Система управления перемещением механизма

     Министерство образования Республики Беларусь

 

Белорусский национальный технический университет

 

 

Факультет: Информационных технологий и робототехники

Кафедра: «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

К курсовому проекту

По дисциплине: «Проектирование дискретных систем управления»

     Тема: Система управления перемещением механизма

 

 

 

 

 

 

 

Исполнитель:      Галов А.В.

студент гр. 307611

 

 

 

 

 

Руководитель проекта:     Мигдаленок А.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                 Минск 2014

 

 

Содержание

 

 

1. Описание конструкции привода……………………………………..455
2. Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода……...455
3. Расчет передач привода…………………………………………........455
4. Предварительный расчет привода……………………………………455
5. Выбор муфты и ее проверочный расчет на прочность……………..455
6. Разработка компоновочной схемы……………………………………455
7. Разработка схемы силового нагружения валов привода……………455
8. Расчет валов на статическую прочность по эквивалентным

напряжениям………………………………………………………..455

9. Расчет валов на выносливость…………………………………………445
10. Выбор и проверочный расчет подшипников качения………….........454
11. Расчет параметров колес, шкивов, звездочек, и

параметров редуктора………………………………………………….455

12. Подбор шпонок и их проверочный расчет на прочность…………..455
13. Назначение посадок соединений деталей привода

и шероховатостей их поверхности……………………………………455

14. Описание способов смазки передач привода и подшипников………455
15. Описание сборки привода……………………………………………..455
16. Список литературы…………………………………………………….455

 

1.Запись условий устройства управления

 

Рис 1. Графическая модель цикла работы механизма

 

                                         

 

 

      t

 

            t

 

 

Словесная формулировка условий работы устройства управления для заданного цикла.

 

В режиме «Автомат» (сигнал S6=1) при нажатии на кнопку «Пуск»

(сигнал S4=1) при нахождении каретки в исходном положении 1 (сигнал S1=1) включается контактор КВ (впред) и включается двигатель М (сигнал Xв=1). Начинается перемещение механизма из положения 1 в положение 2. При отпускании кнопки «Пуск» (сигнал S4=0) контактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1) и продолжается движение механизма в направлении вперед. Конечный выключатель S1 отключается

(сигнал S1=0) контактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1) и продолжается движение механизма в направлении «Вперед».

При достижении кареткой пол.2 срабатывает конечный выключатель S2 (сигнал S2=1); отключается контактор КВ (сигнал Xв=0); включается контактор КН (сигнал Xн=1), и начинается перемещение  каретки назад в пол. 1

Конечный выключатель S2 выключается (сигнал S2=0), контактор КН остается включенным (сигнал Xн=1); продолжается перемещение каретки назад. При достижении каретекой пол.1 срабатывает конечный выключатель S1 (сигнал S1=1) , контактор КН отключается (сигнал Xн=0);

Включается контор КВ (сигнал Xв=1) и начинается перемещение механизма в направлении вперед из пол. 1 в пол. 2. Конечный выключатель S1 отключается (сигнал S1=0); контактор остается включенным (сигнал Xв=1) и продолжается движении механизма вперед.

 

 

 

 

 

При достижении кареткой пол.2 срабатывает конечный выключатель S2 (сигнал S2=1); отключается контактор КВ (сигнал Xв=0); включается контактор КН (сигнал Xн=1), и начинается перемещение  каретки назад в пол. 1

Конечный выключатель S2 выключается (сигнал S2=0), контактор КН остается включенным (сигнал Xн=1); продолжается перемещение каретки назад. При достижении каретекой пол.1 срабатывает конечный выключатель S1 (сигнал S1=1) , контактор КН отключается (сигнал Xн=0), отключается двигатель М , останавливается каретка, по сигналу Т=1 включается устройство выдержки времени УВВ   . происходит отсчет выдержки времени. По окнчании отсчета выдержки времени на выходе УВВ появляется сигнал t=1. При этом включается контактор КВ (сигнал Xв=1) и происходит перемещение каретки Вперед в пол.2

Конечный выключатель S1 отключается (сигнал S1=0); контактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1) и продолжается перемещение картеки в направлении Вперед.

  Реле времени отключается (с. Т=0,t=0) контактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1)

При достижении кареткой пол.2 срабатывает конченый выключатель S2

(сигнал S2=1) контактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1) и продолжается перемещение вперед в пол.3

Конечный выключатель S2 отключается (сигнал S2=0) котнактор КВ остается включенным (сигнал Xв=1).

  При достижении положения 3 срабатывает конечный выключатель  S3 (сигнал S3=1), отключается контактор КВ (сигнал Xв=0), отключается двигатель М, останавливается каретка, по сигналу Т=1 включается устройство в.в. УВВ. Происходит отсчет выдержки времени.

По окончании отсчета выдержки времени на выходе УВВ появляется сигнал t=1. При этом включается контактор КН (сигнал Xн=1) и происходит перемещение каретки назад в пол.2

   Конечный выключатель S3 отключается (сигнал S3=0); контактор КН остается включенным (сигнал Xн=1) и продолжается перемещение каретки в направлении назад.

  При достижении каретки пол.2 срабатывает конечный выключатель  S2 (сигнал S2=1) ; контактор КН остается включенным (сигнал Xн=1) и продолжается перемещение назад в положение 1.

Конечный выключатель S2 отключается (сигнал S2=0); контактор КН остается включенным (сигнал Xн=1);

   Пр достижении кареткой  положения 1срабатывает конечный  выключатель S1 (сигнал S1=1), отключается контактор КН (сигнал Xн=0), выключается двигатель и каретка останавливается.

     В режиме «Наладка»  (сигнал S6=0) перемещение механизма происходит при нажатии и удержании кнопок «Вперед» (сигнал S7=1) или «Назад» (сигнал S8=1) независимо от конечных выключателей.

 

 

При нажатии на кнопку «Стоп» (сигнал S5=1) происходит остановка привода механизма независимо от конечных выключателей.

 

2 Блочный синтез

 

  Блочная структура устройства управления представлена на рис.2

      

       S1  S2   S3

 

     d

 

 

 

  В зависимости от принципа действия устройство управления можно разделить на четыре функциональных блока. Для связи между блоками

Введем дополнительные внутренние сигналы. Дадим описание каждого блока по отдельности .

  Блок Б1-блок формирующий  команду на обрату автоматического  цикла.

    Входные сигналы блока  Б1:

S4-сигнал кнопки «Пуск»;

S5-сигнал кнопки «Стоп»;

S6-сигнал выбора режима;

 

c-сигнал об окончании цикла перемещений.

Выходные сигналы блока Б1:

d -сигнал отработки автоматического цикла.

  Блок работает следующим  образом 

При нажатии на кнопку «Пуск» S4 и при отсутствии сигнала «Стоп» S5

и C на выходе блока формируется сигнал d=1, поступающий в блок Б3.

При нажатии на кнопку «Стоп» S5 или при поступлении сигнала об окончании цикла С=1сигнал d на выходе блока становится равным нулю и отработка цикла перемещений прекращается.

  Блок Б2-блок режима  «Наладка» выполняет перемещение  каретки в режиме наладки.

Входные сигналы блока Б2:

S6-сигнал выбора режима;

S7-сигнал с кнопки движение вперед в режиме «Наладка»;

S8-сигнал с кнопки движение назад в режиме «Наладка».

Выходные сигналы блока Б2;

Zв-сигнал перемещения вперед;

Zн-сигнал перемещения назад.

При S6=0 и нажатой кнопке S7 происходит перемещение каретки вперед  (Zв=1 ,Zн=0) . При нажатой S8 каретка движется назад (Zв=0,Zн=1). Одновременное нажатие кнопок недопустимо и должно блокироваться.

Блок Б3-блок автоматического цикла.

Входные сигналы

S1,S2,S3- сигналы с конечных выключателей в положениях 1,2,3;

d-сигнал отработки автоматического цикла;

t-сигнал об окончании выдержки времени.

Выходные сигналы :

       Yв, Yн-сигналы перемещений вперед, назад;

Т-сигнал на включение выдержки времени;

С-сигнал об окончании цикла перемещений.

     Блок Б3 начинает  автоматическое выполнение цикла перемещений при поступлении сигнала «Начало цикла» (сигнал d=1) из блока Б1.

По включенному (сигнал S=1) или выключенному (сигнал S=0) положению конечных выключателей S1,S2,S3 блок обеспечивает выполнение цикла заданных перемещений, формируя команды на движение вперед (Yв=1) или назад (Yн=1). Кроме этого в соответствующем положении в соответствии  с циклом Блок Б3 формирует  сигнал на включение выдержки времени (сигнал Т=1). После отработки всего цикла перемещений на выходе блока формируется сигнал об окончании цикла (C=1).

Блок Б4-блок формирования сигналов силовых контакторов .

Производит формирование сигналов включения пускателей вперед (Xв=1) или назад (сигнал Xн=1) из сигналов , поступающих из блоков Б2 (Zв ,Zн) и Б3 ( Yв, Yн ). Кроме этого обеспечивает защиту от одновременного срабатывания контакторов Xв, Xн для исключения возможности короткого замыкания.

 

 

 

3 Синтез отдельных блоков

 

3.1.Построение автоматной  таблицы выходов 

 переходов блока Б3

 

 

Для полного Блока Б3 строим совмещенную избыточную автоматную таблицу выходов и переходов ,в которой любое изменение входного или выходного сигнала будет приводить к преходу в новое состояние. Выходные сигналы Yв, Yн будем отмечать по модели Мура ( в отдельных столбцах), сигналы Т и с-по модели Мили (в клетках автоматной таблицы Т-первый сигнал после номера перехода, с-второй сигнал после номера перехода). Переход в последующее состояние по следующей входной последовательности в соответствии перемещений (изменение сигналов S1, S2, S3)  или при исчезновении сигнала d=1 (аварийная ситуация).

 

Автоматная таблица выходов и переходов блока Б3.            Таблица1.

 

 

 

3.2. Минимизация  памяти автомата

 

  Целью минимизации  автомата является получение  эквивалентного  автомата с наименьшим  числом  внутренних состояний. Чем  меньше состояний в автоматной  таблице, тем меньше элементов  памяти необходимо для их кодирования. Определим минимальный класс совместимости составив с помощью треугольной таблицы группу попарно-совместимых состояний.

       Таблица 2.

Выписываем группы попарно-совместимых состояний, определяем класс и выполняем его редукцию:

                                               Таблица 3.

Ярким цветом обозначены убранные состояния в редуцированном классе. Темным-исключенные группы состояний. 

 

 

 

 

 

 

На основе полученных данных строим минимизированную автоматную таблицу путем наложения.

Таблица 4.

 

3.3. Кодирование  внутренних состояний автомата

 

В виду того, что кодирование по внешнему разбиению представляется проблематичным –нет возможности привести код без возникновения некритических либо устранимых состязаний элементов памяти, используем сугубо внутреннее разбиение. Для кодирования 9 состояний автомата используем 4 переменных кодирования.

    Строим автоматный  граф и проставляем у вершин  состояний внутренние коды, на  переходах входные наборы. Отмечаем  наборы на которых возникают  состязания и намечаем переход  через иное состояние, соответствующие  наборы которых свободны. Исправленные  значения заносим в минимизированную  таблицу 5.

 

Рис 2. Автоматный граф

 

 

 

 

Как видно из графа состязания возникают во 2,3,4,6,7,8 состояниях при переходе в нулевое состояние на соответствующих наборах.  Исправим это посредством перехода в иное неустойчивое состояние при свободном наборе последнего.

Исправление будет иметь вид:

2->0:   2->1->0;

3->0:   3->2->1->0;

4->0:   4->5->0;

6->0:   6->5->0;

7->0:   7->6->5->0;              8->0:    8->7->6->5->0;

 

Исправленная автоматная таблица будет иметь вид:

Таблица 5.

 

3.4 Построение  функциональной схемы устройства  управления.

 

Для построения функциональной схемы устройства управления запишем аналитические выражения для функций возбуждения памяти и выходных функций.

  Для реализации памяти  на триггерах записываем функцию  возбуждения памяти для каждого  входа триггера.

 

Представляем закодированную автоматную таблицу в виде карты Карно: