Разработка цифрового электропривода продольной подачи токарно-винторезного станка (стр. 7 из 8)

U_пит = 5В, габаритные размеры DхL – 92х50 мм;

присоединительный вал Ø10 h6.

Стандартные числа штрихов (импульсный выход): 12500.

Для датчика положения мы выбираем тот же датчик, но для получения 500 имп/об применяем программный делитель с коэффициентом деления 25.

Основой ШИП есть транзисторные преобразователи. Упрощенная схема ШИП представлена на рисунке 5.2. Схема содержит четыре транзисторных ключа ТК 1-ТК4. Питание ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шунтированного конденсатором. Существует три способа управления ШИП: симметричный, не симметричный и поочередной. Наиболее простым способом управления ШИП есть симметричный.

Рисунок 5.2 - Схема транзисторного ШИП

При симметричном способе управления в состоянии переключения находятся все четыре транзисторных ключа моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой знакопеременные импульсы, продолжительность которых регулируется входным сигналом.

В ШИП с симметричным управлением среднее напряжение на выходе ШИП равняется нулю, когда относительное дополнение включения равняется 0,5. Относительное дополнение включения (скважность) - это отношение длины управляющих импульсов к периоду коммутации ШИП. Симметричный способ управления обычно используется в маломощных приводах постоянного тока. Его преимуществом является простота реализации и отсутствие зоны нечувствительности в регулировочной характеристике.

Недостатком ШИП с симметричным управлением - знакопеременное напряжение на нагрузке и повышения пульсации тока в якоре исполнительного двигателя. Стремление исключить этот недостаток и привело к разработке средств, которые обеспечивают однополярное напряжение на выходе ШИП. Этим способом является несимметричное управление ШИП.

В этом случае переключаются транзисторные ключи фазной группы ТК3 и ТК4 (ключе ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сигнала), транзисторный ключ ТК1 постоянно открыт и насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт.

Транзисторные ключи ТК3 и ТК4 переключаются в противофазе, обеспечивая протекание тока якоря от противо-ЭДС двигателя. При этом на выходе ШИП формируются знакопостоянные импульсы, и среднее напряжение на выходе равняется нулю, когда относительное дополнение включения одного из нижних транзисторов равняется 0,5.

Недостатком этого способа является то, что верхние транзисторные ключи (ТК1 и ТК2) за током загруженные больше чем нижние. Это можно устранить при поочередном управлении, но поочередный способ управления в реализации значительно более сложный предыдущих двух. Поэтому рациональнее всего остановиться на несимметричном способе управления транзисторными ключами.

При разработке мощных источников электропитания и приводов электродвигателей всегда приходится решать вопросы выбора схемотехники управления затворами силовых транзисторов мостовых и полумостовых инверторов. В этой связи можно выделить три основных положения:

Необходимость обеспечения требуемого пикового тока драйвера для перезаряда входной емкости силового транзистора.

Необходимость обеспечения надежной развязки между верхним и нижним плечами полумоста.

Необходимость обеспечения хорошей гальванической развязки по сигналам управления.

В настоящее время фирмы-производители электронных компонентов предлагают ряд решений, позволяющих в конкретных случаях повысить надежность и упростить схемотехнику управления силовыми ключами.

На рисунке 5.3 приведена схема силового транзисторного ключа.

Рисунок 5.3 - Функциональная схема транзисторного ключа

6. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ПРИВОДОМ

6.1 Разработка алгоритма функционирования системы

Программное управление станком является типичной задачей управления в реальном масштабе времени. Это требует правильного сочетания аппаратных и программных ресурсов системы с внешними устройствами. В общем случае управление оборудованием сводится к обмену информацией между управляющей ЭВМ и внешними устройствами, входящими в его состав.

Блок-схема головного модуля программы управления станком представлена на рисунке 6.1.

Он представляет собой диспетчер, направляющий работу системы по одному из двух путей, соответствующих двум возможным режимам работы станка: автоматическая обработка (АUТО), ручное управление (НAND). Перед селекцией режима производится инициализация системы управления подпрограммой SYSINIT. При инициализации выполняются следующие действия: подготовка силовой части приводов и электроавтоматики, установка рабочих органов в нулевое положение, сброс системы управления приводами и информационной системы. После инициализации следует подтверждение начала работы, в противном случае программа завершается с выдачей соответствующего сообщения.

Режим автоматической обработки начинается с подпрограммы RDPRG, которая позволяет вводить программу обработки с клавиатуры или считать готовую с диска. Программа вводится покадрово, каждый кадр соответствует какой-либо технологической операции (например, включение шпинделя или обработка круглого контура с заданными координатами). Для проверки и преобразования входной программы во внутренний формат данных системы используется подпрограмма-транслятор CHECK. После преобразования данных следует запрос на начало обработки. В случае утвердительного ответа на данный запрос, начинается циклическое выполнение программы обработки.

Рисунок 6.1 – Блок-схема головного модуля программы управления станком

Выполняется считывание кадра управляющей программы подпрограммой RD_КАDR и его анализ (определение типа интерполяции, рабочего квадранта, определение величины перемещения, в направлении каких осей оно должно производиться и т.д.), т.е. подготавливается информация для подпрограмм нижнего уровня (интерполятора, регулятора и т.п.). Перед отработкой кадра выполняется анализ станка на аварийные ситуации подпрограммой SYSSCAN. В случае возникновения аварийной ситуации (ALARM=1) происходит анализ неисправности и анализируется возможность ее устранения, что выполняет подпрограмма ANALYSE, в случае успешного завершения которой управление передается подпрограмме выполнения кадра управляющей программы EXE_КАDR. Данная подпрограмма включает в себя программы интерполяции (линейной и круговой), программы чтения и вычисления положения и скорости исполнительных органов, программы регуляторов и другие программы нижнего уровня.

Ручной режим работы начинается подпрограммой INITHAND, производящей требуемую настройку параметров системы. Далее следует собственно рабочий цикл, начинающийся чтением состояния пульта оператора (RD_КАDR). Проверка корректности введенной команды производится подпрограммой CHECK. В случае, если проверка пройдена успешно, в действие вступает программа SYS_SCAN, затем действия аналогичны действиям, описанным в автоматическом режиме работы

Процедуры основной программы и выполняемые ими действия приведены в таблице 6.1.

Таблица 6.1 – Процедуры головного модуля

Процедура	Выполняемые действия
SYSINIT	Подготовка системы к работе, установка рабочих органов в нулевое положение, сброс блока управления приводами и информационной системы, включение силовых цепей и цепей защиты.
RDPRG	Ввод управляющей программы.
CHECK	Проверка корректности команд. Трансляция входной программы в формат, используемый при обмене информацией в системе. Формирование массива кадров.
RD_KADR	Чтение и анализ кадра: определение вида интерполяции, рабочего квадранта, величин перемещения и скоростей по координатам. Определение технологических функций
EXE_KADR	Отработка кадра управляющей программы. Формирование кодов управления, отработка заданных перемещений.
HANDINIT	Подготовка системы к работе в ручном режиме
AUTOINIT	Подготовка системы к работе в автоматическом режиме
SYS_SCAN	Чтение состояния электроавтоматики станка: состояния конечных выключателей, контактов реле защит и силовых контакторов.
ANALYSE	Анализ аварийной ситуации, определение возможности продолжения работы станка.

6.2 Разработка программного обеспечения блока управления приводом подачи

Программа управления приводом подачи консоли в автоматическом режиме должна выполнять следующие функции:

- прием информации с датчика положения;

- вычисление значения скорости методом числового дифференцирования;

- цифровое регулирование скорости и положения;

- интерполяционные расчеты.

Блок-схема процедуры управления приводом подачи консоли представлена на рисунке 6.2. Данная процедура является подпрограммой головного модуля программы управления станком.

Процедура начинается обнулением счетчика периодов дискретности и записью в стек начальных значений скорости и сигнала управления, необходимых для процедуры регулирования скорости. Далее производится запуск таймера, необходимого для обеспечения работы системы в реальном масштабе времени.

После включения таймера выполняется процедура чтения датчиков SENSOR, выходными параметрами которой являются значения перемещений рабочих органов за данный интервал дискретности N[k] и величины перемещений относительно начала кадра N1. Далее следует процедура определения скорости рабочего органа в данном интервале дискретности.