Разработка системы управления роботом

      (1)

      (кОм)

     Принимаем стандартное значение R3-R5, R9-R12,R22,R23: Резистор МЛТ-0,125 47 кОм

      В мостах силовых ключей применяются  диоды-шоттки VD3 … VD6, которые предохраняют транзисторы, сбрасывая излишнюю энергию. Выбраны диоды 123NQ080.

     Для интерфейса RS-232 выбран приёмопередатчик MAX232. Питание от 5 В. В схеме подключения, предложенной производителем, используются следующие элементы:

     – конденсаторы C4-C7 ёмкостью 1мкФ, С9 ёмкостью 10мкФ (Jamicon 1 мкФ, Jamicon 10 мкФ);

     Для формирования стабилизированного напряжения VCC для питания микроконтроллера MSP430 и формирования сигнала сброса используем прибор TPS77133 производства компании TI. Питается от 5В. Для корректной работы применены следующие элементы:

      – конденсатор С3 ёмкостью 0,1 мкФ, С8 ёмкостью 2,2 мкФ (K73-16 0,1 мкФ и Jamicon 2,2 мкФ);

     – резистор R8 номиналом 120 кОм (МЛТ-0,125 120 кОм).

 

2 Разработка схемы алгоритма управления двигателем постоянного тока 

      Необходимо  разработать алгоритм для управления двигателем постоянного тока с персонального  компьютера. 

2.1 Разработка схемы алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150 

      В функции программируемого логического  контроллера ОВЕН ПЛК-150 входит связь  с компьютером по интерфейсу передачи данных RS-232, принятие данных с компьютера, их обработка и выдача управляющих сигналов. Если требуется увеличить скорость вращения двигателя постоянного тока, то на дискретный выход 1 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение 0,3 секунды, если требуется уменьшить скорость вращения двигателя постоянного тока, то на дискретный выход 2 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение этого же времени.

      Схема алгоритма работы ПЛК представлена на рисунке 7.

 

     Рисунок 7. Схема алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150.

 

2.2 Разработка схемы алгоритма работы PIC16F628A 

      В функции микроконтроллера PIC16F628A входит:

– получение данных от ОВЕН ПЛК-150 и их передача MSP430C1101;

– передача текстового сообщения на персональный компьютер через интерфейс RS-232 по протоколу связи UART.

     Схема алгоритма работы PIC16F628A представлена на рисунках 8,9.

     Рисунок 8. Схема алгоритма работы PIC16F628A. 

     Рисунок 9. Схема алгоритма работы PIC16F628A.

 

2.3 Разработка схемы алгоритма работы MSP430C1101 

     Микроконтроллер постоянно опрашивает состояние входов и при изменении уровня напряжения увеличивает или уменьшает скважность ШИМ. Схема алгоритма работы MSP430C1101 представлена на рисунке 10.

     Рисунок 10. Схема алгоритма работы MSP430C1101. 

     Рисунок 10. Продолжение.

 

2.4 Разработка схемы алгоритма включения ДПТ 

     Схема алгоритма включения ДПТ показана на рисунке 11.

      При нажатии на кнопку «Пуск» происходит запуск системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.

      При нажатии на кнопку «Стоп» происходит останов системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.

     Рисунок 11. Схема алгоритма включения ДПТ.

 

2.5 Схема алгоритма работы энкодера 

     Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера) показана на рисунке 12.

     Рисунок 12. Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера).

     Рисунок 12. Продолжение.

 

3 Разработка программы управления двигателем постоянного тока 

      Программы для ОВЕН ПЛК-150УL, MSP430C1101 и PIC16F628A написаны в соответствии с разработанными ранее алгоритмами. Текст программы находится в приложении Б. Результаты вычислительного эксперимента представлены ниже.

     На  рисунке 13 изображена визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.

     Рисунок 13. Визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.

      На  рисунке 14 изображено окно HyperTerminal’a после принятия данных от микроконтроллера через интерфейс RS-232.

 

     Рисунок 14. Окно HyperTerminal’a .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     В данной выпускной бакалаврской работе разработан блок управления двигателем постоянного тока на основе программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 и микроконтроллера MSP430C1101. Данное мехатронное изделие представляет собой функционально законченное электронное устройство, предназначенное для управления двигателями постоянного тока с номинальным напряжением до 12 вольт.

     Для питания блока используются стабилизированные источники питания постоянного тока. В качестве датчика обратной связи был выбран энкодер, установленный внутри корпуса блока. Величина напряжения питания 5 В, потребляемый ток менее 100 мА, разрешение энкодера 32000 имп./об. В блоке используется метод управления двигателем с помощью широтно-импульсной модуляции. Такой способ позволяет эффективно управлять двигателями как малой, так и большой мощности. Регулирование скорости двигателя с помощью ШИМ дает более высокий КПД.

     Был разработан алгоритм работы микропроцессорного устройства, описывающий порядок подачи управляющего сигнала на двигатель. Hа основе алгоритма составлен программный код, обеспечивающий корректную работу блока управления двигателем постоянного тока. Спроектированы следующие чертежи: схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы, перечень элементов к схеме электрической принципиальной, схема электрических соединений, чертеж печатной платы микропроцессорной системы, сборочный чертеж микропроцессорной системы, спецификация микропроцессорной системы, сборочный чертеж блока управления шаговым двигателем и спецификация к нему.

     Все это позволило познакомиться  с организацией и основными этапами  проектирования электронных устройств, усвоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию, закрепить  и углубить знание методов расчета электронных цепей, познакомиться с элементной базой и получить представление о способах компоновки элементов, убедиться, что современное проектирование и производство электронной аппаратуры базируется на всеобъемлющей системе государственных и отраслевых стандартов.

     Разработанное устройство может использовать в  тех областях промышленности, где  требуется точное перемещение и  точность позиционирования. Корпус блока  обладает достаточной прочностью. Существует возможность применения спроектированного блока в паре с двигателем в довольно сложных и ответственных устройствах. Обладает большим ресурсом и сроком службы.  

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов/ Б. Ю. Семенов. М.: Солон-Р, 2001. 126 с.

2. Хорвиц П. Искусство схемотехники. Пер. с англ. М.: Мир, 1993.

3. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам.                    К.: Техника, 1984. 424 с.

4. Касаткин А.С. Электротехника. Учеб. пособие для вузов. 4-е изд.                     М.: Энергоатомиздат,1983. 440 с.

5. Брускин Д.Э. Электрические машины: В2-х ч. Ч1: Учеб. пособие для вузов.      М.: Высшая школа,1987. 319 с.

6. Романычева  Э.Т.  Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1989. 448 с.

7. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия, 1974. 840 с.

8. Сентурия С., Уэдлок Б. Электронные схемы и их применение. М.: Мир, 1977.                 600 с.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

(Обязательное) 

Настройка и конфигурирование ПЛК в среде программирования CoDeSys 

     После инсталляции среды CoDeSys следует выполнить  инсталляцию Target-файлов. В Target-файлах содержится информация о ресурсах программируемых  контроллеров, с которыми работает CoDeSys.

     Инсталляция Target-файлов производится при помощи утилиты InstallTarget, устанавливающейся  вместе со средой программирования.

     Выбор требуемого Target-файла показан на рисунке А.1.

     Рисунок А.1. Выбор требуемого Target-файла.

     Настраиваем входы и выходы ОВЕН ПЛК-150 в PLC Configurator.

     Цифровой вход 0 будет подключен к фотоимпульсному датчику (энкодеру). На аналоговые выходы будет поступать высокий или низкий уровень сигнала, характеризующий увеличение или уменьшение вращения двигателя постоянного тока. 

     Настройка конфигуратора изображена на рисунке  А.2.

     Рисунок А.2. Настройка конфигуратора.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

(Обязательное) 

Разработка  программы 

     Для программирования ОВЕН ПЛК-150 воспользуемся языками SFC, FBD и ST среды программирования CoDeSys.

Текст программы  представлен на рисунках Б.1-Б.3.

     Рисунок Б.1. Текст программы на языке SCF

     Рисунок Б.2. Текст программы на языке FBD

     Рисунок Б.3. Текст программы на языке ST. 

     На  рисунке Б.4 изображена визуализация проекта.

     Рисунок Б.4. Визуализация проекта.

     Текст программы для микроконтроллеров  PIC16F628A представлен на рисунках Б.5-Б.6.

             LIST P=16F628A, R=hex    ; Use the PIC16F628 and decimal system

             #include "P16F628A.INC"  ; Include header file

     __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _BODEN_OFF & _PWRTE_OFF & _INTRC_OSC_NOCLKOUT & _MCLRE_OFF & _LVP_OFF

           TEMP EQU 070h

           TEMP1 EQU 072h

           COUNT EQU 074h

           COUNT1  EQU 076h

           ORG    0x000            ; Program starts at 0x000

     begin

     ;

     ; ----------------

     ; INITIALIZE PORTS

     ; ----------------

     ;

           movf PORTA,F   

           movf PORTB,F    

           bsf STATUS,RP0   

           movlw B'00000000'

           movwf TRISA  

           movlw B'00001001'

           movwf  TRISB 

           movlw B'10000000'

           movwf OPTION_REG 

           bcf STATUS,RP0 

           movlw B'00000000'

           movwf PORTA    

           movlw B'00000000'

           movwf PORTB

     ;

     ; ---------

     ; MAIN LOOP

     ; ---------

     ;

           movlw 00h

           movwf TEMP

           movlw 00h

           movwf TEMP1

           movlw 04h

           movwf COUNT

     Рисунок Б.5. Текст программы для PIC16F628A.