Mecatronica Curs

  • View
    44

  • Download
    13

Embed Size (px)

DESCRIPTION

curs mecatronica

Text of Mecatronica Curs

Mecatronica

MecatronicaUn sistem mecatronic este un ansamblu sinergetic ce cuprine o structura mecanica, unitati de achizitie si prelucrare a datelor, dispozitive electronice, sisteme de control automat, eventual un calculator. Pentru ca partea mecanica sa fie pusa in miscare, sistemul de control automat trebuie cuplat cu partea mecanica printr-un sistem de actionare. Pentru actionarea structurilor mecatronice se utilizeaza atat metode si dipozitive clasice (motoare electrice de current continuu sau alternative, motoare pas cu pas, actuatoare pneumatice sau hidraulice) cat si metode si dispozitive care, prin noutate, se pot numi neconventionale (actuatoare electrostatice, actuatoare cu polimeri electroactivi, actuatoare bazate pe lichide electro sau magnetorheologice, actuatoare bazate pe materiale inteligente). Daca prin actuator se intelege acel dispozitiv care accepta la intrare o marime de control (cel mai adesea un semnal electric) si produce o schimbare in sistemul fizic, generand o forta, o miscare, caldura, un flux, etc., atunci dispozitivele clasice de actionare formeaza o submultime a actuatoarelor.

Schema bloc

Automate programabileDefinitie. Un automat programabil a fost definit de Capiel (n 1982) ca fiind: "un sistem electronic opernd digital, proiectat pentru utilizarea n mediul industrial, care utilizeaza o memorie programabila pentru memorarea interna de instructiuni pentru implementarea unor functii specifice precum functii logice, secventiale, temporizari, contorizari si functii aritmetice, pentru a controla, prin intermediul modulelor de intrare/iesire digitale sau analogice, diverse tipuri de masini si procese".

PAC functiiProcesare microprocesor pe 8, 16 sau 32 bitiAchizitie de date module AI, DIControl AO, DOStocare date memorie interna, flash externaComunicatie Serial, Ethernet, Wi-FiInterfata local HMIAchizitia marimilor analogiceNivelFormaFrecventa

Lantul de masuraSemnalAmplificator externPerturbatii externeAmplificator de instrumentatieADC convertor analog digital

Parametrii achizitieiRaportul semnal/zgomot (cat mai mare mai bine)LiniarizareExcitarea traductoruluiIzolareaFiltrareaRata de esantionareADC convertorul analog digitalRezolutia 8, 12, 14, 16, 18, 24 bitiDomeniul de intrareAmplificareaEroarea de cuantizareReprezentarea in binarUn numar decimal este reprezentat in forma binara , un sir de numere 0 sau 1Reprezentarea in binar se poate face pe un numar oarecare de biti n (8, 12, 14, ..), rezultant o valoare maxim posibil de reprezentat:Rezolutia

Reprezentare pe 3 bitiActuatoareactuatoare electrice - acestea sunt: diode, tiristoare, tranzistoare biplolare, triace, MOSFET-uri de putere- caracteristici: realizate in tehnologii specifice electronicii, raspuns bun la frecventa inalta, consum mic de putereactuatoare electromecanice motoare de curent continuumotoare de curent alternativmotoare pas cu pas

Actuatoareactuatoare electromagnetice - dispozitive tip solenoid: forte mari, fiabilitate mica, relee, electromagneti: control on/offactuatoare hidraulice si pneumatice - cilindri: pentru miscare liniara , motoare hidraulice, motoare pneumatice- valveactuatoare cu materiale inteligente - piezoelectrice si electrostrictive: miscari de amplitudine mica dar cu frecventa mare, tensiune mare si curent mic de excitatie, rezolutie mare- magnetostrictive: miscari cu amplitudini mici dar la frecvente mari, tensiune mica si curent mare de excitatie- cu materiale cu memorie: tensiune mica si curent mare de excitatie, frecventa mica si amplitudine mare a miscariimicro si nanoactuatoare- micromotoare: utilizate in sisteme micromecanicemicrovalve: utilizeaza tehnologia de procesare cu siliciu (ca motorul electrostatic) micropompe: utilizeaza orice tip de material inteligent SenzoriTermeni specifici relativ la senzori si la sistemele care includ senzori: - eroarea (error) este diferenta dintre valoarea masurata, furnizata de senzor si valoarea reala, cunoscuta pe alta cale. Erorile sunt grupate in doua categorii: serori sistematice si erori aleatoare- acuratetea (accuracy) este invers proportionala cu eroarea. Un senzor de mare acuratete va produce erori mici.- Repetabilitatea (repeatability) este abilitatea senzorului de a furniza aceeasi acuratete pentru un numar mare de masurari repetate, sau altfel spus, de a furniza aceeasi iesire pentru o aceeasi intrare- Rezolutia (resolution) cea mai mica variatie a marimii de intrare care poate fi sesizata de senzor- Domeniul (range) reprezinta plaja de valori intre care poate lucra senzorul si care este precizata prin valoarea minima si valoarea mazima- Sensibilitatea (sensitivity) este definita ca schimbarea marimii de iesire determinate de schimbarea cu o unitate a marimii de intrare. Pentru un senzor numeric aceasta caracteristica este similara cu rezolutia.- Eroarea de histerezis este eroarea datorata faptului ca marimea masurata furnizata de senzor este diferita pentru cazul in care marimea reala de intrare creste fata de cazul in care marimea reala de intrare scade.- Liniaritatea (liniarity) este proprietatea senzorului de a furniza o marime de iesire care depinde liniar de marimea de intrare

Utilizarea informatiei senzorialeInformatia furnizata de senzori poate fi utilizata in moduri diferite in functie de tipul sistemului in care senzorii sunt inclusi:- monitorizarea proceselor- controlul proceselor - analiza datelor experimentale ScalareaIesirea traductorului se face in semnal unificat (tensiune sau curent)Legea de scalare este liniara y=ax+b

Exemplu: un senzor de temperatura are domeniul de masura -50 +500C, iar semnalul de iesire este 0-1V.TermocuplaK - 41V/C, cea mai folosita , 200C pana la +1350CE - 68V/C (folosita des in masurarea temperaturilor criogenice) 50 to 740 CJ - 55V/CN - 39V/C la 900 CPlatina B, R, S (pt temp foarte inalte)Intrari/iesiri digitale DO/DIComanda digitala cu releuTipuri electromecanice, relee reed, statice si FET

SPST

SPDT

DPDT

Capacitatea de rupere (functie de tensiune)Durata de viata Timpul de comutarePuterea ceruta Motorul de curent continuu prezinta o deosebita importanta in actionarile de reglaj de viteza avand o tot mai larga dezvoltare atat ca fabricatie cat si ca utilizare. Aceste motoare sunt din ce in ce mai utilizate in tractiunea electrica, actionarea masinilor unelte in metalurgie, instalatii de transport si ridicat, etc.

Motorul de curent continuu este alcatuit din 2 elemente constructive principale: STATOR

ROTOR

Principiul de functionare In stator se afla infasurarea de excitatie care va produce un camp magnetic constant produs de niste electromagneti alimentati in curent continuu sau de niste magneti permanenti.

Dupa modul de conectare a circuitului de excitatie cu indusul, motoarele de curent continuu se impart in:Motoare cu excitatie separata

Motoare cu excitatie derivatie

Motoare cu excitatie serie

Motoare cu excitatie mixta

Motorul de curent continuu este utilizat in special pentru aplicatiile unde viteza trebuie varieze sau turatia sa fie controlata cu o foarte mare precizie. Turatia motorului de curent continuu se poate modifica prin: inserierea cu rortorul a unui reostat de reglaj R, obtinand turatii mai mici decat cea nominala (ex. pentru excitatie separata fig.1) scaderea fluxului inductor obtinand turatii mai mari decat cea nomainala(ex. pentru excitatie separata fig.2) scaderea tensiunii de alimentare rotorice, obtinand turatii mai mici decat cea nomainala(ex. pentru excitatie separata fig.2)

Modificarea turatiei prin PWM

Schema bloc de reglare

Comunicatii seriale si protocoale de comunicatie serialaRS232RS485, RS422CANProfibusRS232

Bit startBit 0Bit 1Bit 2Bit 3

Bit 4

Bit 5

Bit 6

Bit 7

Bit paritateBit stopTransmitted Data (TD):Unul dintre cele dou semnale de date. Acest semnal este generat de DTE i recepionat de DCE.Received Data (RD):Cel de-al doilea semnal de date. Acest semnal este generat de DCE i recepionat de DTE.Request To Send (RTS):Cnd sistemul gazd (DTE) este pregtit s trimit date sistemului periferic (DCE), RTS este ON. n sistemele simplex i duplex, aceast condiie menine DCE-ul n mod de recepie. n sistemele half-duplex, aceast condiie menine DCE-ul n mod de recepie i dezactiveaz posibilitatea de a transmite. Pentru ca DCE-ul s fie pe mod transmisie, RTS trebuie s fie OFF.Clear To Send (CTS):CTS este folosit mpreun cu RTS pentru a realiza handshaking-ul ntre cele dou echipamente. Dup ce DCE-ul primete semnalul RTS, trimite CTS cnd este gata de a ncepe comunicarea.Data Set Ready (DSR):Acest semnal este pus de DCE pe poziia ON pentru a indica c este conectat la linia de comunicaie.Data Carrier Detect (DCD):Acest semnal este ON cand DCE-ul primete semnale corespunztoare, compatibile cu criteriile sale. DCD rmne ON att timp ct purttorul de semnal poate fi detectat.Data Terminal Ready (DTR):DTR indic disponibilitatea echipamentului DTE. Semnalul este pus ON de ctre DTE cnd este pregtit de a transmite sau recepiona. DTR trebuie s fie ON nainte ca echipamentul DCE s activeze DSR.Ring Indicator (RI):Este folosit in cazul comunicaiei cu un modem. RI indic prezena unui apel pe linia telefonic de comunicaie.

RS485Comunicatie seriala pe 2, 3 sau 4 fireDistante lungi

RS232ModBus/RS485Notiuni de sisteme automateFunctie de transferHIntrare xIesire yElement de ordinul 1Element de ordinul 2