Часть1 (Рябов В.Т. - Комплексная разработка механических, электронных и программных компонентов ТО)

1УДК 621.01:621.38:681.3.06В.Т. РябовКОМПЛЕКСНАЯ РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКИХ,ЭЛЕКТРОННЫХ И ПРОГРАММНЫХ КОМПОНЕНТОВТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯЧасть 1. Функции, структура и элементная база системавтоматического управленияУчебное пособие по курсу «Системы автоматического управления технологическим оборудованием» для студентов специальности 21.01.07.Факультет «Машиностроительные технологии»Кафедра МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении»2Рябов Владимир Тимофеевич – доцент кафедры МТ-11 «Электронные технологии в машиностроении».Первая часть учебного пособия посвящена анализу вариантов построения системавтоматического управления оборудованием электронной техники.

В основу положенопредставление технологической машины, как сложной иерархической системы, состоящейиз исполнительных механизмов, системы их энергообеспечения и управления. При этомразличные компоненты машины взаимодействуют между собой на уровне материальных,энергетических и информационных потоков. Рассмотрены функции и вариантность элементной базы САУ, их структурное построение и электронные компоненты системы. Заложены основы единого подхода к проектированию механических, электронных и программных компонентов технологического оборудования и постановки четких техническихзаданий и технических предложений на них на начальных этапах проектирования.Книга может быть полезна и студентам других машиностроительных специальностей.3ВВЕДЕНИЕ.

Предмет и задачи курса. Назначение и функцииСАУ.Вашему вниманию представляется курс «Системы автоматического управлениятехнологическим оборудованием», в котором мы будем изучать основы проектированиясовременных систем управления оборудованием для реализации электронных технологий.Особенности оборудования электронных технологий. Оборудование электронных технологий появилось в процессе естественной эволюции оборудования для производства электровакуумных и полупроводниковых приборов. Первоначально эти технологические машины имели предметную специализацию, т.е. были предназначены для выпуска определенных классов приборов (линии производства ламп накаливания, линиисборки, заварки и откачки приемно-усилительных ламп, цеха и заводы по выпуску цветных кинескопов, интегральных схем и т.п.).

Затем сформировались технологические переделы и соответствующее им оборудование (машины термовакуумной обработки, оборудование для фотолитографии, оборудование для нанесения тонких пленок и др.). Это технологические машины получили наименование – оборудование электронной техники, а реализуемые ими технологии - электронными. Название это – скорее от предмета обработки(электронных приборов), чем от инструмента технологии.

В большинстве машин электронный или ионный луч, как инструмент, не используется. Постепенно, помимо основных объектов производства – изделий электронной техники, электронные технологии стали применяться для широкого класса изделий. Тонкие пленки стали использовать в металлообработке для упрочнения инструмента, методы фотолитографии и обработки монокристаллов кремния породили новую отрасль - микромеханику и т.д.Мы под терминами – электронные технологии и оборудование электронныхтехнологий понимаем широкий класс достаточно универсальных технологий и оборудования, используемых для производства электровакуумных и полупроводниковых приборов и интегральных схем:− оборудование для термовакуумной обработки, включая средства получения вакуума;− оборудование для фотолитографии, включая машины для ионной имплантации;− оборудование для нанесения тонких пленок в вакууме.Рассмотрим специфические особенности оборудования электронной техники.Короткий период эволюции оборудования приводит к тому, что многие технические решения еще не достаточно отработаны и не доведены длительной практикой массовой эксплуатации, как, например, в металлорежущем оборудовании.

В оборудовании электронной техники сменилось не более трех - четырех поколений. Не устоялись как конструктивные решения отдельных исполнительных механизмов и устройств, так и структурнокомпоновочные решения всей технологической машины. Это объясняет особую важностьначальных этапов проектирования, когда разрабатывается техническое предложение на машину, закладываются функции системы управления и энергообеспечения, выбирается перечень элементов машины и структура их объединения в единую систему.Уникальность технологических процессов, проводимых подчас на грани физических возможностей, требует тщательной отработки технических решений отдельныхисполнительных механизмов.

Поэтому широко развивается унификация отдельных исполнительных механизмов и других устройств и подсистем, например, магнетронных источников и блоков питания к ним, вакуумных систем и их элементов и т.п. Появилось, такназываемое, кластерное оборудование, когда машина комплектуется из унифицированныхэлементов и подсистем со стандартизованным механическим, энергетическим, информационным и программным интерфейсом.

Это также повышает важность и относительнуютрудоемкость начальных этапов проектирования и заставляет уже на этих этапах решатьвопросы аппаратной и программной совместимости элементов.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru4Сложность и многомерность технологий делает подчас просто невозможнымуправление машиной вручную. Управление идет в масштабах времени и координат, немыслимых для человека.

Микропроцессорные средства управления становятся неотъемлемым элементом машины. Вполне естественно, что машины для производства микропроцессоров в первую очередь и стали управляться с использованием средств микропроцессорной техники. За рубежом и в России в настоящее время выпускаются промышленные контроллеры и рабочие станции на платформе IBM PC, которые могут эффективновыполнять функции центральных, узловых и локальных контроллеров в технологическомоборудовании электронной техники. Эти средства управления, при их разумном выборе ирациональном использовании, могут реализовать уникальные технологии и резко повысить эффективность эксплуатации машины.Новые приводы и средства управления приводят к революционным преобразованиям структурно-компоновочных решений и перераспределению функции между механическими, электронными и программными компонентами оборудования.

Появлениепрецизионных преобразователей электрической и иных видов энергии в координатныеперемещения, как за счет использования обратных связей, так и изначально кинематически точных, все более вытесняют традиционные кинематические цепи, но требуют, в своюочередь, специальных средств управления энергетическими потоками. Кинематическиесвязи заменяются связями между энергетическими потоками, а эти связи могут быть организованы как жесткой структурой блоков энергопитания и управления, так и связями впрограммном обеспечении. Новые приводы и средства управления могут реализовать всесвои преимущества лишь в рамках достаточно гибких структур, закладываемых на начальных этапах проектирования.Таким образом, структура САУ во многом определяет структурно-компоновочноерешение машины в целом и должна прорабатываться на этапе технического предложения вкомплексе со структурой исполнительных механизмов и системой их энергообеспечения.Состав оборудования электронной техники.

Любая технологическая машинаобрабатывает материальные, энергетические и информационные потоки. По тому, для обработки какого из потоков целевым образом предназначен элемент или подсистема машины, все их можно разделить на систему целевых механизмов машины, систему энергообеспечения или энергопитания и систему управления (рис. В.1.).Целевые или исполнительные механизмы ИМ непосредственно взаимодействуют сполуфабрикатами и заготовками. На входе таких механизмов материальный поток М (заготовки, технологические среды обработки). Для своей работы целевые механизмы нуждаются в потоке энергии Э того или иного вида (электроэнергия, пневмопривод, гидропривод и т.п.). Основное назначение энергетического потока – совершение работы попредписанному технологией преобразованию свойств полуфабрикатов.Основная задача системы энергообеспечения заключается в питании исполнительных механизмов тем или иным видом энергии.

Для этого система получает поток энергииизвне и преобразуя и модулируя его должным образом, передает к ИМ.Система автоматического управления САУ преобразует информационные потоки.Ее основная задача или основная целевая функция – на основе информации о состоянииобъекта управления И (состоянии системы целевых механизмов и системы энергообеспечения) выдать такие управляющие воздействия, чтобы технологическая машина функционировала в соответствии с предписанной или директивной технологией.В развитом исполнительном механизме также можно выделить свою подсистемуисполнительных механизмов, энергообеспечения и управления. На рис.