Многокоординатный цифроаналоговый электропривод на базе ЧПУ класса PCNC – 4

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт – Энергетический

Специальность – Энергосберегающие режимы электрических источников питания, комплексов и системы

Кафедра – Электропривода и Электрооборудования

МНОГОКООРДИНАТНЫЙ ЦИФРОАНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД НА БАЗЕ ЧПУ КЛАССА PCNC – 4

Отчет по лабораторной работе №1

По дисциплине: «Программно-технические комплексы распределенных систем управления»

Исполнители

Студент гр. 7М152 Г. Сейтбатталулы

Руководитель

Ст. преподаватель __________

Томск – 2010

Цель: Изучение принципов построения систем числового программного управления (ЧПУ) электромеханическими объектам;

Изучение принципов построения многокоординатных цифроаналоговых электроприводов на базе ЧПУ;

Изучение элементной базы цифровой системы управления двухкоординатным столом.

На рисунке 1 представлена функциональная схема лабораторной установки.

Рисунок 1 – Функциональная схема лабораторной установки

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Функциональная схема лабораторной установки система ЧПУ двух координатным столом построена по архитектуре PCNC-4 (PCNC - Personal Computer Numerical Control), где все вычислитель­ные функции, включая интерфейс оператора и ядро ЧПУ реализованы про­граммно на базе одной ЭВМ.

Функциональная схема лабораторной установки приведена на рис. 1 и состоит из следующих элементов:

• персональный компьютер (ПК), управляющий системой;

• комплектные регулируемые электроприводы (РЭП) «Кемек»;

• высокомоментные электродвигатели постоянного тока М со встроенными тахогенераторами BR и импульсными преобразова­телями перемещения BQ;

• группа конечных Хмин, Хмакс, Умин» Умах и нулевых Х0, Y0 вы­ключателей;

• схема электроавтоматики;

• механизм подачи двухкоординатного стола металлообрабаты­вающего станка.

Функции цифрового управления системой, включая управление конту­рами положения следящих электроприводов, осуществляет ПК. Управление периферийными устройствами системы и сбор данных с датчиков реализует­ся с помощью установленных в системный блок ПК модулей аналогового и цифрового ввода-вывода.

Модуль дискретного ввода-вывода типа UNI096-5 принимает и пред­варительно обрабатывает информацию с импульсных преобразователей пе­ремещения, а также с нулевых и конечных вьгключателей.

Модуль аналогового ввода-вывода типа AI16-5A-1 используется в ка­честве ЦАП, формируя аналоговое напряжение задания для РЭП «Кемек».

Комплектный РЭП «Кемек» предназначен для реверсивных быстродей­ствующих широкорегулируемых приводов с однозонным регулированием скорости механизмов подач станков, промышленных роботов и других меха­низмов. РЭП выполнен по двухконтурной структуре подчиненного регулиро­вания с контурами тока и скорости. Диапазон регулирования скорости электропривода составляет не менее 2000.

В комплект РЭП входят шестипульсный реверсивный тиристорный пре­образователь с раздельным управлением группами вентилей типа 2РЕВ16, вы­сокомоментные двигатели серии 1ПИ с встроенными тахогенераторами, сило­вой трансформатор типа Т1ЕВ. Тиристорные преобразователи и силовые трансформаторы двух РЭП размещены в шкафу, а двигатели смонтированы на механической установке. Максимальному заданию на скорость 10 В соответ­ствует скорость 2000 об/мин. Полоса пропускания РЭП не менее 20 Гц.

Программируемый модуль дискретного ввода/вывода UNIOxx-5

Модуль UNIOxx-5 представляет собой программируемый модуль дис­кретного ввода/вывода. Модуль предназначен для приема, выдачи и обработ­ки 96/48 логических сигналов TTL или CMOS-уровней (5 В) или расширения системных ресурсов. Модуль выполнен в формате MicroPC и устанавливает-ся в слот шины ISA ПК или контроллера.

В модулях UNIOxx-5 установлены 4 или 2 перепрограммируемые ло­гические матрицы FPGA, каждая из которых обслуживает 24 канала ввода-вывода. Наличие матриц FPGA обеспечивает возможность не только вво­да/вывода логических сигналов, но и их предварительную логическую обра­ботку, что делает модуль универсальным и обеспечивает возможность его широкого применения. Логическая схема обработки сигналов может быть быстро (в течение с) перезагружена в микросхему FPGA, размещен­ную, на плате, без выключения питания (благодаря технологии внутрисис­темного программирования ISP — In System Programmable).

Модуль аналогового ввода-вывода с гальванической развяз­кой АП6-5Л-1

Модуль аналогового ввода-вывода AI16-5A-1 выполнен в конструктивном стандарте MicroPC и предназначен для преобразования 16-ти аналоговых сигналов напряжения или 8-ми сигналов тока в 14-ти разряд­ный цифровой код, а также для 12-ти разрядного цифро-аналогового преоб­разования 2-х сигналов.

Все входы-выходы платы гальванически изолированы от системы (групповая изоляция), а аналоговые входы имеют защиту от перенапряжения.

В качестве задания на отработку траектории для координатного стола было выбрано три элемента: наклонная линия, квадрат и треугольник.

На рисунках 2-7 приведены графики заданной и отработанной траекториями движения на плоскости XY для наклонной линии.

Рисунок 2 – Траектория у(х)

Рисунок 3 – Расчет L,V,a =f (t)

Рисунок 4 – Задание TASK x,у = f(t)

Рисунок 5 – Отработка

Рисунок 6 – Координатные ошибки

Рисунок 7 – Векторная ошибка

На рисунках 8-13 приведены графики заданной и отработанной траекториями движения на плоскости XY для квадрата.

Рисунок 8 – Траектория у(х)

Рисунок 9 – Расчет L,V,a =f (t)

Рисунок 10 – Задание TASK x,у = f(t)

Рисунок 11 – Отработка

Рисунок 12 – Координатные ошибки

Рисунок 13 – Векторная ошибка

На рисунках 14-19 приведены графики заданной и отработанной траекториями движения на плоскости XY для треугольника.

Рисунок 14 – Траектория у(х)

Рисунок 15 – Расчет L,V,a =f (t)

Рисунок 16 – Задание TASK x,у = f(t)

Рисунок 17 – Отработка

Рисунок 18 – Координатные ошибки

Рисунок 19 – Векторная ошибка

Вывод: в ходе лабораторной работы изучили принципы построения систем числового программного управления (ЧПУ) электромеханическим объектом, принцип построения многокоординатных цифроаналоговых электроприводов на базе ЧПУ, изучили состав элементной базы цифровой системы управления двухкоординатным столом.

Функции цифрового управления системой, включая управление конту­рами положения следящих электроприводов, осуществляет ПК. Управление периферийными устройствами системы и сбор данных с датчиков реализует­ся с помощью установленных в системный блок ПК модулей аналогового и цифрового ввода-вывода.

График координатной ошибкой показывает разница между заданным по каждой оси и отработанным положением. Эта ошибка зависит от ряда факторов, в том числе от скорости движения нагрузки и добротности ЭП. Наличие координатной ошибки приводит к появлению ошибки воспроизведения траектории. Но так как связь не прямая, то ошибка воспроизведения заданной траектории движения оценивается с помощью векторной ошибки.