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:

1. Магазин (М)

2. Захватное устройство (ЗУ)

3. 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:

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

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

3. 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 :

1. 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

2. 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

3. 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

fM: 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

4. 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:

fy - нет критических состязаний

fx - нет критических состязаний

fl - 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

1. 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

2. 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)

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

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

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