Цифровая и микропроцессорная система управления промышленным роботом

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

 

«РОССИЙСКИЙ ЗАОЧНЫЙ  ИНСТИТУТ ТЕКСТИЛЬНОЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ»

 

Филиал  ГОУ ВПО «РосЗИТЛП» в г. Омске

 

 

Кафедра: Проектирования и автоматизации производств

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1

 

 

 

По дисциплине: Микропроцессорные устройства автоматизации

на тему: Цифровая и микропроцессорная система управления промышленным роботом

 

 

выполнил:__Руденко А.М.

 

Факультет:_ФМА и ХТ______специальность:___220301_______

 

Группа:__523_____________шифр:____0-206056_______________

 

Консультировал:___Руппель А.А.

 

Подпись преподавателя, принявшего работу:___________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Омск – 2011 год

 

1. Описание  принципиальной схемы управления приводом робота.

 

Принципиальная схема  управления роботом показана на рисунке 1.

Рис. 1. Принципиальная схема управления роботом

 

Она включает в себя следующие  элементы: пневмоцилиндр ЦП обеспечивает вертикальное перемещение руки робота, управляется пневмоцилиндр от двух позиционного распределителя ЗП с электромагнитным управлением. Горизонтальное перемещение руки робота обеспечивает пневмоцилиндр ЦР управляемый двух позиционным распределителем ЗР с электромагнитным управлением. Если электромагниты К1 или К2 выключены, т.е. Y1 и Y2 равны 0, то включены секции распределителей ЗП и ЗР показанные на рисунке. Если К1 или К2 включены, т.е. Y1 и Y2 равны 1, то подключаются противоположные секции распределителей.

В точке О система  управления формирует на выходе Y2 высокий уровень, срабатывает электромагнит К2, переключается распределитель ЗР, воздух начинает поступать в поршневую полость ЦР, при этом манипулятор начинает перемещаться вправо вдоль горизонтальной плоскости, S3 выключается в начале движения. Движение продолжается до срабатывания S4.

При срабатывании S4 система управления отключает выход Y2, отключается электромагнит К2, переключается распределитель ЗР, воздух перестает подаваться в поршневую полость и манипулятор останавливается. Одновременно при срабатывании S4 включается выход Y1, срабатывает электромагнит К1, переключается распределитель ЗП и воздух начинает подаваться в штоковую полость ЦП, при этом манипулятор начинает перемещаться вдоль вертикальной плоскости в нижнее по рисунку положение. В самом начале движения отключается S2, а движение вниз продолжается до срабатывания S1.

При срабатывании S1, система управления формирует на выходе Y2 высокий уровень, срабатывает электромагнит К2, переключается распределитель ЗР, воздух начинает поступать в поршневую полость ЦР, при этом манипулятор начинает перемещаться вправо вдоль горизонтальной плоскости, S4 выключается в начале движения. Движение продолжается до срабатывания S5.

При срабатывании S5 система управления отключает выход Y2, отключается электромагнит К2, переключается распределитель ЗР, воздух перестает подаваться в поршневую полость и манипулятор останавливается. Одновременно при срабатывании S5 отключается выход Y1, отключается электромагнит К1, переключается распределитель ЗП и воздух начинает подаваться в поршневую полость ЦП, при этом манипулятор начинает перемещаться вдоль вертикальной плоскости в верхнее по рисунку положение.

 

Таким образом, состояние привода  в каждый момент времени определяется комбинацией сигналов, поступавших от конечных выключателей S1 , S2 , S3 , S4, S5, и включением или выключением управлявших электромагнитов К1, К2 и К3 распределителей. Состояние конечных выключателей S1 , S2 , S3 , S4, S5, преобразуется в потенциальные сигналы Х1 , Х2 , Х3 , Х4, X5 (например, с помощью схемы включения, показанной на рис. 2); они подаются на вход системы управления СУ. В зависимость от значения входных сигналов X и требуемой последовательности перемещений система управления СУ вырабатывает сигналы управления У1, У2, У3 распределителями К1 , К2 и К3.

 

2. Составление  алгоритма управления роботом

 

Пусть требуется обеспечить циклическое движение схвата робота по контуру О→А→В→С→D показанному на рисунке, тогда граф функционирования будет иметь следующий вид:

 

 

Применительно к системе управления этот граф можно переписать с использованием обозначения Х:

 

Составим таблицу значений Y1, Y2 (К1, К2) в различных точках маршрута схвата робота.

Точка	X1	X2	X3	X4	X5	Y1	Y2	Y3
О	0	1	1	0	0	0	1	0
ОА	0	1	0	0	0	0	1	0
А	0	1	0	1	0	1	0	0
АВ	0	0	0	1	0	1	0	0
В	1	0	0	1	0	1	1	0
ВС	1	0	0	0	0	1	1	0
C	1	0	0	0	1	0	0	0
СD	0	0	0	0	1	0	0	0

На основе графа функционирования составим  дизьюнктивно - нормальную функцию (ДНФ) управления приводом робота.

 

Проведем минимизацию  полученной ДНФ

;

Реализовать полученные логические зависимости  можно либо традиционным путем проектирования специализированной логической структуры, либо путем программирования универсальной логической структуры (микропроцессора).

3. Составление  принципиальной электрической схемы  цифровой системы управления  приводом робота.

 

Состояние конечных выключателей SI, S2, S3, S4,S5  преобразуется в потенциальные сигналы XI, Х2, ХЗ, Х4,X5 с помощью схемы включения, показанной на рис.2

Электрическая цепь содержит 5 параллельных ветвей, в  каждой из которых установлено сопротивление Ri. При разомкнутом положении контактного выключателя Si выходной сигнал Xi подключен через сопротивление Ri к общему проводу (к земле) и потенциал на выводе Xi = 0. При замыкании контакта потенциал вывода Xi равен напряжению питания.

Этим значениям  переменных Xi соответствуют логические значения «0» и «1»

 Сигналы Xi подаются на вход системы управления СУ. В зависимости от значения входных сигналов  и требуемой последовательности перемещений система управления СУ вырабатывает сигналы управления У1, У2,Y3   распределителями К1, К2,K3.

Рис. 2 Структурная реализация логики управления

На рисунке 3 показан  пример реализации системы управления структурным путем с использованием электронных логических элементов. Эта система будет обеспечивать подачу на привод, робота сигналов, реализующего заданный цикл движений. При необходимости обеспечения другой последовательности движений в цикле или иного цикла структура должна быть изменена.

    Вывод:

Достоинством структурной  реализации является отсутствие избыточности элементов и функций, что обеспечивает простоту и достаточно высокую надежность системы. Однако эта простота приводит одновременно к малой гибкости (способности к перестройке) системы управления.

 

Усилители выходных сигналов использованы для согласования слаботочных  логических выходов микропроцессора  с мощной нагрузкой (электромагниты управления распределителей). В памяти микропроцессора хранится программа, которая позволяет ему реализовать  логические формулы, описывающие управление роботом. Для реализации управления рассматриваемым циклом движений робота схема алгоритма работы микропроцессора показана на рисунке 4.

 

 

Рис. 3. Алгоритм управления

 

Микропроцессор обращается к регистру ввода и осуществляет ввод двоичного кода Х состояния датчиков обратной связи. Затем вычисляет значения Y1 и Y2; при этом В1 – содержимое соответствующего бита машинного слова.

 

Значения вычисленных  логических функций проверяются, и  если они равны единице, то в соответствующий бит регистра вывода также записывается, если же функции равны нулю, то в биты регистра вывода также записываются нули. Это обеспечит наличие на выходах системы управления управляющих сигналов, определяющих выполнение текущего элемента цикла движения робота.

На основе рассмотренного алгоритма составляется конкретная программа, которая записывается  в память процессора и организует его работу.

 

 

Рис.4 Логическая схема управления роботом

 

4. Описание  микропроцессорной системы управления приводом робота

 

Для обеспечения универсальности  систем управления, с целью реализации различных траекторий движения схвата можно использовать микропроцессорную  систему управления, в которой  изменение траектории осуществляется программным путем в виде набора программ, хранящихся в памяти МПУ.

Основным элементом  микропроцессорной системы управления является микропроцессор.

Микропроцессор оперирует с машинным словом в виде двоичного числа (кода) определенной разрядности. Значение двоичного разряда числа представляется при этом электрическим напряжением высокого (1) и низкого (0) уровня. Эти значения соответствуют значениям логических переменных «истина» и «ложь».

Микропроцессорную систему управления приводом робота строим на микропроцессоре LOGO.

LOGO! – это универсальный  логический модуль фирмы Siemens.

LOGO! включает в себя:

• функции управления

• блок управления и отображения

• блок питания

• интерфейс для программных  модулей и кабеля PC

• готовые к использованию  функции, часто требуемые

в повседневной работе, например, функции задержки включения и выключения и импульсное реле

• часовой выключатель

• двоичные маркеры

• входы и выходы в  соответствии с типом устройства

Что может делать LOGO!?

LOGO! можно использовать для решения различных технических задач, в том числе в электрооборудовании жилых помещений (например, освещение лестничных клеток, внешнее освещение, тенты, жалюзи, освещение витрин магазинов и т.д.), в коммутационных шкафах, в управлении машинами и аппаратами (например, системы управления воротами, вентиляционные системы или насосы для откачки дождевой воды и т.д.).

LOGO! можно использовать  также для специальных систем управления в оранжереях и теплицах, для подготовки сигналов в системах управления и, в

варианте ASi, вы можете иметь местное централизованное управление машинами и процессами. Имеются специальные варианты без блока управления для серийных приложений в конструкции малых машин, аппаратов и шкафов управления.

Какие типы устройств  имеются в распоряжении?

Имеются модели LOGO! на 12 и 24 В постоянного тока,

24 и 230 В переменного  тока в виде:

• стандартного варианта с 6 входами и 4 выходами с

размерами 72 x 90 x 55 мм

• варианта без дисплея  с 6 входами и 4 выходами с

размерами 72 x 90 x 55 мм

• варианта с 8 входами  и 4 выходами с размерами 72

x 90 x 55 мм

• удлиненного варианта с 12 входами и 8 выходами с

размерами 126 x 90 x 55 mm

• шинного варианта с 12 входами и 8 выходами и

дополнительным соединением  с шиной интерфейса

AS, через которое доступны  еще 4 входа и 4 выхода

в магистральной системе. Все это упаковано вразмеры 126 x 90 x 55 мм.

 

 

 

Будем рассматривать входные сигналы системы управления XI, Х2, ХЗ, Х4, Х5  как некоторый двоичный код и припишем логические значения этим сигналам.

 

Входные сигналы	L8	L7	L6	L5	L4	L3	L2	L1
Содержание бита	0	0	0	Х5	Х4	Х3	Х2	Х1

 

Аналогично в виде двоичного кода можно представить и выходные сигналы.

 

Выходные сигналы	Q4	Q3	Q2	Q1
Содержание бита	0	Y3	Y2	Y1

 

Запись единицы  означает активный уровень соответствующего входного или выходного сигнала, запись нуля - отсутствие активного уровня сигнала. Двоичный код входных сигналов будем хранить в регистре ввода микропроцессора, а двоичный код выходных сигналов - в регистре вывода.

В памяти микропроцессора  хранится программа, которая позволяет ему реализовать логические формулы, описывающие управление роботом.

Принципиальная  схема микропроцессорной системы  управления собранная на микроконтроллере LOGO (рис.4):

 

S1,S2,S3,S4,S5 – Конечные выключатели;

К1,К2,K3 – Катушки клапанов;

l1-l8 – Клеммы входных сигналов;

Q1-Q4 – Клеммы выходных сигналов;

Uпит – Напряжение питания микроконтроллера;