УДК 62-529

                                                      Торопов А.В., Баранов С.А., Гуменюк М.А.

СОЗДАНИЕ УЧЕБНОГО РОБОТА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СОВРЕМЕННЫХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ.

Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»

 

This work is about possibility of establishment of a training robot with using of industrial automation. Functional diagram of an autonomous system is formed.

Keywords: robot, industrial automation, stepping motor, positioning, process control.

Эта работа о реализации учебного робота при использовании промышленных средств автоматизации. Сформулирована функциональная схема автономной системы.

Ключевые слова: робот, промышленные средства автоматизации, шаговый двигатель, позиционирование, управление процессом.

         Идея реализации учебного робота, сходного по характеристиками с игрушечными и бытовыми роботами, но реализованного на промышленных элементах автоматизации существует не первый год и уже имеются успешные попытки воплощения этой идеи в жизнь [1]. При реализации и настройке системы управления учебным роботом имеется возможность освоить принципы построения систем управления электроприводами, системы передачи данных, принципы построения электромеханических систем с серводвигателями.

         По типу используемой системы управления все роботы подразделяются на три категории:

-       с позиционным управлением без сервосистемы;

-       с системой позиционного управления;

-       с контурной системой позиционного управления.

Вследствие того, что робот должен быть автономным, то есть питание должно осуществляться от внутреннего источника питания (аккумулятора) целесообразно использовать электродвигатели низкого напряжения с возможностью регулирования скорости. Для промышленных применений данным условиям отвечают двигатели постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов и шаговые двигатели.

При использовании двигателей постоянного тока возможна реализация всех категорий систем управления роботами. К недостаткам такой системы можно отнести необходимость создания собственного регулируемого источника постоянного напряжения низкого уровня, так как в промышленности такие источники в приводных задачах не используются. При этом для обеспечения низких скоростей перемещения с высоким моментом необходимо использовать внешние редукторные устройства.

         В свою очередь, шаговые двигатели удобны для реализации данной задачи, вследствие наличия ряда преимуществ, представленных в [2]. Недостатком системы управления роботом с шаговыми двигателями является то, что в них нет возможности реализации контурной системы позиционного управления, то есть в процессе работы будет иметь место невысокая точность позиционирования в случае «срыва шага».

Тем не менее, для решения задачи создания автоматизированной электромеханической системы управления перемещениями автономного робота, используемого в учебном процессе, вполне достаточно разомкнутого позиционного управления, обеспечивающегося просто подачей управляющих импульсов на вход драйвера шагового привода.

Скорость подачи импульсов для работы шагового двигателя, поступающих на вход драйвера, может доходить до 5Мгц, в то время как для промышленных контроллеров модули скоростных дискретных выходов работают на частоте, редко превышающей 100кГц. Таким образом, необходимым становится использование специализированных контроллеров с высокоскоростными дискретными входами [4] либо применение драйверов с аналоговым управляющим входом 4-20мА либо встроенным стандартизированным интерфейсом RS232C или RS485 [5]. При кажущихся несомненных преимуществах вариантов с аналоговым входом и встроенным сетевым интерфейсом, они имеют ряд существенных недостатков:

- при использовании аналогового входа задания по скорости затруднена процедура точного позиционирования;

- при использовании аналогового входа задания затруднительна процедура осуществления реверса;

- при использовании встроенных сетевых интерфейсов в большинстве случаев протоколы передачи данных являются нестандартными, то есть при управлении драйвером не с ПК, а с ПЛК возникает проблема реализации необходимого «свободного» протокола.

Таким образом, с учетом всего вышеуказанного, сформирована необходимая функциональная схема системы автоматизации для управления роботом, представленная на рис.1.

Рис.1. Функциональная схема системы управления роботом.

На рис.1. введены следующие обозначения:

ПО – панель оператора, предназначенная для отображения статуса робота и ввода параметров работы;

ПЛК – программируемый логический контроллер, предназначенный для реализации алгоритмов управления роботом;

КУШД1, КУШД2, КУШД3 – контроллеры управления шаговыми двигателями, формирующие импульсы управления на драйверы ШД;

ДШД1, ДШД2, ДШД3 – драйверы ШД, осуществляющие непосредственную коммутацию силового напряжения;

ШД1, ШД2, ШД3 – шаговые двигатели.

         При этом от одного КУШД может подаваться задание на несколько ДШД (до четырех) и реализовываться сложный цикл перемещения робота. ПО и ПЛК рекомендуется выбирать от одного производителя с целью упрощения реализации передачи данных между ними. ПЛК должен, помимо этого, иметь возможность непосредственного программирования от внешнего кабеля, подключенного к ПК, обеспечивающего оперативную смену функционала работы.

 

         Литература.

1.     Реальность фантастики. // Информационно-технический ресурс. №1, - 2010 - с. 42-45.

2.     Контроллер шагового двигателя. [Электронный ресурс]:  Электрон. дан.,200[?]-Режим доступа: http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/1.html, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

3.     Контроллер шагового двигателя. [Электронный ресурс]:  Электрон. дан.,200[?]— Режим доступа: http://kazus.ru/shemes/showpage/0/843/1.html, свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.

4.     1-2 Axis High Speed Motion Controller (PMC-1HS,PMC-2HS). [Электронный ресурс]: Autonics corp. -   Электрон. Данные., 200[?]— Режим доступа:  http://autonics.ru/upload/data/PMC-1_2HS%28E-15-0050%29.pdf , свободный. — Загл. с экрана. — Яз. англ.

5.     Драйвер расширительного вентиля. [Электронный ресурс]: Carel. -   Электрон. Данные. , 200[?]— Режим доступа: http://www.carel.com.au/carelcom/web/eng/catalogo/prodotto_dett.jsp?id_gamma=30&id_applicazione=28&id_prodotto=145&id_mercato=4 , свободный. — Загл. с экрана. — Яз. рус.