Научно-исследовательская работа
«Система управления двухкоординатным объектом»
Выполнили: студентки 5 курса
ФИТАЭ
Проверил: доц
Москва 2008
Содержание
Введение
Разработка схемы стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон и схемы системы управления координатным столом
Принцип работы схемы системы управления стабилизации температуры
Принцип работы схемы системы управления каналами «X» и «Y»
Разработка печатной платы для стабилизации температурных режимов и центровки заготовки
Разработка схемы управления шаговым электроприводом для регулирования натяжения нитей в процессе ленточного снования
Анализ работы принципиальной электрической схемы управления
Выбор и расчет элементов схемы
Разработка печатной платы для управления шаговым электроприводом в процессе снования
Блок управления шаговым двигателем SMD-42
Программируемый контроллер SMC-3-1
Шаговый двигатель ДШИ-200-3
Принцип работы программы SMC_Program v.2.8
Назначение программы
Интерфейс пользователя
Выбор и настройка порта
Панель индикаторов
Управление через панель
Ручной режим управления
Заключение
Введение
В большом числе технологических процессов требуется управление объектом по двум координатам. В нашем случае объектом является координатный стол, для управления которого используем шаговый электропривод. В процессе ленточного снования применяется управление объектом – регулирующим органом – по одной координате. Задача заключается в минимизации затрат на узел, высокоточном управлении.
Разработаем схему стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон и схему системы управления координатным столом. А также схему управления шаговым электроприводом для регулирования натяжения нитей в процессе ленточного снования.
Разработаем печатные платы (два канала – для управления координатным столом и один канал – для стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон; для управления регулирующим органом в процессе снования).
Принцип работы схемы системы управления стабилизации температуры
Зона нечувствительности определяется величиной напряжения, падающего на открытых диодах VD1 и VD2, равного примерного 0.3 - 0.4 В.
Когда величина входного напряжения превышает верхний порог срабатывания триггера Шмита, то в зависимости от знака входного напряжения либо на выходе DA1 (схема на нём запускается при входном импульсе напряжении отрицательной полярности), либо на выходе DA2 (схема на нём запускается при входном импульсе напряжения положительной полярности) формируется уровень напряжения, равный напряжению насыщения операционного усилителя. Это напряжение переводит в режим насыщения либо транзистор VT1, либо транзистор VT2, что, в свою очередь, определяет по какому алгоритму будет совершаться работа дальше.
Сигнал идёт на логические элементы, определяющие работу двигателя (совершать реверс или работать в обычном режиме) с помощью которого открывается клапан подачи газа. В случае достижения координатным столом крайних положений срабатывают конечные переключатели J1 и J2, блокирующие работу двигателей. В этом случае вывести координатный стол из конечного положения можно только в ручном режиме.
Шаговый привод реализован с помощью блока SMC-3, который вырабатывает импульсные сигналы, и блока SMD-42, отвечающий за работу двигателя ДШИ-200 в соответствии с заложенной программой.
Разработка печатной платы для управления шаговым электроприводом в процессе снования
Для разработки платы требуется выбрать необходимые микросхемы.
Конец первой фазы соединяем с началом второй. Начало третьей фазы – с концом четвертой.
Таблица 3 Технические характеристики блока управления SMD-42.
| Параметр | Минимальный | Максимальный |
| Напряжение питания, В | 20 | 50 |
| Максимальный выходной ток, А | 1,0 | 4,2 |
| Входной ток управляющих сигналов, мА | 7 | 16 |
| Максимальная входная частота, кГц | 0 | 30 |
| Температура окружающего воздуха, °С | 0 | 50 |
| Относительная влажность воздуха, % | 40 | 90 |
| Масса, кг | 0,28 | |
В блоке используются дифференциальные входы для улучшения помехоустойчивости и гибкости интерфейса. Интерфейс позволяет принимать однонаправленные управляющие сигналы от контроллера.
Для питания блока могут использоваться стабилизированные и нестабилизированные источники питания постоянного тока. Для снижения общей стоимости возможно использование нескольких блоков с одним источником питания.
Блок позволяет дробить шаг до 1/128. Предусмотрена возможность устанавливать ток удержания (половина/полный от значения рабочего тока).
Блок поддерживает два режима управления ШД:
· Управление ШД от внешнего устройства, посредством логических сигналов: “ШАГ”, “НАПРАВЛЕНИЕ” и “РАЗРЕШЕНИЕ”. Подача сигналов осуществляется импульсами.
· Управление ШД от компьютера осуществляется через LPT-порт с использованием программы StepMotor_LPT.
StepMotor_LPT позволяет:
1) задавать и отрабатывать необходимое количество шагов, либо осуществлять непрерывное вращение;
2) осуществлять выбор направления вращения ротора шагового двигателя;
3) осуществлять выбор скорости вращения шагового двигателя;
4) определять положение ротора шагового двигателя;
5) а также определять число фактически отработанных шагов, время и скорость вращения шагового двигателя;
Программируемый контроллер SMC-3-1 (рис. 17) предназначен для управления шаговыми приводами. Контроллер SMC-3-1 включает в себя 3 независимых канала управления приводами. Каждый из каналов выполнен на микроконтроллере ATMega8 и работает по исполнительной программе, содержащейся в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Исполнительная программа записывается от ПК через интерфейс RS232.
Рис. 17. Программируемый контроллер SMC-3-1.
Контроллер SMC-3-1 выполнен в виде платы (рис. 18) с расположенными на ней электронными компонентами, элементами индикации, органами управления, клеммами и разъемами.
Рис. 18. Конструкция SMC-3-1.
Кроме электронных компонентов на плате располагаются:
- винтовые клеммы для подключения соединительных проводов линий управления, сигнализации и питания;
- разъем XS1 для связи с компьютером;
- кнопки SA1 и SA2 «СБРОС» и «ПУСК»;
- подстроечный резистор R46 для управления скоростью вращения двигателей в ручном режиме;
- светодиодные индикаторы nVD1 – nVD3 для индикации режимов работы устройства.
Для уменьшения помех и увеличения длины линий связи устройство имеет балансные выходы по линиям импульсов переключения nPUL.
Каждый из каналов устройства имеет 4 выходных линии управления входами драйверов и 2 входных линии сигнализации.
Назначение линий приведено в таблице 4.
Таблица 4
| nPUL- | Выход импульсов |
| nPUL+ | Выход импульсов инверсный |
| nDIR- | Выход переключения реверса |
| nENA- | Выход разрешения двигателя |
| nSM- | Выход установки микрошага |
| +12B | Питание входов управления драйвера ШД |
| nRS | Вход переключателя реверса |
| nBS | Вход аварийного выключателя |
| Общ. | Общий |
| +Um | «Плюс» источника питания |
| -Um | «Минус» источника питания |
Контроллер может работать как автономно (вручную), так и от ПК. Предусмотрена возможность синхронизации работы двигателей, подключенных к блоку управления SMC-3-1.
Таблица 5
Технические характеристики контроллера SMC-3-1.
| Количество каналов управления шаговыми двигателями | 3 |
| Диапазон частот импульсов перемещения ШД, Гц | 1-10000 |
| Точность установки частоты, %, не хуже | 0,02 |
| Выходной ток линий управления, мА | 12  10%
|
| Напряжение на выходе ненагруженной линии управления, В | 12 5%
|
| Максимальная длина линии связи, м | 30 |
| Напряжение питания постоянное, В | 22-40 |
| Максимальный ток потребления, мА, в зависимости от напряжения | 100-200 |
Шаговые двигатели – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Современные шаговые двигатели являются, по сути, синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным, а частотным пуском шагового двигателя. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).
В настоящее время шаговые электродвигатели (ШД) находят все большее применение в различных технических системах. В текстильной отрасли с помощью ШД осуществляется управление нитеподачей, перемещение кареток и игольниц и т.д. Выбираем шаговый двигатель ДШИ-200-3 (рис. 19):
Рис. 19. Шаговый двигатель ДШИ-200-3.
Таблица 6
Основные технические характеристики шагового двигателя ДШИ-200-3.
| Максимальный статический момент, нт | 0,84 |
| Единичный шаг, град | 1,8 |
| Погрешность обработки шага, % | 3 |
| Максимальная частота приемистости, Гц | 1000 |
| Ток питания в фазе, А | 1,5 |
| Напряжение питания, В | 30 |
| Потребляемая мощность, Вт | 16,7 |
| Масса, кг | 0,91 |
| Стоимость, руб. | 1000 |
Принцип работы программы SMC_Program v .2.8
Назначение программы.
Программа SMC_Program предназначена для работы с трехканальным контроллером управления шаговыми двигателями SMC-3 и программируемым блоком управления шаговыми двигателями SMSD-3.0. Программа подает команды для управления шаговыми двигателями контроллеру SMC-3 или блоку SMSD-3.0 через Com-порт персонального компьютера (интерфейс RS-232).
Интерфейс пользователя.
Рис. 20. Окно программы SMC_Program v.2.8.
Окно программы SMC_Program v.2.8 показано на рис. 17.
Основное меню (1) предназначено для загрузки и сохранения исполняемых программ (пункт «файл»), настройки работы Com-порта ПК (пункт «Установки») и настройки работы приложения (пункт «Настройки»).
Панель индикаторов режимов (2) отображает режимы, в которых находятся каналы контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0, а также позволяет вручную редактировать режимы каналов.
Панель команд (3) предназначена для составления перечня команд, для отправки контроллеру или блоку или для сохранения в файл. Каждая команда отображается в таблице (в окошке 13). По нажатию кнопки “Отправить” (12) перечень команд из списка (13) отправляется контроллеру или блоку. Кнопка “Очистить” (11) удаляет все команды из списка (13), кнопка “Удалить текущую строку” (10) удаляет одну текущую команду.
Переключатель (4) осуществляет переключение между режимом управления через панель (упрощенный режим управления) и ручным режимом (программа на рис. 20 находится в ручном режиме).
Окошко (5) отображает процесс работы – лог-журнал работы контроллера или блока.
Кнопки “Открыть порт” (7) и “Закрыть порт” (6) осуществляют открытие и закрытие порта. (При загрузке программы порт открывается автоматически).
Полоса состояния (8) отображает настройки открытого порта.
Полоса состояния (9) отображает номера каналов, которым будут адресованы команды при управлении через панель (переключиться в “Управление через панель” можно при помощи переключателя (4)).
Выбор и настройка порта
При загрузке программы SMC_Program v.2.8 настройки работы Com-порта выставлены в соответствии с протоколом обмена с контроллером SMC-3. (Скорость 9600 бод, контроль четности, 1 стоп-бит, 8 бит в байте). Эти настройки для нормальной работы приложения менять не нужно.
Необходимо выставить номер com-порта, к которому подключен контроллер SMC-3. Для этого выберите в меню пункт «Установки» >>> «Выбрать порт». В появившемся окошке необходимо выбрать нужный порт. (Рис. 21).
Рис. 21. Окно выбора номера порта.
Панель индикаторов.
Рис. 22. Установка режимов каналов контроллера.
Панель индикаторов режимов (2 – на рис. 20) отображает, в каком из режимов находятся каналы контроллера или блока. При работе контроллера SMC-3 могут быть использованы все 3 канала, при работе блока SMSD-3.0 – только 1 канал. Каждый из каналов может находиться в одном из следующих режимов:
· Дежурный режим. В этом режиме зажигается зеленый индикатор (светодиод) канала. Цветовой индикатор на панели индикаторов режимов (2 – на рис. 20) также зеленого цвета. Канал контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0 находится в режиме ожидания.
· Режим загрузки программы. В этом режиме зажигается оранжевый индикатор (светодиод) канала. Цветовой индикатор на панели индикаторов режимов (2 – на рис. 20) желтого цвета. Контроллер SMC-3 или блок SMSD-3.0 находится в режиме загрузки исполнительной программы.
· Режим выполнения программы. В этом режиме зажигается красный мигающий индикатор (светодиод) канала. Цветовой индикатор на панели индикаторов режимов (2 – на рис. 20) красного цвета. Канал контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0 отрабатывает записанную в его память исполнительную программу.
· Режим паузы/ Аварийный режим. В этом режиме зажигается оранжевый мигающий индикатор (светодиод) канала. Цветовой индикатор на панели индикаторов режимов (2 – на рис. 20) черного цвета. Выполнение каналом контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0 исполнительной программы приостановлено – по команде от ПК, либо от датчика.
Для корректной работы программы режимы состояния каналов контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0 на панели индикаторов должны совпадать с действительными режимами каналов контроллера (светодиоды на контроллере SMC-3).
Управление через панель.
Режим управления через панель предназначен для упрощенного быстрого управления шаговыми двигателями, подключенными к контроллеру SMC-3 или блоку SMSD-3.0. Окно программы SMC_Program v.2.8 в режиме управления через панель показано на рис. 23. Перейти в режим управления через панель можно при помощи переключателя 4 – рис. 20.
Рис. 23. Окно программы SMC_Program v.2.8 в режиме управления через панель.
В режиме управления через панель возможны 4 команды: «Пуск», «Стоп», «Старт» и «Загрузка». Эти команды передаются в контроллер SMC-3 или блок SMSD-3.0 по нажатию соответствующих кнопок «Пуск» - (11), «Стоп» - (12), «Старт» - (14) и «Загрузка» - (13).
В окошке (3) задается число шагов, которые нужно выполнить двигателю (двигателям). Если отмечен флажок “Непрерывное движение” (4), число шагов в окошке (3) будет игнорироваться, а двигатель будет работать непрерывно.
В окошках (5) и (6) задается максимальная и начальная скорости движения. В окошке (7) задается величина ускорения, переключатель (8) определяет, будет ли движение осуществляться с ускорением или без ускорения. Если переключатель (8) в положении “Без ускорения”, движение будет осуществляться со скоростью, заданной в окошке (5) (“Максимальная скорость”).
Переключатель (9) задает режим дробления шага или режим целого шага.
Переключатель (10) задает направление движения двигателя.
Кнопка «Загрузка» (13) предназначена для загрузки данных из панели управления в каналы контроллера, отмеченные флажками на панели индикаторов режимов (1 на рис. 23). По нажатию кнопки «Загрузка» формируется программа на основе данных панели и загружается в память контроллера SMC-3 или блока SMSD-3.0. Программа перезаписывается в канал (каналы), предыдущая программа стирается из памяти. Запуск двигателя (двигателей) при этом не происходит.
Кнопка «Старт» (14) запускает на исполнение программу, которая записана в памяти канала (каналов), отмеченных флажками на панели индикаторов режимов (1 на рис. 23). При этом данные панели управления (3 – 10) не используются.
По нажатию кнопки “Пуск” двигатели (каналы), отмеченные флажками на панели индикаторов режимов (1) начнут отрабатывать заданное количество шагов (или непрерывное движение, если отмечен флажок (4)) с заданными скоростью и ускорением (5, 6, 7, 8) в направлении, отмеченном переключателем (10) в режиме целого шага или в режиме дробления шага (в соответствии с переключателем (9)). При этом исполняемая программа соответствующих каналов будет перезаписана. Нажатие кнопки «Пуск» равнозначно последовательному нажатию сначала
кнопки «Загрузка», потом кнопки «Старт».
Кнопка “Стоп” (12) прерывает работу каналов, отмеченных флажками на панели индикаторов режимов (1).
Ручной режим управления.
Перейти в ручной режим управления можно при помощи переключателя (4) (рис. 20). В ручном режиме основными элементами являются список команд (программа) (рис. 24) и панель команд (рис. 25).
Рис. 24. Список команд (программа). Рис. 25. Панель команд.
Список команд для отправки контроллеру SMC-3 или блоку SMSD-3.0 составляется при помощи кнопок панели команд (рис. 25). Нажатие на кнопку на панели команд добавляет соответствующую команду в конец списка. Для того, чтобы переместить команду в списке на новую позицию необходимо нажать на номер этой команды в списке (первый столбец с номерами команд) и удерживая нажатой левую клавишу мыши перетащить строчку в нужную позицию. Чтобы удалить команду из списка, можно либо нажать кнопку «Удалить текущую строку», либо перетащить ненужную команду в конец списка. По нажатию кнопки «Очистить» очищается весь список команд.По нажатию кнопки «Отправить» список команд передается контроллеру SMC-3 или блоку SMSD-3.0. Программа, загружаемая в контроллер SMC-3-1 для начала работы шагового электропривода, показана на рис. 24. Скорость вращения двигателя ДШИ-200-3 угол шага равен 
. 1 оборот за 1 секунду. 
Заключение
Дальнейшие перспективы развития волоконной оптики в настоящее время связаны с созданием и использованием световодов среднего инфракрасного диапазона, таких как фторидные оптоволокна, для этого необходимо усовершенствование технологии их производства.
Разработанная схема стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон позволяет наиболее точно регулировать температуру вытяжки оптоволокна, что в свою очередь обеспечивает наименьший коэффициент оптических потерь в волокне.
В процессе вытяжки фторидных волокон недостаточно только поддерживать температуру на заданном уровне, необходимо также одновременно центрировать заготовку. С этой целью была разработана схема системы управления двухкоординатным объектом – координатным столом, жестко скрепленным с трубой, в которой находится заготовка.
В процессе ленточного снования применяется управление объектом – регулирующим органом – по одной координате. Была разработана схема управления шаговым электроприводом для регулирования натяжения нитей в процессе снования, обеспечивающая высокоточное управление и минимизацию затрат.
Также были разработаны печатные платы (два канала – для управления координатным столом и один канал – для стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон; для управления регулирующим органом в процессе снования).
Предложенная система управления может применяться также для решения задач в различных отраслях промышленности, связанных с двухкоординатным управлением. Поэтому можно говорить, что перспективы развития данной системы имеют большой потенциал в будущем.
Научно-исследовательская работа
«Система управления двухкоординатным объектом»
Выполнили: студентки 5 курса
ФИТАЭ
Проверил: доц
Москва 2008
Содержание
Введение
Разработка схемы стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон и схемы системы управления координатным столом
Принцип работы схемы системы управления стабилизации температуры
Принцип работы схемы системы управления каналами «X» и «Y»
Разработка печатной платы для стабилизации температурных режимов и центровки заготовки
Разработка схемы управления шаговым электроприводом для регулирования натяжения нитей в процессе ленточного снования
Анализ работы принципиальной электрической схемы управления
Выбор и расчет элементов схемы
Разработка печатной платы для управления шаговым электроприводом в процессе снования
Блок управления шаговым двигателем SMD-42
Программируемый контроллер SMC-3-1
Шаговый двигатель ДШИ-200-3
Принцип работы программы SMC_Program v.2.8
Назначение программы
Интерфейс пользователя
Выбор и настройка порта
Панель индикаторов
Управление через панель
Ручной режим управления
Заключение
Введение
В большом числе технологических процессов требуется управление объектом по двум координатам. В нашем случае объектом является координатный стол, для управления которого используем шаговый электропривод. В процессе ленточного снования применяется управление объектом – регулирующим органом – по одной координате. Задача заключается в минимизации затрат на узел, высокоточном управлении.
Разработаем схему стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон и схему системы управления координатным столом. А также схему управления шаговым электроприводом для регулирования натяжения нитей в процессе ленточного снования.
Разработаем печатные платы (два канала – для управления координатным столом и один канал – для стабилизации температурных режимов при производстве фторидных оптических волокон; для управления регулирующим органом в процессе снования).
Дата: 2019-12-10, просмотров: 230.
