Конспект лекций по КММ

а)

б)

в)

Рис. 2.38

вставляемая крышка подключений с интегрированным переключателем адреса PROFIBUS-DP позволяет отключать модуль или приводной контур без прерывания других связей;

быстрая диагностика благодаря светодиодам, показывающим неисправность и готовность к работе, а также передачи информации по шине PROFIBUS-DP и использованию специальной программы

SimoCom U;

быстрая замена модулей с помощью карты памяти (Memory Card).

57

Глава 3 СТРУКТУРА МЕХАТРОННЫХ МОДУЛЕЙ

3.1. Компоненты мехатронных модулей

При конструировании мехатронных модулей необходимо учитывать тип основных и дополнительных компонентов (устройств), из которых они могут быть сконструированы, их основные функциональные и конструктивные характеристики и способ соединения.

К основным компонентам мехатронных модулей относят следующие устройства.

1.Устройство компьютерного управления (УКУ) – комплекс аппаратных и программных средств, вырабатывающий сигналы управ-

ления для мехатронного модуля. В его состав входят:

задающее устройство (например, джойстики и рукоятки);пульт управления оператора;вычислительные и преобразующие устройства;

периферийные устройства ввода-вывода информации. Устройство компьютерного управления выполняет следующие

функции:

управление функциональным движением выходного звена ме-

хатронного модуля в реальном масштабе времени;координация управления механическим движением с сопутст-

вующими внешними процессами;взаимодействие с человеком-оператором через человеко-

машинный интерфейс в режиме программирования и непосредствен-

но в процессе движения;обмен данных с внешними устройствами (информационным

устройством, приводом, компьютером верхнего уровня, периферийными устройствами).

2.Цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) – устройства, предназначенные для преобразования цифровой информации в аналоговую. Они формируют сигнал в виде напряжения и тока, функционально связанных с управляющим кодом. В большинстве случаев эта функциональная зависимость является линейной.

Цифро-аналоговые преобразователи классифицируют

2.1.По принципу действия:

со сложением токов;

с делением напряжения;

со сложением напряжений.

2.2.По типу выходного сигнала:

синусный токовый сигнал (СТ);

синусный сигнал напряжения (СН);

прямоугольный импульсный сигнал (ПИ).

2.3.По полярности выходного сигнала:

однополярные;

двухполярные.

2.4.По виду управляющего кода, подаваемого на вход цифроаналогового преобразователя:

двоичный;

двоично-десятичный;

Грея;

унитарный.

2.5.По виду источника опорного напряжения:

с постоянным опорным напряжением;

с изменяющимся опорным напряжением.

2.6.По основным функциональным характеристикам:

количеству разрядов;

быстродействию;

точности преобразования;

потребляемой мощности.

3.Силовые преобразователи (СП) – устройства, предназначенные для подвода и преобразования электрической энергии к двигателям и представляющие собой импульсные оконечные усилители мощности.

В зависимости от типа и мощности двигателя в силовых преоб-

разователях используют:

биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT);силовые полярные транзисторы (MOSFET);

МОП-транзисторы.

4.Контроллеры движения – специализированные микроконтроллеры для управления двигателями различных типов.

В зависимости от типа двигателя различают контроллеры движения для управления двигателями:

постоянного тока;

переменного тока;

шаговыми.

Характерной особенностью контроллеров является возможность принимать сигналы обратной связи о положении и скорости выходного звена мехатронного модуля с использованием датчиков обратной связи. Обработку сигналов от датчиков проводят аппаратными средствами контроллера движения, что упрощает его программирование и позволяет уменьшить время на обработку сигналов обратной связи.

5. Информационные устройства (ИУ) или датчики информации – совокупность аппаратно-программных средств, предназначенных для получения информации о внешней среде и внутреннем состоянии объекта. Они преобразуют контролируемую величину в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия ими на управляемые процессы.

Датчики делят по ряду основных показателей.

5.1.По роду энергии:

электрические;

механические;

пневматические.

5.2.По характеру модуляции потока энергии:

амплитудные;

время-импульсные;

частотные;

фазовые;

дискретные (кодовые).

5.3.По виду выходного сигнала:

аналоговые;

цифровые.

5.4.По характеру определения положения объекта:

абсолютные;

относительные.

Вмехатронных модулях наиболее широко используют датчики положения, перемещения, скорости, ускорения, сил, моментов, а также датчики информации о текущих значениях электрических токов и напряжений в силовых преобразователях. Они могут быть построены на различных принципах с пользованием различных видов энергии, характеру ее модуляции, виду выходного сигнала и др.

6. Двигатели (Д) – это преобразователи электрической, пневматической, гидравлической и др. энергии в механическую. Они бывают:

электрические;

пневматические;

гидравлические;

прочие.

Наиболее широкое применение в мехатронных модулях нашли электрические двигатели – электротехнические преобразователи электрической энергии в механическую:

углового и линейного движения;

постоянного и переменного (синхронные и асинхронные)

тока;

коллекторные и вентильные;

непрерывного движения и шаговые.

Вдальнейшем будем рассматривать мехатронные модули только с электродвигателями.

7. Преобразователи движения (ПД) – механизмы, предназначенные для преобразования одного вида движения в другое, согласования скоростей и вращающихся моментов двигателя и выходного звена мехатронного модуля.

Типы преобразователей движения:

зубчатые (цилиндрические, конические, реечные, планетарные, волновые, червячные и др.);

винтовые (скольжения; качения – шариковинтовые и роликовинтовые; дифференциальные, интегральные);

ременные (плоско- и клиноременные, зубчатым ремнем);

цепные;

цевочные;

мальтийские;

прочие.

Основные функциональные характеристики преобразователей движения:

7.1.Вид движения выходного звена:

поступательное;

вращательное.

7.2.Характер движения выходного звена:

постоянное;

ускоренное;

замедленное;

прерывистое;

реверсивное;

комбинированное.

7.3.Способ преобразования движения:

вращательное в поступательное;

поступательное во вращательное.

7.4.Способ изменения параметров одного вида движения:

вращательного;

поступательного.

7.5. Способ изменения величины движения:

увеличение;

уменьшение.

7.6.Способ объединения движения: