Материал: Автоматизация, робототехника и ГПС кузнечно-штамповочного производства. курс лекций. Бойко А.Ю., Дегтярёв Г. Л

9.4.1. Датчики, органы ручного управления, индикаторы

В современном цифровом интерфейсе могут использоваться как индуктивные, так и ультразвуковые датчики.

Индуктивные датчики (рис.48) предназначены для обнаружения появления предметов из ферромагнитных материалов бесконтактным способом и могут иметь различные конструктивные исполнения:

1. цилиндрические с подключением к цифровому интерфейсу через специальный соединитель;

2) кубические с подключением к цифровому интерфейсу через специальный соединитель.

Ультразвуковые датчики (рис.49) оснащены встроенным цифровым интерфейсом и позволяют осуществлять бесконтактную фиксацию появления различных предметов в трех контролируемых зонах, способны формировать сигнал тревоги, оснащены дополнительным выходом синхронизации, не связанным с цифровым интерфейсом. Все датчики имеют светодиодную индикацию наличия предметов в контролируемых зонах, оснащены устройством температурной компенсации.

Датчики получают питание от цифрового интерфейса и позволяют производить настройку:

1. начальной и конечной границ каждой из трех контролируемых зон.

2. конечную границу зоны нечувствительности;

3. конечное значение диапазона;.

4. усреднения результатов измерений;

5. частоту переключений;

6. зону гистерезиса переключений;

7. чувствительность;

Рис.48. Внешний вид индуктивных датчиков

Рис.49. Внешний вид ультразвуковых датчиков

8. функции мультиплексирования;

9. независимую настройку режимов работы передатчика и приемника;

10. включения или отключения температурной компенсации.

9.4.2. Модули специального назначения

Модули специального назначения относятся к ведущим сетевым устройствам и выполняют разнообразные функции подсчета и контроля сигналов.

Модуль счета (рис.50). Является ведущим сетевым устройством, которое осуществляет предварительную установку счетчика и определяет количество импульсов до следующего запроса. Это количество не должно превышать 15. После завершения текущего цикла начинается очередной цикл с отсчетом от нуля.

Такие модули обеспечивают допустимую частоту следования циклов обмена данными с ведущим сетевым устройством и определяется из соотношения 15/T_max, где T_max – максимальное время передачи данных из счетчика в ведущее сетевое устройство.

Модуль контроля замыканий на землю (рис.51). Модуль позволяет выявлять следующие замыкания на землю:

1. “Плюсовой”;

2. “Минусовой”.

В цепях подключения датчиков и исполнительных устройств, получающих питание от цифрового интерфейса. Модуль контроля замыканий на землю является пассивным модулем и не требует задания сетевого адреса.

Если в системе отсутствуют повторители, то для контроля всей системы достаточно использовать один модуль. В системах с повторителями модули контроля замыканий на землю устанавливаются на каждом сегменте сети.

Контроль состояния системы осуществляется по встроенным светодиодам модуля. Кроме того, сообщения о замыкании могут выводиться через два встроенных выхода. Сброс модуля после обнаружения неисправности может быть выполнен отключением питания цифрового интерфейса или применением внешней кнопки сброса.

Модуль не контролирует замыканий на землю в цепях вспомогательных блоков питания.

Модуль защиты от перенапряжений (рис.52). Модуль используется для защиты отдельных устройств или секций AS-интерфейса от коммутационных перенапряжений, или перенапряжений, вызванных удаленными ударами молнии.

Рис.52. Внешний вид модуля защиты от перенапряжений

Для защиты от прямых ударов молнии необходимо применение дополнительных технических средств.

Подключение к цифровому интерфейсу производится через модули связи FK-E или PG-E. При использовании EEMI интерфейса защита распространяется на желтый и черный кабель. Для обеспечения защитных функций модуль должен быть подключен к контуру заземления с низким сопротивлением.

Подключение производится желто-зеленым кабелем с оболочкой, стойкой к воздействию масел.

Заземление модулей и защищаемого оборудования должно выполняться через общий контур заземления. В защищаемом оборудовании с полной изоляцией должны заземляться монтажные конструкции.

Модуль защиты от перенапряжений является пассивным модулем и не требует задания сетевого адреса.

Вопросы для самоподготовки:

• Задачи, решаемые системой программного управления и диагностики?

• Классификация задач диагностики

• Структура системы диагностики

• Перспективы развития систем диагностики

• Технические средства системы диагностики

Лекция №10 эвм в управлении кпо

10.1. Архитектура и программное обеспечение контроллеров

Архитектуру контроллера можно представить следующим образом. Имеются входные порты (устройства ввода сигналов), арифметико-логическое устройство (АЛУ) с однобитовым аккумулятором, выходные порты, 8 таймеров, 16 счетчиков, 16 регистров и 256 флагов.

Регистры служат для временного хранения чисел или кодов, а также для пересылки данных между программами. Флаги необходимы для хранения результатов логических операций и используются при организации шаговых алгоритмов с множеством состояний и т.д.

По своей структуре контроллер представляет собой классическую микро-ЭВМ на основе микропроцессора и представляет собой комплекс конструктивно независимых блоков, которые бывают двух видов – центральные (содержат микро-ЭВМ и средства связи) и блоки ввода/вывода (дополняющие центральные).

Блоки связываются между собой посредством так называемой ШИНЫ – набора проводников, пронизывающих весь контроллер. Каждый блок посредством разъема подсоединяется к шине и становится доступным контроллеру. Для определения блока, к которому в данный момент обращается центральный блок, все блоки получают свои индивидуальные номера в пределах 0…7. При этом необходимо, чтобы в контроллере был центральный блок с номером 0.

Необходимое количество и тип входов и выходов обеспечивается установкой требуемых типов блоков ввода/вывода, а также Вставляемых Специализированных Модулей в центральные блоки, которых в системе может быть до 6.

С внешним миром контроллер связывается посредством набора входов (I) и выходов (O) различных типов. Все входы и выходы блоков нумеруются позиционным кодом, состоящим из номера блока и через точку - номера входа/выхода. Входы центрального блока особо быстродействующие, без гальванической защиты, но нумеруются аналогично.

С точки зрения разработчика контроллер представляет собой совокупность квазипараллельно работающих виртуальных процессов, выполняющих каждый свою программу, написанных на различных языках программирования.

Описанная выше архитектура контроллеров может реализоваться за счет использования внутренней памяти контроллера, которая состоит из оперативной памяти (RAM – Random Access Memory – память с произвольным доступом) и постоянной памяти (ROM – Read Only Memory – память только для чтения).

Память RAM предназначена для хранения переменных значений в процесс управления, а также программ управления в процессе их отладки. Характерной чертой такой памяти является стирание содержимого в случае отсутствия питания. Для сохранения информации используют малогабаритные литиевые батареи, позволяющие отключать основное питание на срок до 1 года.

Память ROM используется для хранения уде отлаженных программ и данных на рабочем контроллере. Она бывает трех видов:

- зашиваемая при изготовлении (ПЗУ, ROM);

- с электрическим стиранием и записью (ЭППЗУ, EAROM, EEPROM;

- со стиранием ультрафиолетовым светом (УФППЗУ, EPROM).

Помимо реализации функций непосредственного управления КШМ, контроллеры с помощью специализированных подпрограмм могут выполнять функции диагностики (рис.2), находящиеся на уровне программируемого логического контроллера (ПЛК) и осуществлять контроль значений следующих параметров:

• технологической силы Р=Р(х) с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой величине, в зависимости от положения ползуна, а также подсчет нагружений в определенных интервалах технологических сил;

• работы деформирования с сопоставлением зарегистрированного значения с данными паспорта по допустимой работе в зависимости от режима работы пресса;

• силы выталкивания поковки из нижнего штампа с выдачей сигнала по регулируемому порогу значений;

• температуры подшипников, штампов, масла с выдачей сигнала по достижении пороговых значений;

• давления в ресивере, подушках, в механизме уравновешивателя ползуна с выдачей сигнала по пороговым значениям;

• состояния уплотнения нижнего пневматического выталкивателя, в муфте, в тормозе по времени между подачей команды на соответствующий привод и ее исполнением;

• перегрузки двигателя механизма регулирования закрытой высоты с помощью фиксации скорости;

• угловой скорости маховика с фиксацией нулевой и пороговой скоростей;

• угла поворота (положения) эксцентрикового вала, торможения (угла поворота эксцентрикового вала при срабатывании механизма тормоза);

• снижения угловой скорости маховика в течение цикла пресса, настройки командоаппарата, углового перемещения тормоза, муфты, блокировки муфты - тормоза, работы системы подачи смазки в узлы пресса, параметров работы главного двигателя, состояния изоляции в индукторе.

10.2. Основы проектирования систем чпу

Проектирование систем ЧПУ кузнечно-штамповочными машинами начинают с формулировки требований к системе:

1. по обеспечению заданных параметров технологии ковки, объемной штамповки, листовой штамповки и др.;

2. экономического характера;

3. эргономических;

4. технических.

На основе сформулированных требований составляют функциональную системы ЧПУ; в ней указывают входы, выходы, функции, необходимое быстродействие и точность, диапозон дозирования эффективной энергии и пр.

Входами являются выходы датчиков, функциональные клавиши, кнопки и прочие элементы, выходами – визуальные и звуковые сообщения, сигналы, подаваемые на исполнительные устройства штамповочного оборудования, сигналы блокирования и пр.

Функции описывают в развернутом виде, указывают способ вызова функции, область ее действия и пр. На основе требований и функциональной спецификации принимают следующие возможные решения:

1. о функционально-модульной организации системы с ЧПУ;

2. о составе и параметрах датчиков системы;

3. о выборе контроллера (микропроцессора, УВК и пр.);

4. о проектировании аппаратных средств специализированного назначения;

5. о конструировании исполнительных устройств (устройств дозирования эффективной энергии);

6. о выборе базового программного обеспечения;

7. о разработке прикладного программного обеспечения;

8. об информационно-структурном обеспечении эффективного внедрения разрабатываемой системы.

10..3. Этапы разработки систем чпу кшм

На этапе создания системы ЧПУ КШМ выполняют комплекс проектно-конструкторских работ по созданию нестандартного и специализированного оборудования и средств, их изготовление и объединение всех аппаратных средств в единую систему. На этом же этапе проводят написание и отладку программного обеспечение, объединение программного и аппаратного уровней. Заключительным этапом является оценивание характеристик системы в целом (надежность, быстродействие, точность дозирования эффективной энергии, удобства работы оператора и пр.).

Так, при выборе системы датчиков необходимо учитывать следующее:

1. точность и стабильность измерения параметров КШМ техпроцесса;

2. особенности закрепления и монтажа датчиков на молоте;

3. долговечность;

4. запаздывание при обработке измерений, инерционность.

Следует отметить, что требования к датчикам для измерения параметров КШМ являются достаточно высокими: датчики работают в условиях высокого уровня вибрации, загрязненности. Основные процессы в КШМ развиваются за малые промежутки времени порядка 0,002…0,05 сек. К критериям выбора базового средства автоматизации следует отнести следующее:

1. длину машинного слова (определяет точность обработки и сложность аппаратных средств);

2. объем памяти (лимитирует сложность, объем программного обеспечения);

3. быстродействие (частоту тактового генератора);

4. возможность расширения;

5. развитость базового программного обеспечения;

6. наличие периферийных устройств для обработки входов и формирования выходов;

7. стоимость;

8. планы выпуска промышленностью или прогноз обеспеченности рынка.

Наиболее детально разрабатывается интерфейс “система-оператор”, включающий тактильные, косвенные, речевые входы и визуальные, звуковые выходы.