Разработка цикловой системы управления промышленным роботом

усилитель сигнал гидроцилиндр робот

• Реферат
• Задание
• Введение
• 1. Алгоритм работы системы
• 2. Описание элементной базы
• 3. Принцип работы схемы
• 4. Расчет силовых ключей и выбор элементов
• Заключение

Реферат

Курсовой проект «Разработка цикловой системы управления промышленным роботом» посвящен проектированию собственной системы управления пятью гидроцилиндрами. В проекте необходимо применить знания, полученные в ходе изучения курса «Электроника и микросхемотехника». Система управления должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств. Для синтеза системы необходимо расставить датчики обратной связи, разработать логическую схему работы, рассчитать усилители управляющих сигналов.

Проект состоит из расчетно-пояснительной записки (стр.), которая включает в себя 4 таблицы, 4 литературных источника; 2 чертежа, спецификации.

Задание

Разработать цикловую систему управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндр, пневмоцилиндр, электродвигатель и т. д.). Система управления должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств (табл.1). Для синтеза системы необходимо расставить датчики обратной связи, разработать логическую схему работы, рассчитать усилители управляющих сигналов.

Исходные данные для разработки цикловой системы управления:

Таблица 1

Исходные данные для проектирования усилителей управляющих сигналов Таблица 2

Сделать выводы, дать рекомендации.

Введение

Электроника — это область науки и техники, которая занимается изучением физических основ функционирования, исследованием, разработкой и применением приборов, принцип действия которых основан на протекании электрического тока в вакууме, газе, в твердом теле. Такими приборами являются: электронные приборы (ток в вакууме), ионные приборы (ток в газе), полупроводниковые приборы.

В настоящее время наиболее распространены полупроводниковые приборы. Часть электроники, которая занимается вопросами применения различных приборов, называется промышленной электроникой. Она разделяется на два направления:

1.Информационная электроника — занимается вопросами управления различными процессами. К устройствам информационной электроники относятся: аналоговые усилители и преобразователи сигналов, генераторы сигналов, оптоэлектронные устройства, логические элементы, цифровые устройства, микропроцессорные системы. Они предназначены для измерения, обработки, передачи, хранения и отображения информации.

2.Энергетическая (силовая) электроника — занимается преобразованием параметров электроэнергии. К устройствам энергетической электроники относятся: выпрямители, инверторы, преобразователи частоты, регуляторы напряжения.

Начало развития электроники можно отнести к началу 20 века, когда в 1904 г. англичанин Д. Флеминг создал первую электронную лампу (диод). В 1906 г. американец Л. Форест, введя в диод управляющий электрод, получил триод, способный усиливать и генерировать электрические колебания. В России первую электронную лампу создал в 1914 г. Н. Д. Папалекси.

В 30-х годах началось активное изучение полупроводниковых материалов с целью их использования в электронике. Большой вклад в решение этой проблемы внесли теоретические работы советских физиков, возглавляемых академиком А. Ф. Иоффе.

В 1948 г. американскими учеными был изобретен первый полупроводниковый усилительный прибор — биполярный транзистор. Аналогичные приборы несколько позже разработали советские ученые А. В. Красилов и С. Г. Мадоян.

Обладая существенными преимуществами по сравнению с электронными лампами, транзисторы обусловили бурное развитие полупроводниковой электроники. Применение транзисторов в сочетании с печатным монтажом позволило получить малогабаритные электронные устройства с относительно малым потреблением электроэнергии. В 1957 г. фирмой General Electric был создан тиристор. В 1958 г. появился первый полевой транзистор.

Начиная с 70-х годов всё большая часть электронной аппаратуры стала производиться на интегральных микросхемах. Современный этап развития электроники характеризуется широким использованием компонентов микроэлектроники, включая большие интегральные схемы.

Дальнейший скачок в развитии электроники, начиная с 70-х годов, стал возможен с появлением интегральных микроэлектроных схем. Современный этап развития электроники характеризуется широким использованием компонентов микроэлектроники, включая большие интегральные схемы.

После появления интегральных микросхем инженеры и физики направили свои усилия на разработку усовершенствованных технологических процессов, позволяющих осуществлять более компактное размещение элементов на одном кристалле. Интегральные микросхемы в настоящее время являются одним из самых массовых изделий современной микроэлектроники. Применение микросхем облегчает расчет и проектирование функциональных узлов и блоков радиоэлектронной аппаратуры, ускоряет процесс создания принципиально новых аппаратов и внедрения их в серийное производство.

Задача данного курсового проекта, состоит в том, что бы разработать электронную схему цикловой системы управления для 5 исполнительных устройств (гидроцилиндров). Система управления по сигналу концевого датчика должна обеспечивать определенную последовательность срабатывания устройств. Для этого необходимо расставить датчики обработки связи, разработать логическую схему работы системы управления, рассчитать усилители управляющих сигналов, разработать блок питания для силовой и управляющей частей системы управления, а также предусмотреть нештатные ситуации и методы их предотвращения.

1. Алгоритм работы системы

Последовательность срабатывания исполнительных устройств:

прямой ход — 1, 2, (3, 4, 5);

обратный ход — (1, 2, 3),(4, 5;)

Блок-схема алгоритма работы показана на чертеже № 1.

Описание алгоритма:

Прежде всего, после включения системы, проводиться проверка датчиков начального положения, на наличие на них логического 0 (датчики замкнуты), если на одном из датчиков обнаружена логическая 1, система блокируется, и снова делает опрос всех датчиков, проверяя их.

Далее в прямом направлении начинают движение последовательно первый и второй гидроцилиндры, а затем одновременно третий, четвертый и пятый гидроцилиндры. После этого в обратном направлении движутся одновременно первый, второй и третий гидроцилиндры, затем также одновременно четвёртый и пятый. После этого процесс повторяется заново, то есть циклически. При этом гидроцилиндры начинают двигаться только после того, как пройдёт весь путь предыдущий гидроцилиндр.

Всеми гидроцилиндрами управляют электромагниты: по одному электромагниту на каждый, при этом если электромагнит включен, то гидроцилиндр движется к конечному положению и остается в нём. Если электромагнит выключен, то гидроцилиндр возвращается в начальное положение.

Включение и отключение электромагнитов осуществляется с помощью концевых выключателей, которые подают сигналы при достижении гидроцилиндром начального или конечного положения. Каждый гидроцилиндр имеет датчик начального и конечного положения.

2. Описание элементной базы

В данном курсовом проекте, для построения схемы, использовались следующие элементы: элемент логики НЕ, триггеры, транзисторы, резисторы, конденсаторы, диоды.

— Элемент НЕ (инвертор):

Логический элемент НЕ осуществляет инвертирование входного сигнала. Он так же может выступать в качестве буфера. Условное обозначение представлено на рисунке 1.

Рис.1

Таблица истинности для элемента НЕ:

Таблица 3

— Элемент триггер:

RS-триггер, или SR-триггер — триггер, который сохраняет своё предыдущее состояние при нулевых входах и меняет своё выходное состояние при подаче на один из его входов единицы.

При подаче единицы на вход S (от англ. Set — установить) выходное состояние становится равным логической единице.

А при подаче единицы на вход R (от англ. Reset — сбросить) выходное состояние становится равным логическому нулю.

Состояние, при котором на оба входа R и S одновременно поданы логические единицы, в простейших реализациях является запрещённым (так как вводит схему в режим генерации), в более сложных реализациях RS-триггер переходит в третье состояние QQ=00. Одновременное снятие двух «1» практически невозможно. Условное обозначение RS — триггера представлено на рисунке 2.

Рис.2

Таблица истинности для RS — триггера:

Таблица 4

— Элемент резистор:

Резистор (от англ. resistor— сопротивляюсь) — пассивный элемент электрической цепи, в идеале характеризуемый только сопротивлением электрическому току, то есть для идеального резистора в любой момент времени должен выполняться закон Ома для участка цепи: мгновенное значение напряжения на резисторе пропорционально току, проходящему через него. Условное обозначение резистора представлено на рисунке 3.

Рис. 3

— Элемент конденсатор:

Конденсатор (от лат. Condensare — «уплотнять», «сгущать») — двухполюсник, с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью. Устройство для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок. Условное обозначение конденсатора представлено на рисунке 4.

Рис. 4

— Элемент диод:

Диод — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра.

Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников. Условное обозначение диода представлено на рисунке 5.

Рис. 5

— Элемент транзистор:

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы n (negative) — электронный тип примесной проводимости, p (positive) — дырочный.

В биполярном транзисторе используются заряды одновременно двух типов, носителями которых являются электроны и дырки. Электрод, подключённый к центральному слою, называют базой, электроды, подключённые к внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. В действительности же главное отличие коллектора — бомльшая площадь P-n-перехода. Кроме того, для работы транзистора необходима малая толщина базы. Условное обозначение биполярного транзистора представлено на рисунке 6.

Рис. 6

— Элемент ключ:

Ключ (переключатель, выключатель) — электрический коммутационный аппарат, служащий для замыкания и размыкания электрической цепи. Условное обозначение ключа представлено на рисунке 7.

Рис.7

3. Принцип работы схемы

Схема включается нажатием на кнопку «Пуск», которая запускает САУ. При включении выполняется проверка концевых датчиков начального положения, на наличия на них логического нуля (активное состояние датчиков). При наличии на них сигнала 0 схема запускается.

После нажатия кнопка «Пуск» включает триггер DD1.1, который в свою очередь включает первый гидроцилиндр. После того как, но пройдет свой путь, замыкается датчик К1, подающий сигнал на триггер DD1.2, который приводит в действие второй гидроцилиндр. Когда устройство закончит свой путь, замыкается датчик К2, подающий сигнал на S — входы триггеров DD1.3, DD1.4, DD1.5, которые запускают третий, четвертый и пятый гидроцилиндры одновременно .

Подача логического нуля или 1 на датчики Нi, Кi осуществляется возвратным триггером. Этот триггер используется для устранения запрещенного состояния RS триггеров при переключении с прямого хода механизмов на обратный ход. После этого третий, четвертый и пятый гидроцилиндры перейдут в конечное положение, поочерёдно замыкаются датчики К3, К4, К5 и включается обратный ход. От датчика К5 идет сигнал на возвратный триггер DD1.6.

Далее благодаря логическому элементу НЕ (инвертор) сигнал меняется на противоположный и подавая его на R — входы триггеров DD1.1, DD1.2, DD1.3 одновременно выключает первый, второй и третий гидроцилиндры. Далее инвертированный сигнал подается на последовательно соединенные датчики начального положения Н1, Н2, Н3 и датчик Н3 отключает триггеры DD1.4., DD1.5.

Когда все гидроцилиндры вернуться в исходное положение и последний датчик Н5 посылает логический ноль на возвратный триггер, цикл повторяется.

Для отключения схемы необходимо отжать кнопку «Пуск», система пройдет полный цикл и остановиться.

4. Расчет силовых ключей и выбор элементов

В качестве исходных данных для расчета силового ключа имеются значения напряжения и тока срабатывания электромагнитов:

Расчет сводится к выбору предельных параметров, предъявляемых к транзистору:

С учетом коэффициента надежности =1.5 получим:

Исходя из полученных данных, выбираем из справочника транзистор 2SB1144T с параметрами:

В момент переключения транзистора из закрытого состояния в открытое, и наоборот, на нем выделяется большая мощность в виде тепла. С целью защиты кристалла транзистора от перегрева, на последний устанавливают охлаждающий радиатор.

Значение резистора R1определяется по формуле:

Мощность, рассеиваемая этим резистором, составляет:

Исходя из расчета, выбираем резистор мощностью

Вычислим R2 по формуле:

Мощность, рассеиваемая этим резистором, составляет:

Исходя из этого, выбираем резистор мощностью .

В качестве диода выбираем диод КД226 В, имеющий следующие параметры:

Заключение

В ходе выполнения данного курсового проекта, я применил знания, полученные при изучении курса «Электроника и микросхемотехника», для выполнения поставленной задачи. Была разработана система управления для 5 исполнительных устройств, которая обеспечивает определенную последовательность срабатывания этих устройств.

Мною была разработана логическая схема управления гидроцилиндрами, с использованием силовых ключей.

Разработанная схема достаточно надежна и оптимальна, но так как при ее разработке использовалась цифровая часть логических элементов, RS — триггеров — исключается возможность программирования, что само по себе не существенный недостаток, а даже наоборот существует возможность дальнейшей доработки и усовершенствования.

1. «Справочник по цифровой схемотехнике» — В. И. Зубчук;

2. «Карманный справочник по электронике» — М. Тули;

3. «Основы электроники» — И. П. Жеребцов;

4. Ресурс — «http://alltransistors.com/ru/» — Справочник транзисторов.