Система управления технологическим объектом с ЧПУ NC-110

Poyasnitelnaya zapiska UTS.docx

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Технология машиностроения»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
«Управление технологическими системами»
«СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ»
Анализ кинематики станка6
Функциональная схема СЧПУ9
1 Описание СЧПУ «NC-110» 9
2 Определение разрядности и объема ОЗУ11
Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку14
1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка14
2 Реализация комплекса вспомогательных М-функций16
Разработка цикла позиционирования18
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ22
В данной курсовой работе ставиться целью произвести анализ кинематики станка 2554Ф2 а также разработать электрические принципиальные схемы подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка разработать алгоритм позиционирования.
P = N – 1 = 19 – 1 = 18;
= 10 * 1 + 8; n = 1;
Таблица 1 –Исходные данные
Согласно задания выбираем исходные данные:
датчик обратной связи сельсин БС- 155. Цена оборота датчика h= 2 ммоб; величина дискреты = 0005 мм;
тип интерфейса связи со станком – АЦП;
тип цикла позиционирования ступенчатый.
Тип базовой УЧПУ: «СЧПУ NC-110»;
рабочая подача 12 ммин скорость быстрых ходов 48 ммин;
величина максимального перемещения: 0- 500 мм;
Для систем с мультиплексированной шиной адрес внешних устройств принимаем равным А8=АБ+Х8.
АБ – начальный адрес закрепленный за внешними устройствами в данной СЧПУ. Х8 = Р8
Принимаем допущение что система управления с разомкнутой главной обратной связью описывается передаточной функцией имеющей первый порядок астатизма.
К – коэффициент усиления системы по одной из координат с-1.
Т – постоянная времени системы с.
С целью сохранения устойчивости и обеспечения колебательного перехода процесса принимаем
K=100+5nc-1; K=100+51=105c-1;
T=05 T=058+110-2=0.045c
Анализ кинематики станка
Рассмотрим кинематическую схему координатно-сверлильного станка с ЧПУ 2554Ф2.
Кинематическая схема состоит из следующих цепей (рисунок 1):
вращения шпинделя – главное движение М1;
выдвижение шпинделя из сверлильной головки: осевая подача (привод Z) М2;
продольное перемещение сверлильной головки: продольная подача (привод Y) М3;
поперечное перемещение стола: поперечная подача (привод X) М4;
вертикальное перемещение сверлильной головки по направляющим: вертикальная подача (привод Z) М5;
В качестве привода главного движения используется электропривод MDC2 и в качестве приводов подач используется комплектный электропривод SDC1V-25.
Координатно-сверлильный станок 2554Ф2 принцип работы. (рисунок 1). Деталь располагают на столе-плите А закрепленной на фундаменте. На салазках В перемещающихся по станине Б (координата X) установлена неповоротная колонна Г. Рукав Д имеет установочное перемещение по вертикальным направляющим колонны. По направляющим рукава движется сверлильная головка Е (подача по оси Y). Направляющие сверлильной головки и салазок комбинированные (скольжения-качения). Передняя поверхность направляющих головки -лента из наполненного фторопласта работающая в паре с передней чугунной термообработанной направляющей рукава. Шпиндель имеет осевую подачу по оси Z.
На трех управляемых координатах станка (X Y Z) установлены конечные выключатели: 2.1 - 2.4 для X 1.1 – 1.4 для Y 3.1 – 3.4 для Z при помощи которых осуществляется контроль перемещения по этим осям. На каждом ходовом винте установлен датчик типа БС – 155.
Привод главного движения состоит из электродвигателя с бесступенчатым регулированием мощностью 55 кВт и шпинделя контроль за вращением осуществляется при помощи датчика типа БС – 155.
У станка установлен стеллаж вместимостью 18 инструментов обеспечивающих работу станка по программе. У каждой ячейки с инструментом имеется лампочка которая сигнализирует о том какой инструмент нужно оператору установить в шпиндель по программе. Ячейки снабжены микропереключателями обеспечивающими запрещение работы станка по автоматическому циклу если извлечен запрограммированный инструмент или отработавший инструмент вставлен не в свою ячейку.
-57582712700058922561953433Рисунок 1 - Кинематическая схема координатно-сверлильного станка
Рисунок 1 - Кинематическая схема координатно-сверлильного станка
Функциональная схема СЧПУ
1 Описание УЧПУ «NC-110»
Устройство ЧПУ NC-110 широкого применения с легкой адаптацией к управлению сложным станочным оборудованием. Устройство отличается уникальным сочетанием многофункциональности надежности и возможностью управления пятью процессами одновременно.
Устройство может работать с датчиками типа энкодер резольвер и индуктосин. Эти качества позволяют эффективно применять устройство для управления различным оборудованием: обрабатывающими центрами высокоскоростными станками многосуппортными станками и гибкими производственными системами.
Программное обеспечение NC-110 построенное по модульному принципу позволяет удовлетворять растущие требования различных потребителей путем встраивания дополнительных компонентов. Устройство легко адаптируется для самых сложных объектов элементы которых могут требовать одновременного и независимого управления в реальном времени.
Благодаря своей многофункциональности система способна управлять станками всех основных типов: токарными фрезерными расточными копировальными шлифовальными а также кузнечно-прессовым оборудованием системами термической лазерной и гидравлической резки деревообрабатывающим оборудование
В комплект поставки УЧПУ NC-110 входит:
- Блок управления (БУ)
- Пульт оператора (ПО)
- Станочный пульт (38 свободно-программируемых кнопок электронный штурвал)
- Релейные модули постоянный ток 24В3А переменный ток 220В15А 110В3А
- Кабели связи между БУ и ПО -10м
- Кабель связи между ПО и станочным пультом -1м
- Кабели связи с релейными модулями -2м
- Разъёмы датчиков и ЦАПов
- Программа связи с персональным компьютером
- Комплект эксплуатационной документации
Основные характеристики УЧПУ NC-110:
- Дискретные ВхВых 4832 - 384256.
- Данные организованы в файлах (таблицы инструментов коррекций инструментов начальных чек).
- Подготовка управляющих программ одновременно с выполнением цикла обработки детали.
- Различные сообщения (ошибки при подготовке кадров ошибки оператора ошибки диагностики системы и станка)
- Компенсация погрешности ходового винта и компенсация люфтов.
- Программные ограничения.
- Защищенные области и определение рабочего поля из управляющей программы.
- Управление скоростью на профиле.
- Управление разгономторможением по линейному или экспоненциальному закону.
- Устанавливаемые при конфигурации начальные точки.
- Электронный штурвал.
- Датчики типа энкодер.
- Диагностика при включении и во время работы.
- Последовательный канал RS232 и параллельный порт.
- Встроенный программируемый интерфейс логики станка.
- Язык высокого уровня для программирования интерфейса логики станка.
Устройство комплектуется внешними модулями (2416 вхвых) NC110-41 DC-24V3A AC-110V3А или AC-220V15А
- герметизированная мембранная алфавитно-цифровая клавиатура с тактильным эффектом и клавиатура "МЕНЮ";
- герметизированная мембранная клавиатура с тактильным эффектом и светодиодной индикацией:
- 8 клавиш выбора режима работы и 38 свободно-программируемых клавиш;
- корректора (11 положений): подачи ручных перемещений корректор оборотов шпинделя ; электронный штурвал;
2 Определение разрядности и объема ОЗУ
По адресам координатных перемещений (ХYZ) необходимо определить величину максимального перемещения в дискретах.
Где - цена одной дискреты мм;
- максимальное перемещение по координате Х мм.
Nmax=5000005=100.000 имп
где n – число разрядов .
Nmax*=99999=105-1=>n=5
Емкость одной ячейки памяти – один байт двоичной информации. Если принять восьмеричную систему счисления то в две последовательные ячейки (16 бит) могут быть записаны 7 разрядов восьмеричного числа.
Для записи в этом случае потребуется ячеек.
m`=(n8+1)38БЦ= (6+1)38=3
Стандартный кадр управляющей программы: круговая интерполяция без указания скорости подачи имеет вид
G02 X+XmaxY+YmaxI+Xmaxi+ymax
ячеек памяти. Таким образом если ввести перерасчет управляющей программы через кадры круговой интерполяции то объем памяти необходимый для ее хранения
VОЗУ = (300 1000)(6+4)
VОЗУ = 300 (6+4 3) = 9000 байт = 879 Кбайт
Кроме управления приводами перемещений СЧПУ организует и формирует сигналы управления электроавтоматикой станка.
Максимальное время формирования управляющих импульсов
fmax=Vб.х.1006= 4810060005=16000 Гц=16 КГц
где Vб.х.=48 ммин - скорость быстрых ходов;
- максимальная частота импульсов поступающих с ДОС в СЧПУ.
Минимальный период выдачи импульсов на выходе АЦП определяется временем вычислительных операций выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом позиционирования.
Время вычислительных операций
где W – быстродействие микроЭВМ
n – Число команд по программе реализующей алгоритм позиционирования (АЦП = 16).
min=400000-116=4010-6c=40 мкс
Тогда максимальное время управляющего сигнала на выходе АЦП
max=1fmax+Kmin+an с (5)
К = 15 – коэффициент учитывающий несоответствие реальной длительности выполнения операции алгоритма позиционирования длительности операции.
an = 17 мкс – время задержки в аппаратной части АЦП или время преобразования.
max=116000+154010-6+1710-6=1117 мкс
Схемы электроавтоматики и подключения СЧПУ к станку
1 Электрическая принципиальная схема электроавтоматики станка
Схема электроавтоматики станка показана на рисунке 2 и содержит:
подключение к питанию комплектных приводов подач и главного движения с указанием выходов контроля состояния:
готовность привода;
управление приводом;
соединение блоков управления с двигателями тахогенераторами термодатчиками.
подключение асинхронных электродвигателей охлаждения револьверной головки и перемещения задней бабки.
вводный автомат защиты предназначен для защиты всей электроавтоматики станка от перегрузок .
автоматы защиты комплектных приводов подач и главного движения QF2 – QF6 от перегрузок.
тепловое реле КК1; предназначено для защиты асинхронных электродвигателей от недопустимого перегрева при длительных перегрузках. Предназначены для обеспечения защиты трансформаторов и цепей управления от перегрева и короткого замыкания.
блоки для защиты от электрических помех асинхронных электродвигателей.
для формирования напряжений питающих промежуточные схемы управления TV 1 TV 2 и сигнализатор заземления.
для формирования напряжений питающих комплектные электроприводы TV 3 - TV 7.
-147193015938500058855791404458Рисунок 2 – Электрическая схема принципиальная
Рисунок 2 – Электрическая схема принципиальная
2. Реализация схемы подключения СЧПУ
Схема подключения СЧПУ показана на рисунке 2 Она отражает все ее функциональные возможности характерные для данного класса систем и технологического оборудования.
На схеме показаны выходы управления вспомогательной функцией М функцией Т - автоматической смены инструмента функцией S – управление вращением выход “Готовность УЧПУ”. Количество выходов определяется в процессе работирования: М – функций – 17 Т – функций – 4 S – функций – 2 “Готовность УЧПУ” – 1. На выходах устанавливаются промежуточные реле KV01 – KV25. На схеме показаны входы подключения всех конечных выключателей SQ1 – входы “Ответ М” “Ответ Т” “Ответ S” и вход “Готовность станка”.
На схеме подключения СЧПУ показаны выходы КП управления приводами подачи и главного движения (ав cd ef gh ij) входы датчиков положения рабочего органа станка. Выходы КП выводятся через один разъем СЧПУ. Каждый датчик положения связан с СЧПУ через свой разъем.
При работировании принципиальных электрических схем электроавтоматики и подключения СЧПУ выполнены все требования ЕСКД.
3. Реализация комплекса вспомогательных М-функций
Определим схему реализации комплекса заданных вспомогательных функций начиная с выходного разъема СЧПУ на котором реализуется М-функция и кончая конкретными исполнительными приводами.
Для однозначного определения реализации М-функций примем что
М01-М03 – включение двигателя M1 по часовой стрелке против и его отключение соответственно;
М04-М06 – включение двигателя M2 по часовой стрелке против и его отключение соответственно;
М07-М9 – включение двигателя M3 по часовой стрелке против и его отключение соответственно;
М10-М12 – включение двигателя M4 по часовой стрелке против и его отключение соответственно;
М13-М15 – включение двигателя M3 по часовой стрелке против и его отключение соответственно;
М16 и М17 включение двигателя M6 и его отключение.
Для реализации комплекса функций начиная с М01 предполагая что на выходах разъема М01 М02 установлены соответствующие реле KV01 – KV24.
Разработка цикла позиционирования
В общем случае любой цикл позиционирования может быть представлен графиком (рисунок 3). На каждом этапе приближения к точке позиционирования система формирует одно из возможных управлений u.
для положительной области 0 КN = 1 для отрицательной области
Для случая ступенчатого цикла позиционирования (G60) уравнения выше не имеют силы а К1 = К2 = К3 = 0. Блок-схема алгоритма позиционирования показана на рисунке 4. Цикл начинается с расчета текущего значения = Х – Х0 после определения знака формируется значение коэффициента КN. Далее проводится анализ выполнения условия > i на основании которого формируется управление
После выполнения условия 1 включается подпрограмма формирования сигналов конца обработки кадра КОК. На блок-схеме опущена подпрограмма задержки перед формированием сигналов КОК. Аналогичный алгоритм реализуется по координате Y и Z. Зона нечувствительности 1 обеспечивающая отсечку различных флуктуаций равна 1 3 дискреты. Скачок управления U1 равен 1 3 дискретам изменения выходного напряжения АЦП ( для Д = 10000 U1 = 10 30 мВ для Д = 10000 U1 =1 3 В.
right939800Для однозначного определения управляющих воздействий примем U2 = 2 В U3 = 5 В U4 = 10 В. Для ступенчатого цикла позиционирования примем U1 = 0.5 В 2 = 0.1 мм 3 = 2b2 4 = 4b2.
Рисунок 3 - График цикла позиционирования
Рисунок 4 - Блок-схема алгоритма
В данной курсовом работе был реализован общий подход к задачам работирования СЧПУ металлорежущих станков их разработки и эксплуатации.
Был произведен анализ кинематики станка и обоснован тип и число управляемых и контролируемых параметров разработаны электрические принципиальные схемы подключения УЧПУ к станку и электроавтоматики станка а также алгоритм позиционирования.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине «Управление технологическими системами» - Тула 2020 год
Конспект лекций по дисциплине «Управление техническими системами».
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.
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: Справочник Под ред. С. В. Якубовского. - М.: Радио и связь -1985.- 360с.
Микропроцессоры. В 3-х кн.: Учеб. для втузов Под ред. Л. Н. Преснухина. Кн. 1. Архитектура и работирование микро-ЭВМ. Организация вычислительных процессов. - М.: Высш. школа1986.
Работирование цифровых устройств на однокристальных микроконтроллерах В. В. Сташин и др. - М.: Энергоатомиздат 1990.
Микропроцессоры имикропроцессорные 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.
ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет»
Кафедра «Технологиямашиностроения»
Пояснительная записка
студент группы 620171 Николаенко Д.М.
Руководитель работы

Kinematika Koordinatno rastochnoy s ChPU ver 15 1.cdw

Skhema elektroavtomatiki ver 15 1.cdw

Сигнализация заземления
Питание цепей управления
Привод главного движения
Продольное перемещение сверлильной головки по Y
Поперечное перемещение стола по X
Вертикальное перемещение сверлильной головки по Z
Выдвижение шпинделя по Z