ZIP 2012 Podst automat cz3

Podstawy automatyzacji

Kurs ARM 009041W

dr in

. Zbigniew Smalec, pok.3.19 B

Kierunek studiów: ZIP - stacjonarne

I-stopie , III rok, sem. 6-letni

Rok akad. 2011/12

Politechnika Wrocławska

W y d z i a ł M e c h a n i c z n y

Instytut Technologii Maszyn i Automatyzacji

Wrocław, 2012

3 (1 – 144)

NC:

NC: Numerical Control (sterowanie numeryczne) -

ektroniczne uk

ady

sterowania obrabiarek, kt

re przetwarzaj

informacje

steruj

ce w postaci

znak

w alfanumerycznych, w kt

rych zdefiniowany jest ci

g krok

obr

bkowych

CNC:

CNC: Computerized Numerical Control (komputerowe sterowanie numeryczne) -

ad s

terowani

numeryczne

, w kt

rym funkcjonalno

jest realizowana

przy pomocy mikroprocesor

Uwaga: CNC odpowiada aktualnemu stanowi techniki i dlatego te obecnie

powszechnie u ywa si okre lenia NC zamiast CNC.

ady sterowania numerycznego zawieraj

• urz dzenia regulacyjne dla ruchu osi z oddzielnymi nap dami,
• urz dzenia przetwarzania danych:

- do przetwarzania znaków alfanumerycznych i znaków specjalnych,
- do zapami tywania, obliczania i wykonywania funkcji logicznych.

Osie numeryczne

• realizuj warto ci zadane przemieszcze ,
• ka da z nich ma własny regulowany nap d oraz
• elektroniczny układ pomiarowy.

Cechy układów sterowania numerycznego NC/ CNC

1938 Schanon uznaje binarne przetwarzanie danych za w

a ciwe rozwi zanie w realizacji z

o onych

oblicze z wykorzystaniem elementów elektronicznych

1949-52 John Parsons i MIT (USA) opracowali uk

ad sterowania numerycznego NC obrabiarki z:

- zapami tywaniem pozycji na kartach dziurkowanych,
- automatycznym odczytem kart dziurkowanych,
- wyprowadzaniem pozycji i interpolacj warto ci po rednich,
- wysterowywaniem serwomotorów.

1952 Uruchomienie obrabiarki NC z uk

adem sterowania zbudowanym na lampach elektronowych

1958 Pierwszy symboliczny j zyk programowania APT
1959 Uk

ady NC w technice tranzystorowej

1968 Wprowadzenie techniki IC do budowy uk

adów sterowania

1969 Pierwsze instalacje DNC (ang. Direct Numerical Control) w USA
1972 Pierwsze układy CNC (ang. Computerized Numerical Control)
1976 Zastosowanie mikroprocesorów w uk

adach sterowania

1979 Sprz enie CAD/CAM (ang. Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing)
1984 Wprowadzenie WOP (niem. Werkstattorientierte Programmierung)
1986-87 Wprowadzenie CIM przez zastosowanie standardowych interfejsów komunikacyjnych
1990 Cyfrowe interfejsy nap dów
1992 Otwarte uk

ady CNC

1994 Wprowadzenie NURBS i

a cucha procesów CAD/CAM/CNC

1996 Cyfrowa regulacja nap dów i interpolacja dok

adna z rozdzielczo ci <0.001 µm

Rys historyczny rozwoju techniki NC (kamienie milowe)

Rozwój układów sterowania numerycznego NC/CNC

Sprz t (układy

sterowania NC)

Oprogramowanie (układy

sterowania CNC)

Czas

ródło: Salib

Relacja kosztów

oprogramowanie /

sprz t

Zakres

funkcyjny

Przeka nikowe NC

Lampowe NC

Tranzyst.

NC w technice układów

scalonych IC

CNC

Mikroprocesorowe

CNC

ESW

CAM

WOP

Obsługa graficzna

CIM

ONC

Koszty elementów

Wielko sprz tu

Rozwój techniki NC/CNC

1950

1960

1970

1980

1990

2000

Lampy elektronowe

Techn. tranzyst.

Techn. IC

Mini- i mikroprocesory (CNC)

Frezarki NC do zastosowania w przemy le

Obrabiarki NC dla innych technik wytwarzania

Równol. ukł. kinemat.

Opracowanie pierwszej frezarki NC

(CNC)

Binarne ta my perfor.

Symboliczny j zyk programowania APT, tworzenie pliku CLDATA

Format PN-ISO 6983 (DIN 66025), tzw. G-kody

Graficzne wspomaganie programowania

NURBS

kł

Rok

Rozwój układów sterowania numerycznego NC/CNC

1960

1970

1980

1990

2000

Rok

100

Cena

Przeka niki i lampy

Tranzystory

Minikomputery (CNC1)

Mikroprocesory (CNC2)

Jednoprocesorowe

CNC (CNC3)

VLSI, Technika SMD

PC-NC (CNC4)

Zakres funkcyjny i mo liwo ci

(moc obliczeniowa) NC

IC (ang.

Integrated Circuits)

VLSI (ang.

Very Large-Scale Integration)

SMD (ang.

Surface Mounted Devices)

PC-NC – układ CNC zintegrowany z PC

Przygotowanie

wytwarzania, wydział

produkcyjny

Ta ma perforowana, ta ma

magnetyczna, zintegrowana pami

elektroniczna np. RAM,

bubble memory

Sterowanie

pozycjonuj ce lub

kształtowe o du ej

dokładno ci

Sterowanie

numeryczne CNC

Obrabiarka

Ta ma

magnetyczna,

pami

Ta ma

magnetyczna,

pami

Sterowanie

punktowe,

odcinkowe lub

kształtowe

Sterowanie z

odgrywaniem

(metoda

Play-back)

Przygotowanie

wytwarzania

Rysunek

Sterowanie

odcinkowe lub

kształtowe

Sterowanie wg

wykre lonych

kraw dzi

Budowa

oprzyrz dowania

Szablony lub

modele

Szablony lub

modele

Sterowanie

odcinkowe lub

kształtowe

Sterowanie

kopiuj ce

Budowa

oprzyrz dowania lub

przygotowanie

wytwarzania

Arkusz

programowy,

wtyk diodowy

Listwa

zderzakowa

Pozycjonowanie

Sterowanie

zderzakowe z

wybierakiem

krzy owym

Budowa

oprzyrz dowania lub

przygotowanie

wytwarzania

Wtyk programowy

Listwa

zderzakowa

Pozycjonowanie ze

sterowaniem

odcinkowym

Sterowanie

zderzakowe z

wtykami

programowymi

Budowa

oprzyrz dowania

Układ poł cze

Listwa

zderzakowa

Pozycjonowanie

Sterowanie

zderzakowe

Budowa

oprzyrz dowania

Krzywka tarczowa

Pozycjonowanie

Sterowanie

mechaniczne

Tworzenie programu

Pami

informacji

o przeł czeniach

Pami

informacji

o drodze

Zadanie obróbkowe

Rodzaj układu

sterowania

Rozwój układów sterowania obrabiarek

Pierwsza obrabiarka sterowana numerycznie

– MIT/ Boston (USA) 1953 r.

Przykłady obrabiarek sterowanych numerycznie

Intuicyjny interfejs człowiek-maszyna HMI
Programowanie zorientowane warsztatowo (WOP)
Minimalne czasy przetwarzania bloków
Minimalny czas cyklu regulacji poło enia
Wysoka jako czasu rzeczywistego
Funkcja

Look Ahead

Funkcja

Feed Vorward Control

Zaawansowane metody interpolacji (np. spline)
Otwarto na rozszerzenia specyficzne dla firmy
Mo liwo

Upgrade

Zasadnicze wymagania dla układów sterowania

numerycznego

Wymagania dla układów sterowania

numerycznego i obrabiarek CNC

Wa ne kryteria doboru sterowników CNC:

niezawodno i jako ,
szybka wymiana bloków programu NC,
dost pno cz ci zamiennych,
krótkie czasy realizacji usług dla klientów,

małe nakłady zwi zane ze szkoleniem

Prosta obsługa jest czynnikiem kluczowym zastosowania CNC:

wysoka wydajno u u ytkownika obrabiarki,
wysoka dyspozycyjno układu CNC i obrabiarki,
przyjazna dla u ytkownika warstwa obsługi,
5-osi, obróbka szybko ciowa HSC i hybrydowa,
technika bezpiecze stwa jako integralna cz

CNC,

technologia Ethernet’u do wymiany danych przez sie komunikacyjn ,
zdalna diagnostyka.

Wymagania dotycz ce układu sterowania numerycznego

obrabiarki

Zdolno integracyjna:

• sie komputerowa przedsi biorstwa,
• integracja z systemami nadrz dnymi i podrz dnymi,
• standardowe interfejsy.

Dokładno :

• układy pomiarowe o wysokiej

dokładno ci.

• dokładne pozycjonowanie.
• dokładne przemieszenia.
• kompensacja bł dów

obrabiarki.

Elastyczno :

• programowalno ,
• korekcje narz dzi,
• kompensacja zamocowania.

Niezawodno

• zintegrowane nadzorowanie

i diagnostyka obrabiarki

• zintegrowana diagnostyka

układu sterowania

Przyjazno dla u ytkownika:

• wspomaganie programowania,
• symulacja,
• diagnostyka,
• funkcje pomocy.

Produkcyjno :

• szybko obróbki,
• ci gi zabiegów obróbkowych,
• wymiana narz dzi i przedmiotu,
• krótkie czasy pomocnicze.

Zalety

• Du a elastyczno

i wydajno :

- krótsze czasy przebiegów,
- przedmioty geometrycznie

o one,

- krótsze czasy uruchomienia

produkcji,
- obróbka kompletna.

• Z

o one operacje obliczeniowe

• Zewn trzne programowanie
• Powtarzalno
• Dyspozycyjno
• Przyjazno

dla słu b

utrzymania ruchu

• Mo liwo

rozszerzania zakresu

funkcyjnego

• Wysoka dok

adno

i jako

• Wytwarzanie bezobs

ugowe

Wady

• Programowanie

wymagaj ce wysokich

nakładów

• Wy sze wymagania dla

operatora

• Podatno

elektroniki

na zak

ócenia

• Oddzielne serwo-

nap dy

• Wysokie koszty

inwestycyjne

Cechy zastosowania techniki NC

Układy sterowania numerycznego CNC składaj si z nast puj cych modułów:
•

Obsługi i wprowadzania danych:

Obsługi i wprowadzania danych: wymiana instrukcji steruj cych i programów

NC,

•

Interpretacji i zarz dzania programami:

Interpretacji i zarz dzania programami: zapami tywanie programów NC i ich

podział na poszczególne instrukcje steruj ce. S one nast pnie zamieniane na

rozkazy przemieszcze ,

•

Interpolacji:

Interpolacji: tworzenie warto ci zadanych współrz dnych dla poszczególnych

osi obrabiarki oraz koordynacja ruchu osi,

•

Regulacji osi:

Regulacji osi: regulacja ruchu osi wg warto ci zadanych.

W układach sterowania CNC wszystkie informacje słu ce do obróbki

przedmiotu (o drodze i zał czeniach) s wprowadzane w postaci programu NC,

który zawiera informacje steruj ce jako znaki alfanumeryczne. W programie NC

rozró nia si dwie zasadnicze grupy informacji:

•

dane geometryczne:

dane geometryczne: opisuj one wzgl dne przemieszczenia narz dzi i

przedmiotu i tym samym okre laj geometri przedmiotu,

•

dane technologiczne:

dane technologiczne: dodatkowe informacje niezb dne dla obróbki, takie jak

pr dko posuwu, pr dko obrotowa wrzeciona, zmiana narz dzia,

chłodzenie.

Budowa układów sterowania numerycznego CNC

Struktura obrabiarek sterowanych numerycznie

! "#

'()*

+'(,

'()*

+'(,

- $

- &

# "

% .

# "

. "

" #

('(

)

# ('(

4 &

Budowa konwencjonalnego nap du posuwu obrabiarki

CNC

Silnik Sprz gło

Ło yska

Sanie

Nakr tka

tocznej

ruby

poci gowej

Toczna

ruba

poci gowa

Sterowanie obrabiarki na przykładzie osi NC (nap du

posuwu)

Przekładnia

pasowa z bata

Warto zadana

Układ pomiaru

poło enia

Silnik

nap du

posuwu

Pr d silnika

Wzmacniacz

nap du

Poło enie rzeczywiste

Cze elektroniczna

Program NC

Układ

stero-

wania

Narz dzie

Przedmiot

Stół obrabiarki

Przekładnia rubowa toczna

Cze

mechaniczna

Rodzaje układów pomiaru poło enia w obrabiarkach NC

Bezpo redni układ pomiaru poło enia

Urz dzenie pomiarowe jest zwi zane z

prowadnicami (saniami) dla których mierzone jest

poło enie.
Układ pomiarowy musi by chroniony przed

zabrudzeniem.

Po redni pomiar poło enia

Tarcza kodowa jest sprz ona z rub toczn .

Podczas obracania si silnika i tym samym

ruby tocznej głowica pomiarowa zlicza pola

tarczy. Z uzyskanej liczby impulsów, przy

uwzgl dnieniu skoku ruby, okre lane jest

poło enie zespołu roboczego. Bł dy skoku

ruby mog by kompensowane programowo.

Układ taki jest nieczuły na zabrudzenie,

poniewa przetwornik pomiarowy jest

zabudowany.

Silnik nap du posuwu

Korpus

Liniał kreskowy

Głowica

pomiarowa

Sanie

Głowica

pomiarowa

Tarcza

kodowa

Silnik nap du posuwu

Przyrostowy (inkrementalny) układ pomiaru

poło enia

W tym układzie nast puje sumowanie

(odejmowanie) du ej ilo ci impulsów

pomiarowych. Oprócz tego, równolegle z

kreskami pomiarowymi, jest umieszczony

znacznik odniesienia (referencyjny) o znanej

pozycji, aby po awarii zasilania lub wył czeniu

obrabiarki mo na było okre li pozycj sa .

Bezwzgl dny (absolutny) układ pomiaru

poło enia

W takim układzie ka demu krokowi podziału

jest ci le przyporz dkowana warto

liczbowa. Głowica pomiarowa za pomoc

wi zki wiatła okre la na listwie pomiarowej

poło enie sa . Po wył czeniu zasilania

pozycja osi obrabiarki jest nadal okre lona

bez zjazdu na punkt referencyjny.

Lampa

Kondensor

Siatka

kreskowa

Fotoelementy

Płytka

formuj ca

Znacznik

odniesienia

ródło

wiatła

Liniał kodowy

Urz dzenie

sonduj ce

(pomiarowe)

Punkt zerowy

Rodzaje układów pomiaru poło enia w obrabiarkach NC c.d.

Wzrost dokładno ci obróbki na obrabiarkach

skrawaj cych (wg Taniguchi)

1900

1920

1940

1960

1980

2000

Rok

0,001

0,01

0,1

100

[

µµµµ

ła

ób

Zwy

kłe o

brab

iarki

Prec

yzyjn

e ob

rabia

rki

Ultra

-pre

cyzy

jne o

brab

iarki

Budowa obrotowego enkodera optycznego na wiatło

przechodz ce z czterema fotoelementami przesuni tymi

fazowo o 90

Zasada działania liniowego enkodera optycznego

Fotoelektryczne sondowanie z czterema

elementami pomiarowymi.

ródło

wiatła LED

Podziałka

Okres podziału

Fotoelementy

Znacznik odniesienia

Płytka formuj ca

Przesuni cie fazowe

Sygnał okresowy

Zasada działania liniowego enkodera optycznego

Fotoelektryczne

sondowanie z jednym

elementem

pomiarowym.

Odwzorowanie

jasnych/ciemnych pól

(płytka formuj ca i

podziałka) na

fotosensorze

strukturalnym.

ródło

wiatła LED

Podziałka

Okres podziału

Znacznik odniesienia

Płytka formuj ca

Fotosensor strukturalny

Pola fotosensora strukturalnego do

uzyskiwania przesuni tych w fazie

sygnałów pomiarowych

Zasada działania przyrostowych układów pomiaru poło enia

Liniał pomiarowy z podziałk 2 mm

Głowica

pomiarowa

(ruchoma)

, U

– napi cia wej ciowe

– indukowane napi cie wyj ciowe

Induktosyn liniowy

Głowica

magnetyczna

Skr caj cy

sygnał

wej ciowy

Wzmacniacz

magnetyczny

Napi cie

wzbudzaj ce:

Liniał

pomiarowy z

podziałk 2 mm

Sygnał

wyj ciowy

(n+1/4)*T

Magnetyczny układ pomiarowy

ródło wiatła

Kondensor

Przyrostowa

cie ka

odniesienia

Fotoelementy

Podziałka

10 / 20

µµµµ

Listwa

pomiarowa

Płytka

formuj ca

Optyczny układ pomiarowy

Odkształcenia korpusu (ło a)

obrabiarki

Bezwzgl dne informacje o

sygnale pomiarowym

> 360

0.5 do 3 m

Zakres pomiarowy

Do 20 000 obr/min

Do 24 m/min

Szybko pomiaru

”

µµµµ

m/m

Niepewno pomiaru

0.3

”

0.1

µµµµ

Rozdzielczo

Warto

Wielko

charakterystyczna

Wymaganie

Wa niejsze wymagania dotycz ce systemów do

pomiaru przemieszcze (liniowych

i k towych ) w nowoczesnych obrabiarkach

LASER

, f

Licznik

Ró nica

Detektor

Ruchomy

reflektor

(lustro)

λλλλ

Detektor

Obliczanie

Wskazywanie

∆∆∆∆

”

Stały

reflektor

(lustro)

Budowa interferometru laserowego

Zasada tworzenia toru ruchu w obrabiarkach NC

•

o NC obrabiarki składa si z regulatora, silnika

posuwu, elementów mechanicznych (np. ruby

tocznej) oraz układu pomiaru poło enia,

• silnik posuwu realizuje ruch osi,
• układ pomiaru poło enia okre la aktualn pozycj

zespołu roboczego (suportu, stołu) i przekazuje j do

komparatora,

• komparator porównuje pozycj zadan z rzeczywist

(uchyb poło enia), a regulator zgodnie z uchybem

oddziałuje na silnik,

• dzi ki nakładaniu si ruchu w wielu osiach mo na

tworzy dowolne przebiegi torów w przestrzeni.

Rodzaje informacji w układach NC

Dane geometryczne

opisuj

przemieszczenia

narz dzi wzgl dem

przedmiotu i tym

samym okre laj

geometri obrabianego

przedmiotu.

Dane technologiczne

zawieraj niezb dne do

obróbki informacje takie jak:

warto pr dko ci obrotowej

wrzeciona, warto

pr dko ci posuwu, numer

narz dzia, doprowadzenie

chłodziwa itp.

- Geometria

- Technologia

Obrabiarka

- Dane obrabiarki

Przedmiot

Obrabiany element

Arkusz programu NC

Punkt startu

N05

F200

G01

N04

300

150

G00

N03

M06

T0101

N02

M04

S300

N01

Funkcje

pomo-

cnicze

Rozkaz

narz dzia

Rozkaz

pr dko ci

obrotowej

Rozkaz

posuwu

Odległo

rodka koła

Rozkazy drogi

Warunek

drogi

bloku

Dane dotycz ce ruchu

Dok d b dzie przemieszczenie

Jak b dzie realizowane przemieszczenie

Parametry skrawania

Dane technologiczne

Dane obrabiarki

Podstawowe dane i zawarto

programu NC

Działanie układów NC

N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200
N001 G00 X0 Y0 Z2000 S500
N002 G01 X100 F200 M08
N003 G02 X150 Y100 F100
N004 G01 X200

Program NC

Przygotowanie danych:

Przygotowanie danych:
• wywoływanie cykli i podprogramów,
• obliczanie korekcji: punktu zerowego, długo ci narz dzia, promienia narz dzia.

Przetwarzanie danych geometrycznych:

Przetwarzanie danych geometrycznych:
• interpolacja,
• regulacja poło enia,
• korekcja posuwu.

Przetwarzanie danych technologicznych:

Przetwarzanie danych technologicznych:
• funkcje zał czania,
• regulacja pr dko ci skrawania.

Regulacja poło enia

Tworzenie warto ci zadanej

poło enia

Informacje

o drodze

Informacje

o posuwie

Warunki

drogi

Rozdział danych NC

Dane geometryczne

Dane technologiczne

Pami programu NC

Sterowanie wczytywaniem programu i danych NC

Program NC

Maszyna wytwórcza

Nap d

Układ

mechaniczny

Układ pomiaru

poło enia

Sygnały

logiczne

Sterowanie

dopasowuj ce

Informacje o

zał czaniu

Zespoły funkcyjne sterownika NC

Przepływ informacji w układzie sterowania numerycznego

Nap dy posuwu

Funkcje obrabiarki

Układ pomiarowy

Obrabiarka

Program NC

Wprowadzanie

Optymalizacja

HMI

Pami geometrii

Pami rozkazów zał/wył

Pami

CPU

Interpolacja

Przetwarzanie rozkazów zał/wył

Komputer

Sterowanie osi

Jednostka mocy

Regulator poło enia

Sterowanie dopasowuj ce

Jednostka mocy

Układ CNC

Interfejs

Geometryczne i

technologiczne warto ci

zadane i rzeczywiste

Interfejs

sieciowy

Pulpit

obsługi

Stacja

dyskietek

Czytnik ta my

perforowanej

Twardy dysk

Program NC

Przygotowywanie

bloków

Modyfikacja

bloków

Wykonywanie bloków

Geometria

Technologia

Interpolator

Regulacja

poło enia

Sterowanie

dopasowuj ce

Obrabiarka NC

Interpreter

Korekcja punktu zerowego
Korekcja narz dzi

Realizacja programu NC

Przeszło

Obecny stan techniki

OpenCNC

)

(

# "

('(

Tendencje rozwojowe techniki CNC

a. HMI oparte na PC

b. Sterownik oparty na PC c. Soft-CNC + Soft-PLC

Pulpit obsługi oparty na PC

Oparty na PC sprz t CNC

Oparte na PC oprogramowanie CNC

z rozszerzeniem RTX

Stopnie rozbudowy sprz tu układów sterowania

numerycznego

PROFIBUS

Magistrala

Elektroniczne

kółko r czne

Nap dy

Pulpit sterowania

maszyny

Magistrala BF

Monitor i

klawiatura

Manager

systemu
J dro NC
HMI

Master CPU

V.24

Sterownik swobodnie

programowalny

PLC-CPU

Interfejs

RGB

I/O

Wewn trzna magistrala systemowa

Nap dy

Manager

systemu
J dro NC

Master CPU

Wewn trzna magistrala systemowa

Sterownik

swobodnie

programowalny

PLC-CPU

J dro NC

NC-CPU ...

HMI

HMI-CPU ...

Komunikacja

COM

Nap dy

I/O

V.24

Interfejs

RGB

Magistrala

V.24

Działy

organizacyjne

Ethernet

Elektroniczne

kółko r czne

Pulpit

sterowania

maszyny

Monitor i

klawiatura

Struktura sprz towa układu sterowania numerycznego

)

( 6

'( 7

#- 8

#- 9

#- :

#- ;

< !

;

< !

( 6

Schemat blokowy układu sterowania typu

Slot-CNC

Komputer PC

Warstwa u ytkownika

Panel

operatorski

Aplikacje

diagnostyczne

Aplikacje

CAD/CAM

Zarz dzanie

danymi

obróbkowymi

Zarz dzanie

programami

obróbkowymi

System operacyjny

ISA/PCI

Karta Slot

CNC

DSP

Transmisja

danych

Algorytm

sterowania

Komputer PC

Warstwa u ytkownika

Aplikacja sterowania:

Panel operatorski

Zarz dzanie programami

Zarz dzanie danymi

obróbkowymi

Diagnostyka

Interpolacja

Regulacja poło enia

Aplikacje

CAD/CAM

Bazy

danych

Systemy

ekspertowe

itp.

System operacyjny czasu rzeczywistego

ISA/PCI

Karta I/O

I/O

Schemat blokowy układu sterowania typu

Soft-CNC

W ostatnich latach znacznie wzrosła szybko obliczeniowa mikroprocesorów, co w poł czeniu z szybszymi

modułami pami ci RAM doprowadziło do uzyskania bardzo du ej mocy obliczeniowej standardowych

komputerów PC. Ponadto, ze wzgl du na bardzo du e serie produkcyjne, wsuwane do PC karty stały si

bardzo tanie. Doprowadziło to do tego, e producenci układów CNC wycofuj si z rozwoju własnego,

drogiego sprz tu i coraz cz ciej stosuj standardowe karty komputerowe. Ponadto stało si zbyteczne

zastosowanie wielu mikroprocesorów w jednym układzie CNC, co pozwoliło na unikni cie wielu problemów.

Istniej ca obecnie moc obliczeniowa PC jest wystarczaj ca do sterowania wieloosiowych maszyn i realizacji

zło onych zada sterowania.
Korzy ci wynikaj ce z takich rozwi za s nast puj ce:

standardowe składniki pozwalaj na zmniejszenie kosztów i czasu,
sprz t stale odpowiada najnowszemu stanowi techniki,
wyeliminowane s wewn trzne poł czenia magistralowe w CNC,
czasy cyklu bloku i czasy ich wymiany s krótsze od 1 ms,
zapewniona jest dostawa cz ci zamiennych,
istniej ce oprogramowanie mo e by przenoszone na aktualne generacje sterownika CNC,
s standardowo przewidziane interfejsy do wszystkich urz dze peryferyjnych,
stosowane s znane i akceptowane warstwy obsługi na bazie WINDOWS.

Moc obliczeniowa jednego mikroprocesora jest nawet obecnie wystarczaj ca do tego, eby realizowa funkcje

sterownicze zarówno CNC jak i PLC. To przynosi dodatkowo takie korzy ci jak:

mniejsze nakłady na oprogramowanie dla specjalnych aplikacji,
minimalne czasy szkolenia dla u ytkowników,
mo liwo synchronizacji sterowania procesem w czasie,
mo liwo sterowania zło onych, wymiennych funkcji.

Zalety CNC na bazie PC

Sterownik PLC:

• sterowanie i nadzorowanie mechanicznych jednostek funkcyjnych,
• powi zania logiczne,
• funkcje blokad,
• nadzorowanie czasowe i wa no ci,
• funkcje zał czania/wył czania,
• zarz dzanie narz dziami,
• PDA/MDA – zbieranie i przesyłanie danych produkcyjnych/maszynowych.

Rdze NC (NCK):

• przygotowanie danych geometrycznych,
• obliczanie pozycji,
• interpolacje,
• regulacja poło enia,
• komunikacja z komputerem nadrz dnym,
• interfejs człowiek-maszyna HMI.

Podział zada w układach sterowania

numerycznego

PLC

Pulpit

obsługi

Czytnik ta my

perforowanej

Interfejs

sieciowy

Stacja

dyskietek

Twardy

dysk

HMI

Pami geometrii

Pami rozkazów zał/wył

Pami

CPU

Interpolacja

Przetwarz. rozkazów zał/wył

Komputer

Sterowanie osi

Jednostka mocy

Regulator poło enia

Sterowanie dopasowuj

Jednostka mocy

Układ CNC

Interfejs

Sterowanie sekwencyjne

Zmieniacz narz dzi:

Magazyn na poz. 3
Pochyli chwytak

.....

Transport przedmiotów:

Otworzy drzwi
Unie palet
Pochyli zmieniacz palet

.....

Sterowanie logiczne

Blokada:

Je eli

drzwi otwarte

wtedy

wył czy chłodziwo

Chłodziwo:

Je eli

temperatura > 35

wtedy

wł czy agregat chłodz cy

Funkcje dwustanowe i działania logiczne w obrabiarkach

Zadania PLC w obrabiarkach

Sterowanie jednostek

funkcyjnych

działania logiczne
blokady
przebiegi funkcyjne
...

Nadzorowanie

i diagnostyka

nadzorowanie czasowe
nadzorowanie zgodno ci
wskazywanie bł dów (tekstowo lub

graficznie)

...

Interfejs

u ytkownika

elementy wprowadzania
elementy wskazywania (lampki,

wy wietlacze tekstowe, ...
...

sprz enie z NC
komunikacja z komputerem

nadrz dnym lub innymi PLC

....

Wymiana danych z

innymi układami

Zadania

specjalne

zarz dzanie narz dziami
zbieranie danych produkcyjnych
...

Rodzaje układów sterowania numerycznego

Sterowanie punktowe:

• równoczesne pozycjonowanie

wszystkich osi ruchem

szybkim,

• narz dzie nie pracuje (nie jest

w styku z przedmiotem),

• prosty i tani układ sterowania,
• wiertarki, zgrzewarki

punktowe, maszyny do

wykrawania.

Sterowanie odcinkowe:

• wykonywanie ruchu kolejno w

poszczególnych osiach z

posuwem roboczym,

• narz dzie pracuje (jest w styku

z przedmiotem)

• proste, prostok tne zarysy,
• frezowanie płaskich

powierzchni,

• toczenie wzdłu ne/ poprzeczne
• rozszerzone sterowanie

odcinkowe: obróbka

powierzchni sko nych.

Sterowanie kształtowe:

• równoczesny ruch wielu

osi zgodnie z zale no ci

funkcyjn ,

• koordynacja za pomoc

interpolatora,

• szeroki zakres korekcji,
• obróbka powierzchni o

swobodnych kształtach.

Warianty sterowania kształtowego

Sterowanie 2D

Umo liwia obróbk w

dwóch osiach z

ruchem po linii

prostej lub łuku koła.

Sterowanie 2

Umo liwia obróbk

przedmiotów z ruchem

w dwóch osiach po

prostej lub łuku koła,

ze zmian płaszczyzny

interpolacji.

Sterowanie 3D

Umo liwia obróbk

przedmiotów w

dwóch lub wi kszej

liczbie osi, z ruchami

po linii prostej lub

łuku koła.

Zmiana osi symultanicznej podczas obróbki kształtowej

Układ

współrz dnych

przedmiotu

Układ

współrz dnych

narz dzia

Obróbka 3

osiowa

Obróbka 3

osiowa

Stały k t ustawienia

αα

Obróbka 5

osiowa

αα

Zmienny k t ustawienia

αα

Kompensacja geometrii narz dzia

Przygotowanie

toru

Nadzorowanie dynamiki osi

„

Lock ahaed”

Obliczanie

spline’ów osi

Transformacja

Interpolacja

Transformacja

Interpolator

Pozycja

Orientacja

Regulator poło enia

Współrz dne obrabiarki

Budowa kanału NC w 5-osiowym frezowaniu

Układ współrz dnych przedmiotu

TCP

Punkt rodka freza

Styczna do zarysu

Zarys przedmiotu

Punkt styku freza

Normalna

do zarysu

TCP= P

TCP

TCP r

TCP

Frez palcowy bez

zaokr glenia

Frez palcowy z

zaokr gleniem

Frez walcowy z

zaokr gleniem

Frez z ko cówk

kulist

Frez beczkowaty

Frez sto kowy

Frez sto kowy z ko cówk kulist

Rodzaje frezów stosowanych w 5-osiowym frezowaniu

Moduły układów sterowania numerycznego

Bank danych czasu

rzeczywistego

(np. dane geometryczne i

technologiczne narz dzi, dane o

procesie)

System

operacyjny czasu

rzeczywistego

niezale ny od sprz tu

0 #

# "

Sterowniki urz dze peryferyjnych

(grafika, komunikacja, klawiatura, ...)

Sprz t NC

(pami danych, procesory, moduły pomiarowe)

Programy funkcyjne NC

np. programy j dra NC (interpreter, interpolator, edytor, symulacja,...)

System operacyjny czasu

rzeczywistego

zale ny od sprz tu

(zarz dzanie przerwaniami,

zarz dzanie procesami)

Biblioteka graficzna

(np. warstwa Windows)

Model odniesienia dla oprogramowania układu NC

System operacyjny

System plików,

programy

technologiczne

Zarz dzanie

taskami

Sterowanie

taskami

Zarz dzanie

pami ci

Sterowniki

urz dze (

driver’s

)

Mechanizmy sieci

TCP/IP

Edytor

System

wspomagania

programowania WOP

HMI

–

interfejs

człowiek

maszyna

Warstwa u ytkownika

Wizualizacja

Komunikacja LAN

NCK (

Numerical Control

Kernel

)

Zarz dzanie danymi NC

Pami lokalna

Interpreter

Przygotowanie

Interpolacja

Transformacja

Kanał 1

Kanał 2

Regulator poło enia

Sterowanie serwonap dami

Nap d 1 .... Nap d n

PLC

Logika obrabiarki

Tryby pracy

Rozkazy wyboru

narz dzi

I/O procesu

Czujniki, elementy

wykonawcze

Sprz t i oprogramowanie sterownika NC

Platforma sprz towa układu NC:

Technologia PC: magistrala PCI, ...
System automatyzacji z magistral VME,
System wbudowany: mikrosterownik.

Biblioteka

graficzna

GUI (

Graphical

User Interface),
Warstwa

Windows.

Baza danych czasu

rzeczywistego

Np. dla programów

NC, danych

geometrycznych i

technologicznych,

danych procesu.

ło

liz

. . .

Standardowe systemy operacyjne czasu rzeczywistego:

Zarz dzanie task’ami, komunikacja mi dzy task’ami, synchronizacja,

Scheduling

(przydział czasu procesora), zarz dzanie pami ci ,
System plików dla zarz dzania danymi NC,
Sterowniki urz dze (

driver’s): przerwania, OMA, SCSI, ...

Grafika, klawiatura, RS 232, Ethernet,

Fieldbus.

Programy systemowe układu NC (

task

’i

)

Interpreter NC

Przetwarzanie

danych

geometrycznych

Interpolator

Regulacja

poło enia

Regulacja

nap dów

Programy NC

(kod ASCII)

Sygnały

PLC

Szybkie I/O

Warto ci zadane/

rzeczywiste

nap dów

Warto ci zadane/

rzeczywiste

Wewn trzny

blok danych

Zamienia bloki w kodach ASCII na wewn trzny format
Steruje przebiegiem programu
Synchronizuje/ reorganizuje bufor bloków

Transformacja FRAME
Korekcja narz dzi
Przygotowuje przebieg pr dko ci (LOCK AHEAD)

Interpolacja toru
Transformacja kinematyczna
Działania synchronizacyjne

Regulacja poło enia

Regulacja pr dko ci
Regulacja pr du

Przepływ informacji w układzie NC

Zakres funkcyjny układów sterowania numerycznego

Komunikacja

Sprz enie z PLC

Interfejs DNC
MAP/MMS
ISDN

Interfejs u ytkownika

Softkey’s

Kółko elektroniczne

Technika

Windows

Konfigurowalno

Symulacja obróbki

Sprawdzanie kolizji

Zobrazowanie 2D/3D
Optymalizacja ruchów
Okre l. czasu obróbki

Funkcje gniazda

Zarz dz. zleceniami

Zarz dzanie paletami
Zarz dz. narz dziami
Zarz dz. trwało ci

Diagnost

. i

nadzorow

Telediagnostyka

Samodiagnostyka NC
Rejestracja historii
Nadzorow. narz dzi

Funkcje pomiar. i korek.

Korekcja 2D narz dzi

Przesun. p-ktu zerowego
Pomiary przedmiotu

Kompensacja temperat

Programowanie

ISO 6983 (DIN 66025)

Ci gi zarysów
Parametry
Technologie specjalne

N1 F100
N2 Y350
...
N25 M05

Urucham

. i konfiguracja

Nastaw. regulatorów
Wyrównywanie

Offset’u

Nastawianie warto ci

współczynnika K

Mo liwo ci generowania programu NC

Informacje

wej ciowe

Dane ogólne

Dane technologiczne

Dane geometryczne

– numer przedmiotu

– dane obrabiarki

– ...

– elementy geometryczne

– opis zarysów

– ...

– materiał przedmiotu

– narz dzia

– operacje

– ...

Interfejs

u ytkownika

Wprowadzanie tekstowe

Wprowadzanie interakcyjno-graficzne

Wariant 1

Wariant 2

Wariant 3

Wariant 4

Program ródłowy

Neutralny od obrabiarki

program ródłowy

Procesor CLDATA

Program CLDATA

Postprocesor

Program NC (G-kody) + rozkazy specj. obrab.

Program NC specyficzny dla obrabiarki

Układ sterowania NC obrabiarki

Np. STEP-NC (ISO 14649)

Mo liwo ci sprz enia systemów programowania NC

z systemami CAD

System CAD

& moduł NC

Dane

geometryczne

Bezpo redni dost p do

wewn trznej pami ci danych

fic

ró

dł

. /

Specyficzny dla obrabiarki

program NC

Konstruktor/

programista

• Wprowadzanie danych

geometrycznych

• Programowanie

Dane o

narz dziach,

przedmiotach,

obrabiarkach

• Wprowadzanie danych

geometrycznych

• Przygotow. danych

geometr. w prz. a) i b)

Konstruktor

Dane geometryczne w

formatach:

a) J zyka programu

ródłowego

b) Makroj zyka
c) Znormalizowanego

formatu interfejsu

d) Indywidualnego formatu

interfejsu

ró

dł

. /

Dane geometryczne

(DXF, IGES, STEP, VDAFS)

fic

Programista

• Przygotow. danych

geometr. w prz. c) i d)

• Programowanie

Dane o narz dziach,

przedmiotach,

obrabiarkach

Specyficzny dla

obrabiarki program NC

System CAD

Struktura standardu STEP

Protokoły aplikacyjne

Electronical Design and

Implementation AP212

Core Data for Automotive

Mechanical Design AP214

...

Zintegrowane zasoby

Zorientowane aplikacyjnie modele bazowe

Wiedza rysunkowa

#101

Analiza elementów

sko czonych #104

Struktury skosów

#102

Kinematyka #105

Funkcjonalno

elektryczna #103

...

Ogólne modele bazowe

Podstawy opisu i

zarz dzania produktów #41
Struktura produktów i

konfiguracja #44
Tolerancje #47

Reprezentacje geometryczne i

topologiczne #42

Materiały #45

Struktura i własno ci

procesów #47

Struktury

reprezentacji #43
Zobrazowanie

wizualne #46
...

Wymiana przez

sekwencyjne pliki #21

Interfejs dla dost pu

do danych STEP #22

...

Metody implementacji

...

: m

i s

: m

i s

...

ów

# = ISO 10303 Part ...

Dlatego te prowadzone s prace nad rozwojem nowego standardu STEP-NC, który

odznacza si nast puj cymi cechami:
jest to model danych, a nie j zyk programowania,
umo liwi on zast pienie formatu w kodzie G (wg PN-ISO 6983),
zapewni jednolity format danych dla sprz enia CAD-CAM,
uzyska si wymienialno danych,
b dzie definiowany proces obróbki, a nie ruchy osi,
opis b dzie oparty na zadaniach i zdefiniowaniu strategii.

Cechy nowej techniki programowania: STEP-NC

Stosowany obecnie powszechnie sposób opisu zada obróbkowych w postaci

programu NC wg PN-ISO 6983 (tzw. G-kody) jest ukierunkowany na przetwarzanie

danych w układzie sterowania CNC obrabiarki i nie jest odpowiedni dla operatora.

Wynika to z nast puj cych przyczyn:
s w nim zawarte trudno rozpoznawalne zadania obróbkowe,
nie ma relacji pomi dzy blokiem w programie NC a geometri przedmiotu,
w przypadku modyfikacji programu NC nie ma sprz enia zwrotnego do działu

konstrukcyjno-technologicznego, co mo e powodowa niespójno danych

dotycz cych przedmiotu, a ponadto wykorzystanie wiedzy i do wiadcze operatora

jest ograniczone.

Dział

projektowania

Produkcja

Obrabiar-

ka NC

Otwór 2:

- nawiercanie

- wiercenie

Krok1:

- obróbka zgr.

- obr. wyk.

Kiesze 1:

- planow.

- obr. zgr.

- obr. wyk.

Otwór 1

Zasada zastosowania standardu STEP-NC w wytwarzaniu

Porównanie konwencjonalnego

programowania NC z STEP-NC

Aktualna sytuacja

Nowy interfejs

Opracowanie

technologii

Wytwarzanie

Układ NC

Układ NC +

postprocesor

CLDATA +

firmowe

rozszerzenia

ISO 6983 +

firmowe

rozszerzenia

Korzy ci:

• przelotowy ła cuch metod

od systemu CAD do

układu sterowania bez

utraty informacji,

• jednolita baza danych dla

systemu CAD i układu NC,

• rozszerzone mo liwo ci

opisu (np. spline),

• przejrzysta struktura

dzi ki

Features +

Workingsteps,

• ukierunkowanie na

informacj ,

• dwukierunkowo ,

• integracja wiedzy i

do wiadcze operatora

Korzy ci zastosowania STEP-NC do wymiany

danych w ła cuchu procesów wytwarzania

• Oparte na Feature projektowanie i

kodowanie NC.

• Zarz dzanie STEP-NC na poziomie

sterownika CNC.

• Kod STEP-NC procesu w sterowniku.

Dwukierunkowy

przepływ

Feature

Projektowanie

konstrukcyjne

Projektowanie

wytwarzania

Wytwarzanie

CAD

CAM

Symulacja

STEP-NC

CNC

Wymiana z

symulacj

STEP-NC: model danych dla inteligentnej obrabiarki NC

Przedmiot

Plan obróbki

Feature

Workingstep

Operation

czoło

kiesze

otwór

obszar

frezowanie_czołowe

frezowanie_walcowe wiercenie

narz dzie

technologia

strategia

cie ka_narz dzia

geometria

trajektoria_styku_skrawania

trajektoria_miejsca_skrawania parametryzowana_ cie ka

......

L[0:?]

S[0:?]

L[0:?]

.....

....

Oczekiwane korzy ci z zastosowania nowego

interfejsu STEP-NC

Zamkni ty ła cuch procesu z CAD do CNC,
Zastosowanie danych STEP - CAD bez przetwarzania daje wi ksz

dokładno obróbki przedmiotów,
Nie jest wymagany aden postprocesor,
Proste dopasowanie zada wytwórczych do własno ci obrabiarki,
Lepsze metody interpolacji (np.

spline):

- wy sza jako powierzchni,
- lepsze mo liwo ci obróbki szybko ciowej HSC (ang.

High Speed

Cutting),
W układzie CNC jest do dyspozycji cały model danych przedmiotu,
Rozwi zanie otwarte, łatwe dopasowanie do nowych własno ci

obrabiarek,
Otwarte interfejsy do wymiany danych z planowaniem, symulacj , ...

Funkcjonalno systemów WOP (niem.

Werkstattorientierte Programmierung)

Pierwotny cel:

Pierwotny cel: wspomaganie operatora przy programowaniu

obróbki na obrabiarkach CNC.

Weryfikacja programu NC:

– symulacja obróbki (

off-line, on-line),

– zobrazowanie przedmiotu, informacji dotycz cych

narz dzi, itp.

Dopasowanie programu, ustawienie narz dzi:

– wyrównywanie punktów zerowych, ustawianie narz dzi.

Tworzenie nowych programów NC:

– wcze niej zdefiniowane elementy (otwory, kieszenie, ...).

Pewna i o wysokiej jako ci obróbka przez:

– zdefiniowanie obszarów bezpiecze stwa,
– bezkolizyjne generowanie torów ruchu,
– styczne drogi dobiegu i wybiegu narz dzi.

Miejsce przetwarzania danych geometrycznych w układzie NC

Dane programu NC

Dane narz dziowe

Interpreter

Przetwarzanie danych geometrycznych

• Korekcja narz dzi
• Interpolacja
• Transformacje
• Oddziaływanie na poło enia
• Sterowanie pr dko ci

• Regulacja poło enia
• Regulacja pr dko ci
• Regulacja momentów

Regulacja

Override

Tabele

korekcji

Kompen-

sacje

Informacje

sensorów

Czas przetwarzania bloku (prosta 3D bez kompensacji):

- przygotowywanie i zestawianie bloków NC: 4 – 40 ms

Czas cyklu bloku (interpolacja toru):

- regulacja osi, generowanie warto ci zadanych w interpolatorze: 3 – 6 ms

Okres taktowania (czas cyklu regulacji pr dko ci obrotowej):

regulacja nap du: 0,6 – 2 ms

Regulacja nap du zintegrowana z układem sterowania:

- przemieszczenie: 0,4 ms

- pr dko obrotowa: 0,2 ms
- pr d: 0,2 ms

Typowe czasy wyst puj ce w układach sterowania NC

Sposób realizacji funkcji

Look-Ahead

Unikanie niedokładno ci obróbki przy zmianie bloków:

wyprzedzaj ca analiza wielu bloków NC w aspekcie zmian pr dko ci i kierunku ruchu,
obliczanie zmodyfikowanych profili pr dko ci,
uwzgl dnianie:
- własno ci obrabiarki,
- zmian dokładno ci.

Zalety:

krótsze czasy obróbki,
wy sza pr dko posuwu przy krótszych odcinkach toru,
mniejsze skoki pr dko ci ruchu,
wy sza jako obróbki.

N10 X0 Y100 F4000
N20 X1
N30 X2
N40 X12
N... M30

N10

X0 Y100 F4000

N20 X1
N30 X2
N40 X12
N... M30

N10

G108

X0 Y100 F4000

N20 X1
N30 X2
N40 X12
N... M30

N20 N30 N40

m/min

N20 N30 N40

Działanie funkcji

Look-Ahead

Blok

2 3

7 8 9 10

Zaprogramowana

pr dko posuwu

Bez

Przez 5

bloków

Wymagania dotycz ce interpolatora:

Wymagania dotycz ce interpolatora:
• elementy kształtu musz mo liwie dokładnie przybli a geometri przedmiotu,
• utrzymywanie mo liwie stałej pr dko ci ruchu po torze,
• musz by ci le uzyskiwane punkty ko cowe zarysu,
• obliczanie danych korekcyjnych w trybie on-line,
• warto ci pr dko ci posuwu i przyspieszenia musz by mo liwe do uzyskania w

obrabiarce,

• minimalne nakłady obliczeniowe.

Sposoby post powania:

• tworzenie zale nych od osi wielko ci wiod cych / warto ci zadanych poło enia,
• mo liwo zobrazowania parametrycznego:

- umo liwienie jednoznacznego przyporz dkowania osi,
- ułatwienie kierowania pr dko ci ruchu,

• parametry maszyny (obrabiarki) s ukierunkowane na najsłabsz o .

Wymagania dotycz ce interpolatora

Interpolator w układach CNC jest pakietem oprogramowania, którego zadaniem jest

obliczanie chwilowych warto ci zadanych poło enia dla poszczególnych osi NC

obrabiarki podczas realizacji programu (wykonywania obróbki przedmiotu).

Interpolacja - podstawy

Metody interpolacji s zwykle oparte na wyprowadzeniach z cisłych równa

matematycznych, które dla układu współrz dnych prostok tnych (kartezja skiego)

daj przedstawi w nast puj cej postaci:

Opis implicite:

F(x, y, z) = 0

x = F(y, z)

Opis explicite:

y = F(x, z)

z = F(x, y)

x = F(u)

Opis parametryczny:

y = F(u)

z = F(u)

ze wspólnym parametrem

u (np. czas).

Do zastosowa praktycznych szczególnie przydatna jest

trzecia posta opisu z

parametrem

parametrem. Umo liwia ona po pierwsze jednoznaczne uj cie dróg, dla których warto ci

jednej osi (wiod cej) musi by przyporz dkowanych wiele warto ci zwykłych osi

( ledz cych). Po drugie, przez jej zastosowanie ułatwia si obliczenia w interpolacji i

sterowaniu pr dko ci . Jako maksymalne warto ci pr dko ci, przyspieszenia i zmian

przyspieszenia (ang.

Jerk) przyjmuje si dane dotycz ce najsłabszej dynamicznie osi

obrabiarki.

Interpolacja liniowa:

krzywe płaskie i przestrzenne s opisywane ci giem linii prostych,
dokładno jest zale na od odległo ci punktów wsparcia (w złowych).

Interpolacja kołowa:

w przestrzeni jest odniesiona do płaszczyzny,
zredukowanie nakładów zwi zanych z wprowadzaniem danych.

Interpolacja paraboliczna:

równoczesne ruchy w wielu osiach.

Interpolacja rubowa (

helikalna

nało enie ruchu kołowego i liniowego.

Interpolacja

spline

’ami

opis geometrii za pomoc krzywych wy szego rz du,
zredukowanie nakładów podczas programowania obróbki,
obróbka powierzchni o swobodnych kształtach.

Metody interpolacji

Interpolacja liniowa

Rozpatrzmy przykład interpolatora liniowego dla stołu X-Y frezarki, który realizuje nast puj ce zadania:
- zawiera algorytm interpolacji liniowej,
- zapewnia przyspieszanie i hamowanie ruchu,
- umo liwia tworzenie warto ci zadanych dla regulatora poło enia.
W ramach jednego bloku programu NC zawieraj cego ruch roboczy interpolacj liniow (

np. N20 G01 X30

Y50 F300

) jest realizowany ruch po prostej od punktu pocz tkowego

= (x

, y

)

) do punktu ko cowego

=(x

, y

)

) z maksymaln pr dko ci ruchu na torze

. Przebieg ruchu zaczyna si z pr dko ci

= 0

(stan spoczynku). Nast pnie tak długo odbywa si ruch przyspieszony, a zostanie uzyskana pr dko

torze

(faza przyspieszania). Dalej przebieg ruchu jest kontynuowany ze stał pr dko ci

tak długo, a

droga resztkowa

resz

(pozostałe przemieszczenie) b dzie mniejsza ni wymagana droga hamowania do

zatrzymania ruchu. Nast pnie od punktu hamowania odbywa si ruch z opó nieniem

a a do uzyskania

stanu spoczynku.

-a

Przyspie

szanie

Stała pr dko

Hamo

wanie

t=0

, y

)

, y

)

Interpolacja

spline’ami

Obróbka przedmiotów z powierzchniami o swobodnych kształtach powoduje zwykle konieczno

przebiegów toru ruchu, których dokładnie matematycznie nie opisuj przewidziane w programowaniu

za pomoc G-kodów elementy zarysu takie jak prosta i łuki koła. Za pomoc segmentów linii prostych

zło one zarysy, przy zało eniu okre lonej tolerancji, mo na jedynie aproksymowa . Jednak taki

sposób sterowania obróbk ma istotne wady. I tak po pierwsze przej cia mi dzy segmentami linii

prostych nie s wygładzone, co powoduje skokowe zmiany pr dko ci i niepotrzebne obci enia

dynamiczne nap dów oraz pogorszenie jako ci powierzchni. Po drugie długo odcinków linii

prostych jest tym mniejsza, im zostanie dobrana mniejsza warto

tolerancji przy aproksymacji. Małe

długo ci segmentów, którymi opisany jest obrabiany zarys powoduj du e wielko ci programu NC i

mog prowadzi do ogranicze i zatrzyma posuwu ze wzgl du na wynikaj ce z układu CNC czasy

zmiany bloków.

Rozwi zanie umo liwiaj ce unikni cie tych wad polega na zastosowaniu do opisu zarysu funkcji

matematycznych wy szego rz du. W projektowaniu konstrukcyjnym ju od dłu szego czasu do tego

celu s stosowane

spline’y. Dlatego dla zapewnienia przelotowo ci ła cucha metod NC wiele

obecnych układów NC, oprócz standardowych rodzajów interpolacji (liniowej i kołowej) dysponuje

tak e mo liwo ci interpolacji

spline’ami. Interpolacja spline’ami, szczególnie podczas obróbki

przedmiotów z powierzchniami o swobodnych kształtach, w porównaniu ze zwykłym

programowaniem z segmentami linii prostych, przynosi istotne korzy ci. I tak długo ci dróg w

blokach s znacznie wi ksze i tym samym mniejsza jest wielko programu NC (liczba bloków). Tym

samym na przygotowanie bloków w układzie CNC jest do dyspozycji wi cej czasu. Ponadto przej cia

pomi dzy poszczególnymi blokami s ci głe (gładkie).

Termin

spline’s pochodzi z j zyka angielskiego i pierwotnie oznaczał on spr yst listw stosowan

w budowie statków. Przez wyginanie tej listwy przy zadaniu kilku punktów podparcia powstawał

kształt, który miał t wła ciwo , e minimalizował energi uginania listwy. Kształt ten odpowiada w

przybli eniu segmentowi wielomianu trzeciego stopnia.

W nap dach głównych (wrzeciona) i nap dach posuwu obrabiarek s obecnie stosowane zwarte

silniki z bezstopniow regulacj pr dko ci obrotowej o momencie obrotowym i mocy

wystarczaj cych zarówno do realizacji procesów obróbki jak i szybkich przemieszcze .
Ze wzgl du na problemy zwi zane z piel gnacj silniki pr du przemiennego, pomimo wi kszych

nakładów na sterowanie, praktycznie wyparły silniki pr du stałego. W silniku bezszczotkowym

pr du stałego komutacja jest zast piona przez stale wzbudzany wirnik, który wiruje w obrotowym

polu elektromagnetycznym statora.
Silniki asynchroniczne maj bardzo prost budow . Ich wirnik składa si ze zwartego p dnika, ale

w porównaniu z silnikami synchronicznymi maj one mniejsz g sto mocy, s w nich wi ksze

straty mocy oraz wymagaj wi kszych nakładów zwi zanych ze sterowaniem.

Silniki

Pr du stałego

Bezszczotkowe

pr du stałego

Asynchroniczne

pr du

przemiennego

Synchroniczne

pr du

przemiennego

Krokowe

(

reluktancyjne)

Silniki pr du przemiennego

Nap du głównego

Nap du posuwu

Rodzaje silników elektrycznych

stosowanych w nap dach obrabiarek

Charakterystyka nap du głównego (wrzeciona)

obrabiarki na przykładzie tokarki SPINNER

0 1.500 2.000 4.500 6.000 7.500 9.000 10.500 12.000 12.500 15.000 [obr/min]

100

120

Moc
Moment obrotowy

40%

100%

40%

100%

P [

]

M [

]

Struktura serwonap du (osi NC)

Regulator

Przetwarza-

nie energii

Układ

pomiarowy

Dostarcza-

nie energii

Warto

zadana

Sterownik

(np. CNC)

Wzmacniacz

operacyjny

Oprogramowanie

Procesor

sygnałowy (DSP)

ASIC (dla

urz dze

peryferyjnych)

Zasilacz

półprzewodni-

kowy

(przetwornik,

modulator

szeroko ci

impulsu)

Silnik pr du

stałego

Silnik

synchroniczny

Silnik

asynchroniczny

Pr dnica

tachometryczna

Enkoder

przyrostowy

Resolwer

Model fizyczny elektromechanicznego nap du posuwu

obrabiarki

RP – regulator pr dko ci

RI – regulator pr du i prostownik

Zespoły

mechaniczne

Obwód

wzbu-

dzenia

Tarcie

Obwód

wirnika

Moment

bezwładno ci

Całkowite przeło enie

Podatno i

tłumienie

Masa

Tarcie

Toczna ruba poci gowa

φφφφ

obc

Wzmacniacz nap du

Silnik

Przekładnia

Przykłady kasowania luzów w przekładniach

Spr yny

Koło z bate

(wykonane np.

z tekstolitu)

Wrzeciono

obrabiarki

Koło z bate 1

Koło z bate 2

Przetwornik

obrotowo-

impulsowy

Bezluzowa przekładnia z bata

Dwudzielna,

szlifowana na

odpowiedni

grubo , podkładka

Sposób kasowania luzu w

rubowej przekładni tocznej

Podstawowy schemat blokowy układu

serwonap dowego pr du przemiennego

Prostownik

Falownik

Układ sterowania

cz stotliwo ci

i napi cia

zad

)

ω ω ω ω

ϕϕϕϕ

ω ω ω ω

Silnik 3~

Pr dnica

tachome-

tryczna

Produktyw

Obsługa, przestoje

Zarz dzanie

jako ci

Elastyczno

Cechy dwóch rozwi za sterowania ruchem

Podej cie konwencjonalne

Podej cie

mechatroniczne

Zalety elektrycznego silnika asynchronicznego

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

M
M

Moment obrotowy

[obr./min]

Silnik asynchroniczny

Silnik pr du stałego

Silnik

synchroniczny

1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000

[obr./min]

Moc

Silnik

asynchroniczny

Silnik pr du

stałego

Silnik

synchroniczny

Du zalet silników

asynchronicznych jest bardzo szeroki

zakres pr dko ci obrotowych w pracy

z osłabionym polem.
Tryb pracy z osłabionym polem

uzyskuje si wówczas, gdy

cz stotliwo wzbudzania stojana

jest wi ksza ni znamionowa

pr dko obrotowa silnika n

Oznacza to, e czas który ma

uzwojenie (cewka) na wyindukowanie

pola magnetycznego w klatce jest za

krótki aby wytworzy wystarczaj co

silne pole. Dzi ki temu pr dko

obrotowa n jest nastawiana w bardzo

szerokim zakresie przy stałej mocy.

Jest to bardzo du a zaleta w

porównaniu z silnikami pr du stałego

i silnikami synchronicznymi.

Obwód regulacji poło enia osi posuwu

z regulatorem kaskadowym

Zadana

warto

poło enia

Zadana

warto

pr dko ci

obrotowej

Zadana

warto

pr du

Regulator

poło enia

Cyfrowy

regulator

pr dko ci

obrotowej

Regulator

pr du

Jednostka

mocy

Silnik

nap du

posuwu z

pr dnic

tacho-

metryczn

Sanie

obrabiarki

z układem

pomiaru

poło enia

+
-

Rzeczywista

warto

poło enia

Rzeczywista

warto

pr du

Rzeczywista

warto

pr dko ci

obrotowej

= K

= ----------

1 + T

G = ---

∆∆∆∆

- współczynnik wzmocnienia pr dko ciowego

- stała czasowa nap du

ωω

– cz sto

własna nap du

D - współczynnik tłumienia nap du

Transmitancja zast pcza całego układu regulacji poło enia:

= ---------- = -------------------------------

1 + K

-1

s + T

-1

(

ωω

√√√√



 



 



D =



√√√√



 



 



 



2 T

Dla: D = 0,7

Schemat blokowy nap du posuwu i jego parametry

Wzmocnienie pr dko ciowe K

w obwodzie

regulacji poło enia

Iloraz zadanej pr dko ci posuwu i odchylenia poło enia (uchybu

nad ania) w stanie drga własnych (pr dko stacjonarna):

wzmocnienie otwartego obwodu regulacji,
miara dokładno ci odwzorowania obrabiarki.

Współczynnik

lub wzmocnienie pr dko ciowe:

= -------

[----- ]

min mm

lub s

-1

[-----]

---

[

-1

]

16,6 [s

-1

]

m/min

1000

Przeci tne warto ci K

w nap dach elektro

mechanicznych:

0,6

≤

2,4

[-----]

lub 10

≤≤≤≤

≤≤≤≤ 40 [ s

-1

]

min mm

Uwaga:

Wzmocnienie pr dko ciowe K

wszystkich osi obrabiarki

musi by jednakowe!

Przebieg pozycjonowania osi NC

ko c

max

Przyspie

szanie

Stała pr dko

Hamowanie

Wpływ wzmocnienia pr dko ciowego

i własno ci

układu nap dowego na przebiegi przej ciowe

regulacji poło enia

1,00

0,75

0,50

0,25

[mm]

t [s]

0,1

0,2

0,3

1,00

0,75

0,50

0,25

[mm]

t [s]

0,1

0,2

0,3

Pr dko posuwu:

= 0.3 m/min

Nap d:

= 80 s

Uchyby

nad ania :
K

= 100 s

-1

= 40 s

-1

= 20 s

-1

= 10 s

-1

Pr dko posuwu:

= 0.3 m/min

Wzmocnienie K

= 20 s

-1

∞

= 80 s

-1

= 25 s

-1

Maksymalne warto ci parametrów

serwonap dów posuwu

> 90

50-140

z chłodzeniem ciecz

200 - 500

25-40

z chłodzeniem

powietrzem

Bezpo redni

nap d liniowy

>100

120

<15

wi cej tylko dla

du ych skoków

ruby

Elektronakr tka

– ruba toczna

nieobrotowa

20 –100

ok. 60

<10

wi cej tylko dla

du ych skoków

ruby

Silnik obrotowy

– nap dzana

ruba toczna

1/s

m/min

m/s

Współczynnik

wzmocnienia

pr dko ciowego

Pr dko

przesuwu

Przyspieszenie

Rodzaj nap du

Zadana

warto

poło enia

Zadana

warto

pr dko ci

obrotowej

Zadana

warto

pr du

Regulator

poło enia

Cyfrowy

regulator

pr dko ci

obrotowej

Regulator

pr du

Jednostka

mocy

Silnik

nap du

posuwu z

pr dnic

tacho-

metryczn

Sanie

obrabiarki

z układem

pomiaru

poło enia

+
-

Rzeczywista

warto

poło enia

Rzeczywista

warto

pr du

Rzeczywista

warto

pr dko ci

obrotowej

+
+

Przesterowywanie

pr dko ci

Obwód regulacji poło enia osi posuwu

z przesterowywaniem pr dko ci

Obwód regulacji poło enia osi posuwu

z przesterowywaniem przyspieszenia

Zadana

warto

poło enia

Zadana

warto

pr dko ci

obrotowej

Zadana

warto

pr du

Regulator

poło enia

Cyfrowy

regulator

pr dko ci

obrotowej

Regulator

pr du

Jednostka

mocy

Silnik

nap du

posuwu z

pr dnic

tacho-

metryczn

Sanie

obrabiarki

z układem

pomiaru

poło enia

+ +

+
-

Rzeczywista

warto

poło enia

Rzeczywista

warto

pr du

Rzeczywista

warto

pr dko ci

obrotowej

+
+

Przesterowywanie

pr dko ci

Przesterowywanie

przyspieszenia

Cz sto

własna

jest miar jako ci transmisji sygnału:

≤≤≤≤

/ 2 D

≤≤≤≤

30 Hz

Gdzie:
f

- cz stotliwo

graniczna obwodu regulacji,

je eli stosunek amplitudy warto ci rzeczywistej do amplitudy

warto ci zadanej przy sinusoidalnych zmianach sygnału warto ci

zadanej przyjmuje warto

graniczn 1/

√√√√

2 to:

= -----

ππππ

Stopie tłumienia D

opisuje zdolno do powstawania drga układu.

Tłumienie powinno by mo liwie du e, aby unikn wyst powania

przeregulowa .

Cel: D=1

Cz sto własna i tłumienie obwodu regulacji poło enia

Odchylenia toru ruchu s spowodowane

poszczególnymi elementami obwodu regulacji

poło enia, zaczynaj c od wprowadzania danych

NC a do sa obrabiarki, wzgl. ich

przemieszczeniami:
dynamiczne odchylenia toru,
ró norodne wzmocnienia pr dko ciowe w

obwodach regulacji poło enia poszczególnych osi,
ró norodne dynamiczne przebiegi jednostek

nap dowych,
nieliniowe transmisje sygnałów, luzy mechaniczne,

spr yste napi cia zwrotne.

Przyczyny wyst powania odchyle toru ruchu

Regulacja poło enia z ograniczeniem warto ci

przyspieszenia (

Slope)

Warto ci

zadane

Zryw

(

Jerk)

Du e warto ci własne cz ci mechanicznych + małe

skoki warto ci zadanej

Przeregulo-

wanie

nic

nie

z a

3zad

2zad

1zad

zad

Regulacja poło enia z rampowym przebiegiem

przyspieszenia

Zryw (

Jerk)

Przyspieszenie

Pr dko

posuwu

Przebyta

odległo

(droga)

j=a

-J

Czas

-H

Konwencjonalnie

Analogowy

±±±±

10 V interfejs pr dko ci obrotowej dla wej cia

wzmacniacza nap du:

- bezproblemowe sprz enie urz dze ró nych producentów,
- wzgl dnie niedokładne zadawanie warto ci zadanej,
- rozrzuty, sygnały podatne na zakłócenia.

Tendencje rozwojowe

Interfejsy cyfrowe:

- dowolna dokładno odpowiadaj ca rozdzielczo ci bitów,
- wysoka powtarzalno ,
- du a niezawodno ,

- cyfrowa regulacja poło enia i pr dko ci obrotowej.

Regulacja nap dów i interfejsy pr dko ci obrotowej

Regulacja nap du z interfejsem analogowym

Układ sterowania CNC

(

regulacja poło enia)

Terminal

Interfejs

poło enia

Interpolator

C A

Zadana

analogowo

warto

pr dko ci

±±±±

10 V

Rzeczywista

warto

poło enia

Interfejs pozycji o

du ej rozdzielczo ci

dla poło enia

k towego

Sterownik nap du

Regulacja pr dko ci

Zorientowana na

pole regulacja pr du

stojana

(Alternatywny pomiar poło enia)

Cyfrowy moduł regulacji z interfejsem

analogowym (

serwowzmacniacz)

Serwo-

silnik

Liniał

pomiarowy

+ W

- X

Wg „Technical Committee of Open Systems” IEEE

(IEEE 1003.0):

„Otwarty układ dysponuje takimi funkcjami, dzi ki

którym mo liwa jest realizacja odpowiednio

zaimplementowanej aplikacji na wielu platformach

ró nych producentów, która współpracuje z

aplikacjami innych systemów i zapewnia spójn

interakcj z u ytkownikiem”.

Własno ci:

niezale no od producenta - niezale ny od partykularnych interesów
konsensus sterowania

- rozwijany przez grup producentów i u ytkowników

oparty na standardach

- szerokie rozpowszechnienie w postaci standardów

dost pny bezpłatnie

- bezpłatny dla wszystkich uczestnicz cych stron

Otwarte systemy w sterowaniu i nap dach

Inter-

operability

Extendability

Scaleability

Portability

Interoperability

API

Communication Platform

Operating System B

Hardware A

Operating System A

Communication Platform

Scaleability

Hardware A

Hardware B

Portability

Portability (portowalno ): moduły aplikacyjne (AM) mo na przenosi na ró ne platformy.

Extendability

Extendability (rozszerzalno ): mo na rozbudowywa (doł cza nowe moduły).

Interoperability

Interoperability (wymienno ): mo na stosowa składniki ró nych producentów.

Scaleability

Scaleability (skalowalno ): mo na dostosowywa do potrzeb aplikacji.

Kryteria otwartego systemu sterowania

Sprz t i oprogramowanie CNC – aktualny trend rozwoju

Sprz t

System

podstawowy NC

(oprogramowanie)

Aplikacje MTB

(oprogramowanie)

Rok

1980

1990

100%

Koszty rozwoju dla

specjalnych aplikacji

(u producentów

obrabiarek MTB)

Koszty rozwoju dla

sterowania

standardowych

maszyn

Koszty sprz tu

2000

ł k

ów

Struktura sprz tu i oprogramowania CNC

Procesor 2

(poziom

sterowania)

Procesor 3

(poziom

sterowania)

Procesor 4

(poziom

sterowania

)

Procesor 4

(nap dy)

Procesor 1

(poziom

u ytkownika)

HMI

HMI (

Human

Machine

Interface)

PR (

Proces Control)

PROG

PROG – System

programowania

NC/PLC

TG (

Trajectory Generation)

TP (

Trajectory Planning)

DR (

velocity controller)

LR (

position controller)

HMI, PROG

HMI, PROG, TP,

TG, PLC, PR

PLC

TP, TG, PLC, PR

LR + DR

Current Controller

Power Amplifer

a) konwencjonalny,

analogowy interfejs

nap dów

c) koncentracja w obszarze

u ytkownika (

Soft-CNC)

b) koncentracja w obszarze

nap dów, cyfrowy interfejs

nap dów

TP, TG,

Current Controller –

sterownik pr du

Power Amplifer –

wzmacniacz mocy

Current Controller

Power Amplifer

Current Controller

Stopnie otwarto ci układów CNC

Otwarty

interfejs

u ytkownika

NCK z

ograniczon

otwarto ci

Otwarty układ

sterowania

Obszar

zorientowany na

u ytkownika

Obszar

zorientowany

na maszyn

Otwarto dla

niekrytycznych czasowo

modułów sterowania

(zastosowania

zorientowane na

u ytkownika).

J dro o stałej strukturze,

które pozwala na

integracj specyficznych

dla u ytkownika funkcji

we wcze niej

zdefiniowanych

miejscach.

Struktura zale na od

procesu: wymienna,

parametryzowalna,

portowalna i

rozszerzalna.

Odczyt i/ lub

zapis

zmiennych

Dodatkowe

moduły

programowe

u ytkownika

...

Obszar obsługi

Interfejs

komunikacyjny

J dro NC (NC-Kern)

Obiekty

zmiennych

reprezentuj

dane z j dra

NC (np.

poło enie

rzeczywiste,

nazwa

programu,

Override,

moment

obrotowy itp.)

Otwarto układu przez dost p do danych j dra NC

Otwarto układu NC przez cykle skompilowane

(wg Siemens’a)

Interpreter NC

Przetwarzanie

danych

geometrycznych

Interpolator

Programy NC

(kod ASCII)

Sygnały

PLC

Szybkie I/O

Warto ci zadane/

rzeczywiste

nap dów

Warto ci zadane/

rzeczywiste

Wewn trzny

blok danych

event 1

event 2

event m

Ingerencja w

przebieg programu

binding 1
binding 2
binding 3

binding m

Biblioteka

Binding’ów

binding 1
binding 2
binding 3

binding m

Biblioteka

Binding’ów

binding 1
binding 2
binding 3

binding m

Biblioteka

Binding’ów

binding 1
binding 2
binding 3

binding m

Biblioteka

Binding’ów

Aplikacje

Dane

aktywny

pasywny

Aplikacje cykli

skompilowanych

Regulacja

poło enia

event n

Dost p do

danych

Aplikacje cykli

skompilowanych

Dane

Usługi

Dane

systemu

bazowego

Siemnes’a

Przykład otwartej architektury układu sterowania NC

Obsługa

(HMI)

Jednostki

kordynacji

(CMU)

Sterowanie

ruchami

(MC)

Zarz dzanie

narz dziami

(TM)

Zmieniacz

palet

(PCH)

Sterowanie

osiami

(MC)

Sterowanie

wrzecionem

(SC)

Zmieniacz

narz dzi

(TC)

Diagnoza

(SDIAG)

Wy wietlane

dane

Sterowanie

sekwencyjne

Wy wietlane

dane

Sterowanie

sekwencyjne

Wybór

narz dzia

Wymiana

narz dzia

Wymiana

narz dzia

Potwierdzenie

Wymiana

palet

Koordynacja z

dodatkowymi

elementami

Centralna

diagnoza

bł dów

Dane zadane/

rzeczywiste

Charakterystyka otwartego systemu sterowania

Compile Cycles

Standardowe programowanie

interfejsu aplikacji

Integracja

oprogramowania CNC

DDE, OPC

Standardowe programowanie

interfejsu aplikacji

Integracja

oprogramowania HMI

PN-EN 61131-3

Standardowy j zyk programowania

PLC

Programowanie PLC

PN-ISO 6983

(DIN 66025),

RS-274

Standardowy j zyk programowania

Programowanie NC/RC

Programowanie

Profibus,

DeviceNet

Standardowe medium fizyczne +

protokół komunikacyjny

Sie I/O

Interfejs

SERCOS

Standardowe medium fizyczne +

protokół komunikacyjny

Sie nap dów

Ethernet +

TCP/IP

Standardowe medium fizyczne +

protokół komunikacyjny

Sie przedsi biorstwa

Komunikacja

DCOM, CORBA

Standardowy

middleware z/bez real-

time

Midleware

VxWorks,

Windows

Standardowy system operacyjny z/

bez

real-time

System operacyjny

Sterowanie

oparte na PC

Standardowy system operacyjny z

standardow magistral

Sprz t

Platforma

Rozwi zanie

Charakterystyka

Kryteria

Fieldbus

specjalny

Ethernet

Cpl.

Cycles

WinAPI

specjalny

PC z

Win95/NT

Siemens

E&A

840D/840Di

Fieldbus

SERCOS

Ethernet

OCI

WinAPI

specjalny

PC z WinNT

Allen

Bradley

9/PC

Fieldbus

SERCOS

Ethernet

Job

Cycles

WinAPI

PxRos

PC z WinNT

Robert

Bosch

Typ3 osa

Fieldbus

SERCOS

Ethernet

RT API

WinAPI

PC z WinNT +RTX (SoftCNC)

MDSI

Open

CNC

Fieldbus

SERCOS

Ethernet

specjalny

WinAPI

Psos

PC z WinNT

Indramat

MTC200

Fieldbus

specjalny

Ethernet

specjalny

WinAPI

specjalny

PC z

WinCE/NT

Fanuc

210i/210is

I/O

Support

Drive

Support

LAN

Support

CNC API

HMI API

Platforma

(sprz t,

system

operacyjny)

Platforma

(sprz t,

system

operacyjny)

CNC

Interfejs komunikacyjny

Interfejs

programowania

CNC

HMI

RTX (ang.

Real Time Extensions for Windows)

++ otwarty

cz ciowo otwarty

-- zamkni ty

Przegl d komercyjnych systemów CNC

Własno ci i wymagania cyfrowych interfejsów nap dów

Działanie w czasie rzeczywistym,

Cykliczna, synchroniczna transmisja danych,
Wysoka deterministyka, mały

Jitter,

Parametryzowalno ,
Zintegrowane narz dzia diagnostyczne,
Wysoka odporno na zakłócenia.

Ró ne miejsca interfejsu pomi dzy układem NC i nap dem

Ocena sygnałów z

sensorów

Regulacja pr dko ci

obrotowej

Sterowanie

silnikiem

Regulacja poło enia

kł

Regulacja pr du

Modulacja szeroko ci

impulsów

Zadana warto

pr du

Interfejs pr du

Zadana warto

pr dko ci

obrotowej

Ocena sygnałów z

sensorów

Regulacja pr dko ci

obrotowej

Sterowanie

silnikiem

Regulacja poło enia

Regulacja pr du

Modulacja szeroko ci

impulsów

kł

Rzeczywista

warto

poło enia

Interfejs pr dko ci

obrotowej

Interfejs poło enia

Ocena sygnałów

z sensorów

Regulacja pr dko ci

obrotowej

Sterowanie

silnikiem

Regulacja poło enia

Regulacja pr du

Modulacja szeroko ci

impulsów

kł

Rzeczywista

warto

poło enia

Zadana

warto

poło enia

Rozwi zania cyfrowych interfejsów nap dów

Rozwi zania firmowe: np. Siemens, FANUC, ...

SERCOS:

SERCOS: znormalizowany przemysłowy interfejs

opracowany przez producentów nap dów i

sterowników, np. Indramat, Andron, AMK,

ABB, Atlas Copco, Baumueller, Bosch, ...

Profibus

MC:

Fast

Ethernet:

FireWire

w ko cowym stadium opracowania
w opracowaniu
do zastosowa w technice nap dowej w

opracowaniu

CAN

Profibus

Interbus

SERCOS

Ethernet

1999r.

2000r.

Pó niej

57,3%

66,3%

58,9%

30,5%

26,7%

32,0%

37,3%

17,6%

15,2%

15,6%

17,7%

24,1%

17,3%

30,7%

Zastosowanie sieciowych systemów komunikacyjnych

do sterowania serwonap dami

Cechy ró nych interfejsów nap dów

wzrasta

mała

---

Dost pno

inteligentnych

serwo-nap dów

wzrasta (np.

SoftSercans)

wzrasta

du a

Dost pno

sterowników

programowych (

driver’ów)

wzrasta

du a

Dost pno

interfejsów

sprz towych

wysoka (= kilka

µµµµ

rednia

mała

* *

Dokładno

synchronizacji

tak (synchroniczny)

nie (asynchroniczny)

Tak

Determinizm

rednia

(= 0.5 ms)

niska

(= 4 ms)

wysoka

Maks. aktualizacja

rozkazów

16 Mbit/s

(dla SERCOS’a 816)

1 Mbit/s

16 kHz lub wy sza

Maks. szybko

transmisji

32 bit

16 bit

Rozdzielczo

oceny

rozkazów

80 bajtów

(konfigurowalna)

8 bajtów

---

Maks. wielko

telegramu

nie

tak

Kwantyfikacja/ odchylenie

bardzo małe

małe

du e

Generowanie hałasu

2 wiatłowody dla

układu

2 dla osi

min. 12 dla ka dej osi

Poł czenia przewodów

Cyfrowy interfejs

nap du

SERCOS-II

Fieldbus

CAN/CANOpen

Analogowy

±±±±

10 V

Interfejs nap du

zale nie od liczby nap dów

* *

normalnie synchronizacja sekwencyjna. Bezwzgl dnie uzyskiwana dokładno zale y od zastosowanej techniki programowania.

Układ sterowania CNC

(z interfejsem

SERCOS

SERCOS)

Terminal

Zadana

warto

pr dko ci

Rzeczywista

warto

poło enia

Interfejs pozycji o du ej

rozdzielczo ci dla

poło enia k towego

Regulator nap du

Regulacja pr dko ci

Zorientowana na

pole regulacja pr du

stojana

Interfejs o du ej rozdzielczo ci dla

poło enia sa

Cyfrowy moduł regulacji z interfejsem

SERRCOS (

serwo-wzmacniacz)

Serwo-

silnik

Liniał

pomiarowy

+ W

- X

Przygotowanie

bloków

Interfejs

SERCOS

Interfejs

SERCOS

Interpolator

Regulator

poło enia

SERCOS

Serial Realtime Communication System

Regulacja nap du z cyfrowym interfejsem SERCOS

Układ CNC

(Regulacja poło enia)

Terminal

Warto

zadana

poło enia

cyfrowo

(32 bit)

Regulator nap du

Regulacja pr dko ci

Zorientowana na

obiekt regulacja

pr du statora

Interfejs dla poło enia sa o du ej

rozdzielczo ci

Cyfrowy moduł regulacji z analogowym

interfejsem (

serwowzmacniacz)

Serwo-

motor

Liniał

pomiarowy

SERCOS

Interface

SERCOS

Interface

Interpolator

SERCOS

Serial Realtime Communication System

Interpolacja

dokładna

Regulacja poło enia

Parameter

Diagnose

Interfejs dla poło enia

k towego o du ej

rozdzielczo ci rotora

Regulacja poło enia w CNC Regulacja poło enia w nap dzie

Interpolacja:

0.5

<<<<

10 ms

Regulacja poło enia:

0.5

<<<<

10 ms

0.250 ms

Regulacja pr dko ci:

0.250 ms

Komutacja:

0.125 ms

Regulacja pr du:

0.0625 ms

Tendencje:

Regulacja poło enia zintegrowana w sterowniku nap du

Przyczyny:

- minimalne nakłady,
- du a dokładno dzi ki zintegrowanym składnikom regulacji,
- interfejs nap du na zewn trz obwodu regulacji,
- oddzielenie CNC od nap du z jednoznacznym podziałem

zada i zdefiniowaniem mocy,

- polepszenie uruchamiania, piel gnacji i diagnostyki

Typowe czasy przetwarzania w obwodzie regulacji

poło enia z nap dami cyfrowymi

Rodzaje trybów pracy nap dów

N [Newton]

lbf [

pound force]

mm/s; mm/min

cal/s; cal/min

mm; cale

Jednostka (translacyjnie)

LON; 0.1 lbf

tak

0.001mm/min; 0.000 01 cal/min

tak

0.000 1 mm; 0.000 001 cal

tak

Wa no :

preferowany

parametr

16 bit

32 bit

Warto zadana/

rzeczywista

(długo

danych)

---

bez

Uchyb nad ania

Wał silnika

Przetwornik silnika

Przetwornik

liniowy

Przetwornik

silnika

Przyporz dkowanie

przetwornika/ rodzaj

Regulacja

obci enia

Regulacja pr dko ci

Regulacja poło enia

Obja nienie

Tryby pracy nap du

Cechy cyfrowego interfejsu nap du SERCOS

Własno ci cyfrowego interfejsu nap du SERCOS:

cykliczne, synchronizowane taktem przygotowywanie

warto ci zadanych, warto ci rzeczywistych i komend,

czas cyklu

≤≤≤≤

62.5

synchronizacja wszystkich nap dów z du

dokładno ci czasu taktu: Jitter < 5

asynchroniczna wymiana danych potrzebnych do

uruchamiania i diagnostyki,
wszystkie wymieniane dane s normowane i

dopasowane do ró nych układów sterowania, nap dów

i aplikacji,
funkcje bezpiecze stwa dla ochrony maszyn

254 dla pier cienia,

mo liwych jest wiele

segmentów

254 dla pier cienia,

mo liwych jest wiele

pier cieni

254 dla pier cienia,

mo liwych jest wiele

pier cieni

Max. liczba uczestników

1 dla segmentu

1 dla pier cienia

Liczba

master’ow

Tak

Nie

Hot-Plugging

Tak

Nie

Opcjonalny kanał IP

Tak

Kanał serwisowy

Tak

Nie

Komunikacja

Multi-master i

synchronizacja

Tak

Nie

Komunikacja skro na

(

slave-to-slave)

Ethernet II, 802.3

Specyficzna dla SERCOS’a

Protokół bazowy i warstwa

fizyczna transmisji

Synchronizacja sprz towa

Synchronizacja

< 1

µµµµ

< 1

µµµµ

< 1

µµµµ

Jitter

Konfigurowalny,

minimalny 31.5

µµµµ

Konfigurowalny,

minimalny 62.5

µµµµ

Konfigurowalny,

minimalny 62.5

µµµµ

Czas cyklu

100 Mbit/s

2/4/8/16 Mbit/s

2/4 Mbit/s

Szybko transmisji

Pier cie lub linia

Pier cie

Topologia sieci

Ethernet (skr tka lub

wiatłowód)

wiatłowód

Medium fizyczne

2005

1999

1987

Rok wprowadzenia

SERCOS

III

SERCOS

Rozwój standardu SERCOS

Cyfrowy interfejs nap du SERCOS

Układ

sterowania

numerycznego

Inteligentne

cyfrowe

serwonap dy

Inteligentny

cyfrowy

serwonap d

wiatłowód

Nap d wrzeciona

Nap dy osi

...

Układ

sterowania

Opcjonalne

poł czenie z dalszymi

układami sterowania

Opcjonalne

poł czenie z dalszymi

układami sterowania

Opcjonalne

sprz enie dla

struktury

pier cieniowej

Nap d 1

Nap d 2

Nap d 3

Kabel w standardzie

CAT5/6

Struktura nap du z interfejsem SERCOS-III

Silniki liniowe – zasada działania

Podstaw działania silnika linowego jest uzyskiwanie stałej

siły liniowej na tej zasadzie, e wzdłu zdefiniowanego

odcinka s umieszczone magnesy wzgl dnie cewki

(uzwojenia), które wzajemnie na siebie oddziałuj .
Powstaj dwa ró ne elementy takiego silnika, jeden

pierwotny

pierwotny i jeden

wtórny

wtórny, przy czym mo na budowa

ró norodne silniki liniowe. Element pierwotny zawiera

uzwojenia silnika. Uzwojenia te s umieszczone albo w

rowkach stosu blach, albo te s zalane w ywicy

epoksydowej. Element wtórny silnika, w zale no ci od

potrzeb, mo e by rozwi zany indywidualnie. Składa si on

z trzech nast puj cych materiałów: z jednego lub wielu

magnesów stałych umieszczonych na stali dla zamkni cia

obwodu magnetycznego, płyty stalowej z wytrawionymi lub

wyfrezowanymi rowkami, które s zalane ywic

epoksydow i nast pnie szlifowane, albo te płyty

aluminiowej z płyt stalow .

Cze pierwotna

Cze wtórna

Silnik z długim statorem

Silnik z krótkim statorem

Przekrój

promieniowy

Zasada przej cia z silnika obrotowego na liniowy

Cechy charakterystyczne bezpo rednich nap dów

z silnikami liniowymi

Długi stator
Krótki stator

Pojedynczy grzebie
Podwójny grzebie

Rodzaje silników liniowych

Zasada działania

Wykonanie statora

Przekrój poprzeczny

Silnik

asynchroniczny
Silnik synchroniczny
Silnik pr du stałego
Silnik reluktancyjny

(skokowy)

Budowa silników liniowych

Silnik dwugrzebieniowy

Silnik jednogrzebieniowy

Silnik solenoidalny

Cze

pierwotna

Cze

pierwotna

Cze

wtórna

Sztaby zwieraj ce

Uzwojenia

Cze

wtórna

Sztaby zwieraj ce

Uzwojenia

Cze

pierwotna

Uzwojenia

Cze

wtórna

Sztaby zwieraj ce

Porównanie rozwi za nap dów posuwu

w obrabiarkach

Projektowanie i

konstrukcja

obrabiarki

Trwało /

zu ycie

Przemieszczenie

Siła posuwu

Dokładno

Przyspieszenie

Pr dko

listw z bat

paskiem

z batym

toczn rub

poci gow

Silnik obrotowy z

Silnik liniowy

Konwencjonalne nap dy maszyn (obrabiarek) odznaczaj si :

Konwencjonalne nap dy maszyn (obrabiarek) odznaczaj si :
• do realizacji liniowego ruchu zespołu roboczego maszyny

konwencjonalne nap dy z silnikami obrotowymi wymagaj

dodatkowej struktury mechanicznej; za pomoc mechanicznych

elementów przenoszenia nap du ruch obrotowy silnika jest

zamieniany na ruch liniowy osi posuwu. Takimi elementami

przenoszenia nap du s np.: układ ruba-nakr tka, z batka-listwa

z bata, z batka-pasek z baty itp.,

• wad takich rozwi za s m.in. małe pr dko ci ruchu liniowego

posuwu, bł dy kinematyczne układu przeniesienia nap du oraz

odkształcenia statyczne i dynamiczne wskutek sił tarcia, skrawania

i przyspiesze (bezwładno ci),

• podatne elementy nap du prowadz do wyst powania

niestabilno ci obwodu regulacji,

• zło ona budowa, konieczno zestrajania elementów oraz zu ycie

mechaniczne, a tak e wysokie nakłady zwi zane z utrzymaniem

stanu s dalszymi wadami konwencjonalnych nap dów.

Cechy konwencjonalnych nap dów maszyn

Nap dy bezpo rednie z silnikami liniowymi odznaczaj si :

Nap dy bezpo rednie z silnikami liniowymi odznaczaj si :
• rozwi zaniami zawieraj cymi i nie zawieraj cymi elaza,
• bardzo dobrymi własno ciami dynamicznymi, z mo liwo ci uzyskiwania

du ych pr dko ci ruchu (np. 5 m/s) i du ych przyspiesze (np. 2g),

• wysok dokładno ci pozycjonowania (np. 0.01 µm) i du

powtarzalno ci poło enia,

• niskim poziomem generowanego podczas pracy hałasu poni ej 68 dB (A),

w porównaniu z konwencjonalnymi nap dami z rub toczn - 75 dB (A),

• mo liwo ci bezpo redniego sterowania silników przez sterowniki

nap dów,

• prost budow i wysok niezawodno ci ,
• mo liwo ci zastosowa dla du ych sił przy minimalnych wymiarach,
• zapewnianiem wysokiej liniowo ci charakterystyki siłowej, szczególnie

w obszarze szczytowych warto ci siły.

Cechy nap dów bezpo rednich z silnikami liniowymi

Bezpo redni nap d liniowy

Nap d z rub toczn

+ du e pasmo regulacji,
+ wysoka dokładno pozycjonowania i toru,
+ wysoka pr dko przemieszcze ,
+ du e mo liwo ci przyspiesze przy małych

masach,

+ du a niezawodno i bezobsługowo .

- du a przestrze zabudowy i du e masy przy

wysokiej sile posuwu,

- wykonanie falownika dla wi kszych pr dów,
- chłodzenie ciecz z minimalnym

nagrzewaniem silnika przy du ej g sto ci

siły,

- ze wzgl du na mał bezwładno wahania

masy silnie oddziaływaj na parametry

obwodu,

- brak samohamowno ci w pionowych osiach.

+ optymalizacja przestrzeni do zabudowy dzi ki

szybko-obrotowym serwo-silnikom,

+ mechaniczna redukcja zmniejsza wpływ waha

obci e na nap d,

+ silnik jako główne ródło ciepła jest

umieszczony poza wła ciw obrabiark ,

+ wiele komercyjnie uzyskiwanych wariantów

z korzystnymi kosztami.

- mechaniczne podatno ci z niskimi

cz stotliwo ciami rezonansowymi ograniczaj

uzyskiwane pasma regulacji i drogi

przemieszcze ,

- nieliniowe przebiegi regulacji ze wzgl du na

tarcie, napi cia zwrotne oraz dokładno ci

wykonania (bł dy skoku ruby),

- wysokie nakłady piel gnacji i ograniczona

ywotno wskutek zu ycia.

Cechy bezpo redniego nap du liniowego

i nap du z rub toczn

Ze wzgl du na rosn ce wymagania dotycz ce wi kszych pr dko ci ruchu, wi kszej dokładno ci jak

równie cichszej i czystszej pracy w wielu gał ziach przemysłu, takich jak np. produkcja

półprzewodników, wytwarzanie cz ci elektronicznych, przemysł medyczny i opakowaniowy, a tak e

obrabiarkowy zdecydowano si na przestawienie na silniki liniowe. Silniki liniowe umo liwiaj uzyskanie

istotnych korzy ci dotycz cych zarówno pr dko ci ruchu jak i dokładno ci. Oprócz tego, nap dy

liniowe odznaczaj si równie prost budow i niezawodno ci , co sprawia, e ich znaczenie szybko

ro nie, szczególnie w przemy le drukarskim i tekstylnym, a tak e w przemy le obrabiarkowym i

przetwórstwa tworzyw sztucznych.

Nap dy bezpo rednie z silnikami liniowymi (OMRON)

Przykłady nap dów liniowych firmy OMRON

Silnik liniowy typu TW z rdzeniem elaznym i kompensacj siły

napinaj cej

Uzwojenie (cz

ruchoma)

Powlekany rdze

elazny

Tor magnetyczny

(cz

stała)

Magnesy

Obudowa z tworzywa

sztucznego

Silnik liniowy typu GW bez elaznego rdzenia nie ma

adnej siły napinaj cej i adnej siły spoczynkowej

Magnesy

Tor magnetyczny

(cz

stała)

Uzwojenie (cz

ruchoma)

Uzwojenia silnika liniowego typu FW składaj

si z powlekanego rdzenia elaznego i

ukształtowanych cewek, które s umieszczone

w zagł bieniach rdzenia. Całkowite uzwojenie

po dokładnym wykonaniu jest na trwałe

zamykane w odprowadzaj cej ciepło obudowie

z tworzywa sztucznego, aby zapewni

sztywno struktury. Tor magnetyczny typu FW

składa si z szeregu magnesów, które s

dokładnie pozycjonowane z jednej strony płyty

stalowej ze stopami niklu. Osłony wykonane ze

stali szlachetnej chroni magnesy umieszczone

na torze magnetycznym FW przed

uszkodzeniami.
Magnetyczna siła napinaj ca pomi dzy

ruchomymi i stałymi cz ciami zapewnia

sztywno układu przy obci eniu prowadnic

liniowych.

Silnik liniowy typu FW z rdzeniem elaznym

Powlekany rdze

elazny

Obudowa z

tworzywa

sztucznego

Uzwojenie

(cz

ruchoma)

Tor

magnetyczny

(cz

stała)

Magnesy

Uzwojenie

Powlekany rdze

elazny

Magnesy

ruchoma

stała

Budowa silnika liniowego typu FW (OMRON)

Bezpo rednie nap dy liniowe

Układ zawieraj cy elazo

Układ nie zawieraj cy elaza

Jednostronny tor

magnetyczny

Dwustronny tor

magnetyczny

Dwustronny tor

magnetyczny

Cechy wspólne:
• du e siły,
• zwarta budowa,
• wysoka trwało w długim okresie czasu (mo liwe chłodzenie

ciecz ),

• du y ci ar i w wyniku tego mała dynamika.

• rednie siły ,
• du e siły napinaj ce (do 5 x

siły znamionowej); dzi ki temu

du e masy i wysoka

stabilno .

• małe siły spoczynkowe,
• adne magnetyczne siły

napinaj ce.

• mo liwe małe długotrwałe siły,

co jest spowodowane złym

odprowadzaniem ciepła,

• wysokie siły szczytowe

(krótkotrwałe), poniewa nie

zawiera elaza i tym samym nie

wyst puje adne nasycenie,

• bardzo mały ci ar i dzi ki temu

du a dynamika.

Ruch

Układ pomiaru drogi (liniał pomiarowy)

System zawieraj cy

elazo z jednostronnym

torem magnetycznym

System nie zawieraj cy

elaza z dwustronnym

torem magnetycznym

ruchoma (z uzwojeniem)

Tor magnetyczny

ruchoma (z uzwojeniem)

Podstawowe rozwi zania bezpo rednich

nap dów liniowych

0 2 4 6 8 10

Moment obrotowy [Nm]

1000

2000

3000

4000

5000

]

0 200 400 600

Siła [N]

]

Charakterystyki silnika obrotowego i liniowego

Wielko ci charakterystyczne i zale no ci dla

silnika obrotowego i liniowego

Silnik liniowy

Silnik obrotowy

Moc: P = F * v

Moc: P = M *

Siła: F = m * a

Moment obrotowy: M = J *

εεεε

Przyspieszenie: a = dv/dt

Przyspieszenie k towe:

εεεε

= d

/dt

Podstawowe zale no ci

Silnik liniowy

Silnik obrotowy

Masa: m [kg]

Moment bezwładno ci: J [kgm

]

Pr dko : v [m/s]

Pr dko k towa:

-1

]

Siła: F [N]

Moment obrotowy: M [Nm]

Wielko ci charakterystyczne

Wymagania dotycz ce rozwoju nap dów elektrycznych

s wyra nie ukierunkowane na uzyskiwanie:
najwy szych mo liwych pr dko ci, dla szybkiego

przemieszczania przedmiotów/ materiałów (> 5m/s),
wysokich przyspiesze , dla skrócenia czasu realizacji

nieproduktywnych przemieszcze jałowych (do 20g i

wi cej),
utrzymywania najwy szej z mo liwych dokładno ci

pozycjonowania (< 1

µµµµ

m), szczególnie w zastosowaniu

do produkcji półprzewodników,
minimalnego przeregulowania regulatora podczas

pozycjonowania, dla skrócenia czasu

pozycjonowania,
mo liwie wysokiej sprawno ci, dla zmniejszenia

kosztów produkcyjnych i piel gnacyjnych.

Interfejsy cz

owiek - maszyna w obrabiarkach sterowanych

numerycznie

Kasowanie danych

Ruch szybki

Wyprowadzanie danych

Posuw (ruch roboczy)

Wprowadzanie danych

Transport przedmiotu

Korekcja narz dzia

Stó

obrotowy

wzgl. o obrotowa

Punkt referencyjny

Pinola konika

R czne wprowadzanie

danych

Zacisk

Pami

Wrzeciono

Funkcja

Symbol

Funkcja

Symbol

Symbole i funkcje na pulpicie

układu

sterowania NC

Symbole i funkcje na pulpicie

maszyny

lub

Automatyczny

R czne wprowadzanie

danych

Ustawianie

Uczenie

(

teach

)

Automatyczne przetwarzanie programu

Mo na wprowadza i wykonywa

pojedyncze bloki programu NC

W trybie r cznym mo na realizowa

przemieszenia poszczególnych osi

Mo na tworzy lub korygowa program

NC przez zapami tywanie pozycji osi

Specjalne tryby

pracy

Np. uruchamianie, przezbrajanie itp.

Tryby pracy układów NC

Rodzina Power Line układów CNC SINUMERIK firmy

Siemens

BAG =

Betriebsartengruppe (moduł trybu pracy)

do 6 osi, ł cznie z 2 wrzecionami,

2 kanały, 2 BAGs

do 31 osi/wrzecion,

10 kanałów, 10 BAGs

840D

810D

uł

do 18 osi/wrzecion,

6 kanałów, 6 BAGs

840Di

802D

do 4 osi + 1 wrzeciono,

1 kanał, 1 BAG

do 3 osi + 1 wrzeciono,

1 kanał, 1 BAG

802S/C

Pulpit obsługi z PCU 20/50/70

Silniki

posuwowe

servo AC

Moduły peryferyjne I/O

SIMATIC S7-300

Pulpit maszynowy

Moduł E/R

CCU

Silnik nap du

głównego AC

Do 6 osi ł cznie z 2

wrzecionami,

2 kanały, 2 BAG

CNC SINUMERIK 810

Power

Line

wspólny system

steruj co - nap dowy

dla obrabiarek,
kompaktowy,

dopasowany do

obsługiwanej ilo ci

osi,
technologia toczenia,

frezowania, transportu

(przeno niki/podajniki

),
zintegrowany

wysokowydajny nap d

SIMODRIVE 611D,
programowo zgodny z

840D.

Przykład systemu sterowania CNC SINUMERIK 810

Power Line z nap dami SIMODRIVE firmy

Siemens

Front: IP54

Wymienne nakładki

na przyciski

(

Softkeys)

640x480

Hotkeys

USB

Przykład panelu obsługowego SINUMERIK O

P010C

P010C,

pulpitu maszyny i kółka r cznego firmy

Siemens

Nowa rodzina

Solution

Line

Line układów CNC

SINUMERIK firmy

Siemens

S840D sl

S840Di sl

S802D sl

Zabudowa modułowa
Uniwersalno zabudowy

SINAMICS
Do 31 osi/ wrzecion/10

kanałów

Zintegrowany PC-CNC
Synchroniczny PROFIBUS

dla SINAMICS i SIMATIC
Do 20 osi/ wrzecion/10

kanałów
Opcjonalnie analogowe

zł cze dla nap dów

Kompaktowy panel CNC
Do 4 osi/

1 wrzeciono/ 1 kanał lub

3 osie/

2 wrzeciona/ 1 kanał
Frezarka, tokarka

Przykład aplikacji sterownika CNC SINUMERIK 802D sl

z nap dami SINAMICS we frezarce

Innowacyjne rozwi zanie dla

technologii toczenia i frezowania

Ready to Run – wysoka jako i

bezpiecze stwo

System kompaktowy, wszystkie

komponenty zintegrowane w

pulpicie obsługi

Zgodno z innymi rozwi zaniami

rodziny systemów Solution Line

Ethernet on Board
Oszcz dno

w okablowaniu

Proste i szybkie uruchomienie

Proste programowanie PLC

Prosta obsługa

Prawie nieograniczona długo

programu na Compact Flasch-Card

Krótkie czasy obróbki

Urz dzenia

peryferyjne

SINAMICS S120

Silniki

nap du

posuwów

Silnik

nap du

głównego

Dławik

Filtr

sieciowy

Zasilacz

DRIVE-CLiQ

Rodzina pulpitów układów sterowania CNC typu TNC

oraz przeno ne pulpity obsługi firmy

Heidenhein

Przeno ne pulpity

obsługi (w dki)

Układ sterowania CNC serii 18i MB firmy

GE Fanuc

Schematyczna struktura systemu DNC (

Distributed

Numerical Control)

LAN

Serwer danych

DNC

IPC/ Terminal

DNC

Adapter LAN

Urz dzenie do

ustawiania narz dzi,

współrz dno ciowa

maszyna

pomiarowa, ...

Obrabiarka

CNC z RS 232

Obrabiarka

CNC z RS 232

Obrabiarka

CNC z kart

sieciow

System DNC (ang. Distributed Numerical Control ) pozwala na unikanie bł dów podczas przenoszenia programów NC do układów

sterowania CNC obrabiarek. Pod systemem DNC w obecnym sensie rozumiana jest sie komunikacyjna z dwukierunkow

wymian danych, ł cz ca istniej ce w zakładzie układy sterowania numerycznego obrabiarek z komputerem, który funkcjonuje jak

serwer z centraln składnic danych. Chodzi tutaj o konfiguracj klient-serwer, przy czym przył czone układy sterowania CNC s

klientami. Do systemu DNC mog by przył czone równie inne urz dzenia, takie jak współrz dno ciowa maszyna pomiarowa,

czy urz dzenie do ustawiania narz dzi. Zwykle sie komputerowa jest wykonana kablem koncentrycznym i zawiera karty

sieciowe. Coraz cz ciej s jednak stosowane tak e radiowe sieci DNC, co jest szczególnie korzystne dla cz stych zmian

Layaut’u (rozmieszczenia maszyn na hali). Najprostszym rozwi zaniem jest poł czenie kablem szeregowym przez standardowe

interfejsy RS 232, którymi obecnie dysponuj praktycznie wszystkie układy sterowania obrabiarek. Je eli do samego układu

sterowania numerycznego CNC nie mo na wbudowa karty sieciowej, to pomocne mo e by przył czenie przez adapter LAN lub

terminal DNC, które wtedy wymieniaj dane przez szeregowe poł czenie z układem sterowania obrabiarki. Terminale DNC, oprócz

czystej wymiany danych, oferuj równie przynajmniej mo liwo zbierania danych produkcyjnych (PDA), lub przy wyposa eniu w

monitory graficzne realizacj koncepcji produkcji bez u ycia papieru (Viewer). Oznacza to mo liwo dost pu do rysunków

technicznych, schematów mocowania, wykazów narz dzi, zdj i innych dokumentów, które s zło one na serwerze. Dzi ki temu

mo na znacznie zredukowa zu ycie papieru i koszty druku.
Systemy DNC, w porównaniu z dyskietkami lub innymi no nikami danych, zapewniaj uzyskiwanie nast puj cych korzy ci:
• Przyspieszenie transmisji danych. Transmisja danych w rodowisku LAN, a tak e cz ciowo transmisja szeregowa, jest

szybsza ni r czna na dyskietkach lub innych mediach pami ci. Tylko archiwizacja programów NC w samych układach sterowania

obrabiarek umo liwia szybszy dost p do danych przy ponownej realizacji obróbki przedmiotu, poniewa wtedy dane musz by

tylko załadowane do pami ci RAM układu CNC. Jednak jedynie nowe układy sterowania numerycznego dysponuj wystarczaj co

du ymi dyskami twardymi (a najnowsze s wyposa ane pami ci typu Flash).
• Zabezpieczenie przed u yciem przestarzałych (nieaktualnych) danych. Koncepcja centralnej składnicy danych w serwerze

umo liwia jednoznaczne struktury zarz dzania, które skutecznie zapobiegaj wielokrotnemu zapami tywaniu danych z ró nymi

stanami zmian. Dzi ki temu ka dorazowo zapewniony jest dost p do aktualnej wersji zastawu danych. Musi by jednak

zapewnione skuteczne zabezpieczenie przed utrat danych w przypadku awarii serwera.
• Eliminacja ródeł bł dów. Oprócz niebezpiecze stwa manipulowania bł dnymi danymi („na jakiej dyskietce jest teraz zawarty

wła ciwy, aktualny zestaw danych?“), za pomoc systemu DNC daje si unikn wielokrotnego wprowadzania bł dów.

Przykładem tego mo e by przekazywanie warto ci korekcji narz dzi. Je eli urz dzenie do ustawiania narz dzi nie jest wł czone

w sie DNC, to zmierzone warto ci s zwykle przekazywane do obrabiarki w postaci wydrukowanej listy lub etykiet naklejonych na

narz dziach. Odczytywanie kolumn liczb powoduje ryzyko powstawania bł dów z mo liwymi ich skutkami. I tak np. bł dnie

wprowadzone za małe długo ci narz dzi prowadz do wyst pienia kolizji. Wad systemów DNC s koszty inwestycyjne,

szczególnie wtedy gdy trudne warunki pracy na produkcji wymagaj zastosowania drogich (dwukrotnie dro szych od biurowych

PC) przemysłowych PC (IPC).

Systemy DNC

Serwer DNC NT-2000

Sie Ethernet

System CAD/CAM

System programowania NC

na PC i stacjach roboczych

SINUMERIK 840D / 810D / FM-NC

z PCU 50 / MMC103

SINDNC

Lokalne DNC NT

2000

Obrabiarki CNC z

interfejsem szeregowym

1....16

Rozszerzenie systemu

Przykład systemu DNC z oprogramowaniem

firmy

Siemens

DNC

DNC (ang.

Direct/ Distributed Numerical Control)

Udział zastosowa CNC w regionach

(2005r.)

Europa 42%

Pozostałe 1%

Azja 46%

Ameryka 11%

Azja 64%

Ameryka 9%

Europa 26%

Pozostałe 1%

W 2005 r. dostarczono 196.000 szt. CNC

Heidenhain

Fanuc

Siemens

Mitsubishi

Bosch-

Rexroth

26%

25%

Udział producentów CNC w rynku (2004r.)

3562 3561 3565

3888

4184

4557

Hardware

Software

Service

Przychody na rynku CNC [mln $]

( redni roczny przyrost 5.1%)

1000

2000

3000

4000

5000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 Rok

Rynek układów sterowania numerycznego (wg Siemens, ARC)

Obszary zastosowania układów sterowania CNC (PLC)

Frezowanie (15 – 20%)

Toczenie (25 %)

Centra obróbkowe

(15 – 20%)

Obróbka elektroerozyjna

EDM (5 – 10%)

Szlifowanie (5 – 10%)

Pozostałe (25%)

Producenci układów CNC

Trimeta Software GmbH

Traub

Siemens

Schleicher

Röders

PA Power Automation

Osai

Okuma

NUM GmbH

MDSI

Mazak

Isel Automation

Hurco

Heidenhain

Haas

Fidia

FANUC Ltd.

Fagor Automation

Eckelmann

Delta Tau Systems, Inc.

Bosch Rexroth

Benezan Electronics

Beckhoff

Andron

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ZIP 2012 Podst automat cz 1
ZIP 2012 Podst automat cz2
ZIP 2012 Podst automat cz4
ZADANIA Z KOLOKWIUM Z PODST automatyki A[1]. Kochan, Semestr IV, Wspólne, Podstawy automatyki
syll 2. admin.publ. zao 2011 2012 podst pr pr i pr urzedn, WAŻNE
2012 podst edytor dla stud z
2012 10 21 cz3
ZIP 2013 progr Automatyzacja i roboty, SGGW Technika Rolnicza i Leśna, Automatyka
plan zajec oiur zip 2012 02
2012 10 21 cz3

więcej podobnych podstron