Микропроцессорная система управления

Постепенный отказ - это отказ, возникший в результате постепенного изменения характеристик изделия.

Существует также такое понятие как второстепенная неисправность - это отказ элементов изделия, которые не влияют на надежность.

Второстепенные неисправности делят на дефекты и неполадки. Дефекты - это неисправности, которые не приводят к повреждению или нарушению работы прибора в момент обнаружения, но могут со временем к этому привести. Неполадки - это неисправности, которые не оказывают влияние на выполнение основных функций прибора. Для повышения надежности классифицируют несколько методов: структурные; информационные.

Структурные методы повышения надежности. Важнейшей научно-технической задачей производителей РЭА явление повышение показателей надежности, которое достигается устранением причин, которые вызывают отказы, сведением к минимуму различные конструкторско-эксплуатационных ошибок и неточностей.

К значительному повышению надежности аппаратуры привело то, что конструкторы РЭА начали создавать и применять более новые элементы, например интегральные схемы.

Но путем повышения надежности элементов не всегда получается полностью устранить проблему. Поэтому для повышения надежности конструкторы РЭА придумали следующее:

введение схемной избыточности;

резервирование - дублирование РЭА полностью или отдельных ее частей.

Резервирование предполагает включение в схему специальных элементов, которые скомпенсируют отказы отдельных ее частей и обеспечат надежную работу. Существуют несколько видов резервирования: постоянное (резервные элементы всегда включены и функционируют), резервирование замещением (обнаружение неисправного элемента и замена на резерв), скользящее резервирование (любой резерв может заменить любой отказавший элемент).

Постоянное резервирование предполагает, что прямого обнаружения отказавшего элемента или узла не предусмотрено, так как он не влияет на выходные сигналы. Такой вид резервирования чаще всего используется в невосстанавливаемых условиях и является возможным в устройствах, где не

должно быть даже кратковременного перерыва в работе.

Если подключение неисправно, но нужно обнаружить отказавший элемент системы, то используют резервированные замещение, которое может происходить как автоматически, так и вручную. Такое резервирование имеет множество достоинств. Резервы до момента включения в работу не функционируют и обесточены, что повышает общую надежность системы, так как сохраняется ресурс электронных устройств. Можно использовать на несколько рабочих элементов всего один резервный. Резервирование замещением рационально применять к крупным блокам, так как имеется сложность автоматического включения резерва.

Скользящее резервирование представляет собой то, что любой основной элемент можно заменить любым резервом. Но для этого вида резервирования необходимо иметь специальный прибор, который автоматически находит неисправности и подключает резерв. При идеальном автоматическом устройстве будет выигрыш в надежности, если сравнивать с другими методами резервирования. Но применение скользящего резервирования возможно только при однотипности составных частей.

Информационные методы повышения надежности РЭА.

Информационные методы в основном используются в вычислительной технике с помощью корректирующих кодов. Эти коды предназначены для обнаружения и исправления ошибок в РЭА без прерывания работы.

Для работы корректирующего кода необходимо введение в изделие избыточности. Существует два вида избыточности. Это временная и пространственная избыточность. С помощью неоднократного решения задачи выявляется временная избыточность. Затем результаты сравниваются и если все результаты совпали, значит задача решена верно. Временная избыточность вводится всегда только программным путем. [5, 6].

В заключении хочется отметить, что в связи с развитием все более новых технологий возникает потребность в более качественных товарах, спрос на которые будет в разы больше. Для этого при выпуске продукции необходимо соблюдать все условия и факторы надежности и качества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Маликов И.М. Надежность судовой электронной аппаратуры и систем автоматического управления. Ленинград, 1967 - 316с.

2. ГОСТ 15467-79. Управление качеством продукции. Основные понятия. Термины и определения.

3. Пряников В.С. Прогнозирование отказов полупроводниковых приборов. М.: Энергия 1978 - 112с.

4. Физические основы надежности интегральных схем. Под редакцией Ю.Г. Миллера. М.: Советское радио, 1976 - 320с.

5. Ивченко В.Г. Конструирование и технология ЭВМ. Конспект лекций. - /Таганрог: ТГРУ, Кафедра конструирования электронных средств. - 2001

6. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов. -

М.: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с.

УДК 621.3.095

Андреев П.Г., Козин Р. Р., Емельянов А. С.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ

В статье рассмотрены технические вопросы создания микропроцессорной системы управления фрезерным станком типа ВМ127, Т 220, 6Р13, 675П. Для определения основных требований к подобным системам, по соответствующим признакам представлена классификация фрезерных станков. Дана обобщенная структурная схема микропроцессорной системы управления. Ключевые слова:

микропроцессор, режущий инструмент, автоматизация, модернизация, числовое программное управление.

Задача обновления станочного парка промышленных предприятий страны является крайне актуальной. Решить эту задачу исключительно за счёт замены физически изношенного и морально устаревшего оборудования на новое в обозримые сроки не удастся: парк металлообрабатывающего оборудования страны составляет 1,5 - 2,0 млн. ед.; отечественные станкозаводы способны в настоящее время выпускать лишь порядка 3 - 4 тысяч единиц

оборудования в год; производство многих типов оборудования прекращено; импорт высокотехнологичного оборудования по ряду причин затруднён или невозможен.

Задача обновления станочного парка может быть частично решена за счёт модернизации имеющегося у предприятий оборудования. Под модернизацией в данном случае понимается доведение имеющегося оборудования до уровня зарубежных образцов по

точности, производительности, функциональным и технологическим возможностям за счёт капитального ремонта и оснащения современными (преимущественно отечественными) комплектующими изделиями (системы ЧПУ, привода, шарико-винтовые пары, электро-гидроаппаратура и др.). Следует отметить, что станок в течение своего жизненного цикла может модернизироваться неоднократно с учетом комплексного подхода на этапе проектирования, позволяющего учесть множество факторов влияющих на конструкцию, с целью снижения себестоимости изделия [1]. При этом базовые детали (чугунные литые станины, суппорты, стойки, траверсы, столы) остаются неизменными. Комплектующие изделия, определяющие технический уровень станка, заменяются современными. Таким образом, периодическая модернизация с применением информационного соответствующего обеспечения проектирования изделий позволит станку всё время быть на уровне современных достижений отечественного и зарубежного станкостроения, составив основу их конкурентоспособности [2, 3]. Такой подход к решению поставленной задачи возможен вследствие современного развития компьютерной техники, что позволяет качественно и достаточно быстро проектировать электронные средства различного назначения [4].

В зависимости от характера выполняемых работ и применяемого режущего инструмента станки подразделяют на группы и типы, согласно чему предъявляются требования к системам управления. Станки с ЧПУ должны обеспечивать высокие точность и скорость отработки перемещений, заданных УП, а также сохранить эту точность в заданных пределах при длительной эксплуатации. Конструкция станков с ЧПУ должна, как правило, обеспечивать совмещение различных видов обработки, автоматизацию загрузки и выгрузки деталей, автоматическое или дистанционное управление сменой инструмента, возможность встройки в общую автоматическую систему управления. Высокая точность обработки определяется точностью изготовления и жесткостью станка.

Фрезерные станки с ЧПУ предназначены для обработки плоских и пространственных поверхностей заготовок сложной формы. Конструкции фрезерных станков с ЧПУ аналогичны конструкциям традиционных фрезерных станков, отличие от последних заключается в автоматизации перемещений по УП при формообразовании.

В основе классификации фрезерных станков с ЧПУ лежат следующие признаки [5]:

- расположение шпинделя (горизонтальное вертикальное);

- число координатных перемещений стола или фрезерной бабки;

- число используемых инструментов (одноин-струментные и многоинструментные);

- способ установки инструментов в шпиндель станка (вручную или автоматически).

По компоновке фрезерные станки с ЧПУ делят на четыре группы:

- вертикально-фрезерные с крестовым столом (652ОФ3, МА655Ф3 и др.);

- консольно-фрезерные (6Р13Ф3, 6Р13РФ3 и др.);

- продольно-фрезерные (6М610Ф3-1 и др.);

- широкоуниверсальные инструментальные.

Фрезерные станки в основном оснащают прямоугольными и контурными устройствами ЧПУ. При прямоугольном управлении стол станка совершает движение в направлении, параллельном одной из координатных осей, что делает невозможной обработку сложных поверхностей. При контурном управлении траектория перемещения стола более сложная. Станки с контурным управлением используют для фрезерования различных кулачков, штампов, пресс-форм и других аналогичных поверхностей.

Приведенная классификация обозначить основные требования к микропроцессорным системам управления данными станками.

Предлагаемая микропроцессорная система управления предназначена для автоматизации работы фрезерных станков типа: Вертикальный консольно-фрезерный станок ВМ127, Универсальный фрезерный станок Т 220, Вертикально-фрезерный станок 6Р13, Широкоуниверсальный фрезерный станок 675П.

Устройство имеет два конструкционных исполнения:

1. Электронный блок управления на микроконтроллере и поворотное устройство на электромагнитах и храповом колесе.

2. Электронный блок управления на микроконтроллере, блока синхронизации и шаговый двигатель с редуктором.

Электронный блок управления изготовлен на микроконтроллере, в котором записаны команды управления тормозом, электромагнитом поворота детали, установлены временные параметры технологических режимов, поворот шагового двигателя на определённый градус и синхронная работа ключей управления шаговым двигателем.

Электромеханическое устройство на электромагнитах и храповом колесе представляет собой электромагнит тормоза, электромагнит поворота детали, храповое колесо и электромагнитный датчик положения обрабатываемой детали.

Электромеханическое устройство на шаговом двигателе представляет собой подворотник, управляемым отдельным микропроцессором. Основной микропроцессор формирует сигнал поворота и ждёт ответного сигнала, по окончании поворота включает тормоз, фиксируя заготовку, и продолжает технологический процесс.

На рисунке 1 представлена обобщенная структурная схема системы микропроцессорного управления, позволяющая выполнить поставленные задачи.

Рисунок 1 - Схема структурная системы микропроцессорного управления

Структура микропроцессорного управления состоит из блоков: блока оптической развязки между силовой частью и частью микропроцессора управления. Блока стабилизированного питания на +5 и +12 вольт, который необходим для стабильного питания всей системой, который изготовлен и работает по импульсной технологии.

Электронный блок основан на базе микропроцессора, в который записаны управляющие сигналы, созданные в программной среде. Программное обеспечение позициирует координатную траекторию перемещения детали и формирует управляющие сигналы.

Управляющие сигналы с микропроцессора управления поступают через оптронную развязку на блок синхронизации шагового двигателя с системой управления.

Экономический эффект от использования данной системы управления может быть выражен в получении максимальной прибыли за счет сокращения ручного труда на существующем оборудовании предприятия, а так же за счет повышения конкурентоспособности выпускаемых изделий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Андреев П. Г. Комплексное исследование блока РЭС на примере светоакустической приставки / П.Г. Андреев, И.Ю. Наумова, М.В. Ширшов// Надежность и качество: Труды международного симпозиума. Том 2 / Под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2010. С. 137-142.

2. Курносов В.Е. Построение систем автоматического проектирования конструкций / В.Е. Курносов, О.А. Агейкин, О.В. Балабин // Международный студенческий научный вестник. - Пенза: Изд-во Общество с ограниченной ответственностью "Информационно-технический отдел Академии Естествознания", 2015. № 3-1. С. 40-41.

3. Андреева Т.В. Информационное обеспечение проектирования узлов на печатных платах на основе дискретно-непрерывного моделирования / Т.В. Андреева, В.Е. Курносов // Алгоритмы, методы и системы обработки данных. - Муром: Изд-во: Муромский институт (филиал) ГОУ ВПО "Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых", 2003. № 8. С. 130-137.

4. Андреев П.Г. Аналого-цифровые преобразователи в учебном процессе / П.Г., Андреев, И.Ю. Наумова // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. 2007. Т. 1. С. 67-69.

5. Инструментальная оснастка станков с ЧПУ. Под общ. ред. А.Р.Маслова., М.: Изд-во: Машиностро-ение2 006г. 544с.

УДК 621.3.095

Емельянов А.С. , Козин Р.Р. , Андреев П.Г.

ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия

АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ПЕРЕМЕННЫХ РЕЗИСТОРОВ

В статье рассмотрены технические вопросы создания автоматизированного рабочего места контроля параметров переменных резисторов типа СП5-21, предназначенные для работы в цепях постоянного и переменного токов частотой до 400 Гц. Приведена структурная схема измерительного блока. Даны основные математические выражения обработки измерительной информации измерительным блоком.

Ключевые слова:

Автоматизированное рабочее место, резистор, измерение, линейность.

Современное развитие компьютерной техники позволяет качественно и достаточно быстро проектировать электронные средства (ЭС) различного назначения [1]. Информационное обеспечение проектирования изделий составляет основу их конкурентоспособности [2, 3]. Причем комплексное, системное исследование ЭС на этапе проектирования позволяет учесть множество факторов влияющих на их конструкцию, с целью снижения себестоимости изделия [4]. Кроме того, отмечается широкое внедрение интеллектуальных систем [5] на этапах проектирования, производства и эксплуатации ЭС. Перечисленные факторы приводят к необходимости создания автоматизированных рабочих мест контроля параметров различных электро - радиоэлементов, компонентов ЭС.

В настоящее время широко используются переменные резисторы типа СП5-21А(Б), предназначенные для работы в цепях постоянного и переменного токов частотой до 4 00 Гц. Измерение данных резисторов занимает большое время и требует большое количество радиоизмерительных приборов.

Кроме этого, рабочему необходимо вести протокол поверки - заносить установленные и измеренные значения, производить расчет погрешностей, сравнивать погрешности с допустимыми значениями.

Измеряемые параметры переменных резисторов:

1) Полное сопротивление;

2) Величина рабочего угла;

3) Отклонение функциональной зависимости.

Для того, чтобы измерить параметры переменных

резисторов, рабочему необходимо подключить проектируемый измерительный прибор и поворачивать регулятор сопротивления каждые 11 градусов, замеряя параметры резистора. У данного способа есть несколько минусов, а именно: неточность измерения, продолжительное время измерения. Поэтому будет целесообразно спроектировать дополнительно к измерительному прибору контактно -зажимной блок, который будет подключаться к измерительному прибору. Контактно - зажимной блок будет представлять из себя небольшой шаговый двигатель, который будет поворачивать резистор типа СП5-21А(Б) на 11 градусов, и зажим который будет держать резистор. Данный способ позволит повысить точность измерения и увеличить быстродействие установки.

Используя персональный компьютер и специальное программное обеспечение, а также разрабатываемый электронный блок, можно автоматизировать измерение переменных проволочных резисторов типа

СП5-21А(Б) и создать автоматизированное рабочее место для контроля параметров переменных резисторов.

В основу работы установки положено измерение в цифровой форме электрических параметров (в том числе функциональной характеристики) переменных резисторов с последующей математической обработкой результатов, что позволяет автоматизировать измерение полного сопротивления, значение рабочего угла и значения отклонения от линейной зависимости.

Значение измерительного тока определяется величиной выходного напряжения и сопротивлением выбранного 1-го датчика тока:

I = Ц-

изм ,

Яд,

где ио - выходное напряжение ИОН; яд - сопротивление 1-го датчика тока из набора НДТ.

Работа измерительной части установки поясняется схемой электрической структурной, представленной на рисунке 1.

Значение измеряемого тока выбирается исходя из допускаемой мощности, рассеиваемой на контролируемом резисторе при протекании тизм:

1изм X Яп < 0,1 X РдОП

2)

где Яд - полное значение сопротивления резистора; Рдоп - допускаемое значение рассеиваемой мощности на контролируемом резисторе.

При измерении полного сопротивления Ях1 измерительный ток Тизм с выхода источника ИТ протекает через ключ К1 и неподвижные контакты контролируемого резистора Кк±. Падение напряжения от протекания Тизм через Кк1 воспринимается дифференциальным усилителем ДУ и подаётся на вход АЦП:

и„.

= К Х 1изм Х Кду ,

3)

вхАЦП "*• *п '' изм '' *"ду ,

где кду - коэффициент усиления дифференциального усилителя ДУ.

Далее, АЦП преобразует напряжение ивх ацп в код, по значению которого рассчитывается значение измеренного сопротивления. Далее, оценивается относительное отклонение полученного сопротивления от номинала:

8К =

~ Ян

Я

•100%

где Ян

номинальное значение сопротивления.