Proiect de disertatie.pdf

Cuprins

i

Cuprins

Capitolul 1 Introducere .... 1

1.1 Scurt istoric al mainilor cu comand numeric .... 1

1.2 Despre comanda numeric .... 2

1.3 Tema proiectului .... 3

Capitolul 2 Obiectivele i specificaiile proiectului .... 4

2.1 Obiective .... 4

2.1.1 Descrierea problemei .... 4

2.1.2 Implementarea aplicaiei .... 5

2.1.3 Constrngeri .... 5

2.2 Specificaiile proiectului .... 5

Capitolul 3 Studiu bibliografic .... 7

3.1 Soluii asemntoare .... 7

3.2 Maini cu comand numeric .... 7

3.2.1 Scurt istoric .... 7

3.2.2 Avantajele utilizrii CNC-urilor .... 10

3.2.3 Structura unui CNC .... 12

Capitolul 4 Analiz i proiectare .... 18

4.1 Sistemul TrioMotion. Structura hardware .... 18

4.1.1 Despre Controller-ul MC206X .... 18

4.1.2 Servodriver DigitalX ST - Plus .... 23

4.1.3 Servomotoare .... 26

4.1.4 Surse n comutaie .... 28

4.1.5 ntreruptoare automate .... 30

4.2 Program TrioMotion Perfect 2 .... 33

4.2.1 Conectarea la Controller .... 33

4.2.2 Configuraia hardware a controller-ului .... 35

4.2.3 Setarea constantelor servo .... 36

4.2.4 Meniul aplicaiei Motion Perfect 2 .... 39

Capitolul 5 Implementare .... 54

5.1 Realizarea aplicaiei desktop .... 54

5.2 Conversia CAD - CAM .... 60

Capitolul 6 Testare i validare .... 62

Capitolul 7 Concluzii .... 64

Bibliografie .... 65

Acronime .... 66

Anexa .... 67

Proiect de disertatie

ii

Capitolul 1

1

Capitolul 1 INTRODUCERE

Procesele de fabricaie din zilele noastre au ajuns la un nivel de modernizare destul de

ridicat, n care sistemele de control al micrii au devenit din ce n ce mai utilizate n special

n automatizrile industriale, imprimri, ambalare, producia componentelor electronice,

asamblare etc. Datorit modernizrilor aparute procesul de fabricaie nu mai este constrns

spre procese fixe, unde secvenele i etapele de producie erau determinate de anumite setri

ale echipamentelor i care erau dificil de modificat.

n condiiile actuale ale economiei de pia pentru ca produsele s poat fi

competitive, la realizarea acestora este necesar un pre redus, o calitate ridicat i un timp de

obinere ct mai scurt, parametrii greu de obinut cu sistemele automate fixe care prezint

incapacitatea de a se putea adapta rapid la schimbrile produsului. Cu alte cuvinte, obinerea

unui nou model de produs ntr-un interval de timp relativ scurt ar obliga companiile care

folosesc sisteme automate fixe s schimbe foarte des utilajele, lucru pe care nu i l-ar putea

permite. Sau un alt dezavantaj ar fi faptul c rulajul n loturi mici a produselor ar fi aproape

imposibil datorita timpului necesar schimbrii echipamentelor dedicate.

Apare aadar necesitatea utilizrii unor maini versatile controlate de calculator, ceea

ce duce la creterea numrului de operaii ce pot fi realizate cu o main.

Tendinele de dezvoltare a pieei produselor sunt caracterizate de urmtoarele cerine

de baz:

Variante noi de produse;

Durata de existen redus a produsului;

Dimensiuni mici ale loturilor;

Termene de livrare scurte;

Presiune ridicat asupra preului;

Cerine stricte de calitate;

Distrugere nepoluant a produsului.

Orice sistem de producie modern care dorete s realizeze produse competitive,

trebuie s rspund necesitilor crescute de productivitate, flexibilitate i fiabilitate. Pentru

realizarea unei adaptri la cerinele pieei nseamn n primul rnd flexibilitate n ceea ce

privete schimbrile n gndire, iar mai apoi dispunerea de mijloacele necesare.

Sistemele de control al micrii sunt o ramur a automaticii n care poziia i viteza

mainilor-unelte pot s fie controlate folosind un dispozitiv specializat, n general servo.

Acestea sunt o parte esenial a roboticii i mainilor-unelte cu comand numeric, dar cu

toate acestea este mult mai complex dect mainile-unelte specializate, unde partea de

cinematic este mai simpl [1].

1.1 Scurt istoric al mainilor cu comand numeric

Mainile cu comand numeric, n englez Computerized Numerical Control, sau

CNC-uri cum sunt cunoscute, au aprut la puin timp dupa cel de al doilea razboi mondial ca

rezultat al cerinelor industrieie aeronautice de a produce componente mai complexe i care s

precise din punct de vedere a dimensiunilor.

Conceptul de control numeric a fost dezvoltat de catre John Parsons ca o modalitate de

a produce un nveli mai rigid pentru avioane ceea ce a condus la o serie de proiecte de

cercetare a Forelor Aeriene la MIT, ncepute n anul 1949.

Dup faza iniiala de planificare si studiu a urmat construirea unei maini

experimentale de frezat n laboratorul de servomecanisme de la MIT. Profesorul J. F. Reintjes,


2

directorul laboratorului, James O. McDonough, Richard W. Lawrie, A. K. Susskind i H. P.

Grossimon a fost oamenii implicai n acest proiect de cercetare.

Prima main cu comand numeric comercial a fost construit n anul 1950 i

funciona folosind o banda perforat. Din moment ce s-a demonstrat ca acest concept poate sa

duca la scderea costurilor armata american a cumprat 120 de astfel de maini. Dar existau

i o serie de probleme ca de exemplu inexistena codului G, limbaj universal al CNC-urilor pe

care l avem azi, fiecare productor definind propriul limbaj pentru definirea programelor.

O serie de dezvoltri eseniale au promovat CNC-urile rapid pan n anul 1960. A

aprut codul G ca limbaj pentru scrierea programelor. El i are originile la MIT, unde a fost

folosit n laboratorul de servomecanisme n anul 1958 i a fost standardizat n 1960. Apoi a

aprut conceptul de CAD i a nceput s nlocuiasc rapid desenele pe hrtie i desenatorii.

Pn n 1970 au aprut dezvoltatori precum Intergraph i Computervision. S-au dezvoltat de

asemenea minicalculatoarele care au fcut CNC-urile mai ieftine si mai puternice.

n curnd CNC-urile au luat locul mainilor hidraulice i celor manuale care foloseau

tehnologii mai vechi [2].

1.2 Despre Comanda numeric

Comanda numeric este o form de automatizare programabil n care aciunile

mecanice ale mainilor-unelte sau ale altor echipamente sunt controlate prin intermediul unui

program. Introducerea comenzii numerice a mainilor-unelte a aprut, n mare msur, ca

rezultat al dezvoltrii continue a mijloacelor de producie din cadrul sistemelor de prelucrare.

Procesul de prelucrare care se realizeaz pe o main-unealt cu comand numeric

este un proces flexibil, prin prisma faptului c se adapteaz i rspunde cel mai rapid la o

nou sarcin de producie. n acest context, dezvoltrile i cercetrile privind prelucrrile

realizate pe aceste maini sunt i vor i n viitor ndreptate spre creterea perfomanelor,

precum i pe optimizarea proceselor de prelucrare. Cu ajutorul informatizrii tehnologice care

a aprut n domeniul mainilor-unelte CNC este o realitate realizarea produselor mai precise,

mai ieftine i mai rapid.

Spre deosebire de o tehnologie de prelucrare realizat pe o main-unealt clasic, cea

de prelucrare pe o main-unealt CNC este o tehnologie n care succesiunea fazelor

deprelucrare sunt analizate la nivelul tuturor detaliilor privind micrile realizate, att din

punct de vedere geometric ct i din punct de vedere tehnologic. Procesele de prelucrare care

sunt bazate pe comanda numeric sunt procese n care timpul operativ de lucru este cunoscut

cu exactitate i este acelai pentru fiecare pies realizat, astfel nct se poate realiza o

planificare a proceselor, deoarece termenele de livrare a pieselor realizate vor fi respectate [3].

Comparnd mainile-unelte clasice cu cele cu comand numeric, se poate observa c

mainile-unelte cu comand numeric ofer posibilitatea de a cuprinde n plus urmtoarele

caracteristici:

- flexibilitate complet pentru producerea unei scheme noi este necesar doar de

programul CNC pentru realizarea acesteia;

- concentrarea mai multor operaii, realizate pe mai multe maini-unelte convenionale

ntr-o singur operaie care va fi realizat pe maina-unealt CNC;

- concentrarea mai multor faze n cadrul unei singure operaii

- precizie de prelucrare nalt

- erorile cauzate de operator sunt reduse foarte mult

- posibilitatea de prelucrare a unor scheme complexe

- productivitate nalt prin reducerea timpilor ajuttori.

Trebuie s se acorde o atenie deosebit procesului de fabricaie, mai ales respectrii

termenelor de livrare n condiiile globalizrii economiei i a lrgirii granielor pieei de

desfacere, economiile rilor aflate n tranziie [1].

Capitolul 1

3

Procesele de prelucrare tehnologic se afl ntr-o continu evoluie de la introducerea

mainilor-unelte cu comand numeric n fabricaie. Mainile-unelte prezint posibiliti de

prelucrare ce se afl ntr-o cretere accentuat, n timp ce preul lor este n scdere.

Dezvoltarea tehnologiei calculatoarelor i a electronicii a condus la evoluia

tehnologiei bazate pe principiile comenzii numerice. Tehnologia hardware n echipamentele

cu comand numeric a evoluat rapid de-a lungul anilor, odat cu apariia i dezvoltarea

tuburilor electronice, releelor electromagnetice, semiconductoarelor, tranzistorilor, circuitelor

integrate, microprocesoarelor, microcalculatoarelor, etc. De asemenea, componenta software a

evoluat continuu, odat cu dezvoltarea software-ului din cadrul calculatoarelor personale.

S-a dezvoltat de asemenea componenta software, astfel pentru a realiza o conexiune

ntre programator i maina-unealt cu comand numeric a fost elaborat un limbaj de

programare asistat de calculator. Deci, plecnd de la prima variant a limbajului de

programare numeric au fost dezvoltate urmtoarele versiuni care au la baz primul model i

au introduse noi mbuntiri pentru a diminua neajunsurile.

Structura unui limbaj de programare asistat de calculator este format din:

Procesorul: constituit din mai multe programe, care ncarc n memoria central a

calculatorului textul surs, efectueaz analiza acestuia, detecteaz erorile de programare i

calculeaz coordonatele punctelor situate pe traiectoria sculei;

Postprocesorul este constituit din mai multe subprograme care prelucreaz datele din

fiierul de ieire al procesorului, furniznd suportul de comand numeric a unei anumite

maini-unelte;

Limbajul are o sintax i un vocabular care conine comenzile pentru realizarea

micrilor dorite.O instruciune a limbajului de programare reprezint un cuvnt predefinit

care are un set de parametri.

Obiectul acestui proiect este implementarea unei aplicaii pentru un sistem de control

al micrii cu dou axe, utiliznd limbajul numeric de programare. Aplicaia este format din

implementarea schemei unui circuit electric, de asemenea exemplific un mod de integrare

pentru tehnologiile de realizare a schemelor de circuite electrice i a tehnologiilor utilizate

pentru programarea sistemului de control.

Un aspect important l constituie partea harware a sistemului de control al micrii,

fr de care nu se poate realiza partea software.

Motivul alegerii acestei teme este posibilitatea de a dezvolta implementarea unei

aplicaii care utilizeaz att sistemele hardware ct i cele software, cu utilizarea unor

tehnologii actuale promovate de companii care reprezint nite fore importante n industrie,

dar aduc i unele contribuii importante pentru dezvoltarea standardelor viitoare.

Cerinele pentru implementarea aplicaiei sunt, n special, n domeniul software pentru

a putea utiliza limbajul de programare numeric n condiii optime i care s nu conduc la

defectarea componentei hardware a sistemului.

1.3 Tema proiectului

Tema proiectului const n construirea unei aplicaii care aib funcionalitatea unui

convertor CAD CAM pentru un o main cu comand numeric ce servete n principal la

realizarea de circuite electrice imprimate.


4

Capitolul 2 OBIECTIVELE I SPECIFICAIILE

PROIECTULUI

2.1 Obiective 2.1.1 Descrierea problemei

Aceast lucrare are ca obiectiv realizarea unui convertor CAD CAM pentru un

sistem de control al micrii pe trei axe cu ajutorul tehnologiei produse de firma produs de

firma Trio Motion Technology. Pentru realizarea schemei chircuitului electric se folosete

programul CADSoft Eagle PCB Software.

2.1.2 Implementarea aplicaiei

Convertorul const n principal din dou pri principale: o parte care realizeaza o

conversie din schema electronic n cod G i cea de-a doua parte care realizeaza conversia din

cod G n cod ce poate fi utilizat de sistemul de control al micrii produs de firma Trio

Motion Technology.

Pentru a realiza aplicaia propriu-zis se folosete limbajul de programare C# n care

se prelucreaz fiierul ce conine cod G i genereaz fiierul cu limbaj specific Trio Motion

Technology.

Condiiile necesare pentru atingerea obiectivelor sunt necesare urmtoarele:

Sistemul de micare trebuie s fie conectat la un calculator pentru a se putea

realiza aplicaia

Cunotine despre partea hardware a sistemului, dar i despre mediul de

programare

Mediul de programare este gratuit, oferit de Trio Motion

Interfaa grafic a software-ului oferit d utilizatorului posibilitatea de a crea

noi programe pentru controller

La realizarea programelor este necesar folosirea instruciunilor prestabilite,

acestea putnd s fie pentru comanda micrii, a axelor, intrrilor / ieirilor,

programe i structuri repetitive, comenzi pentru operaii matematice sau

parametrii axelor

Interfaa grafic permite schimbarea parametrilor de micare pentru axele

controller ului (constantele servo, unitatea pentru parametrii de micare,

viteza, acceleraia, deceleraia, limitele axelor)

Se ofer posibilitatea de a monitoriza n timp real evoluia parametrilor de

micare prin interfaa grafic

Se permite realizarea de micri precise efectuate fie din linia de comand, fie

din programul surs

Cunotine depre programul de realizat scheme de PCB-uri, CADSoft Eagle

PCB Software

Cunotine de programare n limbajul C# pentru realizarea unei interfee

grafice, respectiv pentru prelucrarea fiierelor ce conin limbaj n cod G

Capitolul 2

5

Cunoaterea limbajului de programat CNC-uri, cod G, a principalelor funcii

folosite pentru micri liniare, pentru setarea vitezei, pentru realizarea de

micri pe cele trei axe X, Y, Z.

2.1.3 Constrngeri

Programul care face conversia din coordonate spaiale n cod G nu folosete funcia

special pentru a realiza cercuri, respectiv alte elemente precum arce de cerc ci genereaz cod

G care realizeaz aceste elemente prin segmente care au o anumit precizie. n concluzie, n

funcie de aceast precizie reprezentarea elementelor precum cercuri sau arce de cerc vor avea

o anumit acuratee n reprezentare.

O alta constrngere ar fi rezoluia encoderelor folosite la controlul micrii motoarelor

folosite la poziionare. n prezent rezoluia este de 2000 de impulsuri pe milimetru, deci se pot

realiza elemente grafice cu o acuratee destul de bun.

2.2 Specificaiile proiectului

Sistemul de control are o structur de ansamblu destul de lesne de nteles. Dup cum

se poate deduce n figura de mai jos, figura 2.1, acesta este alctuit dintr-un controller care

comunic cu calculatorul printr-o conexiune USB, de asemena controller-ul este cel care d

comanda pentru realizarea micrii servodriverelor, ce controleaz servomotoarele pentru

fiecare ax . Pentru protecia controller-ului sunt sigurane i ntreruptoare automate care

mpreun cu sursele de comutaie asigur condiii optime de dezvoltare i implementare a

aplicaiilor.

Figura 2.1 Structura general a sistemului


6

n aceast lucrare se dorete implementarea unei aplicaii care s realizeze schema

unui circuit electric cu ajutorul sistemului de control al micrii descris mai sus i a

programului specializat de proiectare a circuitelor de tip PCB, Eagle. Pentru implementarea

aplicaiei cu ajutorul controller-ului este necesar realizarea conexiunii USB ntre acesta i

calculator. Mediul de dezvoltare Motion Perfect 2 este utilizat la implementarea aplicaiilor,

care utilizeaz limbajul de programare Trio BASIC i oferi posibilitatea de a dezvolta rapid

i uor aplicaii. Pentru crearea acestei lucrri se utilizeaz limbajul de programare pentru a

controla axele x, y, z. Limbajul Trio BASIC este unul uor de nteles, cuprinznd instruciuni

predefinite pentru a putea realiza cu precizie o micare pe oricare din axe.

Capitolul 3

7

Capitolul 3. STUDIU BIBLIOGRAFIC

3.1 Solutii asemntoare

Alte soluii care s-au studiat pentru a realiza convertoare CAD CAM folosesc

programul de proiectat AutoCAD care genereaza un fisier cu extensia DXF de unde se

genereaz coordonate pentru punctele care alctuiesc figura reprezentat utiliznd un anumit

soft care ulterior poate genera i cod G.

3.2 Maini cu comand numeric

3.2.1 Scurt istoric

n multe lucrri de specialitate i articole, s-au ntrebuinat de-a lungul anilor multe

definiii pentru noiunea de comand numeric (NC). Dar majoritatea acestor definii au fost

cumulate ntr-o form destul de simpl i anume: comanda numeric este o form de

automatizare programabil n care aciunile mecanice ale mainilor-unelte sau ale altor

echipamente sunt controlate prin intermediul unui program.

Comanda numeric a mainilor-unelte a aprut, n mare msur, ca rezultat al

dezvoltrii continue a mijloacelor de producie din sistemele de prelucrare.

Se poate afirma despre un echipament c este cu comand numeric dac instruciunile

care permit punerea n funciune a mainii sunt transmise spre aceasta ntr-o form codificat.

Ca o confirmare a acestei definiii, prima main-unealt cu comand numeric a fost

maina deesut a lui Jacquard (1800) care avea ca program surs o band perforat.

Odat cu introducerea acestor maini-unelte n fabricaie, procesele tehnologice de

prelucrare s-au schimbat i se afl i n prezent ntr-o continu evoluie [1].

Controlul unei maini-unelte implic domenii variate, cum ar fi tipul de acionare,

modul de control i limitarea micrilor pe axe, modul de control al vitezelor, modul de

selectare i de utilizare a unor faciliti asociate n principal procesului de lucru, etc.

Astfel ntre un nivel de control complet manual i unul complet automatizat, se pot

distinge urmtoarele etape:

Nivelul zero: apare la primele maini pentru achiere fiind controlate complet

manual;

Nivelul unu: este asociat mainilor care sunt acionate cu ajutorul roii hidraulice /

motor cu ardere intern;

Nivelul doi: cuprinde majoritatea mainilor-unelte convenionale care sunt

caracterizate de posibilitatea sincronizrii micrii sculei cu a piesei. n ceea ce privete

controlul micrilor, operatorul uman joac un rol important, decisiv;

Nivelul trei: include mainile care opereaz n cicluri fixe de micri prestabilite,

bazate pe sisteme cu comand prin came, copiere hidraulic i electric, comand secvenial

de tipul matrice cu fie, tamburi cu bile, etc.

Nivelul patru: se ntlnete la sistemele de prelucrare care asigur msurarea

dimensiunilor piesei n timpul procesului de prelucrare;

Nivelul cinci: cuprinde o gam larg a comenzii numerice[4].

Tehnologia ce se baza pe nivelul trei de control, n particular n industria aerospaial,

a constituit un handicap major n dezvoltarea acestei tehnologii. A fost aproape imposibil

realizarea unor piese n condiii de precizie, n conformitate cu standardele n domeniu dar i

la un pre sczut. Timpul relativ lung pentru a trece de la prelucrarea unui produs la alt

produs, a fost considerat un alt inconvenient esenial.


8

Comanda numeric a mainilor-unelte este o metod de comand ce a aprut n anii

1950. Primele motivaii pentru dezvoltarea i realizarea sistemelor bazate pe principiul

comenzii numerice la mainile-unelte au fost legate de prelucrarea de nalt precizie, ntr-un

timp scurt a pieselor complexe. Ea a fost dezvoltat n USA ncepnd cu 1942 pentru a

mulumi nevoile industriei aeronautice: mainile convenionale ce se foloseau nu mai fceau

fa cerinelor de productivitate la prelucrarea precis a pieselor.

n figura 3.1 este prezentat una din primele versiuni ale unei maini-unelte cu

comand numeric.

Figura 3.1 Frez cu comand numeric [5]

Conceptul de comand numeric a fost propus iniial de ctre John Parsons, n anul

1947. Astfel, n anul 1949 industria aeronautic, U.S Air Force, a fcut un contract cu Parsons

Corporation, Michigan, pentru proiectarea unei maini-unelte cu o prelucrare flexibil, pentru

o producie de serie mic a pieselor. Parsons Corporation a fcut un subcontract cu

Servomechanism Laboratory of the Massachusets Institute of Technology (M.I.T) pentru

realizarea sistemului de control al mainii.

n urma acestor colaborri, n anul 1952 M.I.T prezint prima main de frezat cu

comand numeric de conturare pe trei axe. Echipamentul de comand numeric de tip NC

citea programul de prelucrare a piesei de pe banda perforat. La expoziia de maini-unelte de

la Chicago din anul 1955, au fost prezentate cteva tipuri de maini-unelte comandate

numeric realizate de diverse companii. Dar ncepnd cu anul 1957, mainile-unelte cu

comand numeric au nceput s fie acceptate de industria constructoare de maini.

Incipient aceste echipamente se consituiau din organe de comand acionate prin

cablu, iar introducerea datelor se fcea cu ajutorul cartelelor perforate. Odat cu apariia

microprocesoarelor i progresul realizat n domeniul electronicii, costul acestor echipamente a

Capitolul 3

9

sczut pn prin anul 1970, toate ofereau capaciti pentru tratamentul informaiilor

importante. Suporturile i transmiterea de date au putut fi asigurate cu ajutorul dischetelor,

benzilor magnetice etc.,dup cum se poate observa n reprezentarea schematic din figura 2.2.

Evoluia aceasta care a autorizat tratamentul de date n timp real, a permis creterea

posibilitilor oferite de acest tip de comand i a favorizat integrarea acestor acestora n

construcia de echipamente automatizate.

Figur 3.2 Reprezentarea schematic a unui echipament cu comand numeric [5]

Buna performan a echipamentelor cu comand numeric ca i a servomotoarelor i a

sistemelor de msurare a axelor numerice a crescut, ca urmare a dezvoltrii tehnologiei

avansate n hardware i software din domeniul calculatoarelor, ca i n mecanica fin i

electronic. De fapt progresul calculatoarelor a avut una din cele mai mari implicaii dintre

toate utilajele prelucrtoare, asupra mainilor-unelte cu comand numeric.

n jurul anului 1961, ca rezultat a eforturilor reunite ale cercettorilor de la M.I.T i

I.I.T (Illionois Institute of Techonology), s-au elaborat primul limbaj de programare asistat de

calculator, APT (Automatic Programmed Tool), care a stat la baza dezvoltrilor ulterioare ale

limbajelor de programare. Astfel devenea posibil ntocmirea mult mai rapid a programelor

cu comand numeric n cazul pieselor mai complexe.

n evoluia lor n ani, echipamentele cu comand numeric s-au perfecionat de la cele

iniiale de tip NC, Numerical Control, la echipamentele de comand numeric prin calculator

de tip CNC, Computer Numerical Control, acestea din urm dezvoltndu-se dup anul 1970.

La echipamentele de tip NC, programul este memorat pe un suport adecvat, de regul se

utilizeaz banda perforat. La echipamentele de tip CNC, programul de comand numeric

este memorat de ctre memoria CNC-ului.

Cu ajutorul interfarii unui calculator cu o main sau cu mai multe maini-unelte NC

sau CNC, s-au dezvoltat sistemele de tip DNC, Direct Numerical Control sau Distributive

Numerical Control. Suportul pentru programul NC, i anume banda perforat, este nlturat

transmisia unui program spre maina-unealt realizndu-se mult mai rapid i cel mai

important, fr erori. Capacitatea stocrii centralizate a programelor NC i conducerii mai

multor maini-unelte CNC de la un calculator central a fcut posibil, dup anul 1975,

dezvoltarea sistemelor flexibile de fabricaie. Celulele i sistemele flexibile existente n rile

dezvoltate au creat posibilitatea desfurrii procesului de prelucrare cu intervenie din ce n

ce mai sczut din partea operatorului uman.


10

Mainile-unelte cu comand numeric se adapteaz rapid diverselor piese supuse

prelucrrii datorit flexibilitii, deoarece se schimb doar programul NC. Astfel, rigiditatea

programului s-a eliminat, cu avantaje importante n cazul prelucrrii loturilor mici i mijloci

de piese, a prototipurilor i a pieselor unicate.

n rile puternic dezvoltate, numrul mainilor-unelte cu comand numeric se afl n

cretere, n detrimentul mainilor-unelte convenionale. Ca exemplu, n Marea Britanie, n

domeniul strungurilor i al frezelor, numrul celor care utilizeaz comanda numeric a depit

cu mult numrul mainilor-unelte convenionale nc din deceniul trecut. De asemenea, din

statisticile realizate n SUA, rezult c n aceeai perioad,raportul dintre strungurile clasice i

cele cu comand numeric era de 2:1[6].

Dezvoltarea actual i viitoare n domeniul automatizarii pentru echipamentele cu

comand numeric poate fi ntlnit la urmtoarele tendine:

Perfecionarea strungurilor automate mono i multiaxe, n direciile mririi

numrului de scule, creterii preciziei, etc.

Dezvoltarea mainilor-unelte agregate, n vederea extinderii tipizrii pentru game

largi de dimensiuni

Perfecionarea n continuare a construciei echipamentelor de comand numeric,

prin creterea gradului de universalitate, reducerea costului de producie i a gabaritului

Extinderea echipamentelor cu calculator integrat (de tip CNC) acestea avnd o mai

mare flexibilitate n programare i eliminnd multe erori

Extinderea sistemelor DNC, prin crearea unor sisteme ierarhice, care s fac posibil

realizarea seciilor i uzinelor automate

Dezvoltarea i perfecionarea centrelor de prelucrare, care s fie prevzute cu

sisteme de schimbare a sculelor individuale, scul cu scul, sau n bloc, a ntregii cutii

multiaxe, precum i sistemul de schimbare automat a semifabricatului-asemenea maini

poart denumirea de complexe tehnologice, datorit posibilitilor foarte largi de prelucrare

Extinderea sistemelor integrate flexibile de prelucrare, precum i robotizarea lor

Extinderea mainilor-unelte cu comand adaptiv, limitativ i opional

Utilizarea laserului ca scul la mainile-unelte, programarea prelucrrii unor piese

complexe necesit un mare volum de calcule, greu rezolvabile, prin metode i prelucrare

manual, generatoare de erori datorate programatorului uman, motiv pentru care se face cu

ajutorul calculatorului electronic, numindu-se programare asistat

Introducerea limbajelor de programare, orientate pe probleme de tehnic de

fabricaie, care face legtura ntre om i calculatorul electronic [3].

3.2.2 Avantajele utilizrii CNC-urilor

Tentaia de a se afirma c, comanda numeric nu era rentabil dect la realizarea

seriilor mari de piese sau la generarea suprafeelor complexe , era frecvent ntlnit n anii

1970 1980.

Aceste afirmaii ereau n parte justificate dac se ine cont de greutatea cu care se

realiza pregtirea fabricaiei i programarea (numeroase calcule geometrice fcute de mn,

timpi de schimbare a tehnologiilor mari, iar dispozitivele de nregistrare i citire a

informaiilor dificile i laborioase).

Capacitile slabe de calcul ale echipamentelor electronice de comand la vremea

respectiv, nu permiteau s se efectueze n timp real corecii legate de geometria sculelor i

restriciona programatorul s defineasc traiectoriile axelor pentru fiecare scul sau punct

generator de pe fiecare scul. Astfel spus, el trebuia s scrie programul pentru o scul dat iar

iar ascuirea oblig la corecia programului. n paralel cu aceasta, costul ridicat al

echipamentelor nu poate fi autorizat dect la seriile mari i consecutive de fabricaie.

Capitolul 3

11

Comanda numeric poate fi utilizat astzi, ntr-o manier economic n cazul seriei

mici sau pentru fabricaii individuale de piese, fr ca acestea din urm s aib forme

complicate.

Comentariile iniiale, c prelucrrile pe maini-unelte cu comand numeric sunt

nerentabile trebuiau actualizate.

n figura 3.3 este prezentat o plac pe care se efectueaz guriri simple i filetare,

unde se poate observa faptul c la realizarea unei piese aveam un ctig de 1 or 15 minute

fa de prelucrarea pe maini-unelte convenionale, n timp ce la prelucrarea a 2 piese ctigul

este de 4ore i 15 minute, iar la o serie de 10 piese deja se ajunge la un ctig aproximativ de

40 ore. Acest ctig de timpi n execuie provin, n principal, din cheltuielile mai reduse de

punere n fabricaie i tratament de date pentru un reper.

Figura 3.3 Timpi de realizare a piesei pentru prelucrarea pe maini convenionale i cu

comand numeric [7]

Asistena calculatorului permite definirea mai rapid a modelului geometric al piesei, a

proiectrii rapide a tehnologiei de prelucrare, calcule rapide i n timp real pentru stabilirea

condiiilor de operare. n acest context, timpii necesari pentru asigurarea programrii pot fi

redui la jumtate i timpii de execuie a celor 10 piese de asemenea pot fi redui la jumtate.

Avantajele acestea sunt datorate n general aportului tehnic adus de comanda

numeric, dar sunt mult mai vizibile n cazul programrii asistate de calculator care elimin i

restriciile legate de timpii i costurile de programare.

Comanda numeric cuprinde urmtoarele avantaje n comparaie cu mainile-unelte

convenionale:

scoaterea n exteriorul postului de lucru a sarcinilor legate de modelarea geometric,

cinematic i tehnologic a procesului de prelucrare;

reducerea timpilor pentru mersul n gol prin realizarea n regim automat a secvenelor

procesului de prelucrare: prin punerea n poziie de lucru a sculelor cu viteze de avans

rapide, prin schimbarea automat a sculelor, prin schimbarea automat a vitezelor cu

ajutorul variatoarelor;

reducerea numrului de operaii care erau necesare pentru efectuarea de lucrri

precise: trasare, utilizare de lunete, eliminarea dispozitivelor de copiat;


12

realizarea de suprafee complexe prin deplasarea dup mai multe axe simultan i

posibilitatea realizrii de piese cu suprafee mult mai apropiate de necesitile

funcionale;

definirea condiiilor optimale de lucru, pentru c aceste maini ofer posibilitatea de a

face s varieze continuu viteza de lucru i astfel crete dura de via a sculelor;

diminuarea gradului de implicare a factorului uman, prin creterea gradului de

automatizare a echipamentelor i diminuarea sarcinilor de control, care sunt efectuate

n timpul derulrii operaiilor de prelucrare, de echipamente speciale;

posibilitatea de a asigura flexibilitatea n raport cu evoluiile tehnice actuale n

materie de moduri de schimbare a sculelor, de proiectare geometric i tehnologic sau

utilizarea unor sisteme de tratament de date CFAC (Concepia Fabricaiei Asistat de

Calculator).

integrarea echipamentelor periferice (dispozitive pentru msurarea sculelor,

manipulatoare, roboi etc.) sau integrarea MUCN n ansamble automatizate [5].

Comanda numeric aduce un aport important n domeniu tehnic dar i economic, astfel

c n concluzie se pot afirma urmtoarele:

comanda numeric permite progresul spre excelen n fabricaie pentru c ea

asigur: precizie ridicat, repetitivitatea ei, fiabilitate - flexibilitate i calitate, indispensabile

ntr-o economie de pia;

comanda numeric asigur fabricaie de piese cu eforturi materiale i financiare

minime.

n concluzie, sistemele de fabricaie actuale ar trebui s-i regndeasc activitatea n

termeni de productivitate, fiabilitate si flexibilitate, iar comanda numeric are o contribuie

important la realizarea acestor obiective.

3.2.3 Structura unui CNC

Un sistem cu comand numeric are urmtoarele elementele de baz: maina-unealt,

echipamentul de comand numeric i programul NC/CNC, acestea fiind reprezentate n

figura 3.4. Semifabricatul este fixat n sistemul de prindere la mainii-unelte, iar scula este

deplasat n raport cu piesa, n conformitate cu programul de prelucrare.

Figura 3.4 Elementele de baz ale unui sistem NC/CNC

Capitolul 3

13

Echipamentul CNC care comand maina-unealt este format din dou componente

principale: hardware care reprezint partea fizic a oricrui sistem de calcul, precum

procesorul, memoria, dispozitivele periferice i software care reprezint o denumire generic

pentru programele stocate n memorie ntr-o form electronic. Pentru a schimba sau modifica

datele, programatorul trebuie s citeasc i s scrie din memorie. Memoria principal a unui

calculator este de tip RAM, care este o memorie volatil astfel nct programatorul poate s

schimbe cu uurin coninutul acestei memorii, modificnd programele vechi i nlocuindu-le

cu altele noi. Atunci cnd se ntrerupe alimentarea electric a mainii se pierde coninutul

acestei memorii, din acest motiv programele se stocheaz n memoria de tip hard-disk. Pe

lng memoria RAM, calculatorul dispune i de memoria ROM care permite citirea din ea,

dar scrierea nu este posibil. Calculatorul are nevoie de memoria ROM pentru stocarea

informaiilor importante, legate de sistem i nu de utilizator. Deoarece utilizatorul nu poate s

scrie n memoria ROM, deci nu poate s i schimbe coninutul. Coninutul acesteia nu se

modific la ntruperea curentului electric. Exist diverse unelte software pentru CNC care sunt

stocate n aceast memorie. Echipamentele de tip CNC au majoritatea functiilor de comand

realizate prin software i mai puin prin hardware.

Functiile de baz ale unui echipament de tip CNC sunt:

- memorarea informaiilor necesare procesului de prelucrare, a programului CNC

- transmiterea acestor informaii elementelor de execuie ale mainii CNC -

recepionarea semnalelor de la traductori de deplasare sau a altor elemente de urmrire legate

de desfurarea procesului pentru a se putea realiza feedbackul.

n lume exist o serie de firme consacrate care produc echipamente CNC dintre cele

mai performante, la ora actual. Cele mai moderne echipamente moderne specifice pentru

strunguri, maini de rectificat i centre de prelucrare sunt fabricate de firmele SIEMENS,

HAIDENHEIN, FANUC, etc.

Pe msur ce numrul de echipamente tehnologice controlate de calculator (maini-

unelte) crete, tendina n lume este ca numrul de angajai din ateliere s scad. n schimb,

numrul personalului din serviciile de proiectare constructiv i tehnologic ar urma s

creasc semnificativ.

Evolutia sistemelor CNC este continu, att n domeniul hardware ct i n domeniul

software. Se poate remarca tendina de minimizare a prii hardware pe de o parte, iar pe de

alt parte datorit posibilitilor grafice, tendina de programare asistat a sistemelor, de

cretere a costului software-ului.

Informaiile participante n cadrul unui sistem de prelucrare CNC sunt din ce n ce mai

complexe datorit dinamicii informaiilor actuale referitoare la maina-unealt, piesa de

prelucrat, operaiile/fazele de prelucrare, etc.

La o analiza a fluxului informaional ntr-un sistem CNC, se poate spune c are loc n

dou etape:

Prelucrarea extern a informaiilor, unde pe baza informaiilor din desenul de

execuie

a piesei se elaboreaz programul CNC al piesei.

Prelucrarea intern a informaiilor, cuprinznd transmiterea informaiilor spre

mainaunealt, n vederea realizrii piesei, dup ce programul a fost ncrcat n echipamentul

CNC.

n figura 3.5 se pot observa subansamblurile de baz tipice ale unui centru de

prelucrare vertical CNC. Astfel pe batiu (1) se deplaseaz sania transversal (2), respectiv

sania longitudinal (3), iar pe montant (8) se deplaseaz sania vertical (9) cu arborele

principal (6). Pe masa mainii (3) se prinde piesa (4) care se prelucreaz. Scula (5) este adus

la comanda de schimbare a sculei din magazia de scule (7), aflat n arborele principal.

Echipamentul de comand numeric (10) controleaz desfurarea programului pentru

execuia piesei.


14

Figur 3.5 Fluxul informaional ntr-un sistem CNC [1]

Punctul de plecare l constituie proiectarea constructiv, din cadrul prelucrrii externe

a informaiilor, unde informaiile privind schema de prelucrat sunt materializate prin desenul

de execuie. Proiectarea desenului piesei poate fi realizat n sistem clasic, la planet sau

utiliznd proiectarea asistat de calculator, cu ajutorul unui sistem de CAD. Apoi

programatorul elaboreaz pe baza limbajului comenzii numerice programul surs CNC, care

poate fi citit i nteles de echipamentul cu comand numeric. CNC-ul prelucreaz

informaiile memorate n cadrul programului, iar un software specializat realizeaz

compilarea programului; toate acestea au loc nainte de a se executa programul pentru a nu

duce la distrugerea sistemului CNC si a pieselor care urmeaz s fie prelucrate. Operatorul

mainii-unelte CNC are mai puine atribuii, n comparaie cu muncitorul de la maina-unealt

clasic, dar mai importante. Operatorul mainii-unelte este considerat intermediarul care

transmite informaiile despre proces sistemului tehnologic. Prin urmare, intervenia unui

operator uman, pe lng faptul c activeaz maina-unealt, mrete si flexibilitatea acesteia.

La realizarea unei piese pe o main-unealt clasic, intervenia operatorului uman

este foarte mare, acest lucru avnd consecine asupra productivitii i a calitii. Dar cum n

mod normal se urmrete scderea costului de prelucrare, creterea productivitii i a

preciziei de prelucrare, acest lucru cere ca intervenia uman s fie din ce n ce mai mult

eliminat. n acest caz, acest lucru nseamn c funciile operatorului uman de memorare,

transmitere i recepionare a informaiilor privind procesul de prelucrare trebuie preluate ntr-

un anumit fel de alte elemente. n plus, orict de calificat ar fi un muncitor acesta poate

manevra destul de greu organele de comand ale mainilor-unelte clasice, n vederea realizrii

unor micri simultane ntr-o corelaie foarte bine stabilit. Pe baza acestor deziderate, s-a

Capitolul 3

15

ajuns la concluzia necesitii introducerii unui anumit grad de automatizare adic la

proiectarea i automatizarea unor elemente cu funcionare automat care s poat substitui

mcar parial intervenia uman.

Prelucrarea suprafeelor unei scheme pe o main-unealt cu comand numeric se

realizeaz prin programarea deplasrilor instrumentului de scriere n raport cu sistemul de

coordonate cartezian, legat de schema dorit. Denumirea sistemului vine de la matematicianul

i filozoful francez Renatus Cartesius, care a trit ntre anii 1596 si 1650. Sistemul de

coordinate cartezian are trei axe de coordinate perpendiculare ntre ele. Sensul pozitiv al

axelor sistemului cartezian este dat de Regula minii drepte, astfel c degetul din mijloc

indic sensul pozitiv al axei Z, degetul mare indic sensul pozitiv al axei X, iar degetul

arttor indic sensul pozitiv al axei Y; dup cum se poate vedea n figura 3.6 [8].

Figur 3.6 Regula minii drepte

n momentul n care instrumentul de desenat al schemei electrice se deplaseaz n

spaiul de lucru al unei maini-unelte CNC, fie n regim manual, fie n regim automat prin

program traiectoria acestuia trebuie msurat. Toatele axele numerice au un sistem de msur,

cu o anumit unitate de msur. Unitatea de msur depinde n majoritatea cazurilor de

rezoluia mainii. Incrementul minim de deplasare pentru maini de frezat este de 0,001 mm.

Cu alte cuvinte, 1 BLU = 0,001 mm. n figura 3.7 se poate observa rezoluia pentru un sistem

de coordonate.


16

Figur 3.7 Rezoluia sistemului de msur

La orice tip de deplasare, programatorul trebuie sa poat programa instrumentul de

desenare ntr-o direcie cunoscut. n cazul unei deplasri elementare, instrumentul se

deplaseaz ntre dou puncte de coordonate, ntre punctul iniial i final al deplasrii. Dup

cum n termeni matematici, un punct poate fi descris prin distan i direcie, acelai principiu

se aplic i n cazul mainilor-unelte CNC.

Avantajele mainilor-unelte cu comand numeric:

- flexibilitate complet pentru producerea unei noi scheme este nevoie doar de

programul CNC al acesteia;

- concentrarea mai multor operaii, realizate pe mai multe maini-unelte convenionale

ntr-o singur operaie care va fi realizat pe maina-unealt CNC;

- concentrarea mai multor faze n cadrul unei singure operaii

- precizie de prelucrare nalt

- erorile cauzate de operator sunt reduse foarte mult

- posibilitatea de prelucrare a unor scheme complexe

- productivitate nalt prin reducerea timpilor ajuttori.

n ceea ce privete dezavantajele unui CNC se poate include: meninerea n

funcionare poate s fie costisitoare i personalul responsabil cu proiectarea tehnologic i

operarea mainii necesit instruire temeinic.

Avnd n vedere tendinele de dezvoltare ale acestor maini-unelte n lume, dar i a

echipamentelor CNC este destul de evident importana utilizrii proceselor bazate pe

comanda numeric.

Comanda numeric este acum mai important ca oricnd, devenind fora conductoare

din industria prelucrrii metalelor, mbuntind nivelurile de productivitate.

Mainile-unelte cu comand numeric sunt mai rapide, mai precise i mai flexibile

acolo unde trebuie s fie prelucrate forme complexe i unde ar fi folosite n caz contrar,

operaiile manuale. Comanda numeric a ajuns s fie foarte utilizat i cunoscut pe scar

larg, prin capacitatea de prelucrare a produselor la un nivel ridicat de calitate, dar mai ales

economic fa de alte metode. Este eronat concepia prin care comanda numeric este

profitabil numai la serii mari, adevrul fiind chiar invers. O comparaie real ntre

prelucrrile CNC i metodele de prelucrare convenional indic beneficii mai rapide cu

Capitolul 3

17

producia CNC dect cu producia convenional. Eficiena prelucrrii cu ajutorul

echipamentelor cu comand numeric este faptul c sunt tot mai sigure n exploatare, uor de

utilizat i pot fi utilizate chiar i n regim neasistat de om [6].


18

Capitolul 4 ANALIZ I PROIECTARE

4.1 Sistemul TrioMotion. Structura hardware

4.1.1 Despre Controller-ul MC206X

Ca o definiie general un controller, este o structur electronic destinat controlului

unui proces sau, mai general, unei interaciuni caracteristice cu mediul exterior, fr s fie

necesar intervenia operatorului uman.

Apariia i utilizarea controller-ului de uz general a dus la o reducere consistent a

costurilor, dimensiunilor, consumului i o mbuntire a fiabilitii.

O definiie, cu un sens foarte larg de cuprindere, ar fi aceea c un controller este un

microcircuit care ncorporeaz o unitate central (CPU) i o memorie mpreun cu resurse

care-i permit interaciunea cu mediul exterior.

Resursele integrate la nivelul microcircuitului ar trebui s includ, cel puin,

urmtoarele componente:

unitate central (CPU)

memorie local tip ROM/ PROM/ EPROM/ FLASH i eventual una de tip RAM

un sistem de ntreruperi

I/O - intrri/ieiri analogice i digitale

un port serial de tip asincron i/sau sincron

un sistem de conversie analog numeric(una sau mai multe intrari analogice)

un sistem de conversie numeric analogic i/sau ieiri PWM

memorie de date nevolatil de tip EEPROM

un ceas de gard (timer de tip watchdog)

faciliti pentru optimizarea consumului propriu.

Utilizarea unui controller constituie o soluie prin care se poate reduce dramatic

numrul componentelor electronice precum i costul proiectrii i al dezvoltrii unui produs.

De asemenea utilizarea unui controller, orict de evoluat ar fi, nu elimin unele

omponente ale interfeei cu mediul exterior: subsisteme de prelucrare analogic (amplificare,

redresare, filtrare, protecie-limitare), elemente pentru realizarea izolrii galvanice

(optocuploare, transformatoare), elemente de comutaie de putere (tranzistoare de putere, relee

electromecanice sau statice).

Controller-ul utilizat pentru realizarea unui sistem de micare este cel de tip

MC(Motion Coordinator), reprezentat n figura 4.1.,care este ideal pentru a fi folosit aplicaii

care necesit micarea interpolat i desigur secvena de coordonate de micare. Seriile

centralizate de controllere ofer posibilitatea de scalare dar i o mare flexibilitate.

Scalabilitatea este oferit prin alegerea a doi controlori de baze i peste 15 opiuni de

circuite fiice (daughter boards). Aceste opiuni hardware pot fi utilizate mpreun cu driver-

ele pentru servo.

Controller-ul Motion Coordinator este programat cu ajutorul limbajului de programare

Motion Perfect 2, oferit gratuit. Software-ul utilizat este un instrument puternic de programare

multi-tasking, care poate s fie utilizat pentru realizarea unor funcii variate, ca de exemplu n

electronice, angrenaje, indici punct-la-punct dar i micare interpolat.

Controller-ul MC206X este un coordonator de micare, care utilizeaz tehnologia de

nalt performan dezvoltat pe 32 bii DSP, n virgul mobil, de ctre Trio Motion

Technology, oferind o vitez de calcul fr precedent, flexibilitate, dar i conectivitate.

MC206X ofer pn la patru axe de control servo sau control pas cu pas i o ax

principal pentru encoder. Controller-ul folosete tehnici avansate FPGA pentru a reduce

Capitolul 4

19

dimensiunile i face posibil potrivirea celor 4 axe de pas cu pas i circuit servo ntr-un design

compact de conectare pe ine DIN.

Figura 4.1 Controller-ul MC206X [9]

Controller permite extinderea cu ajutorul unui singur circuit auxiliar (daughter board),

utiliznd adaptorul opional P399. Acest circuit auxiliar poate s ofere control suplimentar

pentru axe sau pentru funciile de comunicaie.

n ceea ce privete intrrile i ieirile controller-ului, se cunoate faptul c are 16

optoisolated digital I/O (8 intrri, 8 bi-direcionale). Pentru fiecare ax este disponibil o

vitez mare de nregistrare a intrrilor pe hardware, pentru un control extrem de precis i

pentru liniile de asamblare. Modulul I/O poate s fie extins utiliznd modulele analogice i

digitale CANbus, oferite de ctre Trio Motion, pentru a putea oferi o suplimentare de 256 de

canale digitale de 24 voli i 32 de intrri analogice de 10 voli.

Controller-ul MC206X iniializeaz cu ajutorul software-ului 8 axe: sunt implementate

pn la 4 axe reale servo sau pas cu pas, dar poate fi adugat opional un circuit auxiliar.

Orice ax care nu este utilizat de hardware, poate s fie folosit ca o ax virtual pentru

realizarea ajutrilor necesare dar i pentru micrile de legtur.

Axele controller-ului care pot s fie iniializate sunt folosite astfel:

Axa 0: pas cu pas / servo / encoder




Axa 4: encoder

Axa 5: pentru circuitul fiic care este adugat opional

Axa 6 / 7: axe virtuale

Capacitatea de comunicare este foarte divers, astfel c MC206X conine dou porturi

seriale RS232, un port RS485, un port serial TTL i un canal CAN, pentru dotarea

standard. Adaptoarele sunt capabile s converteasc portul TTL la reeaua de fibr optic,

dezvoltat de Trio Motion. Porturile seriale RS232 i RS485 au posibilitatea de a fi

convertite pentru a rula protocolul MODBUS pentru PLC sau interfaa HMI.


20

Conexiunea dintre controller-ul MC206X i calculator se realizeaz cu ajutorul

comunicaiei USB, care a fost descris n capitolul anterior.

Figura 4.2 Conexiunile la controller-ul MC206X [10]

n figura 4.2 sunt prezentate conexiunile care se realizeaz la controller. n ceea ce

privete conexiunea CANBus, ilustrat n figura 4.3, aceasta este utilizat pentru a furniza att

tensiunea de 24 voli pentru controller, ct i pentru conexiunile de expansiune pentru

modulul de I/O.

Figura 4.3 Conexiunea CANBus [10]

Capitolul 4

21

Intrrile analogice 0 - 7 sunt coninute de primul conector al controller-ului,

reprezentate n figura 4.4 , care furnizeaz 10 bii pentru intrarea analogic standard.

Rezoluia intrrilor analogice este stabilit i ea va returna valori ntre 0 i 1023 care pot s

fie citite cu ajutorul parametrului AIN0. Intrarea analogic funcioneaz n mod corect dac se

alimenteaz cu tensiunea de 24 voli I/O.

Intrrile 04 pot fi utilizate ca intrri de nregistrare pentru axele 0 - 4 i sunt folosite

mpreun cu instruciunea REGIST.

Figura 4.4 Conector pentru intrrile analogice 0 7 [10]

Instruciunea REGIST(mode) captureaz poziia unei axe atunci cnd observ

nregistrarea intrrii sau marca Z pe encoder. nregistrarea se efectueaz de partea hardware

astfel nct ntrzierile software s nu afecteze precizia poziiei nregistrate. nceperea

nregistrrii se realizeaz cu ajutorul instruciunii REGIST(). Poziia exact este stocat se

poate observa, utiliznd instruciunea REG_POS. Pentru controller-ul MC206X nregistrarea

regitrilor se realizeaz pentru dou axe, astfel nct pot fi nregistrate dou axe simultan i

diferena lor n poziia determinat.

Parametrul mode poate s ia urmtoarele valori:

1 Poziie absolut atunci cnd marca Z se afl pe front cresctor;

2 Poziie absolut atunci cnd marca Z se afl pe front descresctor;

3 Poziie absolut atunci cnd intrarea R se afl pe front cresctor;

4 Poziie absolut atunci cnd intrarea R se afl pe front descresctor.

Intrrile 815 sunt coninute al doilea conector al controller-ului, prezentat n figura

4.5, care sunt folosite pentru alimentarea cu 24 de voli a intrrilor i ieirilor. Conexiunile I/O

sunt izolate de modulul intrrilor de tensiune. Canalele de I/O sunt bi-direcionale i pot fi

folosite att ca intrare ct i ca ieire. Intrrile au o protecie de 24 voli, utilizat ca surs

pentru ieirile conectate la acelai pin. Dac ieirea nu este folosit, atunci ea poate fi utilizat

ca o intrare n program.

Figura 4.5 Conector pentru intrrile de tensiune 8 -15 [10]


22

Amplificator de activare (watchdog) cu releu pe ieire este al treilea conector,

reprezentat n figura 4.6, conine un releu de contact intern utilizat pentru a activa

amplificatoarele externe atunci cnd controller-ul a pornit n mod corect i sistemul i

aplicaia sunt pregtite.

Amplificatorul de activare este un releu cu un set de contacte normal deschis.

Contactul releului este activat ntr-un circuit deschis dac controller-ul nu este conectat la

tensiune electric sau exist o eroare de urmrire pe una din axele de micare sau

programatorul seteaz instruciunea WDOG ca fiind inactiv.

Toate amplificatoarele pas cu pas sau servo trebuie s fie inhibate atunci cnd

amplificatorul de ieire este activat ntr-un circuit deschis.

Figura 4.6 Conector pentru amplificatoarele de activate releu ieire [10]

Controller-ul MC206X are un design pentru a putea suporta orice combinaie de

motoare pas cu pas sau servo, hardware-ul standard al controller-ului. Fiecare din primele 4

axe (0 3) poate s fie activat fie servo fie pas cu pas, n conformitate cu cerinele

utilizatorului. Ieirile pas cu pas / intrrile encoder-ului (Stepper outputs/ Encoder inputs) sunt

folosite pentru a realiza legtura ntre controller i servomotoarele pentru axele x, y, z.

n figura 4.7 sunt prezentate porturile pentru ieirile pas cu pas / intrrile enconderului

pentru cele 4 axe ale controller-ului MC206X, iar n partea dreapt este ilustrat schema

electric a unui port.

Figura 4.7 Porturile axelor 0 3 i schema electric a unui port [10]

Capitolul 4

23

Portul encoder-ului furnizeaz un curent limitat la 5 voli pe ieire, care este capabil s

alimenteze toate encoder-ele de pe controller.

n tabelul 4.1 este prezentat semnificaia pentru fiecare pin al portului ieiri pas cu

pas / intrrile encoderului.

Numrul pinului Axa servo Axa pas cu pas

1 Enc. A Pas +

2 Enc. /A Pas -

3 Enc. B Direcie +

4 Enc. /B Direcie -

5 GND GND

6 Enc. Z Boost +

7 Enc. /Z Boost -

8 5V 5V

9 Neconectat Neconectat

Shell Ecran Ecran

Tabel 4.1 Pinii portului ieiri pas cu pas/intrri encoder

Cardul Micro SD, reprezentat n figura 4.7, este un adaptor de memorie care folosit

mpreun cu MC206X ofer un un mod simplu de a transfera programele de pe calculator pe

controller fr o conexiune ntre acestea. Adaptorul de memorie este compatibil cu o gama

larga de carduri Micro SD, cu o capacitate de pn la 2 GB. Fiecare card trebuie s fie

formatat, cu ajutorul calculatorului, n FAT32 nainte s fie folosit de adaptorul de card SD.

Figura 4.7 Cardul i adaptorul de card SD [10]

4.1.2 Servodriver Digitax ST Plus

Servodriver-ele folosite pentru acest sistem de control al micrii sunt cele de tipul

Digitax ST Plus, de la compania Emerson. Aceste servodrivere au aprut pentru a ndeplini

cerinele clienilor, de a fabrica produse de dimensiuni ct mai mici i ct mai flexibile.

Servodriver-ele Digitax ST sunt optime pentru a fi folosite n aplicaii care necesit un

servo cuplu nalt, rspuns dinamic, uor de utilizat i caracteristici flexibile de integrare.


24

Digitax ST Plus dispune de un controller de micare functional, dedicat n special maini

performante care au nevoie de o reea drive-to-drive i de o sincronizare precis.

Servodriver-ele sunt destinate comenzii servomotoarelor, cu un curent alternativ

nominal de maxim 8A. Sunt dedicate n special pentru utilizarea n operaii de pick& place,

decupare dup contur,printare, sincronizare dup contur, bobinare, etc.

Structura unui servodriver precum i elementele componente ale acestuia sunt

prezentate n figura 4.8.

Figur 4.8 Servodriver ul Digitax ST Plus [11]

Keypadul servomotorului este format din dou rnduri orizontale de afiare cu 7

segmente de LED-uri. Partea de sus a afiajului arat starea unitii sau meniul curent i

numrul parametrului putnd fi vizualizat. Partea de jos a afiajului arat valoarea

parametrului sau tipul specific.

Sub afiaj se afl butoanele de programare care sunt folosite pentru a putea naviga prin

structura parametrilor sau pentru a schimba valorile parametrilor. n partea dreapta se poate

observa butonul M, Mod, care este utilizat pentru a schimba modurile de afiare, partea de

sus sau partea de jos; iar sub butonul Mod se gsete buton de Stop/Reset. Structura

keypadului este reprezentat n figura 4.9.

Keypad

Modelul

Port de

programare

I/O Analogice

I/O Digitale

Cuplu de

sigurant

inactiv

Releu de

ieire

Capitolul 4

25

Figur 4.9 Keypadul servomotorului [12]

Digitax ST Plus dispune de caracteristicile disponibile pentru driver-ul standard

mpreun cu funionaliti mai avansate, incluznd profile cu came i coordonator de micare.

Driver-ul este programat cu ajutorul software-ul CTSoft, care este inclus gratuit n

configuraia software a fiecrui servodriver. Caracteristicile avansate de micare sunt

configurate utiliznd funciile de micare din PLCopen din cadrul mediului de dezvoltare

automat Control Techniques SyPT Pro [13].

Reeaua drive-to-drive permite ca Digitax ST Plus s poat fi mai uor integrat

alturi de alte dispozitive automate cum ar fi HMI, PC, I/O i alte dispozitive din cadrul

Control Techiniques.

Digitax ST Plus ofer posibilitatea de a proteja codul surs creat de ctre utilizatori.

SyPT Pro poate s protejeze munca dumneavoastr, deoarece este posibil doar salvarea unei

versiuni software compilate nu i a codului surs, astfel nct ceilali clieni i competitorii s

nu poat accesa dect o versiune standard. Acest lucru reprezint o provocare pentru a

proiecta propriile seciuni standard ale mainii, independent de ali utilizatori.

Control Techniques permite un mod facil de a accesa setul complet de caracteristici

ale servomotorului. Software-ul creat permite optimizarea unitii de reglaj, configurarea unei

copii rezerv, configurarea controller-ului de micare i proiectarea reelei unitate-unitate.

Principalele caracteristici ale servomotorului Digitax ST Plus:

Alimentare monofazat 200/240V sau trifazat 200/240V i 380/480V;

Cuplu nominal n intervalul 0.72 19.3 Nm;

Asigur cuplu mare la pornire (57.7 Nm cuplu de vrf);

Curent nominal maxim 8A;

Ideal pentru aplicaii cu un control centralizat de la un controller de micare sau de la

un calculator industrial;

Intrri/ieiri analogice i digitale integrate;

Modul hardware pentru intrare i ieire simulat de encoder ncorporat;

Posibilitatea de ataare a dou module optionale (feedback, comunicaie, module de

intrri/ieiri) [14].

Control Techniques a creat cinci pachete principale de software:

CTSoft configurarea driver-ului i editarea indexului de micare

CTScope software pentru osciloscop n timp real

PowerToolsPro uor de folosit, toate driver-ele sunt incluse ntr-un singur software

de configurare a micrii Digitax ST EZ

SyPT Pro unitate de automatizare i mediul de programare al micrii

CTO PCServer server OPC n conformitate pentru interfaa software-ului


26

calculatorului cu unitatea Control Techniques [15].

Pachetele software pot s fie conectate utiliznd conexiunea Ethernet, CTNet serial

sau conexiunea USB. Conexiunea Ethernet permite ca unitile s fie accesate de la distan.

4.1.3 Servomotoare

Servomotoarele folosite n sistemul de control al micrii sunt cele de curent

alternativ, ideale pentru aplicaii n care se cere un cuplu mare i accelerri i decelerri

rapide.

Servomotorul Unimotor hd, ilustrat n figura 4.10, a fost proiectat folosind un proces

de dezvoltare dovedit ca prioritate n inovare i fiabilitate, aceasta ducnd la creterea

reputaiei att ca performane ct i calitate pentru Control Techniques. Aceste servomotoare

au fost proiectate pentru a putea fi folosite mpreun cu servodriver -ele Digitax ST.

Informaiile de pe acest motor pot fi folosite n mod automat pentru a optimiza setrile

drivere-lor, caracteristic care simplific punerea n funciune, mentenana, asigur

perfomane consistente i salveaz timp.

Alegerea dispozitivului corect pentru realizarea feedback-ului n cadrul aplicaiei

create, are un rol important pentru obinerea de performane optime. Unimotor pune la

dispoziie o serie de opiuni pentru a oferi diferite nivele de precizie i rezoluie pentru a se

potrivi ntr-o gam variat de aplicaii [17].

Figura 4.10 Servomotorul Unimotor hd [16]

Servomotorul are o gam larg de accesorii pentru a se potrivi cu specificaiile

sistemului.

Specificaiile tehnice ale servomotorului Unimotor hd:

uplu: 0.72Nm

Cuplu mare la raportul de inerie pentru performane ridicate

Compact dar i puternic

Energie mare pentru disiparea energiei

Grad de protecie IP 65: sigilat mpotriva apei pulverizate i prafului atunci cnd este

montat i conectat

Proiectarea statorului este segmentat

Verificat cu teste riguroase de performan i fiabilitate

Capitolul 4

27

Alimentare trifazata la 220 VAC;

Turatie nominala : 3000 rpm;

Echipat cu dispozitiv de feedback :

o Resolver: robust pentru aplicaii extreme

o Enconder incremental

o Encoder absolut

o SinCos

o SSI

o EnDat

o Hiperface

Figura 4.11 Plcua de identificare a servomotorului

n figura 4.11 sunt reprezentate simbolurile parametrilor care apar pe plcua de

identificare, iar apoi este prezentat semnificaia fiecruia:

Pole: indic numrul de poli

ICS: curentul de stant constant la temperatura de 140 C

Ke: acesta este tensiunea alternativ pentru 1000 rpm, cu motorul la temperatura de

20 C

Amb. : gama de temperatur ambiant

Nn: numrul de rotaii pe minut

Pn: puterea nominal

Kt: valoarea artat pentru magnetul motorului la temperatura de 20 C

Tcw: timp termic constant a nfurrilor cu privire la temperatura statorului

Mcs: cuplu de stand constant

MN: cuplu nominal

Insul. CI F: bobinajul se afl n clasa standard F

IP 65: gradul de protecie

Drive VPWM: indic faptul c motorul este folosit mpreun cu unitatea Voltage

Pulse Width Modulated, cu tensiunea de alimentare indicat

Brake: curentul, cuplul nominal i tensiunea de funcionare de frn sau N / A n

cazul n care frna nu este montat.

Setul de drivere i motoare oferite de Control Techniques, furnizeaz un sistem

optimizat din punct de vedere al randamentului, performanelor, costului i modului de


28

utilizare. Servomotoarele Unimotor sunt echipate cu SinCos sau Encodere absolute, acestea

oferind rezoluie i precizie nalt, n timpului procesului de fabricaie.

4.1.4 Surse n comutaie

Sursele n comutaie folosite pentru sistemul de control al micrii sunt cele produse

de compania Mean Well, care este ilustrat n figura 4.12.

Principalele caracteristici ale acestora sunt urmtoarele:

- curent alternativ de intrare universal / gama complet

- protecie mpotriva scurtcuitelor, suprasarcinii, supranclzirii sau mpotriva depirii

tensiunii de alimentare

- ventilaie prin convecie cu aer

- sursa este instalat pe ine DIN

- UL 508 (echipament industrial de control) aprobat

- indicator LED pentru pornire

- frecvena de comutare este fixat la 100 KHz.

Figura 4.12 Sursa de comutaie Mean Well

Specificaiile tehnice ale sursei de comutaie sunt:

Specificaiile caracteristice ieirilor:

- tensiune de alimentare: 24 V

- curent nominal: 2A

- gama de variaie a curentului: 0 - 2A

- putere nominal: 48 W

- gama de variaie a tensiunii: 480 mVp-p

- tolerana la tensiune: 21.6 ~ 26.4 V

- timpul de cretere: 800ms, 60 ms / 230 V AC

- timpul de ateptare: 60ms / 230V AC .

Specificaiile tehnice ale intrrilor:

- gama de variaie a tensiunii: 85 ~ 264V AC , 120 ~ 370V DC

- gama de variaie a frecvenei: 47 ~ 63Hz

Capitolul 4

29

- eficiena: 80%

- curent alternativ: 1.5A / 115V AC , 0.75A / 230V AC

- curent de cuplare: 28A / 115V AC, 56A / 230V AC

- curent untare: < 1 mA / 240V AC

Specificaii tehnice de protecie:

- suprasarcin: 105 ~ 150 % puterea nominal de ieire

- supratensiune: 17.25 ~ 20.25 V

Se recomand oprirea alimentrii cu tensiune, prinderea de diodele Zener.

- supranclzire: 135C, se detecteaz pe sursa de cldur a tranzistorului de

putere

Se recomand oprirea cu alimentrii cu tensiune, repornirea pentru a se redresa.

Specificaii tehnice n ceea ce privete mediul nconjurtor:

- temperatura de funcionare: -10 ~ +50C

- umiditate: 20 ~ 90% RH

- temperatura de depozitare: -20 ~ +85 C

- umiditatea de depozitare: 10 ~ 95% RH

- coeficient de temperatur: 0.03% / C ( 0 ~ 50 C)

- oscilaii: 10 ~ 500Hz, 2G 10 min/ 1 ciclu, perioad de 60 min de-a lungul

axelor x,y,z [17].

Figura 4.13 prezint dimensiunile sursei de comutaie utilizat pentru sistemul de

control, de asemenea indic i pinii acesteia.

Figura 4.13 Specificaiile mecanice ale sursei de comutaie

n tabelul 4.2 este prezentat atribuirea pentru pinii sursei de comutaie.

Numrul pinului Atribuire

1 AC / L

2 AC / N

3 FG

4, 5 IEIRE DC V

6, 7 IEIRE DC +V

8 LED

9 +VADJ

Tabel 4.2 Atribuirea pinilor pentru sursa de comutaie


30

Schema bloc a sursei de comutaie este format dintr-un filtru EMI, redresoare i

filtru, putere de comutare, control PWM, circuit de redresare, dup cum se poate observa n

figura 4.14.

Figura 4.14 Diagrama bloc a sursei de comutaie

4.1.5 ntreruptoare automate

ntreruptorul automat conine un comutator electric automat destinat s protejeze

circuitele electrice mpotriva scurtcircuitelor, astfel nct circuitul protejat s nu sufere

defeciuni din cauza efectelor provocate de un curent mai mare dect cel nominal.

Fa de siguranele electrice fuzibile, care dup fiecare declanare trebuie nlocuite

(deoarece se arde fuzibilul), ntreruptoarele automate trebuie doar reanclanate manual dup

nlturarea defectului sau ncetarea strii de suprasarcin, aceasta deosebindu-le de siguranele

automate care reanclaneaz singure n cazurile menionate.

Funcionalitatea ntreruptoarelor automate este urmtoarea: ntreruptoarele au n

construcie un releu electromagnetic, care comand declanri foarte rapide n caz de

scurtcircuit, care este, de altfel, i funcia principal a ntreruptoarelor. Curentul releului este

reglabil, i se alege mai mare dect al supracurenilor temporari de scurt durat, cum ar fi cei

ce apar la pornirea motoarelor electrice.

ntreruptoarele sunt fi prevzute i cu un releu termic. Acesta funcioneaz pe

principiul termo-bi-metalului, oferind o protecie temporizat la deschidere, n funcie de

suprasarcin.

ntreruptoarele automate pot fi prevzute i cu releu de detecie al curenilor reziduali,

numit i protecie diferenial, care detecteaz posibilele scurgeri de curent spre exteriorul

circuitului. Aceast protecie msoar suma curenilor prin cele trei faze, care n condiii

normale trebuie s fie zero, orice alt valoare (peste un anumit prag reglabil) ducnd la

alarmare sau ntreruperea circuitului.

Dac apare un scurtcircuit n primele momente ale acestuiasau al unei stri de

suprasarcin, ntreruptorul i circuitul protejat sunt strbtute de un supracurent mult peste

cel nominal. Cnd se deschid contactele ntreruptorului, ntre ele se formeaz un arc electric.

Rolul de stingere a acestui arc revine camerei de stingere a ntreruptorului. ntreruptoarele

automate folosite la tensiuni mari au ca mediu de stingere a arcului electric: vidul, gaze inerte,

(hexafluorura de sulf SF6) sau uleiul dielectric.

ntreruptoarele moderne sunt construite cu limitare de curent adic pn la un curent

maxim admisibil, astfel c n cazul unui scurtcircuit sau suprasarcini neadmisibile, curentul nu

poate atinge valoarea maxim teoretic. Curentul maxim pe care l poate ntrerupe un

ntreruptor poart numele de capacitate de rupere. n caz de depire a acestui curent,

ntreruptorul, dei declaneaz, datorit puterii electrice excesive conduse prin circuit este

posibil s nu reueasc s sting arcul electric format ntre contactele sale, curentul de

scurtcircuit sau cel limitat, circulnd n continuare, putndu-se produce avarii serioase n

instalaia protejat, respectiv el nsui se poate defecta sau i micoreaz considerabil durata

de via [18].

Capitolul 4

31

Caracteristici generale pentru ntreruptoarele automate MOLLER:

ntreruptor automat modular 1P+N ntr-un singur modul necesitnd staiu redus

pentru instalare

Indicator de poziie contacte rou verde

Born cu ghidaj izolant pentru cablare corect

Accesorii multiple, inclusiv cu montare ulterioar

Cureni nominali pn la 40 A

Caracteristici de declanare B, C

Capacitate de rupere nominal 4,5 kA conform IEC/EN 60898 [19].

n figura 4.15 este reprezentat ntreruptorul automat utilizat n cadrul sistemul de

control, produs de compania MOELER.

Figura 4.15 ntreruptor automat Moeller [20]

Caracteristici electrice:

- Tensiune nominal:230/400 V; 50/60 Hz-AC

- Capacitate de rupere:4.5 kA

- Caracteristica de declanare: C

- Sigurana fuzibil admis:Max. 100 A, >4.5 kA

- Gradul de protecie:Carcas turnat, IP 40

- Durata de via:> 8.000 cicluri [21].

Caracteristici mecanice:

- nlimea ferestrei/carcasei: 45/77 mm

- Limea carcasei: 17.5 mm pe pol (1 modul)

- Montaj: Cu cleme pe in DIN

- Terminale: Clem tip brid

- Protecia terminalelor: la atingere cu mna

- Conductorul maxim admis: 16 mm

- Grosime bareta interconectare: 0.8-2 mm

- Domeniu de temperatur: -5...+40 grade Celsius [21].

4.1.6 Sigurane automate

Siguranele automate sunt utilizate la protecia circuitelor electrice de suprasarcini,

prevenirea defeciunilor cauzate de scurtcircuite. Asigur respectarea normelor de securitate a


32

muncii i protecia mediului. Declanarea poate fi realizat cu bimetal (la suprasarcini),

declanator instantaneu electromagnetic (scurtcircuite) sau manual, n acelai timp avnd loc

i acionarea polilor.

Sigurana automat este un dispozitiv mecanic de comutare, care servete la:

decuplarea automat a circuitului electric de la reea, atunci cnd curentul

depete o anumit valoare maxim

conectarea manual circuitului electric la reea sau deconectarea de la aceasta.

Exist dou tipuri de protecii pe care le asigur aceste sigurane automate:

a) Protecia persoanelor: se asigur protecie fa de curenii periculoi prin

corp, n cazul tensiunilor nalte de contact datorate defeciunilor de izolaie, legturii la

mas.

b) Protecia contra incendiilor: se asigur o protecie a cablurilor i a

conductorilor mpotriva supranclzirii n caz de suprasarcin, scurtcircuit i

scurcircuit la pmnt.

Siguranele automate sunt utilizabile n toate instalaiile de joas tensiune, att n

construciile de locuine i utilitare, ct i n industrie. Graie diverselor variante i cu ajutorul

unei game cuprinztoare de accesorii (de ex. ntreruptoare auxiliare, ine, disjunctoare pentru

cureni de lucru i subtensiuni), vei gsi ntotdeauna soluia cea mai bun la diversitatea

exigenelor n diferite domenii i situaii aplicative. De exemplu pot s fie folosite n: sisteme

de distribuie casnice, sisteme de distribuie industriale, construcii de sisteme de comand,

sisteme de distribuie contorizate, electronic, tensiuni joase, instalaii solare i multe altele.

Sigurana automat utilizat pentru sistemul de control al micrii utilizat n acest proiect sunt

prezentat n figura 4.16.

Figur4.16 Sigurana automat Schneider [22]

Specificaii tehnice ale siguranelor automate:

Tensiune nominal de lucru: 230 / 400 V AC

Fiabilitate electric: min. 6000 acionri

Fiabilitate mecanic: min. 20000 acionri, carcas rezistent la ocuri i

radiaii UV

Grad de protecie: IP 40

Montare: in de montaj 35x7,5mm

Conexiune: clem cu urub

Seciune clem: 1,0 25 mm2

Plombare: se poate plomba n poziie oprit

Temperatura mediului: -25 C...+55 C

Declanorul termic este inaccesibil din exterior [28].

Capitolul 4

33

Pentru a putea determina caracteristice de funcionare, cerinele structurale, dar i

eventualele teste se folosete norma EN 60898.

Pe sigurane, sarcina maxim admis scade n raport cu temperatura mediului. Cnd se

face dimensionarea siguranelor, n situaia n care se monteaz mai multe sigurane una lng

alta ntr-un tablou, trebuie luat n calcul creterea temperaturii din interiorul tabloului. De

regul, temperatura de referin la sigurane este de 40 C.

4.2 Programul Motion Perfect 2

Sistemul software utilizat este Motion Perfect 2, o aplicaie pentru calculator, care este

proiectat pentru a fi utilizat mpreun cu gama de controllere de micare multi tasking

Motion Coordinator.

Pentru a programa controller-ul MC206X, este necesar conexiunea USB dintre acesta

si calculator.Odat ce utilizatorul este conectat la controller are posibilitatea de a dezvolta

ntr-un mod uor i rapid programele de control.

Motion Perfect 2 ofer utilizatorului posibilitatea de a folosi o interfa Windows

pentru a configura controller-ul, dezvoltarea rapid a aplicaiilor i nu n ultimul rnd o

verificare n timp real a proceselor care se execut pe controller.

Pentru folosirea n condiii optime a aplicaiei Motion Perfect 2 sunt necesare

urmtoarele cerine:

Procesor: Clasa Pentium, care funcioneaz la 1GHz;

Memorie RAM: 256 Mb;

Spaiu pe hard disk: 20 Mb;

Sistem de operare: Windows 2000, Windows XP;

Display: 1024 x 768;

Conexiune: port serial RS 232 sau port USB. [manual Motion Perfect 2]

4.2.1 Conectarea la controller

Este indicat ca nainte de a rula aplicaia software, s se verifice dac exist o

conexiune ntre Motion Coordinator i un port USB disponibil al calculatorului. Apoi se poate

porni Motion Perfect 2 pe calculatorul pe care se va realiza programul surs, iar n momentul

n care este detectat controller-ul va aprea fereastra de mai jos. Fereastra de conectare la

controller conine o zon mic de mesaje, n partea din stnga jos, unde se afieaz informaii

despre starea n care este procesul de conectare. n aceast lucrare, Motion Perfect 2 este

conectat la controller-ul MC206X utiliznd o conexiune USB, prezentat n figura 4.18.

Figura 4.18 Conectare controller


34

Pentru a putea folosi Motion Perfect este important nelegerea conceptului de

proiect. Proiectul ajut la realizarea procesului de proiectare i dezvoltare a aplicaiilor, prin

furnizarea unei copii a programelor de pe controller. Odat ce a fost definit un proiect, Motion

Perfect asigur pstrarea unei consistene ntre programele de pe controller i fiierele de pe

calculator. n momentul n care se dorete salvarea sau editarea programelor de pe controller,

acestea sunt salvate n mod automat i pe calculator, ceea ce nseamn c nu mai trebuie

realizat transferul fiierelor pe controller.

nainte de a se realiza conexiunea controller calculator, se realizeaz o verificare a

proiectelor. n cazul n care sunt identice, conexiunea s-a realizat cu succes, iar utilizatorul

poate s foloseasc Motion Perfect 2, dup cum este ilustrat n figura 4.19.

Figura 4.19 Ferestra de verificare a proiectelor realizat cu succes

n cazul n care programele difer, atunci sunt puse la dispoziia utilizatorului o serie

de opiuni pentru a modifica programele astfel nct acestea s fie identice.

Opiunile oferite de Motion Perfect 2 sunt urmtoarele:

Save: salveaz coninutul controller-ului pe hardisk.

Aceast opiune se folosete n cazul n care se conecteaz pentru prima dat

controller-ul la calculator i nu este salvat nici un proiect pe calculator sau

dac apar inconsistene la verificarea proiectelor i se tie cu siguran c

versiunea de pe controller este cea corect. n acest caz, fiierele cu nume

identic vor fi nlocuite cu varianta de pe controller.

Load: ncrc fiierele de pe calculator pe controller.

Aceast opiune se utilizeaz dac se dorete ncrcarea ntregului proiect de pe

calculator pe controller sau dac apar inconsistene la verificare, iar versiunea

de pe calculator este cea corect. n acest caz ntregul coninut al controller-

ului va fi nlocuit.

Change: modific proiectul de pe calculator pentru a-l compara cu...

Aceast opiune se folosete doar dac s-a muncit la mai multe proiecte

simultan, iar proiectul de pe controller se poate s nu fie ultimul proiect

memorat n Motion Perfect 2. n acest caz, se poate selecta alt proiect de pe

calculator, iar apoi se poate realiza o verificare nou a proiectului dup care se

repet procesul de mai sus.

New: creeaz un nou proiect.

Capitolul 4

35

Coninutul controller-ului va fi ters i un nou proiect va fi creat pe calculator.

Atunci cnd se creeaz un proiect nou, Motion Perfect 2 va crea un nou

director cu numele proiectului n care voi fi salvate programele, la care va fi

adugat extensia .prj.

Resolve: aceast opiune trebuie s fie folosit atunci cnd este selectat

proiectul corect, dar exist unul sau mai multe fiiere care difer ntre

versiunea de pe controller i cea de pe calculator sau nu exist n ambele

locaii. n acest caz, va trebui s fie aleas versiunea care este considerat a fi

corect, fie cea de pe controller fie ceea de pe calculator. De obicei, atunci

cnd se ncarc proiectul dup ce calculatorul a dat anumite erori, este

recomandabil s se salveze versiunea de pe controller.

Cancel: anuleaz procesul de conectare i va rula Motion Perfect 2 n modul

deconectat.

Dup ce proiectul a fost verificat i nu au aprut probleme la conectare, se creeaz n

mod automat o copie dup fiierele existente n calculator. Ilustrarea unei conexiuni euate a

controller ului la aplicaia software este prezentat n figura 4.20.

Dac aplicaia Motion Perfect 2 nu a fost folosit un interval de timp limitat, atunci se

va realiza deconectarea automat a controller-ului.

Figura 4.20 Fereastra de verificare a proiectelor euat

4.2.2 Configuraia harware a controller ului

Configuraia hardware a controller-ului poate fi acum vizualizat accesnd din meniul

Controller al aplicaiei Motion Perfect 2, opiunea Controller configuration.

Se va deschide o fereastr n care va fi afiat pentru controller-ul utilizat, n cazul

nostru MC206X, configuraia care este urmtoarea:

Versiunea sistemului software: 1.67

Perioada servo: 1000 us

Axele 0 i 1 sunt de tipul servo

Axa 2 este de tipul pas cu pas (stepper)

Axa 4 este de tipul encoder

Comunicaie USB n slotul 1

Intrri digitale: 0 15

Ieiri digitale: 8 15

Intrri analogice: 32 - 32

Ieiri analogice.


36

Configurarea controller-ului pe baza configuraiei de mai sus este prezentat n figura

4.21.

Figura 4.21 Configuraia harware a controller-ului MC206X

4.2.3 Setarea constantelor servo

Sistemele servo controleaz motorul prin ajustarea constant a tensiunii de ieire, care

ofer o vitez dorit de utilizator pentru unitatea de servo. Viteza dorit este elaborat innd

cont de poziia msurat a axei de la encoder i comparnd-o cu poziia generat de ctre

Motion Coordinator.

Poziia dorit este schimbat n mod permanent de ctre Motion Coordinator pe

parcursul realizrii unei micri. Diferena ntre poziia dorit ( unde se dorete ca motorul s

ajung) i poziia msurat ( unde se afl n acest moment motorul) a fost definit ca eroare de

urmrire.

Controller-ul are setat din fabricaie eroare de urmrire de 1000 de ori pe secund i

reactualizeaz tensiunea de ieire n concordan cu funcia servo.Controller-ul Motion

Coordinator are integrate 5 constante care controleaz modul n care funciile servo genereaz

tensiunea de ieire de la eroarea de urmrire, prezentate n tabelul 3.3.

Constanta Numele parametrului Valoarea predefinit

Constanta proporional P_GAIN 1.0

Constanta Integrativ I_GAIN 0.0

Constanta Derivativ D_GAIN 0.0

Constanta Viteza de ieire OV_GAIN 0.0

Constanta Viteza FeedForward VFF_GAIN 0.0

Tabel 4.3 Constantele integrate n controller-ul Motion Coordinator

Pentru diferite valori ale regulatoarelor se pot obine:

Vitez constant a motorului obinut prin utilizarea valorilor sczute ale

constantelor proporionale, dar adugnd constanta viteza de ieire(output velocity)

se introduce o amortizare constant n contul unei erori de urmrire mai mari.

Erori de urmrire mici n timpul unui ciclu micare complet: obinut prin

utilizarea vitezei feedforward pentru a compensa eroarea de urmrire mpreun cu

valori ridicate ale regulatoarelor proporionale.

Realizarea exact a punctelor la sfritul micrii: obinut prin folosirea

constantei integrative mpreun cu constanta proporional.

Capitolul 4

37

n figura 4.22 se poate observa interpretarea comenzii dintr-un program al soft-ului,

precum i modul n care constantele pentru servo sunt folosite n bucla de control.

Figura 4.22 Diagrama pentru bucla servo

Feedback - ul

encoderului

Interpretarea comenzii

TrioBASIC

Profil de vitez /

FE

DPOS

MPOS

P_GAIN I_GAIN D_GAIN VFF_GAIN

OV_GAIN Tensiune de ieire forat

DAC

Rezultatul cereri de

viteza

Cerere de vitez

PP STEP

Decodor quad.

puls

Convetor digital - analogic

DAC_OUT

Amplificator

Servo

Servo

On/ off

MSPEED

Viteza de referin 10V

DPOS = cererea de

poziie

MPOS = poziia

msura

MSPEED = viteza

msurat

FE = eroare de

urmrire


38

Constanta proporional:

- creeaz o tensiune de ieire care este proporional cu eroarea de urmrire;

- valori prea ridicate ale constantei duc la apariia oscilaiilor;

- valori prea mici ale constatei duc la apariia erorii de urmrire.

Op = Kp x E

Constanta integrativ

- creeaz o ieire care este proporional cu suma erorilor care apar pe

parcursul funcionrii sistemului.

- prin adugarea unei constante integrative la sisteme servo se poate observa

reducerea erorii de pozitie atunci cnd se afl n repaus sau n micare n mod

constant, dar va duce la apariia sau chiar la creterea suprareglajului. n unele cazuri

pot s apar oscilaii.

- constanta integrativ poate s duc la apariia suprareglajului, deci este uzual

folosit doar la sistemele cu vitez constant sau cu o accelerare uoar.

Oi = Kix

Constanta derivativ

- produce o ieire care este proporional cu rata de schimb din eroarea de

urmrire i grbesc rspunsul pentru schimbrile din eroare, dar meninnd constant

stabilitatea relativ.

- prin adugarea constantei derivative unui sistem este posibil s se produc un

rspuns constant;

- constanta permite folosirea unei valori mai ridicate a constantei proporionale

dect ar putea fi folosit n mod normal.

- valori ridicate ale constantei de derivare pot s conduc la oscilaii.

Od = Kd x e

Constanta viteza de ieire (Output Velocity Gain)

- este o constant care este multiplicat cu schimbarea care apare n poziia

msurat.

- aceast constant duce la creterea sistemului de amortizare, ducnd la

crearea unei ieiri care este proporional cu schimbrile care apar la poziia msurat;


msurat, iar rezultatul este nsumat cu celelalte constante i mai apoi este aplicat la

servo;

- adugarea unei valori negative la aceast constant este echivalentul adugarii

amortizrii;

- constanta poate fi folosit pentru micri constante, dar genereaz erori de

urmrire foarte mari;

- permite utilizarea unei valori mai mari a constantei proporionale dect poate

fi folosit n mod normal;

- valori ridicate ale constantei pot s conduc la apariia oscilaiilor, dar i la

erori de urmrire ridicate

Oov = Kov x Pm

Constanta viteza feedforward (Velocity feedforward Gain)


dorit.

- ca micare este creat prin utilizarea erorii de urmrire la viteze mari, care

poate s fie destul de semnificativ.

- pentru a preveni acest lucru, constanta viteza feedforward creeaz o ieire

proporional pentru a fi schimbat n poziia dorit, astfel nct s fie creat micarea

fr a fi necesar prezena erorii de urmrire.

Ov = Kvff x Pd

Capitolul 4

39

- aceast constant poate fi setat prin minimizarea erorii de urmrire la o

vitez constant, dar numai dup ce celelalte constante au fost setate.

4.2.4 Meniul aplicaiei Motion Perfect 2

Meniul principal al Motion Perfect 2 cuprinde urmtoarele submeniuri, prezentate n

figura 4.23:

Project: conine opiuni pentru crearea, ncrcarea sau salvarea proiectelor Motion

Perfect, dar i ncrcarea / salvarea fiierelor de pe calculator i datelor din tabele;

Controller: conine opiuni pentru afiarea informaiilor despre controller, include

conectarea / deconectarea i verificarea informaiilor legate de configurare;

Program: conine opiuni specifice de program: crearea, editarea i rularea sarcinilor

de pe controller;

Tools: accesul la instrumentele Motion Perfect. Aceste opiuni sunt disponibile i din

bara de instrumente;

Options: configurarea mediului Motion Perfect. Include opiuni pentru a iniializa

porturile pentu comunicaii i pentru a personaliza ecranul editor;

Window: controleaz aspectului spaiului de lucru pentru Motion Perfect;

Help: accesul la fiierele de ajutor i informaii despre versiunea aplicaiei software

utilizat.

Figura 4.23 Meniul principal al Motion Perfect 2

Meniul Contr

Proiect de disertatie.pdf

Documents

Transcript of Proiect de disertatie.pdf