Разработка системы управления асинхронным двигателем с детальной разработкой программ при различных законах управления

в) нарезание резьбы:

Рис 4. Выбор типовых переходов операции сверления

3.5.2 Составление эскиза процесса сверления

На основе выбранных типовых переходов и с условием размещения

заготовки на столе стоставляем эскиз технологического процесса сверления.

Значения координат опорных точек

|( |Координаты опорных точек |

|1 |54 |25 |79 |35 |210 |

|2 |132 |70 |157 |80 |210 |

|3 |54 |115 |79 |125 |210 |

|4 |80 |70 |105 |80 |210 |

ХД=80-52(sin30=54 мм

YД=70-52(cos30=25 мм

3.5.3 Кодирование управляющей программы процесса сверления

% LF

N1 G60 T0101, LF

N2 F40, S500, M06, LF

N3 G59 X25, Y10, Z210, LF

N4 X54, Y25, LF

N5 G82, R2, Z-3, LF

N6 X132, Y70, LF

N7 X54, Y115, LF

N8 G80 T0202, LF

N9 F100, S1400, M06, LF

N10 X54, Y25, LF

N11 G83 R2, Z-18, LF

N12 Z-32, F80, LF

N13 X132, Y70, Z-18, F100, LF

N14 Z-32, F80, LF

N15 X54, Y115, Z-18, F100, LF

N16 Z-32, F80, LF

N17 G80 T0404, LF

N18 F60, S360, M06, LF

N19 X80, Y70, LF

N20 G81 R2, Z-35, LF

N21 G80 T0505, LF

N22 F250, S250, M06, LF

N23 X54, Y25, LF

N24 G84 R2, Z-30, LF

N25 X132, Y70, LF

N26 X54, Y115, LF

N27 G80 G59 X0, Y0 , Z0, M09, LF

N28 G00 X0, Y0, Z390, M00, LF

Последовательность переходов операции сверления

|Центриро-вани|1,2,3 |а |1-2 |40 |500 |

|е | | | | | |

|Сверление |1,2,3 |б1 |1-2, |100, |1400 |

| | | |2-3 |80 | |

|Нарезание |1,2,3 |в |1-2 |25 |25 |

|Сверление |4 |б2 |1-2 |60 |360 |

3.6 Связь контроллера с ЭВМ верхнего уровня

(IBM PC)

В автоматизированной управления асинхронным двигателем, для которой

разрабатывался рассматриваемый в данном дипломном проекте модуль ввода

аналоговых сигналов, связь контроллера осуществляется через

последовательный канал связи. При этом используется принятый фирмой IBM

интерфейс RS-232C.

3.6.1 Схема гальванической развязки приемопередатчика микроконтроллера

Схема гальванической развязки приемопередатчика микроконтроллера

предназначена для гальванической развязки линии связи и микроконтроллера, а

также для преобразования сигнала передатчика TxD из ТТЛ-уровня в токовый

параметр линии связи и сигнала поступающего из линии связи в сигнал RxD

приемника ТТЛ-уровня.

Функциональная схема гальванической развязки приемопередатчика

микроконтроллера приведенная на рис. , состоит из двух частей:

гальванической развязки передатчика (VT1, VT2, VT3, U2, R2, R4, R6, R7) и

схемы гальванической развязки приемника (U1, D1.1, R1, R3, R5). Диод VT1

выполняет защитную функцию при неправильной полярности подключения линии

связи.

Схема гальванической развязки приемопередатчика работает следующим

образом: в исходном состоянии с выхода передатчика TxD микроконтроллера

подается уровень "логической единицы" (ТТЛ) на базу ключа VT3 через

токоограничительный резистор R7. При этом транзистор VT3 открыт и шунтирует

низким сопротивлением перехода коллектор - эмиттер светодиод

оптоэлектронной пары U2. Это ведет к тому, что светодиод оптопары U2 не

излучает и транзисторный ключ оптопары U2 закрыт. Из этого следует что

транзисторный ключ, собранный на элементах VT1 и VT2, открыт током

протекающим через резистор R2. В следствии этого линия связи будет

закорочена через открытый переход коллектор - эмиттер транзистора VT1 и

сравнительно низкое сопротивление R1. При этом на резисторе R1 создается

падение напряжения, достаточное для открывания светодиода оптоэлектронной

пары U1, что влечет за собой открытие транзисторного ключа оптопары U1. В

этом случае на входе логического элемента триггера Шмитта присутствует

уровень "логического нуля", а на его выходе - "логическая единица", что

соответствует неактивному входному сигналу не входе RxD микроконтроллера.

При приеме информации, что равносильно размыканию линии связи,

светодиод оптопары U1 закрывается, а значит и закрывается транзисторный

ключ оптопары. На входе логического элемента триггера Шмитта появляется

уровень "логической единицы", а на его входе "логический ноль", что

соответствует активному сигналу на входе RxD микроконтроллера.

При передаче информации в линию связи уровень "логического нуля" на

выходе TxD (что соответствует активному состоянию выхода) ключ на

транзисторе VT3 закрывается, а светодиод оптопары U2 открывается вследствие

протекания тока через резистор R6. Это приводит к открыванию транзисторного

ключа оптопары U2 и, соответственно к закрыванию ключа на транзисторах VT1

и VT2, что соответствует разомкнутому состоянию линии связи.

Исходя из вышеописанного принципа работы модуля гальванической

развязки следует отметить, что передаваемые сигналы от контроллера в линию

связи будут дублироваться на входе приемника (RxD) микроконтроллера. Это

обстоятельство должно быть учтено при программной реализации протокола

обмена микроконтроллера с машиной верхнего уровня.

3.6.2 Интерфейс последовательного канала связи ЭВМ

с контроллером

Последовательный интерфейс обычно используется для большинства

периферийных устройств, таких как плоттер, удаленный принтер, мышь, внешний

модем, программатор ПЗУ и т. д. До настоящего времени для последовательной

связи IBM PC-совместимых компьютеров используются адаптеры с интерфейсом RS-

232C (Recommended Standart 232 Version C) (новая ревизия - EIA-232D).

Описание этого интерфейса было опубликовано Американской промышленной

ассоциацией еще в 1969 году. Европейским аналогом RS-232 являются два

стандарта, разработанные CCITT (Comite Consultatif Internationale de

Telegraphique et Telephonique) - МККТТ (Международный консультативный

комитет по телеграфии и телефонии): V.24 (механические характеристики) и

V.28 (электрические характеристики). Сегодня эта организация носит название

ITU-T. Хотя первоначально RS-232 был предназначен для связи центральной

машины с терминалом, его простота и богатые возможности обеспечили ему

более широкое применение. В современном IBM PC-совместимом компьютере может

использоваться до четырех последовательных портов, имеющих логические имена

соответственно COM1, COM2, COM3 и COM4. Базовые адреса портов и

соответствующие прерывания приведены в таблице

Таблица

|Обозначение |Диапазон |Прерывание |

| |адресов | |

|COM1 |2F8h - 2FFh |IRQ4 |

|COM2 |3F8h - 3FFh |IRQ3 |

|COM3 |2E8h - 2Efh |IRQ10(IRQ2) |

|COM4 |3E8h - 3Efh |IRQ11(IRQ5) |

Следует обратить внимание на тот факт, что использование прерываний

IRQ10 и IRQ11 для последовательных портов возможно только на плате ввода-

вывода для PC/AT (двойной слот). В компьютере, совместимом с PC/XT, для

этой цели можно задействовать только два прерывания (IRQ4 и IRQ3) или

использовать, если возможно, прерывание IRQ2 или IRQ5.

В адресном пространстве IBM PC-совместимых компьютеров

последовательный адаптер занимает восемь последовательных адресов, включая

базовый. Однако через эти восемь адресов происходит обращение к 12

регистрам, которые программируются соответствующим образом (приложение ).

По существу, сердцем последовательного адаптера является микросхема

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter - универсальный

асинхронный приемопередатчик). В IBM PC и PC/XT для этой цели

использовалась микросхема типа 8250. После того как в ней были обнаружены

ошибки, появились ее версии с буквами A и B. Для PC/AT решено было

применить микросхему 16450, которая превосходила по скорости 8250.

Улучшенной версией UART 16450 стала микросхема 16550. В настоящее время

обычно используется UART 16550A. Данная микросхема имеет 16-символьный

буфер на прием и на передачу, и, кроме того, может использовать несколько

каналов прямого доступа в память DMA (Direct Memory Access). Другая версия

этой микросхемы - 16550AFN.

Стандарт передачи и приема использует высокие уровни сигналов до +/-

15 В или +/-12 В. Уровень логического нуля соответствует напряжению +12В, а

логической единицы - -12 В. При передаче микросхема UART преобразует

параллельный код в последовательный и передает его побитно в линию,

обрамляя исходную последовательность битами старта, останова и контроля.

При приеме данных UART преобразует последовательный код в параллельный

(опуская служебные символы).

Основным преимуществом последовательной передачи является возможность

пересылки данных на расстояния 1000 метров. В простейшем случае для приема

и передачи через последовательный порт необходимо только три сигнала : TxD

(Transmit Data - Передача данных), RxD (Recevive Data - Прием данных) и GND

(Ground - "Земля").

В IBM PC-совместимых компьютерах существует два основных типа кабелей

для интерфейса RS-232 : 25-сигнальный, изначально предусмотренный

стандартом RS-232, и 9-сигнальный, используемый в соответствии с EIA-232D.

При использовании последовательного интерфейса одно из устройств выступает

как DTE (Data Terminal Equipment - Оконечное оборудование данных), а другое

как DCE (Data Communication Equipment - Оборудование для передачи данных).

Различие между ними состоит в направлении используемых сигналов. То есть,

если сигнал для DTE является входным, то для DCE этот же сигнал будет

выходным и наоборот.

Электрические параметры сигналов RS-232C:

Входное напряжение ( 3V ( (15V ;

Входное сопротивление 3kOm ( 7kOm ;

Входное напряжение при нагрузке

3(7 kOm .. 7,5(2,5V.

3.6.3 Организация обмена по последовательному каналу

Протокол информационного канала реализуется при помощи программного

обеспечения, зашитого в ПЗУ. Информационный канал придает передаваемому

сообщению определенную форму и в соответствии с этой формой упаковывает

сообщение при передаче и распаковывает при приеме.

Аналогичную задачу должно решать программное обеспечение абонента.

Сообщение - это оформленная по определенным правилам

последовательность байтов, имеющих помимо функционально законченной

смысловой части также признак начала и конца сообщения.

Для передачи данных составим протокол обмена между контроллером и ЭВМ

по последовательному каналу.

Обмен терминал-контроллер: посылки состоят из 5-ти байт.

1-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|1 |1 |X |X |X |X |X |X |

D7-D6 - признак старт-байта;

D5-D0 - поле команды.

2-й и 3-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - 6 битов поля данных.

4-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D2 - 4 младших бита старшего байта контрольной суммы (D3-D0);

D1-D0 - 2 старших бита младшего байта контрольной суммы (D7-D6).

5-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - 6 младших битов младшего байта контрольной суммы.

Коды команд обмена “терминал-контроллер” помещены в таблицу

|Включить двигатель |00H |

|Выключить двигатель |01H |

|Передать состояние 1-го и 2-го датчиков |02H |

|Передать состояние 3-го и 4-го датчиков |03H |

|Установить значение разгона (значение |04H |

|содержится в поле данных 2 и 3-го байта | |

|команды) | |

|Передать значение тахометра |05H |

Обмен контроллер-терминал: посылки состоят из 6-ти байт.

1-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|1 |1 |X |X |X |X |X |X |

D7-D6 - признак старт-байта;

D5-D0 - поле команды.

2-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |( |( |X |X |X |X |

D5-D4 - состояние пускателей “пуск” и “стоп”;

D3-D0 - поле данных.

3-й и 4-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - поле данных.

5-й и 6-й байт:

|D7 |D6 |D5 |D4 |D3 |D2 |D1 |D0 |

|0 |0 |X |X |X |X |X |X |

D5-D0 - значение контрольной суммы (аналогично обмену “терминал-

контроллер”).

Коды команд обмена “контроллер-терминал” помещены в таблицу

|Данные 1-го и 2-го датчиков |00H |

|Данные 3-го и 4-го датчиков |01H |

|Данные разгона двигателя |02H |

|Данные тахометра |03H |

Примечание: данные содержатся в упакованном виде со 2-го по 4-й байт

посылки в поле данных.

Программа обеспечивающая описанный протокол обмена приведена в

приложении

3.6.4 Расчет формы сигнала в линии связи и

скорости обмена

Если генератор вырабатывает фронт посылки с амплитудой [0, +Е] вольт,

то кривая тока, протекающего по сопротивлению нагрузки на приемном конце,

может быть определена с помощью выражения:

[pic]

где I - установившееся значение тока в кабеле, А;

[pic]

где bk - корни промежуточного трансцендентного уравнения;

а - нормированная нагрузка, равная:

[pic]

[pic] - нормированное по t время;

[pic] - постоянная времени кабеля.

Здесь R и С - сопротивление, Ом/км, и емкость, Ф/км одного километра

кабеля, l - длина кабеля, км.

Согласно [ ] под Rон можно понимать либо внутреннее сопротивление

генератора, либо сопротивление приемника. Однако эксперимент показал, что

формулу ( ) можно использовать и для более общего случая. Поэтому общей

нагрузкой кабеля будем считать:

Rон=Ro+Rн

Из анализа расчетных кривых построенных по формуле ( следует, что

они имеют вид сдвинутых по оси n экспонент с различным наклоном. Некоторое

отличие от экспоненциальной формы имеет место лишь в самых нижних частях

кривых.

Поскольку при расчетах наиболее существенными являются ее средняя

(определяющая наклон фронта) и верхняя (определяющая время нарастания

сигнала) части, можно допустить некоторую неточность в воспроизведении

нижней части кривой. Это дает возможность найти приближенное выражение для

расчета тока в приемнике:

[pic]

где b - множитель, учитывающий изменение наклона кривой;

d - оператор сдвига, учитывающий смещение кривой.

Воспользуемся формулой для b, полученной с помощью аппроксимирующей

функции, в качестве которой выбрана окружность. Получим формулу:

[pic]

Аналогичным методом получим формулу для d:

[pic]

Таким образом, поставленная задача решена: получены простые выражения

( )-( ), имеющие замкнутую форму ряда. Ошибка при определении ординат

кривой, лежащих в диапазоне (0.4[pic]1.0)I, не превышает 0.015

установившегося значения амплитуды сигнала, которое определяется как:

[pic]

Если передача ведется двухполярными посылками с амплитудой на

передающем конце [pic]Е, как в нашем случае, то формула ( ) запишется в

виде

[pic]

Вычислим форму сигнала на приемной стороне кабеля, зная, что связь

организована с помощью кабеля ТГ, который имеет следующие характеристики:

погонное сопротивление R=190 Ом/км;

погонную емкость С=50 нФ/км;

протяженность l=5 км.

Расчет формы сигнала и скорости обмена производился в Eureka версии

1.0 и приводится ниже.

R=190 ; Сопротивление кабеля, Ом

C=50e-9 ; Емкость кабеля, Ф

l=5 ; Длина кабеля, км

;--------------------------------

E=12 ; Выходное напряжение передатчика

Ro=5 ; Выходное сопротивление передатчика

Rn=100 ; Входное сопротивление приемника

;--------------------------------

Pr=0.95 ; Предел амплитуды на входе

; приемника

;--------------------------------

Ron=Ro+Rn; Общая нагрузка кабеля

a=Ron/R/l; Нормированная нагрузка

b=0.824-sqrt(0.461-(0.405-0.64*a)^2)

; Множитель, учитывающий изменение наклона

;кривой

d=1.932+sqrt(1.574-(1.207-2*a)^2)

; Оператор сдвига, учитывающий смещение

;кривой

I=E/(R*l+Ron) ; Установившееся значение

;амплитуды сигнала на выходе передатчика

Amp=Pr*I ; Амплитуда сигнала на входе при-

;емника

Ta=0.02915*C*R*l^2 ; Постоянная времени кабеля

P=d-ln((I-Amp)/I)/b ; Нормированная дли-

;тельность посылки

Tc=P*Ta ; Длительность посылки

V=1/Tc ; Скорость обмена по линии связи

i(t)=I*(1-exp(-b*(t/Ta-d))) ;

Результаты расчета:

Variables Values

a = .11052632

Amp = .010805687

b = .23301088

C = 5.0000000e-08

d = 2.7078272

E = 12.000000

I = .011374408

l = 5.0000000

P = 15.564447

Pr = .95000000

R = 190.00000

Rn = 100.00000

Ro = 5.0000000

Ron = 105.00000

Ta = 6.9231250e-06

c = .00010775461

V = 9280.3453

Скорость модуляции [pic] Бод, что удовлетворяет условиям эксплуатации

проектируемого устройства.

Вид сигнала на стороне приема изображен на рисунке

[pic]

4. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Общие технические требования к печатной плате

Печатный монтаж - достижение науки пятидесятых годов двадцатого века.

Промышленное освоение новых радиотехнических средств и материалов,

малогабаритных вакуумных, полупроводниковых и других радиотехнических

приборов, а также технологических процессов способствовало бурному развитию

техники печатных схем.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9

МЕНЮ

Разработка системы управления асинхронным двигателем с детальной разработкой программ при различных законах управления

ИНТЕРЕСНОЕ