Разработка комплекса мероприятий по эксплуатации и наладке интерфейса канала связи электронной системы программного управления со станком, электроавтоматики и электропривода

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Электронные системы программного управления (ЭСПУ) являются универсальным средством управления станками. ЭСПУ применяют для всех групп и типов станков. Применение станков с ЭСПУ позволило качественно изменить металлообработку, получить больший экономический эффект. Обработка на станках с ЭСПУ, по отечественным и зарубежным данным, характеризуются: ростом производительности труда оператора-станочника благодаря сокращению основного и вспомогательного времени (переналадки); возможностью применения многостаночного обслуживания; повышенной точностью; снижением затрат на специальные приспособления; сокращением или полной ликвидацией разметочных и слесарно-подгоночных работ.

Опыт использования станков с ЭСПУ показал, что эффективность их применения возрастает при повышении точности, усложнений условий обработки (взаимное перемещение заготовки и инструмента по пяти-шести координатам), при многоинструментальной многооперационной обработке заготовок с одного установа и т.п.

Большое преимущество обработки на станках с ЭСПУ заключается также в том, что значительно уменьшается доля тяжёлого ручного труда рабочих, сокращаются потребности в квалифицированных станочниках-универсалах, изменяется состав работников металлообрабатывающих цехов.

Современное серийное производство немыслимо без оборудования с ЭСПУ. Выпуск станков непрерывно растёт, быстрыми темпами развивается и видоизменяется само числовое программное управление, что позволяет расширить технологические возможности оснащенного им оборудования, повысить точность обработки, сократить время отработки управляющих программ.

Многие предприятия страны с помощью станков о ЭСПУ решили некоторые сложные производственные, технические и экономические задачи и от внедрения отдельных станков перешли к комплексному перевооружению производства на базе этих станков. Повышение производительности труда, создание гибких переналаживаемых производств, следовательно, сокращение затрат на освоение выпуска новых изделий, уменьшение объема доделочных работ на сборке, улучшение качества, решение проблемы дефицита в станочниках, особенно при использовании промышленных роботов (безлюдная технология), сокращение производственных площадей, транспортных и контрольных операций, уменьшение расходов на проектирование, изготовление и эксплуатацию зажимных приспособлений, вспомогательной оснастки и режущих инструментов, повышение культуры производства и улучшение условий труда -- вот перечень тех положительных сторон, которые приводят к достижению экономической эффективности при эксплуатации станков с программным управлением.

Широкое внедрение в машиностроение станков с системой программного управления поставило задачу подготовки квалифицированного персонала, участвующего в создании, освоении и обслуживании этой сложной техники. В указанных процессах принимают участие конструкторы, технологи, программисты, наладчики станков, операторы, специалисты ремонтных служб. Следует подчеркнуть особую роль наладчиков. Освоение нового станка с программным управлением и настройка его на обработку детали требуют от наладчика широкого круга знаний в различных областях техники, Эрудиция наладчика в теоретических вопросах должна сочетаться с умением решать чисто практические задачи по настройке станка. Наладчик должен уметь выявлять недочеты в управляющих программах и корректировать их, добиваясь при минимальных затратах времени наилучших результатов по производительности, точности обработки и расходу режущих инструментов. Особая ответственность лежит на наладчике в тех случаях, когда возникают неисправности в работе станка. Наладчик должен в кратчайшие сроки отыскать причину неисправности и принять меры к ее устранению своими силами или с привлечением специалистов из соответствующих служб.

Наладчик должен уметь читать текст управляющей программы по перфоленте, хорошо разбираться в сопроводительной технологической документации, знать управление большинством моделей станков определенного типа, уметь пользоваться чертежами и схемами механических, гидравлических, электрических и электронных устройств, знать методы и приемы технического обслуживания, гарантирующие надежность станков с ЭСПУ.

Таким образом, от наладчика в значительной степени зависит производительность и качество обработки, а также надежность работы оборудования.

Данный дипломный проект является завершающим этапом в освоении специальности 2-53 01 31. Темой проекта является разработка комплекса мероприятий по эксплуатации и наладке интерфейса канала связи ЭСПУ со станком, электроавтоматики и электропривода, согласно исходным данным. Дипломный проект включает комплекс вопросов, написание которых требует знания предметов, пройденных за весь период обучения. Благодаря, дипломному проекту мы получаем возможность, освежить и систематизировать те знания, которые были получены во время учебного процесса в «Гомельском государственном машиностроительном колледже».



1. ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Функциональное назначение заданного комплекса технологического оборудования: ЭСПУ-электропривод-станок (без технических данных)

Электронная система программного управления «Электроника НЦ-31» является системой контурного типа управления технологическим оборудованием и 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 гибкие производственные системы.

Электронная система программного управления «Электроника НЦ-31» предназначена для:

1) отображения геометрической информации чертежа в совокупность таких формообразующих движений станка, которые материализуют чертеж в конечное изделие с помощью имеющегося следящего привода подач;

2) управления автоматической смены инструментов, управления переключением в приводах подач, управления переключениями в приводе главного движения, управления зажимными приспособлениями, охлаждением, смазыванием, перемещением ограждений и т.д.;

3) автоматического управления механизмами и группами механизмов, поведение которых определяется множеством дискретных операций с отношениями следования и параллелизма;

4) проявления взаимодействия электронной системы программного управления с окружающей средой: диалога с оператором, с другой системой управления с DNC;

5) обеспечение точности обработки детали, частоты обрабатывания поверхности.

На рисунке 1.1 представлен внешний вид ЭСПУ «Электроника НЦ-31»

Рисунок 1.1 - Внешний вид ЭСПУ «Электроника НЦ-31»

Электроприводы типа «Кемток» производства НРБ предназначены для использования в приводах подач токарных станков с ЧПУ.

В комплект привода входят:

-- двухкоординатный тиристорный преобразователь типа 4ЕВ23;

два высокомоментных электродвигателя постоянного тока типа МВН;

-- силовой трансформатор, общий для обоих координат;

-- уравнительные дроссели;

-- блок динамического торможения.

Общий вид преобразователя приведен на рисунке 1.2. Он представляет собой двухкоординатный модуль, выполненный по блочной конструкции, обеспечивающей свободный доступ к большинству элементов схемы.

Рисунок 1.2 - Электропривод типа «Кемток»



Токарный станок 16А20Ф3 сконструирован на базе токарно-винторезного станка 16К20Ф3, поэтому компоновка, составные части и движения у этих станков одинаковы. Во многом унифицирована конструкция станков.

Устройство ЧПУ станка (станок может оснащаться различными типами систем ЧПУ: разомкнутыми, замкнутыми, СNС) обеспечивает движение формообразования (число одновременно управляемых координат равно двум), изменение значений подач, переключение частот вращения шпинделя, индексацию резцовой головки и нарезание резьбы по программе.

Станки могут выпускаться с различными устройствами ЧПУ (УЧПУ), в исполнении для встраивания в гибкие производственные модули (ГПМ), а также в специальном и специализированном исполнении при оснащении наладками по согласованию с заказчиком.

Станки 16А20Ф3 могут комплектоваться съемными инструментальными головками с 6, 8 и 12 - позиционными резцедержателями с горизонтальной осью поворота. Класс точности станка П.

Внешний вид станка представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Токарный станок 16A20Ф3



1.2 Анализ и описание работы электропривода и его взаимодействие с ЭСПУ

Оба преобразователя выполнены по двухконтурной схеме подчиненного регулирования с пропорционально-интегральными регуляторами скорости и тока.

Блок-схема привода приведена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 - Функциональная схема электропривода «Кемток»

Где PC - регулятор скорости;

РТ - регулятор тока;

АР - адаптивный регулятор;

КЗ - корректирующее звено;

МТГ - схема выделения модуля напряжения тахогенератора;

ФП - функциональный преобразователь,

ПЭ - пороговый элемент,

БНТО - блок нелинейного токоограничения,

РУТ - регулятор уравнительного (начального) тока;

СИФУ - система импульсно-фазового управления;

ТП - тиристорный преобразователь;

TP - силовой трансформатор;

Я - двигатель,

ТГ - тахогенератор;

Sh - шунт;

L - уравнительные дроссели,

OL - защита от длительной перегрузки по току;

TG - защита от обрыва цепи тахогенератора;

CP - защита от неправильного подключения;

RD - готовность;

ON - сигнал «Работа» (Деблокировка привода);

БП - блок питания.

Управление преобразователями - согласованное нелинейное на низких частотах вращения и раздельное на высокой частоте вращения.

Предусмотрено нелинейное токоограничение в соответствии с коммутационными кривыми двигателей и адаптивное регулирование коэффициента передачи регулятора скорости. СИФУ построено по вертикальному принципу с линейным опорным напряжением и возможностью регулировки начального тока якоря.

Блок электронных защит, общий для обеих координат, обеспечивает удобную и безаварийную эксплуатацию привода.

Силовая схема (рисунок 1.5) выполнена по реверсивной трехпульсной противопараллельной схеме выпрямления с уравнительными дросселями.

Сиговой трансформатор осуществляет согласование напряжения электродвигателя с напряжением питающей сети и является общим для обеих силовых схем выпрямления. Соединения обмоток по схеме «Треугольник - зигзаг» исключает поток вынужденного намагничивания и, как следствие, дает экономию в стали.

Предусмотрены защитные RC-цепочки от коммутационных перенапряжений. Шунты В1 и В2 используются в качестве датчиков тока якоря в системе подчиненного регулирования.

Силовые контакторы КМ1 и КМ2 включения привода одновременно осуществляют динамическое торможение при аварийном отключении преобразователя.

Регулятор скорости PC (рисунок 1.7) представляет собой классический ПИ-регулятор и выполнен на операционном усилителе D51.

Принципиальная схема преобразователя для координаты X и Z выполнена аналогично.

Рисунок 1.5 - Силовая схема электропривода «Кемток»



Рисунок 1.6 - Схема подключения привода «Кемток»

Регулятор скорости имеет два входа:

1) Х2/1, Х2/2, Х2/3 - для подключения задающего сигнала Uзад. В случае запайки перемычек М10 и М11 обеспечивается непосредственное подключение Uзад к регулятору скорости.



Рисунок 1.7 - Принципиальная схема регулятора тока и нелинейного токоограничения

При отключенных М10 и М11 и запаянной перемычке М12 осуществляется дифференциальное включение Uзад через ОУ D50.

2) Х2/5, Х2/4 -- для подключения тахогенератора, т. е. сигнала обратной связи по частоте вращения.

Настройка переходного процесса по частоте вращения производится путем изменения коэффициента передачи регулятора. Изменение величины постоянных времени Тос и Ти производить не рекомендуется, так как они подобраны на заводе-изготовителе исходя из фактической электромеханической постоянной времени электродвигателя и приведенной нагрузки Его и оптимальности переходного процесса.

Резистор R261 является наладочным. Его запайка делает PC пропорциональным, что весьма удобно при первоначальном пуске привода.

Балансировка усилителя осуществляется потенциометром RP16 в цепи питания отрицательной полярности.

Ключом на полевых транзисторах VT60 и VT61, управляемым от схемы защиты, выполняется блокировка регулятора.

В цепи обратной связи по частоте вращения предусмотрена корректирующая цепочка на элементах R258, С151, осуществляющая дифференцирование сигнала тахогенератора.

Этим достигается уменьшение величины перерегулирования в кривой переходного процесса.?

Регулирование максимальной частоты вращения электродвигателя осуществляется изменением глубины обратной связи потенциометром RP15. При недостаточности глубины регулировки следует изменить величину резистора R254.

Отличительной особенностью регулятора скорости электропривода «Кемток» является наличие адаптивного регулирования коэффициента передачи в функции частоты вращения (рис. 3.5). Адаптация осуществляется за счет нелинейности характеристик диодов VD151, VD195, VD152 и VD204, включенных встречно-параллельно резистору R264 в цепи регулирования коэффициента передачи PC.

На малой частоте вращения выходное напряжение PC мало, диоды заперты и не влияют на коэффициент пропорционального усиления регулятора, величина которого в среднем положении потенциометра RP17 составляет приблизительно К?19,24.

При большой частоте вращения, в зависимости от полярности выходного напряжения PC, полностью открывается одна из пар диодов VD151, VD195 или VD152, VD204, шунтируя резистор R264. Принимая сопротивление пары диодов в прямом направлении равным 3 кОм, получим К?9.

На средних частотах вращения происходит плавное изменение величины сопротивления диодных пар и, следовательно, коэффициента передачи.

Введение адаптации позволяет компенсировать нелинейность выходной характеристики тиристорного преобразователя, обеспечивая высокое качество переходных процессов во всей зоне регулирования частоты вращения.

Регулятор тока РТ также выполнен в виде пропорционально-интегрального регулятора на ОУ D52 (рисунок 1.7).

Входным сигналом РТ, т. е. заданием на ток, является выходное напряжение регулятора скорости UРС. Сигнал обратной связи по току двигателя снимается с шунта, включенного в цепи якоря двигателя, и подается на РТ через резистор R267.

В схеме регулятора тока не предусмотрено никаких регулировок, так как в силу комплектности привода его настройка на конкретный электродвигатель производится на заводе-изготовителе.

Постоянная времени цепи обратной связи РТ ТОС = R273*C153 компенсирует электромагнитную постоянную времени якорной цепи.

Запайкой наладочного резистора R271 регулятор можно сделать пропорциональным.

Ключ на полевых транзисторах VT62 и VT63 предназначен для блокировки регулятора.

При необходимости подключением резисторов Р269 или R270 можно задать начальное значение тока якоря при остановленном двигателе, т. е. создать начальный момент, например, удерживающий вертикальные координаты от падения.?

Выходное напряжение РТ является управляющим для системы импульсно-фазового управления.

1.3 Принцип работы датчиков входящих в станок и сопряжение их с ЭСПУ

На станке 16А20Ф3 с ЧПУ 2Р22 используются следующие датчики:

Датчик положения рукоятки выбора диапазона вращения шпинделя (два микропереключателя);

Датчик контроля ограждения (один микропереключатель);

Датчик ограничения по осям X и Z (по два микропереключателя на каждую ось);

Датчик замедления по осям X и Z (по одному микропереключателю на каждую ось);

Датчик нулевого положения по осям X и Z (по одному микропереключателю на каждую ось);

Датчики перемещения осей X и Z (по одному резольверу, ВТМ или сельсину на каждую ось);

Датчик на шпинделе S (один резольвер, ВТМ или сельсин);

Датчик положения револьверной головки (до 12 герконов);

Датчик контроля смазки шпинделя;

Датчик зажатия патрона;

Датчик зажатия револьверной головки.

В качестве датчиков ограничения, замедления и выхода в ноль используются микропереключатели, конструктивно выполненные в виде блока БПМ21-046.

Блоки путевых микровыключателей БПМ21-046 предназначены для коммутации электрических цепей управления под воздействием управляющих упоров.

Блоки путевых микровыключателей БПМ21 применяются в станках с цикловым программным управлением и в различных системах автоматики, в которых необходимо обеспечить точность получения нескольких путевых сигналов в определенных точках пути слежения за перемещением одного элемента и возможности быстрой путевой настройки.

Блоки путевых микровыключателей БПМ21-046 двухполюсные (с общей внешней точкой электрической схемы) с 4 переключающими контактами микровыключателей МП2101Л (контактные элементы одиночного разрыва с тремя выводами на два направления).



Рисунок 1.8 - Блок путевых микропереключателей БМП21-046

Положение рукоятки выбора диапазона вращения шпинделя контролируется микропереключателем МП1105У4, представленным на рисунке 1.9.

Микропереключатель МП1105У4 представляет собой малогабаритный коммутационный аппарат открытого исполнения полумгновенного действия. Микропереключатель МП1105У4 является путевым аппаратом, который снабжен управляющим толкателем, обеспечивающим срабатывание от воздействия управляющих упоров. Упоры устанавливаются в определенных точках рабочего пути контролируемого объекта. Микропереключатель используется в слаботочных цепях управления и контроля и может быть установлен на подвижных и неподвижных частях контрольного объекта. Изделие состоит из пластмассового корпуса, внутри которого расположена контактная система, механическую переключающую часть, а также токоведущие шинки, предназначенные для подключения к внешним цепям.

Технические характеристики микропереключателя МП1105У4 приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Технические характеристики микропереключателя МП1105У4

Параметр	Значение
Ток коммутации постоянный	не более 2,5 А
Ток коммутации переменный	не более 4 А
Коммутируемая мощность	до 300 Вт
Напряжение номинальное	до 220 В (пост. Ток), до 380 В (переменный ток)
Коммутационная износостойкость	1,6?108

Рисунок 1.9 - Микропереключатель МП1105У4

Контроль ограждения реализуется путем использования выключателя ВП15.

Выключатель путевой (конечный, концевой) ВП-15 используется для коммутации электрических цепей управления постоянного тока напряжением до 440В и переменного тока напряжением до 660В частотой тока 50 Гц под воздействием управляющих упоров в определенных точках движения контролируемого механизма.

Выключатели путевые ВП-15 - аппараты общего назначения, прямого действия с самовозвратом.

Путевые контактные выключатели ВП-15-21-211, ВП-15-21-221, ВП-15-21-231 обычно устанавливаются в точках, где должны быть изменены параметры движения механизма или его подвижной части, либо при необходимости сигнализации о достижении механизмом определенной точки пути.

Выключатели концевые ВП-15 выпускаются с различным исполнением привода:

в виде толкателя- выключатель ВП-15-21-211;

в виде толкателя с роликом - выключатель ВП-15-21-221;

в виде рычага с роликом - выключатель ВП-15-21-231.

Рисунок 1.10 - Выключатель путевой ВП-15

Также на станке установлены герконы.

Рисунок 1.11 - Геркон

Геркомн (сокращение от «герметичный [магнитоуправляемый] контакт») -- электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели, датчики близости и т. д.

Герконы различаются также по конструктивным особенностям. Они бывают сухими (с сухими контактами) и ртутными, в которых капля ртути смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин в процессе работы.

Преимущества:

Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.

Долговечность герконов. Считается, что если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен, (хотя в технических данных на герконы указаны ограничения, 108--109 и больше срабатываний).

Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток.

Отсутствие необходимости применения тугоплавких и драгоценных металлов для контактов.

Высокое (относительно классических реле) быстродействие.

Недостатки

Наличие дребезга при включении, что влечет за собой множественные срабатывания за небольшой промежуток времени.

Хрупкость -- герконы нельзя использовать в условиях сильных вибраций и ударных нагрузок.

Ограниченная скорость срабатывания.

Иногда контакты «залипают» (остаются в замкнутом состоянии) -- такой геркон подлежит замене.

неправильное подключение питания может существенно сократить время работы геркона.



2. ИССЛЕДОВАНИЕ СХЕМОТЕХНИКИ ЭСПУ

2.1 Разработка структурной схемы ЭСПУ

ЭСПУ «Электроника НЦ-31» предназначена для применения в оперативной системе управления универсальным токарным станком, снабженным следящим приводом и фотоэлектрическими импульсными измерительными преобразователями. На рисунке 2.1 представлена структурная схема ЭСПУ «Электроника НЦ-31».

Рисунок 2.1 - Структурная схема ЭСПУ «Электроника НЦ-31»

В цифровую вычислительную часть ЭСПУ входят следующие модули: модуль процессора (ПРЦ), модуль оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), модуль адаптера магистрали и программируемый таймер (АМТ).

Связь устройства с управляемым станком и оператором выполняют следующие модули: контроллер электроавтоматики (КЭ), контроллер фотоимпульсных преобразователей (КИП), контроллер привода (КП), модуль пульта оператора (ПО).

Структурно устройство выполнено с применением двух магистралей: магистрали «Общая шина» (МНЦ) и магистрали с радиальной выборкой (РМ). Магистраль РМ обеспечивает взаимодействие вычислительной части устройства с модулями, реализующими связь со станком и оператором. Адреса, числа, команды, которыми оперирует процессор, имеют разрядность 16 бит. Для процессора в модуле ОЗУ имеется постоянная память ПЗУ объемом 8 Кслов. В ПЗУ размещено функциональное программное обеспечение (ФПО) устройства. ФПО можно разделить на три взаимно связанные части: 1) программу самодиагностики - резидентный проверяющий тест (РПТ); 2) программу-диспетчер (ПД); 3) функциональные подпрограммы (ФПП) интерполяции, опроса и реакции на сигналы электроавтоматики, управления приводом и т.п.

Решение РПТ выполняется в следующих режимах:

при включении питания автоматически запускается решение РТП; передача управления программе-диспетчеру разрешена только при исправном состоянии всех аппаратных средств УС. РПТ выполняет диагностику с точностью до модуля УС. При неисправности какого-либо модуля РПТ индицирует соответствующий код на пульт оператора.

в процессе работы УЧПУ РПТ выполняется в фоновом режиме в паузы, когда процессор не занят программой обработки алгоритма работы УС.

Программа-диспетчер выполняет функции программного коммутатора по передаче управления соответствующей программе ФПО. Одной из функций ПД является слежение за нажатием клавиш пульта оператора.

ФПП реализуют конкретные функции в общем алгоритме работы ЭСПУ. К таким функциям относят: ввод-вывод из ОЗУ программы обработки детали; интерполяционный расчет заданной траектории инструмента станка; управление приводом инструмента станка с выдачей сигналов на движение и с опросом датчиков положения инструмента.

Описание модулей ЭСПУ «Электроника НЦ-31».

Пульт оператора (ПО) является техническим средством оповещения оператора о состоянии УС, а также средством, с помощью которого оператор управляет состоянием УС. В состав модуля ПО входят: узел интерфейса, схема управления, блок индикации, блок клавиатуры.

Узел интерфейса обеспечивает электрическое и логическое согласование между внутренними сигналами ПО и сигналами МНЦ и модуля АМТ. Узел интерфейса принимает управляющие сигналы от модуля АМТ и транслирует их в схему управления. Схема управления опознает режим обращения к модулю ПО и управляет обменом информации между узлом интерфейса и блоками клавиатуры либо индикации. Блок индикации содержит элементы индикации и регистры памяти, на которых запоминается индицируемая информация. Блок клавиатуры содержит 48 однотипных клавиш и узел преобразования от клавиши в соответствующий этой клавише двоичный код.

Процессоры П1, П2 в составе ЭСПУ выполняют алгоритм работы. Алгоритмы выражены обычно в виде программ, размещенных в памяти ЭСПУ. Неизменная часть программ располагается в ПЗУ, а изменяющаяся в процессе часть программ хранится в общем для двух процессоров ОЗУ.

По своему составу процессоры идентичны и содержат следующие основные блоки и узлы: АЛУ, ПЗУ, БНУ.

ПЗУ предназначено для информационного хранения постоянной части программ, выполняемых процессорами. Ячейки ПЗУ доступны процессору только по чтению. ПЗУ каждого процессора недоступно непосредственно из магистрали.

Блок наружного управления (БНУ) выполняет следующие функции. Процессор в процессе работы УС может быть как ведущим, так и ведомым на МНЦ. В режиме ведущего процессор является инициатором обмена, и такой обмен выполняется узлом интерфейса. В режиме ведомого при адресном назначении ведомого БНУ процессора выполняет функцию обмена с внешним по отношению к процессору ведущим.

Модуль АМТ реализует две функции: преобразование магистрали МНЦ в дополнительный канал с радиальным управлением и отработку временных интервалов, значения которых задаются программно по МНЦ. В состав АМТ входят следующие узлы: узел интерфейса АМТ; адаптер магистрали (АМ); программируемый таймер (ПТ); схема управления. Узел интерфейса реализует функции электрического и логического преобразований сигналов МНЦ и модуля АМТ. Приемники, передатчики и приемопередатчики обеспечивают электрическое согласование сигналов внутри АМТ и на МНЦ. Остальная часть узла интерфейса обеспечивает опознание адресов регистра АМТ и необходимые временные соотношения между сигналами.

Модуль ОЗУ обеспечивает запись, хранение и считывание информации в виде 16-разрядных двоичных слов. Информационная емкость накопителя ОЗУ 4К слов.

Модуль контроллера электроавтоматики (КЭ) предназначен для обеспечения приема информации от узла электроавтоматики станка и выдачи управляющей и технологической информации в узел электроавтоматики станка. КЭ подключается к каналу связи с процессором через модуль АМТ. Для передачи информации от УС в узел электроавтоматики станка в КЭ предусмотрен выходной 16-разрядный регистр. Наличие информации в одном из восьми младших разрядов входного регистра вызывает выработку сигнала «запрос прерывания».

Модуль контроллера измерительных преобразователей (КИП) предназначен для приема информации о пути и направлении перемещения от измерительных преобразователей (ИП), хранения и считывания ее в процессор. КИП подключается к каналу связи с процессором через модуль АМТ и обслуживает 4 ИП. Используемые датчики - фотоэлектрические импульсные преобразователи, имеющие три выходных сигнала: основной, дополнительный (сдвинутый на 900), нуль-метка.

В состав КИП входят следующие основные узлы: генератор тактоввых импульсов, схема управления, схема развязки и формирования, регистры-счетчики, буферный регистр, схема прерываний.

Модуль контроллера электроприводов (КП) предназначен для приема и хранения информации о величине установки, эквивалентной скорости подачи дополнительного механизма привода и формирования пропорционального ей аналогового сигнала постоянного тока. КП подключается к каналу связи с процессором через модуль АМТ и состоит из четырех идентичных каналов управления приводами подач станка.

2.2 Разработка функциональной схемы заданного субблока (модуля) с описанием назначения каждого узла

Контроллер электроавтоматики, схема которого представлена на рисунке 2.2, предназначен для обеспечения приёма информации от узла электроавтоматики станка и для выдачи управляемой и технологической информации в узел электроавтоматики станка. КЭ подключается к каналу связи с процессором через модуль АМТ.

Рисунок 2.2 - Структурная схема контроллера электроавтоматики



В состав КЭ входят следующие основные узлы:

- два 16-разрядных регистра для входной в выходной информации;

- 8-ми разрядный регистр маски;

- схема адресации и управления режимами работы;

- схема выработки запроса прерывания.

Величина сигналов от узла электроавтоматики станка равна 27±10%. Напряжение для формирования этих сигналов вырабатывается блоком питания ЭСПУ. Параметры управляющих технологических сигналов, выдаваемых в узел электроавтоматики станка:

максимальное напряжения - 33 В;

максимальный выходной ток - 100 мА.

Для передачи информации от ЭСПУ в узел электроавтоматики станка в КЭ предусмотрен выходной 16-разрядный регистр. Прием информации от узла электроавтоматики производится во входной 16-разрядный регистр. Наличие информации в одном на 8 младших разрядов входного регистра вызывает выработку сигнала "Запрос прерывания". Для блокировки не нужного по программе прерывания служит 8-разрядный регистр маски. Наличие информации в разряде регистра маски блокирует возникновение сигнала "Запрос прерывания" по соответствующему разряду входного регистра. Запись и выдача информации на шины магистрали производится по сигналам управления от процессора (ЗП и ВБ) с указанием адреса регистра.

Информация при записи в КЭ поступает с шин магистрали через шинные формирователи в выходной регистр, через инверторы, оптронные элементы, вилку ХТ4 в устройство электроавтоматики станка. Из устройства электроавтоматики станка информация поступает через вилку ХТ3, входные оптронные элементы и записывается во входной регистр. Запись во входной регистр возможна и с шин магистрали.

Оптронные элементы по входу в выходу используются для гальванической развязки сигнальных цепей ЭСПУ от цепей станка. При чтении информация поступает из регистров через элементы коммутации, шинные формирователи и вилку ХТ1 на шины магистрали.

2.3 Исследование интерфейса связи (схемный анализ)

Магистраль «Общая шина» состоит из восьми линий данных и восьми линий управления. В отличие от магистрали микро-ЭВМ адреса устройств обмена передаются по линиям данных. Их идентификация производится с помощью управляющего сигнала ATN (Attention). Другое отличие от микро-ЭВМ состоит в том, что передача данных происходит не синхронно с тактовым сигналом, а асинхронно по принципу подтверждения. Для этого служат управляющие сигналы RFD (Ready for Data), DAY (Data Valid) и DAC (Data Accepted). С помощью такого асинхронного способа обмена возможна передача данных от источника к любому необходимому количеству приемников без ограничений по скорости передачи: данные передаются до тех пор, пока их не воспримет самый медленнодействующий приемник.

Рисунок 2.3 иллюстрирует эту процедуру обмена. Если на выходе передатчика возникает новый байт, он выдается на магистраль данных и контролируется сигналом RFD. Этот сигнал равен единице, если все подключенные устройства готовы к приему данных. При этом, пока передатчик находится в состоянии DA V = 1, он выдает данные. Приемник реагирует сигналом RFD = 0 для того, чтобы сообщить, что он временно не может обрабатывать следующие данные, и принимает выданный байт данных на вход своего запоминающего устройства. Прием данных всеми адресуемыми приемниками задается с помощью конъюнкции с сигналом DAC =» 1.



Рисунок 2.3 - Подключение устройств к магистрали «Общая шина»

2.4 Разработка принципиальной схемы субблока (модуля) (или схемы подключения)

Принципиальная схема, принципиальная электрическая схема -графическое изображение(модель), служащее для передачи с помощью условных графических и буквенно-цифровых обозначений (пиктограмм) связей между элементами электрического устройства.

Принципиальная схема показывает какие выводы реальных элементов (например, микросхем) с какими соединяются. При этом допускается объединение группы линий связи в шины, но необходимо четко указывать номера линий, входящих в шину и выходящих из неё. Использование направленных линий связи, в отличие от структурной и функциональной схем, не допускается.

Принципиальные схемы выполняют две основные функции.

Показывают, как воспроизвести схему. Читая символы и следуя их взаимным соединениям, по принципиальной схеме можно воссоздать целое устройство.

Дают общую информацию о принципах функционирования и составе схемы, что, безусловно, помогает понять принципы работы устройства. Эти данные в высшей степени полезны при ремонте или доработке устройства.

Принципиальная схема модуля ввода/вывода представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Принципиальная электрическая схема контроллера электроавтоматики

2.5 Описание алгоритма поиска заданной неисправности

Под алгоритмом понимают последовательность выполнения логических операций, необходимых для совершения некоторых действий или решения задачи. Алгоритм имеет словесное описание или реализован в виде структурной схемы (блок-схемы). Блок-схема алгоритма поиска неисправности ЭСПУ (произвольное отключение двигателя во время работы станка) показана на рисунке 2.5.



Рисунок 2.5 - Блок-схема алгоритма поиска неисправности (Произвольное отключение двигателя во время работы станка)

Если при работе станка происходит произвольное отключение двигателя, то возможно это срабатывает тепловое реле.

Если перегрева нет и реле исправно, то стоит проверить исправность тахогенератора.

Если в тахогенераторе проблем не обнаружено, то стоит проверить параметры ПИ-регуляторов и при необходимости их установить верно

Если параметры ПИ-регуляторов установлены правильно, по возможно короткое замыкание на входе тиристорного преобразователя или отсутствие управляющего напряжения на контуре скорости СИФУ.

Если после выполненных действий все равно происходит отключение двигателя, то необходимо его заменить или заменить платы управления в приводе.



3. РАСЧЕТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет параметров двигателей применяемых в заданном технологическом оборудовании (станке)

Выбор электродвигателей для работы в системах автоматизированного электропривода представляет собой важную и сложную задачу. От того, насколько правильно она будет решена, зависят технико-экономические показатели работы системы рабочая машина-электропривод.

Основным требованием при выборе электродвигателя является его соответствие условиям технологического процесса рабочей машины. Задача выбора состоит в поиске такого двигателя, который обеспечивает заданный технологический цикл рабочей машины, соответствует условиям окружающей среды и компоновки с рабочей машиной и при этом имеет нормативный (допустимый) нагрев.

Выбор двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению заданного цикла, снижению производительности рабочей машины. При этом будут иметь место также его повышенный нагрев, ускоренное старение изоляции и преждевременный выход двигателя из строя, что вызовет останов рабочей машины.

Недопустимым является также использование двигателей завышенной мощности, так как при этом не только повышается первоначальная стоимость ЭП, но и увеличиваются потери энергии за счет снижения КПД двигателя, а для асинхронного и вентильного ЭП, кроме того, снижается коэффициент мощности. Таким образом, обоснованный выбор электродвигателя является весьма важной задачей, во многом определяющим технико-экономические показатели работы комплекса «ЭП - рабочая машина».

Выбор электродвигателя производится обычно в такой последовательности: расчет мощности и предварительный выбор двигателя; проверка выбранного двигателя по условиям пуска, перегрузки и нагреву. Если выбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки, то на этом выбор двигателя заканчивается. Если же двигатель не удовлетворяет условиям проверки, то выбирается другой двигатель (как правило, большей мощности) и проверка повторяется.

Расчет привода главного движения и подач. Mc = const при всех скоростях. При таком характере нагрузки во всем диапазоне изменения скорости от минимальной щmin до максимальной щmax момент нагрузки постоянен , а мощность нагрузки возрастает при увеличении скорости по линейному закону. Оценим мощность выбираемого электродвигателя, ориентируясь на требуемые моменты на валу и скорости вращения.

Согласно технической документации на станок 16А20Ф3 электродвигатели должны соответствовать параметрам, приведенным в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Параметры электродвигателей

Тип привода	Тип двигателя	Номинальный момент, Н?м	Номинальная частота вращения, об/мин
Привод главного движения	ДПТ	50	1500
Привод продольного движения	ДПТ	23	2000
Привод поперечного движения	ДПТ	17	1000

Регулирование скорости при постоянном моменте. Этот способ обеспечивает регулирование скорости вниз от номинальной. Поэтому номинальная скорость двигателя соответствует максимальной в заданном диапазоне, т. е. щnomд=щmaxс. Номинальный момент двигателя должен быть принят равным моменту нагрузки, т.е Мnom = Мс и номинальная мощность выбираемого двигателя должна быть равна:

(3.1)

Произведем расчет номинальной мощности двигателя привода подач для продольной и поперечной подачи из следующей формулы:

	(3.2)

Где n - число оборотов;

Р - мощность электродвигателя;

М - номинальный момент на валу.

Из формулы 3.2 выражаем мощность.

	(3.3)

Как видно номинальная мощность двигателя равна максимально возможной мощности станка и при этом на всех скоростях двигатель загружен полностью и работает в нормальном тепловом режиме. Очевидно, что выбранный для данного характера нагрузки способ регулирования скорости при постоянном моменте является рациональным, оправданным.

Выбираем подходящий по показателям двигатель. По параметрам для данного станка подходит двигатель: для главного движения 4ПМH160LO4, для продольной подачи 4ПБМ132LO4 и для поперечной подачи 4ПМH160МГO4.



Таблица 3.2 - Характеристики выбранных двигателей

Характеристика двигателя	Двигатель главного движения	Двигатель подачи продольного движения	Двигатель подачи поперечного движения
Марка двигателя	4ПНМ160LO4	4ПБМ180LO4	4ПБМ132LO4
Мощность, кВт	11	5,6	2
Частота вращения, об/мин	1500	2500	1090
Номинальное напряжение якоря двигателя, В	440	440	440
Номинальный ток якоря двигателя, А	28	14,1	21,5
КПД	70	86	79

Активное сопротивление якоря:

, (3.4)

где -- номинальное напряжение якоря двигателя, В;

-- номинальный ток якоря двигателя, А;

-- номинальный КПД двигателя.

Индуктивность якоря:

, (3.5)



где --коэффициент, учитывающий наличие компенсационной обмотки ( при наличии компенсационной обмотки, при отсутствии и для серии Д, при отсутствии и для серии 2П);

-- число пар полюсов двигателя;

-- номинальная угловая скорость двигателя, рад/с.

Угловая скорость вращения напряжения сети определяется по формуле:

(3.6)

где -- частота напряжения сети, Гц.

Угловая скорость вращения напряжения сети равна:

Конструктивная постоянная двигателя рассчитывается по следующей формуле:

(3.7)

где -- число активных проводников якоря;

-- число параллельных ветвей обмотки якоря.



Произведение конструктивной постоянной на номинальный магнитный поток:

(3.8)

Номинальный электромагнитный момент:

;(3.9)

Активное сопротивление обмотки возбуждения:

; (3.10)

где --номинальное напряжение обмотки возбуждения, В;

-- номинальный ток обмотки возбуждения, А.



Коэффициент от до соответственно определяется:

(3.11)

В справочниках сопротивления, как правило, приводятся температуры для или. Его необходимо привести к рабочей температуре:

; (3.12)

где --температурный коэффициент (для меди ), ;

-- разница между допустимой температурой обмотки (для класса изоляции Н -- 160), и температурой, для которой приведено сопротивление в справочнике, .

3.2 Расчет загруженности ЭСПУ

станок программный управление ремонт

Важной характеристикой ЭСПУ является надежность работы. Надежность устройства - это свойство функционировать при заданных условиях обслуживания и эксплуатации ЭСПУ. Для оценки надежности служат ее количественные характеристики, рассчитываемые на базе статистической информации об обслуживании и эксплуатации ЭСПУ. Количественные характеристики надежности позволяют изучить закономерности возникновения неисправностей, разработать меры их предупреждения, что в свою очередь дает возможность активно влиять на качество услуг, предоставляемых системой обслуживания ЭСПУ. Она практике используется большое количество показателей надежности, характеризующих свойства ЭСПУ.

Коэффициент использования КИ - это отношение времени, в течение которого ЭСПУ находится во включенном состоянии Tвкл, к календарному времени за выбранный интервал функционирования (например, за месяц):

(3.13)

Для расчета коэффициента использования рассчитаем время нахождения ЭСПУ во включенном состоянии исходя из графика работы предприятия. В апреле 21 рабочий день по 2 смены по 8 часов:

Tвкл = 2?8?21 = 336 ч

Вычислим календарное время:

Tмес = 26?24 = 624 ч

Рассчитаем коэффициент использования:

Коэффициент использования показывает степень загруженности ЭСПУ.

Коэффициент технического использования Kти - это отношение времени полезной работы ЭСПУ за определенный период Tпр ко времени нахождения ЭСПУ во включенном состоянии Tвкл.



(3.14)

где То, Ту - время обнаружения и устранения неисправностей;

Тсб - время, потерянное на сбои (кратковременное нарушение работы ЭСПУ) и устранение их последствий;

Тпот - время потерь исправной ЭСПУ по организационным причинам (ошибки оператора, некачественные носители информации и т.п.);

Тпроф - время, затраченное на профилактические работы.

То = 2 ч; Ту = 20 ч; Тсб = 3 ч; Тпот = 3 ч; Тпроф = 4 ч.

Тпр = 336-(2+20+3+3+4) = 304 ч

Коэффициент технического использования отражает качество технического обслуживания ЭСПУ.

3.3 Расчет готовности к работе и эффективности профилактики ЭСПУ

Коэффициент готовности Кг дает оценку готовности ЭСПУ обеспечивать свою работоспособность в любые промежутки времени между выполнениями планового технического обслуживания при непрерывной работе. Коэффициент готовности также характеризует долю времени правильного функционирования ЭСПУ и не включает время, израсходованное на проведение профилактических мероприятий. Коэффициент готовности определяют по формуле:

(3.15)

где То - время безотказной работы ЭСПУ за рассматриваемый период;

Тв - суммарное время восстановления работоспособности ЭСПУ;

То = 321 ч; Тв = 6 ч.

Рассчитаем коэффициент готовности:

Коэффициент эффективности профилактики определяется формулой:

(3.16)

где Nпроф - количество неисправностей (отказов), выявленных при профилактике;

No - количество отказов за рассматриваемый период, происшедших за полезное время работы ЭСПУ,

Nпроф = 11 отказов; No = 2 отказа.

Рассчитаем эффективности профилактики:

Данный показатель определяет вероятность отказа при проведении профилактик и характеризует существующую систему обслуживания ЭСПУ в процессе эксплуатации.

3.4 Расчет среднего времени безотказной работы ЭСПУ

Надежность - свойство объекта выполнять заданные функции, сохраняя во времени и в заданных пределах значения, установленных эксплуатационных показателей.

Среднее время безотказной работы ЭСПУ. Под этим термином в теории надежности понимается математическое ожидание времени исправной работы:

Тоср - среднее значение наработки в часах между двумя отказами - вычисляется по формуле:

(3.17)

Рассчитаем среднее время безотказной работы ЭСПУ:

ч

Данный показатель характеризует общую надежность работы ЭСПУ.

3.5 Разработка тест-программы для проверки работы технологического оборудования после устранения заданных неисправностей

Входной контроль УЧПУ выполняется с помощью специального теста - проверки исправности функционирования системы. Этот тест, реализуемый программно-аппаратными средствами завода-изготовителя УЧПУ, предусматривает временную установку платы контроля. Помимо входного контроля в процессе работы УЧПУ предусматривается выполнение тестов самодиагностирования двух видов: до начала рабочих режимов (резидентный тест); во время функционирования в фоновом режиме.

Резидентный проверяющий тест (РПТ) автоматически выполняет подробную диагностику узлов непосредственно после включения УЧПУ. Особенностью резидентного теста является полная его автономность по отношению к контролируемым функциональным узлам устройства ЧПУ, что позволяет обеспечить детальную проверку всех узлов устройства ЧПУ на функционирование. Обнаруженные неисправности в функционировании узла индикатируются на экране дисплея пульта управления в виде кодов ошибок или в расшифрованном тестовом виде. По окончании полного диагностического контроля устройства ЧПУ с помощью резидентного теста оператор получает возможность выбрать соответствующий режим работы.

Диагностический контроль в рабочих режимах выполняется во время, свободное от выполнения основных операций. При этом устройство ЧПУ автоматически переводится в фоновый режим выполнения диагностических тестов. В процессе проведения каждого теста последовательно решается ряд элементарных арифметико-логических задач. Полученные в процессе выполнения теста результаты сравниваются с константами, представляющими полученные ранее ответы и хранящиеся в памяти устройства ЧПУ.

Несовпадение результатов выполнения тестов с соответствующими константами рассматривается диагностической системой как ошибка функционирования (сбой, отказ) узла устройства ЧПУ. При этом на экран дисплея в зону комментариев выводится информация о ходе ошибки, которая позволяет локализовать неисправный узел или место в устройстве ЧПУ.

Проверку модуля КЭ на УФК (Устройство функционального контроля) проводить в следующем порядке:

К выходным разъемам КЭ подключить блок нагрузок.

Проверить регистр маски прерывания (адрес 170460) в режиме ЗАПИСЬ / ЧТЕНИЕ.

Прочитанная информация должна повторить записанную на всех разрядах.

Проверить регистр данных выходной (адрес 170462) в режиме ЗАПИСЬ / ЧТЕНИЕ.

Записать по этому адресу код информации 40000 и произвольное число. Прочитать информацию по свечению светодиодов. Прочитанная информация должна повторять записанную.

Проверить регистр входной (адрес 170461) в режиме ЧТЕНИЯ.

Прочитанная информация по адресу 170461 должна повторять прочитанную по адресу 170462 без 40000. Одновременно проверяется исправность линий связи входного и выходного регистров. Проверка модуля КЭ по РПТ начинается с проверки №72 и заканчивается проверкой №74.

Тест-программа для проверки КЭ:

174040 ИНК /000001/

000001

171202 ОБН Р02

031060 ПЕР Р02, 1/060/

177040 ТЕСТ /100060/

100060

174040 ИНК /000001/

000001

033060 ПЕР Р06, 1/060/

020060 ПЕР 1/060/, Р00

112406 СРВ Р06, Р00

062017 ПКНН 017*017045

174040 ИНК /000001/

000001

162200 ПЕР *037777*,Р04

037777 ПЕР Р04,1/062/

032062 ПЕР Р04, 1/062/

02062 ПЕР 1/062/, Р00

112404 СРВ Р04, Р00

062004 ПКНН 007*017045*

174040 ИНК /0000001/

000001

031062 ПЕР Р02, 1/062/

000062 ПЕР 1/062/, Р00

112402 СРВ Р02.



4. МЕРОПРИЯТИЯ ПО РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИЮ

4.1 Основные определения ресурсо- и энергосбережения

Необходимым условием развития современного государства является его способность обеспечить высокий уровень эффективности производства. Сфера хозяйствования - вот что в основном обеспечивает удовлетворение потребностей страны. Республика Беларусь, не располагая достаточными природными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР), вынуждена закупать около 85% потребляемых ТЭР. Это делает экономику зависимой от внешних поставщиков и уязвимой по отношению к резким колебаниям цен на энергоресурсы.

В этих условиях проблема экономного потребления энергоресурсов (или более точно - эффективного использования закупаемого, производимого и добываемого в республике топлива), т. е. проблема энергоэффективности или энергосбережения является одной из первоочередных.

Закон Республики Беларусь "Об энергосбережении" определяет следующие основные понятия:

Энергосбережение - организационная, научная, практическая, деятельность государственных органов, юридических и физических лиц, направленная на снижение расхода(потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добычи, переработки, транспортировки, хранения, производства, использования и утилизации;

Топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) - совокупность всех природных и преобразованных видов топлива и энергии, используемых в республике;

Эффективное использование топливно-энергетических ресурсов - использование всех видов энергии экономически оправданными, прогрессивными способами при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдении законодательства;

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии - источники электрической и тепловой энергии, использующие энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов;

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) - энергия, получаемая в ходе любого технологического процесса в результате недоиспользования первичной энергии или в виде побочного продукта основного производства и не применяемая в этом энергетическом процессе.

Энергетика - область человеческой деятельности, связанная с производством, передачей потребителям и использованием энергии.

В мире наиболее развито производство электроэнергии, что обусловлено совершенством и сравнительной простотой преобразователей этой энергии в механическую, тепловую и другие виды энергии, управляющей ее мощностью аппаратуры, возможностью транспортировки и дробления для использования многими разнородными потребителями, а также экологической чистотой использования электроэнергии в подавляющем большинстве производств. Пожалуй, к недостаткам электроэнергии следует отнести несовершенство и громоздкость устройств для хранения и накопления электроэнергии, а также серьезную опасность для человека, обусловленную тем, что человек не имеет органолептического восприятия электрического напряжения.

Поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается на теплоэлектростанциях, к энергетике относят и топливодобывающие предприятия. Обычно рассматривают топливно-энергетический комплекс страны. Энергосбережение направлено на экономное расходование топливно-энергетических ресурсов, запасы которых на земле ограничены.



4.2 Определение технологической нормы расхода электроэнергии на 1 норма-час по механическому цеху

В механических сборочных цехах нормы расхода устанавливаются на единицу производимой цехом работы, измеряемой в нормо-часах.

Для автоматизированных участков, на которых расход электроэнергии не связан прямо с затратами живого труда - в качестве единицы измерения продукции принимается 1 станко-час.

При расчёте норм расхода все оборудование цеха разбивается на технологические группы. При разбивке оборудования на группы учитываются не только общее назначение оборудования по видам обработки (токарные, фрезерные и т.д.).