Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Исходные данные

2.Анализ кинематики станка

3.Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание УЧПУ «Электроника НЦ-80»

3.2 Определение разрядности и объема ОЗУ

4. Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку

4.1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка

4.2. Реализация S-функции

5. Разработка алгоритма и программы цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

5.2. Блок-схема алгоритма

Заключение

Библиографический список

1. Исходные данные

Р=N-1=(23)=22

22=10х2+2

n=2, l=2

D7	D6	D5	D4	D3	D2	D1	D0
0	0	1	0	0	0	1	0

Согласно задания, выбираем датчик обратной связи: - сельсин БС- 155. Цена оборота датчика h= 2 мм/об; величина дискреты = 0,005 мм

Тип интерфейса связи со станком - ИКЭА.

Тип цикла позиционирования ступенчатый.

Тип базовой УЧПУ: «Электроника НЦ-80»

Рабочая подача 2,4 м/мин, скорость быстрых ходов 10 м/мин.

Величина максимального перемещения 500 мм.

Для систем с мультиплексированной шиной данных внешних устройств принимаем равной А3= А15 + X1

А3- начальный адрес, закрепленный за внешними устройствами в данной СЧПУ,

X1 = N1.

В расчетах принять допущение, что система управления с разомкнутой главной обратной связью описывается передаточной функцией, имеющей первый порядок астатизма

где К- коэффициент усиления системы по одной из координат, с^-1;

Т - постоянная времени системы, с.

С целью сохранения устойчивости и обеспечения колебательного перехода процесса принять:

К=100 + 5n, с^-1;

К=100+ 5*2=110 с^-1

Т=0,5(l+1)*10 ^-2, с

Т=0,5(2+1)* 10 ^-2=0,015с

2. Анализ кинематики станка

Рассмотрим кинематическую схему станка модели 6Б12 с оперативной системой ЧПУ.

Модернизируемый станок имеет стандартную для вертикально-фрезерных станков компоновку. По вертикальным направляющим станины перемещается консоль.

В левой нише станины размещены конечные выключатели ограничения хода консоли. На привалочной плоскости горловины станины закреплена шпиндельная головка. Сзади к станине прифланцован электродвигатель главного движения М1. С левой стороны станины установлена коробка переключения скоростей, скорости вращения шпинделя переключаются гидроприводом.

Внутри корпуса станины имеется резервуар для масла. Станина устанавливается на основание и крепится к нему болтами. Сзади на основании установлен насос подачи охлаждающей жидкости.

Консоль является базовым узлом, объединяющим приводы вертикального М4 и поперечного M3 передвижения стола. По горизонтальным направляющим консоли прямоугольного профиля перемещается в поперечном направлении узел "Стол и салазки" (ось У). Перемещение стола по оси У осуществляется от привода M3, смонтированного консоли.

Стол получает движение по оси X от электродвигателя М2 через одноступенчатый редуктор с передаточным отношением I = 1:2 и передачу “винт-гайкa качения”.

Контроль перемещения по оси X осуществляется при помощи конечных выключателей SQ1…SQ4, по оси Y - SQ5…SQ8, по оси Z - SQ9…SQ12. На каждом ходовом винте установлен датчик типа БС-155.

Для автоматизации переключения диапазонов скоростей на станке установлено 2 гидроцилиндра, управляемые электромагнитами гидрораспределителей (YA1, YA2, YA3, YA4). Положение цилиндров отслеживается с помощью конечных выключателей SQ13, SQ14 и SQ15, SQ16.

3. Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание УЧПУ «Электроника НЦ 80»

В УС «Электроника НЦ 80» входят следующие микроЭВМ:

1) «Электроника НМС 12401.1», предназначенная для управления устройством ввода -- вывода, хранения, обработки и отображения информации и передачи ее в другие ЭВМ системы. Через эту микроЭВМ оператор осуществляет связь с системой;

2) «Электроника НМС 12402.1», предназначенная для управления исполнительными органами станка, в том числе приводами подач, электроавтоматикой;

3) «Электроника НМС 12402.2» (программируемый контроллер), предназначенная для управления циклами работы оборудования дискретного и прерывного действия.

Рис1. Структурная схема УЧПУ Электроника НЦ 80

Аппаратные средства, входящие в состав перечисленных микроЭВМ по их функциональному назначению условно подразделяют на несколько групп:

1) средства, обеспечивающие выполнение процесса вычисления и микропроцессорный обмен;

2) средства, обеспечивающие связь с объектом управления;

3) средства, обеспечивающие связь с оператором системы;

4) дополнительные средства, обеспечивающие удобство подготовки, редактирования, хранения, ввода технологических программ управления;

5) дополнительные средства, обеспечивающие контроль и ремонт основных средств.

К группе 1 относятся следующие устройства: 2201 вычислитель (ВЧС), представляющий собой одноплатную микроЭВМ; РП, обеспечивающее связь двух устройств ВЧС между собой программно-аппаратными средствами устройства РП; 7606, обеспечивающее выполнение действий с битовыми операндами; 3100 (СОПР ЗУ НМД), позволяющее осуществлять запоминание и храпение технологических программ управления, констант и параметров системы и станка при отключении питания схемы.

К группе 2 относятся устройства: 9212 (ЭА) и его модификации, обеспечивающие связь с электрооборудованием станка; 9213 (ИПП), обеспечивающее связь с измерительными преобразователями и усилителями приводов; 9220 (АЦП), обеспечивающее связь с датчиками и преобразующее аналоговые сигналы в цифровой код.

К группе 3 относятся:

устройства 7602, 7603, обеспечивающие связь с клавиатурой пульта системы (7602) и управление газоразрядным дисплеем (7603);

пульты 4082 и СПО-2.

Устройства ВЧС и РП являются «активными», т. е. имеющими возможность доступа к регистрам других («пассивных») устройств.

В целом аппаратные средства УС «Электроника МС 2101» являются наборами модулей и конструктивных блоков, на основе которых возможно построение систем для управления различным оборудованием по заказу потребителя.

В УС «Электроника НЦ 80» используются девять типов БИС серии К1801ВП1, позволяющих получить малую потребляемую мощность, высокую надежность, небольшую номенклатуру модулей с широкими функциональными возможностями. Схемы непосредственно подключаются к системной магистрали, не требуя дополнительного оборудования. По интерфейсу системной магистрали объединяются все модули и разработанные БИС внутри модулей.

По функциональному назначению БИС подразделяют на три группы: БИС обеспечения работы процессора, БИС для работы в модулях сопряжения УС со станком, специализированные БИС для организации работы модуля ЗУ на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД).

Микросхема К1801ВП1-026 представляет собой двунаправленный приемопередатчик на 16 каналов и предназначена для организации буферных схем при подключении модулей УС к магистрали. Все выходы двунаправленных каналов активные.

Микросхема К1801ВП1-028 предназначена для кодовой защиты ОЗУ УС-кодом Хемминга.

Микросхема К1801ВП1-031 представляет собой блок радиальных прерываний (БРП) и служит для организации системы прерываний УС.

Микросхема К1801ВП1-038 представляет собой программируемый таймер, предназначенный для работы в системах реального времени.

Микросхема К1801ВП1-065 - асинхронный приемопередатчик. Она предназначена для работы УС на линию связи с последовательной передачей информации в дуплексном режиме и для преобразования параллельной информации в последовательную и наоборот.

Микросхема К1801ВП1-016 предназначена для работы в устройствах сопряжения УС с управляемым оборудованием и служит для хранения и передачи управляющих сигналов на электроавтоматику станка, а также для считывания и передачи в процессор УС сигналов о состоянии электроавтоматики станка

Микросхема К1801ВП1-015 предназначена для связи процессора с фотоимпульсными датчиками положения.

Микросхема К1801ВП1-027 предназначена для работы модуля ЗУ ЦМД и служит для организации совместно с микросхемой К1801ВП1-032 циклов работы ЗУ ЦМД.

Микросхема К1801ВП1-030 выполняет прием, хранение и преобразования адреса для ОЗУ; отработку интерфейсных сигналов системой магистрали ЭВМ типа «Электроника-60», отработку сигналов синхронизации ОЗУ и буферным регистром данных; регенерацию памяти, а также выборку вспомогательного сигнала блокирования (LOCK), который предназначен для использования данной БИС совместно с процессором типа К1801ВМ1.

3.2 Определение разрядности и объема ОЗУ

По адресам координатных перемещений (Х, Y, Z) необходимо определить величину максимального перемещения в дискретах:

где - цена одной дискреты, мм;

h - шаг ходового винта, мм.

Емкость одной ячейки памяти - один байт двоичной информации. Если принять восьмеричную систему счисления, то в две последовательные ячейки(16 бит) могут быть записаны 3 разряда восьмеричного числа.

Для записи N_max8 в этом случае потребуется т ячеек.

Стандартный кадр управляющей программы: круговая интерполяция без указания скорости подачи имеет вид

G02 X+X_max Y+Y_max Z+Z_max I+X_max I+Y_max i+Z_max

и занимает объем

1+1+1+1++1++1++1++1++1+=9+6

ячеек памяти.

Таким образом, если ввести перерасчет управляющей программы через кадры круговой интерполяции, то объем памяти, необходимый для ее хранения:

V_ОЗУ=(300…1000)(9+6)

V_ОЗУ=байт=8,1 Кбайт

Кроме управления приводами перемещений СЧПУ организует и формирует сигналы управления электроавтоматикой станка.

Максимальное время формирования управляющих импульсов:

,

где - скорость быстрых ходов, 4,8 м/мин;

- максимальная частота импульсов, поступающих с ДОС в СЧПУ.

Минимальный период выдачи импульсов на выходе КЭА определяется временем вычислительных операций, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом позиционирования.

Время вычислительных операций

, с

где W - быстродействие микро ЭВМ,

n - число команд по программе, реализующей алгоритм позиционирования.

Тогда максимальное время управляющего сигнала на выходе КЭА

, с

где К=1,5 - коэффициент, учитывающий несоответствие реальной длительности выполнения операции алгоритма позиционирования длительности операции;

=1,7 мкс - время задержки в аппаратной части КЭА или время преобразования.

мкс.

4. Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку

4.1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка

Схема электроавтоматики станка содержит:

1 - подключение к питанию комплектных приводов подач с указанием выходов контроля состояния: готовность привода, управление приводом, термозащита. Соединение блоков управления с двигателями, тахогенераторами, термодатчиками.

2 - подключение асинхронных электродвигателей главного движения, насоса гидростанции, СОЖ и системы смазки.

3 - средства защиты.

- вводный автомат защиты QF1; предназначен для защиты всей электроавтоматики станка от перегрузок.

- автоматы защиты приводов подач QF2, QF3, QF4 от перегрузок.

- тепловые реле КК1…КК4; предназначены для защиты асинхронных электродвигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. - предохранители FU1…FU6 предназначены для обеспечения защиты трансформаторов и цепей управления от перегрева и короткого замыкания.

блоки для защиты от электрических помех асинхронных электродвигателей

4 - трансформаторы.

- для формирования напряжений, питающих промежуточные схемы управления TV 1, TV 2 и сигнализатор заземления.

- для формирования напряжения, питающиих ДПТ приводы, TV3, TV4, TV5.

5 - средства индикации.

- контроль напряжения НL1; предназначен для контроля напряжения в цепях питания. HL2, HL3 контроль заземления. HL4… HL7 контроль включения электромагнитов гидрораспределителя.

Схема подключения УЧПУ, которая отражает все её функциональные возможности, характерные данному классу систем. На схеме показаны выходы управления скоростью вращения шпинделя S, выход “Готовность ЧПУ”. Количество выходов S определяются в процессе проектирования: S функции - 6. На всех выходах устанавливаются промежуточные реле KV1…KV7. На схеме показаны выводы подключения конечных выключателей SQ1…SQ16, входы “Ответ S”, “Ответ S” и “Готовность станка”, подключение ДОС1… ДОС3 БС-155.

4.2 Реализация S-функции

Дешифратор команд управления скоростью вращения шпинделя строится на основе S - функций.

Для однозначного определения реализации S - функций примем, что

S₂₂ - включение 1- ой скорости;

S₂₃ - включение 2- ой скорости;

S₂₄ - включение 3- ой скорости;

S₂₅ - включение 4- ой скорости;

Для реализации комплекса функций S на выходах разъема S01, S02, S04, S08, S10, S20 установлены соответствующие реле KV1, KV2, KV3, KV4, KV5, KV6. Состояние контактов реле будем характеризовать некоторой функцией Х_ij, принимающей значение 1 - контакты замкнуты и 0 - контакты разомкнуты. Реле имеет, как нормально разомкнутые контакты Х_ij, так и нормально замкнутые .

Таким образом, для реализации функций S₂₂ - S₂₅ необходимо реализовать зависимости:

;

;

;

.

На основании полученных зависимостей строится схема управления.

Непременным условием решения задачи проектирования схем электроавтоматики станка является формирование сигнала “Готовность станка“. Сигнал “Готовность станка“ содержит информацию о подаче питания на исполнительные органы.

Сигнал “Ответ S” содержит информацию о выполнении S-функций, реализованных на дешифраторе, и осуществляет переход к следующему этапу выполнения программы. Выдача сигнала и “Ответ S” происходит с задержкой, реализуемой посредством установки конденсаторов и резисторов. Задержка необходима, для того чтобы после команды управления, реализованной по импульсному принципу, существующей на выходе в пределах 200250 мс, появлялся сигнал “Ответ S”.

5. Разработка алгоритма и программы цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

На каждом этапе приближения к точке позиционирования система формирует одно из возможных управлений u.

При X-X₀

Для положительной области 0 К_N=1, для отрицательной области 0 K_N=-1.

Для построения цикла позиционирования выберем конкретные значения всех параметров. Зона нечувствительности ₁, обеспечивающая отсечку различных флуктуаций, равна 1..3 дискреты.

Для однозначного определения управляющих воздействий примем U₁ = 0,5 В, д₂ = 0,1 мм, д₃ = 2д₂, д₄ = 4д₂. Определяя их учитываем, что .

₁ = 0,05 мм; ₃ = 0,2 мм; ₄ = 0,4 мм.

Или в дискретах

₁= 1 дискрета; ₂= 2 дискреты; ₃= 4 дискреты; ₄= 8 дискрет;

Соответственно U₁ = 0,5 В; U₂ = 1 В; U₃ = 2 В; U₄ = 4 В.

Построим график цикла позиционирования (рис. 3).

Рис. 3. График цикла позиционирования.

5.2 Блок-схема алгоритма

Цикл начинается с расчета текущего значения д = X - X₀. После определения знака д формируется значение коэффициента K_N. Далее проводится анализ выполнения условия д > д_i, на основании, которого формируется уравнения .

После выполнения условия д < д₁, включается подпрограмма формирования сигналов конца отработки кадра. На блок-схеме опущена подпрограмма задержки перед формированием сигнала конца отработки кадра.



Рис. 4. Блок-схема цикла позиционирования.

Заключение

В данной курсовой работе был реализован общий подход к задачам проектирования СЧПУ металлорежущих станков, их разработки и эксплуатации.

Был произведен анализ кинематики станка и обоснован тип и число управляемых и контролируемых параметров, разработаны электрические принципиальные схемы подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка, а также алгоритм позиционирования. При выполнении этого проекта были использованы знания и навыки, полученные при изучении дисциплин «Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов», «Электроника и микропроцессорная техника систем управления», «Теория автоматического управления», «Управление процессами и объектами в машиностроении».

электроавтоматика станок позиционирование программа

Библиографический список

1. Сосонкин В. Л. Микропроцессорные системы числового программного управления станками. - М., 1985. - 198 c.

2. Станки с программным управлением и промышленные роботы. Локтеева С. Е. - М., 1986. - 320с.

3. Станки с программным управлением: Справочник. - М., 1981. - 200с.

4. Аналоговые и цифровые интегральные схемы: Справочник / Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Радио и связь, -1985.- 360с.

5. Микропроцессоры имикропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2-х т. / Под ред. В. А. Шахнова. - М.: Радио и связь, 1988.

6. Федорков Б. Г., Телец В. А., Дегтяренко В. П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. - М.: Радио и связь, 1984. - 282с.

7. ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. - М.: Госстандарт СССР, 1981. - 32с.

Размещено на Allbest.ru