3 Мпс позиционно-контурного управления промышленными роботами

Применение позиционно-контурных систем расширяет техно­логические возможности ПР. Они разделяются на универсальные системы с центральным вычислителем и с децентрализованной струк­турой.

Пример микропроцессорной системы позиционно-контурного управления, предназначенной для ПР со следящими и дискрет­ными приводами, в которой центральным вычислителем является микроЭВМ «Электроника - 60», представлен на рисунке 3.

Центральный вычислитель подключается к периферийным функциональным модулям через систему унифицированных шин свя­зи по стандартному каналу. Кассетный накопитель на магнитной лен­те (КНМЛ) является основным внешним программоносителем и со­вместно со своим блоком управления осуществляет прием, хранение и выдачу по запросу требуемой информации. Хранение программного обеспечения системы и т.д. осуществляется модулем ПЗУ. Отрабаты­ваемая УП и промежуточные результаты вычислений хранятся в ОЗУ. Формирование временной выдержки и синхросигналов осущест­вляется таймерами.

ЦП - центральный процессор; УУ - устройство управления; ПО - пульт обучения; ККНМЛ - контроллер КНМЛ; ДР - датчики робота; ПР - приводы робота; МСД - модуль сопряжения с датчиком; МУП -модуль сопряжения с приводом; 1МВТК - модуль ввода технологиче­ских команд; 2МВТК - модуль вывода технологических команд; Т -таймер; ПО - пульт оператора.

Рисунок А3 – Функциональная схема таймерами

Задачей ЭВМ является обработка принятой с ПО и датчиков обратной связи информации, а также формирование УП в памяти устройства в режиме обучения, выдача сигналов управления следя­щим приводам робота и другому оборудованию в режиме отработки программы.

Конструктивно устройство выполнено в виде двух блоков: блока вычислителя и интерфейсного блока. Центральную часть вычислителя составляет микроЭВМ, в числе блоков которой - МП, модули опера­тивной памяти вместимостью 16К для хранения управляющих про­грамм и перепрограммируемой памяти вместимостью 4К (для хране­ния математического обеспечения ЭВМ), модуль связи со стандарт­ным считывающим устройством. Каналы ЭВМ и ЧПУ связаны через адаптер.

Основными режимами устройства являются обучение, автома­тическая работа и ввод-вывод. В устройства, подключенные к каналу ЧПУ, входит дополнительный модуль внешнего ППЗУ объемом 16К, который предназначен для хранения системного математического обеспечения ЧПУ. Микроинтерполятор обеспечивает преобразование координатных микроприращений, вычисляемых программой интерпо­ляции на постоянной несущей частоте 125 Гц, в унитарные последо­вательности импульсов, поступающих в интерфейсные блоки управ­ления приводами.

В режиме «обучение» в процессе ручного управления манипу­лятором осуществляется запись УП в ОЗУ устройства, в режиме «автоматическая работа» - многократное, однократное или покадровое воспроизведение УП, в режиме «ввод-вывод» - обмен информацией между ОЗУ и КНМЛ.

4 Счпу для управления по трем координатам

УЧПУ состоит из вычислителя В и устройства управления ша­говым приводом УУШП (рис.4). Вычислитель В предназначен для вы­работки сигналов управления перемещением исполнительных органов рабочего стола и вертикальной стойки, выполнения технологических команд, формирования сигналов линейно-круговой интерполяции и сигналов безразмерного перемещения по командам с пульта операто­ра.

УУШП преобразует выходные сигналы вычислителя в импуль­сы управления шаговыми двигателями подач.

Рисунок А4 – Структурная схема УЧПУ

Устройство ввода-вывода информации УВВ содержит:

- устройство фотоввода (УФВ), состоящее из схем согласования выходов электрических сигналов фотосчитывающего устройства (ФСУ) с входами усилителей считывания и выходов УФВ с обмотка­ми электромагнитов ФСУ;

- регистры ввода, предназначенные для ввода информации, со­держащейся в одном кадре УП, и запоминания ее до считывания сле­дующего кадра, а также для проверки каждого байта информации на четность;

- блоки управления, состоящие из схем управления регистрами, контроля по структуре адреса, формирования номера строки, выра­ботки знака числа, сигнала сбоя УВВ, тактировки, управления вводом строки, выработки сигнала конца ввода и технологических остановов;

- регистр-преобразователь, предназначенный для построчного приема из регистров ввода числовой информации любого из адресов и хранения параллельного кода по данному адресу в течение необходи­мого для отработки интервала времени, для переписи параллельного кода числа в соответствующие буферные регистры, а также для пре­образования параллельного двоично-десятичного кода числа в после­довательный двоичный и записи его в соответствующие буферные регистры интерполятора;

- буферную память для хранения номера вводимого кадра;

- буферную память для хранения информации о технологиче­ских командах на время ввода с УП в регистры;

- рабочую память, предназначенную для вывода технологиче­ских команд на блок выходных реле с начала отработки введенного кадра до момента прихода следующей технологической команды;

- блок отображения цифровой индикации.

Интерполятор И состоит из следующих функциональных узлов:

устройства управления, трех интегралов (х, у, z), состоящих из бу­ферного (РБ) и рабочего (РР) регистров и регистра-накопителя (РН), а также буферного и рабочего регистров обработки кадров.

Интерполятор определяет последовательность движения по ко­ординатам для введенных участков интерполяции. Совокупное дви­жение по двум осям дает нужный контур обработки.

Геометрическая интерполяция задается по адресам X,Y,Z,I,S,M.

Число под адресом соответствует перемещению рабочего испол­нительного механизма установки в соответствии с дискретностью сис­темы, а знак «-» - направлению перемещения в выбранной системе ко­ординат. Если дискретность системы равна 0,01, а запись интерполя­ции Х+190537, то перемещение исполнительного механизма будет равно 1905,37 мм, совпадающим с направлением оси X.

При линейной интерполяции (ЛИ) вводятся: функция G 01 при­ращения по двум осям Х и Y и направление по осям. Для обработки заданной траектории необходимо ввести два кадра с геометрической информацией, причем приращениям присваиваются знаки (+) или (-) в соответствии с выбранным направлением координат.

При круговой интерполяции (КИ) вводятся: признак плоскости обработки, направление движения (по часовой стрелке функция G02, против часовой стрелки - G 03), величины приращения, а также ко­ординаты начальной точки относительно центра окружности.

Выходной блок ВБ состоит из трех аналогичных каналов, в ка­ждом из которых имеются регистр РР, а также вентили направления. Для определения импульсов по плоскостям обработки имеются венти­ли. В регистрах накапливаются «шаги», вырабатываемые в интерполяторе.

При ЛИ импульсы с регистров поступают непосредственно на соответствующие вентили направления Вх, By, Bz, с помощью кото­рых в зависимости от знака приращения они распределяются на ка­налы электронного коммутатора УУШП.

При КИ «шаги» поступают от интерполятора только на регист­ры РРх и РРу, а уже с них - через вентили распределения Вху, Byz по соответствующим осям. Так, например, импульсы с РРу при нали­чии признака знака в плоскости YZ (+1) направляются на отработку по координате Z. Интерполятор при работе по одной координате мож­но рассматривать как делитель частоты, который получает на входе одну частоту (частота циклов сложения) и в зависимости от величины обрабатываемого числа выделяет другую частоту. Так как выходная частота интерполятора значительно больше программируемой часто­ты, необходимо переводить работу вычислителя в реальный масштаб времени. Для этого информация о содержимом регистров выходного блока поступает в блок задержки скорости, где в зависимости от ко­личества координат, по которым одновременно делается «шаг», часто­та подачи делится на заданное число (например, у3 ) для поддержи­вания постоянства контурной скорости. Заполнение регистров, кото­рые относятся к большому приращению, происходит быстрее, чем регистров, соответствующих меньшим приращениям. Устройство вы­дает «шаг» только в направлении большего приращения или по диа­гонали.

Блок задания скоростей БЗС предназначен для формирования сигналов, частота следования которых соответствует заданной скоро­сти, и для поддержания постоянства контурной скорости. В БЗС зна­чение скорости подачи поступает с устройства ввода-вывода четырь­мя двоично-десятичными разрядами. В соответствии с кодами ISO третий разряд служит для записи порядка скорости, два других - для записи старших разрядов скорости. Порядок скорости представляет собой десятичный множитель, значение которого на три единицы больше, чем количество цифр слева от запятой в числе, выражающем величину скорости подачи мм/мин. Например, скорость 4800 мм/мин записывается так: 748, а скорость 240 мм/мин - 624.

В состав БЗС входят следующие функциональные узлы: ввода скорости, интегратор, поддержания постоянства контурной скорости.

Преобразование заданной в мм/мин скорости, записанной с по­мощью узла ввода в соответствующую частоту, производится в инте­граторе скорости (рис. 5), состоящем из рабочего регистра РРС, реги­стра-накопителя РНС и двоично-десятичного сумматора S.

Эта частота определяется форму­лой ,

где

f_пер - частота переполнения РНС, Гц;

f_ц - - тактовая циклическая часто­та, Гц;

S_n - скорость подачи, мм/мин;

С_рн - вместимость регистра нако­пителя, мм/мин;

S_n - скорость подачи, мм/мин;

Рисунок А5 – Интегратор скорости

За каждый вычислительный цикл происходит сложение содер­жимого РРС, в котором записана скорость подачи, мм/мин, с содер­жанием РНС. Результат сложения записывается в РНС. Импульс переполнения РНС следует с частотой, превышающей программируе­мую скорость в три раза.

Работа узла поддержания постоянства контурной скорости за­ключается в том, что неравномерность следования импульсов пере­полнения РНС сглаживается при пропускании последовательности импульсов через делитель.

Числа складываются с помощью двоично-десятичного суммато­ра, работа которого происходит в два этапа: сложение в двоичном ко­де и анализ результата суммирования. На первом этапе, в случае ес­ли результат сложения в тетраде больше 1001, схема десятичного пе­реноса вырабатывает код коррекции ОНО.

На втором этапе промежуточный результат суммирования складывается с корректирующим кодом и формируется окончатель­ный результат. Для обеспечения постоянства контурной скорости, из­меняющейся в зависимости от числа координат, участвующих в ин­терполяции в данном кадре, используются три коэффициента 1; 1,4;

1,75. Изменение выходной частоты пропорционально данным коэффи­циентам. Достигается это изменением делений импульсов переполне­ния регистра РНС, так что при отработке шага по одной координате импульсы переполнения РНС делятся на единицу, при одновременной отработке шага по двум координатам - на 7/5 (1,4); при отработке шага по трем координатам - 7/4 (1,75). Узел поддержания постоянст­ва контурной скорости обеспечивает постоянство скорости подачи с точностью до + 6 %.

Генератор тактов и стробов ГТиС (рис.6) предназначен для обеспечения заданной последовательности синхронизирующих им­пульсов. Вычислительный цикл содержит пять стробов, каждый из которых состоит из четырех тактов. Задающий генератор выполнен по схеме RC-генератора с выходной частотой f = 950 кГц. Эта частота с помощью делителя частоты делится на четыре. Полученное значение поступает на усилители мощности. Схема формирования стробов по­строена на сдвиговом регистре. Каждый вычислительный цикл опре­деляется формулой

мкс,

где - длительность такта вместе с паузой (период следования импульсов задающего генератора).

Рисунок А6 – Структурная схема УЧПУ для одной координаты

УУШП (рис.6) предназначено для преобразования, формирова­ния и усиления сигналов унитарного кода, поступающих от вычисли­теля, в сигналы управления токами обмоток фаз шаговых двигателей. УУШП состоит из трех независимых устройств управления привода­ми по каждой координате.

В состав УУШП одной координаты входят: пульт индикации ПИ, блок контроля БК, блок управления шаговым приводом БУШП, узел форсирующих резисторов УФР, узел демпфирующих цепей УДЦ.

В свою очередь БУШП содержит электронный коммутатор ЭК и усилитель мощности УМ. Сигнал «сброс» из вычислителя В через БК поступает на вход БУШП. По этому сигналу все блоки БУШП уста­навливаются в «нулевое» состояние, при котором включены первая и вторая фазы шаговых двигателей ДШ. Сигналы управления приводом (+ X) поступают с выхода БК в устройство ЭК, где происходит фор­мирование сигналов коммутации. Эти сигналы усиливаются усилите­лями мощности и через узел форсирующих резисторов поступают в обмотки, создавая фазовые токи ШД, коммутируемые по заданному закону. Параллельно обмоткам ШД включен узел демпфирующих це­пей, которые служат для ограничения перенапряжений, возникающих в обмотках ШД в момент их отключения. В выходных каскадах уси­лителей мощности формируются сигналы контроля состояния фа³ ШД, которые поступают на схему встроенного контроля, размещен­ного в БУШП.

При исправной работе УУШП сигналы «отказ» по каждой коор­динате, сформированные в БУШП, поступают в БК, где с помощью логической схемы «И» формируется общий сигнал «отказ УУШП». При неисправности в цепи управления током любой фазы ШД по лю­бой координате в БК формируется сигнал «отказ УУШП», который поступает в вычислитель и при этом загорается сигнальная лампа в БК. Состояние фаз ШД индуцируется с помощью ламп на ПИ, кото­рые включены параллельно форсирующим резисторам.