Информационные технологии при проектировании высокомоментного линейного привода с цифровым программным управлением

Solid Works имеет следующие достоинства:

- Предоставляет пользователю полный набор функций геометрических построений и операций редактирования, содержит высокоэффективные средства твердотельного моделирования, основанные на постепенном добавлении или вычитании базовых конструктивных тел.

- Кроме создания твёрдых тел, в SolidWorks существует возможность построения различных поверхностей, которые могут быть использованы как для вспомогательных построений, так и самостоятельно.

- Предоставляет возможности создания твердотельных моделей стандартных деталей на основе управляющих таблиц с типоразмерами будущих элементов библиотеки, а также средства организации их в иерархически упорядоченную структуру с общим интерфейсом.

- Средства SolidWorks позволяют объединять в одной сборке сотни разнотипных деталей и подсборок, строить необходимые сборочные единицы, не выходя в режим создания деталей.

- Встроенные средства оформления чертежа, позволяют отслеживать ассоциативную связь между моделью и ее чертежом.

Характерной чертой Solid Works является то, что после создания твердотельной модели существует возможность автоматического получения рабочих чертежей детали или сборки с изображениями основных видов, проекций, простановкой основных размеров и обозначений. Для оформления в полном соответствии с ЕСКД рабочие чертежи передаются в чертёжно-графический редактор КОМПАС 5. Процесс построения чертежа упрощается за счет автоматического формирования сложных разрезов и выносок.

1.3.2 Программы, предназначенные для построения электрических и функциональных схем

При построении электрических и функциональных схем можно использовать такие средства как:

· P-CAD;

· Splan.

Система P-CAD предназначена для проектирования многослойных печатных плат (ПП) вычислительных и радиоэлектронных устройств. В состав P-GAD входят четыре основных модуля P-CAD Schematic, P-CAD PCB, P-CAD Library Executive, P-CAD Autorouters и ряд других вспомогательных программ, которые позволяют создавать, удалять, редактировать компоненты схем и плат, принципиальные схемы и макеты печатных плат.[4]

P-CAD Schematic и P-CAD PCB - соответственно графические редакторы принципиальных электрических схем и ПП.

Особенностями системы являются:

- Редакторы, которые имеют системы всплывающих меню в стиле Windows, а наиболее часто применяемым командам назначены пиктограммы. В поставляемых вместе с системой библиотеках зарубежных цифровых ИМС имеются три варианта графики: Normal - нормальный (в стандарте США), DeMorgan -- обозначение логических функций, IEEE -- в стандарте Института инженеров по электротехнике (наиболее близкий к российским стандартам). [8]

- Редактор P-CAD PCB может запускаться автономно и позволяет разместить модули на выбранном монтажно-коммутационном поле и проводить ручную, полуавтоматическую и автоматическую трассировку проводников. Если P-CAD PCB вызывается из редактора P-CAD Schematic, то автоматически составляется список соединений схемы и на поле ПП переносятся изображения корпусов компонентов с указанием линий электрических соединений между их выводами. Затем вычерчивается контур ПП, на нем размещаются компоненты и, наконец, производится трассировка проводников.

Система P-CAD имеет следующие достоинства:

- Библиотеки (*.lib) в системе P-CAD содержат не только информацию о рисунке символа компонента на электрической схеме и посадочном месте компонента на печатной плате, но и текстовую информацию о внутренней структуре и функциях отдельных составляющих компонента.

- Символ компонента и его посадочное место можно записывать не только в библиотеку, но и в отдельные файлы с расширениями *.sym и *.pat соответственно.

- Система P-CAD позволяет проверять, удовлетворяет ли разработанная плата конструкторско-технологическим требованиям.

Характерной чертой системы является то, что каждый компонент состоит из одной или нескольких (одинаковых или различных) логических секций (вентилей), которые упаковываются в один корпус. Компоненты с разными именами могут иметь одну и ту же графику корпуса или символа. Корпусы и символы в этом случае должны находиться в одной и той же библиотеке.

Так же P-CAD, как и другие графические пакеты, позволяет получить чертежи в процессе разработки электронного устройства. Для этого предназначены модули PCPRINT и PCPLOTS.

1.4 Компьютерные технологии, применяемые при разработке блока управления

Реализация управляющего модуля может быть различной, в зависимости от области применения, сложности выполняемой функции и ряда других причин. Построить его можно, используя микропроцессор, микроконтроллер, жесткую логику или программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС). И именно ПЛИС в последнее время отдают предпочтение разработчики, благодаря ряду преимуществ. Что касается микроконтроллеров, то при организации функции управления, т.е. при программировании его на выполнение заданного алгоритма управления используют, как правило, стандартные широко известные языки программирования (обычно СИ).

Разработка блока управления зачастую требует применения специализированного программного обеспечения, поскольку в настоящее время, как правило, в комплекте с управляющим модулем производители поставляют и программное обеспечение (ПО) к нему. Производители ПЛИС дают возможность конструкторам настраивать управляющий модуль непосредственно на месте разработки, используя адаптированное ПО. Как правило, выпускается универсальное устройство с довольно большими возможностями, а разработчик с помощью прилагаемого ПО настраивает необходимый алгоритм управления из имеющимися в его распоряжении встроенных функций. Такая процедура дает возможность гибкой настройки и перенастройки управляющего модуля в зависимости от области применения, что заметно ускоряет и облегчает задачу разработчика.

К таким производителям, в частности, относятся наиболее крупные Xilinx и Altera.

Фирма Altera предлагает САПР MAX+PLUS II и Quartus II. Каждый САПР поддерживает все этапы проектирования: Ввод проекта, Компиляция, Верификация и Программирование. Каждый САПР имеет Tutorial (Самоучитель), который устанавливается при инсталляции пакета. Tutorial состоит из занятий, в ходе которых проходится весь цикл проектирования от ввода проекта до программирования микросхем. При инсталляции также устанавливаются файлы, описывающие проект так, что в ходе изучения Tutorial можно пропускать отдельные занятия и использовать готовые файлы. Например, можно пропустить "Ввод проекта" и перейти к "Компиляции" проекта, используя готовые файлы. [2]

САПР MAX+PLUS II является более простым в освоении по сравнению с Quartus II. Он поддерживает семейства MAX, FLEX и ACEX, которые содержат микросхемы с 5В питанием и количеством функциональных преобразователей от 32 до 4992 и имеет меньшее количество настроек. Этот САПР фирма Altera не развивает и рекомендует переходить на Quartus II.

САПР Quartus II является основным. Фирма Altera активно его развивает. Он поддерживает все новые семейства микросхем и обладает особенностями, которых нет в MAX+PLUS II. Запрограммировать модуль можно с помощью языка описания аппаратуры ALTERA HDL.

Для проектирования устройств с применением ПЛИС фирма Xilinx выпустила специализированное программное обеспечение XILINX ISE. Базовая версия (с ограниченным количеством поддерживаемых МС с объемом вентилей до 300 тысяч и некоторыми другими ограничения) бесплатно доступна для широкого использования. Для реализации более сложных задач фирма предлагает лицензионное ПО.

САПР XILINX ISE WebPACK представляет собой комплекс программных средств, позволяющих разработчику эффективно и с минимальными по времени затратами по сравнению с классическим подходом к проектированию с использованием жесткой логики, спроектировать устройство.

Достоинством является то, что:

- Проект можно описывать несколькими способами. Один из способов описания проекта, схемотехнический.

При его использовании ввод схемы осуществляется с помощью графического редактора ECS. САПР XILINX ISE имеет встроенный графический редактор описания схем с помощью диаграмм состояний- StateCAD.[3]

САПР XILINX ISE разрабатывался с ориентацией на работу с языками высокого уровня. Ввод HDL описания осуществляется в главном окне оболочки Project Navigator.

- Если разработчик не использовал в своей работе языки высокого уровня, то для более быстрого освоения в САПР имеется набор шаблонов Language Template. В нем даны примеры описания конструкций основных функциональных элементов.

Основным преимуществом САПР XILINX по сравнению с Altera является наличие встроенных трассировочных матриц, что значительно увеличивает ресурсы.

1.5 Разработка управляющей программы

Разработка управляющей программы требует от разработчика определенных навыков владения языками программирования. Причем при разработке управляющей программы или прикладного программного обеспечения приходится учитывать на каком компьютере оно будет в дальнейшем установлено. Если планируется серийный выпуск, то соответственно таких данных быть не может, и в этих случаях используют среду разработки, которую можно пропускать без изменений на различных аппаратных средствах, в том случае если придется вносить какие либо изменения в зависимости от условий эксплуатации и т.д.

Достоинствами являются:

- Язык "C" универсальный язык программирования. Он тесно связан с операционной системой "UNIX" , так как был развит на этой системе и так как "UNIX" и ее программное обеспечение написано на "C".

- Сам язык "C" не связан с какой-либо одной операционной системой или машиной.[8]

- В языке "C" отсутствуют операции, имеющие дело непосредственно с составными объектами, такими как строки символов, множества, списки или с массивами, рассматриваемыми как целое.

- Язык "C" предлагает только простые, последовательные конструкции потоков управления: проверки, циклы, группирование и подпрограммы, но не мультипрограммирование, параллельные операции, синхронизацию или сопрограммы.

Характерными особенностями являются:

- Поскольку язык "C" - это язык относительно "низкого уровня", то "C" имеет дело с объектами того же вида, что и большинство ЭВМ, а именно, с символами, числами и адресами. Они могут объединяться и пересылаться посредством обычных арифметических и логических операций, осуществляемых реальными ЭВМ.

- В "C" нет никакого аналога операциям PL/1, оперирующим с целыми массивами и строками.

- Сам по себе "C" не обеспечивает никаких возможностей ввода-вывода: здесь нет операторов READ или WRITE и никаких встроенных методов доступа к файлам.

- Несмотря на то, что "C" соответствует возможностям многих ЭВМ, он не зависит от какой-либо конкретной архитектуры машины и в силу этого без особых усилий позволяет писать "переносимые" программы, т.е. программы, которые можно пропускать без изменений на различных аппаратных средствах. За исключением программ, которые неизбежно оказываются в некоторой степени машинно-зависимыми, таких как компилятор, ассемблер и отладчик. [8]

Среда Delphi - это сложный механизм, обеспечивающий высокоэффективную работу программиста. Визуально она реализуется несколькими одновременно раскрытыми на экране окнами:

· Дизайнер Форм (Form Designer),

· Окно Редактора Исходного Текста (Editor Window),

· Палитра Компонент (Component Palette),

· Инспектор Объектов (Object Inspector),

· Справочник (On-line help).

Особенностями системы являются:

- Окна могут перемещаться по экрану, частично или полностью перекрывая друг друга, однако расположение и размеры окон никак не влияют на их функциональность.[8]

- Среда Delphi включает в себя много компонентов, приложений. Существуют три версии поставки Delphi - Standart (Стандартная), Professional (Профессиональная), Enterprise (Корпоративная).

- Delphi использует структурный объектно-ориентированный язык (Object Pascal). Delphi полностью поддерживает передовые программные концепции, включая инкапсуляцию, наследование, полиморфизм и управление событиями.

Достоинствами системы являются:

- Встроенный компилятор, обеспечивающий высокую производительность, необходимую для построения приложений в архитектуре "клиент-сервер".

- Возможность выбора в процессе построения приложения из палитры компонент готовых компонент и просмотра еще до компиляции результатов своей работы - после подключения к источнику данных их можно видеть отображенными на форме, можно перемещаться по данным, представлять их в том или ином виде.

- Среда Delphi включает в себя полный набор визуальных инструментов для скоростной разработки приложений (RAD - rapid application development), поддерживающей разработку пользовательского интерфейса и подключение к корпоративным базам данных. VCL - библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE. Визуальные компоненты Delphi открыты для надстройки и переписывания. Библиотека объектов включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами, управление DDE и OLE.

Сводная таблица описанных ранее компьютерных технологий, применяемых на этапах разработки объекта машиностроительного профиля, приведена в Приложении А.

ГЛАВА 2. СОВРЕМЕННЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫСОКОМОМЕНТНОГО ЛИНЕЙНОГО ПРИВОДА С ЦИФРОВЫМ ПРОГРАММНЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

Привод линейный синхронный представляет собой комплектный привод прямого действия на базе однокоординатного синхронного линейного двигателя на опорах качения с линейными подшипниками. Управление приводом осуществляется от унифицированного блока управления, входящего в состав привода.

Высокомоментный линейный привод с цифровым программным управлением предназначен для использования в оборудовании, применяемом при нарезке металла, раскрое ткани и других областях, в которых требуется перемещение вдоль одной или нескольких координат с некоторой заданной скоростью и точностью. Привод включает линейный двигатель с постоянными магнитами из редкоземельных металлов и блок управления, содержащий модуль память и микропроцессор. Блок управления осуществляет связь привода с управляющей ЭВМ, отслеживает отработку заданных параметров функционирования, осуществляет контроль за точностью отработки координаты.

Привод ПЛС представляет собой безжелезную конструкцию синхронного линейного двигателя, т.е, пиковая тяга двигателя ограничена только возможностями блока управления и максимально допустимой рассеиваемой мощностью подвижной катушки. Отсутствие в магнитной цепи двигателя железных элементом с насыщением обеспечивает отсутствие зубцового эффекта при перемещении катушки.

Индуктор перемещается относительно статора свободно за счет конструктивного зазора. Магнитный зазор между подвижной и неподвижной частями составляет несколько десятых долей миллиметра. Индуктор опирается на линейные направляющие, закрепленные на корпусе. Расположенная на катушке двухфазная обмотка при питании каждой фазы соответственно синусоидальным и косинусоидальным током обеспечивает бегущую волну электромагнитного поля. Взаимодействие этого поля с полем расположенных на статоре постоянных магнитов и создает тяговое усилие при перемещении индуктора относительно неподвижного статора. Формирование синусоидальных и косинусоидальных токов, также как и регулировка амплитуд этих токов для получения требуемой мгновенной тяги в соответствии с алгоритмами управления обеспечивается блоком управления.

Страницы: 1, 2, 3