Системы программного управления промышленными установками

1. Структура курса

«СИСТЕМЫ ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫМИ УСТАНОВКАМИ»
Структура курса
• Введение, литература, классификация
• Программируемые логические контроллеры (ПЛК) –бак.
• Непрерывные системы ЧПУ с аппаратной реализацией
алгоритма
• Микропроцессорные системы ЧПУ
Лекции 32ч. –маг. (36 ч. -бак.)
Лабораторные работы –54ч. -маг (36ч.-бак)
Курсовой проект -30ч.
1

2.

Порядок выполнения лаб. работ по курсу СПУ 2018
Бригады
1
1
2
3
2 посл.
цифры №
зачетки
2М
Доп. адан.
6.1д,6.2а
6.3д.
3М
(язык LD)
Вариант
№6
2М
Доп.
задан.
6.1г,6.2г
6.3г.
3М
(язык LD)
Вариант
№5
1
2 посл.
цифры №
зачетки
Работы
3М
5ММ
(язык LD)
Вариант
Вариант
№10
№4
1
2 посл.
цифры №
зачетки
2М
Доп.
задан.
6.1е,6.2б
6.3е.
11.1
8
Вар. 3
Магистры ЭМС
11.1
8.3
Вар. 1
8
Вар. 2
5ММ
Вариант
№11
5ММ
Вариант
№12
11.1
Магистры ЭПА
Бригады
Работы
1
2.М*
9-вар 7
3M_V2.1
FBD
8.3
11.1
11.3
2
3M_V2.1
FBD
8.3
11.1
11.3
2_М*
9-вар 8
3
11.1
11.3
2.М*
9-вар 9
3M_V2.1
FBD
8.3
4
2_М*
9-вар 10
3M_V2.1
FBD
8.3
11.1
11.3
5
3M_V2.1
FBD
8.3
11.1
11.3
2.М*
9-вар 11
6
11.1
11.3
2_М*
9-вар 12
3M_V2.1
FBD
8.3
2

3. РТК  совокупность технологического оборудования с программным управлением, промышленных роботов и средств оснащения, которая

Гибкая производ
Роботизированный технологический комплекс
РТК1
УЧПУ
ад
овок
СУР
Станок
СО
ПР
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
3

4. Совокупность РТК в различных сочетаниях образует гибкую производственную систему

Структура ГПС
Совокупность РТК в различных сочетаниях образует гибкую
производственную систему
Гибкая производственная система
РТК1
УЧПУ
Склад
заготовок
СУР
РТК2
РТКN
Станок
СО
…
Склад
готовой
продукции
ПР
Транспортная
система
4

5. Состав ГПС

ГПС можно разделить на ряд подсистем:
подсистема обработки;
подсистема транспортирования,;
подсистема складирования;
подсистема инструмента и приспособлений;
подсистема контроля;
подсистема управления;
подсистема автоматического проектирования.
5

6. 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.
6

7. Список литературы

Чернов Е.А . Проектирование станочной электроавтоматики.
Машиностроение, 1990г.
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.: Академия3-е изд. 2007.
Минаев И.Г., Самойленко В.В. Программируемые логические
контроллеры: практическое руководство для начинающего
инженера. Ставрополь: АГРУС, 2009г.-100 с.
Медведев М.Ю., Пшихопов В.А. Программирование
промышленных контроллеров.-СПб.:Изл. «Лань»,2011.-288 с.
7

8. 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
Внешний
носитель
Форма
изделия
Считывающее
устройство
Коды
опорных
точек
Контрольно
измерительное
устройство
Результ
из мерен
Вычислит
устройство,
интерполятор
8

9. 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
9

10. Устройство обжимного прокатного стана

10

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

РО
Х
ФСУ
ЛИ
У
УУШДх
ШДх
ГУх
УУШДу
ШДу
ГУу
11

12. Компановка многооперационного станка

инструментальный магазин
шпиндель
ШБ
стойка
поворотный стол
продольный стол
поперечный стол
станина
12

13. Кинематика электропривода подачи

Ходовой винт – гайка качения
13

14. Кинематика электропривода подачи

Сильфонная муфта
14

15. Накопители инструментов

Накопители инструментов: -револьверные головки
-инструментальные магазины
-инструментальные склады
РП
РП
ОГ | | ОШ
ОГ ОШ
РП – рабочая позиция
ОГ – ось головки
ОШ ОГ
ОШ – ось шпинделя
15

16. 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
16

17. 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
17

18. Задание программы в функции пути

Пример организации системы
РЦ
Uп
Y1
ФИ1
SQ1
Y2
1
С
ФИ n
SQn
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
Y1
SQ1
ФИ1
Y2
18

19. Классификация СЧПУ

Системы ЧПУ можно разделить по ряду признаков.
По способу реализации алгоритма и набору функциональных возможностей:
NC,
CNC,
DNC.
PCNC
По виду движения механизма и характеру геометрической информации:
позиционные,
контурные,
комбинированные.
По числу потоков информации:
разомкнутые,
замкнутые,
адаптивные.
19

20. Деление СЧПУ по числу потоков информации

РО
1
УЧПУ
Разомкнутая СЧПУ
Ш
ШД
РО
1
УЧПУ
СУ ЭП
Замкнутая СЧПУ
Д
ИПП
ТГ
2
ИПП - измерительный преобразователь перемещений
3
РО
1
УЧПУ
СУ ЭП
Адаптивная СЧПУ
Д
ИИП
ТГ
2
20

21. Основные производители устройств ЧПУ

22. Функциональная схема СЧПУ класса NC

22

23. Схема шифратора клавиатуры

23

24. 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
24

25.

УСИЛИТЕЛИ СИГНАЛОВ ФСУ
25

26. Блок ввода программы

26

27. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА БВП Н33

Контроль на четность
1рРВР
=
=1
=
=1
=1
=1
- не 1 четный
(сбой)
0 – четное
(норма)
=1
8рРВР
27

28. Схема дешифратора адреса

G X
1рРВР
1 0
&
2рРВР
1 0
&
3
S ТТ Q
R
Q 4
&
5
S ТТ Q
R
Q 6
&
S ТТ Q 7
R
Q 8
&
9
S ТТ Q
R
Q 10
3рРВР
1 0
1
S ТТ Q
R
Q 2
2
&
4
6
7
9
X
4рРВР
0 1
5рРВР
0 1
7рРВР
1 1
&
t6
t5
&
&
G
ПрА
СбрА
Определитель Входные Регистр адреса
адреса
вентили
Дешифратор
адреса
28

29. Алгоритм линейной интерполяции по методу ОФ

29

30. Функциональная схема линейного интерполятора по методу ОФ

30

31. Алгоритм круговой интерполяции по методу ОФ

31

32. Функциональная схема кругового интерполятора по методу ОФ

32

33. Структурные схемы дискретного привода

Варианты дискретного привода
РО
СШД
В
Н коммутатор
УМ
m
ШД
РО
НСШД
В
Н коммутатор
УМ
m
ШД
ГУ
ГМ
МОС
33

34. Развертка индукторно-реактивного ШД

m=3
3
1ф
2ф
2
3
2
m
2
ш
mZ
3ф
э
2
2
Много-пакетный ШД
1П
2П
m1
m1
П
2
mk
m km1
34

35. Управление шаговым двигателем

Системы управления ШД
В
Н
m
Y
m
ШД
K
Коммутатор на базе регистра сдвига
ТГ
1Ф
+/- RG 1
1Ф
УМ1
ДШ
В
Н
1
C
m=6
6Ф
12
n=12
6Ф
УМ6
35

36. Коммутатор фаз ШД на основе двоичного счетчика

ДШ2
+/C
СТ
1
2
4
8
1
2
4
8
СТ 1
+/2
4
C
8
6Ф
ДШ1
РГ 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1Ф
Таблица информации
в пзу
1
2
4
8
ROM
0
1
2
3
4
5
1
к
Адрес
данные
0000
000011
0001
000111
0002
000110
УМ1-6
36
6

37. Система управления четырехфазным ШД

37

38. Конструкция аксиально-плунжерного гидромотора

38

39. Конструкция аксиально-плунжерного гидромотора

39

40. Гидрокинематическая схема ГУ

40

41. Сопряжение устройства ЧПУ со следящим электроприводом подачи

РО
КЭП
УЧПУ
Выч
УССП
СУЭП
ТП
Д
ЛДП
ТГ
ВТ
ИПП
41

42.

43. Функциональная схема импульсно-следящей системы

Интерполятор
+ CT
-
ЭП
ИПП
БС1
В
УС
А
БС2
1
А
1
Н
+ СТ
САУ
ЭП
ТГ
Н
Б
f0
А
Б
Д
СФИН
В
sin
cos
Y1
ИПП
Y2
Б
УУСП
ЭП
43

44. Схема блока синхронизации

fи Вп
1
S
R
2
Q
S
R
3
1
4
5
&
S
вых
R
+
f0А
f0Б
f0А
f0Б
fи Вп
Q1
Q2
Q4
вых
44

45. ЦАП для преобразования смещенного кода

Uвых
UЭ
N
0..0
10..0
1..1
-UЭ
-UЭ
RСМ
Uэ
R-2R
Uэ
......
2 R
n
2 R
UЦАП
1 0 0 ...... 0
Разряды
счетчика
45

46.

46

47. Линейные фотоэлектрические преобразователи перемещений

47

48. Электронный маховичёк

48

49. Круговые фотоэлектрические преобразователи перемещений

49

50. Сильфонная муфта для кругового энкодера

50

51. Функциональная схема импульсно-фазовой следящей системы ЧПУ

51

52. Блок синхронизации, сложения, вычитания

И1
&
f0A
f0В
БС1
f0Н
БС2
f0Б
ИЛИ1
1
ИЛИ2
И2
&
1
f0А fИ
Q
С
Q
52

53. Элементы функциональной схемы ИФСС

Диаграмма работы БЗДП
f0A
200
50
100
150
200
50
100
Схема ФИОС
Q1
Q2
&
На входе Ф1
На выходе Ф1
Ф1
Ф2
На входе Ф2
На выходе Ф2
fc = 500Гц
Диаграмма ФД
Характеристика ФД
f хS
U
уп
f xR
0
f вых Q
f вых
Q-
180
-100
360
100
j
N
Q
-1 мм
Q
U уп
+1 мм
D
Рабочая зона
53

54. Элементы функциональной схемы ИФСС

Диаграмма БКСО
Характеристики каналов скорости и пути
fиВ
Uус
Uуп
8-10В
fБКСО
80мкс
15В
Uус
125мкс
80 15
1-2,5В
f
8кГц
9В
D
1
125
Структура БС
Диаграмма перемещения по оси X
X
XOC - с каналом скорости
+15В
Q
БКСО Наз.
Q
БКСО Вп.
XOC - без канала скорости
t
-15В
54

55. Структура следящего электропривода

XЗ
КРП
K
P
lу
kП
2 2
T0 p 2 T0 p + 1
1
2
2
T0 p 2 T0 p + 1
lp
iC
S
2
1
X
P
S
k k рп k п i c
2
55

56. Структурная схема УЧПУ 2С42-65

56

57. Схема расширителя канала

выбор страниц первого банка
памяти
РС177772
ТГ
D
А16
DC
0
SC
1
ТГ
D
А17
2
3
РС177770
А18
А19
выбор страниц шестого банка
памяти
канал
микроЭВМ
A
B
C
К583АП26
4
A
A
0
4
B
C
B
C
1
УВ
ВК
57

58. 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
58

59. Цикл обращения к каналу при чтении данных

59

60. Ввод адреса вектора прерывания

запрос прерывания
ЦП
предоставление
прерывания
ПУ ПУ
1
2
«ввод», «ШУ»,
«СИП»
ПП
Р
ЗПР
ШД
А
РС
6
разрешен
р
S
ие
7р РС ЦП
ЗПР
Dt
&
заявк
S
а
7
р
ввод
СИП
&
Ф
А
В
П
АВП
ППР
СИП
ДА
АВП
R
60

61. Субблок станочной магистрали

канал
микроЭВМ
MD00
РД
РД
ДША
MD15
станочная
магистраль
данных
вывод
привод
АЦП
датчики
А00
выбор устройства
(блока)
выбор субблока
А04
61

62. Блок входных сигналов

62

63. Блок выходных сигналов

Uн=24В, I=0,2А
63

64. Схема дешифратора адреса

64

65. Плата входов –выходов УЧПУ NC210 c внешними модулями и кабелями связи

65

66. Построение ЦАП

SB449
+12В
40К
20К
10К
2,5K
5К
1,25K
R
10
RG
ВК
А01
А04
привод
150
24K
R
0
З/О
13
0/1
15
-12В
DA
-12В/0В
1/0
З/О
ВК RG
66

67. Блок управления приводом с применением интегрального ЦАП и мультиплексного режима

67

68. Функциональная схема сопряжения следящего электропривода с микропроцессорной системой 2С42‑45

Функциональная схема сопряжения следящего электропривода
с микропроцессорной системой 2С42-45
1
Хпр
Крп=1–7
2
SB449
#/A
комплектный ЭП
САУ ЭП
S
ТП
ШД
=0,001 Х
ос
ТГ
6
L 1;2;
1
2
программная часть
«Электроники МС1201»
5
SB449
ОИ
iд
Редуктор
sin ct
ИС 2,5кГц
ДП
4
cos ct
запитка
датчиков
обратной
связи
3
ОС 2,5кГц
fнаполнения=2,5МГц
c=2 2500
68

69. Функциональная схема блока запитки ВТ

SB453
G
2,5кГц
x3
станок
SB455
ВТ
FSIN
SB457
(ОИ)
ИС
FCOS
Fоп
2,5МГ
ц
ОС
fнаполнения
69

70. Схема формирователя синуса

УМ
Umsin ct
«A»
ПФ
L
Lос
-20
АФ+УМ
+20
2,5кГц
-Lаф
70

71. Формирователь сигнала косинус

Uос
«A»
Umsin ct
Uос
Uвых
iос
Uвх
i1
U+
УМ
Uвых
U+
«Ф»
iос
i1
Uвх
Uвых U Uос
71

72. Формирователь опорного сигнала

U1
&
U3
U2
Ф
компаратор
Uвх
формирователь импульса
Uк
U1
U2
U3
72

73. Принцип определения дробной части поворота фазы

15
0
15
0
9 9 9 9 9 9 9
число мм или
число полных
оборотов фазы
Структура данных оцифровки
дробная часть перемещения в мм
или дробная часть поворота фазы
UMsin t
ОС
2.5кГц
KTUMsin( t-j)
ИО - импульс оборота.
ИЗ - импульс записи.
ИС - импульс сброса.
Частота 1.25кГц.
j
fНАП
2.5МГц
Интервал оцифровки
:2
Интервал управления
ИО
ИЗ
ИС
73

74. Схема субблока оцифрвки

74

75. Формирователь импульсов счета дробной части оборота фазы

75

76. Формирователь импульсов измерительного сигнала

А1
A2
ПФ1
Полосовой фильтр
+20
ПФ2
&
ПФ3
Коммутатор
Формирователь
импульсов
-20
2.5кГц
76

77. Синхронизация сигналов импульсами частоты наполнения

Схема синхронизации
Диаграмма работы
400Нс
+UП
+UП
fНАП
S
S
D
ОC
D
Q1
C
C
R
R
ОС
Q2
150Нс
Q1
ОИ
Q2
fНАП
fНАП
fНАП
fНАП
Опорный импульс
77

78. Диаграмма формирование импульсов счета

400мкс
ОИ
:2ОИ
400Нс
Оцифровка
:2ОИ - используется в
схеме формирования
оборотов, записи, сброса.
Управление
j
ИИ
.....
.....
ИО
ИЗ
ИС
78

79. Формирование импульсов оборота, записи, сброса

:2ОИ
Dt
Dt
&
ИО
&
ИЗ
&
ИС
Схема задержки
и формирования
Dt
Структурная схема
+UП
Диаграмма
&
:2ОИ
U2
U3
U1
Задержка
150Нс
ИО
Формирование сигнала
:2ОИ
ИЗ
ИС
2мкс
U1
U2
U3
ИО
79
ИО

80. Узел определения направления вращения и выявления полного оборота фазы

ИО
р10
+
10-1
СТ 1
R
2
4
8
-2
ИС
4
D
1
2
4
8
C
ИЗ
Текущая ситуация
0+1+2
D DC
4
1
2
4
7+8+9
8
0+1+2
RG Q 4 D DC
1
2
4
7+8+9
8
&
+ИО
&
-ИО
Предыдущая
ситуация
(8 9 )
8
1
2
4
100
101
+ СТ +р
+ СТ +р
-р
-р
......
-
-
Сбой1
+ИО
7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
&
7+8+9
7 (8 9) 7 8 9
&
-ИО
2
4
8
1
4
8
2
&
&
&
0+1+2
( 0 1) 2 0 1 2
Сбой2
Сбой1.
Было 0.999, стало 1.300.
Разность 0.301 мм. - пройденный путь на
интервале оцифровки.
0.301 10 3
800 10 6
60 22м / мин.
80

81. Привязка результата оцифровки и линейному масштабу

Д
iс
iд
N
L
кд
ВT
ХВ
S = 1об ХВ i c i д p k у L
81

82. Принцип оцифровки в системах ЧПУ «Уникон-30»

Диаграмма
Схема устройства
8МГц
G
C
:4000
CT Q
(Q3 -Q11)
12
9
A ROM D
10
sin
2кГц
УМ
ВТ
9
A ROM D
10
cos
499
0
УМ
0
j
Up
ДУ
К
Ф
Uc
3999
Nсч
0
(Q0 -Q11)
12
WR RQ D
D
12
ШФ
ШД
Uду
‘зап’
NRQ
82

83. Циклограма работы термопластавтомата

83

84.

85. Основные производители устройств ЧПУ

86. Способ управления позиционированием

86

87. Импульсное задание позиции