Cистема управления технологическим объектом

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТУЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА "АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СТАНОЧНЫЕ СИСТЕМЫ"

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

"Управление техническими системами"

на тему:

"СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ"

Макарова

Наталья Валерьевна

Тула

2004



Содержание

1. Исходные данные

2. Анализ кинематики станка

3. Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание УЧПУ "Электроника НЦ-31"

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 схемы подключения СЧПУ

4.3 Реализация комплекса вспомогательных М-функций и Т-функций автоматической смены инструмента

5. Разработка цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

Заключение

Библиографический список



1. Исходные данные

	D0	D1	D2	D3	D4	D5	D6	D7
1910=	0	0	0	1	1	0	0	1	2-10

Согласно задания, выбираем датчик обратной связи: фотоимпульсный датчик ВЕ-178, величина относительной дискреты =2500 мм/об; тип интерфейса связи со станком - ЦАП; тип цикла позиционирования К₁= К₂=К₃=1, U₄=4U₁ .

Тип базовой УЧПУ: "Электроника НЦ-31"; рабочая подача 1,2 м/мин, скорость быстрых ходов 4,8 м/мин; величина максимального перемещения 500 мм.



2. Анализ кинематики станка

Рассмотрим кинематическую схему токарного центрового полуавтомата с ЧПУ 1Б732Ф3.

Кинематическая схема состоит из следующих цепей (рис.1):

вращения шпинделя - главное движение М1;

продольное перемещение суппорта: продольная подача (привод Z) М2;

поперечное перемещение суппорта: поперечная подача (привод Y) М3;

вращение револьверной головки М5;

перемещение задней бабки Ц3;

винтовой конвейер М4.

В качестве привода главного движения и приводов подач используется комплектный электропривод ЭДПТ.

Токарный станок 1Б732Ф3 имеет вертикально-наклонную компоновку. Направляющие чугунной станины и опорная поверхность под шпиндельную бабку расположены под углом 15? от вертикали. В станину встроена автоматическая коробка скоростей. Суппорт расположен на верхних направляющих станины, а задняя бабка на ее нижних направляющих. В центрах передней и задней бабок устанавливают заготовку, которая получает главное движение. Суппорт состоит из продольной и поперечной кареток. Продольная каретка движется по направляющим станины (подача по оси Z), а поперечная каретка - по направляющим типа ласточкина хвоста продольной каретки (подача по оси X). На поперечной каретке закреплена револьверная головка. Станок имеет две управляемые координаты: Z - перемещение суппорта вдоль оси шпинделя, X - перемещение суппорта перпендикулярно оси шпинделя. Контроль перемещения по оси Z осуществляется при помощи конечных выключателей SQ1…SQ4, по оси X - SQ5…SQ8. На концах ходовых винтов установлен закреплены флажки бесконтактных выключателей, предназначенные для точной установки суппорта в нулевое положение.

Привод главного движения состоит из электродвигателя постоянного тока мощностью 37 кВт, автоматической коробки скоростей и шпинделя установленного в передней бабке. Контроль за вращением шпинделя осуществляется при помощи датчика резьбонарезания типа ВЕ-178. При остановке шпинделя включается реле контроля скорости РКС типа ВЕ-178, которое предназначено для блокировки работы станка.

Смена инструмента револьверной головки на 6 инструментов происходит при помощи электродвигателя М5 следующим образом: револьверная головка поворачивается до заданной позиции и останавливается по достижении одного из конечных выключателей SQ10…SQ15 с небольшим перебегом; далее включается реверс двигателя и происходит посадка в заданную позицию, нажатие SQ9 и отключение двигателя.



3. Функциональная схема СЧПУ

3.1 Описание УЧПУ "Электроника НЦ-31"

Аппаратно-программное исполнение систем этого поколения в значительной степени ориентировано на определенную группу станков. Таким специализированным УЧПУ является "Электроника НЦ-З1", предназначенная главным образом для токарной группы станков. Конструктивно устройство рассчитано на встройку в станок. Им оснащают токарные станки различных типоразмеров, в том числе встраиваемые в ГПС. В последнем случае УЧПУ оснащают дополнительным модулем. УЧПУ "Электроника НЦ-З1" обеспечивает контурное управление при следящем приводе подач и импульсных датчиках обратной связи.

Ввод программы может быть выполнен тремя способами: с клавиатуры УЧПУ, с кассеты электронной памяти и по каналу связи от ЭВМ верхнего ранга. Вычислительная часть УЧПУ "Электроника НЦ-31" состоит из процессора П1 (П2); ОЗУ (4К слов), адаптера магистрали и таймера. Базовое программное обеспечение заносится в ПЗУ на этапе изготовления УЧПУ.

Модули УЧПУ взаимодействуют между собой с использованием магистрали типа "общая шина". Одновременно могут взаимодействовать только два из них, выполняя одну из двух функций: передачу управления магистралью или обмен информацией. В свою очередь, обмен информацией подразделяется на чтение и запись по нему. Ведомые модули (ОЗУ и контроллер привода) участвуют в обменах только после адресного вызова от одного из остальных ведущих модулей.

Обмен информацией по магистрали осуществляется 16-разрядными словами. Объем адресного пространства, в котором возможны обмены по "Общей шине", равен 64К слов. Запросы на обмен информацией по магистрали возникают от ведущих модулей асинхронно и независимо. Предоставление магистрали одному из ведущих модулей, запросивших обмен, выполняется арбитром магистрали, входящим в состав процессора.

Кроме магистрали "общая шина" имеется дополнительный радиальный канал для связи модулей. Дополнительный канал, управляемый адаптером магистрали, увеличивает функциональную гибкость УЧПУ в целом и позволяет упростить аппаратную реализацию модулей.

Адаптер магистрали реализует также функцию отсчета программно задаваемых интервалов времени (максимальная длительность задаваемого интервала 64К дискрет по 0,1 мс). Задание на отработку интервала времени поступает в адаптер от процессора и по окончании отработки сообщается процессору, вызывая его прерывание.

При необходимости обмена информацией с пультом оператора или с одним из контроллеров инициатор обмена запрашивает разрешение захвата общей магистрали и после разрешения генерирует адрес ведомого устройства. Модуль адаптера преобразует этот адрес в сообщение по радиальному каналу на вызываемый ведомый модуль.

Контроллер электроавтоматики (16 входов и выходов) обеспечивает электрическое согласование сигналов между УЧПУ и электрооборудованием станка, а также вызывает прерывание процессора при поступлении сигнала электроавтоматики. Обеспечена возможность адресного маскирования (запрета) прерывания процессора. Для организации прерываний могут быть использованы восемь входов. Все входы и выходы в УЧПУ "Электроника НЦ-31" так же, как и в других микропроцессорных системах управления, имеют оптронную развязку с электрическими цепями станка.

Указанное число входов и выходов является достаточным лишь при несложных задачах управления электроавтоматикой. Для ГП-модулей предусматривается программируемый командо-аппарат, связанный по каналам электроавтоматики с УЧПУ.

В УЧПУ "Электроника НЦ-З1 предусмотрено четыре входа от импульсных измерительных преобразователей. Один из входов используется для импульсного преобразователя электронного маховика ручного управления. В токарных станках, кроме импульсных преобразователей по координатам, устанавливается датчик на главном приводе для обеспечения режима резьбонарезания. Остальные импульсные преобразователи выполняют функцию датчиков обратной связи по пути (координаты X, Z).

Программное обеспечение УЧПУ позволяет работать в режиме, обучения. В этом режиме при ручном управлении и работе от маховика параллельно с обработкой детали формируется управляющая программа для обработки последующих деталей в автоматическом режиме. Разбиение управляющей программы на кадры, включающие команды по адресам М, S, T также выполняется автоматически.

Контроллер привода обеспечивает управление скоростью движения (подачи) по осям X, Z выполняя функцию преобразования двоичного кода скорости подачи в пропорциональный этому коду аналоговый сигнал (дискретность 5 мВ; диапазон ±10 В).

Модуль пульта оператора обеспечивает взаимодействия оператора с УЧПУ. Элементы индикации позволяют индицировать: скорость подачи; номер и параметры кадра управляющей программы; информацию о состоянии УЧПУ. Клавиши панели пульта оператора обеспечивают ввод и отработку управляющей программы по шагам либо в автоматическом режиме.

Модуль ОЗУ внешней памяти выполнен в виде кассеты электронной памяти. Он позволяет расширить объем оперативной памяти УЧПУ от 4К слов в модуле ОЗУ до 8К слов суммарного объема и выполнить ввод или вывод из УЧПУ отлаженных программ обработки. Кассета имеет аккумуляторный источник питания, обеспечивающий сохранение информации не менее 100 ч.

В основном исполнении УЧПУ "Электроника НЦ-31" имеет специализированное программное обеспечение, ориентированное на выполнение функций токарной обработки. Обеспечивается выполнение развитых технологических циклов, оформленных в виде G-функций. К ним относятся циклы продольного и поперечного точения (G70, G71), многопроходной черновой обработки (G77, G78), глубокого сверления (G73, G72), нарезания торцовых и цилиндрических канавок (G74, G75), нарезания резьбы (G31, G33). В УЧПУ предусмотрена возможность параметрического задания подпрограмм циклов и выполнение команд условных переходов по внешнему сигналу. Основным способом коррекции инструмента является повторный выход в режим размерной привязки. В результате этой процедуры устройство автоматически формирует величины корректоров и запоминает их значения в области памяти корректоров. При этом дискретность величин корректоров соответствует дискретности измерительных преобразователей обратной связи по пути, а не дискретности задания размеров. Область памяти корректоров доступна по записи и чтению с пульта оператора.

Программное обеспечение УЧПУ "Электроника НЦ-31" предусматривает диагностику ошибок и после обнаружения их останавливает отработку управляющей программы. Диагностика превышения допустимых скоростей в определенном диапазоне носит предупредительный характер.

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

- максимальное перемещение по координате Х, мм.

,

где n - число разрядов .

Емкость одной ячейки памяти - один байт двоичной информации. Если принять восьмиричную систему счисления, то в две последовательные ячейки(16 бит) могут быть записаны 7 разрядов восьмиричного числа .

Для записи кинематика токарный полуавтомат интерполяция

в этом случае потребуется ячеек.

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

G02 X+X_maxY+Y_maxI+X_maxi+y_max

и занимает объем

1+1+1++1++1++1+=6+4

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

V_ОЗУ=(300…1000)(6+4)

V_ОЗУ=байт=5,4 Кбайт

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

Максимальное время формирования управляющих импульсов

где - скорость быстрых ходов, 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 микроЭВМ,

n - число команд по программе, реализующей алгоритм позиционирования.

Тогда максимальное время управляющего сигнала на выходе КЭА

, с

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.



4. Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку

4.1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка

Схема электроавтоматики станка показана на рис. 2. и содержит:

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

2 - подключение электродвигателей постоянного тока винтового конвейера, револьверной головки и перемещения задней бабки.

3 - средства защиты.

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

автоматы защиты комплектных приводов подач и главного движения QF2, QF3, QF4 от перегрузок.

тепловые реле КК1…КК3; предназначены для защиты электродвигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Предназначены для обеспечения защиты трансформаторов и цепей управления от перегрева и короткого замыкания.

блоки для защиты от электрических помех электродвигателей.

4 - трансформаторы.

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

для формирования напряжений, питающих комплектные электроприводы TV 3, TV 4, TV 5.

5 - средства индикации.

контроль напряжения Н 1; предназначен для контроля напряжения в цепях питания.

сигнализатор заземления Н 2, Н 3; предназначен для индикации наличия заземления.

4.2 Реализация схемы подключения СЧПУ

Схема подключения СЧПУ показана на рис. 4.2. Она отражает все ее функциональные возможности характерные для данного класса систем и технологического оборудования.

На схеме показаны выходы управления вспомогательной функцией М, функцией Т - автоматической смены инструмента, выход "Готовность УЧПУ". Количество выходов определяется в процессе проектирования: М-функций - 8, Т-функций - 5, "Готовность УЧПУ" - 1. На выходах устанавливаются промежуточные реле KV01...KV15, KV40. На схеме показаны входы подключения всех конечных выключателей SQ1...SQ23; входы "Ответ М", "Ответ Т" и вход "Готовность станка".

На схеме подключения СЧПУ показаны выходы КП управления приводами подачи и главного движения (ав, cd, ef), входы датчиков положения рабочего органа станка. Выходы КП выводятся через один разъем СЧПУ. Каждый датчик положения связан с СЧПУ через свой разъем.

При проектировании принципиальных электрических схем электроавтоматики и подключения СЧПУ выполнены все требования ЕСКД.

4.3 Реализация комплекса вспомогательных М-функций и Т-функций автоматической смены инструмента

Определим схему реализации комплекса заданных вспомогательных функций, начиная с выходного разъема СЧПУ, на котором реализуется М-функция и кончая конкретными исполнительными приводами.

Для однозначного определения реализации М-функций примем, что

М₁₉ - включение двигателя охлаждения (М3);

М₂₀ - отключение двигателя охлаждения (М3);

М₂₁ - включение двигателя М5 для подвода задней бабки;

М₂₂ - включение двигателя М5 для отвода задней бабки;

М₂₃ - выключение двигателя М5.

Для реализации комплекса функций, начиная с М₁₉ предполагая, что на выходах разъема М01, М02, М04, М08, М10, М20, М40, М80 установлены соответствующие реле KV01, KV02, KV03, KV04, KV05, KV06, KV07, KV08. 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 М₁₉ … М₂₃ необходимо реализовать зависимости рис. 4.3.:

Аналогично для Т-функции (Т₁ … Т₁₂ - включение инструментов № 1…12)

На основании полученных зависимостей строится схема управления (рис.3).

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

На схеме электроавтоматики станка показано решение задачи формирования сигнала "Ответ М". Сигнал "Ответ М" содержит информацию о выполнении М-функций реализованных в дешифраторе, и осуществляет переход к следующему этапу выполнения программы.

Выдача сигнала "Ответ М" 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 М".



5. Разработка цикла позиционирования

5.1 Алгоритм цикла позиционирования

В общем случае любой цикл позиционирования может быть представлен графиком. На каждом этапе приближения к точке позиционирования система формирует одно из возможных управлений u.

При

Для положительной области >0, =1, при отрицательной <0, = -1.

[В/мм]

₁- зона нечувствительности, обеспечивающая отсечку различных флуктуаций;

U₁- скачок управления;

Принимаем:

U₁= 2 дискреты = 2 В;

Рис. 4. График цикла позиционирования.

₁= 2 дискреты;

U₄=4U₁=8 В;

- определяется инертностью привода и максимальной скоростью перемещения привода.

Для его определения следует решить систему уравнений

, при >0, т.е. =1.

дискрет

По результатам вычислений построим график цикла позиционирования

Цикл начинается с расчета текущего значения . После определения знака формируется значение коэффициента . Далее проводится анализ выполнения условия , на основании, которого формируется уравнения

.

После выполнения условия , включается подпрограмма

формирования сигналов конца отработки кадра. На блок-схеме опущена подпрограмма задержки перед формированием сигнала конца отработки кадра.

Рис. 5. Блок-схема алгоритма



Заключение

В данном курсовом проекте 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".



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. Ратмиров В. А. Управление станками гибких производственных систем. - М., 1987. - 272с.

5. Гнатек О. Р. Справочник по цифроаналоговым и аналогово-цифровым преобразователям /Пер. с англ. под ред. Ю. А. Рюжина. - М., 1977. - 76с.

6. Волчкевич Л. И., Ковалев М. П., Кузнецов М. М. Комплексная автоматизация производства. - М., 1983. - 270с.

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

8. Микропроцессоры. В 3-х кн.: Учеб. для втузов / Под ред. Л. Н. Преснухина. Кн. 1. Архитектура и проектирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов. - М.: Высш. школа,1986.

9. Проектирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах / В. В. Сташин и др. - М.: Энергоатомиздат, 1990.

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

11. Комплект БИС 1804 в процессорах и контроллерах. / Под ред. В. В. Смолова. - М.: Радио и связь. - 1990.

12. Калабеков Б. А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. - М.: Радио и связь, 1988.

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

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

15. ГОСТ 3.1418-82. Оформление техдокументации. - М., 1982. - 29с.

16. Конспект лекций по дисциплине "Управление техническими системами".

Размещено на Allbest.ru