Система управления конкретным мехатронным узлом

Система управления конкретным мехатронным узлом

Введение

Теория дискретных устройств - наука, изучающая способы описания и преобразования структурных элементов. Предметом данной науки является математический аппарат алгебры логики, способы задания и реализации функций алгебры логики, методы, используемые при преобразовании логических структур комбинационных систем и конечных автоматов.

Теория дискретных устройств - сравнительно молодая и быстроразвивающаяся отрасль науки. Её появление в 30-х годах двадцатого столетия связанно с усложнением и совершенствованием релейных систем управления, когда возникла необходимость в их математическом описании. Основы теории ДУ начали закладываться в 1938 - 1940 гг., когда учёные СССР, США, Японии доказали применимость булевой алгебры логики при анализе и синтезе контактных схем. Применение аппарата алгебры логики при решении задач дискретной техники получило существенное развитие в трудах многих учёных. Создание ЭВМ внесло большой вклад в развитие теории ДУ. На сегодняшний день, зачастую, без использования ЭВМ невозможно решать те или иные практические задачи, связанные с анализом, разработкой и усовершенствованием дискретных устройств.

Разработка структурно - кинематической схемы

кинематический автоматический мехатронный узел

В данной работе по выше приведенному заданию в качестве объекта управления был выбран Механизм автоматической смены инструмента. Представленный на рис 1 механизм состоит из трех устройств:

.        Магазин (М)

.        Захватное устройство (ЗУ)

.        Револьверная Головка (РГ)

В качестве исполнительных устройств, приводящих механизм в движение, используются три электродвигателя Д1, Д2, Д3.

Для контроля положения захватного устройства применены путевые датчики сигнал с которых поступает на логический преобразователь.

Цикл работы механизма выглядит следующим образом:

Составление таблицы включения

Проанализировав выше предложенный алгоритм работы механизма, составим таблицу включения без использования виртуальных путевых датчиков (табл. 1).

Виртуальные путевые переключатели - условное обозначение датчиков в виде и , если а₁ и а₂ существуют в комбинациях  и  и не существует в комбинации а₁ а₂

Таблица составляется с учетом сигнала блокировки Рusk. После учета системой значения этого сигнала (Рusk = 1), осуществляется запуск автоматического цикла работы механизма. Рusk являет собой имитацию так называемой кнопки «Запуск» автоматической системы (АС), после нажатии на которую, механизм начинает свою работу.

Таблица 1

Построение начальной циклограммы

На основе составленной таблицы включения получена начальная циклограмма (табл. 2). Проанализировав ниже приведенную циклограмму, выявили одинаковые веса в тактах 2-21,3-20,4-19,5-18,6-17,7-16,8-15,9-14,10-13. В этих тактах возможны сбои в работе автоматической системы, дабы избежать этих ситуаций введем элемент памяти в АС.

Таблица 2 Таблица начальной циклограммы

Способ добавления элемента памяти в систему состоит в следующем:

.        Выписываем в ряд весовые коэффициенты соответствующие такту с 1-21

.        Отметим с помощью скобки те элементы в которые хотим добавить элемент памяти.

.        Обозначим внутренние элементы памяти буквами m1

Руководствуясь выше представленным способом, получен следующий весовой ряд (рис. 2). Для получения уникальных весов потребовалось ввести один элемент памяти m1.

рис. 2 Введение элементов памяти

Построение реализуемой циклограммы

При построении реализуемой циклограммы необходимо учитывать, что переменные включающие внутренние элементы памяти, изменяются так же, как и переменные, поступающие с выходов этих элементов, но со смещение по фазе на один такт влево. Реализуемая циклограмма для АС представлена на рис. 3:

рис. 3 Реализуемая циклограмма

Минимизация логических функций

Чтобы уменьшить количество переменных в логических функциях, воспользуемся специализированной программой MINWIN.

Выбор в пользу ЭВМ обусловлен большим количеством переменных.

Запишем для каждой логической функции веса обязательных и запрещенных состояний соответственно :

.        fv: Обязательные состояния 277 70 273 66

Запрещенные состояния 21 281 265 297 296 298 266 330 322 454 198 74 10 42 40 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид (рис 4)

рис. 4 Результат минимизации в программе MINWIN

.        fz: Обязательные состояния 330 25 322 17

Запрещенные состояния 21 277 273 281 265 297 296 298 266 454 198 70 66 74 10 42 40 41 9

Функция после минимизации примет следующий вид (рис 5)

рис.5 Результат минимизации в программе MINWIN

.        fx: Обязательные состояния 74 10 41 9

Запрещенные 21 277 273 281 265 297 296 298 266 330 322 454 198 70 66 42 40 25

Функция после минимизации примет следующий вид (рис 6)

рис.6 Результат минимизации в программе MINWIN

fy: Обязательные состояния 281 265 298 266

Запрещенные состояния 21 277 273 297 296 330 322 454 198 70 66 74 10 42 40 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид:(рис 7)

рис.7 Результат минимизации в программе MINWIN

: Обязательные состояния 198

Запрещенные состояния 21 277 273 281 265 297 296 298 266 330 322 454 70 66 74 10 42 40 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид:(рис 8)

рис.8 Результат минимизации в программе MINWIN

.        fl: Обязательные состояния 273 281 265 297 296 298 266 330 322 454 198 70 66 74 10 42 40 41

Запрещенные состояния 21 277 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид рис 9

рис.9 Результат минимизации в программе MINWIN

fm1: Обязательные состояния 21 277 273 281 265 297 296 298 266 330 322

Запрещенные состояния состояния 454 198 70 66 74 10 42 40 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид (рис 10)

рис.10 Результат минимизации в программе MINWIN

5.      fa: Обязательные состояния: 42 40

Запрещенные состояния: 21 277 273 281 265 296 297 298 266 330 322 454 198 70 66 74 10 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид рис 11

рис.11 Результат минимизации в программе MINWIN

6.      fb: Обязательные состояния 297 296

 Запрещенные 21 277 273 281 265 298 266 330 322 454 198 70 66 74 10 42 40 41 9 25 17

Функция после минимизации примет следующий вид рис 12

рис.12 Результат минимизации в программе MINWIN

Проверка системы на состязание цепей

Там, где функция выключается, а любая из переменных входящих в эту функцию меняет свое состояние, возникает состязание цепей.

Если в результате состязания не нарушается функционирование дискретного автомата (нет непредвиденных включений или выключений выходных элементов и элементов памяти), то такие состязания называются допустимыми (некритическими), в противном случае состязания будут недопустимыми (критическими).

Проверим поочередности каждую функцию:- нет критических состязаний- нет критических состязаний- нет критических состязаний

 ->

-> ,

->

->

Реализация системы управления в ISaGRAF

Реализуем разработанную нами систему в программе ISaGRAF.

Откроем заранее установленное на компьютер программное обеспечение ISaGRAF. После процесса установки ПО на компьютер, файл запуска располагается в меню «Пуск»(При условии, что оператор не указал другое место расположения файла на компьютере)(рис.13)

рис.13 Запуск программы ISaGRAF

Создадим новый проект, в котором нам предстоит реализовать выше разработанную систему (File-New), если проект был создан ранее выберем его из списка предложенных(рис.14)

рис14. Создание проекта в ISaGRAF

После создания проекта перед нами всплывет окно выбора программ, если программ не оказалось, создадим новую(В окне выбора программ File-New) (рис15)

рис15 Окно работы с программами в ISaGRAF

Объявим входные и выходные переменные с указание типа(BOOALEANS)(рис 16)

рис16 Объявление переменных в ISaGRAF

.        Зададим подключения входов и выходов(В окне переменных Tools-i/o connection) (рис17)

рис17 Подключение входов-выходов

Реализуем схему в ISaGRAF (рис 19)

Представим схему в базисе И-НЕ (рис20)

Протестируем реализованную функциональную схему при помощи программы ISaGRAF (рис21)(предворительно нажав на кнопку SIMULATE)

рис21 Запуск тестирования программы

.        Проанализируем результаты работы программы

Выставим механизм в исходное состояние. При нажатии на кнопку Pusk подается сигнал V - движение перекладчика вниз и одновремено включается элемент памяти.

При достижении механизмом датчика D включается разжимной механизм L и включается движение вправо Y.

При достижении механизмом датчика перекладчик разворачивается на 180 градусов

При достижении механизмом датчика B включается движение вправо Y

Когда механизм достигает датчика G включается движение вверх Z

При достижении механизмом датчика C помощью датчика М запускается механизм, после отработки механизма датчик М отключается и механизм совершает движение вниз

Опустившись вниз механизм включает датчик G который в свою очередь дает команду на движение влево Х.При движении влево механизм достигает датчика F и прекращает свое движение, включается сигнал на разворот механизма.

Развернувшись, механизму подается сигнал на продолжение движения влево сигналом Х, достигнув крайнего левого положения, выключается зажимной механизм и фиксируется деталь в револьверной головке.

Далее механизм возвращается в исходное состояние и выключается кнопкой SBROS(либо повторяет цикл заново если требуется)

Заключение

В ходе выполнения курсового проекта спроектировали систему управления конкретным мехатронным узлом. Провели анализ работы данного узла, на основе которого построили циклограмму его работы. Для оптимальной работы был введен элемент памяти, а также построена реализуемая циклограмма. При помощи программы MINWIN произведена минимизация логических функций. Разработанную систему смоделировали с помощью программы ISaGRAF.

Система работает по заданному циклу, оснащена системой защиты от ложных срабатываний.

Список используемой литературы

1.      Безгулов Д.А Цифровые устройства и микропроцессоры. Учебное пособие / Феникс - Ростов,2006. - 480с-(Высшее образование)

.        Колев Л.В Металлорежущие станки. Учебное пособие для втузов. Машиностроение - Москва-1980.-500с

.        Чикуров Н.Г Алгоритмическое и программное обеспечение компьютерных систем управления: Методические указания по выполнению расчетно-графической работы/УГАТУ - Уфа 2008 - 67 с

.        Чикуров Н.Г Курс Лекций. УГАТУ 2009. - 80с