СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ УСТАНОВКАМИ Структура курса

«СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ УСТАНОВКАМИ» Структура курса • Введение, литература, классификация • Программируемые логические контроллеры (ПЛК) • Непрерывные системы ЧПУ с аппаратной реализацией алгоритма • Микропроцессорные системы ЧПУ Лекции -18 ч. , практ. -36 Лабораторные работы – 36 ч. Курсовой проект !? 1

Список литературы • Сосонкин В. Л. , Мартинов Г. М. Системы числового программного управления: Учеб. пособие 296 с- М. : Логос 2005. • Босинзон М. А. Современные системы ЧПУ и их эксплуатация: Учебник 192 с. М. : Академия 2006 • Ловыгин А. А. , Теверовский Л. В. Современный станок с ЧПУ и CAD/CAM-система. – М. : ДМК Пресс, 2012. - 279 с. • Гусев Н. В. , Букреев В. Г. Системы цифрового управления многокоординатными следящими электроприводами: учебное пособие -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2010. – 213 с. • Шандров Б. В. Технические средства автоматизации-М. : Академия 2007. 2

Список литературы • Чернов. Е. А. Проектирование станочной электроавтоматики. Машиностроение, 1990 г. • Применение программируемых контроллеров в промышленных установках. Изд. МЭИ, 2001 г. • Деменков. Н. П. Языки программирования промышленных контроллеров. Изд. МГТУ им. Баумана, 2004 г. • Парр Э. Программируемые контроллеры. Руководство для инженера: Пер. с англ. 516 с. М. : Академия 3 -е изд. 2007. • Минаев И. Г. , Самойленко В. В. Программируемые логические контроллеры: практическое руководство для начинающего инженера. Ставрополь: АГРУС, 2009 г. -100 с. 3

Роботизированный технологический комплекс РТК совокупность технологического оборудования с программным управлением, промышленных роботов и средств оснащения, которая автономно функционирует и совершает многократные циклы. РТК=ТО+ПР+СО СО - средства оснащения 4

Структура ГПС Совокупность РТК в различных сочетаниях образует гибкую производственную систему Гибкая производственная система РТК 1 УЧПУ Склад заготовок СУР РТК 2 РТКN Станок СО … Склад готовой продукции ПР Транспортная система 5

Состав ГПС можно разделить на ряд подсистем: • • подсистема обработки; подсистема транспортирования, ; подсистема складирования; подсистема инструмента и приспособлений; подсистема контроля; подсистема управления; подсистема автоматического проектирования. 6

Преобразование информации в СПУ Система программного управления система преобразования информации включающая три группы машин: • энергетические (двигатели); • технологические (станок, манипулятор); • информационные (вычислительные устройства). Процесс преобразования информации в СПУ Чертеж Устройство подготовки про грамм Сигналы управлен ЭП Привод подачи Кодиров. перфолента Считывающее устройство Коды опорных точек Форма изделия Контрольно измерительное устроство й Вычислит устройство, инерполятор т Результ из мерен 7

Историческая справка 1932 г. разработана первая позиционная система программного управления нажимными устройствами прокатного стана 1952 г. разработана первая станочная система ЧПУ для контурной обработки 1958 г. – появился первый промышленный манипулятор с ПУ 1961 г. – разработана система управления группой станков от ЭВМ 1970 г. – управление станком от индивидуальной микро ЭВМ 1970 г. - начат выпуск программируемых контроллеров для управления дискретными автоматическими системами 8

Устройство обжимного прокатного стана 9

Функциональная схема импульсно-шаговой СЧПУ (1962 г. ) 10

Компановка многооперационного станка 11

Накопители инструментов: -револьверные головки -инструментальные магазины -инструментальные склады Виды револьверных головок РП РП ОГ | | ОШ ОГ ûë ОШ РП – рабочая позиция ОГ – ось головки ОШ Ð ОГ ОШ – ось шпинделя 12

Кинематика электропривода подачи Ходовой винт – гайка качения 13

Кинематика электропривода подачи Сильфонная муфта 14

Классификация систем ЧПУ По способу задания программы системы можно разделить на три группы: • с заданием в аналоговой форме • с заданием программы в функции пути • с заданием программы в числовой форме 15

СПУ с заданием в аналоговой форме На потенциометрах Устройство обработки программы САУ ЭП СТ G С РО На базе ЗУ и ЦАП RAM A D Uрп Uз Uэ Uп 16

Задание программы в функции пути Пример организации системы РЦ Uп Y 1 ФИ 1 SQ 1 Y 2 1 ФИ n SQn С СТ Yk - исполнительные механизмы электромагниты DC 0 R m НУ Элементы контроля Формирователи импульсов Счетчик Дешифратор 2/10 - места возможных соединений Матрица РЦ - разрешение цикла - разделительные диоды в матрице РЦ Y 1 SQ 1 ФИ 1 Y 2 17

Классификация СЧПУ Системы ЧПУ можно разделить по ряду признаков. По способу реализации алгоритма и набору функциональных возможностей: • NC, • CNC, • PCNC По виду движения механизма и характеру геометрической информации: • позиционные, • контурные, • комбинированные. По числу потоков информации: • разомкнутые, • замкнутые, • адаптивные. 18

Деление СЧПУ по числу потоков информации РО 1 УЧПУ Разомкнутая СЧПУ ШД 1 УЧПУ СУ ЭП РО Замкнутая СЧПУ Д ИПП ТГ 2 ИПП - измерительный преобразователь перемещений 3 РО 1 УЧПУ СУ ЭП Адаптивная СЧПУ Д ИИП 2 ТГ 19

СПОСОБЫ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОАВТОМАТИКИ Жесткая логика • Релейно-контактные схемы • Бесконтактные лог элементы – Магнитные – Полупроводниковые – Интегральные Гибкая логика • Программируемые логические матрицы • Программируемые логические контролеры 20

Программируемые логические матрицы X 1 Пример структуры ПЛМ x 1 X 2 k Y, 2. . . m = åX 1 (X 1 ) ×X 2 (X 2 ) × × ×Xn (Xn ) 1 x 2 1 Xn xn & 1 2 & & Z 1 Z 2 Zk 3 ПЗУ как логическое устр. 1 Y 1 X 2 A 1 Ym Xn Y 1 PROM D Ym 1. Входные буферные каскады 2. Подматрица логического умножения 3. Подматрица логического сложения. 21

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) Конфигурация систем электроавтоматики с использованием ПЛК Un вх SB 1 Un вых 8 7 00 00 К 1 01 К 2 SQ 1 01 SQ 2 ЗУ 02 HL 1 02 П SA 1 2 Y 1 m ОШ 1 n ОШ 3 4 5 6 7 22

Цикл работы ПЛК Цикл ПЛК 1 Ф 2 Ф 3 Ф SB или ПК SB tmax=2 Tц SB К К К tmin=2 Tц 23

Структура ЦП и управляющей памяти ПЛК ТД ЗУ Xi Yi Mi ЦП СК РК КО АО ЗО ПРП МП - модуль процессора. ТД - таблица данных. ДК РА АО - адрес операнда. РО РС ЗО - защищаемая область. ПРП - память рабочих программ. КО - код операции. СК - счетчик команд. РД РК - регистр команды. МП ДК - дешифратор команды. РА - регистр адреса. РД - регистр данных Мвх/вых РО - одноразрядный рег. Аккум. РС- регистр стека. Мвх 16 Мвых АПУ ППО 16 + - 24

Связь логического и физического адресов 15 ТД ЗУ 0 0 Область X 0 1 2 10 15 Внутренняя шина 10 ИП МП 15 X 3 X 11 X 15 X 1 X 2 ППО 220 Фрагмент стыковочной таблицы - + SB 1 Nнр Nр Адрес Назначение сигнала SB 2 1 А Х 1 0000 Кн. пуск 0001 Стоп 2 А 16 А 1 В ИП МП 0015 Ограничение +Х Общая точка - Источник питания. Вход Y 1 В 1 А Модульный ПЛК Х 1 0016 Обща точка я Готовность устройства ЧПУ 25

Модули входов выходов ПЛК выполняют следующие функции: 1. гальваническая развязка 2. промежуточное хранение 3. приведение уровня сигналов 4. усиления по мощности 5. индикация состояния входов/ выходов 6. защита выходов от короткого замыкания 26

Модули входов выходов ПЛК различаются: 1. по виду сигнала (дискретные и непрерывные); 2. по роду тока (постоянный и переменный); 3. по типу элемента гальванической поры (оптроны или герконовые реле); 4. по уровню напряжения и тока (U=5, 12, 24 В DC/ U=110, 220 B AC) 5. по числу ячеек ввода / вывода 6. по способу подключения внешних цепей (разъем или клемная рейка) 27

Входные модули ПЛК Примеры схемотехники входных модулей 1) - Объект Модуль То же при переменном токе + +5 В К внутренним цепям ПК 2) - + 320 Ом +U i 28

Входные модули ПЛК Примеры схемотехники входных модулей 3) - + 1 К 100 VT 2 +5 В 5. 1 К 60 К 2 К VT 3 1. 7 В VT 1 60 К К внутренним цепям ПК 1 К +U + 110 В 29

Примеры схемотехники выходных модулей 1) Y такт 5 В+ На постоянном токе С релейным выходом Д ТТ Q С На переменном токе - +5 В Y такт Uп + С транзисторным выходом Д ТТ Q С К другим ключам ОМ +5 В 30

Примеры схемотехники выходных модулей С симисторным выходом +5 В АОТ 101 Y такт 110 В КЦ 407 КЦ 103 В ТС 122 -10 -7 Д ТТ Q С + ОМ + 7 Q ТТ R ‘ 1’-авария к ЦП Q S 31

Метод циклограмм Вход Кн. Ц × Д 3 1 0 БВн = 1 0 Д 1 МВп = БВп × Д 2 × БНз × Д 3 БНз = БВп × Д 1 × МВп ×Д 3 БВп синтезируется как элемента памяти БВп. S = Кн. Ц ×Д 3 БВп. R = Д 1 Кн. Ц Д 3 БВп Д 1 БНз S БВп R МВп 1 БВн = 0 МВн = 1 0 Д 2 Д 3 S МВп R БНз Д 2 1 БНз = 1 МВн = 0 Д 3 S БНз 0 1 БНз = 0 R 32

Программирование на языке символьного кодирования Список базовых инструкции ПЛК NS 915 № символ инструкции 1 LD XXXX X R 0 и RSn+1 – загрузка адресуемого операнда в одноразрядный регистр‑аккумулятор и n+1 разряд стека 2 LC XXXX X R 0 и RSn+1 3 +D XXXX X+R 0 и RSn 4 +C XXXX X+R 0 и RSn 5 *D XXXX X*R 0 и RSn 6 *C XXXX X*R 0 и RSn 7 + RSn-1 R 0 и RSn-1 8 * RSn*RSn-1 R 0 и RSn-1 9 WR XXXX содержание инструкции R 0 ТД – переписывается в таблицу данных по указанному адресу 33

Программирование для ПЛК «Микро. ДАТ» № слова 1 -й байт 2 -й байт 000 001 1 -й байт Область выходов первого каркаса 17 007 010 -й разряд 1 07 01 -го байта Область выходов второго каркаса Сводная область 48 х16 077 10 0 адреса восьмеричные Область входов первого каркаса 107 110 Область входов второго каркаса 117 120 Сводная область 48 х16 177 200 ТД Область хранения констант РСТ НБЛ 77 Начиная с адреса 120 распределять память можно самому 000 НПП ЗО 10 17 – 7 01 7 020 217 220 0 -й байт конец программы ПРП 3677 3707 Служебная область 3777 34

Адресация переменных ПЛК «Микро. ДАТ» ИП МП 0 00 1 01 10 7 11 70 71 № пары № модуля Адрес логической переменной восьмеричный ХХХХХ Адрес слова № байта (0 или 1) № разряда (0 ¼ 7) Эти цифры так же можно трактовать как физический адрес - ХХХХХ Тип модуля (для выходов – 0, для входов – 1) № каркаса (1 каркас – 0, 2 каркас – 1) № пары модулей в каркасе (0 ¼ 7) № модуля в паре (0 или 1) № ячейки модуля 35

Назначение слов служебной области ПЛК Микро. ДАТ Адрес Назначение 3700 маска обмена выходов первого каркаса 3701 маска обмена выходов второго каркаса 3702 маска обмена входов первого каркаса 3703 маска обмена входов второго каркаса 3704 адрес начала защищаемой области 3705 адрес начала памяти рабочей программы 3706 время цикла (377 max) 3707 контрольная сумма для всей информации защищаемой области 3710 -3713 информация о состоянии сегментов и блоков 3714, 3715 системные отказы и сбои 3716 отказы модулей первого каркаса 3717 отказы модулей второго каркаса 36

Пример составления маски обмена для ПЛК «Микро. ДАТ» старший байт младший байт 71 70 61 60 51 50 41 40 31 30 21 20 11 10 01 00 — — Y Y X X Y Y Y X X X 0 0 1 1 1 0 0 0 0 6 0 0 1 0 1 1 1 7 3 1 0 4 0 0 0 1 3 0 1 1 1 7 адрес модуля маска выходов 1‑го каркаса 1 маска входов 1‑го каркаса 37

Информационная связь ПЛК – КОМП. Информационная связь ПЛК - ППО ПЛК ППО +Пр. Д -Пр. Д +ПД -ПД +5 ат 1 2 3 4 14 16 +Пр. Д -Пр. Д +ПД -ПД +5 ат ППО - прибор программирования и отладки Пр. Д- прием данных ПД- передача данных Преобразователь интерфейса +12 +ПД Rx. D GND -ПД -12 Передача информации. Преобразует сигналы ‘ токовой петли’ в потенциалы RS 232. Tx. D +12 2 К 250 2 К VT +Пр. Д -Пр. Д Прием информации. Преобразует потенциалы RS 232 в сигнал ‘ токовой петли’. 38

Источник питания (DC/DC конвертор) 39

Функциональная схема СЧПУ класса NC 40

Схема шифратора клавиатуры 41

Построение ФСУ 4 5 2 1 8 + пуск стоп 6 3 10 + 7 S R ТГ Q Q 9 1 – перфолента 2 – транспортирующий электромагнит 3 – обрезиненный ведущий ролик 4 – осветитель 5 – цилиндрическая линза конденсор 6 – светоприёмники 7 – усилители сигнала 8 – тормозной электромагнит 9 – схема управления 10 – приемное устройство 42

УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ФСУ 43

Блок ввода программы 44

СТРУКТУРНАЯ СХЕМА БВП Н 33 Контроль на четность 1 р. РВР = =1 =1 =1 - не 1 четный (сбой) 0 – четное (норма) =1 8 р. РВР 45

Схема дешифратора адреса 46

Интерполятор на ДДС 10 8 4 2 1 47

Алгоритм линейной интерполяции по методу ОФ 48

Функциональная схема линейного интерполятора по методу ОФ 49

Алгоритм круговой интерполяции по методу ОФ 50

Функциональная схема кругового интерполятора по методу ОФ 51

Функциональная схема выходного блока интерполятора 52

Структурные схемы дискретного привода Варианты дискретного привода 53

Развертка индукторно-реактивного ШД m=3 Много-пакетный ШД 54

Управление шаговым двигателем Системы управления ШД В Н m K Y m ШД Коммутатор на базе регистра сдвига 55

Коммутатор фаз ШД на основе двоичного счетчика ДШ 2 +/C СТ 1 2 4 8 СТ 1 +/2 4 C 8 6 Ф ДШ 1 РГ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 Ф Таблица информации в пзу Адрес 0000 1 2 4 8 ROM 0 1 2 3 4 5 000111 0002 к 000011 0001 1 данные 000110 УМ 1 -6 56 6

Система управления четырехфазным ШД 57

Конструкция аксиально-плунжерного гидромотора 58

Конструкция аксиально-плунжерного гидромотора 59

Гидрокинематическая схема ГУ 60

Сопряжение устройства ЧПУ со следящим электроприводом подачи РО КЭП УЧПУ Выч УССП СУЭП ТП Д ЛДП ТГ ВТ ИПП 61

Функциональная схема импульсно-следящей системы Интерполятор + CT - ЭП ИПП БС 1 В А БС 2 Н А УС 1 1 + СТ САУ ЭП ТГ Н Б f 0 А Б Д СФИН В sin cos Y 1 ИПП Y 2 Б УУСП ЭП 62

Схема блока синхронизации fи Вп 1 S R 2 Q S R 3 1 4 5 & S вых t R + f 0 А f 0 Б t f 0 А f 0 Б fи Вп Q 1 Q 2 Q 4 вых 63

ЦАП для преобразования смещенного кода 64

65

Линейные фотоэлектрические преобразователи перемещений 66

Электронный маховичёк 67

Круговые фотоэлектрические преобразователи перемещений 68

Сильфонная муфта для кругового энкодера 69

Функциональная схема импульсно-фазовой следящей системы ЧПУ 70

Блок синхронизации, сложения, вычитания И 1 & f 0 A f 0 В БС 1 f 0 Н ИЛИ 1 1 БС 2 f 0 Б ИЛИ 2 & 1 f 0 А ± f. И Q С Q 71

Элементы функциональной схемы ИФСС Диаграмма работы БЗДП Схема ФИОС Диаграмма ФД Характеристика ФД fх. S U уп fx. R 0 f вых Q- 180 -100 Q -1 мм Q U уп 360 100 +1 мм j N D Рабочая зона 72

Элементы функциональной схемы ИФСС Диаграмма БКСО Характеристики каналов скорости и пути fи. В f. БКСО 80 мкс 15 В Uус » 125 мкс 80 × 15 125 » 9 В Структура БС Диаграмма перемещения по оси X X t 73

Структура следящего электропривода XЗ КРП k. П 2 2 T 0 × p + 2 × x × T 0 × p + 1 lу i. C lp S 2×p J 1 X P 74

Структурная схема УЧПУ 2 С 42 -65 75

Схема расширителя канала 76

Цикл передачи информации пассивному приёмнику данных Структура приёмника ШДА ШУ РД A DC вывод D запись ВК & D ТТQ СИП Dt ВУ С СИА R 77

Цикл обращения к каналу при чтении данных 78

Ввод адреса вектора прерывания запрос прерывания ЦП предоставление прерывания ПУ ПУ 1 2 79

Субблок станочной магистрали канал микро. ЭВМ MD 00 РД РД ДША MD 15 станочная магистраль данных вывод привод АЦП датчики А 00 выбор устройства (блока) выбор субблока А 04 80

Блок входных сигналов 81

Блок выходных сигналов Uн=24 В, I=0, 2 А 82

Схема дешифратора адреса 83

Построение ЦАП SB 449 З/О 0/1 -12 В/0 В 1/0 З/О 84

Блок управления приводом с применением интегрального ЦАП и мультиплексного режима 85

Функциональная схема сопряжения следящего электропривода с микропроцессорной системой 2 С 42‑ 45 Редуктор 86

Функциональная схема блока запитки ВТ 87

Схема формирователя синуса 88

Формирователь сигнала косинус 89

Формирователь опорного сигнала 90

Принцип определения дробной части поворота фазы Структура данных оцифровки ИО - импульс оборота. ИЗ - импульс записи. ИС - импульс сброса. Частота 1. 25 к. Гц. 91

Схема субблока оцифрвки 92

Формирователь импульсов счета дробной части оборота фазы 93

Формирователь импульсов измерительного сигнала 94

Синхронизация сигналов импульсами частоты наполнения Схема синхронизации Диаграмма работы 95

Диаграмма формирование импульсов счета 96

Формирование импульсов оборота, записи, сброса Структурная схема Схема задержки и формирования Диаграмма 97

Узел определения направления вращения и выявления полного оборота фазы Сбой 1. Было 0. 999, стало 1. 300. Разность 0. 301 мм. - пройденный путь на интервале оцифровки. 98

Привязка результата оцифровки и линейному масштабу 99

Принцип оцифровки в системах ЧПУ «Уникон-30» Схема устройства Диаграмма 100

Циклограма работы термопластавтомата 101