Описание функциональных блоков су
Основные устройства и блоки и их назначение:
ПЭВМ
Обеспечивает выполнение вычислительных функций, перевод траектории движения заданной в формате AutoCAD в коды ЧПУ.
Плата перехода RS-232/RS-485.
Преобразует канал связи стандарта RS-232 в стандарт RS-485 . Обеспечивает гальваническую развязку, повышает нагрузочную и емкостную способность линии связи.
Контроллер шагового двигателя
Всего в системе управления содержится 8 шаговых двигателей обеспечивающих угловое перемещение деталей форм комплекта. Контроллер ШД связан с ПЭВМ через последовательный порт RS-485, контроллер обрабатывает датчики положения шагового двигателя, имеет сигнал готовности.
Привод ШД
Содержит силовые ключи обеспечивающие коммутацию токов в обмотках ШД. Имеет схему защиты от перегрева корпуса микросхемы, защиту от короткого замыкания в обмотках.
Контроллер ввода-вывода
Обеспечивает связь ПЭВМ с технологическими устройствами посредством модуля ввода и модуля вывода. Через эти устройства подключаются дискретные сигналы (управление реле, чтение концевых выключателей и др.)
Контроллер координат
Имеет канал связи с ПЭВМ через который обеспечивается передача данных об обрабатываемой траектории движения (скорости, ускорения, положение) от ПЭВМ к контроллеру и передача информации с датчиков положения и концевых выключателей от контроллера к ПЭВМ.
Привода координат
Обеспечивают формирование силовых сигналов управления на двигатели УПС-6 содержат обратную связь по скорости. Имеют защиту от перегрева силовых модулей и защиту от превышения токов в обмотках двигателей. Связь с контроллером координат осуществляется по аналоговому каналу который формируется в контроллере с помощью ЦАПов.
Блок реле
Обеспечивает коммутацию сигналов между двумя спутниками. Управление блоком реле происходит через дискретный выход (модуль вывода) который включает реле коммутации, а контакт этого реле коммутирует весь блок реле (24 реле). Такая схема обеспечивает снижение нагрузки на дискретный выход.
Блок готовности
В этот блок стекается информация о готовности всех основных узлов комплекса(готовность приводов, готовность автоматики, лазера, блока питания и др.)
Блок индикации
Обеспечивает наглядную индикацию готовности устройств. Облегчает отладку и ремонт комплекса.
Блок питания
Обеспечивает питание электроэнергией всех узлов СУ различными напряжениями и токами. Имеет сигнал готовности блока к работе что облегчает его эксплуатацию и ремонт.
В состав АЛТК входят 8 специальных вращателей, каждый из которых состоит из 2-ух шаговых электроприводов. Каждый из приводов также имеет свой микроконтроллер. По заданию на дипломное проектирование необходимо разработать СУ шаговыми двигателями.
Способы управления шаговыми двигателями
Шаговый двигатель это двигатель, который вращается дискретными перемещениями. Достигается это за счет особой формы ротора и двух (реже четырех) обмоток, которые являются частью корпуса и не перемещаются. Ротор совершает вращение посредством последовательных импульсов напряжение постоянного тока подаваемого к одной или двум катушкам одновременно. В результате чего, путем чередования направления напряжения в обмотках можно добиться того, что ротор будет по очереди занимать фиксированные значения. В среднем, у шагового двигателя на один
оборот вала, приходится около ста шагов.
Одно из преимуществ шаговых двигателей – то, что их скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления
вращения на противоположное.
Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя.
Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза в соответствии с рисунком 8,а. Этот способ называют ”one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у не запитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени используется 50% обмоток, а для униполярного – только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.
Рисунок 8. Различные способы управления фазами шагового двигателя.
Второй способ - управление фазами с перекрытием: две фазы включены в одно и то же время. Его называют ”two-phase-on” full step или просто full step mode. При этом способе управления ротор фиксируется в промежуточных позициях между полюсами статора в соответствии с рисунком 8,б и обеспечивается примерно на 40% больший момент, чем в случае одной включенной фазы. Этот способ управления обеспечивает такой же угол шага, как и первый способ, но положение точек равновесия ротора смещено на пол-шага.
Третий способ является комбинацией первых двух и называется полушаговым режимом, ”one and two-phase-on” half step или просто half step mode, когда двигатель делает шаг в половину основного. Этот метод управления достаточно распространен, так как двигатель с меньшим шагом стоит дороже и очень заманчиво получить от 100-шагового двигателя 200 шагов на оборот. Каждый второй шаг запитана лишь одна фаза, а в остальных случаях запитаны две в соответствии с рисунком 8,в. В результате угловое перемещение ротора составляет половину угла шага для первых двух способов управления. Кроме уменьшения размера шага этот способ управления позволяет частично избавиться от явления резонанса. Полушаговый режим обычно не позволяет получить полный момент, хотя наиболее совершенные драйверы реализуют модифицированный полушаговый режим, в котором двигатель обеспечивает практически полный момент, при этом рассеиваемая мощность не превышает номинальной.
Еще один способ управления называется микрошаговым режимом или micro stepping mode. При этом способе управления ток в фазах нужно менять небольшими шагами, обеспечивая таким образом дробление половинного шага на еще меньшие микрошаги. Когда одновременно включены две фазы, но их токи не равны, то положение равновесия ротора будет лежать не в середине шага, а в другом месте, определяемом соотношением токов фаз. Меняя это соотношение, можно обеспечить некоторое количество микрошагов внутри одного шага. Кроме увеличения разрешающей способности, микрошаговый режим имеет и другие преимущества, которые будут описаны ниже. Вместе с тем, для реализации микрошагового режима
требуются значительно более сложные драйверы, позволяющие задавать ток в обмотках с необходимой дискретностью. Полушаговый режим является частным случаем микрошагового режима, но он не требует формирования ступенчатого тока питания катушек, поэтому часто реализуется.