Управление технологическим объектом

Курсовая работа.doc

Федеральное агентство по образованию
Тульский государственный университет
Кафедра «Автоматизированные станочные системы»
УПРАВЛЕНИЕ СИСТЕМАМИ И ПРОЦЕССАМИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
«Управление техническими системами»
«Управление технологическим объектом»
Преподаватель:Афонина Н.А.
Анализ кинематической схемы станка5
Обоснование типа системы УЧПУ (разрядность объем ОЗУ)6
1 Описание УЧПУ 2Р326
2 Определение разрядности и объема ОЗУ9
Разработка принципиальной электрической схемы подключения СЧПУ11
Разработка принципиальной электрической схемы подключения автоматики12
Разработка цикла позиционирования14
1 Алгоритм цикла позиционирования14
2. Блок-схема алгоритма16
Р = N – 1 = (N) = 7;
Каждому разряду или сочетанию разрядов соответствует свой тип параметров исходных данных:
D0-тип датчика обратной связи
– фотоимпульсный датчик типа ВЕ – 178. Относительная дискрета Δ = 2500 импоб.
D1 D0- тип интерфейса связи со станком
- интерфейс связи с датчиком обратной связи.
D2 D0- тип цикла позиционирования:
- К1 = К3 = 05 К2 = 1; U4 = 4U1 U2 = 2U1 U3 = 3U1.
D2 D1- тип датчика УЧПУ
D5 - скорость перемещения рабочего органа:
- рабочая подача 12 ммин скорость быстрых ходов 48 ммин.
D6 - величина максимального перемещения:
Для систем с мультиплексированной шиной данных внешних устройств принимаем равной:
где А16- начальный адрес закрепленный за внешними устройствами в данной СЧПУ;
В расчетах принять допущение что система управления с разомкнутой главной обратной связью описывается передаточной функцией имеющей первый порядок астатизма
где К- коэффициент усиления системы по одной из координат с-1;
Т - постоянная времени системы с.
С целью сохранения устойчивости и обеспечения колебательного перехода процесса принять:
К = 100 + 5n с-1; К = 100 + 5·1=105 с-1
Т = 05( Т = 05(7 + 1)·10-2 = 004 с.
Анализ кинематической схемы станка
Рассмотрим кинематическую схему вертикально-сверлильного станка модели 2В56.
Кинематическая схема состоит из следующих цепей:
вращения шпинделя – главное движение М1;
вертикальное перемещение патрона М2;
поперечное перемещение суппорта М3;
привод системы смазки М5.
Вертикально-сверлильный станок предназначен для сверления рассверливания зенкерования и развертывания отверстий в различных деталях а также для торцевания и нарезания резьб машинными метчиками в условиях индивидуального и серийного производства. На станке модели 2В56 обрабатываются детали средних размеров.
Обрабатываемая деталь устанавливается на столе станка и закрепляется в машинных тисках или в специальных приспособлениях. Совмещение оси будущего отверстия с осью шпинделя осуществляется перемещением приспособления с обрабатываемой деталью на столе станка.
Режущий инструмент в зависимости от формы его хвостовика закрепляется в шпинделе станка при помощи патрона или переходных втулок. В соответствии с высотой обрабатываемой детали и длиной режущего инструмента производится установка траверсы и шпиндельной бабки.
Отверстия могут обрабатываться как ручным перемещением шпинделя так и механической подачей.
Обоснование типа системы УЧПУ (разрядность объем ОЗУ)
1 Описание УЧПУ 2Р32
Аппаратно-программное исполнение системы этого поколения в значительной степени ориентировано на определенную группу станков. Таким образом специализированным УЧПУ является 2Р32 предназначенная главным образом для фрезерной группы станков.
Конструктивно устройство рассчитано на встройку в станок. Им осуществляют и токарные станки различных типов и размеров в том числе встраиваемые в ГПС. В последнем случае УЧПУ оснащают дополнительным модулем. УЧПУ 2Р32 обеспечивает контурное управление при следящем приводе подач и импульсных датчиках обратной связи.
Структурная схема УЧПУ представлена на рисунке 1. Центральный процессор через шинный согласователь связан каналом (типа общей шины) с остальными модулями УЧПУ. Канал состоит из 39 линий связи из которых 6 служат для передачи адреса и данных. Управление каналом выполняется центральным процессором (быстродействием 250000 операций в секунду). Связь по каналу асинхронная то есть запрашиваемое адресом устройство дает ответный сигнал подтверждения. К каналу подсоединяют модули запоминающего устройства связи с пультом оператора и дисплеем. Модули связи с приводами. Датчиками и электроавтоматикой станка.
В УЧПУ предусмотрен ввод управляющей программы с фотосчитывающего устройства с перфоленты а также возможность вывода откорректированной УП на перфоленту с помощью внешнего перфоратора. Фотосчитывающее устройство входит в состав большинства систем этой серии но УП может целиком хранится в памяти. Поэтому в процессе работы станка считывание программы с перфоленты не производится. Выполнение функций управления с помощью программно-математического обеспечения дает наибольшую гибкость в использовании аппаратных средств но может быть ограничено быстродействием процессора. Это относится в частности к интерполяции и управлениями приводами. Для разгрузки вычислителя в отдельных модификациях устройств ЧПУ с «Электроникой 60» интерполяция выполняется аппаратно что позволяет увеличить число управляемых координат. Используют также компромиссные решения – введение двухступенчатой интерполяции. В этом случае «грубая» (покодовая) интерполяция выполняется программным обеспечением а «тонкая» - аппаратными средствами.
При аппаратно - программной реализация функции интерполяции и управления приводами опрос датчиков обратной связи для получения информации о фактическом положении узлов и заданий скорости перемещений производится с определенным тактом. В интервалах между двумя опросами положений значение скорости перемещения остается неизменным. Время вычислений для интерполяции и управления приводами должно быть меньше чем такт опроса датчиков.
Обработка сигналов электроавтоматики и пульта управления выполняется также с фиксированным интервалом времени. При этом следует различать системы опроса (сканирования) и прерывания.
В системе опроса инициатива принадлежит вычислителю который устанавливает моменты опроса. Входные данные опрашиваются циклически с точно фиксированными интервалами времени. Недостаток этого метода состоит в том что обработка входной информации связана с тактирующей частотой которая должна быть достаточной для надежного приема быстро меняющихся сигналов. Вместе с тем прием и обработка сигналов не требуется если они не меняются. Поэтому с точки зрения загрузки процессора данный метод сравнительно не экономичен.
В методе прерывания входные сигналы поступают в устройство только в тех случаях когда изменилось состояние внешних устройств. Преимущество этого метода состоит в том что обращение к процессору для приема и обработки данных происходит только тогда когда этого требует реальный процесс. Однако при этом усложняются программные средства.
Практически используются оба метода то есть часть данных циклически опрашивается другая часть принимается вычислителем по прерыванию.
Рисунок 1 Структурная схема УЧПУ 2Р32
– ленточный перфоратор;
– фотосчитывающее устройство;
– аппаратура электропитания включения и вентиляции;
– центральный процессор;
– устройство управления;
– интерфейс пульта оператора;
– модуль умножения (или шаговый привод);
– вводвывод технологической информации;
– специальное запоминающее устройство;
– согласователь шинный;
– модуль связи с датчиком обратной связи;
– модуль управления приводами подач;
– модуль управления приводами главного движения;
Технические характеристики устройства ЧПУ
Объём ППЗУ (ПЗУ) Кбайт
Быстродействие 103 опс
Число управляемых координат
Скорость быстрого хода ммин
Скорость рабочей подачи ммин ммоб
Контроль состояния инструмента
2 Определение разрядности и объема ОЗУ
По адресам координатных перемещений (X Y Z) необходимо определить величину максимального перемещения в дискетах:
где - цена одной дискеты мм;
Xmax - максимальное перемещение по координате X мм.
Nmax = 5000005 = 100000
N*max = 105-1 = 99999.
Емкость одной ячейки памяти - 1 байт двоичной информации. Если принять восьмеричную систему счисления то в две последовательные ячейки (16 бит) могут быть записаны 7 разрядов восьмеричного числа.
Для записи N*max8 необходимо m ячеек памяти.
Стандартный кадр управления программы круговая интерполяция без указания скорости подачи имеет вид:
G02X + Xmax Y + Ymax I + Хmах I + Y mах
+ 1 + 1 + + 1 + + 1 + + 1 + = 6 + 4
Таким образом если ввести пересчет управляющей программы через кадры круговой интерполяции то объем памяти необходимый для ее хранения:
Voзу= (300 1000)(6 + 4m);
Vозу = 300·18 = 5400 байт = 54 Кбайт.
Максимальное время формирования управляющих импульсов
где Vбх - скорость быстрых ходов ммин;
fmax - максимальная частота импульсов поступающих с ДОС в СЧПУ.
Минимальный период выдачи импульсов на выходе ЦПА определяется временем вычислительных операций выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом позиционирования.
Время вычислительных операций
где - время вычислительных операций с;
W = 250000 опс - быстродействие микроЭВМ
N = 20 - число команд по программе реализующий алгоритм позиционирования.
Тогда максимальное время управляющего сигнала на входе ЦАП:
где К - коэффициент учитывающий несоответствие реальной длительности выполнения операций алгоритма позиционирования длительности операций используемых для определения W (принять К = 15);
мкс - время задержки в аппаратной части ЦАП или время преобразования.
В реальных системах на два три порядка меньше постоянной времени привода подачи или всей системы (Т) и всегда меньше lfmax:
Разработка принципиальной электрической схемы подключения СЧПУ
Схема электроавтоматики станка содержит:
– подключение к питанию комплектных приводов подач и главного движения с указанием выходов контроля состояния: готовность привода управление приводом термозащиту. Соединение блоков управления с двигателями термодатчиками.
– подключение асинхронного двигателя и системы смазки.
– средства защиты. К ним относятся:
вводный автомат защиты предназначен для защиты всей электроавтоматики станка от перегрузок;
автоматы защиты комплектных приводов подач и главного движения QF2 QF3 QF4 от перегрузок;
тепловые реле КК##; предназначены для защиты двигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Предназначены для обеспечения защиты трансформаторов и цепей управления от перегрева и короткого замыкания.
– трансформаторы. Они предназначены для формирования напряжений питающих промежуточные схемы управления TV1 TV2 и сигнализатор заземления.
– средства индикации. К ним относятся:
контроль напряжения Н1; предназначен для контроля напряжения в цепях питания;
сигнализатор заземления Н2 Н3 предназначен для индикации наличия заземления.
Разработка принципиальной электрической схемы подключения автоматики
Для М- функции принимаем что
М17 – вращение двигателя М1 по часовой стрелке;
М18 – вращение двигателя М1 против часовой стрелки;
М19 – выключение двигателя М1;
М20 – включение двигателя М2 подача СОЖ;
М21 – выключение двигателя М2 подача СОЖ;
М22 – включение подачи смазки;
М23 – выключение подачи смазки
Для реализации комплекса функции начиная с М16 используются следующие разъемы М01 М02 М04 М08 М10 М20 установлены следующие реле КV01 KV02 KV03 КV04 КV 05 КV 06. Состояние контакторов имеет два положения:
Соответственно реле имеет следующий вид:
Таким образом имеем реализацию функции М17 М23:
Аналогичным образом для S - функции (S24 S35 – изменение скорости с 1 12)
На основании полученных зависимостей строится схема управления.
Одним из основных условий лежащих в основе проектирования схем электроавтоматики станка является формирования сигнала «Готовность станка». Сигнал этот содержит информацию о подаче питания на исполнительные органы.
На схеме электроавтоматики станка показано решение задачи формирования сигналов «Ответ М» и «Ответ S». Сигналы «Ответ М» и«Ответ S» содержат информацию о выполнении М-функции и S-функции соответственно реализованных в дешифраторе и осуществляется переход к следующему этапу программы.
Выдача сигналов происходит с задержкой которая получается путем установления в схему конденсатора и резистора. Сигнал команды реализован импульсом задержки существующем на выходе в пределах 450 – 500 мс после чего появляется сигнал.
Разработка цикла позиционирования
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.
Для положительной области >0 =1 при отрицательной 0 = -1.
гдеd1 - зона нечувствительности обеспечивающая отсечку различных флуктуаций;
U1 - скачок управления.
Для ступенчатого цикла позиционирования принимаются следующие значения:
Где d1=00024мм; d4 - определяются инертностью привода и максимальной скоростью перемещения привод.
Для их определения следует решить систему уравнений:
u2 = u1 + K*1·(KN 2-1);
u3 = u2 + K*2·(KN 3-2);
u4 = u3 + K*3·(KN 4-3).
Определим значения d4 по выражениям:
По результатам вычисления строится график цикла позиционирования (рисунок 2).
Рисунок 2. График цикла позиционирования
2. Блок-схема алгоритма
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.
Рисунок 3. Блок-схема алгоритма
В данном курсовом проекте был реализован общий подход к задачам проектирования СЧПУ металлорежущих станков их разработка и эксплуатации.
Был произведен анализ кинематики станка и обоснован тип и число управляемых и контролируемых параметров разработаны электрические принципиальные схема подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка а также алгоритм позиционирования. При выполнении этого проекта были использованы знания и навыки полученные при изучения дисциплин «ТАУ» «Электроника и микропроцессорная техника» «Электромеханические системы».
Список используемой литературы
Сосонкин В.Л. Микропроцессорные системы числового программного управления станками. - М. 1985. - 198 c.
Станки с программным управлением и промышленные роботы. Локтеева С.Е. - М. 1986. - 320с.
Станки с программным управлением: Справочник. - М. 1981. - 200с.
Ратмиров В.А. Управление станками гибких производственных систем. - М. 1987. - 272с.
Гнатек О.Р. Справочник по цифроаналоговым и аналогово-цифровым преобразователям Пер. с англ. под ред. Ю.А. Рюжина. - М. 1977. - 76с.
Волчкевич Л.И. Ковалев М.П. Кузнецов М.М. Комплексная автоматизация производства. - М. 1983. - 270с.
Аналоговые и цифровые интегральные схемы: СправочникПод ред. С.В. Якубовского. - М.: Радио и связь -1985.- 360с.
Микропроцессоры и микропроцессорные комплекты интегральных микросхем: Справочник. В 2-х т. Под ред. В.А. Шахнова. - М.: Радио и связь 1988.
Комплект БИС 1804 в процессорах и контроллерах. Под ред. В.В. Смолова. - М.: Радио и связь. - 1990.
Калабеков Б.А. Микропроцессоры и их применение в системах передачи и обработки сигналов. - М.: Радио и связь 1988.
Федорков Б.Г. Телец В.А. Дегтяренко В.П. Микроэлектронные цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразователи. - М.: Радио и связь 1984. - 282с.
ГОСТ 2.708-81 ЕСКД. Правила выполнения электрических схем цифровой вычислительной техники. - М.: Госстандарт СССР 1981. - 32с.
ГОСТ 3.1418-82. Оформление техдокументации. - М. 1982. - 29с.
Конспект лекций по дисциплине «Управление процессами и объектами в машиностроении».

2В56 - лист 3.cdw

Привод насоса системы
Принципиальная электрическая
схема электроавтоматики
Привод главного движения
Дешифратор функции М
Включение электродвигателей
Привод насоса системы подачи СОЖ
Привод насоса систеиы смазки
Привод подачи смазки
Дешифратор функции S
Включение диапазона скоростей

2В56 - лист 2.cdw

Привод вертикального
Привод насоса системы
электрическая схема цепей
К.08.РС2В56.00.000.ЭЗ
Питание цепей управления
Привод главного движения

2В56 - лист 1.cdw

1 лист511.cdw

2В56 - лист 1.cdw