ECHIPAMENTE DE CONDUCERE A ROBOILOR INDUSTRIALI Sisteme de conducere cu logic cablat Acestesistemesebazeazpeimplementarealegilordecomanddoriteprin legturi,conexiunifizicentrediferitecomponentedeprelucrarelogic(imaipuinaritmetic), ceea ce confer ntregului sistem un caracter de rigiditate, de neflexibilitate. Dinacestmotiv,echipamenteledeacesttipsuntadecvatepentruconducereaacelor tipuri de manipulatoare sau roboi a cror traiectorie este foarte bine definit n raport cu restriciile de operare i nu se modific pe toat durata utilizrii acestora, de la punerea n funciune pn la nlocuirea lor definitiv. Trebuiesubliniatfaptulcacestesistemepotimplementanumaialgoritmide comand simpli, bazai pe operaii logice combinaionale sau secveniale elementare, ceea ce corespunde unor evoluii pe traiectorii bine definite, marcate prin variabile de tipul tot sau nimic. Dei nmomentulactual structurile decomand culogiccablat sunt din ce ncemaipuinutilizat,acestesistemeimaigsescncontinuareolarg aplicabilitate ntr-o serie de procese robotizate caracterizate prin rigiditatea evoluiilor lor tehnologice. Principii generale Structuradebazauneiconducerinlogiccablatesterealizatprintr-un automat(fig.3.1.)acruievoluiereprezintoacoperireasecvenelorfuncionale ale robotului. R aVariabile de poziie Variabile de iniializare Variabile de comand Fig.3.1. Unastfeldesistemopereazprinasigurareaunuiparalelismfuncionalntre guvernarea automatuluui i cea a robotului, primul dictnd funcionarea celuilalt .Pentrucontrolultraiectoriiorrobotului,automatulprimeteunsetdemrimi deintrarecaredefinescpoziiarobotului.Numaipentruanumitefazedeoperare specifice,pornireanprimulciclu,unregimdeavarieetc.seiaunconsiderareio seriedevariabileexterne,deiniializare.nfunciedevaloarealogicaacestor mrimiinconformitatecutraiectoriaimpussuntactivateanumitevariabilede comand ce determin evoluia robotului n sensul dorit. ntr-ostructurcablat,logicadecomandsebazeazpefragmentareaunei traiectoriinsegmenteastfelnctncadrulunuisegmentmrimiledecomand generte de automat s aib o valoare constant. Pentru exemplificare, s considerm un robot ce execut micri n planu X-Y (fig.3.2). Traiectoriarobotuluinsemnparcurgereaciclicapunctelor1234512...Se poatecoonsiderapunctul1capunctdepornirentr-oprimfazdemicare,iniiat printr-ocomanddeSTART,dupcareacetpunctdevineunpunctcurentncadrul traiectoriei parcurse ciclic. Traiectoria este realizat din segmentele [1,2], [2,3], [3,4], [4,5],[5,1]ncadrulfiecruisegmentvectorulcomenziloremiseautomatpstrndo valoare constant.Se numete secven funcional o evoluie din spaiul de operare al robotului n intervalul creia toate valorile de comand sunt constante. n sensul aectei definiii, fiecaresegmentdetraiectoriecorespundeuneisecvenefuncionale.Secvenele funcionalesenoteazprinsimbolurileS1,S2,...ncadrulsecveneiS1robotulse deplaseaz n sensul pozitiv al axei Y ntre cotele Ly1, Ly2 pstrnd constant cota LX1. x y 1 2 3 4 5 S2 S1 S3 S4 S5 L2xL1x L3x L1y L2y

Fig.3.2. UnvectordepoziiePreprezintmulimeatuturorcoordonatelorxiyce delimiteaz segmentele de traiectorie.n exmplul de mai sus rezult: P=(L1x,L2x,L3x,L1y,L2y)T(3.1) O secven funcional este pornit printr-un vector de iniializare Pi i anulat printr-un vector final, de stop, Pf. Formal, o astfel de secven se scrie Sk=[Pi,Pf)(3.2) Parantezeleausemnificaiileuzualedinalgebr,sensulcvectorulde iniializarePiaparinesecvenei,ntimpcevectorulfinalPf,nu.Deexemplu, secvena S1 este S1=[P1,P2) undeP1=(1,0,0,1,0) P2=(1,0,0,0,1) Automatul de control a este un automat finit definit dup procedurile abinuite ale automatelor secveniale. a:{X, Z, S, f, g}(3.3) undeX,Zsuntmulimilevariabilelordeintrareiieire,respectiv,Sestemulimea strilor automatului iar f i g sunt funciile de tranziie i de ieire corespunztoare. f: S x X S(3.4) g: S x X Z(3.5) Ceeaceestespecificautomatelorculogiccablatutilizatenconducerea roboilorestemoduldeimplementarefizicaautomatului,ngeneral,iavariabilelor de stare, n particular. O stare a automatului la momentul t se va desemna prin s1(t), undeSi S O tranziie dintr-o stare n alta va fi Si+1=f(sj,x)(3.6) iar succesiunea ordonat de stri, {si}={s0, s1, ..., sn-1}(3.7) determino evoluie a automatului ntre o stare iniial s0 i o stare final sn-1. Realizarealaniveldecircuitaunuiautomatconstnprincipiun determinareaunuisetdevariabiledestaresausecundareyj(t),j=1,2,...,scares acoperemulimeastrilorautomatului.Deci,uneistrisiiseasociazunvectorde stare Yi=(y1, y2, ..., ys)T(3.8) unde indicele i desemneaz o relaie temporal si : yi = y(ti)(3.9) Fig.3.3. Elementuldebaznimplementareatehnologicaautomatuluiestesuportul destarecegenereazvariabileledestareyjcorespunztoare(Fig.3.3.).Lanivelde Logic conbinaional Suport de stare xn x1 z1 zm y2 y1y3ys Controlstare Stare circuit,acestsuportdestareesterealizatdincircuitedememorie(bistabilesau registre)ceasigurpstrareamrimilordestarepeunintervaldaticomutarea acestora cnd condiiile de tranziie sunt realizate. Aceste condiii sunt sintetizate prin vectorul mrimilor de intrare x=(x1, x2, ..., xnT)(3.10) Aceastcomutaredevariabilelaniveldecircuitestedatdeorelaiede forma y(ti+1)=f(y(ti),x)(3.11) Condiia de comutare este dat n figura 3.3. prinn mrimea control stare, ea sintetiznd toate deciziile prin care se realizeaz o evoluie dintr-o stare n alta i care se implementeaz fizic n conformitate cu soluia tehnologic adoptat pentru suportul strii. n fiecare stare, automatul trebuie s formeze un numrde variabile de ieire, deci circuitul trebuie s genereze un vector z=(z1, z2, ..., zm)T(3.12) n conformitate cu o relaie de tipul (3.5), z(ti)=g(y(ti),x) (3.13) Acesteieirisuntmrimilecestabilesclegturaautomatrobot,ele determinndnfinalevoluiapetraiectoriearobotului.nfig.3.4.esteprezentat sistemulcomplet,circuitdecomand(automat)-robotivariabileleceasigur legtura n dublu sens ntre aceste sisteme. Mrimile de intrare n automat sunt practic furnizate de senzorii de poziie ai robotului, vectorul P, iar sisteml de acionare SA al acestuia este conectat direct la ieirile automatului. S analizm mai detaliat funcionarea automat - robot. S considerm robotul n prima secven tehnologic Si iniiat de vectorul P1. Automatul primete mrimea de intrare x=P1 ceea ce determin trecerea din starea iniial, de repausm s0, n starea s1, s1=f(s0, P1) sau la nivel de circuit aceasta nseamn generarea vectorului de stare y(t1)=f(y(t0), P1). Fig.3.4. n aceast stare automatul formeaz vectorul de ieire, z(t1)=g(y(t1), P1) pecaresistemuldeacionarealrobotuluilinterpreteazcaoacionarepeaxaYn sens pozitiv. EvoluiarobotuluincadrulsecveneifuncionaleS1pstreazconstantnu numaiieireaciivectoruldepoziie,deciintrareaxaautomatului.nconsecin, automatul nu-i va modifica starea s1, funcional, secvena S1. Dact2estemomentulatingeriicoordonatelorP2,aceastanseamno comutare imediat a strii automatului, S2=f(s1, P2) sau la nivel de circuit y(t2)=f(y(t2), P2) genernd ieirea z(t2)=g(y(t2), P2) ceeacenseamndeplasarearobotuluipeaxaX,nsenspozitiv,decisecvena funcional S2. Evoluia continu n aceeai manier pe fiecare segment de traiectorie. PentrusecvenaS5iniiatdevectoruldepoziieP5automatultrecesuccesivprin strile s5=f(s4, P5) s6=f(s5, P4) LC SA ROBOT SS Limitatoare de poziie Control Start x1 xn-1 xn sau y(t5)=f(y(t4), P5) y(t6)=f(y(t5), P4) genernd ieirile z(t5)=g(y(t5), P5) z(t6)=g(y(t6), P4) unde z(t5)=z(t6) micarearobotuluirealizndu-senacelaisensncadrulcelordoustris5is6ale automatului.Altfelspus,osecvenfuncionalnuserealizeazneapratncadrul unei singure stri, n cazul acesta S5 este echivalent cu s5, s6. Analizademaisuspoateservicapunctdeplecarenjalonareaprincipalelor faze care se impun n implementareaunuisistm de conducere n logica cablat sunt: -extragerea din protocolul de funcionare a robotului, a segmentelor de traiectorie i definireasecvenelor funcionale corespunztoare; -determinarea unui automat care s acopere funcional robotul; -implementarea fizic a automatului ntr-un circuit suport de stare. Unelementesenialalacesteiultimeetapeconstnalegereaadecvata suportuluidestare.Acestatrebuiesfieuncircuitcuproprietidememorarea variabilelor de stare n intervalul ntre dou tranziii de stare i care s asigure totodat o comutare adecvat a acestora cnd condiiile de comutaresunt realizate. Circuitele cele mai utilizate n acest scop sunt registrele de deplasare sau structuri convenionale realizate cu istabile integrate tip D. PROGRAMAREA I COMANDA ROBOILOR PITORI Acionarea robotului pitor cu M.A.S. alimentat printr-un invertor NORDAC COMPACT BASIC NORDACCOMPACTBASIC,esteunsetde,,schimbtoridefrecven", destinaicontroluluivitezeimotoarelormonofazateimotoareloralimentatetrifazat. InvertoarelesuntcontrolateprinmicroprocesorifolosesctehnologiaIGBTpentru sigurana i flexibilitate. Datoritacesteimetodedemodelare(ntindere),afrecvenelor,selectarea ultrasonicaacestora,invertoarelepermitooperareioutilizareamotoruluifoarte uoar i far zgomot. Caracteristicile invertoarelor NORDAC sunt: -uor de instalat, programat i comandat; -lapornire,tensiuneadepornireestecrescutnmodautomatpentruca echipamentul sa fie n funciune; -invertoarelepotficontrolateicuajutorultelecomenzii(RS458),existnd posibilitatea de a controla pn la 31 de invertoare; -existposibilitateadecomandidepepanoulfrontal,pentruoperaiuni simple; -nsoftuldeoperarepotfimodelaioseriedeparametriipentrufolosirean, aproape, orice aplicatie; -existposibilitatea,cuajutorulmemoriilor,dememorareapoziiei parametrilor; -frecvenadeieire(turaiamotorului)poateficontrolatprinurmatoarele cinci metode: -setarea frecenei dorite utiliznd butoanele de pe panoul frontal, -nalta rezoluie analogic punctului setat pentru intrri de tensiune, -poteniometru extern pentru a controla turaia motorului, -setarea frecvenei prin intrri binare, -interfaa serial. -frnarea este realizat cu o component special de frnare, realizat printr-o injecie de curent continuu; -invertoarele alimentate monofazat conin un filtru integral RFI; -existposibilitateadeprogramareatimpilordeacceleraieidefrnare programabil de pe panoul frontal; -arereconfigurareautomatpentrumotoarelecu2,4,6i8polirealizatprin software; -auoprotecielasupracurentrapid(FCL),pentrucaoperareassefacn siguran. Dupcumamspusmaisus,alimentareainvertoarelorpoatefifacutfie monofazatfietrifazat,darnambelecazuri,M.AS.suntalimentatetrifazat,decin cazulalimentariimonofazateinvertorulgenereazceledoufazelipsdefazate corespunzator. SchemeledeconectareainvertoruluicuM.AS.suntprezentatenfigura pentru cele doua tipuri de alimentare. n figura V.1 este prezentat alimentarea monofazata a invertorului unde: F - sigurana fuzibil u - contactor monopolar RFI -filtru m - motor asincron trifazat. Fig.V.1

F1 F2F3 Fig.V. 2 n figura V.2 este prezentat alimentarea trifazat a invertorului unde: F1, F2, F3 - sigurane fuzibile u - contactor tripolar M - motor asincron trifazat L3 L2 L1 N RFILU V N W PE U V M W3 NORDAC Compact basic K F RFILU V N W PE U V M W3 NORDAC Compact basicK L3 L2 L1 ncazulncaremotorulasincron,alimentatprininvertor,functioneazsub turaianominal,efectulventilatoruluicarercetemotorulestesczut.Deaceea trebuierealizatoprotecieamotoruluincazdesuprancrcare,careprotejeaz motorulmpotrivasuprancalzirii,aceastprotecierealizandu-seprinmontareaunui senzordetemperaturaPTCninteriorulbobinajului,senzorcareesteconectatla bornele de control al invertorului. Lacretereatemperaturiipesteovaloarecritic,senzoruldetemperaturi modificvaloareaavertizndinvertorulcmotorulestesuprasolicitat.nacestcaz invertorul comand automat oprirea motorului. Schema de montare a senzorului PTC este artat n figura de mai jos: 8 PTC 7 1K 9 Fig.V.3 Schimbarea sensului de rotaie al motorului se poate face i dintr-un comutator exterior dup cum se vede n schema bloc a invertorului prezentat mai jos. Modificareaturaieisepoaterealizaidinexteriorcuajutorulunui poteniometrucuovaloaremaimaresauegalde4K7,conectatlabornele1,2,3,4 dup cum se vede n schema bloc prezentata mai jos. V.2. Scheme de acionare i comand ale robotului pitor P14K7 Termistoarele de control ale invertorului AD PANOU FRONTAL = 10V 0V PTC INVER- M 3 R LC2 LC1 nSCHEMA DE ACIONARE A ROBOTULUI PITOR L1 L2 L3 PE K2 K1 F1 F2 F3 SCHEM DE COMAND A ROBOTULUI PITOR VARIANTAII L1 L2 L3 AE F4F5 3 BO5 BP 2 2 F6 4 41 0 2 1 LC1 31 0 2

1 LC2 3 1

5 6 8 INVERTOR NORDAC

INVER- TOR NORDAC T1 380/220 63VA K3 11 K4 11 9 9 1 3 1 1 5 6 K3 K4 K3 K2 K1 5 8 6 2 4 2 10 2 2 10 10 0 1 K2 B3 K4 K1 B1 B2 K1 LC1 LC2 2 4 2 4 1 3 2 4 3 5 6 7 1 3 2 4 5 6 L1 L2 L3 PE F4 F5 F6 SCHMA DE COMAND A ROBOTULUI PITOR VARIANTA I Alimentare circuite de comand Pornit-Oprit circuite comand Comand motor Comand motor

Urcare Coborre Comand invertor K20

ALIMENTARECIRCUITE DE COMANDA COMANDA MOTOR COMANDA INVERTORULUI (SENSUL MOTORULUI) Sisteme cu motoare pas cu pas Motoarele pas cu pas sunt sisteme sincrone care realizeaz o corelaie direct ntre mrimea de intrare i poziia realizat. Aceste motoare asigur conversia direct asemnaluluideintrare,datsubformnumeric,ntr-omicaredepoziionare unghiular prin cumulri incrementale. Aceast proprietate determin o utilizare larg a motoarelor pas cu pasn toate sistemele de poziionare n bucla deschis. Conversia intrinsecacomenziinpoziieasigurschemedecontrolsimple,eficienteattsub aspect tehnic ct i economic. Pe lng aceste avantaje, trebuiesc subliniate i cteva dezavantaje printre care semenioneaz:acceleraiiideceleraiidiscontinue,variaiacupluluicupoziia rotorului, puteri mici etc. Osoluietehnoologicsuperioaresteoferitdemotoarelepascupascu reluctantavariabil.Constructiv,acestemotoaresuntcurotorpasiv,avndi crestturiuniformrepartizatepesuprafaarotorului.Prinalimentareauneifaze statorice,rotorulsevarotiastfelnctcircuitulmagneticsprezintereluctanta magneticminimproducnddeci,aliniereadinilorstatoriciirotorici.Comutnd alimentareapefazaurmtoareseobineodeplasarearotoruluipentruonou realiniere a dinilor acestora, se creaz deci un cuplu. Dipsoluiileconstructiveutilizate,acestemotoaresempartn:motoarecu structurmonostatoric(osingurunitatestator-rotor)imotoarecustructur polistatoric. Prima cinfiguraie, monostatoric, reprezint o soluie maiavantajoas, datorit simplitii construciei. Aceste motoare pot fi realizate n dou variante, cu numr de dini egal pe rotor i stator i cu numr de dini n rotor mai mare dect n stator. Motoarele pas cu pas polistatorice sunt realizate sub forma unor multistructuri statoric-rotorice,fixatemecanicnaceeaicarcasdarindependentedinpunctde vedere electric i magnetic. Statorul i rotorul au acelai numr de dini. Subsistemele rotorice sunt montate pe acelai ax, dar sunt separate din punct de vedere magnetic. Pentruarealizarotaia,estenecesardecalareasubsistemelorrotoricesau statorice radial unele fa de altele. Indiferentdeprincipiuldefuncionarealmotorului,comandaacestuiase realizeaz prin comutarea succesiv a fazelor nfurrilor. Comutareasemnalelorenfurriesterealizatcuschemedecomand specific.Acesteschemetrebuiesconin,pedeoparte,logicadecomutarea fazelor,iarpedealtparte,dispozitiveleelectronicedeputerecuplatedirectpe nfurrile motorului. nfig.1.5sepoturmriprincipaleleelementeceintrncomponenaacestor scheme. Fig.1.5. Sisteme de acionare hidraulic Principaleleavantajealeacionriihidraulicesedatorescincompresibilitii fluidelor care determinrigiditateamare aacestui tipdeacionare, ceeace duce lao frecvennaturalridicatiunrspunsdinamicbun.Raportulputere/greutateeste mareiarsileniozitateadeasemenea.nmodobinuit,elenunecesitmecanisme Circuitul distribuitorBloc contactor static MPPGenerator de tact fd F2 Fn Control 1 Control 2 suplimentarepenrutransmitereaitransformareamicriincuplelecinematice conductoare.Totui,acestsistemdeacionareprezintidezavantaje:necesitateaunor sursepropriideenergiecarepresupunisistemedeacionareelectric, incompresibilitateafluiduluifaceimposibilstocareaacestuitipdeenergie(ceeace impunestocareadeenergiepneumatic,electricsauchimicnsistemeanexe), pierderiledefluidnusuntdedoritidinacestmotivtrebuiefolositesistemeetane (caresuntmultmaiscumpe),vscozitateafluiduluidepindedetemperaturi,prin urmare, sunt necesare, n unele cazuri, sisteme de reglare a temperaturii. Din analiza sistemelor deacionare hidraulic folosite la roboi a reieit c se folosesc trei tipuri de sisteme: -sistemehidraulicedepoziionarecucomandsecvenial;suntsistemen circuitdeschislacarefluxurileinformaionalienergeticsetransmitunidirecional; preciziadepoziionareaelementelordeexecuieseobinecuajutorulopritorilor rigizi, reglabili sau nereglabili, sau cu limitatori de curs; -sistemeelectrohidraulicedeschisecucomandnumeric;acesteafolosesc motoarehidraulicepascupascaretransformimpulsuriledecomandndeplasri unghiulare sau liniare; -sistemeelectrohidraulicedeurmrire;suntsistemencircuitnchis,cu traductoridereacie;elementeledecomandcaracteristiceacestorsistemesunt servovalvele. Toateacestesistemehidraulicepermitrealizareamicrilordedeplasare rectilinie sau de rotaie. Dup structura transformatorului hidrostatic ele pot fi sisteme monogenerator-multimotor sau multigenerator-multimotor. Schemacinematicivariantaconstructiv,greutateaigabaritul,preulde costiposibilitiledeexploatarealeunuirobotsuntdeterminateprintrealteleide schema hidraulic adoptat de tipul aparaturii hidraulice folosite.Acestedispozitivesebazeazpeprincipiulconversieienergieiunuifluid incompresibil n energie mecanic. Lichidul utilizat este un ulei mineral ce acionez lapresiunidepnla100atm.,sursadepresiunehidraulicfiindncorporatn sistemul de acionare propriu al robotului sau aparinnd unui sistem centralizat. Dispozitivulcuceamailargutilizarenacestesistemeestereprezentatde pistonul hidraulic liniar(fig.1.6). Fig.1.6. Difereneledepresiunecreatenceledoucameredeterminvaloareaforei exercitate, F=S(p1-p2)(1.24) Acestepresiunisuntcreatepinasigurareacirculaieifluiduluipeanumiteci de fluid prin intermediul unui servoventil SV de la o surs de putere hidraul;ic SPH. Controlul servoventilului este realizat electric. Considernd o geometrie simetric adoptat n construcia pistonului i notnd prin x deplasarea fa de punctul median al cilindrului, dinamica micrii este definit prin ecuaiile: SvRpRpqdtdpBx h S + =+2 111) ((1.25) SvRpRpqdtdpBx h S+ + =2 122) ((1.26) r fF v k Sp Spdtdvm =2 1(1.27) vdtdx= (1.29) undevestevitezaelementului,Breprezintmoduldecompresibilitate,kf ,Fr determin frecrile vscoase i uscate iar, q1 i q2 sunt debitele realizate de cele dou trasee. P P2 SVSHP Bloc control P1 hh x (m) O structur similar este utilizat i pentru aconarea ntr-o micare de rotaie. Comportarea static este detreminat de ecuaia cuplului activ creat, M=V(p1-p2)(1.30) undeVestecapacitateavolumicasistemului.Regimuldinamicareoform analogic cu cel de la pistoanele liniare., 12 1 1 0) (q VRpRpdtdpBV+ + =+ (1.31) 22 1 2 0) (q VRpRpdtdpBV + = (1.32) r fM k p p VdtdJ = ) (2 1(1.33) =dtd(1.34) unde coeficienii respective au semnificaii similare. Unrolesenialncomandaacestoracionriljoacsistemeledecontrolal cilordefluid,servovalvele.Acestedispozitivepermitblocareaunorcidefluid, schimbareasensuluipeoanumitcalesaucomutareatraseelordupologic impus(figura 1.6). Un astfel de servosistem hidraulic este prezentat n fig.1.7. R2 AB R1 SM Fig.1.7. Pentrupoziiadezeroapistonuluiambelecidefluidsuntblocate,elementele pistonului obturnd cile de trasmitere a fluidului ctre sarcin sau de la aceasta (cile AiB).Odeplasarefoartemicxspredreaptaapistonuluidetermindeschiderea traseului fluidic S-A i B-R1, deci un anumit sens n sarcina dispozitivului. Deplasarea inversapistonuluiproduceblocareaciiderecirculareR1ideschidereacilorpe traseele S-B i A-R2, inversnd astfel sensul fluidului n sarcin.AB R1 S0 x Sarcin O analiz detaliat a debitului de fluid ce traverseaz o cale de ieire (A sau B) nfunciedepoziiapistonuluipermitedeterminareacaracteristiciidetransfera servovalvei. a) x 1 n acest caz, se obine un debit maxim de fluid. q=qM(1.35) unde b a Mp p k q + =1(1.36) b) 0 x 1 Dispozitivul realizeazo obturare parial a debitului de fluid, deci ) ( 2b ap p x k q = (1.37) q=k1x(1.38) AB R2 S0 x Sarcin x pb pa l c)-1 x 0 Cantitativ,regimuldelucruestesimilarcucelanteriordarschimbareasensuluide deplasare detremin o schimbare a sensului fluidului pe calea A. ) ( 2b ap p x k q = (1.39) q=k1x(1.40) d) x l naceastpoziieserealizeazdeblocareatotalaciiAutilizatacumca traseu de retur a debitului de fluid, q= -qM (1.41) Caracteristica global de transfer este prezentat n fig.1.8. Se observ cformaeiestespecificelementelorneliniarecupragdesaturaie.Aceastalur corespundeuneiconfiguraiiidealizateaelementelorpistonului.Structurilereale nrutesccaracteristicansensulintroduceriiunorneliniaritisuplimentare, caracteristici cu zona de insensibilitate, cu zone liniare cu pant variabil etc. Se poate remarca, de asemenea, sensibilitatea deosebit a sistemului n sensul c, variaii foarte mici de deplasare mecanic x determin regimuri fluidice total diferite. Fig.1.8 Comandapistonului,deplasrileacestuia,suntrealizatedeobiceielectriccu elementespeciale,motoarepascupas,motoaredec.c.cusistememecanicede conversie a micrii sau electromagnei tripoziionali. Analizacomparativasistemelordeacionareutilizatencontrolulpoziiei roboilor indic o pondere de peste 50% n favoarea acionrii hidraulice. -qM +qM x l l q Sisteme de acionare pneumatic Caracteristica principal a acestor dispozitive este dat de utilizarea aerului ca fluid compresibil al sistemului de acionare.Funciile de operare ale sistemelor pneumatice sunt similare cu cele hidraulice, particularitiletehnologiceiconstructivespecificenlorfiinddatorateschimbrii fluidului, cu specificul i proprietile sale. Din factorii care argumenteaz n favoarea utilizrii pneumatice, se pot reine: -simplitatea echipamentului de acionare; -robusteea dispozitivelor realizate; -nepoluarea mediului de lucru; -sisteme de control simple; -raportul putere/greutate relativ ridicat; -rezistena la suprasarcini cu valori mari. Compresibilitateafluidului(aerului)facecasistemeledecontrolsfie utilizate n special la elementelemecanice care lucreaz pe principiul tot sau nimic frafinecesarunreglajintermediar.Caurmare,elepotfiintrodusecuseccesla dispozitiveledeacionarealegriperelorundesuntconturatentotdeaunanumaidou stri distincte: deschis i nchis. Controlulpoziieiunuielementmecanicprinsistemepneumaticeesterar utilizatdatoritperformanelorslaberezultatencomparaiecuceleelectricesau hidraulice. Aceste rezultate slabe se atribuie compresibilitii fluidului care introduce untimpdepropagare,dentrziere,ndinamicadispozitivului.Deasemenea,o deficien de baz o constituie faptul c aceste sisteme utiizeaz controlul dup debit, parametrucenuestentotdeaunaindicatpentrucontrolulpneumaticaluneimicri. Dinacestmotiv,serecomandutilizareaunuicontrolalpresiuniiceeaceducelao mbuntire considerabil a performanelor dar este mult mai complex i costisitor. CONDUCEA UNUI ROBOT N COORDONATE CILINDRICE CU AUTOMATUL PROGAMABIL KIT PROCESOR 1400 A Prezentare KIT-ului PROCESOR 1400 A KIT-ulPROCESOR14000Aesteunautomatprogramabilcuprelucrarede bit. El este pilotat de un microprocesor de un bit, 14500, care ofera solutia optima la rezolvarea solutiei de automatizari prezentata. Fluxuldeprelucrareadatelorsidegenerareacomenzilornkit-ul14000A este prezentat n figura urmatoare. LD,LDCXNORUNITATEREGISTRUREZULTATIN OUTRRAND,ANDCOR,ORCMUXDMUXLOGICAI0 I1I15 M M MSTOSTOCS1 S2S15E1E2E15 Fig. 4.1. Circulatia datelor n KIT-ul PROCESOR 14000 A StarileintrarilorI0...I15potficititepernd(unacteuna)prinintermediul unuimultiplexor.Valoareauneidatedeintraresepoatencarcaprinintermediul unitatii logice, n registrul rezultat (RR), aflat pe post de acumulare de un bit. Tot cu ajutorul unitatii logice, n registrul rezultat se pot ncarca diverse cominatii (SI, SAU, SAU-EXCLUSIV-NU, etc) ntre o variabila de intrare si propria stare (RR) curenta. Functia unitatii logice se alege cu ajutorul uneia din urmatoarele 7 instructiuni: - LD (LOAD) ncarca date de ncarcare n RR: (I RR); -LDC(LOADCOMPLEMENT)ncarcadatacomplementaranRR:(I RR); - \ND ncarca valoarea functiei (I RR) n RR; - \NDC (AND COMPLEMENT) ncarca valoarea functiei (I RR) n RR; - OR ncarca valoarea functiei (I + RR) n RR; - ORC OR COMPLEMENT) ncarca valoarea functiei (I + RR) n RR; -XNOR(XORNEGATE)ncarcavaloareafunctiei(I RR)nRRsaumai explicit, daca I=RR ncarca "1" n RR. ContinutulregistruluirezultatRRpoatefitransferatlaoricaredincele16 iesiriQ0...Q15,printr-uncircuitdemultiplexor,terminatcu16celuledememorie. Dataemisaestememoratapefiecarecircuitdeiesirepentruaserealizacomanda mentinuta. Emisia de date se face cu una din urmatoarele doua instructiuni: STO (STORE) emite valoarea lui RR la iesire (RR Q); STOC (STORE COMPLEMENT) emite valoarea lui RR negat la iesire (RR Q). Laredactareaunuiprograminstructiuniledecitiresaudescrieretrebuiesc nsotite de adresa intrarii (respectiv iesirii) la care se refera. De exemplu daca registrul RR trebie ncarcat cu starea intrarii 16, instructiunea necesara este: !!LD 16 Daca se doreste scrierea continutului registrului RR la iesirea Q0 si RR negat la Q12, se folosesc instructiunile: !!STO Q1 !!STOC Q12 Sarelumprimaparteaexempluluia)."EstentrerupatorulK1nchissiK2 deschis ? Daca da porneste motorul M1." Sa presupunem ca ntrerupatoarele K1 si K2 sunt legate la intrarile I1 si I2 ale kit-ului 14000 A, iar actionareamotorului M1 este facuta de iesirea Q1. n aceste conditii programul este urmatorul: !!LDC I1 !!AND I2 !!STO Q1 SeobservacaiesireaQ1arevaloarea"1"(motoractionat)doaratuncicnd I2="1"(K2deschis)siI1="0"(K1nchis).Ovariantaechivalentadeprogrameste urmatoarea: !!LD I1 !!ORC I2 !!STOC Q1 Figura4.1.prezintadoarundetaliualarhitecturiiKIT-uluiPROCESOR 14000A,carepunenevidentaoperareacu9dincele16instructiunialeKIT-ului. Schema functionala completa este data n figura 4.2.InstructiuneaIEN(inputenable)ncarcaregistrulIENcustarealogicaa intrarii selectate prin program. De exemplu se ncarca registrul IEN cu starea intrarii 17: !!IEN 17 Dupacumsevedenfigura4.2.accesuldateideintrarespreunitatealogica este conditionat (cu o poarta logica SI) de starea registrului IEN. Apar doua situatii: a) Registrul IEN este n stare logica "1". Datele circula neafectate de la intrari catre unitatea logica. b) Registrul IEN este n stare logica "0". Indiferent de starea logica a intrarilor I0,...I15, unitatea logica le "citeste" ca fiind n stare logica "0". ScopulinstructiuniiIENestedeacreaunasaumaimulteintraricu PRIORITATEABSOLUTAncontrolulprocesului,indiferentdestarilecelorlalte intrari. NUMARATORDE PROGRAM MEMORIEDE PROGRAMTACT

TEMPORIZARI T1T2 T4 R1C1 R2C2 R3C3X1 X2NOPO JMP,RTN SKZ Fig. 4.4. Schema functionala completa a KIT PROCESORULUI InstructiuneaOEN(outputenable)ncarcaregistrulOENcustarealogicaa uneiintrariselectteprinprogram.DeexemplusencarcaregistrulOENcustarea intrarii I13: !!OEN I13 Registrul OEN controleaza accesul datelor spre cele 16 iesiri ale KIT-ului. n functie de valoarea cu care este ncarcat apar doua situatii: a)RegistrulOENestenstarelogica"1".Datelecirculaneafectatedela registrul rezultat (RR) la iesiri; b)RegistrulOENestenstarealogica"0".KIT-ulPROCESOR14000ANU EXECUTA (ignora) orice instructiune de scriere (STO, STOC). ScopulinstructiuniiOENestedeacreaointrare(saumaimulte)caresa conditioneze comanda elementelor de executie din proces.InstructiuneaOENesterecomandatapentruredactareaprogramelorcu structuradetipulIF-THEN:DACAocoditieestendeplinitaatunciexecutaun anumit numar de comenzi. KIT-ul PROCESOR 14000 A poate fi dotat cu celule de memorie RAM pentru stocarea temporara a unor rezulate temporare sau variabile de stare. O celula RAM se construiesteprinconectareadecatreutilizatornexteriorulKIT-uluiauneiintrari launadiniesirileacestuia.Pentruoadresarecomodaserecomandacaintrareasi iesirea sa aiba aceasi adresa I12 si Q12, I15 si Q5, etc. nscriereasaucitireadatein(din)memoriesefacenacelasimodcasi operareacudateledeintraresaudeiesire,cuinstructiunidetipulSTO,STOC,LD, IEN, etc. Sinteza functiilor logice de tip "suma de produse". Daca ntrerupatoarele k1 sI k2suntnchisesauntrerupatoarelek5sIk6suntdeschisepornestemotorulQ1. Folosindconventiantrerupatornchis=0logicsImotorpornit=1logicfunctiade comanda a motorului este urmatoarea: Q1 = k1 * k2 + k5 * k6 n programul de mai jos (k1 * k2, respectiv k5 * k6) au fost sintetizati pe rnd, unuldineifiindmemorattemporarntr-ocelulaRAMrealizatacugrupulI15,Q15. Presupunemntrerupatoarelek1,k2,k5,k6conectatelaintrarileI1,I2,I5,I6,iar motorulcomandatlaiesireaQ1aKIT-ului.Sintezafunctieisefacenurmatorul fragment de program: !!LDC I2 !!ANDC I1I1 * I2 => RR !!STO Q15(I1 * I2) => RAM !!LD 16 !!AND 15I5 * I6 => RR !!OR I15RAM + I5 * I6 = I1 * I2 + I5 * I6=>RR !!STO Q1RR => Q1 KIT-ulPROCESOR14000Acontineuncircuitdememorie(vezischema blocdinfigura4.4.)ncareseaflanscrisprogramuldeaplicatie.Instructiunilesunt scrisencepndcuprimaadresadememorie,unadupaalta,nordineacrescatoarea adreselor. Lungimea maxima a unui program pentru KIT-ul PROCESOR 14000 A este de 256 de instructiuni. Pentru ca instructiunile sa poata fi executate pe rnd, una dupa alta, intrarile de adresealememorieisuntconectatelauncircuitnumarator,cu256destari.Acesta primeste impulsuri de tact de la un oscilator si adreseaza memoria, ncepnd cu adresa 0, pna la adresa 255, dupa care reia numararea de la adresa 0, n mod ciclic. nmajoritateacazurilorprogramuldeaplicatiiaremaiputinde256de instructiuni, de exemplu 92 sau 186. Pentru a evita parcurgerea inutila a locatiilor de memorienefolosite.KIT-ulPROCESOR14000Aareinstructiunispeciale,carepot comandaimediatnumaratoruluireluareanumarariidelaadresa0saudelaoricare adresa de program. Aceste instructiuni se numesc instructiuni de salt. Pentru a se executa un salt n program, sunt necesare doua instructiuni: NOP0 siJMP.Numaratoruldeprogramarebitideadresa(256destari)iarcuvntulde memorie doar 4 biti. NOP0esteoinstructiunepregatitoare.Eatrebuiescrisanainteainstructiunii JMP, care executa saltul propriu-zis. Instructiunile NOP0 si JMP trebuie sa fie nsotite de numarul (sau eticheta) liniei de program la care se executa saltul. Pentru a diversifica posibilitatile de programare, KIT-ul PROCESOR 14000 A are si o instructiune de salt conditionat: SKZ (skip if RR zero). EfectulinstructiuniiSKZesteurmatorul:dacaregistrulrezultat(RR)are valoareazero,sesare(ignora)pesteurmatoareainstructiunedeprogram.Spre deosebiredeperecheaNOP0/JMP,careexecutasaltneconditionatlaoriceliniedin program,instructiuneaSKZsareosingurainstructiune(ceauratoareei)sinumai atunci cnd RR=0. InstructiuneaSZZsepoatecombinacuperecheaNOP0/JMP,pentruase obtineunsaltconditionat,oriundenprogram.Pentruacestprogramsefoloseste tripletul: !!NOP0 ET1 !!SKZ !!JMP ET1 TehnicasaltuluiconditionatechivaleazaolosireainstructiunilorIEN,OENn prolemededeciziedetipIF-THEN-ELSE.Alegereatehniciideprogramare depinde exclusiv de "gustul" proiectantului de aplicatii. Statistic s-a observat ca o mai mare nclinatie catre saltul conditionat, datorata probabil analogiei cu alte limbaje de programare. Apelarea subrutinelor este o tehnica de programare utila atunci cnd fragmente deprogramserepetadeunnumarmaredeori.Tehnicapresupunedefinireaunui astfeldefragmentcaunprogramautonom,numitsubrutinasiapelarealuiprinsalt dinprogramulprincipal,careapeleazadintreilocuri(marcatecueticheteleAD1, AD2, AD3) o subrutina (marcata cu eicheta (SUB). La KIT-ul PROCESOR 14000 A saltul la subrutina se face tot cu perechea de instructiuniNOP0/JMP.Revenireadinsubrutinadinprogramulprincipalsefacecu instructiunea RTN (return). O subrutina se termina obligatoriu cu RTN. Aceasta instructiune nu are nevoie deoadresaauxiliara,deoareceadresaderevenireestememorataautomatla executarea fiecarui apel de subrutina. DupaexecutareainstructiuniRTNsereintranprogramulprincipal,cu executarea instructiunii care urmeaza apelului de subrutina. LaKIT-ulPROCESOR14000Afolosireasubrutinelorcereoprecautie speciala, data de urmaoarea regula: ninterioruluneisubrutineseinterzicefolosireainstructiuniiJMP;face exceptie apelarea celui de al-II-lea nivel de subrutina. Douaniveledesubrutianseamnaposibilitateaapelariiuneisubrutinedintr-o alta subrutina. Acest KIT are aceasta facilitate de programare. PentruoprireatemporaraaactivitatiiKIT-uluiPROCESOR14000Ase foloseste instructiunea NOPF, urmata de unul din simbolurile T1, T2, sau T4. Aceasta instructiune declasaza un circuit monostabil de pe KIT, care blocheaza un timp tactul micrprocesorului (vezi schema din figura 4.4.). Duratele celor trei pauze (T1, T2, T4) pot fi reglate cu ajutorul unor potentiometre multitura aflate pe acest KIT. FolosireainstructiuniiNOPFestenecesaralacomandaunorelementede executieelectrimecanice,cuinertielaopriresipornire(zeci,sutedems).Astfel deelementesunt:motoareleelectrice,pistoanelecucomandaelectromagnetica, electrovalvele,etc.Deasemenea,pauzelenprogramsemaifolosesclacomanda intermitenta a unor elemente de semnalizare. becuri, sonerii, etc. Exista situatii n care pe durata unei temporizari, KIT-ul PROCESOR 14000 A trebuiesaexecutediferitesarcini.Deexemplupeduratat=2s,aprindeintermitent becurile. Un astfel deprogram nu se poate rezolva cu ajutorulpauzelor declansate de instructiuni NOPF care blocheaza activitatea sistemului. Solutia constan declansarea unuimonostabilexteriorcuunadiniesirileKIT-uluisicitirea(interogarea)starii acestuia la una din intrarile KIT-ului. Pentrustocareaprogramuluideaplicatie,KIT-ulPRCESOR14000Aareo memorie cu capacitatea de 512x4 biti. Fiecare linie de program (instructiune + adresa deoperare)arealocatedouacuvinteconsecutivedememorie:primulpentru instructiune al doilea pentru adresa. n cele 512 locatii se poate nscrie un program cu maxim 256 linii. LaKIT-ulPROCESOR14000A,memoriaarecasupotuncircuitintegrat. Procedura de nscriere depinde de tehnologia lui de fabricatie: TTL, MOS, etc. Pentru nscriere se folosesc aparate specialiate, pilotate de obicei deun microprocesor. Se pot folosicasuportdememoriedouatipuridecircuiteintegrate:unPROMTTLsauun EPROM MOS. Memoria PROM (TM 622 PC) are capacitatea de 512x4 biti si este executata ntehnologiebipolara.nscriereaunorinformatiisefaceprinardereaunorsigurante fuzibile, aflate n celulele de memorie. KIT-ulPROCESOR14000Amaiaresiposibilitateamontariiuneimemorii EPROMde2Kx8biti,nloculPROM-uluicufuzibile.Evidentsefolosestedoara-VIII-apartedinmemorie(primele512locatiisiprimele4iesiri),darexista posibilitatea stergerii (cu raze ultraviolete) si reprogramarii ei de mai multe ori. Proiectarea progamului de conducere a unui robot n coordonate cilindrice RTT cu automatul programabil KIT PROCESOR 1400 A ProgramulpentruKitPROCESOR14000Aareregulispecificederealizare. Funcionndspreexemplunmediiindustriale,ncondiiideperturbaii,automatul programabilreclammsurideprotecie,attnceeaceprivetestructurahardware ct i realizarea programului de comand al procesului. Programele sunt scrise ntr-un limbaj literar, uor de neles i urmrit de ctre programator;instruciunilesugereazfunciapecareoexecut(LD-load,AND- funcia logic "I"), cele 16 intrri i ieiri sunt identificate cu simboluri (I4, I5, E5) iarsalturilesefaclaadreselocalizatecuajutorulunoretichete.Asfel,programul utilizatorvaaveaostructurciclic,carevapermiteexecutarearepetata instruciunilor i calcularea expresiilor logice ale comenzilor ctre procesul comandat la fiecare rulare; dac variabilele i schim starea, la urmtoarea rulare a programului aceasta determin i schimbarea strii expresiilor logice ale comenzilor. La realizarea programului se va ine cont de urmtoarele recomandri: 1)ComandaieirilorsevarealizaprininstruciuniledetransferSTOsau STOCexecutatelafiecarebaleiereaprogramuluiinucuinstruciuneaOEN, instruciune care este activ doar n fucie de starea unei intrri. 2)Nusevorprogramainstruciuniledetransferctreieirenzonede programacrorbaleiereestecondiionatdeinstruciuneaSKZ,Serecomand,n proceselecomplexecuregistre,numrtoare,etc.,urmtoareasuccesiunede programe: - subprogram de iniializare (dac este necesar); - subprogram ce descrie funcionarea procesului; - subprogram de transfer la ieiri. 3)Intrrilerapidvariabilesaucuduratactivscurt(comparabilecutimpul de execuie al unui program) vor fi "citite" n mai multe locuri n program, pentru a se realizadeteciasigurastriiactiveaacestora.Deasemeneaintrrilecarepotcrea situaidehazardncomandaprocesului,prinschimbareastriincadrulevolurii expresiilorlogiceadousaumaimultecomenziantagonistevorfimainti memoratenvariabiledememorie,iarncadrulevoluriiexpresiilorcuintrrile respective vor fi utilizate imaginile expresiilor. Programul utilizator se va elabora plecnd de la un document surs care poate fi: - diagrama desfurat cu relee; - expresii logice; - organigrame; - organifaze. Pentru stocarea programului de aplicaie KIT - ul PROCESOR 14000 A are o memoriecucapacitateade512*4bii,uncircuitintegrat.Proceduradenscrie depinde de procedura de fabricaie TTL, MOS, etc. KIT - ul poate folosi ca suport de memorare dou tipuri de circuite integrate: PROM TTL sau EPROM MOS, fiecare cu avantajele lui. Concret, vom folosi acest automat pentru conducerea unui robot industrial tip RTT (trei grade de libertate), [Anexa 2], aflat n dotarea Facultii de Inginerie. Acest robotvatrebuisexecuteconformuniprogramutilizatornscrisnmemoriaKIT- ului,osuccesiunedemicri[Anexa3].Pentruscriereaunuiastfeldeprogrameste necesar s se proiecteze schema electric de acionare. Astfel am considerat c avem trei motoare de acionare de c.c. iar pentru sesizarea micrii se vor folosi limitatoare decurs.Acestea,mpreuncuunbutondepornireacicluluiicuunbutonde selectare vor fi considerate ca intrri ale automatului programail, iar ieirile vor fi spre elementeledeexecuie,respectivbobinelecontactoarelorceasiguralimentarea motoarelordeacionare.Acesteavorfinnumrdease,inndcontcmotoarele trebuie s funcioneze att n sens direct ct i n sens invers.n anexa 4 este prezentat conectareamodulelordeintrare/ieirealeKIT-uluiPROCESOR1400Acu elementele de sesizare i execuie ale robotului industrial, unde avem: k1 - rotire dreapta k2 - rotire stnga k3 - ridicare k4 - coborre k5 - nainte k6 - napoi S1 - limitator de curs rotire dreapta S2 - limitator de curs rotire stnga S4 - limitator de curs jos S5 - limitator de curs avansat S6 - limitator de curs retras nacestecondiiipentruscriereaprogramuluiestenecesarrealizareaunei scheme de acionare n care vor apare elementele procesului sub form de imagini ale intrrilor,ieirilorimemoriipetrustocareatemporaraunorrezultateintermediare sau variabile de stare [Anexa5]. Program aplicaie 000 LD M1031 ANDC M14062 STO M0 001 ANDC M2032 OR M23063 LD I7 002 STO M20 033 ANDC I4064 ANDC I8 003 LD M11034 NOPO065 AND M0 004 ANDC M12035 STO E4066 OR M1 005 OR M20036 LD M3067 ANDC M3 006 ANDC I1037 ANDC M4068 ANDC M10 007 NOPO038 STO M24 069 STO M1 008 STO E1039 LD M12070 LD I1 009 LD M6040 ANDC M13071 AND M1 010 ANDC M7041 OR M24072 OR M2 011 STO M21 042 ANDC I5073 ANDC M4 012 LD M15043 NOPO074 STO M2 013 ANDC M16044 STO E5075 LD I3 014 OR M21045 LD M4076 AND M2 015 ANDC I2046 ANDC M15077 OR M3 016 NOPO047 OR M25078 ANDC M5 017 STO E2048 ANDC I6079 STO M3 018 LD M2049 NOPO080 LD I5 019 ANDC M3050 STO E6081 AND M3 020 STO M22 051 LD I1082 OR M4 021 LD M10052 AND I2083 ANDC M6 022 ANDC M11053 ANDC I3084 STO M4 023 OR M22054 AND I4085 LD I6 024 ANDC I3055 ANDC I5086 AND M4 025 NOPO056 AND I6087 OR M5 026 STO E3057 OR M0088 ANDC M7 027 LD M5058 ANDC E1089 STO M5 028 ANDC M6059 ANDC E3090 LD I4 029 STO M23 060 NOPO091 AND M5 030 LD M13061 NOPO092 OR M6 093 ANDC M8 126 STO M12 094 STO M6127 LD I5 095 LD I2128 AND M12 096 AND M6129 OR M13 097 OR M7130 ANDC M15 098 ANDC M8131 STO M13 099 STO M7132 LD I4 100 LD M7133 AND M13 101 AND I2134 OR M14 102 OR M8135 ANDC M16 103 ANDC M9136 STO M14 104 STO M8137 LD I6 105 LD M0138 AND M14 106 AND M8139 OR M15 107 NOPO140 ANDC M17 108 NOPO141 STO M15 109 STO M9142 LD I2 110 LD I7143 AND M15 111 AND I8144 OR M16 112 AND M0145 ANDC M17 113 OR M10146 STO M16 114 ANDC M12147 LD M16 115 AND M1148 AND I2 116 STO M10 149 OR M0 117 LD I3150 ANDC M18 118 AND M10151 STO M17 119 OR M11152 LD M0 120 ANDC M13153 AND M17 121 STO M11 154 NOPO 122 LD I1155 NOPO 123 AND M11156 STO M12 124 OR M12157 JMP000 125 ANDC M14 Sisteme de acionare a roboilor industriali n decursul evoluiei sale, robotica industrial nu a creat soluii noi n ceea ce privetedezvoltareaservomecanismelorhidraulice,electriceipneumaticede automatizare i control amicrii motoarelor liniare, rotative i oscilante, utilizate ca i subsisteme de acionare, pentru fiecare grad de libertate a diverselor configuraii de elemente cinematice. Pedealtparte,roboticaapreluatiimplementatnconstruciideroboi ultimele nouti aprute n domeniile menionate. Sistemuldeacionareaunuirobotcuprindetotalitateasurselorenergeticeale robotuluiprecumielementeledecontroldirectaleacestora.nacestsens,prin sistemdeacionaresenelegeansamblulmotoareloriconvertoarelorprincarese obineenergiamecanicnecesardeplasriirobotului,precumidispozitivele suplimentare ce controleaz acest transfer energetic. Un astfel de sistem va cuprinde: 1) o surs primar de energie; Fig.1.1 energie primar energie mecanic Sursaprimar Convertor (motor) Sistem de control Sistem de transmisie ROBOT 2) un sistem de conversie a energiei primare n energie mecanic; 3)unsistempentrutransmisiaenergieimecanicelaarticulaia corespunztoare; 4) un control al parametrilor caracteristici ai acestor sisteme. Structura general a unui sistem de acionare este prezentat n figura 1.1.. Sistemele uzuale de acionare fooosesc tri surse primare de energie: electric, pneumaticihidraulic.Procentual,celmaimarenumrdesistemenroboii industrialimoderniutilizeazacionareahidraulicdatoritunorcaracteristici deosebitepecareacesteechipamnteleofernceeacepriveteraportuldintrefora exrcitatdedipozitivulmotorigreutateaacestuia.Oarielargderspndireoau, deasemenea, acionrile electrice, utilizate ndeosebi datorit facilitilor de control pe care le pot asigura. Acionarea pneumatic ocup o pondere redus n aceast direcie ea fiind, de obicei, utilizat n sisteme de comand ale dispozitivelor auxiliare. Alegerea modului de acionare i comand a unui robot industrial depinde, n principal,declasadeaplicaii(naturaoperaiilorelementare),capacitateade manipulare,preciziadepoziionare,vitezadedeplasare,spaiuldelucruistructura de automatizare. nconstruciaroboilorindustriali,caisursedeenergie,seutilizeaz motoarelepneumatice,electricesauhidraulice,rotative,liniaresauoscilante, comandate pneumatic, electric, electronic sau hidraulic. Acionareaelectricasigurobinereaunorcaracteristicidinamicesuperioare pentruundomeniumaredereglareavitezelorioprecizieridicatdepoziionare. Aceastadeterminntr-omaremsuradoptareacomenzilornumerice.ncalitatede motoaredeacionaresefolosescfrecventmotoareledecurentalternativ,decurent continuu, motoare pas cu pas, motoare liniare asincrone etc. Pentru transmiterea micrii de la motorul electric la mecanismele de execuie suntnecesare,deregul,transmisiiintermediare.Acestetransmisiitrebuies ndeplineascoseriedecondiiinceeaceprivetecapacitateaconstruciei,lipsa jocurilor,randamentridicat.Camecanismedetransmisienacionarearoboilorse folosescfrecventangrenaje,reductoarearmonice,mecanismepinion-cremalier,roi delan,mecanismecuprghiietc.Folosireatransmisiilormecanicepermite transformarea micrii ca traiectorie i frecven i, totodat, duce la o construcie mai compact a robotului. Acionarea electric a luat o larg rspndire la roboi industriali cu capacitate de ridicare mic i la roboii cu un grad ridicat demanevrabilitate, cu comand de la distan, care au micri spaiale complexe ale elementelor de execuie. Acionareahidraulicprezintoseriedeavntaje:posibilitateadeadezvota foreimomentemaripentrugabaritemici,domeniumaredereglarecontinua vitezelor,vitezmareiuniformitatelainversareasensuluidemicare,uurina obineriimicriirectiliniialternative.Datoritacestoravntaje,acionareahidraulic estelargfolositnacionarearoboior.Principaleledezavantajealeacionrii hidraulicesunt:sensibilitatealamodificareatemperaturiimediuluiambiant,gabarit mare al instalaiilor tip de pompare, pierderi volumice de ulei. Acionarea pneumatic este, n multe privine, asemntoare cu cea hidraulic. Deosebirileesenialeconstaunlipsaconductelordereturiosensibilitateredusla modificareatemperaturii.Laacionareapneumaticsefolosescpresiunimici,de regul4-5daN/cm2,ceeacenupermitedezvoltareaunorforemari.Dinaceste considerente.acionareapneumaticsefolosetelaroboicareauocapacitatede ridicare mic. Alegereasistemuluideacionaresefaceinndseamadedestinaiarobotului icondiiilelui deexploatare:capacitatea de ridicare, ritmulde lucru, temperaturai presiunea mediului ambiant, gradul de polare al acestuia etc. Fadedomeniulaplicaiilortehniceobinuite,ncareproblemasurselor motoareestepedeplinclarificatexistndsoluiiparticularepentrufiecare subdomeniu,nacionarearoboilorindustrialiproblemelesuntmaicomplexe, solicitnd o serie de particulariti i caracteristici specifice. Acesteparticularitideriv,nprimulrnd,dinefecteledinamicepronunate ceaparnlanurilecinematiceincupleleunuirobotindustrialdatorit,nspecial, parametrilordinamiciicinematici(acceleraieivitezdemicare),devalorimult maimari dect ncazurilecunoscutealemainilor-unelte ialtor tipuride instalaii. Maimultdectatt,formacomplexatraiectoriilordedeplasare,ncontinu modificare,facefoartedificilcalculareacorectareaciunilorncupleia surprinderii poziiilor de micare cele mai defavorabile. ncazulacionriiroboiilorindustrialicustructuricinematicedeschise, sistemele de acionare din cuplele de la baza robotului sunt cele mai solicitate, fiecare sistemtrebuiesfiedimensionatdinpunctdevederedinamicnctssusinis antrenezenmicaretoateelementeledestructurdinavalulsuinclusivobiectul manipulat sau, n cazul unor operaii specifice, cu anumite dispozitive de lucru. Concretizndnctevaidei,sepoateafirmacmotoarelepentruacionarea cuplelor roboilor industriali trebuie s ndeplineasc urmtoarele condiii: -sdezvoltecuplusauformotoarenominalmaimaredectsumacelor rezistente,acelordefrecareiacelordeinerie,pentruceamaimarevaloarea acceleraiei elementului mobil acionat pe direcia de micare i n poziia pentru care fora, respectiv momentul redus n cupl are valoare maxim; -masa inerial, respectiv momentul de inerie propriu ct mai redus; -s aib un indice energetic (putere nominal/greutate) ct mai ridicat; -s prezinte siguran sporit n executarea comenzilor de deplasare primite; -s aib o comportare ct mai liniar ntre mrimea de ieire (viteza unghiular sau liniar) i mrimea de comand (tensiune, curent, frecven, debit etc.); -sasigurestabilitateasistemuluilaeventualeperturbaiiexterne,pstrnd ferm poziia realizat anterior pn la o nou comand; -s nu fie generatoare de vibraii i oscilaii neamortizate; -sprezinteunpunctdeechilibrutermodinamicctmaisczutiobun stabilitate termic n timp; -n cazul ntreruperii accidentale a energiei care le alimenteaz, s fie capabile deablocasistemulmecano-cinematicnpoziiacurentrealizatdaclanul cinematicnuasiguracestlucru;aceastaesteocondiieesenialdeproteciea muncii operatorilor umani i de asigurare a integritii sistemului robotic; -sprezinteofiabilitatectmaibun,depanareasaunlocuirealorsfie uoar. Sisteme de acionare electricAcionareaelectricesteconvenabildatorit:disponibilitiicvasigeneralea energieielectricenmajoritateamediilordeacionarearoboilorindustriali,a simplitiideracordareamotoarelorelectricelareeauadedistribuieaenergiei, costuluiredusalinstalaiei,construcieirobuste,fiabilitiimotoarelorelectrice, modalitiisimpledereglareamicriiicompatibilitiiacestuitipdeacionarecu sistemuldecomandicuconstruciasenzorilor.Unaltavantajimportantalacestui moddeacionareconstnposibilitateastocriienergieielectricenbaterii,aceasta ducnd la independena de surse exterioare de energie. Principaluldezavantajalacionriielectriceconstnnecesitateautilizrii unormecanismesuplimentarepentruadaptareavitezeiiacupluluimotorla necesitile concrete de micare ale organelor mobile. ACTIONAREA CU MOTOARE DE CURENT CONTINUU A ROBOTILOR INDUSTRIALI Acionarea cu motoare de curent continuu are avantajul important c, momentul createstepracticindependentdepoziiaivitezamotorului,depinzndnumaidede cmpul nfurrilor i de curentul din armturi. Dac nfurrile de cmp sunt nlocuite cuumagnetpermanentatuncimomentuldezvoltatesteproporonalcuvaloarea curentului din armturi i, deci, cu tensiunea aplicat. Anumitentrebuinritehnologiceaupermismicorareagreutiimotoarelor. Eleserefer,deexemplu,laeliminareanfurrilordeexcitaieprinutilizarea motoarelor cu magnet sau micorarea greutii rotorului prin motoarele disc.Dezavantajulprincipalalacestoracionriestegreutateacomponentelor. Raportulputere-greutatesaumoment-greutateestemaimicdectlaacionrile hidraulice. Aceast greutate nu poate fi redus n mod semnificativ datorit circuitului magneticcare,pentruasigurareaunorperformaneridicate,necesitogeometrie intern coresounztoare. Utilizarea motorului de c.c. n aconarea roboilor necesit: a)un sistem de control utiliznd tahogeneratoare de msur i senzori auxiliari de poziie; b)un sistem mecanic care s realizeze conversia micrii de rotaie n micare de translaie; c)un sistemmecanic pentru blocareamotorului (dac alimentarea permanent a motoruluieste nepractic datorit problemelor de supranclzire). Motoarele de c.c. sunt formate din dou pri: un sistem de xcitaie, format din nfurrideexcitaieparcursedecurentsaudintr-unmagnetpermanent,ceasigur cmpul magnetic n ntrefierul mainii i o nfurare dispus ntr-o armtur rotoric. Un sistem de comutaie format din perii i colector asigur n permanen un sens unic al curentului n raport cu cmpul magnetic deci, asigur o for n direcie constant. Schemaachivalentsimplificatamotoruluidec.c.cuexcitaieseparateste prezentat n fig.1.2 Fluxul magnetic este proporional cu valoarea curentului de excitaie: =keIe(1.1) iar ecuaiile ce guverneaz regimul staonar (neglijnd anumite efecte secundare) sunt: Ue=ReI(1.2) U=RI+Ec(1.3) Ec=k(1.4) iar cuplul electromagnetic creat M M=EI(1.5) Fig.1.2. Dacmotorullucreazsubcurentdeexcitaieconstant,atuncifluxuleste constant deci, Ec=k(1.6) M=k1I(1.7) iar 21 1kRMkU = (1.8) Caracteristicilestaticedefuncionareseobindinaceastultimrelaie (fig.1.3.). Dacopereazncurentdeexcitaievariabilitensiunedealimentare constant, atunci ecuaiile de funconare devin: M=kI (1.9) U=k+RI(1.10) + - ueU R L Ie Re Le I Ec 2) ( =kRMkU(1.11) Ultimarelaieindicodependenneliniarpronunatavitezeinraportcu fluxuldeci,curentuldeexcitaie.Aceastneliniaritatecompliclegeadecontroli facecareglajulturaieiprincontrolulcurentuluideexcitaiesfierarutilizatn sistemele de acionare n general i a roboilor, n particular. Fig.1.3 Regimultranzitoriualmotoruluiceopereazsubfluxconstantseobine imediat din fig.1.2. ) () () ( ) ( t kdtt diL t Ri t u + + =(1.12) iar cuplul motor va fi: s f fM M kdtt dJ M + + + = ) ((1.13) unde J este momentul de inerie al elementelor de rotaie, kf definete coeficientul de fecarevscoas,MfestecuplulcorespunztorfrecriiuscateiarMsestecuplulde sarcin. U2>U1 M=M0 U1 MM0 M UDin (1.9) i (1.13) se obine s f fM M kdtt dJ t ki + + + = ) () ( (1.14) Aplicnd transformarea Laplace relaiilor (3.12) i (3.14), considernd condiii iniiale nule, rezult: U(s)=(R+Ls)I(s)+k(s)(1.15) kI(s)=(Js+kf)(s)+Mf(s)+Ms(s) (1.16) Ecuaiile acestea definesc schema bloc echivalent a motorului (fig 1.4). Fig.1.4.

Din (1.15), (1.16) rezult: ) )( () ))( ( ) ( () )( () () (2 2Js k Ls R kLs R s Ms s MJs k Ls R ks kUsfff+ + ++ +++ + += (1.17) Considernd cuplurile de frecare Mf foarte mici i neglijnd cuplul de sarcin Ms rezult funcia de transfer ntre vitez i tensiune: ) ( ) ( ) () () (2 2k Rk s Lk RJ LJsks Uss Yf f+ + + += = (1.18) sau 2 22 1) (s sAs Y + += (1.19) unde sL R +1 f sk J +1s1 kkMf+Ms U(s) I(s) (s) +-- 2 2222 ; ;k RkLk RJk RkLJk RkkAfff f++=+=+= (1.20) Dac kf se consider suficient de mic, atunci funcia de transfer (1.19) poate fi rescris sub forma ) 1 )( 1 () (s sAs Ym e + += (1.21) unde e definete constanta de timp electric, RLe = (1.22) iar m, constanta de tip electromecanic,

2kRJm = (1.23) Ecuaiiledemaisussunt,nprincipiu,specificemotoarelordiscdar,potfi aplicatelatoatemotoareleutilizatensistemeledeacionarealeroboilor, diferenierile ntre acestea fiind, n general, de ordin tehnologic. Aceste ecuaii indic reglajul preferenial alturaieiprin reglareatensiunii dealimentare u.Controlul n tensiunealturaieiesteutilizatpracticnpeste85%dinsistemeledeacionareale roboilor(cuacionareprinmotordec.c.)inumaiomicparteutilizeazcontrolul prin curent, acast ultim procedur fiind avantajoas datorit funciei de transfer mai simple ntre cuplu i curent. Controlulntensiunealturaieinacionarearoboilorserezolvprindou metode: -redresoare comandate cu tiristoare; -variatoare de tensiune continu. La sistemele de actionare cu motoare de curent continuu, in marea lor majoritate cuexcitatieindependenta,sefolosescdiferitesolutiipentrurealizareasurselorde tensiune modificabile in anumite limite extreme. Aceste solutii sunt date de redresoarele comandate si semicomandate cu tiristoare sivariatoarestaticedetensiunecontinua(chopere),ambeletipuridesursepotfi unidirectionale sau bidirectionale. Motoruldecurentcontinuupoatefireglatdacasealimenteazarotorulsaucuo tensiunepulsatorie,devaloaremedievariabila,obtinutadelaosursadecurent continuu.Pentruobtinereauneitensiunipulsatoriiintrepterectangulare,sefolosesc variatoare statice de tensiune continua (chopere). Principiulcomenziiprintr-unvariatorstaticdetensiunecontinuaamotoruluide curent continuu este prezentat in fig. 2.0. ++ L DEx

ReteaiD Uolo io +- _ _ iRA fig. 2. 0. Variatoarelestaticedetensiunecontinua,serealizeazaingeneralcuschemecu tiristoare comandate periodic , care au un curent de blocare foarte mic in raport cu cel de sarcina nominal. Pentru eliminarea ondulatiei tensiunii Ua, se utilizeaza bobine de reactanta in serie sau condensatoare in paralel. Unadinproblemeleimportantelaproiectarearobotilorindustriali,oconstituie alegereamotoarelorelectrice.Motorulpoatefialescorect,numaidupaceaufost ridicatediagrameledeincarcare,carereflectadependentavitezelordemomentele fortelor pentru fiecare motor in timpul functionarii. Acestediagramedesarcinasedeterminainfunctiedelegiledemiscareale elementelorrotorului,avandinvederetehnologianecesarasirezultatelesintezei deplasarilor optime. Dupa trasarea diagramelor de sarcina se determina momentele maxime si vitezele pecaretrebuiesalerealizezesistemuldeactionare.Incontinuaredupaalegerea reductoruluiseevalueazavaloareanominalaaputeriimotoruluiinfunctiede diagrama de functionare. Voiprezenta,incontinuare,actionareacuM.C.C.cuexcitatieinderivatiesi M.C.C. cu excitatie in serie. MASINA DE CURENT CONTINUU CU EXCITATIE IN DERIVATIE Masinadecurentcontinuucuexcitatieinderivatie,areofunctionareinpatru cadre.Astfel in cadranul I functioneaza in regim de motor in sens direct, in cadranele IIsiIVfunctioneazainregimdefrana,iarincadranulIIIfunctioneazainregimde motor in sens invers. Schema electrica a MCC cu excitatie derivatie, este urmatoarea: U A1-A2- bornele infasurarii indusului It B1-B2- bornele infasurarii polilorauxiliari RRc E1-E2- bornele infasurarii de IAIc excitatie in derivatie A1E1 E2Ra- rezistenta infasurarii indusului RA R - rezistenta externa conectata in A2indus B1 B2 Rc- rezistenta reostatului de camp Ea-tensiunea contraelectomotoare Fig. 2. 1. Tensiunea contraelectromotoare (T.c.e.m.) este: EA = = K NaPEA21 a=numarul perechilor de cai de curent p=numarul perechilor de poli N=numarul de spire al infasurarii de excitatie r=viteza de rotatie =fluxul de excitatie Puterea electromagnetica este:

Cuplul electromagnetic este: Ecuatiatensiunilordincircuitulindusuluiinregimdemotor,seobtineprin aplicarealegiiconductieipecircuitinchisalindusului,careareschemaechivalenta reprezentata in fig 2.2

IA R UA LARA Fig. 2. 2. In timpul proceselor tranzitorii se obtine : A A emI E P =AAI KPM ==EA A AAA A Ai R RdtdiL E U ) ( + = Pentru functionarea stabilizata IA=ct.

Pentru caracteristica mecanica naturala (R=0): REGIMUL DE PORNIRE AL M.C.C. CU EXCITATIE DERIVATIE Pornirea se clasifica in functie de sarcina dupa cuplul rezistent opus de masina de lucru: -pornireaingoldacalaarboretrebuieinvinscuplulfrecariimecanicesiprin ventilatie; -pornire in semisarcina. Se cunosc urmatoarele tipuri de porniri: -prin conectare directa la retea; -cu rezistenta in indus; -cu variatia tensiunii de alimenatre. PORNIREA SI REVERSAREA M.C.C. PRIN CONECTAREA DIRECTA LA RETEA La acest tip de pornire se obtine curentul maxim de pornire. Timpul de pornire este foarte scurt. Socul in lant cinematic este mare. Din aceste cauze, acest tip de pornire se utilizeaza mai rar. Pentru pornirea si reversarea M.C.C. se pot folosi urmatoarele scheme: So K1 S1 S2 K2 A A A AI R R E U ) ( + = A A A AI R E U =

K1 K2 H1 DoH2 Fig. 2. 3. Inschemadinfig.2.3.seformeazauncircuitfalsdupadeschidereacontactului releului D0, care alimenteaza bobinele contactorilor K1 si K2 prin becurile H1 si H2 cu o tensiune redusa. Aceasta inseamna pentru MCC un scurtcircuit la borne. Pentruascapadeneajunsuriledinschemademaisusseschimbaamplasarea contactuluireleuluireleuluiD0siseintroducinschemacontacteauxiliarenormal inchise ale contactorilor K1 si K2 ca in fig. 2.2.2 SoDo K1S1 S2K2 K2K1 H1K1K2H2Fig. 2. 4. ContactelenormalinchisealecontactorilorK1siK2senumesccontactede interblocare. Contactul normal deschis K1 conectate in parelel cu butonul S1 si contactorul normal deschis K2 conectat in paralel cu butonul S2 se numesc contacte de automentinere. PORNIREA REOSTATICA A M.C.C. Pornireareostaticanormalaserealizeazacuunreostatdetipcontrolercuopt pozitii si este intilnit la tractiunea electrica urbana. Schema cu reostat de tip controler este prezentata in figura 2.5. K 01234567 Rp Fig. 2. 5. Pornireareostaticainfunctiedetimppentruunreostatcudouatrepteutilizeaza doua relee de timp D1 si D2 cu temporizare la actionare. Comutarea de pe o treapta pe alta a reostatului se face in functie de timpii reglati pe releele D1 si D2. Schema electrica pentru acest tip de pornire este prezentata in fig.2.6. F5 KoS1Ko F1F2Do D1 K1D2K2 S2MR1K1K2 DoK2 R2 D1 Q1 KoD1 K1D2K2 F3 Ex0345 6 7 F4 12F5 1 527 1 4 6 4 Fig. 2. 6. Pornirea reostatica in functie de curent se face cu ajutorul releelor de curent D1 si D2, care pot controla direct valorile limita ale curentului si respectiv cuplului. Schema elecrica pentru acest tip de pornire este prezentata in fig. 2.7. Ko F3 F1DoS1KoKo+Qo Rp1K1K2 S2D3 K1D4 K2D5 _ F2 D1 D2K3 K2 D1 K1D2Ex Rp2

Do MI IM K3Ko D3K1 D4K2 D5K3 RF F4 Fig. 2. 7. Reele D1 si D2 anclanseaza la IAmax si declanseaza la IAmin. Releul D1 isi deschide contactul normal deschis si impiedica alimentarea bobinei luiK1.ReleuldetimpD3anclanseazacuotemporizareprestabilitalat3U, deoareceodatacucrestereavitezei,cuplulvascadea,prinurmaresicurentulprin indusvascadea,vascadesifluxuldeexcitatie,decivascadeasitensiunea electromotoare, prin urmare viteza de rotatie se mentine aproximativ constanta. Excitatia se poate conecta separat la retea printr-o rezistenta tampon, sau se poate alimentadelaosursacutensiuneredusa.Deoarececurentulprinindusisischimba sensul,infasurareadeexcitatieserievaaveaactiunedemagnetizanta,deaceeain practica se aplica doua solutii: