Файл: Курсовая работа Устранение ошибки в мехатронной станции в процессе эксплуатации и возможность её оптимизации на плк.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Курсовая работа

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 03.05.2024

Просмотров: 54

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.


Выбор кинематической структуры является важнейшей задачей при концептуальном проектировании машин нового поколения. Эффективность её решения во многом определяет главные технические характеристики системы, её динамические, скоростные и точностные параметры.

Именно мехатроника дала новые идеи и методы для проектирования движущихся систем с качественно новыми свойствами. Эффективным примером такого решения стало создание машин с параллельной кинематикой (МПК) (рис. 3).

В основе их конструктивной схемы лежит обычно платформа Гью-Стюарта (разновидность параллельного манипулятора, имеющая 6 степеней свободы; используется октаэдральная компоновка стоек). Машина состоит из неподвижного основания и подвижной платформы, которые соединены между собой несколькими стержнями с управляемой длиной. Стержни соединены с основанием и платформой кинематическими парами, которые имеют соответственно две и три степени подвижности. На подвижной платформе устанавливается рабочий орган (например, инструментальная или измерительная головка). Программно-регулируя длины стержней с помощью приводов линейного перемещения, можно управлять перемещениями и ориентацией подвижной платформы и рабочего органа в пространстве. Для универсальных машин, где требуется перемещение рабочего органа как твёрдого тела по шести степеням свободы, необходимо иметь шесть стержней. В мировой литературе такие машины называются «гексаподы» (от греч. ἔξ – шесть).

Основными преимуществами машин с параллельной кинематикой являются: высокая точность исполнения движений; высокие скорости и ускорения рабочего органа; отсутствие традиционных направляющих и станины (в качестве несущих элементов конструкции используются приводные механизмы), отсюда и улучшенные массогабаритные параметры, и низкая материалоёмкость; высокая степень унификации мехатронных узлов, обеспечивающая технологичность изготовления и сборки машины и конструктивную гибкость.

Повышенные точностные показатели МПК обусловлены следующими ключевыми факторами:

  1. в гексаподах, в отличие от кинематических схем с последовательной цепью звеньев, не происходит суперпозиции (наложения) погрешностей позиционирования звеньев при переходе от базы к рабочему органу;

  2. стержневые механизмы обладают высокой жесткостью, так как стержни не подвержены изгибающим моментам и работают только на растяжение-сжатие;

  3. применяются прецизионные датчики обратной связи и измерительные системы (например, лазерные), а также используются компьютерные методы коррекции перемещений рабочего органа.


Благодаря повышенной точности МПК могут применяться не только как обрабатывающее оборудование, но и в качестве измерительных машин. Высокая жёсткость МПК позволяет применять их на силовых технологических операциях.

Классификация мехатронных систем

Существуют на сегодняшний день уже три поколения мехатронных устройств (МУ):

1) – программные мехатронные системы;

2) – адаптивные мехатронные системы;

3) – интеллектуальные мехатронные системы.

МУ 1-го поколения – программные системы. Их поведение меняется в результате смены программы. Вся информация об изменении внешней среды вводится при смене программного обеспечения. Перестроиться на новую программу, приспособиться к происшедшим внешним изменениям МУ I-го поколения без помощи человека не может. Эти МУ в настоящее время составляют большинство используемых в промышленности.

МУ 2-го поколения реагируют на изменения внешней среды. Они называются адаптивными и имеют развитую систему восприятия информации о внешней среде, преобразуют ее в управляющую информацию в реальном времени. Эти МУ имеют мощную вычислительную систему на базе микропроцессорной техники, и они имею очень большую функциональную возможность и эффективность эксплуатации. Уже существуют адаптивные мехатронные устройства, но использование их невелико.

МУ 3-го поколения – интеллектуальные. Эти системы работают как промышленные (I поколение), как адаптивные (П поколение), то есть воспринимают изменения внешней среды и меняют свое поведение в соответствие с этими изменениями. Его отличие от I-го и П-го поколений в том, что он планирует свое поведение и решает поставленную задачу согласно поставленных критериальных оценок и в рамках этих ограничений, и среди множества способов решения задачи выбирает наилучший способ и решает задачу. Эти МУ находятся в стадии разработки и создания.

Задачи систем управления.

Очень важная роль в Мехатронике и Робототехнике отводится той части МС и РС, которая участвует в движении потока информации. Эта составная часть называется системой управления (СУ). СУ предназначена для выполнения следующих задач управления:

Планирование и формирование команд на изменение положения.

В этом случае задача состоит в том, чтобы предусмотреть возможные положения рабочего органа (рабочих органов) соответствующие функциональному назначению МС и РС. Например, в зависимости от места нахождения информации на диске, планируется положение считывающей головки НЖМД. В зависимости от выполняемой технологической операции планируется множество положений схвата робота и обеспечивается изменение положения в РС.



Планирование и формирование команд на осуществление движений с заданными кинематическим характеристиками

В зависимости от функционального назначения МС ИРС, необходимо планировать и сформировать командные сигналы на то, чтобы выполнить определенное движение, соответствующие по траектории, по законам изменения скорости, ускорения. Иногда необходимо планировать выполнение движения с учетом исполнения всех требований.

Планирование и формирование команд на оказание действий с определенными усилиями.

Эта задача заключается в том, чтобы рабочий орган МС и РС оказывал заданные действия на внешнюю среду. В станках с ЧПУ резец должен действовать с определенными усилиями на заготовку при обработке детали. В шагающем аппарате чтобы опорная нога не «проскальзывала», геометрическая сумма всех сил и моментов, действующих на пяту опорной ноги, должны быть равны нулю.

Языки программирования и среда разработки

В 1979 году была создана специальная группа технических экспертов по проблемам программирования логических контроллеров (включали обратные средства, монтаж, документацию, связь, тестирование)

В 1982 году появился первый вариант стандарта международной электрической комиссии 61131-3 (МЭК)

В настоящее время стандарт МЭК 61131-3 включает в себя следующие части:

  1. Общая информация

  2. Требования к оборудованию и тестам

  3. Языки программирования

  4. Руководство пользователя

  5. Спецификация сообщений

  6. Промышленные сети

  7. Программирование с нечеткой логикой

  8. Руководящие принципы применения и реализации языков ПЛК.

Стандарт МЭК 61131-3 описывает 6 языков программирования:

  1. LD

  2. FBD

  3. SFC

  4. ST

  5. IL

  6. CFC

Язык LD — это графический язык программирования, на котором программа выглядит как аналог релейной схемы. Две вертикальные параллельные линии представляют пару питающих шин. Между шинами располагаются горизонтальное цепи, в которые включаются обмотка и контакты реле. В цепи может быть установлено произвольно количество контактов. Такой язык программирования подходит инженерам при переходе из релейной системы область в автоматики. К минусам данного языка относятся то, что с усложнением программы и увеличением количества реле схема становиться сложнее для понимания, анализа и откладки, также недостатки этого языка является то, что он применим только для описания процессов имеющий дискретный характер.


Язык FBD – является графическим языком программирования, выглядит как совокупность функциональных блоков, входы и выходы которых соединены линиями связи, образуя цепь. Внутри цепи блоки выполняются строго в порядке их подключения. Линии связи служат переменными, предающими информацию от одного блока к другому. Каждый блок — это математическая операция, имеющая сколько угодно входов и выходов. По мимо этого имеется возможность присвоения отдельным цепям меток, в этом случае становиться доступным использование инструкций перехода на метку, чтобы изменять последовательность исполнения блоков и создавать условия и циклы. Графическая форма языка программирования проста в использовании, а наличие готовых библиотек функциональных блоков и диаграмм облегчает программирование.

Язык SFC описывает программу в виде схематической последовательности шагов, объединённых переходами. Чаще всего используется совместно с другими языками программирования, например ST или IL. Шаги идут сверху вниз, последовательно на каждом шаге выполняется операции на другом языке. Переход между шагами может быть условным иди безусловным. С помощью переходов можно соединить или разъединить несколько ветвей. Минус данного языка- использование системы флагов активности каждого шага. В результате может возникнуть ситуация, когда активны 2 непараллельных шага.

Язык CFC — это высокоуровневый язык программирования визуального программирования. Создан для проектирования систем управления непрерывным технологическим процессом. Проектирование сводиться к размещению и связи функциональных блоков с последующей их настройкой. В отличии от блоков FBD блоки CFC могут выполнять не только простые математические и логические выражения, но и управлять целыми технологическими единицами. Например, в библиотеках CFC содержат блоки управления моторами, клапанами, насосами, генерацией аварийных ситуаций, и т.д. CFC ориентирован на разработку самого технологического процесса. CFC позволяет создавать сложные технологические процессы, но остается простым в освоении, не требует специфических знаний в каких-либо других языков программирования.

Язык ST – это высокоуровневый текстовый язык. Визуально похож на Basic, но имеет множество отличий. Содержит различные математические функции, конструкции переходов и присвоения. Сама программа состоит из операторов и операндов. Хорошо подходит для сложных математических вычислений и описания сложных функций. Основной минус- текстовая форма, которая делает проекты сложными в изучении и не дает наглядный результат о происходящих в них процессах.


Для разработки управляющей программы МПК в настоящее время используются огромное количество сред разработок. Каждая из сред имеет свой уникальный интерфейс и подходит для симуляции работы различных технологических объектов.

Ассемблером принято называть машинно-ориентированный язык, в котором каждой мнемонической команде соответствует одна машинная инструкция (за исключением макрокоманд). Макроассемблером называется ассемблер, в котором используется механизм макроподстановок (макрокоманд). Суть макроподстановки состоит в замене на первом шаге компиляции символьного имени макрокоманды соответствующим ему блоком программного кода. Преимуществом ассемблера над другими языками является минимальный размер исполняемого модуля и максимальное быстродействие. Применение ассемблера требует глубокого знания архитектуры и логики МПК и предъявляет повышенные требования к программисту.

Язык Си относится к языкам высокого (по отношению к ассемблеру) уровня, но из-за своей способности работать с аппаратурой МПК с такой же эффективностью, как и ассемблер, получил название «ассемблер высокого уровня». Преимуществом Си над ассемблером является уменьшение трудоемкости разработки управляющей программы при незначительном снижении ее быстродействия. Однако использование Си по-прежнему требует глубокого знания архитектуры и логики МПК, а также особенностей модификации языка Си конкретного компилятора, специфичных для данного типа микропроцессора или микроконтроллера.

Язык программирования Ардуино – прикладной язык. Используется для работы с микроконтроллерами. Это яркий пример того, как код может быть воплощен не просто в какую-то потенциальную программу, а в действие в прямом смысле этого слова. Всё, что вы запрограммируете, будет двигаться, выполняя определенные функции. Основой для Ардуино является язык C/C++, однако для работы с микроконтроллерами используются и другие.

TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) — интегрированная среда разработки программного обеспечения систем автоматизации технологических процессов от уровня приводов и контроллеров до уровня человеко-машинного интерфейса. Является воплощением концепции комплексной автоматизации (англ. Totally Integrated Automation) и эволюционным развитием семейства систем автоматизации Simatic компании Siemens AG.

Owen Logic – среда программирования, предназначенная для создания