Układ sterowania

Układ sterowania robota przemysłowego IRp-6 złożony jest z modułów funkcjonalnych opartych na pakietach albo działających jako oddzielne zespoły. W pakietach zawiera się komputer (razem z pamięcią) i układ interfejsu służący do komunikacji z pamięcią kasetową, panelem operacyjnym, panelem programowania, sterownikami poszczególnych napędów i innymi urządzeniami wejściowymi i wyjściowymi. Komunikacja ta oparta jest na systemie sygnałów, które przesyłane są odpowiednimi szynami danych, adresów wejść/wyjść, adresów pamięci, sygnałów sterujących itd. W sterownikach położenia wytwarzane są analogowe sygnały wartości zadanej, które zostają przesłane do sterowników mocy odpowiednich zespołów napędowych.

Komputer sterujący składa się z następujących bloków:

• wejścia do wczytywania danych zewnętrznych

• zespołu arytmetycznego służącego do arytmetycznego i logicznego przetwarzania danych

• pamięci przechowującej dane zewnętrzne oraz programy robota

• zespołu sterującego wykonywaniem poszczególnych operacji

• wyjścia odpowiedzialnego za wysyłanie danych na zewnątrz

Program sprawujący nadzór nad pracą robota składa się z szeregu procedur. Jako pierwsza po włączeniu robota wykonywana jest procedura startu, która m.in. zeruje rejestry i liczniki rozkazów. Następnie wykonywana jest procedura obsługi zegara. Następuje wtedy synchronizacja pracy komputera, z okresem próbkowania 10 ms. Natomiast w procedurze wyboru rodzaju pracy sprawdzane jest czy operator wprowadził nowe rozkazy, czy też ma być dokonywane przepisywanie między pamięcią robota a pamięcią kasetową.

Podstawowa wersja układu sterowania zapewnia następujące możliwości:

- sterowanie typu PTP (punktowe) z nastawianą prędkością ruchów osi robota oraz CP (ciągłe) z nastawianą prędkością ruchu punktu roboczego narzędzia (TCP),

- realizacja ruchu punktu roboczego narzędzia (TCP) we współrzędnych kartezjańskich lub cylindrycznych związanych z podstawą robota lub we współrzędnych wewnętrznych robota,

- programowania ruchu po linii prostej lub okręgu, które mogą być dowolnie zorientowane w przestrzeni,

- współpracy z czujnikami zewnętrznymi, co umożliwia budowę adaptacyjnych układów sterowania,

- zapisywania i przechowywania programów użytkownika w pamięci masowej (jednostka pamięci kasetowej typu PK-3).

W robocie IRp-6 sterowanie silników napędowych oparto na zastosowaniu impulsowych przełączników tranzystorowych. Zasilanie stopni wyjściowych sterowników mocy wszystkich osi robota następuje za pomocą napięcia stałego +47V z prostownika 3-fazowego. Naprzemiennie dodatnie i ujemne napięcie z prostownika z częstotliwością około 8 kHz doprowadzone jest do silnika, gdzie regulowane jest przez zmianę długości impulsów. Sterownik położenia wywołuje analogowy sygnał wartości zadanej prędkości. Pomiar prędkości rzeczywistej odbywa się za pomocą prądnicy tachometrycznej, sprzężonej z wałem silnika. Sygnał wartości zadanej jest porównywany z sygnałem prędkości w regulatorze prędkości sterownika mocy. Różnica tych sygnałów jest wzmacniana i stanowi sygnał zadany prądu silnika. Następnie sygnał ten zostaje przekształcony na impulsy i służy do sterowania przełącznikami tranzystorowymi, dzięki czemu możliwy jest ruch silnika z odpowiednią prędkością. Zabezpieczeniem silników na wypadek mechanicznego ograniczenia ruchu robota jest pomiar sygnału zadanego prądu silnika w sterowniku. Jeżeli jego wartość przekracza wartość dopuszczalną przez czas dłuższy niż 5s, generowany jest przez sterownik sygnał powodujący tzw. „półstop awaryjny”, co prowadzi do zatrzymania programu i redukcji prądu do połowy wartości. Dodatkowym zabezpieczeniem jest wyłącznik nadmiarowo-prądowy, powodujący awaryjne zatrzymanie robota w przypadku pobierania nadmiernego prądu przez którykolwiek z silników.

Układ sterowania zapewnia możliwość sterowania 5 lub 6 osiami robota oraz manewrowania nie więcej niż 3 osiami zewnętrznymi serwomechanizmów urządzeń współpracujących z robotem. Kąt obrotu każdego z członów manipulatora jest mierzony przez transformator położenia kątowego (rezolwer). Taki przetwornik do pomiaru położenia kątowego zawiera dwa nieruchome uzwojenia stojana i jedno ruchome uzwojenie wirnika. Uzwojenia stojana zasilane są dwoma napięciami o jednakowej wartości z częstotliwością 2kHz i przesuniętymi w fazie o 90 . Wirnik rezolwera jest sprzężony z wałem silnika, a jeden obrót silnika odpowiada 200 przyrostom elementarnym. Miarą położenia jest przesunięcie fazowe pierwszej harmonicznej napięcia indukowanego w uzwojeniu wirnika. W sterowniku położenia sygnał rzeczywistego położenia z rezolwera porównywany jest z sygnałem wartości zadanej położenia (generowanym w sterowniku położenia z częstotliwością 2 kHz) - różnica faz tych sygnałów przekształcona zostaje na sygnał analogowy, będący sygnałem zadanym prędkości dla sterownika mocy. Jeżeli położenie nie jest zgodne z zadanym, to różnica powoduje obrót wirnika rezolwera w kierunku zredukowania różnicy faz. W sterowniku położenia znajdują się dwa układy do wykrywania różnicy położenia rzeczywistego i zadanego, których zadaniem jest sygnalizowanie przekroczenia dopuszczalnych wartości różnicy położeń albo osiągnięcie obszaru zerowego. Nadążanie za zadaną wartością położenia odbywa się z pewnym opóźnieniem, tym większym im wyższa jest prędkość ruchu. Ruszanie, zatrzymywanie, przyśpieszanie i hamowanie poszczególnych zespołów realizowane jest w ten sposób, aby nie występowały przeregulowania położenia lub prędkości.

Układ sterowania ponadto umożliwia bezpośrednie włączenie robota w elastyczne systemy produkcyjne wykonane w standardzie systemu INTELDIGIT-PROWAY. Program sterujący jest przechowywany w pamięci EPROM. Jego podstawowym zadaniem jest sprecyzowanie, w jaki sposób mają być wykonywane różne instrukcje i funkcje robota. Operator wprowadza polecenia do układu sterowania za pomocą panelu operacyjnego (dodatek A) i panelu programowania (dodatek B). Jak mieliśmy okazję się przekonać, funkcje dostępne za pomocą panelu programowania pozwala na napisanie programu realizującego większość podstawowych czynności wykonywanych przez roboty. System programowania jest otwarty, co umożliwia stosunkowo proste dodawanie nowych bloków programu, rozszerzających możliwości funkcjonalne robota. Dzięki systemowi lampek sygnalizacyjnych i komunikatów wyświetlanych na panelu programowania, operator jest informowany o stanie robota. Ponadto komputer, badający stan robota, wysyła i odbiera także sygnały z wejść i wyjść łączących robota z osprzętem zewnętrznym oraz odczytuje rozkazy ruchu dla poszczególnych osi robota.

Rozkazy ruchu dla poszczególnych osi robota tworzone są prze operatora za pomocą panelu programowania. Poszczególne pozycje i prędkości ruchów są zapisywane w pamięci komputera. Do pamięci trafiają także sygnały przeznaczona dla chwytaka, czyli chwytanie lub zwalnianie. Po zakończeniu programowania, operator rejestruje go na taśmie magnetycznej w kasecie używając jednostki pamięci kasetowej. Zapisany w ten sposób program może być uruchamiany i wielokrotnie, cyklicznie realizowany lub zatrzymany na rozkaz operatora.

Panel programowania

Panel programowania składa się z następujących elementów: 

- klawiatury i wyświetlaczy alfanumerycznych,

- przycisku awaryjnego „stop”.

Stan wyświetlacza opisywany jest przez tekst pojawiający się w dolnej lub górnej linii (maksymalnie 40 znaków)oraz wyświetleniem znaków od A do E, informujących o stanach, do których nastąpi przejście po naciśnięciu przycisku funkcyjnego z danym numerem.

Można wyróżnić także kilka grup przycisków oznaczonych piktogramami i spełniających specjalne funkcje, których zestawienie podano poniżej. 

Grupa 1 Przyciski wyboru menu:

INS (instrukcje pomocnicze) - programowanie innych instrukcji niż instrukcja pozycjonowania.

POS (instrukcja pozycjonowania) - programowanie instrukcji pozycjonowania.

START (start programu) - zainicjowanie wykonania programu użytkowego.

ED (edycja) - przeglądanie i modyfikowanie programów użytkowych

MAN (ręczne operowanie systemem) - odczytywanie, deklarowanie.

TEST (testy panelu) - testowanie klawiatury i wyświetlacza.

VTD - przycisk niewykorzystywany, przeznaczony do wprowadzania nowych funkcji robota.

Przyciski pomocnicze:

 STOP - zatrzymanie wykonania programu użytkowego, zapala się świecąca dioda.

-% (zmniejsz prędkość) - zmniejszenie prędkości ruchu punktu roboczego narzędzia przy pracy automatycznej lub przesunięcie tekstu górnej linii w prawo w trybie programowania i edycji.

+% (zwiększ prędkość) - zwiększenie prędkości ruchu punktu roboczego narzędzia przy pracy automatycznej lub przesunięcie tekstu górnej linii w lewo w trybie programowania i edycji.

 DEL (kasuj) - skasowanie omyłkowo wpisanego znaku numerycznego lub skasowanie komunikatu o błędzie. 

Grupa 2 Przyciski trybu poruszania robotem:

(układ kartezjański) - operowanie robotem w kartezjańskim układzie współrzędnych

(układ cylindryczny) - operowanie robotem w cylindrycznym układzie współrzędnych

(układ współrzędnych wewnętrznych) - operowanie robotem we współrzędnych wewnętrznych robota

(redukcja prędkości) - operowanie robotem we współrzędnych z redukcją prędkości ruchu robota.

Grupa 3

1 cyfra 1

9 cyfra9
0 cyfra 0

- minus.
. kropka dziesiętna.

Grupa 4 Przyciski funkcyjne:

F1 - przycisk funkcyjny 1.

F5 - przycisk funkcyjny 5.

  

Grupa 5 Przyciski ręcznego manipulowania robotem:

 

ZEZW (zezwolenie na ręczne manipulowanie robotem)

- uaktywnia przyciski ruchu poszczególnymi osiami, 'naciśnięcie Jakiegokolwiek innego przycisku spoza tej grupy oraz spoza grupy 2 ponownie blokuje przyciski manipulacji. FN/EXT (osie zewnętrzne)

- zmienia zestaw sterowanych osi z osi robota na zewnętrzne lub na odwrót. O tym. jakie osie są aktualnie dostępne, informuje dioda, która zapala się w momencie wyboru osi zewnętrznych.

AIR-AIL ręczne sterowanie ruchem osi pierwsze) w kierunku dodatnim i ujemnym.

 A2R - A2L ręczne sterowanie ruchem osi drugiej w kierunku dodatnim i ujemnym.

 A3R - A3L ręczne sterowanie ruchem osi trzeciej w kierunku dodatnim i ujemnym.

 A4R - A4L ręczne sterowanie ruchem osi czwartej w kierunku dodatnim i ujemnym.

 A5R - A5I ręczne sterowanie ruchem osi piątej w kierunku dodatnim i ujemnym.

 A6R - A6L ręczne sterowanie ruchem osi szóstej w kierunku dodatnim i ujemnym.

Należy zaznaczyć, iż najważniejsze znaczenie mają przyciski wyboru menu (grupa 1) oraz przyciski funkcyjne (grupa 4). Są one wraz z wyświetlaczami alfanumerycznymi wykorzystywane do komunikowania się z robotem na zasadzie dialogu. Wciśnięcie jednego z przycisków wyboru menu prowadzi do wyświetlenia na dolnym wyświetlaczu menu funkcji związanych z tym przyciskiem. Wybór funkcji dokonywany jest przyciskami grupy 4 znajdującymi się pod wyświetlaczem. Natomiast górny wyświetlacz służy do eksponowania instrukcji i komunikatów o błędach. Przyciski z grupy 2 oraz przyciski ruchu osiami są wykorzystywane do ręcznego operowania manipulatorem. Przyciski z grupy 3 stanowią klawiaturę numeryczną i są wykorzystywane podczas dialogu do wprowadzania wartości liczbowych. Przycisk zezwolenia (ZEZW) oraz przycisk stopu awaryjnego zwiększają bezpieczeństwo w operowaniu robotem.

Panel operacyjny

 Panel operacyjny jest integralną częścią szafy sterowniczej robota, wyposażoną w szereg przycisków i lampek informujących operatora o stanie robota i kolejnych krokach koniecznych do rozpoczęcia z nim pracy. Znajdują się na nim następujące kontrolery: 

ZAŚ (zasilanie) - lampka sygnalizująca podłączenie zasilania do szafy sterowniczej znajduje się na drzwiach szafy pod panelem operacyjnym

AWA (stop awaryjny - lampka-przycisk ) - świecenie się sygnalizuje wystąpienie stopu awaryjnego lub przeciążenia (półstopu awaryjnego) a naciśnięcie likwiduje stop awaryjny (o ile została usunięta przyczyna jego wystąpienia), lampka - przycisk znajduje się na drzwiach szafy pod panelem operacyjnym. 

SYN (synchronizacja - lampka-przycisk) - świecenie się światłem migającym sygnalizuje, że robot jest niezsynchronizowany, świecenie się światłem ciągłym oznacza, że synchronizacja jest w toku. naciśnięcie w czasie migania inicjuje synchronizację.

GOT (gotowość - lampka - przycisk) - świecenie się sygnalizuje, że tylko część cyfrowa sterownika jest podłączona do zasilania, wciśnięcie powoduje podłączenie do zasilania tylko części cyfrowej układu sterowania. 

STOP (stop - przycisk) - wciśnięcie przycisku powoduje zatrzymanie synchronizacji, automatycznego wykonania programu lub zapisu/odczytu pamięci masowej. 

PK (ładowanie programu z pamięci — lampka - przycisk) - świecenie sygnalizuje, że trwa przepisywanie programu z pamięci PK do pamięci programów użytkowych lub odwrotnie, wciśnięcie inicjuje przepisywanie z pamięci masowej do pamięci programów użytkowych. 

PRA (praca - lampka - przycisk) - świecenie się sygnalizuje, że cały układ sterowania podłączony jest do zasilania, wciśnięcie (jeśli świeci się lampka GOT) powoduje podłączenie do zasilania napędów.

START (start - lampka - przycisk) - świecenie się światłem migającym sygnalizuje, że robot jest w trakcie wykonywania instrukcji czekania, świecenie się światłem ciągłym oznacza, że robot wykonuje instrukcję mną niż instrukcja czekania, wciśnięcie przy zgaszonej lampce powoduje wystartowanie wykonania programu od aktualnej instrukcji programu głównego, tj. pierwszej bezpośrednio po przepisaniu programu z pamięci masowej lub ostatnio przerwanej przyciskiem stop (kontynuacja) lub wyświetlanej na panelu programowania. 

UTR (utrata programu - lampka) - świecenie sygnalizuje, ze na skutek zaniku zasilania w pamięci programów użytkowych nie ma żadnego sygnału. 

BŁĄD (błąd – lampka) - świecenie się światłem migającym sygnalizuje wykrycie przez system sytuacji błędnej. 

TEMP (przegrzanie - lampka) - świecenie się oznacza, że nadmiernie wzrosła temperatura w szafie sterowniczej.

Panel operacyjny umożliwia także wykonanie operacji przepisania programu z pamięci maskowej do pamięci użytkowej, startu i zatrzymania automatycznego wykonywania programu, zatrzymania zapisu i odczytu pamięci masowej oraz potwierdzenia informacji o błędzie. 

Przepisanie programu z pamięci masowej (PK tub RAM – CARD) do pamięci użytkowej uzyskuje się po naciśnięciu żółtego przycisku - lampki PK. Podczas trwania całego procesu przepisywania lampka ta jest zapalona. Prawidłowe zakończenie przepisywania sygnalizowane jest zgaśnięciem lampki PK. Ewentualne błędy, które wystąpiły w trakcie przepisywania, będą sygnalizowane „mruganiem" lampki BŁĄD (numer błędu wyświetla się na panelu programowania). 

Przycisk PK może być użyty tylko wtedy, gdy panel programowania znajduje się w stanie od l do 5 oraz w stanie 9. Gdy tak się stanie, panel programowania przechodzi w stan 5 „ręczne operowanie systemem" i zachowuje się tak, jakby to za jego pomocą uruchomiono przepisywanie. Lampka PK zostaje zapalona również przy zapisywaniu programu użytkowego do pamięci masowej zainicjowanym z panelu programowania. 

Start automatycznego wykonania programu uzyskuje się przez naciśnięcie zielonego przycisku - lampki START. Lampka zaczyna się świecić światłem ciągłym Wykonanie programu rozpoczynane jest od bieżącej instrukcji programu. Program wykonywany jest cyklicznie, tzn. po wykonaniu ostatniej instrukcji programu wykonywana jest instrukcja pierwsza itd. Po naciśnięciu przycisku następuje automatyczne przełączenie się panelu programowania w stan 6 „praca automatyczna". Świecenie lampki START światłem pulsującym („mruganie") oznacza wykonanie instrukcji CZEKAJ. 

Zatrzymanie automatycznego wykonywania programu można uzyskać przez naciśnięcie przycisku STOP (gaśnie lampka START). Panel programowania automatycznie przechodzi w stan 4. tzn. start programu. Naciśnięcie przycisku STOP (stop) nie zapewnia natychmiastowego zatrzymania ruchu manipulatora Natychmiastowe zatrzymanie można uzyskać za pomocą przycisku AWA (stop awaryjny). 

Zatrzymanie zapisu / odczytu pamięci masowej można uzyskać przez naciśnięcie przycisku STOP (gaśnie lampka PK). Panel programowania przechodzi w stan 5, tzn. ręczne operowanie systemem. 

Potwierdzenie przyjęcia informacji o błędzie („skasowanie błędu") można uzyskać przez naciśnięcie przycisku STOP (gaśnie lampka BŁĄD (błąd). Panel programowania przechodzi w stan poprzedzający wystąpienie błędu.