôïc thöïc hieän qua giao dieän thích hôïp phaàn cöùng giöõa maùy tính vaø phaàn töû töông töï. CAD/CAM 214
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc 2. Ñieàu khieåån soá tröïc tieáp. Neáu maïch lieân heä ngöôïc hoaït ñoäng döôùi söï Ñieà khie ñieàu khieån soá tröïc tieáp thì chöông trình ñieàu khieån giaùm saùt seõ ñaûm baûo caùc giaù trò ñieåm thieát laäp cho chöông trình DDC. Caû hai chöông trình ñieàu khieån giaùm saùt vaø ñieàu khieån soá tröïc tieáp coù theå chöùa trong cuøng moät maùy tính hoaëc trong nhöõng maùy tính khaùc nhau trong caáu hình toå chöùc. Sô ñoà khoái cuûa heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính ñöôïc veõ treân hình 18.9. Nhö ñöôïc minh hoaï treân sô ñoà, ñieàu khieån giaùm saùt lieân quan ñeán vieäc thöïc hieän caû quùa trình, trong khi ñieàu khieån soá tröïc tieáp thì laïi lieân quan ñeán caùc maïch ñieàu khieån rieâng bieät. Ngoaøi vieäc ñieàu chænh ñieåm thieát laäp, maùy tính giaùm saùt coù theå ñöôïc yeâu caàu ñeå ñieàu khieån caùc bieán soá rôøi raïc cuûa quùa trình. Thí duï, khôûi ñoäng vaø döøng motor, môû valves, ñoùng ngaét coâng taéc, oáng daây ñieän,… Phaàn lôùn caùc hoaït ñoäng coâng nghieäp laø hoãn hôïp caùc bieán soá töông töï vaø rôøi raïc. Vì vaäy maùy tính ñieàu khieån giaùm saùt ñöôïc duøng ñeå thöïc hieän söï phoái hôïp giöõa ñieàu khieån tuaàn töï vaø ñieàu khieån theo ñieåm thieát laäp. Baûng 18.1 toång keát moät soá ñaëc ñieåm vaø phaïm vi öùng duïng cuûa ñieàu khieån soá tröïc tieáp vaø ñieàu khieån giaùm saùt. Baûng naøy giôùi thieäu caùc chieán löôïc ñieàu khieån khaùc nhau ñöôïc duøng trong hai loaïi heä thoáng, caùc daïng caáu hình vaø moät soá lónh vöïc öùng duïng. Trong caùc quaù trình saûn xuaát lieân tuïc, ñieàu khieån soá tröïc tieáp ñöôïc öùng duïng raát hieäu quaû. Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính thì ngaøy caøng ñöôïc öùng duïng trong vieäc saûn xuaát caùc saûn phaåm rôøi raïc. Bieán soá khoâng ñoåi Bieán soá ñaùnh giaù Bieán soá ra ño Bieán soá vaøo khoâng vieäc thöïc hieän ñöôïc ñieàu khieån ñöôïc Quaù trình saûn xuaát Bieán soá vaøo ñieàu khieån ñöôïc Ño ñaïc Xaùc ñònh haøm Thay ñoåi caùc bieán muïc tieâu soá vaøo Ñieàu khieån töông töï hay DDC Thay ñoåi caùc giaù trò ñieåm thieát laäp Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính Hình 18.9. Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính (chæ moái quan heä vôùi ñieàu khieån töông töï hoaëc ñieàu khieån soá tröïc tieáp) CAD/CAM 215
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc Baûng 18.1. Baûng toång keát ñaëc ñieåm cuûa ñieàu khieån soá tröïc tieáp vaø ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính. Ñieà Ñieàu khieån soá tröïc tieáp Chieán löôïc ñieàu khieån Ñieàu khieån lieân heä ngöôïc - Ñieàu khieån kieåu ñieàu chænh - Ñieàu khieån lieän heä thuaän - Daïng caáu hình Daïng 1- ñieàu khieån taäp trung Phaïm vi öùng duïng - Coâng nghieäp quùa trình lieân tuïc Ñieà Ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính Caùc chieán löôïc ñieàu khieån - Ñieàu khieån kieåu ñieàu chænh - Ñieàu khieån lieân heä ngöôïc - Ñieàu khieån keá hoaïch tröôùc - Ñieàu khieån toái öu - Ñieàu khieån thích nghi Daïng caáu hình Daïng 2 vaø 3 (ñieàu khieån phaân taùn) Lónh vöïc öùng duïng - Coâng nghieä caùc quùa trình lieân tuïc - Ñieàu khieån soá tröïc tieáp (DNC) - Caùc heä thoáng saûn xuaát linh hoaït CAÂU HOÛI OÂN TAÄP CAÂ 1. Haõy veõ sô ñoà caáu truùc cuûa moâ hình saûn xuaát vaø neâu roõ nhieäm vuï cuûa vieäc ñieàu khieån quaù trình. 2. Haõy trình baøy 6 chieán löôïc ñieàu khieån quaù trình. 3. Heä thoáng ñieàu khieån soá tröïc tieáp laø gì? Bao goàm nhöõng thaønh phaàn gì? Chöùc naêng cuûa moãi thaønh phaàn vaø moái leân heä giöõa chuùng. 4. Heä thoáng ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính laø gì? Bao goàm nhöõng thaønh phaàn naøo? Chöùc naêng cuûa moãi thaønh phaàn vaø moái leân heä giöõa chuùng. 5. So saùnh ñaëc ñieåm cuûa ñieàu khieån soá tröïc tieáp vaø ñieàu khieån giaùm saùt nhôø maùy tính. HEÁT CHÖÔNG 18 HEÁ CAD/CAM 216
Chöông 18. ÑIEÀU KHIEÅN QUÙA TRÌNH NHÔØ MAÙY TÍNH Leâ Trung Thöïc CAD/CAM 217