Учебный комплекс для исследования динамических характеристик приводов DID-DYNAMIC

~

Управляющие модули позволяют исследовать динамические свойства как цикловых приводов с дискретны-ми распределителями, так и следя-щих, работающих в режиме позици-онирования или контурного управле-ния. Аппаратное изменение структу-ры привода занимает не более пяти минут.

СОСТАВ СТЕНДА

Стенд DID-DYNAMIC имеет базовую комплектацию и модули расширения.

Базовая комплектация стенда включает каркас из анодированного алюминиевого профиля, в котором
расположен пневматический цилиндр с датчиком положения и датчиками давления, шкаф управления,
механический объект управления с возможностью изменения его массы и вакуумный погрузчик.

Шкаф управления содержит контроллер реального времени National Instruments Compact RIO, пневмати-ческую разводку и универсальную быстросъемную плиту, на которой в рамках базовой поставки смон-тирован распределитель дискретного действия структуры 5/3 с закрытым центром, контакты катушек
которого выведены на универсальный электрический разъем.

ШКАФ УПРАВЛЕНИЯ	ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ЦИЛИНДР С ДАТЧИКОМ ПОЛОЖЕНИЯ И ДАТЧИКАМИ ДАВЛЕНИЙ
Шкаф управления с блоком подготовки воздуха, контроллером NI Compact RIO и универсальной плитой. На плите смонтирован электропневма-тический распределитель структуры 5/3.	Пневматический цилиндр оснащен постоянным магнитом, который позволяет с помощью магнитострикционного датчика отслеживать положение поршня. дополнительно цилиндр снабжен четырьмя датчиками давления в рабочих полостях и полостях торможения

Модули расширения позволяют установить в качестве блока управления пневматическим цилиндром
следующие устройства:

• два пропорциональных электропневматических регулятора давления серии ER;
• два пропорциональных распределителя серии LR с вращающимся золотником;
• два пропорциональных распределителя серии LR, образующие структуру ведущий-ведомый.

Ведущий распределитель содержит контроллер движения, поэтому при использовании данного
модуля расширения контроллер NI Compact RIO выдаёт только сигнал о желаемом положении приво-да на распределитель и не участвует в контуре управления. Сигнал обратной связи с датчика положе-ния интегрируется в распределитель.

В качестве объекта управления в базовой комплектации используется набор грузов переменной массы,
закрепляемых на подвижной каретке рельсовых направляющих.

РАБОТА СО СТЕНДОМ
При поставке стенд монтируется на жесткое основание, к нему подводится сжатый воздух и электриче-ское питание через стандартный безопасный электрический кабель с розеткой EURO. связь с компьюте-ром осуществляется через кабель Ethernet, идущий в комплекте.

Контроллер NI cRIO поставляется вместе со средой графического программирования LabVIEW. При запуске LabVIEW появляется возможность посмотреть состояние всех входов и выходов.

КОНТРОЛЛЕР NI CRIO 9075	МОДУЛЬ РАСШИРЕНИЯ КОНТРОЛЛЕРА
Шасси NI cRIO 9075, содержит встроенную ПЛИС, контроллер реального времени и слоты для подключения модулей расширения. Контроллер управляется операционной системой реального времени VxWorks.	Модули расширения, устанавливаемые в шасси, позволяют принимать и генерировать аналоговые и дискретные сигналы.
СРЕДА ПРОГРАММИРОВАНИЯ LABVIEW

На контроллер приходят сигналы с датчика положения, четырех датчиков давления в полостях цилиндра
и реле вакуума захватного устройства. К контроллеру подключены катушки распределителя 5/3 (каналы
управления пропорциональными регуляторами при установке модулей расширения), клапаны управле-ния вакуумным захватом.

С помощью среды LabVIEW на графическом языке программирования или скриптовом «СИ» формиру-ются программы управления стендом DID-DYNAMIC: от циклового перемещения поршня цилиндра между крышками до реализации следящих приводов с возможностью автоматического изменения массы объекта управления в процессе работы.
Подключение модуля расширения происходит в течение 5 минут:

• отключить электрическое и пневматическое питание;
• открыть крышку шкафа;
• отсоединить электрический кабель от универсального разъема, открутить гайки типа барашек (демонтаж осуществляется без применения инструмента);
• снять установленную плиту;
• закрепить новую плиту с помощью гаек, подключить электрический кабель к универсальному разъему;
• закрыть дверцу шкафа и включить электрическое и пневматическое питание.

С целью соблюдения техники безопасности при работе со стендом подвижные части отделены прозрач-ными пластинами из поликарбоната, доступ к подвижным частям при необходимости можно осущест-вить через съемное окно с помощью специального инструмента.

Применение программного пакета LabVIEW на персональном компьютере позволяет не только обеспе-чить управление объектом в режиме жесткого реального времени, но и выводить результаты экспери-ментальных исследований на экран в виде графиков или файлов-отчётов для дальнейшего их анализа.

Поставка стенда осуществляется комплексно с персональным компьютером и предустановленным про-граммным обеспечением: операционной системой Windows и программным пакетом LabVIEW.

Параметры пневматического цилиндра (ход и диаметр) и диапазон изменения массы объекта управления
подобраны таким образом, чтобы раскрыть особенности динамических свойств пневматических приво-дов при управлении массивными объектами. Диапазон изменения инерционной нагрузки: 5 ... 55 кг, шаг 5 кг.

ОПИСАНИЕ КОНТРОЛЛЕРА СТЕНДА

NI CompactRIO – встраиваемая контрольно-измерительная система, основой которой является техноло-гия реконфигурируемого ввода/вывода NI RIO. Платформа CompactRIO состоит из шасси со встроенной
ПЛИС, контроллера реального времени и модулей ввода/вывода.

Особенности платформы:

• высоконадежная встраиваемая платформа автономного или сетевого функционирования;
• процессор реального времени и реконфигурируемая ПЛИС;
• подключение до 4 модулей ввода/вывода;
• параллельная регистрация данных и обработка в реальном времени на ПЛИС;
• надежный форм-фактор;
• поддержка Ethernet, WiFi, USB, RS-232, RS-485, GPS, GPRS, GSM, ARINC, и других;
• программирование в среде LabVIEW (не требуется знание Verilog, VHDL, SystemC).

Приложения:

• автоматизация научного эксперимента;
• обучение и проведение лабораторных практикумов по различным техническим дисциплинам, включая робототехнику и мехатронику, автоматику и АСУТП, диагностику машин и механизмов, измерительные технологии, вычислительную технику, энергетику.

Модули в составе стенда DID-DYNAMIC:

• АЦП 8 каналов, 16 бит, время преобразования не более 4 мкс;
• ЦАП 8 каналов, 16 бит, время преобразования не более 10 мкс;
• модули цифровых входов-выходов 5…30 V DC, время срабатывания не более 1 мкс.

Через интерфейс Ethernet осуществляется соединение с ПК и передача данных в LabVIEW.

Программный пакет LabVIEW позволяет решать следующие задачи:

• программирование контроллера с ПК;
• создание программ управления с возможностью изменения параметров управления в реальном времени;
• простая визуализация аналоговых входных сигналов в виде графиков и цифровых индикаторов.

Период квантования задаёт программист. Фактическим ограничением времени тактирования является
быстродействие подключаемых модулей, а также величина и сложность кода управления.

КОДИРОВКИ ДЛЯ ЗАКАЗА УЧЕБНОГО КОМПЛЕКСА DID-DYNAMIC

КРАТКИЙ СПИСОК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Лабораторная работа № 1
Цель работы: изучение контроллера NI cRIO, подключение датчиков и исполнительных механизмов.
Основы работы с контроллером реального времени и ПЛИС. Подключение периферии, обработка данных.

Лабораторная работа № 2
Цель работы: изучение динамических свойств распределителей с постоянным и переменным объемом
полостей на примере пневматического цилиндра.

Лабораторная работа № 3
Цель работы: изучение динамики движения пневматического цилиндра при дросселировании на вы-хлопе и торможении в конце хода. Изучение механических характеристик пневматических приводов.

Лабораторная работа № 4
Цель работы: изучение динамических свойств пневматического привода при управлении инерционны-ми нагрузками.

Лабораторная работа № 5
Цель работы: основы построения систем с обратной связью на примере следящего электропневматиче-ского привода на базе дискретных распределителей:
– отработка ступенчатых, линейных и гармонических сигналов управления (понятие статической и динамической ошибки);
– влияние инерционных нагрузок на качество процесса регулирования.

Лабораторная работа № 6
Цель работы: изучение основ построения вакуумных систем с энергосбережением сжатого воздуха.
Управление системой энергосбережения (обработка сигнала с датчика вакуума, настройка зон срабаты-вания, гистерезиса).

ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МОДУЛЕЙ РАСШИРЕНИЯ

Лабораторная работа № 7
Цель работы: исследование свойств пропорциональных регуляторов давления серии ER при работе с
полостями постоянного и переменного объема.

Лабораторная работа № 8
Цель работы: изучение основ построения следящих электропневматических приводов на базе пропор-циональных элементов. Изучение ПИД-регулятора. Электропневм