Автоматизация диспетчерского управления процессами механообработки

Системы диспетчерского управления станочными комплексами служат для координации в реальном масштабе времени работы технологического и вспомогательного оборудования, образующего единый производственный комплекс. Эти системы реализуют функции управления исполнением директивных указаний и плановых заданий. В зависимости от степени автоматизации, функции диспетчирования выполняются либо персоналом, либо автоматически (большей частью с помощью компьютерных сетей), либо с помощью комбинации того и другого. При создании автоматизированных систем диспетчерского управления проблема состоит в том, чтобы небольшим числом типовых решений охватить практически неограниченное разнообразие вариантов станочных комплексов, различных по структуре, составу оборудования, масштабам и организации производства.

Трудность создания такого рода типовых решений обусловлена тем, что в системах диспетчерского управления источниками и адресатами информации являются либо технологические агрегаты, входящие в состав оборудования, либо терминалы, характерные для данного конкретного комплекса оборудования. Поступление и обработка информации должны при этом происходить в реальном масштабе времени. Решение здесь возможно при разделении (декомпозиции) системы управления на основную, инвариантную часть, так называемое ядро системы, и на адаптируемую интерфейсную часть, которая служит для «привязки» системы управления к конкретному объекту.

Для осуществления подобной декомпозиции целесообразно использовать структурно-функциональный принцип, который можно назвать принципом программной организации по аналогии с применяемым в теории автоматического управления принципом программного управления. Принцип программного управления заключается в том, что для изменения во времени некоторого программируемого параметра осуществляют изменение по этому закону (по этой программе) некоторого управляющего параметра-уставки, а затем с помощью следящей системы преобразуют это изменение в изменение регулируемого параметра. Закон, по которому функционирует следящая система, остается неизменным.

Применительно к системам диспетчерского управления в механообработке этот принцип трансформируется следующим образом. Программа выполнения действий по организации и управлению ходом производственного процесса задается в виде массива конкретных директив, играющих роль уставки. Этот массив формируется для данной производственной смены рассматриваемого комплекса оборудования каждый раз заново. Алгоритмы управления ходом производства базируются на сопоставлении этого массива с данными о текущем состоянии процесса и выработке на основании результатов такого сопоставления тех или иных диспетчерских указаний. Таким образом, для каждого конкретного случая изменяются лишь массивы директив, а алгоритмы опроса датчиков и сопоставления результатов этого опроса с массивами-уставками остаются неизменными. К таким массивам-уставкам относятся:

• • массивы сменно-суточных заданий;
• • массив данных (динамическая модель) состояния автоматизированной транспортно-складской системы (АТСС);
• • каталог библиотеки управляющих программ для оборудования с ЧПУ;
• • массив данных о состоянии рабочих позиций.

Алгоритмы выработки диспетчерских указаний по результатам сопоставления данных о ходе производственного процесса с массивами-уставками формируются применительно к типовой структуре системы диспетчерского управления комплексом производственного оборудования. Они не должны изменяться как при проектировании конкретного комплекса производственного оборудования, так и в процессе его функционирования.

Типовая структура предполагает распределение комплекса технических средств управления по уровням иерархии. Наиболее распространенной является четырехуровневая система управления комплексом оборудования автоматизированного участка, при которой с технологическим и вспомогательным оборудованием взаимодействуют только устройства нижнего уровня (непосредственного управления). Взаимодействие же остальных уровней управления происходит только между рядом расположенными уровнями. Пример типовой структуры комплекса технических средств управления приведен на рис. 18.3.

На рис. 18.3 приняты следующие обозначения: ГПМ — гибкий производственный модуль, АТСС — автоматизированная транспортно-складская система, Д — датчики, ИУ — исполнительное устройство, ТР — транспортный робот, ТК — транспортные конвейеры, РК — робототел еж ка, КШ — кран-штабе;

Рис. 18.3. Распределение KTC по уровням диспетчерского управления лер, СК — средство комплексирования, ЛГУ — пункт группового управления, ПДУ — пульт диспетчерского управления, Т — терминал, Тг — графический терминал, УЗД — устройство записи данных, УЧПУ — устройство числового программного управления, ПЛК — программируемый логический контроллер.

• 1- й уровень диспетчерского управления называется уровнем непосредственного управления. К нему относятся системы ЧПУ, а также устройства управления автоматическими циклами станков, в том числе на базе программируемых логических контроллеров (ПЛК); бортовые системы управления робототел еже к; устройства управления адресованием кранов-штабелеров; системы ЧПУ и первичной обработки результатов измерений, осуществляемых контрольно-измерительными машинами и другими агрегатами автоматического контроля; устройства управления промышленными роботами и другими загрузочно-установочными механизмами (устройствами циклового управления приводными рольгангами, поворотными столами, рельсовыми тележками, а также специализированными агрегатами, например моечно-сушильными установками).
• 2- й уровень диспетчерского управления называется уровнем группового управления. К нему относятся устройства, объединяющие в технологически однородные группы конструктивно различные агрегаты, а именно: пункты группового управления (ПГУ), объединяющие в целостную технологическую единицу ГПМ станки с ЧПУ и обслуживающие их специализированные загрузочные устройства, роботы и накопители; пульты диспетчерского управления (ПДУ) АТСС, согласующие движения адресуемых кранов-штабелеров, робототележек и других видов внутриучастковых транспортных средств; пункты управления контролем качества и др.
• 3- й уровень диспетчерского управления называется уровнем диспетчеризации производства. К этому уровню относится управляющий компьютер, который может, в частности, быть реализован в виде локальной вычислительной сети. Он координирует работу пунктов группового управления, пультов диспетчерского управления АТСС, а также других агрегатов 2-го уровня, обеспечивая их необходимыми массивами данных и директивными указаниями и получая от них соответствующую отчетную информацию.
• 4-й уровень диспетчерского управления называется уровнем организационно-технологической подготовки. На этом уровне располагаются устройства вычислительной техники, обеспечивающие формирование заданий для диспетчерского управления производством, и только через этот уровень происходит взаимодействие с вышестоящими и смежными службами предприятия.

В соответствии с такой типовой структурой диспетчерское управление функционирует следующим образом.

Событием, на которое должна реагировать система управления производственным комплексом, является окончание обработки детали на том или ином станке (рабочей позиции). Сигнал об этом событии возникает в соответствующем УЧПУ на нижнем уровне управления и поступает в ПГУ, к которому относится данный станок. ПГУ дает команду на снятие детали и размещение ее в локальном накопителе (при этом делается отметка в массиве данных о состоянии рабочей позиции), дает команду на перегрузку следующей по очередности заготовки из накопителя на станок (о чем также делается отметка в указанном массиве) и передает сигнал об окончании обработки данной детали в компьютер диспетчерского уровня.

Этот компьютер обращается к массиву сменно-суточных заданий, делает в нем отметку о выполнении на данном станке запланированной обработки данной детали и определяет следующую заготовку, которая должна быть доставлена на указанный станок. Затем формируется заявка на транспортировку, которая передается на пульт диспетчерского управления АТСС. Здесь происходит обращение к динамической модели склада, по которой определяется адрес соответствующей грузоединицы.

С учетом этого адреса вырабатываются директивы устройству непосредственного управления краном-штабелером, бортовому устройству управления робототележкой и грузораспределительному оборудованию (приводным рольгангам, поворотным столам, подъемникам и др.) на поиск и доставку к станку требуемой грузоединицы. Такой грузоединицей может быть, например, спутник с приспособлением и заготовкой, инструментальный комплект, кассета с заготовками и др.

По выполнении этих директив делаются соответствующие отметки в динамических моделях складов (в том числе инструментального) и в массиве данной рабочей позиции, а компьютер уровня диспетчеризации производства обращается к массиву каталога библиотеки управляющих программ. С помощью этого каталога отыскивается соответствующая управляющая программа, которая передается в ПГУ, а он принимает решение о выдаче в УЧПУ команды на обработку следующей детали.

Таким образом, для изменения производственной программы такого комплекса в процессе его эксплуатации необходимо лишь внести редакторские правки в указанные выше массивы-уставки. Прикладные программы, реализующие процедуру процесса диспетчирования, остаются при этом без изменения. «Привязка» такой системы диспетчирования к конкретному производственному комплексу осуществляется на этапе проектирования, а не на этапе эксплуатации и сводится в подбору вычислительных средств в соответствии с конфигурацией данного производственного комплекса и генерации пакета прикладных программ, подобно тому как это делается при генерации операционной системы требуемой конфигурации применительно к конкретному набору средств вычислительной техники.