Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования



Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования
G05B19/00 - Системы программного управления (специальное применение см. в соответствующих подклассах, например A47L 15/46; часы с присоединенными или встроенными приспособлениями, управляющими какими-либо устройствами в течение заданных интервалов времени G04C 23/00; маркировка или считывание носителей записи с цифровой информацией G06K; запоминающие устройства G11; реле времени или переключатели с программным управлением во времени и с автоматическим окончанием работы по завершению программы H01H 43/00)
G05B1/04 - Регулирующие и управляющие системы общего назначения; функциональные элементы таких систем; устройства для контроля или испытания таких систем или элементов (пневматические и гидравлические приводы или системы, действующие с помощью пневмогидравлических средств вообще F15B; вентили как таковые F16K; механические элементы конструкции G05G; чувствительные элементы /датчики/ см. в соответствующих подклассах, например в G12B, в подклассах классов G01,H01; устройства для корректирования см. в соответствующих подклассах, например H02K)

Владельцы патента RU 2685484:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "МИРЭА - Российский технологический университет" (RU)

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию на многоцелевых станках с числовым программным управлением. Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования содержит измерительный преобразователь, средство памяти, блок сравнения, таймер и вычислительное устройство. Вычислительное устройство снабжено блоком интегрирования и блоком анализа, выход которого соединен с сигнальными блоками, срабатывающими при превышении заданного усилия и энергии деформации несущей системы станка. Повышается надежность работы оборудования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию на многоцелевых станках с числовым программным управлением (ЧПУ) (обрабатывающих центрах) и может быть применено для построения системы управления процессом обработки с использованием данных о величине силы резания.

Из уровня техники [заявка на патент WO 2017082511 А1, опубл. 18.05.2017] известно «Устройство для беспроводного мониторинга силы резания вращающегося инструмента». Данное устройство, содержащее патрон, корпус, инструмент с тензодатчиком, а также блок для передачи по беспроводной сети сигнала силы резания, предназначено для мониторинга силы резания с целью контроля фактической нагрузки (силы резания) инструмента, используемого в станке в реальном времени.

Недостатком данного технического решения является оценка силы резания только по ее величине (амплитуде) без учета длительности сигнала.

Также из уровня техники известен «Контроллер для станков с ЧПУ» [патент RU 2108900 С1, опубл. 20.04.1998]. В изобретении предложен способ адаптивного управления скоростью F подачи фрезы относительно заготовки в станке, имеющем главный привод, включающий операции контроля действительного крутящего момента М резания на главном приводе, вычисления разности моментов ΔM по формуле:

где М0 - заранее заданный справочный момент резания на главном приводе, установленный для фрезы и материала заготовки.

Недостатком данного изобретения является тот факт, что действительный крутящий момент М (как и сила резания) имеет широкий спектр колебаний в области высоких частот, что обуславливает необходимость применения фильтров. При этом отсекаются пиковые значения амплитуды, что снижает достоверность полученных результатов.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению и принятым в качестве прототипа является «Адаптивная система управления процессом резания на металлорежущем станке» [патент RU 113030 U1, опубл. 27.01.2012]. В патенте раскрыта адаптивная система управления процессом резания на металлорежущем станке, содержащая измерительный преобразователь, средство памяти, блок сравнения, масштабирующий блок, средства фильтрации низких частот, таймер, вычислительное устройство, мультиплексор-коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, радиопередатчик.

Недостатком данной системы является недостаточно точные данные о процессе резания, что объясняется примененной фильтрацией входных данных от измерительного преобразователя.

Задачами, на решение которых направлено изобретение, являются возможность повышения нагрузки на оборудование, а также создание адаптивной системы предельного регулирования.

Технический результат, достигаемый в настоящем изобретении, заключается в повышении надежности работы оборудования за счет получения более точных данных о нагрузке на несущую систему станка.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в киберфизической системе мониторинга высокотехнологичного оборудования, содержащей измерительный преобразователь, средство памяти, блок сравнения, таймер, вычислительное устройство, указанное вычислительное устройство снабжено блоком интегрирования и блоком анализа, выход которого соединен с сигнальными блоками, срабатывающими при превышении заданного усилия и энергии деформации несущей системы станка.

Уравнение динамики для силы резания с учетом жесткости несущей системы имеет вид:

где Р - сила резания; x(t) - перемещение переднего конца шпинделя под действием нагрузки; - коэффициент трения; с - жесткость несущей системы.

где: - жесткость шпиндельного узла, - жесткость процесса резания.

Элементарное приращение энергии dE для шпинделя:

Решением системы дифференциальных уравнений (1, 2) является выражение для допустимого динамического усилия на шпинделе:

где - максимально допустимая для данного режима статическая сила, Т - постоянная времени.

Для инженерных целей с достаточной точностью может быть применена линейная модель:

где x0 - установившееся значение смещения шпинделя.

С учетом (4) из уравнения (2) получаем области допустимых значений для динамической силы:

На фиг. 1 приведены расчеты областей допустимых изменений динамической нагрузки от ее длительности по зависимостям (3) [кривая 13] и (5) [линии 14, 15].

Результаты сравнения показывают, что в областях малых и больших интервалов длительности сигнала сходимость точного и приближенного решения очень хорошая. При средних интервалах времени приближенное решение является более жестким и обеспечивает некоторый запас допустимой силы по сравнению с точным решением. Соответственно, для инженерных расчетов можно рекомендовать полученную из выражений (5) расчетную зависимость:

где t - время действия силы Р.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы работы устройства, где а - график избыточной энергии деформации шпиндельного узла; б - сигнал превышения допустимой энергии деформации шпиндельного узла; в - сигнал превышения допустимой силы; г - график изменения силы от времени работы станка.

Сущность изобретения поясняется фиг. 3, на которой изображена киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования.

Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования содержит измерительный преобразователь 1, устройство ввода максимальной для данного режима силы 2, вычислительное устройство 3, содержащее блок сравнения 4, блок интегрирования 5, таймер 6, банк памяти 7 с блоками памяти 8 и 9, блок анализа 10, сигнальные блоки превышения заданной силы 11 и энергии 12.

Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования работает следующим образом.

От измерительного преобразователя 1 и от устройства ввода максимальной для данного режима силы 2 на блок сравнения 4 поступают значения действительной и максимальной для данного режима сил, где определяется превышение действительной силы относительно максимальной силы. В случае положительного превышения (действительная сила больше максимально допустимой) сигнал с блока сравнения 4 включает таймер 6 и поступает на блок памяти 9 банка памяти 7 и далее на блок анализа 10, который формирует предупреждающий сигнал для сигнального блока превышения заданной силы 11. Таймер 6 запускает блок интегрирования 5, в котором подсчитывается энергия деформации несущей системы станка. Результат интегрирования запоминается в блоке памяти 8 и передается в блок анализа 10. В случае превышения энергии деформации (невыполнения условия в зависимости (6)), блок анализа 10 выдает информацию на сигнальный блок превышения заданной энергии 12. Если действительная сила становится меньше максимально допустимой, происходит обнуление таймера 6 и банка памяти 7.

1. Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования, содержащая измерительный преобразователь, средство памяти, блок сравнения, таймер, вычислительное устройство, отличающаяся тем, что вычислительное устройство снабжено блоком интегрирования и блоком анализа, выход которого соединен с сигнальными блоками, срабатывающими при превышении заданного усилия и энергии деформации несущей системы станка.

2. Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования по п. 1, отличающаяся тем, что сигнальный блок превышения энергии деформации срабатывает при условиях:

при t≤T;

P>Pmax при t>Т,

где Р - сила резания; Pmax - максимально допустимая для данного режима статическая сила; Т=ƒ/c - постоянная времени; ƒ - коэффициент трения; с - жесткость несущей системы; t - время действия силы резания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области автоматизации технологических процессов при подготовке и проведении наземных стендовых испытаний изделий ракетно-космической техники.

Изобретение относится к программируемым логическим контроллерам. В способе генерации событий на основе данных системы автоматизации в интеллектуальном программируемом логическом контроллере, работающем во множестве циклов управления, в течение каждого цикла управления, включенного во множество циклов управления, генерируют события в цикле посредством интеллектуального программируемого логического контроллера.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат заключается в упрощении управления систем для проектирования приложений автоматизации.

Изобретение относится к усовершенствованной системе для управления конвейерной системой в технологической линии по выпуску стеновых плит. Система содержит процессор компьютера, модуль настройки зоны нечувствительности и базу данных для хранения по меньшей мере одной статистической информации указанных входных данных в течение предварительно определяемого периода.

Группа изобретений относится к системам программного управления. Способ для защиты вентилятора, заключающийся в том, что получают координатные данные вентилятора и определяют то, выходят или нет координатные данные за рамки предварительно установленного состояния вентилятора.

Настоящее изобретение относится к способу определения расхода сжатого воздуха для определения суммарного расхода сжатого воздуха, используемого на всей производственной линии, имеющей множество объектов технологического оборудования, которые используют сжатый воздух.

Изобретение относится к системам производства. Производственный модуль для обработки продукта или манипулирования продуктом в системе производства содержит модуль обнаружения продукта; порты передачи продукта на смежные производственные модули; модуль взаимодействия для назначения смежного производственного модуля одному из портов передачи и память данных для хранения локальной таблицы соответствия.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности аналоговой токовой петли обеспечивать компонент устройства вторичным рабочим напряжением, полученным от аналоговой токовой петли в отсутствие источника первичного рабочего напряжения.

Изобретение относится к области устройств и способов дистанционного управления бытовой техникой, в частности, посредством мобильного телефона пользователя. Техническим результатом является обеспечение возможности распознавания мобильным телефоном управляемых устройств по направлению положения и/или движению в пространстве мобильного телефона и полученных данных с датчиков, а также выбора режима работы мобильного телефона, что повышает точность совпадения намерения пользователя и передаваемых команд управления.

Изобретение относится к системе и способу управления жизненным циклом крепежных деталей изделия, состоящего из множества составных частей. Технический результат заключается в автоматизации управления жизненным циклом крепежных деталей изделия, состоящего из множества составных частей.

В настоящем изобретении предлагается способ инвертирования потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой и достижения одного или более требуемых параметров добычи в скважине, добывающей текучую среду, содержащую нефть и воду, или инвертирования потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой и достижения одного или более требуемых параметров транспортировки в трубопроводе, транспортирующем текучую среду, содержащую нефть и воду, причем в скважине или транспортном трубопроводе имеется насос, при этом способ содержит следующие шаги: (а) уменьшают частоту вращения насоса до тех пор, пока не будет выполнена инверсия из потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой или не будет достигнуто заданное условие остановки; (b) если инверсия не была выполнена на шаге (а), регулируют давление на устье скважины или давление на приемной стороне транспортного трубопровода для выполнения инверсии; (с) стабилизируют поток при условии, достигнутом на шагах (а) или (b); и (d) осторожно регулируют одно или оба из давления на устье скважины и частоты вращения насоса для достижения одного или более требуемых параметров добычи.

В настоящем изобретении предлагается способ инвертирования потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой и достижения одного или более требуемых параметров добычи в скважине, добывающей текучую среду, содержащую нефть и воду, или инвертирования потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой и достижения одного или более требуемых параметров транспортировки в трубопроводе, транспортирующем текучую среду, содержащую нефть и воду, причем в скважине или транспортном трубопроводе имеется насос, при этом способ содержит следующие шаги: (а) уменьшают частоту вращения насоса до тех пор, пока не будет выполнена инверсия из потока с непрерывной нефтяной фазой в поток с непрерывной водной фазой или не будет достигнуто заданное условие остановки; (b) если инверсия не была выполнена на шаге (а), регулируют давление на устье скважины или давление на приемной стороне транспортного трубопровода для выполнения инверсии; (с) стабилизируют поток при условии, достигнутом на шагах (а) или (b); и (d) осторожно регулируют одно или оба из давления на устье скважины и частоты вращения насоса для достижения одного или более требуемых параметров добычи.

Изобретение относится к ударно-усиленному вращательному бурению и, в частности, к резонансно-усиленному бурению (RED). Техническим результатом является повышение эффективности бурения с ограничением износа и задирания на устройстве для увеличения срока эксплуатации устройства, а также более точное управление резонансно-усиленного бурения.

Группа изобретений относится к зарядке аккумуляторов электрического транспортного средства. Способ планирования зарядки электрического транспортного средства заключается в следующем.

Группа изобретений относится к зарядке аккумуляторов электрического транспортного средства. Способ планирования зарядки электрического транспортного средства заключается в следующем.

Изобретение относится к области проектирования систем управления летательными аппаратами (ЛА), может быть использовано системой управления в устройстве пропорционально–интегрально-дифференцирующего регулятора автомата стабилизации движения для обеспечения устойчивости колебаний жидкого наполнителя в топливных баках.

Изобретение относится к области робототехники, в частности к планированию движений автономных мобильных роботов, таких как подводные аппараты, беспилотные летательные аппараты, наземные роботы, в заранее неизвестном окружении.

Изобретение относится к машиностроению, а именно к устройствам управления силовым агрегатом. Устройство управления силовым агрегатом содержит контроллер обратной связи, выполненный с возможностью определять входное управляющее воздействие для силового агрегата во время ввода целевого значения предварительно определенного количественного параметра состояния силового агрегата, так что количественный параметр состояния следует целевому значению.

Изобретение относится к системе управления автоматизированных электроприводов. Устройство для управления электромеханической системой содержит первый элемент сравнения, регулятор, второй элемент сравнения, силовой преобразователь, измерительный блок, безынерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи K1, безынерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи K2, безынерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи K3, блок обратной связи, усилитель и блок интеграторов.

Изобретение относится к системе управления автоматизированных электроприводов. Устройство для управления электромеханической системой содержит первый элемент сравнения, регулятор, второй элемент сравнения, силовой преобразователь, измерительный блок, безынерционное звено обратной связи по скорости с коэффициентом передачи K1, безынерционное звено обратной связи по току с коэффициентом передачи K2, безынерционное звено обратной связи по напряжению с коэффициентом передачи K3, блок обратной связи, усилитель и блок интеграторов.

Устройство содержит ленточный конвейер, ведущий и ведомый шкивы, три бункера с задвижками, электрический двигатель, две емкости для приемки зерна, два датчика уровня зерна на них, блок управления электрическим двигателем конвейера, три соленоида и программируемый логический контроллер (ПЛК) с кнопками управления.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию на многоцелевых станках с числовым программным управлением. Киберфизическая система мониторинга высокотехнологичного оборудования содержит измерительный преобразователь, средство памяти, блок сравнения, таймер и вычислительное устройство. Вычислительное устройство снабжено блоком интегрирования и блоком анализа, выход которого соединен с сигнальными блоками, срабатывающими при превышении заданного усилия и энергии деформации несущей системы станка. Повышается надежность работы оборудования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх