Методические указания к лабораторным занятиям для подготовки инженеров по специальности: 220301 "Автоматизация технологических процессов и производств" (стр. 3 из 8)
5.Порядок выполнения работы
Ознакомиться с теоретическими положениями лабораторной работы, ответить на контрольные вопросы. Уточнить при необходимости у преподавателя задание на работу. Самостоятельно составить принципиальную схему соответствующего функционального блока КЭА конкретной системы ЧПУ. Подготовить отчёт о проделанной работе и защитить его перед преподавателем. В отчёте обязательно отразить функциональную схему конкретного КЭА и принципиальную схему конкретного функционального блока, результаты проведённых расчётов.
7. Контрольные вопросы.
1. Сколько каналов управления имеет КЭА?
2. Какой элемент используется в качестве входного регистра?
3. Какой способ дешифрации адреса используется в КЭА?
4. На каких элементах собран выходной регистр?
5. Какую роль выполняют оптронные развязки?
6. От чего зависит число входов/выходов контроллера?
7. Доступны ли выходные регистры процессору по чтению?
8. Какой способ формирования команд управления используется в КЭА?
9. Как ими средствами задаётся длительность команды управления?
10.Какой режим сбора входной информации используется (опрос, прерывание) в КЭА?
11.Чем отличаются КЭА различных систем ЧПУ?
12.Какова процедура обмена информацией между КЭА и процессором?
13.Для чего в контроллере используется буфер?
14.В чём отличие дешифрации адреса в системе ЧПУ «Электроника НЦ31»?
15.Какие дополнительные функции выполняет КЭА в системах ЧПУ 2Р32 и «Электроника МС2101»?
Лабораторная работа № 3
Контроллер датчиков обратной связи системы ЧПУ.
1.Цель и задачи работы.
Ознакомиться с типами, характеристиками и принципами построения схемных решений контроллеров датчиков обратной связи (КДОС) систем ЧПУ металлорежущих станков.
Задачи работы.
1. Изучить структуру и принципиальную схему КДОС системы ЧПУ «Электроника НЦ31».
2. Изучить структуру и принципиальную схему КДОС системы ЧПУ «Электроника МС2101».
3. Изучить структуру и принципиальную схему КДОС системы ЧПУ 2Р32.
4. Изучить особенности функционирования различных контроллеров.
5. Ознакомиться с процедурой обмена информацией КДОС и процессора.
2.Основные теоретические сведения
КДОС - контроллер датчиков обратной связи предназначен для первичной обработки сигналов с датчиков, хранения некоторой величины приращения координат и выдачи этой величины по требованию процессора
Модуль программного обеспечения кагала измерения предназначен для реализации алгоритма преобразования информации с датчика перемещения, её накапливания и анализа. Алгоритм определяется типом датчика. В нем предусмотрены средства для диагностики аппаратной части и проверки достоверности поступающей информации.
Измерительная система состоит из ДОС и преобразующего устройства. В качестве ДОС в станкостроении используются самые различные датчики. В большинстве случаев это два типа датчиков: фотоимпульсный типа ВЕ-51 (ВЕ-178) и индуктивные: вращающийся трансформатор (ВТ) и сельсин типа БС-155. Сельсин может работать в нескольких режимах. Однако в станочных системах они используются в фазовом режиме при этом выходной сигнал определяется
, (1)где j - сдвиг фазы выходного напряжения относительно опорного напряжения
; w - частота изменения опорного сигнала.В фазовом режиме имеет место линейность преобразования угла поворота датчиков µ в фазовый сдвиг выходного напряжения j. Коэффициент преобразования ДОС
(2)Измерительная система должна обеспечивать:
требуемую точность измерения, что определяется единицей дискреты;
преобразование фазного сдвига в код;
абсолютное измерение перемещение во всем диапазоне.
Величина единицы дискреты (D) обуславливается ценой оборота ДОС (ОД) и числом делений фазы (q). В зависимости от шага ходового винта (hВ) ДОС сочленяется с ним непосредственно или через приборный редуктор с передаточным числом i.
; (3)Традиционно применяется шаг винта (hВ) из ряда 5, 8, 10, 15, 20 мм. Преобразование фазовый сдвиг- код (ПФК) целесообразно осуществлять с помощью время импульсного ПФК. Принцип его основан на преобразовании фазного сдвига во временной интервал. Он заполняется импульсами частотой fr , образовавшееся их число подвергается счёту.
fr = fДОС × q (4)
где fДОС – частота изменения питающего напряжения ДОС.
(Для БС 155 принять fДОС = 400¼1000 Гц).
Для питания ДОС необходимо сформировать трехфазное напряжение со сдвигом 1200.В качестве примера рассмотрим схемное решение контроллера измерительной системы с ДОС типа сельсин рис. 1.
Схема содержит формирователи трех синусоидальных напряжений сдвинутых относительно друг друга на 1200 (D5, D6, D7, OP1, D9, D10, D11, D13, D14, D15, OP13) и подаваемых на обмотки питания сельсина. Каналы идентичны и отличаются лишь тем, что в элементах D5, D9, D13 (ПЗУ) записаны коды синусоид, сдвинутых на 1200. Для формирования значения синуса во всех четырех квадрантах используется устройство управления D8. Выходной сигнал с ДОС поступает через формирователь D21 на триггер D16. Время его открытого состояния соответствует фазовому сдвигу сигнала с ДОС относительно опорного сигнала. Этот интервал заполняется частотой fr с делителя частоты D1. Таким образом, код в счетчике D19 является кодом фазового сдвига. Далее этот код переписывается через оптронную развязку ОР4 в буферный регистр D20 и с него считывается процессором. Формирование абсолютного перемещения осуществляется программным способом.
Алгоритм определения абсолютного отсчета основан на суммировании текущего кода фазы Кj , кода константы L, соответствующего одному обороту датчика. При n оборотах датчика код соответствующий абсолютному перемещению равен
Nj = Kj + n L (5)
Константа одного оборота L = log2q .
Для формирования сигнала поворота ротора ДОС на ОДИН оборот и направления движения используется последовательность измерений L1 <L2 < ¼ < Li <L. Причем Li < L.
На основании анализа очередности достижения кодом фазы Kj значений Li делается заключение о направлении перемещения и завершении одного оборота. Как правило, L1 = 0, Ln = L. При движении в прямом направлении происходит изменение кодов в очередности L1 , L2 , L3 ¼ Ln , L1 , L2¼ Причем переход LnL1 соответствует завершению оборота.
При движении в обратном направлении Ln , Ln-1 , ¼ L3 , L2 , L1 , Ln , Ln-1 то есть переход L1 Lnсоответствует завершению оборота в другом направлении.
Время формирования текущего значения измеряемых координат t
t = t0 + tАП + tР , (6)
где t0 - время получения кода фазы с датчика, с;
tАП– время задержки в аппаратной части измерительной системы;
tР – время расчета абсолютного перемещения.
В первом приближении для оценки можно считать t0 = 1/ fДОС
Однако с целью разделения интервалов измерения и считывания информации целесообразно
(7)Задержка аппаратной части определяется на основании принципиальной схемы измерительной системы и равна времени необходимого процессору на обслуживание прерывания (tАП » 25 мкс). Время расчета tР – определяется сложностью алгоритма расчета и необходимой разрядностью. В расчетах можно принять tР = 0,5¼2 мс. Очевидно, что при максимальной скорости перемещения за t не должно происходить полного оборота ДОС, т.е.
(8)В противном случае происходит потеря информации в цепи ДОС и ее разрыв.
Для фотоимпульсного датчика необходимо определить передаточное число приборного редуктора
I = OД / hB (9)
Разрядность первичного счетчика импульсов зависит от такой характеристики ДОС, как число импульсов на оборот (%). Она определяется из зависимости
(10)Принципиальная схема интерфейса содержит кроме реверсивного счетчика схему определения направления перемещения, дешифратор адреса, буферный регистр и канал запроса на прерывание от нуль метки датчика. Схема интерфейса показана на рис. 2., в ней для упрощения схемного решения не предусмотрено увеличение разрешающей способности ДОС путем удвоения или учетверения числа импульсов с датчика.
Следует отметить, что в микропроцессорном комплекте серии К1801 имеется специальная БИС К1801ВП1-015, предназначенная для связи процессора с фотоимпульсными датчиками, решающая все перечисленные выше задачи. В КДОС системы ЧПУ 2Р32 используется замкнутая следящая система за числовым значением перемещения.