Мои Конспекты
Главная | Обратная связь

...

Автомобили
Астрономия
Биология
География
Дом и сад
Другие языки
Другое
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Металлургия
Механика
Образование
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Туризм
Физика
Философия
Финансы
Химия
Черчение
Экология
Экономика
Электроника

ЛЕКЦІЯ 1-2





Помощь в ✍️ написании работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

МЕХАТРОННІ ПРИСТРОЇ ЕЛЕКТРОМЕХАНІКИ

 

Конспект лекцій з предметів

Мехатронні пристрої електромеханіки

для студентів спеціальності 7.050702

“Електричні машини та апарати”

та

Електромеханічні та оптикомеханічні вузли та сенсори мехатроніки

для магістрів спеціальності 8.050702

“Електричні машини та апарати

 

Затверджено на засіданні кафедри “Електричні машини та апарати” Протокол № р.

 

 

 

Мехатронні пристрої електромеханіки.Конспект лекцій з предметів:“Мехатронні пристрої електромеханіки” для студентів спеціальності 7.050702“Електричні машини та апарати” та Електромеханічні та оптикомеханічні вузли та сенсори мехатронікидля магістрів спеціальності 8.050702 “Електричні машини та апарати"/І. Є. Біляковський. - Львів, НУЛП, 2011, с.

 

 

Автор:

І. Є. Біляковський, к.т.н., доц.

 

 

Відповідальний за випуск:

І. Є. Біляковський, к.т.н., доц.

 

 

Рецензенти:

 

 

Ó Національний університет “Львівська політехніка”, 2011


Зміст:

Тема 1. Вступ.

Тема 2. Основні принципи техніки керування.

Тема 3. Безконтактні вимикачі.

Тема 4. Класифікація безконтактних вимикачів за принципом дії

Тема 5. Безконтактний індуктивний давач.

Тема 6. Безконтактний ємнісний давач.

Тема 7. Безконтактний фотоелектричний давач.

Тема 8. Безконтактний магніточутливий давач.

Тема 9. Блоки живлення, лічильники імпульсів, реле часу, сигналізатори рівня, роз'єми і з'єднувачі, вибухобезпечне устаткування.

Тема 10. Сенсори. Аналогові сенсори. Сенсори положення, кута, віддалі та товщини.

Тема 11. Сенсори розтягу, сили, обертового моменту i тиску.

Тема 12. Сенсори прискорення. Сенсори температури.

Тема 13. Бінарні сенсори.

Тема 14. Iнкрементальні сенсори положення.

Тема 15. Основи і методи регулювання.

Тема 16. Регулятор і система регулювання.


 

ЛЕКЦІЯ 1-2

Тема 1: Вступ до мехатроніки. Предмет вивчення в курсі "Мехатронні пристрої електромеханіки". Типи Керування, регулювання та управління (Керування аналогове, бінарне та цифрове). Комбінаційне та секвенційне керування. Постійнозапрограмоване і програмувальне керування.

Мехатро́ніка (рос. мехатроника, англ. mechatronics, нім. Mechatronik f) – галузь науки і техніки, заснована на синергетичному об’єднанні вузлів точної механіки з електронними, електротехнічними і комп’ютерними компонентами, що забезпечують проектування і виробництво якісно нових модулів, систем і машин з інтелектуальним управлінням їх функціональними рухами. Мехатроніка є своєрідною сучасною філософією проектування складних керованих технічних об’єктів.

Термін "мехатроніка" введений японцем Тецуро Моріа (Tetsuro Moria), старшим інженером компанії Yaskawa Electric, у 1969 році. Ця назва отримана комбінацією слів "МЕХАніка" і "елекТРОНІКА". Незважаючи на наявність стандартного визначення, мехатроніка залишається дещо спірним поняттям. Часто цей термін використовують в значенні електромеханіка, що є спірним, але допустимим.

Завдання мехатроніки як науки полягає в інтеграції знань з таких раніше відособлених областей, як прецизійна механіка і комп'ютерне керування, інформаційні технології і мікроелектроніка. На стиках цих наук і виникають нові ідеї мехатроніки. Науково-технічне рішення можна вважати мехатронним, якщо компоненти не просто взаємодіють один з одним, але при цьому утворена система має нові властивості, які не були властиві її складовим.

Мехатронний підхід до проектування гірничого обладнання полягає в тому, що при проектуванні складного гірничого обладнання такі об’єкти повинні створюватися як органічні цілісні електро-механо-гідро-електронні технічні системи, що включають електронно-комп’ютерну апаратуру автоматизованого управління.

Мехатроніка вже увійшла не лише до професійного, але і у повсякденне життя сучасної людини. Адже і домашні побутові машини, і трансмісії нових автомобілів, і цифрові відеокамери, і дисководи комп'ютерів побудовані на мехатронних принципах.

Згідно визначення Міжнародної Федерації Теорії Машин і Механізмів мехатроніка - це комбінація механіки, електронного керування і системного мислення під час проектування виробів і виробничих процесів. Само слово мехатроніка складається з двох слів: механіка і електроніка. На практиці це означає, що надалі, як в типовій механічній системі, головними керованими або регульованими величинами (вихідними величинами) мехатронної системи можуть бути між іншими: положення, швидкість і прискорення під час лінійного чи обертального переміщення; сила і обертальний момент, які пов'язані з реалізацією переміщення або є їхнім наслідком; тиск і виникаючий з нього приплив рідини або газу; частота механічних, а також акустичних і оптичних коливань; температура і викликаючий нею тепловий обмін (видалення тепла); рух шарів рідини і газу під впливом зовнішніх чинників; електричний струм, який викликає рух механічних елементів в маг­нітному полі, або, перед усім, механічні або електромеханічні величини, які пов'язані з загальним розумінням руху, сили або моменту. Означає це також, що головна різниця між механічною і мехатронною системою полягає на зміні керувальної або задавальної величини (вхідної або настав­леної величини): в першому випадку є механічні або електромеханічні величини, в другому - такі величини, як напруга і натяг електричного струму, а також інші електричні величини, які пов'язані двома змінними.

В європейських вищих навчальних закладах підготовку інженерів-мехатроніків розпочато вже в другій половині 90-их років, а декілька років пізніше, в технічних фахових школах, підгото­вку техніків-мехатроніків. Вироби української промисловості витримають конкуренцію в рамках об'єднаної Європи тільки тоді, коли виконаються вимоги мехатроніки - корисного для кінцевого продукту поєднання механічних, електротехнічних, електронних і інформаційних властивостей. Вже звичайні мехатронні продукти, які щораз тісніше оточують нас не тільки у виробничій сфері, але також і в приватному житті: починаючи від медіальної, комп'ютерної і побутової сфери і за­кінчуючи сучасними медичної інженерії, оброблювальної, робототехнічної і транспортної сферами.

Мехатроніка - нова, що динамічно розвивається царина науки, техніки і промисловості, ви­магає щораз більше фахово підготовлених до опанування визнань сучасності спеціалістів.

Отже мехатроніка - це об'єднувальна комбінація механіки, електронного керування і систе­много мислення при проектуванні і процесі виробництва і в даному навчальному предметі будуть розглядатись основні відомості з цієї нової науково-технічної дисципліни, яка надзвичайно дина­мічно розвивається, з особливою увагою до найбільш істотної її частини - керування й регулю­вання процесами виробництва, сенсорики, приводів виконавчих пристроїв і робототехніки, інфор­матики і керування процесом виробництва і його якості. Ці проблеми одночасно відносяться як до технічних пристроїв, так і до устаткувань промислових процесів неперервного характеру (пере­творення енергії і інформації) і дискретного (виробництва продуктів).

Подано в ньому технологію, класифікацію, а також засади будови основних пристроїв автоматики, робототехніки і їх поєднань. Вивчається, передусім, аспект практичного застосування мехатроніки, різноманітне вирішення згаданих пристроїв: від механічних через пневматичні до електронних — найновіших, процесорної генерації. Доповненням основних відомостей з галузі будови загальних видів пристроїв є перегляди типових вирішень з прикладами і ефектами застосувань. Звернено також увагу на тенденцію розвитку цієї області.

Керування, регулювання та управління. Для того щоб машини і установки могли само­стійно, тобто автоматично працювати, вони обладнуються пристроями для керування, регулювання та управління. Такі пристрої реалізуються за використання механічних, електричних, пневматичних і гідравлічних привідних і керувальних елементів. Складними виробничими комплексами і виробничими лініями керують при допомозі комп'ютерів. У конструкції навіть найменших пристроїв керування тепер використовуються процесори і мікрокомп'ютери.


Керуванням називається процес цілеспрямованого впливу сигналів керування на прилади, технологічні або робочі машини. Для керування характерна відкрита система проходження сигна­лів. Сигнали з керувального пристроюдіють на об'єкт керуваннябез поточних вимірювань і корекції керування (рис.1.1). В процесі керування переміщенням стола верстата, його рух є резуль­татом дії приводу. Сигналом керування тут с напруга Uм яка керує двигуном механізму перемі­щення. Процес руху стола верстата створює об'єкт керування. Величиною керуванняє перемі­щення з стола верстата. Поняття „керування" відноситься також до всіх приладів, пристроїв або машин, в яких відбувається процес керування. На схемі роботи системи керуванняза допомогою символів блоків і ліній впливу показано взаємний вплив її окремих складових елементів. Напрями впливу позначаються стрілками.


Рис.1.1.Принцип побудови системи керування Рис.1.2.Аналогове керування рухом

на прикладі механізму подачі. стола верстата.

Керування аналогове, бінарне і цифрове.Враховуючи тип сигналів, розрізняють анало­гове, бінарне і цифрове керування. В аналоговому керуваннізастосовуються сигнали, які мають неперервний характер і є аналоговим відображенням величин, які використовуються в процесі ке­рування.

Приклад.Циклічний рух стола машини керується за допомогою шаблона (рис.1.2). Величи­ною, яка має бути керована, є переміщення стола верстата 8. Його значення можна розрахувати, враховуючи положення передачі, за даним радіусом шаблона. Зміна радіуса шаблона є пропорцій­ною до заданої зміни керованої величини з. Обертання шаблона викликає циклічні рухи столу: вперед і назад.

До найважливіших складових елементів систем аналогового керування належать: шаблони (кулачкові диски), передачі, клапани, двигуни, аналогові сенсори і операційні підсилювачі.

У двійковому керуваннівикористовуються сигнали двох рівнів, так звані бінарні. Дворів­неві сигнали представляються за допомогою двох різних значень або станів, наприклад, ВВІМКНЕНИЙ і ВИМКНЕНИЙ, ЧОРНИЙ і БІЛИЙ, стан ЗАМКНЕНИЙ і РОЗІМКНЕНИЙ або просто через 0 і 1. Більшість систем керування використовує дворівневі сигнали, а тому це систе­ми бінарного керування.

Приклад.Стіл шліфувального верстата повинен здійснювати циклічні переміщення вперед і назад (рис.1.3.). Перемикачем на двигун можна подати додатню напругу, що спричинить пересування стола вправо. Якщо кулачок 1, з'єднаний із столом, перемкне перемикач, то напруга керування двигуна зміниться на протилежну і стіл буде пересуватися вліво до моменту, коли кулачок 2 знову здійснить зміну напряму руху на протилежний.

Рис.1.3.Бінарне керування рухом столу верстата (рух зворотно-поступальний).

До найважливіших складових елементів систем бінарного керування належать: реле, перемикачі, діоди а також бінарні електронні перемикаль­ні кола.

У системах цифрового керування застосовуються сигнали в цифровому вигляді.

Цифрові сигнали кодовані бінарно. Найпростішим способом кодування є імпульсний код, в якому значення сигналу перетворюється на відповідну кількість імпульсів, яка подальше буде перерахована приймачем.

Приклад.Стіл машини повинен циклічно пересуватися вперед і назад. Значення переміщення задано в числовому вигляді. Система цифрового керування генерує певне число імпульсів, які спричиняють обертання крокового двигуна а також певну послідовність імпульсів, які керують напрямом його обертання вліво або вправо (рис.1.4). Число імпульсів, а отже значення перемі­щення, можна налаштувати за допомогою командоконтролера (рис.1.5). Кожен імпульс викликає обертання крокового двигуна на один кутовий крок, що викликає пересування стола на один крок переміщення, який є мінімально можливим для реалізації переміщенням і відповідає найменшій зміні установки на командоконтролері. В залежності від вибраного положення крокового двигуна і кроку тягового гвинта крок переміщення становить, наприклад, 0,1 мм. На відміну від аналогового керування, наведені тут значення величин завдання і керування є дискретними до найважливіших складових елементів систем цифрового керування належать:

 


Рис.1.4.Цифрове керування рухом стола верстата Рис.1.5.Селективний задавач.

(з кроковим двигуном).

перетворювачі аналогових сигналів в цифрові, мікропроцесори, мікрокомп'ютери, цифрова пам'ять, цифрові системи вимірювання і цифрові мережі.

Комбінаційне та секвенційне(секвенція - слідування) керування.Залежно від способу пере­творення і використання сигналів розрізняють комбінаційні і секвенційні системи керування. При комбінаційному керуваннісигнал керування утворюється на основі поєднання (комбінації).

Наприклад: токарний верстат буде працювати тільки тоді, коли закритий захисний екран і деталь закріплена в тримачі (рис.1.6).

Комбінаційне керуванняє бінарним керуванням. Комбінаційні системи проектуються на основі алгебри логіки і їх робота представляється за допомогою рівнянь цієї алгебри, схем сполучень елементів, таблиць і схем роботи.

Рис.1.7.Прилад комбінаційного керування Рис.1.8.Система функціонування часо-секвенційного керування.

 


У системах секвенційного керуванняокремі керувальні дії відбуваються крок за кроком. Початок наступного кроку залежить від часу або стану процесу.

У часово-секвенційних системах керуваннявикористовуються генератори імпульсів, так­тові таймери або часові реле. Простим прикладом секвенційного керування з роботою залежною від часу є система автоматичного пуску трифазного двигуна. На початку двигун пускається з об­мотками, ввімкненими в „зірку", а після закінчення визначеного часу пуску (з врахуванням певного часової затримки) відбувається перемикання в „трикутник" і двигун готовий до нормальної роботи (рис.1.7.). Секвенційне керування показано у вигляді схеми функціонування.

У процесо-секвенційних системах керуванняперехід до наступного кроку викликається змінами стану процесу. У випадку системи пуску трифазного двигуна для цього необхідний сенсор стану, який сигналізує, що „досягнуто частоту обертання неро­бочого ходу". Після досягнення цього стану наступає автоматичне перемикання в систему „трикутник" (рис.1.9.). Секвенційне керування, яке залежить від процесу може бути показано у вигляді схеми функціонування, діаграми виконання програми (ІЕС 1131), або діаграми переміщення, якщо наступне перемикання залежить від значення положення (переміщення).

Процесо-секвенційне керування має переваги перед часово-секвенційного керування, тому що у випадку порушень процес керування переривається або продовжує здійснюватися далі, але повільніше. Як приклад, при сильно навантаженому трифазному двигуні перемикання„в трикутник" наступить лише після досягнення достатньо високої швидкості обертання.

Постійнозапрограмованеі програмувальнекерування.Системи керування поділяються за способом реалізації і запису програми. Розрізняють постійнозапрограмоване керування (найчастіше врелейно-контакторній техніці) і програмувальне керування (реалізоване за допомогою РLС контролерів -англ. Programmable Logic Controller) (Табл 1.1).

В системах релейно-контакторного керування перебіг програми залежить від схеми з'єднань елементів провідниками.

Якщо зміни в програмі не передбачаються, то така система вважається постійнозапрограмованою, в протилежному випадку це буде програмувальна систе­ма. Перепрограмування можна здійснити шляхом зміни положення штирів у діодній матриці (що рівноцінне зміні схеми з'єднань провідниками).

Програмувальні системиоснащуються електронною пам'яттю, що дозволяє здійснювати їх перепрограмування. Програму можна спроектувати на моніторі комп'ютера і надалі перенести її в систему керування або записати за допомогою спеціального програмувального пристрою (програматора). Такі програми можна змінювати.

Послідовність виконання програми в програмувальній системі можна швидко змінити. Для цього, наприклад, в машинобудуванні найчастіше застосовуються РLС контролери. Вони замінюють релейно-контакторні системи, а також часто і системи цифрового керування. Наприклад, в лініях обробки програмувальні контролери керують рухами окремих виконавчих комплексів виробничих машин. Сучасні РLС контролери мають найчастіше багатопроцесорну конструкцію з використанням високопродуктивних мікропроцесорів. Завдяки цифровим мережам, можна з'єднати контролери і вести між ними обмін даними. Завдяки комунікаційним інтерфейсам, можна дистанційно, наприклад, через інтернет. спостерігати роботу РLС контролерів а також дистанційно їх програмувати.

Табл.1.1.Реалізація програми керування Рис.1.9.Система функціонування процесо-секвенційного керування.

 

 

Доверь свою работу ✍️ кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой



Поиск по сайту:







©2015-2020 mykonspekts.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.