Система программного управления промышленного робота МП20

Размещено на http://www.allbest.ru/

Система программного управления промышленного робота МП20

1. Назначение, технические характеристики промышленного робота МП20

Устройство, работа промышленного робота и его составных частей.

Робот модели МП20.40.01 представляет собой промышленный робот, работающий в цилиндрической системе координат. Робот может работать в трех режимах: обучение, повторение и редактирование, которые выбираются при помощи кнопок режима на панели обучения. Робот может управляться вручную или автоматически, в зависимости от положения переключателя авто / ручной на панели оператора или сигналом «авто» на интерфейсах соединения управления станком.

Основные режимы работы робота в трёх базовых режимах:

- Обучение: возврат в нулевую точку, ручное управление, управление обучением.

- Повторение: автоматическое управление, управление повторением.

- Редактирование: редактирование данных управления роботом.

Сразу после подачи питания выполняется с помощью блока обучения возврат робота в исходную позицию (нулевую точку). Нулевая точка перемещения служит относительной точкой всех позиционных данных управления роботом. Если отключен блок питания или возникает сигнал тревоги в сервосистеме, робот теряет свою текущую позиционную информацию и возвращается в нулевую точку. При возврате в нулевую точку перемещение по контролируемым осям происходит в последовательности: Z, 0, R.

Робот имеет комбинированный привод, включающий в себя:

1) Электропривод выдвижения, подъема и поворота руки робота.

2) Пневмодвигатели поворота кисти руки и схвата.

Поворот робота относительно вертикальной оси осуществляется за счет передачи усилия электродвигателя, червячный редуктор на зубчатую цилиндрическую шестерню, находящуюся в зацеплении с зубчатым колесом, которое жестко соединено с поворотной колонной робота.

Подъем руки робота осуществляется через передачу «винт-гайка» от электродвигателя, расположенного в верхней части поворотной колонны робота.

Выдвижение руки робота осуществляется при помощи передачи «винт-гайка качения». В старых образцах робота усилие от электродвигателя передается на вращающийся винт через ременную передачу. В поздних конструкциях данного робота вал электродвигателя непосредственно соединен с винтом.

Для поворота рабочего органа относительно продольной оси применяется поворотный электродвигатель.

Рис. 1

Наименование параметра	Единица измерения	М20П.40.01
Номинальная грузоподъемность: суммарная на один захват	кг	20
Число степеней подвижности	-	5
Количество: Рук робота Захватов на одну руку	-	1 1; 2
Тип привода	-	Электропневматический
Погрешность позиционирования	мм	1
Наибольший вылет руки (R)	-	1100
Тип системы управления	-	Позиционная
Наибольшее количество одновременно управляемых координат	-	2
Число программируемых точек	-	649
Способ программирования	-	Обучение
Линейные перемещения по координатным осям (величина / скорость) X Z R	мм/	- 500/0,008-0,5 1100/0,008-1,0
Габарит системы ЧПУ «Контур-1»	кг	450х500х1200
Масса системы ЧПУ «Контур-1»	кг	150
Габарит робота (без захватов и УЧПУ)	мм	650х1950х2230
Масса механической системы	кг	594

При ручном управлении перемещение по каждой контролируемой оси происходит на скорости по нажатой кнопке на панели обучения. Для обучения робот движется в позицию, заданную в режиме ручного явления, после возврата в нулевую точку до заучивания позиции и т.д. Робот можно устанавливать в позицию посредством шаговой подачи и т.д. в соответствии с кодом перебега в режиме ручного управления.

При работе в автоматическом режиме робот осуществляет смену деталей инструмента на станке параллельно с механической обработкой. В этом режиме данные управления роботом повторяются по командам обслуживания из ЧПУ станка. Робот загружает и разгружает детали каждый раз по запросу из ЧПУ станка. После смены детали робот посылает станку команду пуска цикла для начала механической обработки.

2. Кинематическая схема робота

Кинематическая схема приведена на рис. 2, где представлены основные элементы робота. На выносках проставлены числа зубьев (Z), шестерен, шаги винтов и диаметры приводных шкивов.

Рис. 2. Кинематическая схема робота

Описание электрооборудования промышленного робота.

Электрооборудование предназначено для питания, защиты и управления электроприводами промышленного робота. В составе промышленного робота имеются следующие электропривода:

- привод подач по оси Z (вверх / вниз);

- привод подач по оси и (вращение);

- привод подач по оси R (вперед / назад).

Электрооборудование работает от сети трехфазного переменного тока с глухозаземленной нейтралью, напряжением 380В и частотой 50Гц. Установленная мощность 2кВт. Рабочие напряжения частей электрооборудования:

~50 Гц, 380В - цепи трансформаторов;

~50 Гц, 110В - цепь управления пускателем;

24В - цепи управления релейными аппаратами, электромагнитными муфтами, электромагнитными пневмозолотниками, сигнализацией.

Размещение электрооборудования на роботе характеризуется приложенными схемами, отражающими взаимное расположение отдельных элементов и их групп в соответствии с реальным расположением.

3. Приводные электродвигатели

Перемещения по осям осуществляются двигателями постоянного тока 1ПИ1209М со встроенными тахогенераторам и резольвером типа РБ-2. Одновременно перемещение может происходить только по одной оси, что обеспечивает коммутатор, который подключает по командам от УПУ ПР один из двигателей к транзисторному преобразователю. Управлять перемещениями по осям в режиме обучения можно посредством клавиатуры, расположенной на пульте обучения. Параметры двигателя:

Номинальный вращающий момент, Мн (Н·м)	36,4
Номинальная частота вращения nн (об/мин)	1000
Номинальная мощность Рн (кВт)	0,54
Номинальный ток Iн (А)	6,5
Номинальное напряжение Uн (В)	110
Номинальный КПД зн (%)	75,5
Момент инерции J (кг·м2)	0,004
Сопротивление обмотки якоря при 15°С, Rя (Ом)	2,1
Индуктивность якорной цепи при полном поле Lя (мГн)	32
Кратность момента mk	5

Параметры тахогенератора:

номинальная скорость - 1000 об/мин

номинальное сопротивление нагрузки - 1 кОм.

Силовой преобразователь привода.

В качестве силового преобразователя выбран тиристорный преобразователь «КЕМЕК» с выходными параметрами U_dH = 115В, I_dH = 40A, предназначенный для умеренного климата. Схема силового преобразователя представлена на рис. 3. Силовая схема привода представляет собой управляемый 2-х комплектный тиристорный преобразователь, подсоединённый к сети с линейным напряжением 380В через трансформатор. На управляемые тиристоры подаются управляющие импульсы от схемы импульсно-фазового управления (СИФУ).

Рис. 3. Схема силового преобразователя электропривода

Элементы электроавтоматики.

Нулевая защита электрооборудования робота, обеспечивающая невозможность самопроизвольного включения аппаратов при восстановлении подачи электроэнергии после внезапного исчезновения, осуществляется системой управления «Контур-1».

В электросхеме робота предусмотрено ограничение перемещений по осям, которое осуществляется конечными выключателями.

Функциональная схема системы управления движением.

Рис. 4. Функциональная схема цифроаналогового СЭП

МикроЭВМ является составным элементом следящего привода, и кроме задания, на нее возлагается и роль регулятора положения. Поскольку ЭВМ входит в контур регулирования, частота формирования управляющих сигналов непосредственно определяет качество процесса регулирования, и это накладывает повышенные требования к ее вычислительной мощности. При отсутствии каналов управления по скорости и ускорению получается структура цифроаналогового СЭП, нашедшая широкое распространение в процессорных УЧПУ. На современном этапе развития средств измерения и обработке регулируемых параметров (тока, момента, ускорения, скорости, положения) эта структура цифроаналогового СЭП является экономически наиболее целесообразной.

Алгоритм управления следящим цифроаналоговым приводом можно представить в виде последовательности процедур (рис. 5.), которые периодически реализуются программно с помощью ЭВМ после каждого сигнала таймера:

Рис. 5. Диаграмма последовательности процедур при управлении следящим приводом

1) рассчитывается очередное значение задания для контура положения - подпрограмма формирования задания;

2) читается текущее положение рабочего органа - подпрограмма обратной связи;

3) определяется рассогласование как разность величины задания и обратной связи и в функции этого рассогласования рассчитывается управляющее воздействие, пересылаемое в ЦАП для задания скорости регулируемого привода (РЭП) - подпрограмма регулятора положения.

Этот процесс периодически повторяется, причем период повторения Т₀ должен быть по крайней мере не менее длительности выполнения этих трех подпрограмм при управлении одним приводом. Для реализации это структуры требуется определенный состав аппаратных средств, включающий технологическую микроЭВМ, цифроаналоговый преобразователь, регулируемый привод, датчик положения и средства сопряжения ЭВМ с этими устройствами.

Датчики

В качестве датчика положения выбран вращающийся трансформатор типа ВТМ-1В со следующими техническими характеристиками:

Число пар полюсов	1
Напряжение питания, В	26
Потребляемый ток, мА	43
Частота напряжения питания, Гц	400-3000
Максимальное выходное напряжение, В	26
Общая погрешность не более, мин	60

4. Аппаратные средства управляющего вычислительного комплекса. Структура, технические характеристики IBM PC

Основу функциональной схемы, реализующей следящий привод, составляет IBM, состоящая из центрального процессора и памяти и обеспечивающая программное выполнение последовательности арифметических операций.

Регулируемый привод получает управление от центрального процессора через шину ISA, интерфейс станочной магистрали и блок выходных сигналов. Текущее положение рабочего органа формируется фазовым датчиком ВТМ-1М. Блок станочной магистрали выполняет роль общего интерфейса для связи центрального процессора со всеми устройствами управления станком, подключенными к общей станочной магистрали.

Структурная схема управления (рис. 6) представляет собой вычислительный управляющий комплекс, выполненный на базе ЭВМ типа PC. Используемая в устройстве ЭВМ в совокупности с необходимым математическим обеспечением реализует заданный состав алгоритмов управления, включая обслуживание внешних устройств ввода-вывода, вычисление траектории и скоростей перемещения подвижных органов станка, выдачу управляющих последовательностей команд выполнения стандартных и типовых технологических циклов, решение задач редактирования управляющих программ и т.д.

Устройство имеет функционально-модульный принцип построения, все функциональные блоки устройства выполнены в виде законченных устройств (модулей).



Рис. 6. Аппаратные средства цифроаналогового СЭП

На рис. 7 показана схема компьютера на базе микропроцессоров семейства Intel. На схеме представлены: центральный процессор, оперативная память, внешние устройства. Все компоненты соединены между собой через системную шину. Системная шина имеет дополнительную шину - шину расширения. В компьютерах на базе i486 и Pentium в качестве такой шины используется шина PСI (Peripherial Component Interface), к которой подсоединяются внешние устройства, а также шины более ранних стандартов, например ISA - (Industry Standard Architecture) - общепризнанного стандарта промышленных применений IBM PC.

На схеме показана самая общая схема сердца компьютера - микропроцессора, основу которого составляют блок микропрограммного управления, исполнительное устройство, регистры. Остальные компоненты микропроцессора выполняют вспомогательные функции.

С конструктивной точки зрения в ПЭВМ можно выделить четыре основных устройства:

- системный блок;

- клавиатуру;

- дисплей (видеомонитор);

- накопители на жестких и гибких магнитных дисках.

Рис. 7. Схема компьютера типа IBM PC

Системный блок (материнская плата) содержит всю электронную начинку ПЭВМ. Его главные компоненты - центральный процессор (ЦП) и оперативное (ОЗУ) и постоянное (ПЗУ) запоминающие устройства, интерфейсы внешних устройств. Основой ЦП является микропроцессор. ЦП загружает из памяти команды программы, выполняет арифметические и логические операции над переменными, обрабатывает текстовую и графическую информацию, пересылку данных между регистрами и ячейками ОЗУ и т.п. Если ЦП осуществляет и координирует обработку данных, то ОЗУ выполняет функции их хранения. Минимальным адресуемым элементом ОЗУ является байт (8 бит).

В состав системного блока входят так же адаптеры (контроллеры) периферийных устройств: дисплея, накопителя на дисках, системы аппаратных прерываний (PIC 8259А), системы прямого доступа к памяти (DMA 8237А), трёхканальный таймер (8254), интерфейс клавиатуры и управления (Intel 8048.), канал управления звуком, память и часы (CMOS RTC). Данные между различными компонентами передаются по системной шине, обеспечивающей универсальный интерфейс связи между ними.

Управление вводом с клавиатуры осуществляется с помощью встроенного контроллера на основе микроЭВМ Intel 8048. Он передаёт байты, соответствующие нажатым клавишам через блок связи с периферией (микросхема параллельного интерфейса, с которой так же соединены динамик и некоторые выводы таймера). Нажатие и отпускание клавиш вызывает аппаратное прерывание работы ПЭВМ и запуск специальной программы, обслуживающей возникшую ситуацию. Управление отображением информации осуществляется с помощью дисплейного контроллера или адаптера.

Контроллеры накопителей на гибких и жёстких дисках, производят поиск фрагмента диска для считывания либо записи информации.

Системное постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) выполняет различные функции. В нём, в частности, содержатся программы, осуществляющие взаимодействие средств пользователя с аппаратурой на нижнем уровне. Это базовая система ввода / вывода (BIOS). Периферийные устройства, такие, как принтер или графопостроитель, подключаются к ПЭВМ с помощью микросхем параллельного или последовательного интерфейсов. В ПЭВМ рассматриваемого класса применяются параллельные интерфейсы типа Centronics для связи с принтером и последовательные интерфейсы типа RS 232С (СОМ-порты), USB-порт (Universal Serial Bus - универсальная последовательная шина с высоким быстродействием)

К портам ввода-вывода относится совокупность средств, унифицирующих и упрощающих способ взаимодействия микропроцессора с внешней средой. Всем внутренним ресурсам ПЭВМ, кроме памяти, таким как клавиатура, дисковод, динамик и т.п., выделяются свои порты (логические адреса регистров ввода-вывода). Каждый порт представляет собой пронумерованный путь, по которому передаются данные между МП и программно-доступными регистрами микросхем окружения. Это единственная возможность обмена между указанными объектами.

Программная модель микропроцессора содержит 32 регистра, в той или иной мере доступных для использования программистом. Данные регистры можно разделить на две большие группы:

16 пользовательских регистров и 16 системных регистров. Пользовательские регистры: восемь 32/16/8-битных регистров общего назначения (РОН), которые могут использоваться программистами для хранения данных и адресов:

Шина ISA. Общие сведения.

Назначение: обеспечивает обмен данных между процессором, памятью и внешними устройствами (датчик положения, ЦАП).

Магистраль ISA (Industry Standard Architecture) была разработана специально для персональных компьютеров типа IBM PC AT (начиная с процессора i80286) и является фактическим стандартом для всех изготовителей этих компьютеров, в том числе промышленного исполнения. В настоящее время в офисных ЭВМ ее не устанавливают, в промышленных ЭВМ она продолжает использоваться. Отсутствие официального международного статуса магистрали ISA (она не утверждена в качестве стандарта ни одним международным комитетом по стандартизации) приводит к тому, что многие производители допускают некоторые, порой существенные отклонения от фирменного стандарта.

Шины расширения системного уровня дают возможность устанавливаемым на них модулям расширения максимально использовать системные ресурсы PC: пространства памяти и ввода / вывода, прерывания, каналы прямого доступа к памяти.

Унификация плат расширения обеспечивается следующими конструктивными соглашениями:

а) стандартизация размеров, количества контактов и электрического интерфейса слотов шин расширения;

б) фиксированное расстояние от слота до задней кромки платы (не в конструктиве PC-104);

в) фиксированный шаг между соседними слотами, а также их привязка к крепежным точкам и положению разъема клавиатуры;

г) определение геометрии нижнего края платы расширения, формы и размеров фиксирующей скобки.

Конструктивно шины расширения оформляются в виде щелевых разъемов (слотов), с шагом выводов 2,54 мм (0,1 дюйма), для установки плат адаптеров. Количество и тип слотов определяют возможности функционального расширения системы.

ISA - шина расширения, ставшая промышленным стандартом. В наших устройствах ЧПУ используется шина адреса на 10 разрядов (SA0…A9) и шина данных на 16 бит (SD 0…15).

Подмножество ISA-8 использует только 62-контактный слот (ряды А, В), в ISA-16 применяется дополнительный 36-контактный слот (ряды С, D). Характеристики шин ISA-16 и ISA-32 приведены в таблице 5.

Шина обеспечивает своим абонентам возможность отображения 8- или 16-битных регистров на пространство ввода / вывода и памяти. Диапазон адресов ввода / вывода сверху ограничен количеством используемых для дешифрации бит адреса, нижняя граница ограничена областью адресов 0-FFh, зарезервированных под устройства системной платы. В PC была принята 10-битная адресация ввода / вывода, при которой линии адреса А [15:10] устройствами игнорировались.

Принципы подключения внешних устройств к шине ISA.

Типовое подключение функциональных узлов приведено на рис. 8.

Рис. 8. Типовое подключение типовых узлов к шине ISA

Для сопряжения устройств микропроцессором всегда имеется шина данных (Data Bus), шина адреса (Address Bus) и шина управления (Control Bus). Для шины ISA шины адреса и данных разделены.

В схеме имеется буфер данных подключаемого устройства - двунаправленный приемопередатчик. Этот буфер должен открываться сигналом ОЕ# (Output Enable - разрешение выхода), когда на шине адреса присутствует адрес, относящийся к диапазону подключаемого устройства. Переключение в обратную сторону производится по сигналу IORD# шины управления (сигнал чтения данных). Таким образом, буфер имеет право передавать данные на шину (управлять шиной данных) только во время действия сигнала чтения, относящегося к зоне адресов данного устройства. Дешифратор адреса служит для выявления зоны адресов, относящихся к подключаемому устройству. В данном примере устройству требуется более одного адреса, поэтому младшие линии адреса (АО и А1) используются для декодирования адреса внутри устройства. Остальные линии поступают на вход комбинационной схемы, которая формирует сигнал обращения к устройству CS# (Chip Select). Срабатывание дешифратора может блокироваться высоким уровнем сигнала АЕN (разрешение адресации портов). Таким образом, в данном примере шина управления представлена сигналами IORD# (чтение порта), IOWR# (запись в порт) и AEN.

Описание работы интерфейса станочной магистрали.

Функционально интерфейс состоит из следующих основных частей:

* дешифратора адреса;

* 16-ти разрядного буфера входной (для IBM) информации;

* 16-ти разрядного буфера выходной информации;

* 16-ти разрядного регистра информационных сигналов станочной магистрали;

* 8-ми разрядного регистра основных и дополнительных адресных сигналов станочной магистрали;

* 8-ми разрядного регистра специальных управляющих сигналов;

* 2-х 11-ти разрядных регистров состояния корректоров F и S;

* блока защиты и начальной установки.

Функциональная схема представлена на рис. 9.

Дешифратор адреса формирует следующие сигналы управления для составных частей:

R300 - чтение сигналов станочной магистрали УЧПУ из входного буфера в IBM (шина ISA);

W300 - запись из выходного буфера 16-ти разрядного регистра информационных сигналов станочной магистрали MD0 - MD15;

W302 - запись из выходного буфера 8-ми разрядного регистра основных и дополнительных адресных сигналов станочной магистрали в регистр 302h;

W304 - запись из выходного буфера регистра специальных управляющих сигналов в регистр 304h;

VIV - Вывод информации в 16-ти разрядный буфер выходной информации.

16-ти разрядный буфер входной (для IBM) информации предназначен для ввода в IBM на ее шину данных SD0 - SD15 информации с 16-ти линий станочной магистрали MD0 - MD15 соответственно.

16-ти разрядный буфер выходной (для IBM) информации предназначен для буферизации и промежуточного хранения 16-ти битовой информации, выдаваемой с шин данных SD0 - SD15 IBM на станочную магистраль (через регистры информационных, адресных и специальных управляющих сигналов).

16-ти разрядный регистр информационных сигналов станочной магистрали предназначен для вывода 16-ти разрядов информации из IBM через буфер выходной информации на информационные шины станочной магистрали УЧПУ MD0 - MD15.

8-ми разрядный регистр основных и дополнительных адресных сигналов станочной магистрали предназначен для промежуточного хранения и выдачи на станочную магистраль основных адресных разрядов А01 - А04 и дополнительных адресных разрядов ВХ.ВЫХ, ПРИВОД, ДАТЧ, АД.УПР., поступающих с шины данных ISA через буфер выходной информации (разряды 8-15).

8-ми разрядный регистр специальных управляющих сигналов предназначен для промежуточного хранения и выдачи на станочную магистраль специальных сигналов управления ВВОД, ВМБ, ВСБ, а также формирования вспомогательных сигналов СБРОС2, VKF, VKS поступающих с шины данных ISA через буфер выходной информации (разряды 0 - 7).

Два 11-ти разрядных регистра состояния корректоров F, S предназначены для промежуточного хранения и выдачи в компьютер через станочную магистраль и буфер входной информации состояния переключателей F, S УЧПУ 2С42 - 65 соответственно.

Блок защиты и начальной установки предназначен для формирования сигнала станочной магистрали СБРОС по включению УЧПУ (начальная установка), а также при срабатывании аппаратно - программных защит.

Рассмотрим процесс ввода данных в IBM из станочной магистрали (чтение регистров субблоков станочной магистрали).

IBM при выполнении процессорной команды ввода IN выставляет на шине адреса SA адрес регистра основных и дополнительных адресных сигналов - 302h, на шине управления SC - сигналы AEN, IOR, BALE. По сигналу AEN с шины управления на вход дешифратора адреса (ДША) поступает сигнал чтения IOR, по сигналу BALE адрес регистра поступает на ДША. Если адрес регистра верный, то на выходе ДША формируется сигнал IOCS16, поступающий на шину управления SC и свидетельствующий о том, что адресуемое устройство поддерживает 16 битное обращение к портам и сигнал W302, который в свою очередь формирует сигнал VIV. Сигнал VIV разрешает передачу адреса датчика (0В000) с шины данных SD через шинные формирователи в регистр основных и дополнительных адресных сигналов. Сигнал W302 разрешает передачу адреса из регистра на станочную магистраль. Далее формируется сигнал ВВОД. Данный сигнал формируется следующим образом. IBM выставляет на шине адреса SA адрес регистра специальных управляющих сигналов (304h), на шине управления SC сигналы AEN, IOR, BALE. По сигналу BALE адрес регистра поступает на ДША. Если адрес регистра верный то на выходе ДША формируется сигнал IOCS16 и W304, который в свою очередь формирует сигнал VIV. Сигнал VIV разрешает передачу бита ВВОД с шины данных SD в регистр специальных управляющих сигналов. По сигналу W304 сигнал ВВОД поступает на станочную магистраль. Затем IBM на шине адреса SA устанавливает адрес 300h, на шине управления SC сигналы AEN, IOR, BALE. По сигналу AEN на ДША поступает адрес 300h. ДША выдает сигнал IOCS16 и W300, который разрешает передачу данных из станочной магистрали через шинные формирователи на шину данных SD. Далее аналогично установке сигнала ВВОД, происходит его сброс.

Процесс передачи данных из IBM в станочную магистраль (запись в регистр ЦАП).

IBM выставляет на шине адреса SA адрес регистра основных и дополнительных адресных сигналов (302h), на шине управления SC сигналы AEN, IOW, BALE. По сигналу BALE адрес регистра поступает с шины адреса SA через шинные формирователи на ДША. Если адрес регистра верный, то на выходе ДША формируется сигнал IOCS16 и W302, который в свою очередь формирует сигнал VIV. Сигнал VIV разрешает передачу адреса регистра ЦАП с шины данных SD через шинные формирователи в регистр основных и дополнительных адресных сигналов. Сигнал W302 разрешает передачу адреса на станочную магистраль. После того, как на станочную магистраль поступил адрес регистра ЦАП, передаются данные. IBM выставляет на шине адреса SA адрес регистра информационных сигналов (300h), на шине управления SC сигналы AEN, IOW, BALE. По сигналу BALE адрес регистра поступает на ДША. ДША выдает сигнал W300, который в свою очередь формирует сигнал VIV. Сигнал VIV разрешает передачу данных с шины данных SD через шинные формирователи в регистр информационных сигналов. Сигнал W300 разрешает передачу данных из регистра информационных сигналов на станочную магистраль. Далее на шине адреса SA устанавливается адрес регистра специальных управляющих сигналов (304h), на шине управления SC сигналы AEN, IOW, BALE, на шине данных сигналы VMB или VSB (или оба), в зависимости от того, как передаются данные (байт или слово). По сигналу BALE адрес регистра специальных управляющих сигналов поступает на ДША. ДША выдает сигнал W304, который формирует сигнал VIV. Сигнал VIV разрешает передачу сигнала VMB или VSB в регистр специальных управляющих сигналов. По сигналу W304 сигнал VMB или VSB поступает на станочную магистраль. Затем происходит аналогичный установке сигналов процесс их сброса.

5. Устройства сопряжения с объектом

Цифроаналоговый преобразователь.

Назначение - обеспечивает связь ЭВМ с аналоговой РЭП, преобразовывая цифровой сигнал в аналоговый.

Для согласования цифрового регулятора скорости следящего электропривода с аналоговым регулируемым электроприводом, выполненном на базе транзисторного преобразователя, используется цифроаналоговый преобразователь (ЦАП).

Для ЦАП в адресном пространстве IBM выделены адреса в диапазоне 167640-167676 (D000h-D300h).

Формат регистра данных:

2¹⁵ - знаковый разряд;

2¹⁴ - неиспользуемый разряд;

* 2° - 2¹³ - разряды преобразуемого двоичного числа.

Таким образом, для каждого знака диапазон преобразуемого числа составляет: 0… (2¹⁴-1).

Характеристика «вход-выход» ЦАП приведена на рис. 10. Диапазон преобразуемых чисел с учетом знака составляет: 137777…037777. Числа со знаком, пересылаемые в ЦАП, должны быть представлены в прямом коде.

Рис. 10. Характеристика «вход-выход» цифроаналогового преобразователя

Устройства дискретного ввода-вывода.

Блок входных сигналов (SB-448).

Назначение - обеспечивает связь ЭВМ с внешними контактами, что позволяет вести управление со стенда.

Субблок входных сигналов устройства (рис. 11) содержит 16-разрядный регистр данных, двоичное значение каждого разряда которого определяется состоянием входного сигнала от станка. Входной сигнал определяется включением или выключением напряжения 24В на вход оптронной развязки с помощью «сухого» контакта (кнопка, контакт реле и т.д.) или бесконтактного (транзисторного) ключа.

Рис. 11. Субблок входных сигналов

Резистор R1 выбирается, исходя из номинального тока (10 мА) светодиода оптронной пары микросхемы К293ЛП1А, используемой в качестве оптронной гальванической развязки электрических цепей электроавтоматики станка и цепей УЧПУ. Нагрузочный резистор R2 обеспечивает необходимый ток через контакты реле станка для устойчивого переходного сопротивления замкнутого контакта.

Регистр блока входных сигналов доступен процессору по чтению в режиме программного обмена и по прерыванию. Восемь из шестнадцати входных сигналов могут иметь статус инициативных, т.е. способных вызывать прерывания. Каждому из этих сигналов соответствует свой вектор прерывания, формируемый схемой генерирования вектора.

Блок выходных сигналов (SB-475).

Назначение - обеспечивает связь ЭВМ с внешними устройствами, что позволяет вести управление ими.

Субблок выходных сигналов (рис. 12) содержит два 16-разрядных регистра, информация с которых передается на станок через устройство оптронной гальванической развязки, выполненной на оптотранзисторной микросхеме АОТ110А.

При значении разряда выходного слова, равного «1», сигнал с выхода регистра идет высоким уровнем и после инвертирования (D1) обеспечивает протекание тока в светодиоде оптронного элемента. Излучение светодиода, воздействуя на фототранзистор, приводит к открыванию выходного транзисторного ключа и включению находящейся в коллекторной цепи катушки реле. Параметры транзисторного ключа обеспечивают коммутацию цепей с напряжением 24 В и токовой нагрузкой до 0,2 А. Регистры данных доступны процессору не только по записи, но и по чтению, что необходимо для побитовой установки выходного регистра и индивидуального управления каждым реле.

Рис. 12. Субблок выходных сигналов

Датчики, блоки связи с датчиками.

Назначение - обеспечивают обратную цифровую связь по пути, что позволяет вести точное управление приводом.

Схема измерения положения содержит блок питания датчика положения, вырабатывающий синусное и косинусное напряжения для питания статора вращающегося трансформатора (движка индуктосина) и опорный сигнал «ОС» в виде узкого импульса в момент перехода напряжения синусной обмотки через нуль. Опорный сигнал идентифицирует момент прохождения вектором магнитного поля статора синусной обмотки, положение которой можно условно принять за нуль датчика положения. В обмотке ротора вращающегося трансформатора (в обмотке линейки индуктосина) вращающимся полем статора наводится напряжение, фаза которого определяется положением обмотки ротора (линейки) относительно синусной обмотки статора (движка). Сигнал с датчика положения (измеряемый сигнал ИС) поступает совместно с опорным (ОП), где происходит выделение фазы и преобразование ее в цифровой код, определяющий в цифровом виде положение рабочего органа в пределах одного шага.

В данном субблоке (SB-457) подсчитывается и общее число шагов датчика положения с момента включения стойки ЧПУ. Текущее положение рабочего органа представлено в двух 16-разрядных регистрах, которые через блок связи со станком программно доступны центральному процессору по чтению. Процесс измерения положения рабочего органа с помощью циклического датчика положения, каким является вращающийся трансформатор или индуктосин, состоит из двух этапов: измерение положения в пределах шага и измерение числа шагов.



Рис. 13. Связь датчиков с центральным процессором через ИСМ

6. Расчет параметров следящего привода

Выходные величины тока и напряжения тиристорного преобразователя удовлетворяют требуемым номинальным значениям двигателя.

Расчет трансформатора.

Рассчитаем необходимую выходную мощность трансформатора, обеспечивающую работу двигателя.

Необходимое напряжение на вторичной обмотке трансформатора должно удовлетворять условию

где коэффициент запаса для однозонных электроприводов,

- номинальное напряжение двигателя,

= 5 эл. град. - минимальный угол регулирования,

- коэффициент схемы выпрямления, который определяется из выражения



где m =6 число пульсаций в период.

Рассчитаем выходную величину напряжения трансформатора:

Номинальный ток во вторичной обмотке силового трансформатора должно удовлетворять условию

где - коэффициент пропорциональности, зависящий от схемы выпрямления,

- номинальный ток двигателя.

Рассчитаем выходную величину тока трансформатора:

Номинальная мощность трансформатора

Выбираем трансформатор ТСУ - 0,63.

Технические данные трансформатора ТСУ - 0,63:

Номинальная выходная мощность Р_2н (кВт) 1

Номинальное вторичное напряжение U_2н (B) 85

Напряжение короткого замыкания в процентах U_кз (%) 5

Мощность короткого замыкания в ваттах Р_кз (Вт) 22

По этим данным найдем нужные параметры трансформатора.

Номинальный ток вторичной обмотки:



Модуль комплексного сопротивления фазы трансформатора:

Активное сопротивление фазы трансформатора:

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора:

Индуктивность фазы трансформатора:

где f = 50 Гц - частота питающей сети.

Расчет силового оборудования.

Для сглаживания выпрямленного тока в якорную цепь включают сглаживающий дроссель. В этом случае суммарная индуктивность якорной цепи для 3-х фазной мостовой схемы выпрямления рассчитывается по формуле:



где - действующее значение линейного напряжения на вторичной обмотке трансформатора,

- угловая частота напряжения питания,

- номинальный ток двигателя.

Если окажется, что индуктивность якоря больше полученного значения, сглаживающий дроссель не нужен. В этом случае индуктивность якорной цепи:

Приведём некоторые расчётные формулы.

Активное сопротивление якорной цепи рассчитывается по выражению:

Номинальная скорость вращения двигателя:

Коэффициент ЭДС двигателя:

Момент инерции привода:



где - момент инерции механизма поворота руки.

Механическая постоянная времени:

Электромагнитная постоянная времени для якорной цепи:

Коэффициент усиления управляемого выпрямителя:

Коэффициент управляющего органа определим из выражения:

Зададимся условием, чтобы при установке б =120 град., в начале работы выходное напряжение нелинейного звена смещает угол управления на 30 градусов, из чего следует:

Коэффициент нелинейного звена принимается =1,5.

Коэффициент усиления якорного преобразователя:

Электропривод представляет собой систему 4-ого порядка и рассчитывается согласно настройке критического демпфирования, взятой из литературы. Постоянная времени контура тока рассчитывается из частоты сети:

Настройки на критическое демпфирование, рекомендованные для следящих приводов:

а = 2,66; b =2,25; с =2,66.

Для задач синтеза определим следующие постоянные времени:

Синтез контура тока.

Контур тока является инерционным звеном, передаточная функция которого имеет вид:

Структурная схема представлена на рис. 14.



Рис. 14. Структурная схема контура тока

Допустимый топ привода принимается из условий допустимого тока двигателя:

и допустимого тока сети:

равным . Принимая максимальное напряжение задания , определим коэффициент обратной связи контура тока из выражения:

Передаточная функция объекта управления имеет вид:

Регулятор принимается типа «ПИ» в связи с упрощением настройки коэффициента обратной связи по ЭДС К_оэ. Передаточная функция разомкнутого контура имеет вид:



Определяется передаточная функция регулятора тока:

Заключение

В данном курсовом проекте рассмотрена и изучена система программного управления промышленным роботом МП20 функции поворота руки. Система представляет собой автономный следящий привод, в котором управление ведётся от ЭВМ с использованием управляющих контактов на стенде. В данной работе проектировался следящий электропривод. Вводилось программное обеспечение для управления электроприводом, происходила его настройка на определённую частоту с целью получения благоприятных характеристик. Система была исследована на устойчивость при различных частотах. Рассмотрен интерфейс станочной магистрали и разработана его принципиальная схема.

робот промышленный программный управление

Список литературы

1. Мартыничев А.К. Системы программного управления производственными установками и технологическими комплексами. Учебное пособие, Чебоксары, ЧГУ, 1998.

2. Техническое обслуживание и инструкция по эксплуатации промышленного робота МП20. Лаборатория МРСиР, ЧГУ.

3. Мартыничев А.К. Следящий электропривод в процессорных устройствах числового программного управления. Учебное пособие. Чебоксары, ЧГУ, 1990.

4. Мартыничев А.К. Файлы karkas.asm, assembler-библиотеки macro1.lib, proc1.lib лабораторного стенда 2C42.65 лаборатории СЧПУ, ЧГУ.

Размещено на Allbest.ru