Помощь студентам в учебе
Блок управления электроприводом намоточного станка
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1. КИНЕМАТИКА И ЦИКЛ РАБОТЫ СТАНКА ДО МОДЕРНИЗАЦИИ 10
1.1. Общие требования модернизации 11
1.2. Назначение и цели создания (развития) системы: 11
1.3. Характеристика объекта 12
1.4. Технические требования к параметрам и характеристикам системы: 12
1.5. Требования по защите от влияния внешних воздействий: 12
2. СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ- АВТОМАТИЗАЦИИ 14
3. ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 19
3.1. Выбор двигателя по конструктивному исполнению 19
3.2. Выбор двигателя по скорости 20
3.3. Выбор типа двигателя и способа управления 20
4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 33
4.1. Классификаций шаговых двигателей 33
4.1.1. По виду связи ротора и статора: 33
4.1.2. По виду перемещения ротора 34
4.1.3. По конструктивным особенностям 34
5. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ 38
5.1. Разработка схемы структурной 38
5.2. Разработка схемы функциональной 39
5.3. Выбор языка программирования, написание исходного кода 40
5.4. Основной код 41
5.4. Прерывание при окончании преобразования АЦП 42
6. СХЕМОТЕХНИКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 43
6.1. Выбор микроконтроллера 43
6.2. Разработка схемы электрической принципиальной 50
6.3 Выбор драйвера двигателя 56
6.3.1 Практическая реализация драйвера 57
6.4 Реализация источника вторичного электропитания (ИВЭП) 58
6.5. Датчики 61
6.6. Блок индикации (БИ) 64
6.7. Пульт управления (ПУ) 65
7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ВВЕДЕНИЕ 7
1. КИНЕМАТИКА И ЦИКЛ РАБОТЫ СТАНКА ДО МОДЕРНИЗАЦИИ 10
1.1. Общие требования модернизации 11
1.2. Назначение и цели создания (развития) системы: 11
1.3. Характеристика объекта 12
1.4. Технические требования к параметрам и характеристикам системы: 12
1.5. Требования по защите от влияния внешних воздействий: 12
2. СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ- АВТОМАТИЗАЦИИ 14
3. ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 19
3.1. Выбор двигателя по конструктивному исполнению 19
3.2. Выбор двигателя по скорости 20
3.3. Выбор типа двигателя и способа управления 20
4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 33
4.1. Классификаций шаговых двигателей 33
4.1.1. По виду связи ротора и статора: 33
4.1.2. По виду перемещения ротора 34
4.1.3. По конструктивным особенностям 34
5. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ 38
5.1. Разработка схемы структурной 38
5.2. Разработка схемы функциональной 39
5.3. Выбор языка программирования, написание исходного кода 40
5.4. Основной код 41
5.4. Прерывание при окончании преобразования АЦП 42
6. СХЕМОТЕХНИКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 43
6.1. Выбор микроконтроллера 43
6.2. Разработка схемы электрической принципиальной 50
6.3 Выбор драйвера двигателя 56
6.3.1 Практическая реализация драйвера 57
6.4 Реализация источника вторичного электропитания (ИВЭП) 58
6.5. Датчики 61
6.6. Блок индикации (БИ) 64
6.7. Пульт управления (ПУ) 65
7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Блок-схема алгоритма работы программы 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Текст программы на языке ассемблер 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Схема электрическая принципиальная 91
ВВЕДЕНИЕ 7
1. КИНЕМАТИКА И ЦИКЛ РАБОТЫ СТАНКА ДО МОДЕРНИЗАЦИИ 10
1.1. Общие требования модернизации 11
1.2. Назначение и цели создания (развития) системы: 11
1.3. Характеристика объекта 12
1.4. Технические требования к параметрам и характеристикам системы: 12
1.5. Требования по защите от влияния внешних воздействий: 12
2. СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ- АВТОМАТИЗАЦИИ 14
3. ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 19
3.1. Выбор двигателя по конструктивному исполнению 19
3.2. Выбор двигателя по скорости 20
3.3. Выбор типа двигателя и способа управления 20
4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 33
4.1. Классификаций шаговых двигателей 33
4.1.1. По виду связи ротора и статора: 33
4.1.2. По виду перемещения ротора 34
4.1.3. По конструктивным особенностям 34
5. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ 38
5.1. Разработка схемы структурной 38
5.2. Разработка схемы функциональной 39
5.3. Выбор языка программирования, написание исходного кода 40
5.4. Основной код 41
5.4. Прерывание при окончании преобразования АЦП 42
6. СХЕМОТЕХНИКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 43
6.1. Выбор микроконтроллера 43
6.2. Разработка схемы электрической принципиальной 50
6.3 Выбор драйвера двигателя 56
6.3.1 Практическая реализация драйвера 57
6.4 Реализация источника вторичного электропитания (ИВЭП) 58
6.5. Датчики 61
6.6. Блок индикации (БИ) 64
6.7. Пульт управления (ПУ) 65
7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ
ВВЕДЕНИЕ 7
1. КИНЕМАТИКА И ЦИКЛ РАБОТЫ СТАНКА ДО МОДЕРНИЗАЦИИ 10
1.1. Общие требования модернизации 11
1.2. Назначение и цели создания (развития) системы: 11
1.3. Характеристика объекта 12
1.4. Технические требования к параметрам и характеристикам системы: 12
1.5. Требования по защите от влияния внешних воздействий: 12
2. СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ- АВТОМАТИЗАЦИИ 14
3. ВЫБОР ИСПОЛНИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ 19
3.1. Выбор двигателя по конструктивному исполнению 19
3.2. Выбор двигателя по скорости 20
3.3. Выбор типа двигателя и способа управления 20
4. ВЫБОР ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ 33
4.1. Классификаций шаговых двигателей 33
4.1.1. По виду связи ротора и статора: 33
4.1.2. По виду перемещения ротора 34
4.1.3. По конструктивным особенностям 34
5. РАЗРАБОТКА АППАРАТНОЙ ЧАСТИ 38
5.1. Разработка схемы структурной 38
5.2. Разработка схемы функциональной 39
5.3. Выбор языка программирования, написание исходного кода 40
5.4. Основной код 41
5.4. Прерывание при окончании преобразования АЦП 42
6. СХЕМОТЕХНИКА БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 43
6.1. Выбор микроконтроллера 43
6.2. Разработка схемы электрической принципиальной 50
6.3 Выбор драйвера двигателя 56
6.3.1 Практическая реализация драйвера 57
6.4 Реализация источника вторичного электропитания (ИВЭП) 58
6.5. Датчики 61
6.6. Блок индикации (БИ) 64
6.7. Пульт управления (ПУ) 65
7. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ 66
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 68
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Блок-схема алгоритма работы программы 70
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Текст программы на языке ассемблер 72
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Схема электрическая принципиальная 91
В указе президента Российской Федерации В.В. Путина «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года» от 7 мая 2019 года, одним из направлений является повышение производительности труда.[8]
Повышение производительности труда невозможно без применения новых технологий и оборудования. В настоящее время в связи с проектированием новой техники и электроники существует необходимость создания преобразователей электроэнергии с различными входными - выходными параметрами напряжения, токами. Многие предприятия работают над созданием преобразователей
электрической энергии. В каждом преобразователе неотъемлемой частью является трансформатор или дроссель. Это например электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА), применяемый в люминесцентном освещении, различные схемы питания светодиодов, в современных светильниках и другое. Готовых элементов, к применению в вышеуказанных изделиях с необходимыми параметрами не существует. Для каждого преобразователя проектируется и разрабатывается отдельный трансформатор, дроссель. Они представляют собой магнитопровод и намотанный на каркас медный провод. Чтобы обеспечить необходимые параметры данных изделий необходимо обеспечить точное количество витков, порядок, направление и натяжение обмотки. Для этого применяется ручная, полуавтоматическая, автоматическая намотка. Результаты ручной намотки очевидны: нет необходимого качества намотки, возможны ошибки в количестве витков, процесс занимает много времени, что не допустимо, а так же часто бывают ошибки в направлении намотки и т.д
Обозначенные выше положения говорят об актуальности темы. Эти
задачи решаются автоматической или полуавтоматической намоткой трансформаторов и дросселей. Автоматизация управления процессом заключается в автоматическом пуске, изменении скорости, остановке и реверсировании
последовательностью, подсчете количества витков. Автоматизация управления иногда сопровождается блокировкой, не допускающей неправильных операций, часто опасных, для человека. Автоматизация процесса приводит к его значительному ускорению, улучшению качества продукции, сокращению потребности в рабочей силе, уменьшению затрат ручного труда, его облегчение. Но высокая стоимость готовых автоматизированных приборов, и систем производства зарубежных специализированных фирм, а также низкая надежность и качество российских приборов, построенных на отечественной элементной базе (при зачастую не меньшей стоимости), дают потребителям серьезный повод обращаться к отечественным разработчикам, создающим свои изделия на базе высоконадежной электроники промышленного назначения ведущих западных фирм. Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется путем разработки
соответствующего программного обеспечения. За последнее время в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском микроконтроллеров, которые предназначены для автоматизации оборудования различного назначения. Микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде микросхемы и включающие в себя все составные части ЭВМ: память, микропроцессор, а также программируемые интерфейсные, схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение достаточно высоких показателей эффективности при низкой стоимости (в некоторых случаях система может состоять только из одного контроллера), так что, микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы, для построения управляющей и/или регулирующих систем. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных систем составляют именно микроконтроллеры. Перед автоматизацией процесса ставят следующие задачи:
- переход от автоматизации отдельных простейших производственных операций к комплексной автоматизации средств производства и производственных процессов;
- повысить точность автоматических систем (разработка
самонастраивающихся и многомерных систем автоматического управления, САУ);
- переход к использованию цифровых средств автоматизации (использование ПЭВМ).
Привод намоточного станка является одним из основных узлов, определяющих производительность и точность. Система позволяет, практически без инерционно сформировать сигналы управления приводом, обеспечивающие позиционирование в соответствии с заданной программой. В таких условиях, важное значение имеет совершенствование параметров исполнительного механизма, схемы его управления с учётом особенностей цепи привода. Доступность на российском рынке современной высококачественной модульной, компьютерной базы, совместимой с промышленной электроникой дает разработчикам шанс создания автоматизированных приборов и систем, не уступающих по большинству параметров (в т.ч. качеству и надежности) аналогам производства зарубежных производителей. [2]
Практическая ценность решения поставленных задач данной работы, является новая конструкция специализированного намоточного станка.
Повышение производительности труда невозможно без применения новых технологий и оборудования. В настоящее время в связи с проектированием новой техники и электроники существует необходимость создания преобразователей электроэнергии с различными входными - выходными параметрами напряжения, токами. Многие предприятия работают над созданием преобразователей
электрической энергии. В каждом преобразователе неотъемлемой частью является трансформатор или дроссель. Это например электронный пускорегулирующий аппарат (ЭПРА), применяемый в люминесцентном освещении, различные схемы питания светодиодов, в современных светильниках и другое. Готовых элементов, к применению в вышеуказанных изделиях с необходимыми параметрами не существует. Для каждого преобразователя проектируется и разрабатывается отдельный трансформатор, дроссель. Они представляют собой магнитопровод и намотанный на каркас медный провод. Чтобы обеспечить необходимые параметры данных изделий необходимо обеспечить точное количество витков, порядок, направление и натяжение обмотки. Для этого применяется ручная, полуавтоматическая, автоматическая намотка. Результаты ручной намотки очевидны: нет необходимого качества намотки, возможны ошибки в количестве витков, процесс занимает много времени, что не допустимо, а так же часто бывают ошибки в направлении намотки и т.д
Обозначенные выше положения говорят об актуальности темы. Эти
задачи решаются автоматической или полуавтоматической намоткой трансформаторов и дросселей. Автоматизация управления процессом заключается в автоматическом пуске, изменении скорости, остановке и реверсировании
последовательностью, подсчете количества витков. Автоматизация управления иногда сопровождается блокировкой, не допускающей неправильных операций, часто опасных, для человека. Автоматизация процесса приводит к его значительному ускорению, улучшению качества продукции, сокращению потребности в рабочей силе, уменьшению затрат ручного труда, его облегчение. Но высокая стоимость готовых автоматизированных приборов, и систем производства зарубежных специализированных фирм, а также низкая надежность и качество российских приборов, построенных на отечественной элементной базе (при зачастую не меньшей стоимости), дают потребителям серьезный повод обращаться к отечественным разработчикам, создающим свои изделия на базе высоконадежной электроники промышленного назначения ведущих западных фирм. Особое внимание в настоящее время уделяется внедрению микропроцессоров, обеспечивающих решение задач автоматизации управления механизмами, приборами и аппаратурой. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется путем разработки
соответствующего программного обеспечения. За последнее время в микроэлектронике бурное развитие получило направление, связанное с выпуском микроконтроллеров, которые предназначены для автоматизации оборудования различного назначения. Микроконтроллеры представляют собой приборы, конструктивно выполненные в виде микросхемы и включающие в себя все составные части ЭВМ: память, микропроцессор, а также программируемые интерфейсные, схемы для связи с внешней средой. Использование микроконтроллеров в системах управления обеспечивает достижение достаточно высоких показателей эффективности при низкой стоимости (в некоторых случаях система может состоять только из одного контроллера), так что, микроконтроллерам, видимо, нет разумной альтернативной элементной базы, для построения управляющей и/или регулирующих систем. Более двух третей мирового рынка микропроцессорных систем составляют именно микроконтроллеры. Перед автоматизацией процесса ставят следующие задачи:
- переход от автоматизации отдельных простейших производственных операций к комплексной автоматизации средств производства и производственных процессов;
- повысить точность автоматических систем (разработка
самонастраивающихся и многомерных систем автоматического управления, САУ);
- переход к использованию цифровых средств автоматизации (использование ПЭВМ).
Привод намоточного станка является одним из основных узлов, определяющих производительность и точность. Система позволяет, практически без инерционно сформировать сигналы управления приводом, обеспечивающие позиционирование в соответствии с заданной программой. В таких условиях, важное значение имеет совершенствование параметров исполнительного механизма, схемы его управления с учётом особенностей цепи привода. Доступность на российском рынке современной высококачественной модульной, компьютерной базы, совместимой с промышленной электроникой дает разработчикам шанс создания автоматизированных приборов и систем, не уступающих по большинству параметров (в т.ч. качеству и надежности) аналогам производства зарубежных производителей. [2]
Практическая ценность решения поставленных задач данной работы, является новая конструкция специализированного намоточного станка.
В выпускной квалификационной работе, была произведена модернизация намоточного станка, что важно для повышения качества и удобства использования. Проанализирован имеющийся ранее станок. По результатам анализа было принято решение о модернизации. Разработана структурная, функциональная, принципиальная схемы системы управления приводом, выбраны средства исполнительного механизма с системой управления. Сделан обзор конструкции и моделей шагового двигателя. Выбран шаговый двигатель для изготовления, для этого произведен обзор имеющихся вариантов. Рассмотрены способы управления шаговым двигателем, проанализированы их преимущества и недостатки. Изготовлена электромеханическая часть установки, выбран для использования в станке электродвигатель. Выбраны и изготовлены компоненты системы управления шаговым двигателем, блок питания, плата управления, драйвер. Принято решение самостоятельно изготовить данные блоки. Смонтирована механическая часть станка.
