(5 оценок, среднее: 4,80 из 5)
Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Разработка системы управления роботом
В данной выпускной бакалаврской работе была произведена разработка системы управления роботом. Для этого требовалось обеспечить управление движком неизменного тока, приводящим бот в движение, с индивидуального компа. По предложению технического управляющего были выбраны последующие управляющие звенья: программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 150УL и микроконтроллер MSP430C1101 для формирования управляющего сигнала с ШИМ; было принято решение, что кроме этих звеньев для визуализации проекта будет использован микроконтроллер PIC16F628A.
Управление производилось по последующему принципу:
– оператор на индивидуальном компе, к которому через интерфейс RS-232 был подключен программируемый логический контроллер, мог прирастить либо уменьшить частоту вращения мотора, подавая управляющий сигнал, характеризующий изменение значения скважности ШИМ;
– этот сигнал подается на микроконтроллер MSP430C1101. Во время передачи управляющего сигнала загораются определенные светодиоды, сигнализирующие о работоспособности управляющего механизма;
– зависимо от управляющего сигнала на MSP430C1101 меняется продолжительность рабочего импульса (скважность сигнала), сформированного модулем таймера Timer_A. Сигнал с ШИМ подается на драйвер, который управляет движком неизменного тока. По мере необходимости быть может включен режим реверса. Потому что меняется скважность сигнала управления, то меняется и средняя мощность, подаваемая на движок, что и описывает скорость вращения мотора неизменного тока.
– к движку подключен фотоимпульсный датчик, соединенный с ОВЕН ПЛК 150УL. Программное обеспечение ПЛК скооперировано так, что при движении с каждым конфигурацией входного сигнала происходит прибавление «1» в счетчике. Таковым образом, в ОВЕН ПЛК 150УL скапливается
пройденному расстоянию бота.
Кроме этого, для тестирования интерфейса RS-232 и протокола USART, были разработаны метод и программка для связи индивидуального компа с микроконтроллером PIC16F628A через приемопередатчик MAX232. При любом сбросе микроконтроллера управляющая программка передает на индивидуальный комп строчку ASCII знаков.
В процессе выполнения работы была спроектирована схема электронная принципная устройства управления движком неизменного тока с списком частей, схема электронных соединений, сборочный чертёж устройства управления движком неизменного тока и спецификацию к нему, и система печатной платы.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………..
6
1 Разработка устройства управления движком неизменного тока
12
1.1 Разработка схемы электронной принципной
12
1.2 Разработка печатной платы
13
1.3 Разработка сборочного чертежа
14
1.4 Выбор частей системы управления
15
1.5 Выбор мотора неизменного тока
16
1.6 Выбор фотоимпульсного датчика (энкодера)
17
1.7 Выбор конденсаторов, диодов, резисторов, транзисторов
19
2 Разработка схемы метода управления движком неизменного тока
21
2.1 Разработка схемы метода работы ОВЕН ПЛК-150
21
2.2 Разработка схемы метода работы PIC16F628A
23
2.3 Разработка схемы метода работы MSP430C1101
25
2.4 Разработка схемы метода включения ДПТ
27
2.5 Схема метода работы энкодера
28
3 Разработка программки управления движком неизменного тока
30
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
31
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ………….………………..
33
приложение А (Непременное) Настройка и конфигурирование ПЛК в среде программирования CoDeSys ………………………………………….…
34
приложение Б (Непременное) Разработка программки ………………….
36
ПРИЛОЖЕНИЕ В (Непременное) Управление программера …………….
46
приложение Г (Непременное) Управление юзера ………………..
47
ПРИЛОЖЕНИЕ Д (Рекомендуемое) свойства MAХ232 …………….
48
приложение Е (Рекомендуемое) Микроконтроллер MSP430C1101…….
50
приложение Ж (Рекомендуемое) Главные свойства ОВЕН ПЛК-150 …………………………………………………………………………..
52
приложение И (Рекомендуемое) Среда программирования CoDeSys…………………………………………………………………………..
54
ПРИЛОЖЕНИЕ К (Рекомендуемое) Инкрементные фотоимпульсные датчики (ФИД) ………………………………………………………………….
56
приложение Л (Рекомендуемое) Принцип управления скоростью вращения мотора неизменного тока при помощи широтно-импульсной модуляции ……………………………………………………………………….
58
ВВЕДЕНИЕ
Промышленные боты используются в промышленном производстве и научных исследовательских работах. Почти всегда под фабричным роботом предполагаются автоматические программно-управляемые манипуляторы, выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.
Главными задачками промышленных ботов являются перемещение мощных либо крупногабаритных грузов, четкая сварка, покраска, также сортировка продукции.
Манипулятор промышленного бота имеет от 2-х до 6-ти степеней свободы и может перемещать грузы до нескольких сот кг в радиусе до нескольких метров.
Промышленные боты подходящи для использования в почти всех отраслях производства. При понижении цены промышленных ботов они стают доступны не только лишь большим заводам, да и средним компаниям, занимающимся созданием. На почти всех предприятиях Рф промышленные боты внедряются в Создание.
Тенденция роста парка промышленных ботов в современном производстве обоснована беспристрастных причин. Обычно, это повышение производительности труда при сохранении высочайшего свойства продукции и возможность резвого реагирования на конфигурации объектов производства и потребительского рынка.
Суровыми стимулами роста инвестиций в Создание и применение промышленных ботов являются:
– непрерывное понижение цены промышленных ботов на фоне роста цены рабочей силы;
– недочет квалифицированной рабочей силы;
– освобождение работающих на производстве от томного, интенсивного и
однообразного труда;
– возможность улучшения экологической обстановки и понижения вредного воздействия производства, в особенности сварочного, на здоровье производственного персонала;
– увеличение точности выполнения технологических операций и, как следствие, улучшение свойства;
– возможность использования технологического оборудования в три смены 365 дней в году;
Промышленный бот может конкретно подчиняться командам оператора, работать по заблаговременно составленной программке или следовать набору общих указаний при помощи технологии искусственного ума.
Электронный привод (сокращенно – электропривод) – это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных устройств рабочих машин и управления сиим движением в целях воплощения технологического прогресса.
Современный электропривод – это совокупа огромного количества электромашин, аппаратов и систем управления ими. Он является главным пользователем электронной энергии (до 60 %) и основным источником механической энергии в индустрии.
Движки делят на виды:
— Нерегулируемые, простые, созданные для запуска и остановки мотора, работающие в односкоростном режиме;
— Регулируемые, созданные для регулирования частоты вращения и управления запуском и торможением электродвигателя для данного технологического процесса;
-Неавтоматизированные;
-Автоматические.
Автоматический электропривод в истинное время получил обширное применение во всех сферах жизни и деятельности общества – от сферы промышленного производства до сферы быта.
Современный электропривод содержит в собственном составе систему автоматического управления, которая в простых вариантах производит запуск, отключение мотора и его защиту, а в наиболее сложных управляет технологическим действием приводимого в движение механизма. Соответствующая тенденция в развитии современного машиностроения и производства – упрощение кинематических цепей устройств при усложнении и совершенствовании систем управления их электроприводами. Происходит неизменное расширение области внедрения регулируемого электропривода, основным образом за счет количественного и высококачественного роста регулируемых электроприводов переменного тока.
Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от процессоров к микроконтроллерам с интегрированным набором специализированных устройств перифирии, сделали необратимой тенденцию массовой подмены аналоговых систем управления приводами на системы прямого цифрового управления. Под прямым цифровым управлением понимается не только лишь конкретное управление от микроконтроллера каждым ключом силового преобразователя (инвертора и управляемого выпрямителя, если он есть), да и обеспечение способности прямого ввода в микроконтроллер сигналов разных оборотных связей (независимо от типа сигнала: дискретный, аналоговый либо импульсный) с следующей программно-аппаратной обработкой снутри микроконтроллера. Таковым образом, система прямого цифрового управления нацелена на отказ от значимого числа доп интерфейсных плат и создание одноплатных контроллеров управления приводами.
Регулирование скорости – это принудительное изменение скорости электропривода, зависимо от требований технологического процесса.
Регулирование угловой скорости мотора неизменного тока может осуществляться несколькими методами:
1. Регулирование при помощи сопротивления в цепи якоря. Этот метод применяется при низких требованиях к показателям свойства регулирования скорости, отличаясь в то же время универсальностью и простотой реализации.
2. Регулирование конфигурацией магнитного потока. Находит обширное применение в ЭП вследствие простоты его реализации и экономичности, потому что регулирование осуществляется в относительно маломощной цепи возбуждения мотора и не сопровождается большенными потерями мощности.
3. Регулирование конфигурацией напряжения якоря. Изменение частоты вращения происходит в сторону уменьшения от главный, т.к. напряжение, прикладываемое к якорю, почти всегда, может изменяться тоже лишь вниз от номинального. Плавность регулирования определяется плавностью конфигурации питающего напряжения.
4. Импульсное регулирование. На движок при помощи импульсного прерывателя временами подаются импульсы напряжения определенной частоты. В период времени t, когда электрический ключ замкнут, питающее напряжение U подается на сто процентов на якорь мотора, и ток через него возрастает. Когда электрический ключ разомкнут, с якоря снимается питающее напряжение. При всем этом ток якоря миниатюризируется. Период Т приблизительно вдвое меньше неизменной времени цепи якоря. Потому за время импульса t ток в движке не успевает возрасти, а за время T-t уменьшится. Среднее значение напряжения, подаваемого на обмотку якоря Ua
=Ucp
=U/T=αT, где α=t/T коэффициент регулирования напряжения. Среднее напряжение Ucp
, подаваемое на движок, регулируют методом конфигурации или длительности периода Т меж подачей управляющих импульсов на электрический ключ при t=const (частотно-импульсное регулирование), или методом конфигурации времени t при T=const (широтно-импульсное регулирование). Употребляют также комбинированное регулирование, при котором меняется как Т, так и t.
Целью данной выпускной бакалаврской работе является разработка системы управления фабричным роботом. Требуется обеспечить управление движком неизменного тока, приводящим бот в движение, с индивидуального компа.
Для выполнения поставленной задачки нужно:
– найти какие управляющие элементы будут употребляться в данной выпускной бакалаврской работе;
– избрать принцип управления движком неизменного тока;
– избрать и высчитать электронные элементы, требуемые для корректной работы устройства управления движком неизменного тока;
– создать метод и программку системы управления движком неизменного тока для управляющих частей;
– спроектировать и спаять плату системы управления движком неизменного тока.
По предложению технического управляющего нужно избрать последующие управляющие звенья: программируемый логический контроллер ОВЕН ПЛК 150УL и микроконтроллер MSP430C1101 для формирования управляющего сигнала с ШИМ, и кроме этих звеньев для визуализации проекта микроконтроллер PIC16F628A.
Управление движком неизменного тока будет осуществляться по последующему принципу:
– оператор на индивидуальном компе, к которому через интерфейс RS-232 был подключен программируемый логический контроллер, будет наращивать либо уменьшать частоту вращения мотора, подавая управляющий сигнал, характеризующий изменение значения скважности ШИМ;
– этот сигнал будет подаваться на микроконтроллер PIC16F628A, обрабатываться и передаваться на микроконтроллер MSP430C1101;
– во время передачи сигнала на MSP430C1101 будут зажигаться светодиоды, сигнализирующие о передаче данных;
– зависимо от управляющего сигнала на MSP430C1101 будет изменяться продолжительность рабочего импульса (скважность сигнала), сформированного модулем таймера Timer_A. Сигнал с ШИМ подается на драйвер, который управляет движком неизменного тока. По мере необходимости быть может включен режим реверса. Потому что будет изменяться скважность сигнала управления, то будет изменяться и средняя мощность, подаваемая на движок, что и обусловит скорость вращения мотора неизменного тока.
– к движку будет подключен фотоимпульсный датчик, соединенный с ОВЕН ПЛК 150УL. Программное обеспечение ПЛК будет скооперировано так, что при движении с каждым конфигурацией входного сигнала происходит прибавление «1» в счетчике. Таковым образом, в ОВЕН ПЛК 150УL будет скапливаться
Кроме этого, для тестирования интерфейса RS-232 и протокола UART, будет разработан метод и программка для связи индивидуального компа с микроконтроллером PIC16F628A через приемопередатчик MAX232. При любом сбросе микроконтроллера управляющая программка будет передавать на индивидуальный комп строчку ASCII знаков.
1 Разработка устройства управления движком неизменного тока
1.1 Разработка схемы электронной принципной
Электронная принципная схема блока управления шаговым движком приведена в графической части бакалаврского проекта
Электронная схема состоит из:
– конденсаторов – С1 … С4;
– микросхем – DD1 … DD4;
– резисторов – R1 … R9;
– диодов – VD1 … VD6;
– транзисторов – VT1…VT4;
– разных разъёмов – XP1 … XP3.
Электронная принципная схема практической части блока управления шаговым движком приведена в графической части бакалаврского проекта
Электронная схема состоит из:
– конденсаторов – С1 … С7;
– микросхем – DD1 … DD3;
– резисторов – R1 … R2;
– диодов – VD1 … VD2;
– разных разъёмов – XP1 … XP3.
1.2 Разработка печатной платы
Разработка конструкции блока управления движком неизменного тока осуществляется на базе разработанной принципной электронной схемы с учетом требований к ремонтопригодности, требований технической эстетики, с учетом критерий эксплуатации и остальных требований.
При конструировании печатной платы учитывалось последующее:
– интегральная схема (ПП) разработана прямоугольной формы размерами 106х162 мм. Толщина ПП, равная 1,5 мм, соответствует одному из чисел ряда: 0.8; 1.0; 1.5; 2.0;
– разработка платы спроектирована, ориентируясь на определенный промышленный процесс ее производства;
– центры отверстий размещены в узлах координатной сетки. Каждое монтажное и переходное отверстие охвачено контактной площадкой;
– поперечник крепежных отверстий 5 мм. Поперечник монтажных отверстий 0,8 мм. Шаг координатной сетки составляет 2,54 мм;
– в качестве материала припоя избран ПОС-61 для пайки частей. Материал платы стеклотекстолит фольгированный СТЭФ 3-1,5-50 по ГОСТ 10316-86. Плта состоит из 3-х слоёв;
– не считая того, предусмотрена раздельная прокладка цифровой и аналоговой земли;
– внутренний слой предназначен для заземления электротехнических частей печатной платы;
отдано предпочтение масштабу 2:1.
1.3 Разработка сборочного чертежа
В процессе разработки сборочного чертежа было уделено внимание последующим требованиям:
– разработка сборочного чертежа блока управления движком неизменного тока осуществлялась на базе разработанной принципной электронной схемы с учетом требований к чертежным документам;
– в согласовании со схемой деления изделия на составные части присвоено обозначение сборочной единице и ее элементам по ГОСТ 2.201-68;
– отдано предпочтение масштабу 2:1;
– проставлены нужные размеры согласно требованиям ГОСТ 2.109-73;
– заполнена спецификация, выдерживая главные требования ГОСТ 2.108-68;
– нанесены номера позиций деталей в согласовании с номерами, проставленными в спецификации на данное изделие;
– заполнена основная надпись и указаны технические требования.
1.4 Выбор частей системы управления
Широтно-импульсная модуляция дозволяет управлять как маломощными, так и сильными движками. При всем этом схема управления не меняется, изменяются лишь силовые ключи в схеме H-моста. Это является бесспорным преимуществом такового метода регулирования. Для управления движком создано огромное количество драйверов H-моста. Функции драйвера сводятся к своевременному открыванию и закрыванию определенных транзисторов H-моста. На входе драйвера, как правило, должен быть ШИМ — сигнал.
Схема управления движком неизменного тока представлена в виде блоков на рисунке 1.
Набросок 1. Схема управления движком неизменного тока.
Данная структурная схема показывает работу устройства, где основным управляющим элементом является микроконтроллер (MSP430C1101), он выдает управляющий сигнал с ШИМ, который передается на драйвер HIP4802. Этот драйвер в свою очередьподключает движок неизменного тока. В качестве объекта управления применен движок неизменного тока ESCAP 35NT2R32. Благодаря интерфейсу связи возникает возможность удалённого управления. В данной выпускной бакалаврской работе выбраны интерфейс связи RS-232. Датчик оборотной связи (энкодер) делает функцию передачи данных от мотора к ПЛК, тем увеличивается точность позиционирования мотора.
1.5 Выбор мотора неизменного тока
В данной выпускной бакалаврской работе избран движок неизменного тока ESCAP 35NT2R32. Наружный вид мотора представлен на рисунке 2.
Набросок 2. Наружный вид мотора ESCAP 35NT2R32.
Таблица 1. Главные технические свойства мотора ESCAP 35NT2R32.
Категория
Miniature Electric Motors
Номинальное напряжение
6 В
Номинальная мощность
37 Вт
Скорость холостого хода
4990 о/мин
Поперечник корпуса
35 мм
Длина
57 мм
Поперечник вала
5 мм
Длина вала
11.1 мм
Наибольший непрерывный вращающий момент
48.1 мН∙м
1.6 Выбор фотоимпульсного датчика (энкодера)
Избираем фотоимпульсный датчик компании ООО «СКБ ИС Центр» ЛИР 212-А с разрешающей способностью преобразователя до 32000 дискрет/оборот. Схема и свойства фотоимпульсного датчика представлены на рисунке 3.
Набросок 3. Схема и свойства фотоимпульсного датчика.
В качестве рекомендуемой схемы подключения фотоимпульсного датчика воспользуемся рекомендованной производителем схемой с применением оптрона. Схема подключения фотоимпульсного датчика изображена на рисунке 4.
Набросок 4. Схема подключения фотоимпульсного датчика.
Применим оптрон с логическим выходомFairchild Optoelectronics Group. Выбор обосновывается низкой ценой и совместимостью с устройствами. На рисунке 5 представлен наружный вид оптрона HCPL2631SD.
Набросок 5. Наружный вид оптрона HCPL2631SD.
На рисунке 6 изображены свойства оптрона HCPL2631SD.
Набросок 6. свойства оптрона HCPL2631SD.
Таковым образом, на выход А будут поступать прямые и инверсные импульсные сигналы, которые будут обрабатываться микроконтроллером и употребляться для определения пройденного расстояния.
В согласовании с заданием примем, что за один импульс платформа проходит расстояние в 0,5 мм.
1.7 Выбор конденсаторов, диодов, резисторов, транзисторов
В качестве силовых ключей избираем MOSFETтранзисторы с припасом по току и напряжению.
Марка транзистора IR2910 корпус ТО220AB.
Плюсы транзистора марки IRFP450:
– высочайшие динамические свойства;
– рабочая температура кристалла 175°С;
– низкое сопротивление во включенном состоянии;
– низкая мощность управления;
– высочайшее коммутируемое напряжение.
Нужные свойства транзистора:
– наибольшее напряжение UDSS
=100 В;
– наибольший ток ID
=55 А;
– рассеиваемая мощность Pw=200 Вт;
– время включения ton
=11 нс;
– время задержки включения tr
=100 нс;
– время выключения toff
=49 нс;
– время задержки выключения tf
=50 нс;
– сопротивление открытого p-n перехода RDS
(
on
)=
0,4 Ом;
– суммарный заряд затвора Qз
=140 нКл.
Для управления транзисторами избираем драйвер Н-канального моста марки HIP4082 со последующими чертами:
– спектр рабочих температур = -55 +125 ºC;
– напряжение шины = 1…80 В;
– рабочий ток = 1,25 А;
– наибольшая частота = 250 КГц;
– время нарастания сигнала = 30 нс;
– драйвер совместим со схемами, работающими под напряжением +3,3 В, +5В, +12В.
В цепь затвора транзистора нужно включить сопротивления R=R3=R4=R5=R6.
Сопротивление резистора в цепи затвора рассчитывается по формуле 1
(1)
(кОм)
Принимаем обычное
В мостах силовых ключей используются диоды-шоттки VD3 … VD6, которые защищают транзисторы, сбрасывая излишнюю энергию. Выбраны диоды 123NQ080.
Для интерфейса RS-232 избран приёмопередатчик MAX232. Питание от 5 В. В схеме подключения, предложенной производителем, употребляются последующие элементы:
– конденсаторы C4-C7 ёмкостью 1мкФ, С9 ёмкостью 10мкФ (Jamicon 1 мкФ, Jamicon 10 мкФ);
Для формирования стабилизированного напряжения VCC для питания микроконтроллера MSP430 и формирования сигнала сброса используем устройство TPS77133 производства компании TI. Питается от 5В. Для корректной работы использованы последующие элементы:
– конденсатор С3 ёмкостью 0,1 мкФ, С8 ёмкостью 2,2 мкФ (K73-16 0,1 мкФ и Jamicon 2,2 мкФ);
– резистор R8 номиналом 120 кОм (МЛТ-0,125 120 кОм).
2 Разработка схемы метода управления движком неизменного тока
Нужно создать метод для управления движком неизменного тока с индивидуального компа.
2.1 Разработка схемы метода работы ОВЕН ПЛК-150
В функции программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 заходит связь с компом по интерфейсу передачи данных RS-232, принятие данных с компа, их обработка и выдача управляющих сигналов. Если требуется прирастить скорость вращения мотора неизменного тока, то на дискретный выход 1 ОВЕН ПЛК-150 подается высочайший уровень сигнала (5 В) в течение 0,3 секунды, если требуется уменьшить скорость вращения мотора неизменного тока, то на дискретный выход 2 ОВЕН ПЛК-150 подается высочайший уровень сигнала (5 В) в течение этого же времени.
Схема метода работы ПЛК представлена на рисунке 7.
Набросок 7. Схема метода работы ОВЕН ПЛК-150.
2.2 Разработка схемы метода работы PIC16F628A
В функции микроконтроллера PIC16F628Aвходит:
– получение данных от ОВЕН ПЛК-150 и их передача MSP430C1101;
– передача текстового сообщения на индивидуальный комп через интерфейс RS-232 по протоколу связи UART.
Схема метода работы PIC16F628A представлена на рисунках 8,9.
Набросок 8. Схема метода работы PIC16F628A.
Набросок 9. Схема метода работы PIC16F628A.
2.3 Разработка схемы метода работы MSP430C1101
Микроконтроллер повсевременно опрашивает состояние входов и при изменении уровня напряжения наращивает либо уменьшает скважность ШИМ. Схема метода работы MSP430C1101 представлена на рисунке 10.
Набросок 10. Схема метода работы MSP430C1101.
Набросок 10. Продолжение.
2.4 Разработка схемы метода включения ДПТ
Схема метода включения ДПТ показана на рисунке 11.
При нажатии на клавишу «Запуск» происходит пуск системы управления движком неизменного тока ESCAP 35NT2R32.
При нажатии на клавишу «Стоп» происходит останов системы управления движком неизменного тока ESCAP 35NT2R32.
Набросок 11. Схема метода включения ДПТ.
2.5 Схема метода работы энкодера
Схема метода работы фотоимпульсного датчика (энкодера) показана на рисунке 12.
Набросок 12. Схема метода работы фотоимпульсного датчика (энкодера).
Набросок 12. Продолжение.
3 Разработка программки управления движком неизменного тока
Программки для ОВЕН ПЛК-150УL, MSP430C1101 и PIC16F628Aнаписаны в согласовании с разработанными ранее методами. Текст программки находится в приложении Б. Результаты вычислительного опыта представлены ниже.
На рисунке 13 изображена визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
Набросок 13. Визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
На рисунке 14 изображено окно HyperTerminal’aпосле принятия данных от микроконтроллера через интерфейс RS-232.
Набросок 14. Окно HyperTerminal’a.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной выпускной бакалаврской работе разработан блок управления движком неизменного тока на базе программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 и микроконтроллера MSP430C1101. Данное мехатронное изделие представляет собой функционально законченное электрическое устройство, созданное для управления движками неизменного тока с номинальным напряжением до 12 вольт.
Для питания блока употребляются стабилизированные источники питания неизменного тока. В качестве датчика оборотной связи был избран энкодер, установленный снутри корпуса блока. Величина напряжения питания 5 В, потребляемый ток наименее 100 мА, разрешение энкодера 32000 имп./о. В блоке употребляется способ управления движком при помощи широтно-импульсной модуляции. Таковой метод дозволяет отлично управлять движками как малой, так и большенный мощности. Регулирование скорости мотора при помощи ШИМ дает наиболее высочайший КПД.
Был разработан метод работы микропроцессорного устройства, описывающий порядок подачи управляющего сигнала на движок. Hа базе метода составлен программный код, обеспечивающий корректную работу блока управления движком неизменного тока. Спроектированы последующие чертежи: схема электронная принципная микропроцессорной системы, список частей к схеме электронной принципной, схема электронных соединений, чертеж печатной платы микропроцессорной системы, сборочный чертеж микропроцессорной системы, спецификация микропроцессорной системы, сборочный чертеж блока управления шаговым движком и спецификация к нему.
Все это позволило познакомиться с организацией и главными шагами проектирования электрических устройств, усвоить главные понятия и определения, относящиеся к проектированию, закрепить и углубить познание способов расчета электрических цепей, познакомиться с элементной базой и получить Создание электрической аппаратуры базируется на всеобъятной системе муниципальных и отраслевых эталонов.
Разработанное устройство может применять в тех областях индустрии, где требуется четкое перемещение и точность позиционирования. Корпус блока владеет достаточной прочностью. Существует возможность внедрения спроектированного блока в паре с движком в достаточно сложных и ответственных устройствах. Владеет огромным ресурсом и сроком службы.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и экспертов/ Б. Ю. Семенов. М.: Солон-Р, 2001. 126 с.
2. Хорвиц П. Искусство схемотехники. Пер. с англ. М.: Мир, 1993.
3. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым устройствам. К.: техника, 1984. 424 с.
4. Касаткин А.С. Электротехника. Учеб. пособие для вузов. 4-е изд. М.: Энергоатомиздат,1983. 440 с.
5. Брускин Д.Э. электронные машинки: В2-х ч. Ч1: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа,1987. 319 с.
6. Романычева Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1989. 448 с.
7. Вольдек А.И. электронные машинки. Л.: Энергия, 1974. 840 с.
8. Сентурия С., Уэдлок Б. Электрические схемы и их применение. М.: мир, 1977. 600 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
(Непременное)
Настройка и конфигурирование ПЛК в среде программирования CoDeSys
Опосля установки среды CoDeSys следует выполнить установку Target-файлов. В Target-файлах содержится информация о ресурсах программируемых контроллеров, с которыми работает CoDeSys.
установка Target-файлов делается с помощью утилиты InstallTarget, устанавливающейся вкупе со средой программирования.
Выбор требуемого Target-файла показан на рисунке А.1.
Набросок А.1. Выбор требуемого Target-файла.
Настраиваем входы и выходы ОВЕН ПЛК-150 в PLC Configurator.
Цифровой вход 0 будет подключен к фотоимпульсному датчику (энкодеру). На аналоговые выходы будет поступать высочайший либо маленький уровень сигнала, характеризующий повышение либо уменьшение вращения мотора неизменного тока.
Настройка конфигуратора изображена на рисунке А.2.
Набросок А.2. Настройка конфигуратора.
приложение Б
(Непременное)
Разработка программки
Для программирования ОВЕН ПЛК-150 воспользуемся языками SFC, FBDи ST среды программирования CoDeSys.
текст программки представлен на рисунках Б.1-Б.3.
Набросок Б.1. текст программки на языке SCF
Набросок Б.2. текст программки на языке FBD
Набросок Б.3. текст программки на языке ST.
На рисунке Б.4 изображена визуализация проекта.
Набросок Б.4. Визуализация проекта.
текст программки для микроконтроллеров PIC16F628Aпредставлен на рисунках Б.5-Б.6.
LIST P=16F628A, R=hex ; Use the PIC16F628 and decimal system
#include «P16F628A.INC» ; Include header file
__CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _BODEN_OFF & _PWRTE_OFF & _INTRC_OSC_NOCLKOUT & _MCLRE_OFF & _LVP_OFF
TEMP EQU 070h
TEMP1 EQU 072h
COUNT EQU 074h
COUNT1 EQU 076h
ORG 0x000 ; Program starts at 0x000
begin
;
; —————-
; INITIALIZE PORTS
; —————-
;
movf PORTA,F
movf PORTB,F
bsf STATUS,RP0
movlw B’00000000′
movwf TRISA
movlw B’00001001′
movwf TRISB
movlw B’10000000′
movwf OPTION_REG
bcf STATUS,RP0
movlw B’00000000′
movwf PORTA
movlw B’00000000′
movwf PORTB
;
; ———
; MAIN LOOP
; ———
;
movlw 00h
movwf TEMP
movlw 00h
movwf TEMP1
movlw 04h
movwf COUNT
Набросок Б.5. текст программки для PIC16F628A.
movlw 04h
movwf COUNT1
loop
movf PORTB,W
btfsc PORTB,3
goto new
goto loop
new
iorwf TEMP1
movlw 01h
andwf TEMP1,0
iorwf TEMP
rlf TEMP,1
movlw 00h
movwf TEMP1
decfsz COUNT,1
goto again
goto loop1
again
btfsc PORTB,3
goto again
loop1
decfsz COUNT1,1
goto loop
rrf TEMP,1
movf TEMP,W
movwf PORTA
cycle
btfsc PORTB,3
goto cycle
movlw 00h
movwf TEMP
movlw 00h
movwf TEMP1
movlw 04h
movwf COUNT
movlw 04h
movwf COUNT1
clrf PORTA
clrf PORTB
goto loop
END
РисунокБ.5. Продолжение.
LISTP=16F628A, R=DEC ; Применять десятичную систему счисления
#include «P16F628A.INC» ; Подключение библиотеки
__config _INTRC_OSC_NOCLKOUT & _LVP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _BODEN_ON
ORG 0x000 ; Program starts at 0x000
;
; —————-
; INITIALIZE PORTS
; —————-
;
movlw b’00000000′ ; установка portA
movwf PORTA
movlwb’00000100′ ; RB2(TX)=1 другие 0
movwf PORTB
bsf STATUS,RP0 ; Банкпамяти 1
movlw 0xFF
movwf TRISA ; ВсеразрядыportA входы
movlw b’11110010′ ; RB7-RB4 and RB1(RX)=входы, остальныевыходы
movwf TRISB
; ————————————
; SET BAUD RATE TO COMMUNICATE WITH PC
; ————————————
; Скорость = 9600 бод, без паритета, 1 стоповый бит
;
movlw 0x19 ; 0x19=9600 bps (0x0C=19200 bps)
movwf SPBRG
movlw b’00100100′ ;
movwf TXSTA ; включениеасинхроннойпередачи
bcf STATUS,RP0 ; Банкпамяти 0
movlw b’10010000′ ; включение асинхронного приема
movwf RCSTA
;
; ———
; MAIN LOOP
; ———
;
call Message ; послатьстроку
loop call receive ; ожиданиесимвола
call send ; посылкасимвола
goto loop
;
; ——————————————-
; Принятие знака через RS-232 и сохранение его в регистре W
; ——————————————-
Набросок Б.6. текст программки для PIC16F628A.
; Этот цикл не завершается пока знак не принят
;
receivebtfssPIR1,RCIF ; (5) проверка на наличие поступающих данных
goto receive
movfRCREG,W ; сохранение поступивших данных в W
return
;
; ————————————————————-
; Отправка знака через RS-232 и ожидание окончания отправки
; ————————————————————-
;
sendmovwfTXREG ; скопировать в регистр Wпосылаемый знак
TransWt bsf STATUS,RP0 ; Банкпамяти 1
WtHerebtfssTXSTA,TRMT ; (1) если 1 то передача завершена
goto WtHere
bcf STATUS,RP0 ; Банкпамяти 0
return
;
; ——-
; Сообщение
; ——-
;
Message movlw ‘B’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘k’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘l’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘v’
call send
movlw ‘r’
call send
movlw ‘s’
call send
movlw ‘k’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘i’
call send
movlw ‘a’
РисунокБ.6. Продолжение.
call send
movlw ‘ ‘
call send
movlw ‘r’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘b’
call send
movlw ‘o’
call send
movlw ‘t’
call send
movlw ‘a’
call send
movlw ‘ ‘
call send
movlw ‘P’
call send
movlw ‘o’
call send
movlw ‘d’
call send
movlw ‘g’
call send
movlw ‘u’
call send
movlw ‘z’
call send
movlw ‘o’
call send
movlw ‘v’
call send
movlw ‘ ‘
call send
movlw ‘A’
call send
movlw ‘.’
call send
movlw ‘V’
call send
movlw ‘.’
call send
movlw 0x0D ; CR
call send
movlw 0x0A ; LF
call send
return
END
Набросок Б.6. Продолжение.
текст программки для микроконтроллера MSP430C1101 представлен на рисунке Б.7.
#include «msp430x11x1.h» ; Standard Equations
NAME DCmotorspeedcontroller
#define Duty_cycle R6
;******************************************************************************
;Константы
;******************************************************************************
PWM_OUT equ 004h ; bit2 of Port1 / TA1
Period equ 0ffh ; Counts for D/A, 8bits = 256
;******************************************************************************
RSEG CSTACK
DS 0
;******************************************************************************
RSEG CODE
;******************************************************************************
RESET mov #SFE(CSTACK),SP ; Инициализациястека
call #Init_Sys ; Процедура инициализации
Mainloopbit.b #BIT0,&P2IN ; проверка был ли подан сигнал уменьшения скважности ШИМ
jz Next1
bit.b #BIT1,&P2IN ; проверка был ли подан сигнал уменьшения скважности ШИМ
jzNext2
jmpMainloop ; ожидание подачи управляющего сигнала
Next1 cmp #0,Duty_cycle ; если
jzMainloop ; то переход на ожидание нажатия
decDuty_cycle ; повышение скважности ШИМ
jmp SendPWM
Next2 cmp #0ffh,Duty_cycle ; если
jzMainloop ; то переход на ожидание нажатия
incDuty_cycle ; уменьшение скважности ШИМ
SendPWMmovDuty_cycle,&CCR1 ; Вывод ШИМ сигнала на выход
call #Delay ; Вызов процедуры задержки
jmpMainloop ; ожидание подачи управляющего сигнала
;******************************************************************************
Init_Sys; инициализация
;******************************************************************************
StopWDT mov #WDTPW+WDTHOLD,&WDTCTL ; Остановсторожевоготаймера
SetupBC mov.b #XTOFF+RSEL2+RSEL1+RSEL0,&BCSCTL1
; RSEL=7
mov.b #0ffh,&DCOCTL ; Режим наибольшей частоты.
SetupP1 mov.b #0,&P1OUT ; P1OUT сброс
bis.b #PWM_OUT,&P1SEL ; P1.2/TA1 настраиваем на ШИМ выход
bis.b #0ffh,P1DIR ; другие выводы P1 не используем
SetupP2 mov.b #03ch,&P2DIR ; P2.0,P2.1 входы,P2.2 toP2.5 не употребляются
mov #Period,&CCR0 ; установка периода продолжительности ШИМ
mov #0,&CCR1 ;
mov #OUTMOD_7,&CCTL1 ; Настройка режима таймера
SetupTAmov #TASSEL1+MC0,&TACTL ; установка внутреннего генератора частоты
mov #0,Duty_cycle ; Сброс переменной Duty_cycle
ret ; Возврат из процедуры
;******************************************************************************
Delay; Software delay
;******************************************************************************
push #03FFFh ; Задержка
L1 dec 0(SP) ;
jnz L1 ;
incd SP ;
ret ;
Набросок Б.7. текст программки для MSP430C1101.
;******************************************************************************
COMMON INTVEC ; MSP430F1xx Векторы прерывания
;******************************************************************************
ORG RESET_Vector
RESET_VEC DW RESET ; Сброссторожевоготаймера
END
Набросок Б.7. Продолжение.
приложение В
(Непременное)
Управление программера
Спроектированный блок управления движком неизменного тока спроектирован на базе микроконтроллера MSP430C1101 и программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150.
Для того чтоб задать остальные значения длительностей управляющего сигнала с ПЛК, нужно в среде программирования CoDeSysизменить
Для того чтоб задать остальные значения скважности ШИМ сигнала, нужно в программном коде для микроконтроллера MSP430C1101 поменять тока.
Для того чтоб применять доп интерфейсы связи, нужно разрабатывать программное обеспечение для операционной системы индивидуального компа. Вся техно информацию по программированию интерфейсов связи имеется в datasheetмикроконтроллера MSP430C1101.
приложение Г
(Непременное)
Управление юзера
Для управления частотой вращения мотора неизменного тока нужно:
– соединить ОВЕН ПЛК-150 с индивидуальным компом через COMпорт (подробное описание приводится в документации устройства ОВЕН ПЛК-150);
– запустить исполняющую программку new.pro;
– в открывшейся программке избрать вкладку Visualizations — Diplom. Раскроется последующее окно:
Набросок Г.1. Окно визуализации программки.
– для пуска программки надавить на клавишу «Старт»;
– сбросить прошлые значения клавишей «Сброс»;
– для роста либо уменьшения скважности ШИМ надавить на клавишу «+1» либо «-1». Для резвого роста либо уменьшения скважности ШИМ надавить на клавишу «+5» либо «-5».
приложение Д
(Рекомендуемое)
Свойства MAХ232
Набросок Д.1. Наружный вид приёмопередатчика MAX232.
Набросок Д.2. Обозначение контактов MAX232.
Микросхема приемопередатчика MAX3232 вооружена фирменным выходным каскадом передатчиков, обеспечивающим маленькое падение напряжения и полную сопоставимость с требованиями эталона RS-232 при напряжении питания от 3,0 до 5,5 В. Формирование выходного сигнала, при использовании 1-го положительного напряжения питания, обеспечивается 2-мя встроенными генераторами накачки, для работы которых довольно 4 наружных компактных конденсаторов емкостью по 0,1 мкФ.
1.3 Цифровой сигнальный машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор:
MSP430C1101 — 16-разрядная RISC-архитектура, время выполнения аннотации
— 125 нс, 16-разрядная RISC-архитектура, время выполнения аннотации
— 125 нс 32 КГц кварцевый резонатор, интегрированный модуль 10-разрядного АЦП скоростью 200 ksps, 16-битовый таймер с 3-мя регистрами захвата/сопоставления, ОЗУ 128б, ПЗУ 1кб, корпус 20 выводов, напряжение питания от +1,8В до +5В.
приложение Е
(Рекомендуемое)
Микроконтроллер MSP430C1101
Набросок Е.1. Наружный вид микроконтроллера MSP430C1101.
Цифровой сигнальный машина — комплекс технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения вычислительных и информационных задач) (либо вычислительной системы) которое делает арифметические и логические операции данные программкой преобразования инфы управляет вычислительным действием и коор MSP430C1101 имеет в собственном составе ПЗУ, ОЗУ, число портов ввода/вывода — 20. Питание микроконтроллера осуществляется от источника напряжения +3В. Микроконтроллеры данного семейства содержат 16-разрядное RISC CPU, периферийные модули и гибкую систему тактирования, соединенные через фон-Неймоновскую общую адресную шину (MAB) памяти и шину памяти данных (MDB). Объединяя современное CPU с отображаемыми в памяти аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами.
Система тактирования разработана специально для использования в приложениях с питанием от батарей. Вспомогательная низкочастотная система тактирования (ACLK) работает конкретно от обыденного 32 кГц часового кристалла. Модуль ACLK может употребляться в качестве фоновой системы настоящего времени с функцией самостоятельного «пробуждения». Встроенный скоростной осциллятор с цифровым управлением (DCO) быть может источником основного тактирования (MCLK) для ЦПУ и скоростных устройств перифирии. Модуль DCO становится активным и размеренным наименее чем через 6 мкС опосля пуска.
Семейство MSP430 имеет фон-Неймоновскую архитектуру с единым адресным местом для регистров специального предназначения (SFR), периферии, ОЗУ и Flashпамяти программ. Доступ к программному коду производится постоянно по четным адресам. Данные могут быть доступны как байты либо как слова.
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж
(Рекомендуемое)
Главные свойства ОВЕН ПЛК-150
Надежная среда программирования CoDeSys заходит в набор поставки контроллера.
Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК имеют интегрированные интерфейсы Ethernet 10/100 Мbps, RS-485, RS-232, USB-Device*, USB-Host*.
Контроллеры поддерживают протоколы ОВЕН, Modbus RTU, Modbus ASCII, DCON, Modbus TCP, GateWay.
Устройство промышленного контроллера предугадывает три режима функционирования дискретных входов (10 кГц): режим импульсного счетчика, триггера либо энкодера.
Контроллер предугадывает высшую точность опции всех дискретных входов на генерацию ШИМ-сигнала.
В набор поставки входят готовые библиотеки многофункциональных блоков. Это как обычные библиотеки CoDeSys, так и разработки ОВЕН (ПИД-регулятор с автонастройкой, блок управления 3-х позиционными задвижками, блок измерения влажности психрометрическим способом и т.д.).
количество входов и выходов программируемых логических контроллеров можно прирастить при помощи подключения наружных модулей ввода/вывода.
Контроллер обустроен встроенными часами настоящего времени и интегрированным аккумуляторным источником запасного питания.
Наружный вид ОВЕН ПЛК-150 показан на рисунке Ж.1.
Набросок Ж.1 – Наружный вид ОВЕН ПЛК-150
приложение И
(Рекомендуемое)
Среда программирования CoDeSys
CoDeSys — это современный инструмент для программирования контроллеров (CoDeSys появляется от слов Controllers Development System).
CoDeSys предоставляет программеру комфортную среду для программирования контроллеров на языках эталона МЭК 61131-3. Применяемые редакторы и отладочные средства базируются на обширно узнаваемых и отлично себя зарекомендовавших принципах, знакомых по иным пользующимся популярностью средам проф программирования (такие, как Visual C++).
Проект включает последующие объекты: POU, типы данных, визуализации, ресурсы, библиотеки. Любой проект сохраняется в отдельном файле.
К программным компонентам (POU) относятся многофункциональные блоки, функции и программки. Отдельные POU могут включать деяния (подпрограммы).
Любой программный компонент состоит из раздела объявлений и кода. Для написания всего кода POU употребляется лишь один из МЭК языков программирования (IL, ST, FBD, SFC, LD либо CFC).
CoDeSys поддерживает все описанные эталоном МЭК составляющие. Для их использования довольно включить в собственный проект библиотеку standard.lib.
POU могут вызывать остальные POU, но рекурсии недопустимы.
Функция – это POU, который возвращает лишь единственное структура). В текстовых языках функция вызывается как оператор и может заходить в выражения.
При объявлении функции нужно указать тип возвращаемого значения. Для этого опосля имени функции необходимо написать двоеточие и тип.
приложение К
(Рекомендуемое)
Инкрементные фотоимпульсные датчики (ФИД)
Схема внедрения фотоимпульсного датчика для измерения угла поворота a показана на рисунке К.1.
Набросок К.1. Схема внедрения фотоимпульсного датчика.
Главным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками, количество которых добивается нескольких тыщ. При повороте диска, луч света, излучаемый источником ИС, модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. электронные сигналы от ФП преобразуются электрическим преобразователем ЭП в систему электронных сигналов, которые подаются на программируемый логический контроллер ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем).
ФИД генерирует последующие сигналы и их инверсии:
OSN – главный;
SM – смещенный;
CLRM – нуль-способ.
Диаграмма этих сигналов при вращении на Право и на лево показана на рисунке К.2. Программно-аппаратное обеспечение ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) скооперировано так, что при движении на Право при любом переходе входного сигнала происходит прибавление «1» в программном либо аппаратном счетчике, а при движении на лево – вычитание «1». Не считая того, ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) инспектирует отсутствие обрыва полосы, сравнивая сигналы с их инверсиями. Таковым образом, в счетчике ПК (Персональный компьютер — компьютер, предназначенный для эксплуатации одним пользователем) формируется код угла поворота Na
либо его приращения.
Набросок К.2 – Диаграмма сигналов, генерируемых ФИД
приложение Л
(Рекомендуемое)
Принцип управления скоростью вращения мотора неизменного тока при помощи широтно-импульсной модуляции
При регулировании скорости вращения мотора при помощи широтно-импульсной модуляции (ШИМ, в английских текстах — PWM, pУLse-width modУLation) на движок подается полное напряжение питание, но регулируется время, в течение которого оно подается. Широтно-импульсная модуляция представлена на рисунке Л.1.
Набросок Л.1. Широтно-импульсная модуляция.
То, что при помощи дискретного сигнала («включено/выключено») можно управлять аналоговой величиной (частотой вращения мотора), делает этот метод весьма пользующимся популярностью при использовании цифровых схем управления и, а именно, логических контроллеров.
Обычно частота ШИМ бывает достаточно высока и составляет от нескольких 10-ов до нескольких сотен герц. В этом случае при емкостной перегрузке происходит выравнивание пульсаций питающего напряжения и
практически мы подаем на движок некое действенное напряжение. Скажем, при напряжении питания 10В и продолжительности импульса 50% от периода, мы получим буквально таковой же итог, как если б просто
подали на движок напряжение 5В.
Нередко конкретно это и требуется. Наиболее того, это один из более фаворитных методов регулирования аналогового напряжения в цифровых схемах.
Обратите внимание, что если емкость перегрузки мала, вы сможете столкнуться с нежданным поведением мотора, что в особенности приметно у дешевеньких микромоторов. Коллекторная система мотора играет роль коммутатора, включая и выключая его обмотки; когда же на включение обмоток накладывается периодическое включение питания, итог быть может непредсказуемым, прямо до того, что при определенном сочетании частоты ШИМ и частоты вращения мотора, крайний начнет вращаться в оборотную сторону.
Схема подключения перегрузки представлена на рисунке Л.2.
Набросок Л.2. Схема подключения перегрузки.
]]>