СКАМКО_тех описание (961955), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Блок приводных контроллеров (БПК);

Центральный контроллер (ЦК).

В состав БВВ входят: кабель концевых датчиков, кабель приводов, кабель связи с ПК, 4 кабеля технологического оборудования.

В состав БПК входят: 6 приводных контроллеров.

БУ выполнен в виде пластикового корпуса с крышкой (верхней), обеспечивающей доступ к основным узлам БУ. На основании корпуса винтами закреплена плата ЦК, на ней в свою очередь с помощью прижимной планки закреплен БПК ( рис. 5.3). Также на основании корпуса, у передней стенки, размещен ИП, соединенный с 220 В кабелем питания через сетевую вилку (рис. 5.3). ИП выдает два питающих напряжения постоянного тока (+5 и +24 Вольт), которые через кабель питания подаются на плату ЦК (рис. 5.3).

На задней стенке основания корпуса расположен, вентилятор, обеспечивающий нормальный тепловой режим устройства в промышленных условиях эксплуатации (рис. 5.3, рис. 5.1). Вентилятор с помощью кабеля питается от материнской платы ЦК напряжением +24 Вольт (рис. 5.3).

На рис. 5.1 показан вид задней стенки корпуса БУ. ПК «общается» с ЦК через COM порт.

Соединение с ПК осуществляется через разъем, расположенный в правом нижнем углу. Соединение с концевыми датчика ми обеспечивается с помощью разъема расположенного в правом верхнем углу задней стенки корпуса БУ. В левом нижнем углу расположена сетевая вилка, через которую на ИП подается 220 В. Соединение с приводами манипулятора осуществляется через разъем, расположенный в левом верхнем углу.

Связь с технологическим оборудованием осуществляется через четыре разъема, расположенных на боковых стенках основания корпуса (рис. 5.2, рис. 5.3.): на рис. 5.3 сверху показан блок выходов, по которым осуществляется управление ТО, а снизу блок входов для получения сигналов с ТО.

На передней стенке основания корпуса расположен клавишный выключатель, который предназначен для включения ( нажато «0») и отключения ( нажато «-» ) ИП БУ.

рис 5.1 ВИД СЗАДИ с закрытой крышкой

рис 5.2 ВИД СБОКУ с закрытой крышкой

рис 5.3 ВИД СВЕРХУ с открытой крышкой

рис 5.4 ВИД СБОКУ с открытой крышкой

рис 5.5 ВИД СПЕРЕДИ

5.2. Принцип действия блока управления

5.2.1. БУ представляет собой многопроцессорное управляющее устройство, построенное по иерархическому принципу ( рис. 5.6). Такая структура позволяет оптимально распределить функции в системе.

Аппарат верхнего уровня состоит из ПК.

Аппарат центрального уровня управления состоит из следующего комплекта модулей:

• CPU ATmega128;

• входы технологического оборудования (20 шт.);

• выходы технологического оборудования (20 шт.);

• канал связи с ПК;

• канал связи с приводными контроллерами.

Аппарат нижнего уровня управления состоит из 6 комплектов следующих модулей:

• ДПК;

• Входы концевых датчиков;

• Канал связи с центральным модулем;

• CPU ATmega8;

• Силовая часть управления обмотками L298;

• Драйвер шагового двигателя L297;

• Модуль подстройки тока обмоток двигателя;

Верхний уровень

Машина верхнего уровня представляет собой IBM PC совместимый компьютер и реализует тактический уровень управления роботом. К основным задачам данного уровня относятся

• расчет траектории движения манипулятора.

• организация интерфейса с пользователем,

• поддержка языка программирования робота

• возможность управления по сети

• пульт ручного управления

Центральный контроллер обеспечивает:

• связь с РС с настраиваемой скоростью по COM-порту;

• управление 5ю приводными контроллерами одновременно в режиме прерываний;

• выдачу дискретных сигналов управления технологическим оборудованием от РС (20 каналов);

• ввод дискретных сигналов от технологического оборудования в РС (20 каналов)

  • могут вызывать аппаратное прерывание

  • подключены к портам аппаратных счетчиков микропроцессора;

• обработку и передачу диагностической информации в РС в режиме прерывания;

• контроль правильности величин управляющих сигналов и обмена данных с PC и приводными контроллерами;

Приводной контроллер решает следующие задачи:

• прием управляющих сигналов (число шагов и скорость перемещения, коды настройки, сигналы синхронизации и аварийной остановки);

• передачу данных о текущем положении, о состоянии привода, о завершении текущего перемещения;

• управление шаговым двигателем в полношаговом и полушаговом режимах;

• может прерывать работу верхних уровней управления в аварийной ситуации;

• обеспечивает прерывание управления при срабатывании концевых датчиков;

• диагностика привода.

Сетевой контроллер

Сетевой интерфейс предназначен для связи с другими системами управления, технологическим оборудованием, ЭВМ верхнего уровня управления (управляет несколькими РТК, цехом, заводом).

Физическая среда передачи информации, топология построения сети выбирается в зависимости от требуемых скоростей передачи информации или в зависимости от существующей сети цеха (участка).

Протоколы передачи данных выбираются в зависимости от того, какие протоколы поддерживают другие члены сети.

При возможности свободного выбора сетевых параметров рекомендуется использовать транспортный протокол обмена TCP/IP; компьютерную сеть лучше всего строить на основе стандарта 100-BASE-TX с использованием экранированной витой пары 5 категории. Изменение протоколов обмена и архитектуры сети не требует изменения программного обеспечения и структуры построения системы управления.

Рис. 5.6

Архитектура приводного модуля блока управления робота «Скамко-1» представлена на рис. 5.6 следующим образом:

Приводной модуль состоит из набора независимых контроллеров управления приводами, в функции которых входит управление двигателями манипулятора. Управление осуществляется независимо пятью двигателями манипулятора. Кроме этого приводной контроллер обрабатывает информацию от концевых датчиков. Контроллер обеспечивает управление двигателем с минимальной временной задержкой и с заданной точностью. В задачи приводного контроллера также входит контроль правильности команд, поступающих с центрального модуля и сигнализация об ошибках.

Таким образом, приводной модуль можно разделить на 6 отдельных приводных контроллеров. Пять контроллеров задействованы в управлении всеми степенями манипулятора. Шестой выполнен для возможности управления отдельным приводом при выполнении лабораторных работ, а так же обеспечивает возможность подключения к системе шестистепенного манипулятора. Для работы с отдельным приводом манипулятора «Скамко-1» необходимо использовать блок коммутации – переходник, через который подключается манипулятор к блоку управления. Приводные контроллеры имеют одинаковую архитектуру, что унифицирует приводной уровень системы управления.

5.3 Режимы работы блока управления

• режим начальной загрузки;

• режим нормальной работы или режим слежения;

• режим аварийной ситуации;

• режим калибровки;

Начальная загрузка

Начальная загрузка или инициализация проводится сразу после включения системы управления. Программа, находящаяся во встроенной памяти контроллера приводов проводит начальную инициализацию микроконтроллера, тестирование памяти, диагностику линий передачи данных, тест линий технологического оборудования, выдает результаты в ЭВМ верхнего уровня. ЭВМ верхнего уровня анализирует полученную информацию. В случае нормальной работы всех систем проводится подготовка систем к работе.

Калибровка робота

Калибровка робота необходима для точного определения положения звеньев манипулятора в процессе работы. Необходимо знать смещение относительно некоторой начальной точки, то есть относительно базовой системы координат. Для этого должна проводиться калибровка робота. Эта процедура возможна благодаря наличию концевых датчиков. Сначала при помощи концевых датчиков производится установка звена в точку с нулевой координатой, а после этого можно отсчитывать значение положения по импульсам, поступающим на шаговые двигатели. В режиме калибровки происходит перемещение всех степеней в крайнее правое положение на малой скорости. Количество импульсов сверяется с эталонным. При совпадении задается декартова система координат. При несовпадении – выдается сообщение об ошибке, в котором содержится информация, двигатель какого звена пропустил шаг.

Режим нормальной работы или режим слежения

В режиме нормальной работы со стороны ПК приходят управляющие команды на осуществление тех или иных движений, в процессе выполнения команд контроллером управления ПК осуществляет слежение за работой центрального микроконтроллера СУ.

Центральный микроконтроллер, в свою очередь, выполняя команды верхнего уровня, осуществляет самодиагностику, диагностику работы приводного модуля, состоящего из 6 приводных контроллеров, и опрос технологического оборудования.

Приводной модуль выполняет команды, пришедшие от центрального контроллера, осуществляют самодиагностику, контроль срабатывания концевых датчиков.

Режим аварийной ситуации

Иногда может возникнуть нестандартная ситуация когда потребуется вмешательство в работу тактического уровня, такие ситуации имеют аварийный характер. О возникновении подобной ситуации контроллер привода проинформирует тактический уровень путем передачи команды аварийной ситуации. Получив такой сигнал ЭВМ тактического уровня, оперативно будет реагировать на возникшие проблемы.

5.4 Алгоритм работы блока управления

В соответствие с поставленными задачами необходимо управлять роботом в декартовой системе координат. В основе управления лежит алгоритм решения прямой и обратной кинематической задачи. После выполнения процедуры калибровки робот готов выполнять программу пользователя.

По запуску программы пользователя последовательно выполняется каждая ее команда, происходит решение обратной и прямой кинематических задач, формируется массив обобщенных координат всех степеней и по разработанному нами протоколу обмена передается на центральный уровень по интерфейсу RS-232C с выбранного COM-порта компьютера.

Центральный уровень последовательно принимает посылку, состоящую из нескольких байт по УСАПП (USART0) и пересылает ее на приводные контроллеры по своему второму УСАПП (USART1). Прием команд и последующая пересылка осуществляется в режиме прерывания (USART0 RX Interrupt).

Все приводные контроллеры подключены к одной линии передачи данных, поэтому принимают командную посылку все одновременно и заносят ее в буфер приема так же в режиме прерывания. После завершения приема происходит разбор посылки микроконтроллерами, и генерируются соответствующие управляющие сигналы для драйверов шаговых двигателей. По выполнению движения контроллер привода отправляет отчет о выполнении движения на центральный контроллер.

После завершение передачи посылки с верхнего уровня на приводной центральный микроконтроллер переходит в режим ожидания выполнения движения – в режиме прерывания он принимает отчеты о выполнении движения каждой степени. Как только все степени отработают заданное перемещение, (это означает, что схват манипулятора перемещен в желаемую точку, согласно команде пользователя) центральный контроллер генерирует посылку отчета о завершении движения и отправляет ее на верхний уровень.

После получения отчета верхним уровнем выполняется следующая команда программы пользователя.

6. Устройство и работа составных частей блока управления

6.1. Модуль драйвера управления шаговыми двигателями

Драйвер шагового двигателя должен решать две основные задачи: это формирование необходимых временных последовательностей сигналов и обеспечение необходимого тока в обмотках. Микросхема L297 содержит логику формирования временных последовательностей, а L298 представляет собой мощный сдвоенный H-мост.

Характеристики

Список файлов учебной работы