Контрольная работа по «Диагностика и надежность автоматных схем »

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Пензенская государственная  технологическая академия»

(ПГТА)

 

Кафедра   АиУ

 

 

Контрольная работа по дисциплине:

«Диагностика и надежность автоматных схем.»

 

 

 

 

                                                                       Выполнил: студент группы  10А3зи          

                                                                                                             Курганов В.В.                                                                                                                            

                                                                                         Проверил: преподаватель                          

                                                                                       Прошкин В. Н.                                                                                                 

 

 

                                                                                                                               Пенза 2013

 

Содержание

 

 Введение …………………………….…………………………………….3

 Основные теоретические сведения……………………………………….4

 Принцип работы датчика ………………………………………………10

 Датчики линейных перемещений  Temposonics, серия R…………….17

Литература…………………………………………..……………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Введение

  «Системы числового программного  управления» является важной  частью подготовки специалистов  в области оборудования и автоматизации  технологических процессов и  производств. Технический прогресс  современной техники в частности  широко базируется на применении  электроавтоматики и  электронных  устройств, современной микропроцессорной  техники. Вместе с тем курс  относится к общеинженерным дисциплинам  и не ставит своей задачей  подготовку специалистов в области  чистой  электронной схемотехники. При изучении курса студенты  должны понять принципы действия  и возможности электрических,  электромеханических и  электронных  устройств, входящих в состав  систем числового программного  управления,  уметь грамотно эксплуатировать  эти устройства и квалифицированно  формулировать задание на их  разработку.

         Во всем мире два десятилетия с успехом применяются датчики линейных перемещения ( или как их еще называют: датчики линейного положения, датчики и измерители пути) основанные на эффекте магнитострикции. Мировым лидером и пионером в производстве данных сенсоров является компания MTS Sensors, отделение американской корпорации MTS Systems. Это подразделение было создано в 1984 году после покупки MTS компании Temposonics Inc, сейчас, Temposonics – торговая марка, которую можно видеть на любом магнитострикционном датчике перемещения MTS Sensors. В своей контрольной работе я рассматриваю линейный датчик   Temposonics, серии R. Данные датчики применяются во многих отрослях на разном оборудовании , где требуется точный  замер обрабатываемой продукции. Мной рассмотрен принцип действия датчика , его схема работы на токарно-винторезном станке, основные теоретические сведения работы станка ЧПУ. Инструкция по эксплуатации, техническое описание и плата конкретного контроллера привода, структурная схема  соответствующей системы ЧПУ.

Основные теоретические  сведения

КП  - контроллер  привода   предназначен для хранения цифровой команды задания скорости и преобразования ее в аналоговый сигнал со стандартным   значением ±10В.

Модуль программного обеспечения  КП и его аппаратная часть -обеспечивают требуемые значения  управления  на различных участках траектории движения рабочих органов.  Реализует движение с учетом участков разгона и торможения, а также  требуемой точности позиционирования.  В  СЧПУ  реализуются следующие  законы регулирования:

  - пропорциональный регулятор

  - пропорционально-интегральный  регулятор

-пропорционально-дифференциальный  регулятор.

Функциональная схема  контроллера привода (КП) или 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_RO определяется величиной скоростной ошибки, выраженной в единицах дискреты:

,     (1)

где К – коэффициент усиления  ( или добротность позиционного контура) 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     (2)

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)

Для случая m = KT < 1

Время преобразования ЦАП t_n должно удовлетворять условию (4).

                (4)

 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  двуполярного 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. 1.

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. Один 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. Элемент D1 используется как буферное устройство между внутренне шиной КП и магистралью системы ЧПУ.

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. Один 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. Элемент D1 используется как буферное устройство между внутренне шиной КП и магистралью системы ЧПУ.      

 

Для каждой конкретной системы  ЧПУ характерны свои особенности  построения  КП. Однако  они содержат все  функциональные  блоки приведённые  на обобщенной схеме 

 

                                       Структура средств автоматического определения состояния технологической системы

 

   В зависимости от решаемой задачи в состав этих средств входят различные измерительные устройства (ИУ), состоящие из первичных датчиков преобразователей диагностических признаков состояния технологической системы и электронного блока для первичной обработки сигналов датчиков, устройства сбора и обработки информации от ИУ и принятия решений по результатам обработки (устройство принятия решений – УПР), и наконец, устройства реализации решений. В качестве последнего, как правило, используется либо устройство ЧПУ (УЧПУ), либо компьютер, входящие в состав современной системы управления станком.

   Таким образом, функции обеспечения надежной эксплуатации технологической системы в "безлюдном режиме" возлагают на систему контроля, диагностирования и принятия решений, заменяющую сенсорно-моторную деятельность человека-оператора

 

                                   Принцип работы датчика

    Во всем мире  два десятилетия с успехом  применяются датчики линейных  перемещения ( или как их еще  называют: датчики линейного положения,  датчики и измерители пути) основанные  на эффекте магнитострикции. Мировым  лидером и пионером в производстве  данных сенсоров является компания MTS Sensors, отделение американской корпорации MTS Systems. Это подразделение было  создано в 1984 году после покупки  MTS компании Temposonics Inc, сейчас, Temposonics –  торговая марка, которую можно  видеть на любом магнитострикционном  датчике перемещения MTS Sensors.                                                     

    Магнитострикция была обнаружена только в ферромагнитных материалах, таких как железо, никель, кобальт и сплавах. Основой принципа магнитострикции являются магнитомеханические свойства этих материалов. То есть, если ферромагнетик находится в области магнитного поля, то оно вызывает микроскопическую деформацию его молекулярной структуры, что приводит к изменению физических размеров ферромагнетика. Такое поведение объясняется существованием бесчисленного количества маленьких элементарных магнитов, из которых состоит ферромагнитный материал. Они будут стремиться установиться параллельно друг другу  в пределах ограниченных пространственных областей, уже без внешнего магнитного поля. В этих  так называемых доменах, все элементарные магниты направлены одинаково. Но первоначальное распределение доменов хаотично и снаружи ферромагнитное тело кажется немагнитным. При приложении магнитного поля , домены выстраиваются по направлению этого поля и выравниваются параллельно друг другу. Таким образом, получаются собственные магнитные поля, которые могут превосходить внешнее  магнитное поле в сотни раз. Например, если стержень из ферромагнитного сплава поместить в магнитное поле параллельное его оси, то стержень испытает механическую деформацию и получит линейное удлинение. Но в реальности удлинение посредством магнитострикционного эффекта очень мало. (рис.1)

Рисунок 1. Воздействие магнитных  полей на ферромагнитный стержень.  

     Магнитострикционный эффект обуславливается совокупностью магнитных и механических свойств ферромагнитных материалов, соответственно его можно оптимизировать  посредством создания специальных сплавов и управлять с помощью направленного действия внешнего магнитного поля. В промышленных измерительных системах Temposonics используется магнитострикционный эффект, который называется эффект Видемана. Он описывает механическую деформацию (скручивание) длинного, тонкого ферромагнитного стержня, который находится под воздействием двух магнитных полей: внешнего и внутреннего, создаваемого проводником, по которому протекает электрический ток. В датчиках линейных перемещений MTS Sensors внешнее магнитное поле создается позиционным магнитом, которое при пересечении с концентрическим магнитным полем, создаваемым электрическим током, вызывает механическую деформацию в небольшой области измерительного элемента в форме стержня(Рис.2). Так же, в датчиках Temposonics используется так называемый, магнитоупругий эффект (или эффект Виллари). Он связан с изменением  магнитных свойств ферромагнетика, например, намагниченности ферромагнитного бруска, которое вызывается продольной деформацией.