Методические указания к курсовому проекту по курсу (стр. 2 из 5)

Отметим некоторые из этих сигналов:

а) для каждой координаты сигналы:

с конечных выключателей крайних положений;

с конечных выключателей нулевого положения исполнительных органов;

с конечных выключателей замедления скорости при подходе к нулевому положению (1 или 2).

б) для привода главного движения:

с узла фиксации инструмента.

в) общий стоп.

г) готовность станка и др.

Определить максимальное время формирования управляющих импульсов

Гц (3.4)

где V_бх – скорость быстрых ходов, м/мин;

f_max – максимальная частота импульсов, поступающих с ДОС в СЧПУ.

Минимальный период выдачи импульсов на выходе ЦАП определяется временем вычислительных операций, выполняемых в соответствии с заданным алгоритмом позиционирования. В предлагаемых заданиях на проект цикла позиционирования число вычислительных операций: логических и арифметических, которые необходимо выполнить, чтобы сформировать выходной сигнал на ЦАП лежит в пределах от 6 до 14 операций (или от 12 до 30 команд)

t_min = W^-1×n

где t_min – время вычислительных операций, с;

W – быстродействие микроЭВМ – СЧПУ, оп/с;

n – число команд по программе, реализующей алгоритм позиционирования (определяется в п. 3.5).

Тогда максимальное время формирования управляющего сигнала на выходе ЦАП

t_mах = 1/f_max + К t_min + t_АП, (3.5)

где К – коэффициент, учитывающий несоответствие реальной длительности выполнения операций алгоритма позиционирования длительности операций, используемых для определения W (принять К = 1,5);

t_АП – время задержки в аппаратной части ЦАП или время преобразования.

В реальных системах t_mах на два, три порядка меньше постоянной времени привода подачи или всей системы (Т) и всегда меньше 1/f_max.

3.3. Функциональная и электрическая принципиальные схемы узла сопряжения СЧПУ ос станком.

В данной курсовом проекте разработке подвергается один из четырех узлов сопряжения СЧПУ со станком: узел связи с приводом на основе ЦАП: узел связи с аналоговым датчиками на основе АЦП; узел связи с электроавтоматикой станка; узел связи с датчиком обратной связи (датчик положения).

В этой части необходимо определить:

функциональную схему или структуру узла связи;

количество линий связи или разрядность цифровых устройств, частоту обмена информацией;

составить электрическую принципиальную схему и дать описание ее работы.

3.3.1. Узел связи с приводом

Функциональная схема узла связи с приводом (УСП) так же, как и его принципиальная схема существенно зависят от типа выбранного ЦАП. Однако во всех случаях на функциональной схеме должно быть показано необходимое количество каналов (2 или3) устройство распознания адреса (дешифратор адреса) необходимые элементы управления работой ЦАП, регистр ошибки, собственно ЦАП, необходимые оптронные развязки и т.д.

Разрядность регистра ошибки n_ROопределяется величиной ошибки, выраженной в единицах дискреты:

, (3.6)

где К – коэффициент усиления СЧПУ, 1/с;

D - величина дискреты, мм/имп.

Например, если в исходных данных К = 100 1/с, а D = 4×10^-4 мм/имп (ВЕ 51) и V_max = 10 м/мин, то

ед., т.е. n_RO = 11

Наиболее важными характеристиками ЦАП, определяющими работу узла связи СЧПУ с приводом, является разрядность преобразуемого кода и время преобразования. При выборе разрядности ЦАП необходимо обеспечить требуемый диапазон регулирования скорости. Диапазон регулирования скоростей приводов подач в станках, как правило, лежит в пределах от Д = 1000:1 до 10000:1. Разрядность ЦАП

n_RЦ = log₂ Д (3.7)

Передача информации от СЧПУ к ЦАП, как правило, осуществляется на постоянной несущей частоте f_K

(5¼10) w_C /2p, где w_C - частота среза привода. На основании анализа асимптот логарифмических амплитудно-

частотных характеристик в первом приближении частоту среза для m = КТ > 1 можно определить из выражения:

, (3.8)

Для случая m = KT < 1

Время преобразования ЦАП t_n должно удовлетворять условию

(3.9)

В этом случае быстродействие ЦАП практически не сказывается на динамику станка. Исходя из рассчитанных значений n_RЦ и t_n выбирают нужный ЦАП. ЦАП может работать в двух режимах – двукратного и четырехкратного умножения.

В режиме четырех кратного умножения для всего диапазона преобразуемых кодов выходное напряжение имеет один знак. Однако приводы станков реверсивные, что требует двухполярного выходного напряжения. В силу этого работу ЦАП надо организовать таким образом, чтобы напряжение на выходе меняло знак. Это может быть достигнуто путем переключения знака опорного напряжения на входе ЦАП или использование специальных схем, устанавливаемых на выходе.

В режиме двукратного умножения весь диапазон входных кодов разбивается пополам за счет соответствующего включения самого ЦАП. При этом разрядность входного кода уменьшается ровно вдвое. На это стоит обратить внимание при построении аппаратной части преобразователя. Для глубоко регулируемых приводов входной код, преобразуемый в напряжение имеет значительную разрядность. В этом случае необходимо использовать специализированные схемы ЦАП [5]. Пример подключения ЦАП к каналу микроЭВМ показан на функциональной схеме рис. 3.2.

В ее состав входит буферный регистр памяти D2, соответствующей разрядности. Регистр имеет входы управления для выбора микросхемы (CS) и записи (С). Выбор микросхемы осуществляется по адресу, формируемому на выходе элемента D8. Все выходы буферного регистра подключены к ЦАП через оптронные развязки, которые обеспечивают гальваническую развязку СЧПУ от периферийных устройств. Это способствует повышению ее надежности и помехозащищенности. Необходимо выбрать тип оптронов и рассчитать параметры сопротивлений. Одним из разрядов регистра D2 используется для передачи информации о знаке. Выход этого разряда подключается к соответствующим входам мультиплексора D9, обеспечивающего переключение знака опорного напряжения на входе ЦАП D3. Микросхема D4 преобразует выходной ток ЦАП

в напряжение. В качестве ЦАП может использоваться преобразователь с встроенными регистрами и дополнительными каналами управления

3.3.2. Узел связи с аналоговыми датчиками

для преобразования аналоговых сигналов в код используются аналогово-цифровые преобразователи (АЦП) [5].

Как для ЦАП так и для АЦП основными характеристиками, определяющими возможность их использования в конкретной СЧПУ является разрядность и время преобразования.

В курсовом проекте будем считать, что АЦП предназначен для контроля некоторого параметра контура адаптации, то есть на его выходе присутствует сигнал, изменяющийся в пределах ±10 В.

В этом случае разрядность может быть определена по зависимости (3.7). допустимое время преобразования можно определить на основании частоты среза системы w_с, аналогично, как и для ЦАП по (3.9).

Схемное решение АЦП аналогично ЦАП. Отличие заключается в направлении передачи информации и дополнительных сигналах управления [5]. При вычерчивании принципиальных схем необходимо учитывать тип шины СЧПУ, характер процедуры обмена информацией процессора с периферией, назначение и возможные режимы работы всех используемых в устройстве микросхем.

3.3.3. Узел связи с датчиком обратной связи.

Измерительная система состоит из ДОС и преобразующего устройства. В качестве ДОС в станкостроении используются самые различные датчики. В курсовом проекте использованы три типа датчиков: фотоимпульсный типа ВЕ-51 (ВЕ-178) и инуктивные-сельсин типа БС-155 и вращающийся трансформатор типа ВТ. Сельсин может работать в нескольких режимах. В курсовом проекте будем предполагать, что он используется в фазовом режиме при этом выходной сигнал определяется

(3.10)

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

(3.11)

Измерительная система должна обеспечивать:

требуемую точность измерения, что определяется единицей дискреты;

преобразование фазного сдвига в код;

абсолютное перемещение во всем диапазоне.