Микропроцессорная система управления технологическим оборудованием типа CNC. Модуль входных сигналов

Микропроцессорная система управления технологическим оборудованием типа CNC. Модуль входных сигналов

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Кафедра «Автоматизация и роботехника»

Пояснительная записка к курсовому проекту

по дисциплине «Схемотехника систем управления»

Тема: «Микропроцессорная система управления технологическим оборудованием типа CNC. Модуль входных сигналов»

Разработал: ст. гр. А-416

Д.С. Петраков

Омск 2010

Аннотация

В данной курсовой работе разрабатывается микропроцессорная система управления технологическим оборудованием, проектируется модуль выходных управляющих сигналов на базе интерфейса МПИ.

МПСУ ТО может быть использована для управления роботами, станками и другими автоматизированными устройствами в разных областях промышленности.

Модуль вывода управляющих сигналов предназначен для формирования дискретных сигналов на различные исполнительные устройства технологического оборудования.

Курсовой проект состоит из графической части и пояснительной записки. Графическая часть содержит 2 листа формата А1.

Содержание

Аннотация

Введение

1. Разработка структурной схемы МПСУ ТО и модуля выходных управляющих сигналов

1.1 Разработка структурной схемы МПСУ

1.2 Разработка структурной схемы модуля выходных управляющих сигналов

2. Разработка принципиальной электрической схемы модуля

3. Разработка сборочного чертежа модуля

4. Расчетная часть проекта

4.1.1 Расчет элементов делителя

4.1.2 Расчет нагрузочного резистора

4.2 Расчет потребляемых модулем токов от источников питания

4.3 Расчёт фильтра питающего напряжения

4.4 Проверка разъемов по току

Заключение

Библиографический список

Приложения

Введение

Автоматизация технологических процессов является одним из решающих факторов улучшения качества продукции, повышения производительности и улучшения условий труда. Все существующие и строящиеся промышленные объекты в той или иной степени оснащаются средствами автоматизации.

При создании современных автоматизированных систем управления наблюдается мировая интеграция и унификация технических решений. Основное требование современных систем автоматического управления - это открытость системы, когда для нее определены и описаны используемые форматы данных и процедурный интерфейс, что позволяет подключить к ней “внешние” независимо разработанные устройства и приборы.

Стандартизация является основой для текущей тенденции развития программных и технических средств автоматизации. Она охватывает с каждым годом все большее число свойств и характеристик средств, способов их построения, условий их работы. Она создает и способствует успешной реализации открытости программных и технических средств разных фирм друг к другу путем унификации их интерфейсов. Наряду с унифицированными интерфейсами, наличие также у отдельных средств автоматизации модульного исполнения позволяет производить сборку конкретных систем с индивидуальными свойствами из набора открытых (большей частью стандартизированных) модулей. Развитие этой тенденции на различные классы программных и технических средств автоматизации, наряду с общими тенденциями стандартизации и открытости, позволяет собирать из готовых модулей разных производителей все более значительные части требуемых систем автоматизации. Данное направление развития средств автоматизации делает системы управления все более гибкими, легко перестраиваемыми и расширяемыми по мере необходимости.

Тема данного курсового проекта: “Микропроцессорная система управления технологическим оборудованием. Модуль вывода управляющих сигналов”. Современные микропроцессорные системы управления проектируются на основе модульного принципа построения, предусматривающего выполнение всех модулей системы как функционально законченных элементов. При этом необходимо обеспечить функциональную, электрическую и механическую совместимость модулей в системе.

Реализация данных требований возможна при применении соответствующих стандартных интерфейсов. Одним из стандартизированных интерфейсов является интерфейс МПИ, на базе которого в курсовом проекте необходимо спроектировать модуль выходных управляющих сигналов для системы управления технологическим оборудованием.

При выполнении курсового проекта разрабатываются структурные схемы МПСУ и модуля выходных управляющих сигналов, принципиальная электрическая схема модуля, сборочный чертеж модуля, проводятся все необходимые расчеты.

1. Разработка структурных схемы МПСУ и модуля входных дискретных сигналов

1.1 Разработка структурной схемы МПСУ

Функции микропроцессорной системы управления (МПСУ) можно определить через систему его необходимых внешних взаимодействий. Взаимодействие МПСУ с объектом-станком состоит в управлении формообразованием детали (геометрическая задача), в управлении дискретной автоматикой станка (логическая задача), в управлении рабочим процессом станка (технологическая задача). Взаимодействие с окружающей производственной средой (терминальная задача) проявляется через диалог с оператором и информационный обмен с управляющей ЭВМ более высокого ранга.

Структурная схема проектируемой МПСУ представлена на листе графической части проекта КП.2068.998-А1-01-22.00.000.Э1.

В МПСУ входят следующие модули: модуль центрального процессора, модули связи с оператором, модуль связи с ЭВМ верхнего уровня, модуль связи с СУ промышленного робота, модули управления приводами, модули вывода управляющих сигналов, модули ввода дискретных сигналов, модули адаптивного управления, модули измерительных преобразователей.

Модуль центрального процессора предназначен для управления работой всех элементов МПСУ ТО на основе управляющей программы, включает в себя микропроцессор, ПЗУ, ОЗУ. Обмен информацией в системе осуществляется в режиме адресного обмена с использованием 8-и разрядной ШД.

Модули связи с оператором (МСО) предназначены для ввода/вывода управляющих программ, вывода информации о ходе технологического процесса на индикацию либо дисплей, а также для оперативного управления технологическим процессом. МСО обеспечивает связь с типовым набором терминальных устройств, в который входят: пульт оператора, пульт инженера, дисплей, перфоратор ленточный, фотосчитывающее устройство, устройства ввода/вывода на гибких и жестких магнитных дисках.

Модуль связи с ЭВМ верхнего уровня предназначен для обеспечения возможности встраивания МПСУ в систему управления ГПС. Модуль осуществляет функциональное и электрическое согласование сигналов, а также преобразование параллельных кодов микроЭВМ УЧПУ в последовательные коды канала связи и обратные преобразования. По каналам связи с ЭВМ верхнего уровня обычно передается диагностическая информация о ходе технологического процесса и оборудования, статическая информация, а также новые управляющие программы в УЧПУ при изменении типа обрабатываемых деталей.

Модуль связи с СУ промышленного робота выполняет функции формирования интерфейса разработчика. Он может быть аналогичен модулю связи с ЭВМ верхнего уровня либо иным, если СУ ПР не имеет стандартного выхода для встраивания в СУ ГПС.

Модули управления приводами (модули ЦАП с гальванической развязкой в цифровой части) формируют аналоговые сигналы задания для комплектных следящих приводов. Выдаваемые сигналы определяют направление и скорость перемещения по координатам. Комплектные следящие привода обеспечивают управление электродвигателями переменного или постоянного тока соответствующих координат технологического оборудования. Количество модулей определяется числом управляемых координат и конструктивными особенностями модулей.

Модули вывода управляющих сигналов предназначен для формирования дискретных сигналов типа “вкл/выкл” на различные исполнительные устройства ТО (электромагнитные муфты коробки скоростей; электромагнитные клапаны управления в пневмо- и гидросистеме; электродвигатель насоса охлаждения; привод автооператора смены инструмента; приводы различных средств автоматизации вспомогательных операций). Модули гальванически развязывают и согласуют по уровням напряжений и токов сигналы МПСУ с сигналами управления исполнительными силовыми устройствами. Сигналы управления с модулей передаются на исполнительные элементы через стойку силового управления, где располагаются контакторы, пускатели, защита.

Модули ввода дискретных сигналов (сигналов типа “да/нет”) гальванически развязывают и согласуют сигналы микроЭВМ с сигналами, приходящими от различных датчиков ТО. К таким датчикам относятся: конечные выключатели крайнего положения механизмов перемещения по координатам; датчики безопасности, ограничивающие рабочую зону ТО; датчики положения и очувствления автооператора смены инструмента; датчики реле давления в пневмо- и гидросистеме; органы управления на пульте ТО (кнопки, переключатели и т.п.).

Выключатель концевой серии НВ-701 (далее - «выключатель»), предназначен для коммутации электрических цепей управления переменного и постоянного тока. Выключатели приводятся в действие управляющими упорами (кулачками) в определенных точках пути контролируемого объекта. Вид климатического исполнения У1 по ГОСТ 15150-69. Основные параметры и характеристики выключателей приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

· Рабочее положение выключателей в пространстве - лапами вниз;

· Степень защиты выключателей - IP44;

· Максимальная частота включений до 600 в час;

· Усилие необходимое для привода выключателей, - 100 Н;

· Механическая износостойкость не менее 106 циклов В-О;

· Масса выключателей - 2,7 кг.

Бесконтактные блокираторы Т 4000 Multi. Система ограничителей Т 4000 Multi состоит из следующих компонентов: датчиков (от одного до четырех), ответной части датчика с уникальным кодом (от одного до четырех) и одного релейного блока управления. Ответная часть имеет индивидуальную кодировку, благодаря чему ограничитель не может быть открыт с помощью посторонних предметов. Релейный блок имеет два светодиодных индикатора рабочего статуса, систему блокировки и может управляться внешним устройством.

Серия Т 4000-1RCA04 имеет расширенные возможности:

· подключение нескольких датчиков к одному блоку управления

· надежная защита от ошибочного срабатывания благодаря индивидуальному кодированию датчиков

· компактный дизайн датчика 42 x 25 x 12 мм

· класс защиты устройств IP 67.

Технические характеристики:

· Категория безопасности - 4 (EN 954-1);

· Кол-во датчиков - 1…4;

· Материал корпуса - пластик;

· Класс защиты - IP 20;

· Напряжение питания - 24 В пост. тока;

· Напряжение изоляции - 250 В пост. тока;

· Напряжение пробоя - 4000 В перем. тока;

· Диапазон рабочих температур - 0…55°С;

· Кол-во безопасных выходов (НР) - 2;

· Кол-во диагностических выходов - 4;

· Категория по EN 60947-5-2 - 1,5 A (230 В перем. тока), 1,2 A (24 В пост. тока);

· Кол-во срабатывания - 10 млн.

Индуктивный датчик P1D1-S03-0.6NO3A2 предназначен для контроля положения металлических объектов. В промышленном оборудовании используется в качестве бесконтактного концевого и путевого выключателя. Индуктивные датчики - самые распространенные бесконтактные датчики положения. Технические характеристики датчика представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Датчик давления Rosemount 3051S предназначен для измерения и непрерывного преобразования давления в унифицированный выходной сигнал постоянного тока или напряжения. Используются датчики в регуляторах и других устройствах автоматики в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами в системах водообработки, отопления, вентиляции и кондиционирования; гидравлических системах, холодильной технике, расходомерах и счетчиках; дизельных двигателях; тормозных системах; уровнемерах, в испытательных стендах и т.д. Технические характеристики датчика Rosemount 3051S представлены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Модули адаптивного управления - это многоканальные аналого-цифровые преобразователи. Они предназначены для преобразования аналоговых сигналов, приходящих от адаптивных датчиков, в цифровой код и передачи их в микроЭВМ МПСУ. В модулях обеспечивается гальваническая развязка аналоговой и цифровой части. В качестве датчиков используются: силомоментные, формирующие сигналы пропорциональные моменту, возникающему в процессе обработки детали; датчики тока (мощности) электродвигателя шпинделя; датчики контроля и диагностики инструмента (акустические, индуктивные, емкостные и др.); датчики контроля и диагностики ТО (измерительные головки, устанавливаемые вместо инструмента, датчики активного контроля деталей). Модули замыкают обратные связи соответствующих контуров адаптивного управления. МПСУ становится адаптивной только при наличии соответствующего программного обеспечения. Использование адаптивного управления позволяет существенно повысить точность обработки изделий на технологическом оборудовании.

Страницы: 1, 2