Материал: ВКР

3.4.5 Выбор системы управления устройством

Цикловая система программного управления является оптимальной для автоматизации процесса измерения центра масс, она является простейшей разновидностью позиционных систем управления. Система простейшего циклового управления обеспечивает движение звеньев от упора до упора (в нашем случае между сигналами датчиков положения) по степеням подвижности, последовательность движений по программе, выстой на позициях. Величина перемещения звеньев манипулятора задается с помощью регулируемых упоров или датчиков положения, которые фиксируют крайние точки перемещений по каждой степени подвижности. Цикловые системы управления (ЦСУ) являются дискретными с достаточно простой логикой функционирования, отличаются небольшой емкостью программ носителя, простыми алгоритмами управления, небольшими габаритами и стоимостью.

Рассмотрим функциональную схему цикловой системы управления, выполненной на базе программируемого контроллера. Основной частью блока управления является вычислитель, выполненный на базе элементов микропроцессорного набора. Ядро вычислителя составляет микропроцессор МП, связанный с системной магистралью через буфер адреса и контроллер состояния. К системной магистрали подключено репрограммируемое запоминающее устройство, хранящее системное и прикладное ПО и постоянное запоминающее устройство, где хранятся программы пользователя и результаты промежуточных вычислений. Помимо вычислителя, в состав блока управления входят модули ввода и вывода, выполненные на базе схемы параллельного обмена, гальванически развязанные с вычислителем, усилители дискретных сигналов и модуль связи, обеспечивающий связь по каналам с пультом управления, а также с программатором и пультом инженера. Программатор подключается к устройству на период записи управляющей программы, а пульт инженера – для отладки ПО самого устройства. Устройство управления (УУ) включает микропроцессорную систему (МПС) верхнего уровня управления, блок управления приводами (БУП), силовой преобразователь (СП) и коммутатор (К), обеспечивающий включение и выключение электродвигателей М1, М2 в соответствии с программой функционирования. В цепи обратной связи блока управления приводами используются датчики положения ДП1, ДП2, ДП3.

Рисунок ­26 – Функциональная схема системы управления устройством

Современные многопроцессорные системы построены по иерархическому принципу. Верхний уровень решает следующие задачи: логическая обработка информации о состоянии устройств, синхронизация работы, обеспечение диалогового режима работы с оператором, обмен информацией с внешней ЭВМ, запись, чтение и хранение программы пользователя на диске, обеспечение ручного режима управления, диагностика работы устройства, калибровка.

Ввиду того, что предлагаема схема автоматизации оборудования для измерения центра масс похожа на простейшие мехатронные системы современных станков с числовым программным управлением, одним из вариантов может являться оснащение устройства системой управления SINAMICS S120.

Данная универсальная система управления приводами имеет модульный формат с общими аппаратными и программными компонентами, а также унифицированные утилиты для расчета, проектирования и ввода в эксплуатацию. Возможна простая комбинация из множества согласованных друг с другом компонентов и функций различных исполнений для решения требуемых задач. Имеется широкий выбор двигателей. Удобное конфигурирование СЧПУ осуществляется с помощью утилиты SIZER.

В нашем случае система будет состоять из силового модуля, преобразующего переменный ток питающей сети в постоянное напряжение, управляющего модуля (например, SINUMERIK802Dsl), унифицированных кабелей, двух модулей датчиков (для не встроенных в двигатель) и два модуля двигателей, пульт оператора или ПК.

Рисунок 27 – Основные модули при реализации СЧПУ оборудованием

Рисунок 28 – Схема реализация автоматизации устройства с помощью системы управления приводами SINAMICS S120

3.5 Оценка погрешности метода

Измерение предлагаемым методом является косвенным и зависит от точности нормированных параметров устройства, точности снимающих показания датчиков и алгоритма их преобразования в искомый размер.

Оценки погрешности измерений основана на анализе предложенной конструкции, особенностей методики измерения и расчета координат.

Источниками погрешностей измерения являются:

1) Погрешность датчика линейного перемещения уравновешивающей каретки, расположенного на оси привода, ∆L = 0.01 мм;

2) Погрешность хода ШВП, ∆H = 0.03 мм;

3) Погрешность измерения конструктивных расстояний ∆l = 0.05;

4) Погрешность датчика углового положения, ∆α = 0.001 мм.

Горизонтальные координаты центра масс определяются выражением:

(20)

где L_21,25 – расстояния плеч до противовеса, возьмём максимальные возможные значения L₂₁ = 800, L₂₅ = 400 мм;

L_11,12 – известное конструктивное расстояния до базовой поверхности, L₁₁=900, L₁₂=400 мм;

Суммарная погрешность будет состоять из:

– погрешности измерения расстояний от нулевого положения до состояния равновесия L₂₅ и L₂₁;

(21)

– погрешности измерения конструктивных расстояний L₁₁ и L₁₂.

(22)

(23)

По результатам расчёта в программе Mathcad:

(24)

Погрешность нахождения горизонтальных координат X и X_α :

(25)

Погрешность измерения угла α:

(26)

Абсолютная максимальна погрешность метода и устройства при измерении вычисляется по среднеквадратичной сумме представленных погрешностей:

(27)

По результатам расчёта в программе Mathcad максимальна погрешность метода:

Таким образом наблюдается повышение точности измерения по сравнению со старым методом.

Матемаическое моделирование при многочисленных измерениях.

В программе Mathcad зададим диапазоны возожных значений переменных.

В условиях конструкторских ограничений предела измерения, зависящих от габаритов изделия, примем диапазон значений горизонтальных координат центра масс X = 0…500 и X_α = 0…500 мм.

Тогда область значений погрешности будет распределятся согласно графику:

Рисунок 29 – Область значений возможных значений погрешности устройства

3.6 Расчёт производительности метода

В результате работы по автоматизации процесса измерения должно сократится время, затрачиваемое на измерение центра масс.

(28)

где Т_подг. – время подготовки изделия к измерению;

Т_маш – машинное время измерения, включающее в себя время хода узлов для измерения восьми показаний датчиков длин.

где Т_п. – время на включение, проверку устройства, Т_п = 0,25 мин;

Т_уст. – время на установку изделия и его крепление, Т_уст = 1-5 мин;

Т_сн. – время на снятие изделия и его крепление, Т_уст = 1 мин;

Т_з. – время на вычисление и занесение значений в паспорт, Т_з = 0,5 мин.

(29)

где Т_пов. – время на поворот опорно-поворотного устройства, Т_пов = 1 об/мин;

Т_х. – время на передвижение устройства уравновешивания, мин;

(30)

где L – максимальная длина хода уравновешивающей каретки, L ₌ 1000 мм;

v – скорость передвижение уравновешивающей каретки, v = 1,2 м/мин.

Таким образом повышение производительности процесса измерения одного изделия составило:

Рисунок 30 – Повышение производительности процесса

Заключение

В работе была изучена проблема производительности измерения центра масс на предприятии радиоэлектронной промышленности и предложен способ её решения с улучшением точности метода.

Для выбора пути решения были изучены и проанализированы современные научные источники, опубликованными преимущественно не позднее 2000 года. На основании полученных знаний была создана классификация способов измерения центра масс и изобретённых полезных моделей оборудования. Оценка всех имеющихся наработок в данной сфере позволила создать авторскую полезную модель метода измерения и разработать необходимое устройство для его реализации.

Предложенное устройство позволяет в автоматическом режиме производить измерение сразу трёх координат центра масс. Многими авторами либо не ставилась эта задача, либо в тех устройствах, что позволяют это делать, не учтены полезные наработки в плане точности и производительности. В других устройствах присутствуют излишние функции, как измерение моментов инерции, которые усложняют конструкцию, а, следовательно, удорожают и делают менее долговечными.

Были проанализированы ограничения по точности старого метода путём сбора экспериментальных данных измерений с партии деталей, а также при помощи математического моделирования в области возможных значений погрешности. Полученные результаты были проанализированы и на их основе строился план оптимизации. По результатам математической оценки погрешности спроектированное устройство обладает большей точностью.

Ввиду отсутствия погрешности от измерения массы в разработанной методике, она может быть полезна для предприятий, осуществляющих контроль положения ЦМ с высокой точностью, как крупных (ограниченных размерами установочной площадки приспособления), так и малых изделий.

Создание нового оптимального метода и устройства выявило необходимость теоретического обоснования и нахождения математической формулы для нахождения искомых координат. Результат представлен в данной работе.

Большое влияние на точность измерений центра масс изделий сложной геометрической формы влияет сумма присоединительных масс, т.е. когда масса приспособления-переходника, необходимого для установки и закрепления, больше массы самого изделия. В данном случае именно для таких изделий и ведётся оптимизация процесса измерения.

Таким образом выполнен процесс оптимизации – максимизации выгодных характеристик, таких как производительность и точность измерения центра масс.