Файл: Промышленные контроллеры должны быть доступны для эксплуатации персоналом, имеющимся на предприятиях. Это люди, обладающие знаниями и ценнейшим практическим опытом в технологии и тонкостях производства.rtf
Добавлен: 22.11.2023
Просмотров: 87
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени иcпользуется 50% обмоток, а для униполярного - только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.
Рисунок 1.16 - Различные способы управления фазами шагового двигателя.
Второй способ - управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют ”two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора, смотри рисунок 1.14б и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на полшага.
Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две, смотри рисунок 1.14в. В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.
Еще один способ управления называется микрошаговым режимом или micro stepping mode. При этом способе управления ток в фазах нужно менять небольшими шагами, обеспечивая таким образом дробление половинного шага на еще меньшие микрошаги. Когда одновременно включены две фазы, но их токи не равны, то положение равновесия ротора будет лежать не в середине шага, а в другом месте, определяемом соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Кроме увеличения разрешающей способности, микрошаговый режим имеет и другие преимущества, которые будут описаны ниже. Вместе с тем, для реализации микрошагового режима требуются значительно более сложные драйверы, позволяющие задавать ток в обмотках с необходимой дискретностью. Полушаговый режим является частным случаем микрошагового режима, но он не требует формирования ступенчатого тока питания катушек, поэтому часто реализуется.
2. Разработка структурной схемы устройства
Современные комплексы автоматизации имеют инструментальную платформу (персональный компьютер и среда программирования) и исполнительную платформу (контроллер с драйверами и операционной системой).
Связь с контроллером осуществляется через сеть Ethernet. Это даёт возможность следить за выполнением программы и вносить в изменения в условия.
Структурная схема системы управления электроприводами станка с ЧПУ, смотри рисунок 2.1. Модули расширения имеют следующие функции:
- I-8042: Управляет электро-автоматикой станка, а также коммутирует обмотки шаговых двигателей;
- I-87026: Задаёт скорость шпинделя;
- I-8090: Контролирует положение шпинделя и подач, посредством фото-импульсного датчика;
- I-8091: Управление шаговыми двигателями продольной и перечной подачи.
Рисунок 2.1 - Структурная схема системы управления электроприводами станка с ЧПУ
3. Разработка принципиальной схемы управления электроприводами станка с ЧПУ
3.1 Составляющие принципиальной схемы
Принципиальная схема состоит из трёх блоков:
- Персональный компьютер;
- Контроллер и блоки расширения;
- Электроприводы станка.
На рисунке 3.1 представлена схема подключения электро-автоматики станка к модулям расширения контроллера.
Рисунок 3.1 - Схема подключения электроприводов станка к модулям расширения контроллера
3.2 Блок-схемы алгоритмов программ управления
Алгоритм управления приводом постоянного тока показан в блок-схеме, смотри рисунок 3.2.
Рисунок 3.2 - Блок-схема алгоритма управления приводом постоянного тока
Двигатель постоянного тока выполняет следующие функции:
- Обеспечение оптимальной частоты вращения шпинделя;
- Вращение шпинделя в обратном направлении.
Алгоритм управления шаговыми двигателями показан в блок-схеме, смотри рисунок 3.3.
Рисунок 3.3 - Блок-схема алгоритма управления шаговым двигателем
Шаговые двигатели выполняют следующие функции:
- Движение по осям X и Y влево и вправо;
- Достаточную точность в отсчёте количества шагов.
.3 Программное обеспечение в среде программирования ISaGRAF
На персональном компьютере создаём программу управления шаговыми двигателями и двигателем постоянного тока в среде программирования ISaGRAF.
Шаговые двигатели управляются тремя различными способами:
полношаговый режим с одной включённой фазой;
полношаговый режим с двумя включёнными фазами;
полушаговый режим;
Для проекта нам необходим только режим с одной включённой фазой, смотри рисунок 3.4.
Рисунок 3.4 - Полношаговый режим с одной включённой фазой
Для написания программы используется язык функциональных блочных диаграмм (FBD) - графический язык. Он позволяет программисту строить сложные процедуры, используя существующие функции из библиотеки ISaGRAF и связывая их вместе при помощи графических диаграмм.
На начальной стадии разработки показан простой пример использования RS-триггера. Контактом In устанавливается значение 1 на выходе Q, а контактом Res значение сбрасывается, смотри рисунок 3.5.
Рисунок 3.5 - Пример использования RS-триггера в среде ISaGRAF
На следующем этапе разработки потребовалось подключить к триггеру таймер, чтобы переключение происходило за определённый интервал времени. В соответствии с рисунком 3.6, триггер открывает выход с интервалом в 1 секунду.
Рисунок 3.6 - Подключение таймера к RS-триггеру в среде ISaGRAF.
Т.к. таймер после отсчета интервала времени восстанавливает своё значение, то требуется поставить ещё один RS-триггер для прерывания этого процесса, т.е. сделать сброс, смотри рисунок 3.7.
Рисунок 3.7 - Установка и сброс значения выхода.
Для переключения фаз шагового двигателя необходимо 4 таких контура. Соединяем их так, чтобы они попеременно включаясь, отключали друг друга, смотри рисунок 3.8.
Рисунок 3.8 - Попеременное переключение четырёх выходов.
Подключаем выходы к обмоткам шагового двигателя, смотри рисунок 3.9.
Рисунок 3.9 - Подключение выходов к обмоткам шагового двигателя.
Необходимо создать библиотеку переменных для работы программы, смотри рисунок 3.10.
Рисунок 3.10 - Библиотека переменных для программы в среде
ISaGRAF
Также необходимо подключить виртуальные входы и выходы программы, чтобы запустить её на эмуляторе, смотри рисунок 3.11.
Рисунок 3.11 - Подключение входов (слева) и выходов (справа) к плате I-8042.
Добавим комментарии, чтобы сделать программу более понятной, смотри рисунок 3.12.
Рисунок 3.12 - Окончательная схема управления шаговым двигателем в среде ISaGRAF
Далее проект программы передаётся в память контроллера по сети Ethernet и запускается на отладчике ISaGRAF Runtime, смотри рисунок 3.13.
Рисунок 3.13 - Эмуляция окончательной схемы на отладчике ISaGRAF Runtime
Выполнение программы и показание датчиков отслеживается на экране компьютера. Программа запускается клавишей Vkl в запущенном отладчике. Т.к. частота - это обратно пропорциональная функция от времени, то переводим значение частоты в значение времени и подставляем в функцию таймера. Таймеры последовательно переключают катушки Q1, Q2, Q3, Q4, которые коммутируют обмотки шагового двигателя. Q1 - A, Q2 - C, Q3 - B, Q4 - D, что соответствует работе шагового двигателя в режиме с включённой одной фазой.
Т.к. программа представлена на виртуальных таймерах, а нам необходима функция от частоты, то необходимо рассчитывать время коммутации каждой обмотки статора шагового двигателя:
(3.1)
Максимальное значение частоты вращения Nmax=250 Гц и соответствующее ей время коммутации обмоток Tmax=1мс, а минимальное Nmin=10 Гц и соответствующее ей время коммутации обмоток Tmin=250мс. Этого вполне хватает для разгона и торможения шагового двигателя.
4. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта
.1 Построение ленточного графика
Одной из основных целей планирования НИОКР является определение общей продолжительности их проведения.
За время выполнения дипломной работы студенты, как правило, являются участниками сравнительно небольших по объему исследований. В этом случае наиболее удобным, простым и наглядным является ленточный график проведения НИОКР. Он представляет собой таблицу, где перечислены наименования видов работ, должности исполнителей, трудоемкость, численность исполнителей и длительность выполнения каждого вида работ. Продолжением таблицы является график, отражающий продолжительность каждого вида работ в виде отрезков времени, которые располагаются в соответствии с последовательностью выполнения работ.
.2 Определение плановой себестоимости НИОКР
Целью планирования себестоимости проведения НИОКР является экономически обоснованное определение величины затрат на ее выполнение. В плановую себестоимость НИОКР включаются все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Определение затрат на НИОКР производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на выполнение
Рисунок 1.16 - Различные способы управления фазами шагового двигателя.
Второй способ - управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют ”two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора, смотри рисунок 1.14б и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на полшага.
Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две, смотри рисунок 1.14в. В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.
Еще один способ управления называется микрошаговым режимом или micro stepping mode. При этом способе управления ток в фазах нужно менять небольшими шагами, обеспечивая таким образом дробление половинного шага на еще меньшие микрошаги. Когда одновременно включены две фазы, но их токи не равны, то положение равновесия ротора будет лежать не в середине шага, а в другом месте, определяемом соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Кроме увеличения разрешающей способности, микрошаговый режим имеет и другие преимущества, которые будут описаны ниже. Вместе с тем, для реализации микрошагового режима требуются значительно более сложные драйверы, позволяющие задавать ток в обмотках с необходимой дискретностью. Полушаговый режим является частным случаем микрошагового режима, но он не требует формирования ступенчатого тока питания катушек, поэтому часто реализуется.
2. Разработка структурной схемы устройства
Современные комплексы автоматизации имеют инструментальную платформу (персональный компьютер и среда программирования) и исполнительную платформу (контроллер с драйверами и операционной системой).
Связь с контроллером осуществляется через сеть Ethernet. Это даёт возможность следить за выполнением программы и вносить в изменения в условия.
Структурная схема системы управления электроприводами станка с ЧПУ, смотри рисунок 2.1. Модули расширения имеют следующие функции:
- I-8042: Управляет электро-автоматикой станка, а также коммутирует обмотки шаговых двигателей;
- I-87026: Задаёт скорость шпинделя;
- I-8090: Контролирует положение шпинделя и подач, посредством фото-импульсного датчика;
- I-8091: Управление шаговыми двигателями продольной и перечной подачи.
Рисунок 2.1 - Структурная схема системы управления электроприводами станка с ЧПУ
3. Разработка принципиальной схемы управления электроприводами станка с ЧПУ
3.1 Составляющие принципиальной схемы
Принципиальная схема состоит из трёх блоков:
- Персональный компьютер;
- Контроллер и блоки расширения;
- Электроприводы станка.
На рисунке 3.1 представлена схема подключения электро-автоматики станка к модулям расширения контроллера.
Рисунок 3.1 - Схема подключения электроприводов станка к модулям расширения контроллера
3.2 Блок-схемы алгоритмов программ управления
Алгоритм управления приводом постоянного тока показан в блок-схеме, смотри рисунок 3.2.
Рисунок 3.2 - Блок-схема алгоритма управления приводом постоянного тока
Двигатель постоянного тока выполняет следующие функции:
- Обеспечение оптимальной частоты вращения шпинделя;
- Вращение шпинделя в обратном направлении.
Алгоритм управления шаговыми двигателями показан в блок-схеме, смотри рисунок 3.3.
Рисунок 3.3 - Блок-схема алгоритма управления шаговым двигателем
Шаговые двигатели выполняют следующие функции:
- Движение по осям X и Y влево и вправо;
- Достаточную точность в отсчёте количества шагов.
.3 Программное обеспечение в среде программирования ISaGRAF
На персональном компьютере создаём программу управления шаговыми двигателями и двигателем постоянного тока в среде программирования ISaGRAF.
Шаговые двигатели управляются тремя различными способами:
полношаговый режим с одной включённой фазой;
полношаговый режим с двумя включёнными фазами;
полушаговый режим;
Для проекта нам необходим только режим с одной включённой фазой, смотри рисунок 3.4.
Рисунок 3.4 - Полношаговый режим с одной включённой фазой
Для написания программы используется язык функциональных блочных диаграмм (FBD) - графический язык. Он позволяет программисту строить сложные процедуры, используя существующие функции из библиотеки ISaGRAF и связывая их вместе при помощи графических диаграмм.
На начальной стадии разработки показан простой пример использования RS-триггера. Контактом In устанавливается значение 1 на выходе Q, а контактом Res значение сбрасывается, смотри рисунок 3.5.
Рисунок 3.5 - Пример использования RS-триггера в среде ISaGRAF
На следующем этапе разработки потребовалось подключить к триггеру таймер, чтобы переключение происходило за определённый интервал времени. В соответствии с рисунком 3.6, триггер открывает выход с интервалом в 1 секунду.
Рисунок 3.6 - Подключение таймера к RS-триггеру в среде ISaGRAF.
Т.к. таймер после отсчета интервала времени восстанавливает своё значение, то требуется поставить ещё один RS-триггер для прерывания этого процесса, т.е. сделать сброс, смотри рисунок 3.7.
Рисунок 3.7 - Установка и сброс значения выхода.
Для переключения фаз шагового двигателя необходимо 4 таких контура. Соединяем их так, чтобы они попеременно включаясь, отключали друг друга, смотри рисунок 3.8.
Рисунок 3.8 - Попеременное переключение четырёх выходов.
Подключаем выходы к обмоткам шагового двигателя, смотри рисунок 3.9.
Рисунок 3.9 - Подключение выходов к обмоткам шагового двигателя.
Необходимо создать библиотеку переменных для работы программы, смотри рисунок 3.10.
Рисунок 3.10 - Библиотека переменных для программы в среде
ISaGRAF
Также необходимо подключить виртуальные входы и выходы программы, чтобы запустить её на эмуляторе, смотри рисунок 3.11.
Рисунок 3.11 - Подключение входов (слева) и выходов (справа) к плате I-8042.
Добавим комментарии, чтобы сделать программу более понятной, смотри рисунок 3.12.
Рисунок 3.12 - Окончательная схема управления шаговым двигателем в среде ISaGRAF
Далее проект программы передаётся в память контроллера по сети Ethernet и запускается на отладчике ISaGRAF Runtime, смотри рисунок 3.13.
Рисунок 3.13 - Эмуляция окончательной схемы на отладчике ISaGRAF Runtime
Выполнение программы и показание датчиков отслеживается на экране компьютера. Программа запускается клавишей Vkl в запущенном отладчике. Т.к. частота - это обратно пропорциональная функция от времени, то переводим значение частоты в значение времени и подставляем в функцию таймера. Таймеры последовательно переключают катушки Q1, Q2, Q3, Q4, которые коммутируют обмотки шагового двигателя. Q1 - A, Q2 - C, Q3 - B, Q4 - D, что соответствует работе шагового двигателя в режиме с включённой одной фазой.
Т.к. программа представлена на виртуальных таймерах, а нам необходима функция от частоты, то необходимо рассчитывать время коммутации каждой обмотки статора шагового двигателя:
(3.1)Максимальное значение частоты вращения Nmax=250 Гц и соответствующее ей время коммутации обмоток Tmax=1мс, а минимальное Nmin=10 Гц и соответствующее ей время коммутации обмоток Tmin=250мс. Этого вполне хватает для разгона и торможения шагового двигателя.
4. Технико-экономическое обоснование дипломного проекта
.1 Построение ленточного графика
Одной из основных целей планирования НИОКР является определение общей продолжительности их проведения.
За время выполнения дипломной работы студенты, как правило, являются участниками сравнительно небольших по объему исследований. В этом случае наиболее удобным, простым и наглядным является ленточный график проведения НИОКР. Он представляет собой таблицу, где перечислены наименования видов работ, должности исполнителей, трудоемкость, численность исполнителей и длительность выполнения каждого вида работ. Продолжением таблицы является график, отражающий продолжительность каждого вида работ в виде отрезков времени, которые располагаются в соответствии с последовательностью выполнения работ.
.2 Определение плановой себестоимости НИОКР
Целью планирования себестоимости проведения НИОКР является экономически обоснованное определение величины затрат на ее выполнение. В плановую себестоимость НИОКР включаются все затраты, связанные с ее выполнением, независимо от источника их финансирования. Определение затрат на НИОКР производится путем составления калькуляции плановой себестоимости. Она является основным документом, на основании которого осуществляется планирование и учет затрат на выполнение