Оснащение мехатронных станков системой диагностики спектральных характеристик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Металлообработка является одной из важнейших областей промышленности, процесс создания практически любых изделий в промышленности не может обойтись без механической обработки. В современной рыночной экономике, главной задачей стоящей перед металлообрабатывающей отраслью промышленности является обеспечение высокой производительности и точности обработки изделий.

Результаты закономерностей спектральных характеристик вибраций и термоЭДС в их взаимосвязи с величиной интенсивности износа инструмента, шероховатостью обработанной поверхности, позволит разработать методы диагностики состояния режущего инструмента, экспресс выбора режимов резания обеспечивающих минимальную или заданную интенсивность износа режущего инструмента. Исследование формирования закономерностей спектров вибрации и термоЭДС, позволит раскрыть механизмы фрикционного контакта инструмента с деталью и возникновения частиц износа рабочих поверхностей инструмента.

Мехатронные станки способны обеспечивать исключительно высокую точность обработанных деталей, они оснащаются большим количеством контрольных и измерительных устройств, предназначенных для сбора информации о состоянии узлов станка, инструмента, вспомогательных устройств и для получения достоверных данных об исправной работе. Оснащение мехатронных станков системой диагностики спектральных характеристик процесса резания вибраций и термоЭДС в реальном времени, позволит повысить производительность и точность обработки.

1. Измерительная система

Измерительный стенд для измерения спектральных характеристик состоит из вибропреобразователя, усилителя заряда, естественной термопары и АЦП.

Программный модуль, осуществляющий сбор данных и цифровую обработку сигналов реализован с помощью программного обеспечения LabView фирмы NationalInstruments. Структурная схема стенда приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структурная схема стенда

Стенд состоит из токарного мехатронного станка. Термо-ЭДС измерялось с помощью модуля ввода/вывода «C Series» (фирмы «National Instruments») на входе которого установлена естественная термопара, естественная термопара представляет собой совокупность материала заготовки и резца. Вибрации измеряются с помощью акселерометра AP2019 рисунок 1.2.

Рис. 1.2. схема акселерометра AP2019

Блок АЦП производит преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал удобный для обработки системой ЧПУ станка или отдельного промышленного компьютера который управляет станком.

Прикладное значение измерительной системы:

Оптимизация процесса резания на основе анализа спектральных характеристик термоЭДС и вибраций процесса резания.

Определение степени износа инструмента в процессе резания.

Возможность точного определения температуры резания.

Выбор оптимальных режимов резания в реальном времени для поддержания оптимальных режимов резания таких как: режим резания с оптимальной температурой резания, режим резания с поддержкой минимальной или заданной интенсивности износа.

Блок схему процесса диагностики и управления процесса резания можно представить в виде следующей блок схемы рисунок 1.3.

2. Выбор контроллера

Программируемый логический контроллер- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Спектр программируемых логических контроллеров (ПЛК), предлагаемых сегодня, чрезвычайно широк .В таблице 2.1 приведены некоторые характеристики контроллера, выбранного для выполнения расчетно-графической работы.

Таблица 2.1 - Характеристики контроллера

2.1 Выбор языка программирования контроллера

В качестве языка программирования контроллеров выбран язык UltraLogic. Cистема UltraLogic представляет из себя комплекс программ, исполняемых в рамках единой оболочки. Система реализована в соответствии с требованиями стандарта Междунаpодной Электpотехнической Комиссии (МЭК) IEC 1131-3 и предназначена для разработки прикладного программного обеспечения сбора данных и управления технологическими процессами, выполняемыми на программируемых PC-совместимых промышленных контроллерах с открытой архитектурой.

В качестве языка программирования в системе реализован язык функциональных блоковых диаграмм Function Block Diagram (FBD), предоставляющий пользователю механизм объектного визуального программирования. термопара контроллер токарный станок

Разрабатываемая программа управления объектом для контроллера представляется как некоторое логическое устройство, описывающее управление технологическим процессом и операции над переменными величинами этого процесса. Каждая программа может иметь состояние Start или Stop. Состояние Start означает, что данная программа будет запущена при включении контроллера. Состояние Stop означает, что данная программа может быть запущена другими программами при определенных условиях.

Переменным величинам технологического процесса соответствуют переменные программы, которые характеризуются именем и типом.

UltraLogic поддерживает следующие типы переменных:

Переменные типа Boolean. Могут принимать одно из двух логических значений: TRUE - истина, FALSE - ложь.

Пеpеменные типа Integer. Могут принимать целочисленные значения от -32768 до +32767.

Переменные типа Float. Могут принимать значения от ?1,18х10-38 до ?3,4х10+38.

Пеpеменные типа Timer. Пpинимает значение вpемени.

Значение переменной не может превышать 248d13h13m56s47, d - дни, h - часы, m - минуты, s - секунды, 47 - сотые доли секунды.

Переменные всех типов могут быть глобальными и внутренними. Глобальные переменные доступны всем программам в проекте. Внутренняя переменная доступна только той программе, внутри которой она объявлена.

Глобальные переменные могут иметь следующие атрибуты:

Константа - число, значение которого не может быть изменено программой;

Входная переменная - логически соединенная со входом контроллера;

Выходная переменная - логически соединенная с выходом контроллера;

Глобальная переменная - не являющаяся Константой, Входной, Выходной;

Сетевая переменная - доступная всем узлам сети (всем контроллерам сети);

Удаленная переменная - другого узла сети;

Сохраняемая переменная - сохраняется в энергонезависимой памяти. При запуске программы значение переменной считывается из энергонезависимой памяти, и записывается в память в конце каждого цикла контроллера. Если по каким либо причинам, значение переменной не может быть корректно считано из энергонезависимой памяти (техническая неисправность, сбой данных и т.п.), тогда переменной присваивается значение по умолчанию, заданное в программе.

Имена программам и переменным присваивают по следующим правилам:

1. Имя не может содержать более 255 символов;

2. Первый символ должен быть буквой, или символом подчеркивания, далее могут следовать цифры, буквы латинского и русского алфавита и символы подчеркивания.

Работа контроллера имеет циклический характер. Весь контролируемый технологический процесс разбивается на ряд формальных независимых задач, каждая из которых обслуживается отдельной программой. Программы выполняются поочередно с одинаковым приоритетом. Циклограмма работы контроллера представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Циклограмма работы контроллера

2.2 Язык функциональных блоковых диаграмм (FBD)

Программа на языке FBD может содержать следующие базовые типы объектов:

функциональные блоки и связи;

переходы и метки;

комментарии.

Каждый функциональный блок представляет собой прямоугольник, внутри которого имеется обозначение функции, выполняемой блоком рисунок 2.2.

Рисунок 2.2 - Пример функционального блока

Выход функционального блока может быть соединен связью с другими блоками. Каждая связь является переменной. Один или несколько функциональных блоков, соединенных связями между собой, образуют программу на языке FBD. Язык FBD описывает закон преобразования переменных программы.

Имеются следующие формальные правила языка FBD:

функциональные блоки могут располагаться произвольно в поле программы;

не может быть свободных (несоединенных) входов и выходов функционального блока;

любая связь имеет имя и тип;

входы и выходы функциональных блоков, присоединенные к связям, имеющим одинаковые имена, считаются соединенными;

очередность выполнения блоков в программе: сверху вниз, слева направо.

Каждый функциональный блок имеет условную точку привязки, которая определяет очередность выполнения блока в программе. Точкой привязки является левый верхний угол блока.

Связям, присоединяемым к входам и выходам функциональных блоков, ставится в соответствие переменные и константы. Установление соответствия между связью и именем переменной выполняется в процессе присвоения связям символьных имен.

На входе FBD блока может быть

константное выражение;

внутренняя или входная переменная;

выходная переменная.

На выходе FBD блока может быть любая внутренняя или выходная переменная.

Метки и переходы можно использовать для управления процессом выполнения программы. Для завершения программы существует оператор RETURN.

Комментарии - это произвольный текст в поле программы. В одной строке комментария может содержаться до 255 символов.

2.3 Выбор переменных и блоков для создания алгоритма функционирования диагностической системы

Исходя из блок-схемы программы рисунок 1.3. для работы программы необходимо объявить следующие переменные таблица 2.2.

Таблица 2.2 - Список глобальных переменных

Для создания программы в объектном виде необходимо использовать следующие.

Сочетание представленных в таблица 2.3. блоков позволит сформировать на основе графического языка программу, алгоритм которой представлен на блок схеме рисунок 1.3

Вывод

В рамках данной работы спроектировали систему дискретного управления токарным мехатронным станком. Была составлена структурная схема системы управления для которой был разработан алгоритм диагностики и управления режимами работы станка в режиме реального времени. Для оптимальной работы системы в память устройства должны быть внесены данные полученные предварительно в ходе экспериментов точения определенных материалов заготовки и резца.

Список литературы

Чикуров Н.Г. логический синтез дискретных систем управления: Учебное пособие / Н.Г. Чикуров; Уфимский гос. Авиац. Техн. Ун-т; - Уфа, 2003. - 132 с. ISBN 5-86911-432-2

Гаврилов М.А., Девятков В.В., Пупырев Е.И. Логическое проектирование дискретных автоматов. - М.: Наука, 1977. - 352 с.

Теория автоматов / Ю.Г. Карпов - СПб. : Питер, 2002. - 224 с.

Рогинский В.Н. Основы дискретной автоматики. - М.: Связь, 1975.- 432 с.

Размещено на Allbest.ru