Система управления шаговыми двигателями

Петрунин В.В., Анохина Ю.В., Баннов В.Я., Трусов В.А., Юрков Н.К. СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

Технологические процессы постоянно усложняются, а агрегаты, реализующие их, делаются все более мощными. Человек не может уследить за работой таких агрегатов и технологических комплексов и тогда на помощь ему приходит АСУ ТП. В АСУ ТП за работой технологического комплекса следят многочисленные датчики-приборы, изменяющие параметры технологического процесса (например, температуру и толщину прокатываемого металлического листа), контролирующие состояние оборудования (температуру подшипников турбины) или определяющие состав исходных материалов и готового продукта. Таких

приборов в одной системе может быть от нескольких десятков до нескольких тысяч.

Во многих станках применяются шаговые двигатели, позволяющие развивать большую мощность и точность позиционирования. Для управления шестифазными шаговыми двигателями электроэрозионного станка в Кузнецком колледже электронной техники разработаны и внедрены на заводе «Мета-Кузнецк» электронный блок управления и программное обеспечение для его работы. В данном проекте разрабатывается малогабаритный электронный блок на современной элементной базе - применяются микро-

контроллеры, оптроны, программаторы. Использование микроконтроллеров позволяет значительно уменьшить количество микросхем и уменьшить энергопотребление. Микроконтроллеры можно использовать для управления любыми типами шаговых двигателей, для этого необходимо изменить прошивку.

Следующий этап разработки - автономная система (без компьютера). Вместо компьютера используется микроконтроллер со специальной прошивкой. В него вводится программа перемещения исполнительного устройства в О кодах и математическое обеспечение. Небольшая плата управления, на которой можно разместить усилители, помещается в корпусе станка.

Модернизация станков неизбежна по причине совершенно новых требований, предъявляемых к современному станочному парку. Увеличение точности, повышение производительности, необходимость полностью автоматизировать соответствующий участок производственного процесса, снижение доли брака -без выполнения этих условий чрезвычайно трудно выдержать жёсткую конкуренцию. Этот факт понимают большинство руководителей. Устаревшие системы снижают производительность, требуют периодического квалифицированного ремонта и технического обслуживания. Кроме того, возникает проблема интеграции станков в современные автоматизированные системы управления производством.

Важно и то, что аппаратура управления электроавтоматикой станков по современным требованиям крайне ненадёжна и не обеспечивает полной реализации возможностей станков. В результате возникают простои и потребность замены станков на более высокопроизводительные.

Электронный блок системы управления выполняет следующие функции:

- гальваническая развязка платы управления от силовой части блока управления шаговыми двигателями;

- преобразование сигналов, сформированных в базовом микроконтроллере, в сигналы управления шаговыми двигателями;

- передача состояния концевых датчиков станка в базовый микроконтроллер.

Система управления работает на базе Р1С-контроллера, который управляет станком, в соответствии с введенным в него программным обеспечением в виде О - кодов. О - коды определяют траекторию перемещения режущего инструмента. Управляющие сигналы с компьютера поступают на систему управления для согласования с исполнительными устройствами - шаговыми двигателями ШД51. Для гальванической развязки всех составных частей использованы оптронные пары.

Структурно систему управления можно разбить на следующие блоки: устройство сопряжения «система управления - станок»; узел оптронной развязки со станком; два микроконтроллера: устройство перемещения по оси «х» привода станка и устройство перемещения по оси «у» привода станка, где находятся два устройства фазоимпульсного управления шаговыми двигателями по осям «х» и «у».

Система управления работает на базе микроконтроллера, который формирует управляющие сигналы, согласно разработанного программного обеспечения. Программное обеспечение позволяет ввести траекторию перемещения режущего инструмента и формирует управляющие сигналы для двухкоординатного станка, которые поступают на контроллеры управления для формирования и управления исполнительными устройствами - шаговыми двигателями (ШД). Управляющие сигналы поступают на блок управления ключами ШД. Этот блок позволяет полностью разделить цепи питания системы управления и станка, т.к. информация передаётся по оптическим каналам оптронов. Информация от центрального микропроцессора передаётся на контроллеры перемещения инструмента станка по осям «х» и «у».. С выхода контроллеров по координатам «х» и «у» управляющие коды поступают на плату сопряжения и на блок управления ключами ШД. Сигналы «Предел» по X и У, короткое замыкание, обрыв провода поступают через плату согласования в центральный микроконтроллер от станка и останавливают процесс выполнения перемещения режущего инструмента.

Бонроллер Усилитель -г Шаговый

«X» «X» двигатель

ц* —; «X»

Микроконтроллер

Бонроллер — Усилитель Шаговый

ц* «У» — двигатель «У»

Рисунок 1 Структурная схема системы управления

Работа с программным обеспечением

1. Используя программу редактора G-code ввести траекторию перемещения режущей части инструмента. Редактор формирует О-коды, необходимые для ввода информации в программу управления.

При запуске редактора появляется окно, представленное на рисунке 2.

Текущие координаты отображаются в левых нижних окошках. В окошке «Радиус» выводится минимальное значение радиуса. При необходимости можно изменять его в большую сторону. Знак «+» указывает, что дуга идет по часовой стрелке, знак «-» - против часовой. Для получения прямой линии необходимо установить значение радиуса равным 0.

При необходимости текстовый файл можно корректировать и нажатием кнопки «Файл/Обновить» получить на экране правильную траекторию. Затем производится запись файла «Файл/Сохранить».

Для составления программы О-кодов можно использовать моделирующую программу AutoCad.

2. Для управления станком разработано про- граммное обеспечение ^ри5.ехе. Цифра «5» обозначает скорость перемещения - 5 мкМ/Сек. Разработанный файл *. пс предварительно записывается в директорию Раэса1. При запуске появляется окно:

Назначение функциональных кнопок:

Е3 - Ввод программы;

Е5 - Пуск программы;

Е6 - Пауза;

Е7 - Стоп;

Е8 - Очистить экран;

Еэс - Выход из программы.

При нажатии Е5 программа запускается и формирует на выходе ПК управляющие сигналы, которые управляют шаговыми двигателями станка.

Т' Р4!гаднт|»

СаЬ

иш л

602X1 ЭМ0> V* ОСИ 20 0Ш В43.М2

Б02Х4£ ООО-Ле ОШ 20 ОМ М3 Зй /1

Р-мщс V

І53-3*3 11 И и .1 л

І й«я їїГ

1 / ПУСК ^ ТШІСОГМ*Л№ -,й . ^ ПЬТ.*' ГШСЛЯТ 7" 'З-.'С-Зг ви Ч.*!с"

Рисунок 2 Окно редактора

Рисунок 3 Вывод управляющей программы

ЛИТЕРАТУРА

1. Дж. Смит «Сопряжение компьютеров с внешними устройствами» Москва, «Мир» 2000

2. Патрик Гелль «Как превратить персональный компьютер в измерительный комплекс»Москва, «ДМК»

1999

3. А.Ю. Кузьминов «Интерфейс RS232 связь между компьютером и микроконтроллером» Москва, «Радио и связь», 2004

4. В.В.Петрунин «Построения автоматизированных систем на основе персонального компьютера для тестирования, настройки, ремонта радиоэлектронной техники», Международный симпозиум «Надежность и качество 2004», г. Пенза

5. Ю.В. Анохина, М.Х. Даянов «Ввод информации в персональный компьютер», Материалы межвузовской научно-практической конференции «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В РОССИИ», Материалы Всероссийской научно-практической конференции «АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ НАУКИ В РОССИИ», г. Кузнецк 2005

6. В.В. Петрунин «Использование персональных компьютеров для обработки цифровой информации», Межвузовский сборник научных трудов «Информационно-измерительная техника» вып.30. ПГУ г. Пенза 2004 г.