АВТОМАТИЧЕСКАЯ СМЕНА ИНСТРУМЕНТА

Подготовленные и измерительные инструментальные блоки после изме­рительной машины и записи на них необходимой информации комплектуют­ся в устройства автоматической смены инструмента (АСИ) В практике встре­чаются различные устройства АСИ станков с ЧПУ. В частности, в настоящее время имеются станки с системами автоматической замены не только отдель­ных инструментов, но и сложных многошпиндельных инструментальных го­ловок. Магазин таких головок размещают обычно рядом со станком в допол­нение к магазину с одиночным инструментом. В ряде случаев замена инстру­ментальных головок на станке осуществляется отдельным специальным уст­ройством замены связанным с АСИ станка с одиночными инструментами.

Для АСИ в шпинделях металлорежущих станков обязательно автоматичес­кие устройства закрепления инструмента. Один из вариантов такого устрой­ства:при закрепленном положении оправки тяги (шом­пол) находится в крайнем правом положении под действием тарельчатых пружин , которые размещены в расточке шпинделя и упирается в гайку связанную с тягой . Оправка удерживается за хвостовик специальными рычагами, которые находятся под действием пружин и связаны плечом с тягой . Надежный захват рычагами хвостовика обеспечивается тем, что при движении тяги вправо верхние выступы рычагов воздействуют с конусной расточкой переходной ступени отверстия в шпинделе.

Для раскрепления оправки служит гидроцилиндр одностороннего дейст­вия. При подаче масла под давлением в правую полость гидроцилиндра его поршень смещается и через подшипник воздействует на торец тяги , сжи­мая комплект тарельчатых пружин Рычаги , попадая в расточку отверстия шпинделя, освобождают хвостовик, а тяга своим торцом при дальнейшем ходе упирается в хвостовик оправки и выталкивает оправку с инструмен­том из шпинделя примерно на 5 - 6 мм. Автооператор системы АСИ легко вы­нимает правку из шпинделя и заменяет ее следующей по программе. Для за­крепления следующей оправки следует сигнал на снятие давления в полости гидроцилиндра и происходит втягивание оправки в шпиндель. Для надежного удерживания хвостовика на оправки рычагами в конце хода тяги под дейст­вием пружин рычаги попадают в суженую часть отверстия шпинделя и тем самым удерживаются в сжатом состоянии Чтобы исключить опасность включе­ния вращения шпинделя при незакрепленной оправке, в системе установлен микропереключатель , на который воздействует удлиненный конец штока , связанный с поршнями гидроцилиндра .

Устройства АСИ конструктивно исполняются в различных вариантах, ко­торые можно подразделить на две основные группы 1) устройства АСИ без ав­тооператора, 2) устройства АСИ с автооператором.

Устройство АСИ без автооператора часто представляет собой сочетание револьверной головки и дополнительных узлов, обеспечивающих разжим, по­ворот и закрепление револьверной головки, а также вращение шпинделя ре­вольверной головки, когда он находится в рабочей позиции.

В револьверных головках токарных станков с горизонтальной осью инст­румент может быть размещен как параллельно осям с осью головки, так и в ра­диальном направлении. Конструктивно револьверные головки выполняют с пазами или базовыми отверстиями в поворотном корпусе.

В шпиндельных револьверных головках расположены шпиндельные узлы под режущий инструмент.

Станки с револьверными головками указанных конструкций имеют пони­женную жестокость и, как следствие более низкую точность. Ограничена и ем­кость накопителя, которая обычно не превышает 8-12 единиц.

Устройства АСИ с автооператорами представляют собой сочетание инст­рументальных магазинов, автооператоров и других устройств. Под автооператором будем понимать часть устройства АСИ, которая обеспечивает автомати­ческий обмен инструментов между накопителями и шпинделем станка.

Устройство АСИ для станка с барабанным магазином может быть выполне­но с поворотным автооператором с двумя захватами . Магазин у такого станка может быть размещен на стойке станка. Возможны две конст­руктивные схемы работы автооператора.

Согласно первой схеме , при смене инструмента верхний за­хват автооператора совершает ход снизу вверх, захватывает оправку инстру­мента, находящегося в гнезде магазина. В это время нижний захват автоопера­тора выполняет ход сверху вниз и захватывает оправку инструмента, находя­щегося в шпинделе . После этого осуществляется раскрепление инструмента в шпинделе. Затем автооператор ходом вдоль оси шпинделя вытаскивает отра­ботавший инструмент из шпинделя, а требуемый из гнезда магазина. Далее происходит поворот автооператора и замена инструмента. При замене инст­румента по рассмотренной схеме шпиндельная бабка станка должна нахо­дится в так называемой позиции замены, обеспечивающей захват автоопера­тором, двух инструментов — из магазина и из шпинделя. Однако рассмотрен­ная схема позволяет и раздельное действие автооператора, так как каретка оператора. может перемещаться в вертикальном направлении по направляю­щим стойки станка. Согласно другой схеме , автооператор не име­ет вертикального перемещения. При смене инструментов он, поворачиваясь вокруг своей оси, одновременно захватывает инструменты из магазина и шпинделя. Шпиндельная бабка при этом обязательно должна быть установле­на в позицию замены. Затем автооператор ходом вдоль оси одновременно вы­таскивает инструменты (из магазина и шпинделя), поворотом на 180° меняет их местами и устанавливает (обратным ходом вдоль оси) в магазин и шпин­дель. Цикл смены заканчивается поворотом автооператора в горизонтальное, - нейтральное положение, в котором он не мешает повороту магазина и вер­тикальному перемещению шпиндельной бабки.

Вторая схема отличается более простым циклом работы автооператора и более простой конструкцией его механизмов. Однако в ней есть существен­ный недостаток: при повороте автооператор может задевать инструменты, расположенные в соседних гнездах магазина. Поэтому расстояние 1 между гнездами, а следовательно, максимальное число инструментов в магазине оди­накового диаметра D будет меньше, чем по первой схеме с автооператором.

У автооператора для станка с цепным магазином за­хваты могут выдвигаться из корпуса каретки, а вся каретка - перемещаться вверх или вниз по направляющим стойки станка и в направлении, параллель­ном оси магазина и шпинделя В нижнем положении каретки ле­вый захват автооператора, выдвигаясь, захватывает инструмент из магазина.

Автоматическая тележка

Применение напольных самоходных тележек (робокаров, трансмани­пуляторов) , оснащенных механизмами перегрузки объектов транспорти­рования и взаимодействующих с автоматизированными складами и буферными накопителями, становится перспективным направлением развития транспортного оборудования ГПС. Функции механизмов пере­грузки объектов могут выполнять установленные на тележках роботы. Такие робокары оснащают бортовыми микроЭВМ, позволяющими зада­вать циклы и сотни адресов автоматического обслуживания во время одного сеанса программирования с диспетчерского пульта. Трасса перемещения робокаров остается свободной для движения других транс­портных средств.

В АТНС ГАП широко применяются напольные безрельсовые автоматические тележки, которые могут быть грузонесущими и тянущими. К последним относятся тягачи и букси­ры с прицепами. Безрель­совые грузонесущие авто­матические тележки имеют широкие возможности за счет простоты создания но­вых транспортных путей и оснащения их устройствами автоматизации погрузочно-разгрузочных операций, ука­занных в классификации.

Транспортные роботы мож­но оборудовать подъемны­ми. подъемно-поворотными столами и выдвижными штангами для подъема и фиксации на нужной высоте поддонов с грузами или кассет с заготовками.

1.На рис. 2.31 изображена автоматическая тележка, в корпусе которой смонтированы электроприводы движения и поворота, пи­тающиеся от аккумулятора; механизм подъема грузовой платформы через выдвижные штыри; устройство управления движением и подъемом на основе микроЭВМ; устройство маршрутослежения оптоэлектронного типа и датчики контроля за состоянием ряда узлов. Для обеспечения безопасности эксплуатации применена меха­ническая система отключения привода от дуги безопасности, сраба­тывающая в случае прикосновения к препятствию. Для повышения маневренности предусмотрено ромбовидное размещение колес шасси. Отсчет пройденного пути производится с помощью датчика, рабо­тающего от дополнительного пятого колеса тележки. Информацию о маршруте движения тележка получает на станциях останова, размещенных у склада и технологического оборудования, посред­ством оптоэлектронной системы обмена информацией без электри­ческого контакта.

2.На следующей тележке маршрутослежение осуществляется по светоотражающей полосе, проведенной вдоль трассы движения. Тележка в автоматическом режиме подходит к станции подзаряда аккумуля­торов после окончания работы. Робот имеет захватное устройство спутников с деталями для установки их на приемные столы. Управление тележками производится от бортовой МикроЭВМ. Оптоэлектронная система маршрутослежения может состоять из световых маяков, расположенных в требуе­мой последовательности на потолке производственного по­мещения, и датчиков на приборах с зарядовой связью, уста­новленных на роботе. Тележка во время движения ориентируется на световые маяки или на специальные метки на технологическом оборудова­нии, предназначенные для точ­ного позиционирования тележ­ки относительно него. Модуль­ность конструкции тележки и робота позволяет компоновать различными способами.

Безрельсовый автоматический транспорт может использоваться в технологических поточных линиях сборки, когда заготовка на тележке по ходу движения оснащается узлами и деталями вплоть до выхода готового изделия.

В производстве миниатюрных и легких изделии радиопромыш­ленности несколько автоматических тележек с автоматическим адре­сованием могут обслуживать подвесную транспортную систему .При этом пространственная компоновка трассы включает в себя горизонтальные и вертикальные участки, а также площадки стре­лочных переходов. В пределах каждого этапа трасса образует замкнутую кольцевую линию, движение по которой осуществляется в одном направлении. На каждом этаже межэтажных участков трассы имеются поворотные устройства для замыкания внутриэтажного контура трассы и подвода тележек на вертикальные треки в зависимости от адреса

3.Для маршрутослежения иногда используется индукционная система. В ней информация о направлении движе­ния, поворотах и остановах передается от управляющей ЭВМ по индукционному кабелю, вдоль которого движется транспортное средство

Для межоперационного транспортирования изделии можно применять монорельсовые транспортные роботы Они состоят, как правило, из электротележки, перемещающейся по монорельсу, и установленного на ней ПР. Такие транспортные роботы отличаются от монорельсовых подвесных дорог с тележками автоматического адресования тем, что имеют устройство для манипулирования из­делиями и тарой. Это позволяет выполнять различные элементы технологических операций, такие, как ориентация, укладка, перенос и перестановка изделий и тары по программируемой траектории, загрузка и разгрузка подвесок грузонесущих конвейеров, а также загрузка технологического оборудования.

.

Трассу следования робокаров выбирают в соответствии с технологи­ческими маршрутами Одни робокары могут обслуживать оборудование только в пределах заранее проложенной трассы, а другие MoiyT съезжать с трассы, чтобы осуществить стыковку с погрузочно-разгрузочной стан цией, выполнить команду оператора или объехать препятствие

Одна из важнейших задач при создании автоматических транспорт­ных систем на базе робокаров—разработка системы слежения, обеспечивающей движение по заданной трассе

Наиболее простой системой слежения за направлением движения является электромеханическая, в котором используется направляющая шина или паз в дорожном покрытии Направляющий ролик, закреплен ный на датчике-кронштейне тележки, перемещается по шине или пазу При отклонении тележки от трассы движения датчик через механиче ские передачи воздействует либо непосредственно на управляемые колеса, либо через сервопривод

Широко распространенные индуктивные системы слежения выполняют с движением по пассивной и активной трассе В первом варианте тележка перемещается вдоль полосы, проложенной по трассе на по­верхности дорожного покрытия При симметричном расположении отно­сительно полосы тележки и датчиков, установленных под передней частью тележки, индуктивность катушек одинакова и сигнал рассогласо вания отсутствует При отклонении положения тележки относительно трассы датчики выдают сигнал рассогласования, который через следящий привод управляет колесами Датчики слежения получают питание от высокочастотного генератора, установленного на тележке

Во втором варианте индуктивная система отслеживает переменное магнитное поле направляющего проводника электрического тока Этот проводник (кабель) проложен ниже уровня дорожного покрытия В про граммировании используют как позиционные, так и счетно импульсные методы Разработаны системы, в которых информация о направлении движения, поворотах и остановах передается от системы управления по кабелю, вдоль которого движется тележка

Оптоэлектронные (оптические) системы отслеживают нанесенную на дорожное покрытие светоотражающую полосу, которая контрастно вы­деляется на фоне основного покрытия В качестве осветительного устрой ства для слежения за полосой применяют стробоскоп, расположенный в нижней части тележки, что позволяет с помощью телевизионной камеры получить стабильное изображение полосы при движении На робокаре расположен также гироскопический компас для регистрации направления движения, когда тележка временно сходит с заданной трассы Например, если два робокара встречаются на одной трассе, то один должен сойти с нее и пропустить второй, а затем снова вернуться на заданную траекторию движения

Блок управления робокара определяет его положение по изобра жению полосы и кодовым меткам различных типов, расположенным вдоль трассы движения В тех зонах, где нет полосы, этот блок обраба тывает информацию о направлении движения от гирокомпаса Вспышки стробоскопа синхронизированы с циклом управления микроЭВМ

А н а л и з о т д е л ь н ы х м е х а н и ч е с к и х ч а с т е й А Т.

Платформа. Наиболее часто применяются плоские платформы для перевозки грузов в таре. Сама же платформа, как указывалось выше, может быть снабжена конвейером, поворотным или подъемным столом, либо несколькими выдвижными штырями, на некоторых производствах платформа выполняется с подъемом одной стороны для скатывания грузов. Количество мест зависит от размеров тары, но наиболее часто встречается вариант с двумя загрузочными позициями.

Для загрузки/выгрузки грузов на платформе монтируют промышленные роботы. В зависимости от выполняемых тележкой функций, применяют роботы различных типов. В стандартной поставке на них предусмотрены все необходимые датчики. Грузоподъемность, длина вылета стрелы, число степеней свободы зависят от размеров тележки и характера перевозимых грузов. Для данной операции могут применяться и различные конвейеры.

Ходовая часть. От ходовой части зависит маневренность, скорость передвижения, точность позиционирования тележки.

Тип размещения колес. Анализ существующих типов позволяет выделить следующие виды размещения колес:

- три колеса по типу “одно плюс два”;

- три колеса по типу “два плюс одно”;

- четыре колеса по типу прямоугольника;

- четыре колеса по типу ромба;

- восемь колес;

- гусеничный тип колес.

Для каждого из вариантов предусматривается свой принцип управления, возможность выбора приводных колес.

Наименьшую маневренность имеет гусеничный тип колес, однако, такой тип колес значительно повышает грузоподъемность тележки. Несколько меньшую грузоподъемность и большую маневренность может обеспечить тележка, у которой восемь колес. Варианты трех- и четырехколесных тележек мало чем отличаются друг от друга, но они более маневренны, чем предыдущие. Грузоподъемность зависит от варианта и типа тележек, так, из четырех первых типов наибольшей грузоподъемностью будет обладать тележка с последним типом расположения колес.

Питающее устройство. По данным литературных источников в 90 % существующих систем для управления движением используют электромагнитные кабели. Помимо управления движением, кабель может использоваться в качестве физической среды для передачи информационных сигналов между бортовой системой управления и глобальной системой управления. Кроме электромагнитных кабелей используются также оптические системы с отражающей лентой; магнитные полосы; системы автономной навигации; системы маяков и другие. Выбор питающего устройства ограничен тем, что разрабатываемая транспортная система не должна быть жестко связана. Учитывая, что в последнее время возрастает влияние таких факторов, как экологичность, безопасность, стоимость, было установлено, что наилучшим вариантом является аккумуляторные батареи, так как они экологически чистые, менее опасные, чем на топливе, хотя и стоят они дороже, но срок службы, удлиняющийся за счет своевременной подзарядки, значительно больше.

В тележке может использоватся плоская платформа с роликовыми конвейерами, которые могут перемещаться в обоих направлениях. Для предотвращения падения груза с движущейся тележки, предусмотрены бортики по всему периметру. Причем борта, расположенные перпендикулярно направлению движения конвейера, опускаются при загрузочно-разгрузочных работах.

Для операции загрузки/выгрузки. применяется роликовый конвейер. Роликовый конвейер по сравнению с промышленным роботом имеет ряд преимуществ:

- он не требует разработки специальных захватов для снятия тар различной формы и размера;

- прост в управлении;

- не имеет выдвигающихся элементов, которые могли бы нанести повреждения человеку;

- вес самого конвейера распределен по платформе равномерно.

На платформе размещены два роликовых конвейера, что делает возможным загрузку/выгрузку и перевозку четырех тар, размеры которых не превышают 500*600мм. Если тара шире, но не более чем в два раза, то можно количество позиций сокращается до двух. Так как размеры тележки, а следовательно и конвейера, невелики роликовый конвейер разрабатывается, а не берется готовый,.

Для обеспечения необходимой (небольшой) скорости вращения конвейера, его реверсирования, использования только одного двигателя разрабатывается и привод.

Ходовая часть. Выбор типа размещения колес. Поскольку опора на трех точках является самой устойчивой, выбирается вариант размещения колес по типу “два плюс одно”. Такая конструкция обладает большой маневренностью и простотой в управлении. В качестве шин для всех трех колес применяется так называемые массивные шины (целиком состоящие из резины).

Выбор приводных колес. В качестве приводных колес выбираются два передних колеса.

Разработка принципа управления приводными колесами. Сложность управления колесами заключается в том, что при повороте тележки колесо, перемещающееся по внутреннему радиусу должно пройти путь короче, чем второе колесо, идущее по внешнему радиусу. Эту проблему можно решить применением для каждого колеса отдельного двигателя. Применение этого принципа позволяет упростить систему управления, а любое движение тележки с двумя колесами с дифференциальным приводом может быть получено с помощью трех различных типов движения: “прямо”, “поворот” и “вращение”.

Так как существует ряд ограничений, таких как малое пространство, использование внутреннего зацепления для передачи вращения на колесо, небольшие скорости и особая конструкция колеса, возникает необходимость разработки привода ведущих колес.

Выбор питающего устройства. Так как выбор ограничен тем, что разрабатываемая транспортная система не должна быть жестко связана и учитывая, что в последнее время возрастает влияние таких факторов, как экологичность, безопасность, стоимость, то наилучший вариант питающего устройства - аккумуляторные батареи, так как они экологически чистые, менее опасные, чем на топливе, хотя и стоят они дороже, но срок службы, удлиняющийся за счет своевременной подзарядки, значительно больше.

В качестве аккумуляторов может выбираться тяговые никель-железные аккумуляторы. В отличие от свинцовых (кислотных), которые имеют значительную массу и используются в стационарных установках и серебряно-цинковых, которые обладают небольшим сроком службы, никель-железные аккумуляторы достаточно дешевы, малогабаритны и обладают большим ресурсом - несколько тысяч зарядно-разрядных функций /18/.Батарею можно заряжать, не снимая с тележки, на зарядном устройстве типа УЗА1-80-42У2.

Так как от питающего устройства идет постоянный ток и учитывая, что преобразование постоянного тока в переменный требует дополнительных затрат, в данной транспортной системе применяются двигатели постоянного тока.

При р а з р а б о т к е с и с т е м ы у п р а в л е н и я д л я а в т о м а т и ч е с к о й т е л е ж к и решающим фактором в выборе платформы для реализации системы управления является необходимость комплексной автоматизации всего производства. Это выдвигает ряд требований:

- организация связи между отдельными, в том числе удаленными друг от друга, элементами системы управления гибкого автоматизированного производства;

- применение в качестве операционной системы операционную систему реального времени;

- организация распределенной, многопроцессорной и многопользовательской системы.

Всем этим требованиям в полной мере удовлетворяет такая система как QNX. В нее входит программное обеспечение для автоматизации технологических процессов в промышленности и других областях деятельности, где требуется одновременно мультизадачность, надежность и способность работать в реальном масштабе времени (часто при наличии ограниченных аппаратных ресурсов). Существует устоявшийся термин - 'Операционные системы реального времени', которым обычно определяют ОС, отвечающие указанным требованиям. ОС QNX является ярким представителем и одним из лидеров этого класса.

Прежде всего, проясним смысл выражения 'реальный масштаб времени'. Очевидно, что программа управления должна успевать обрабатывать поступающую от тележки информацию быстрее чем она может изменяться, иначе данные будут теряться. Банальное для решение с буферизацией применяемое в обычных системах принципиально неприемлемо (даже при наличии памяти неограниченного объема) поскольку информация поступающая от системы определения координат привязана ко времени и устаревает уже через один цикл чтения. Задачи подобного типа имеют специфическое наименование - критические приложения (mission-critical applications). Их общая черта - неприемлемо высокая цена сбоя или отказа оборудования.

Принципиальная особенность систем, работающих в реальном масштабе времени - они должны обрабатывать поступающие данные быстрее, чем те могут поступать, причем от нескольких источников одновременно. Технически это означает, что программа (операционная система) претендующая на работу в таком режиме должна обеспечивать не просто малое время реакции, а гарантированное время реакции. Разумеется, что это время должно быть достаточно малым, для того чтобы система была применима в реальных системах.

Очевидно, что первым обязательным требованием к архитектуре ОС является многозадачность в истинном смысле этого слова. Варианты с псевдо-многозадачностью типа MS-Windows или Novell NetWare неприемлемы поскольку они допускают возможность блокировки или даже полного развала системы одним неправильно работающим процессом. Для предотвращения блокировок ОС должна использовать квантование времени (то есть принудительную а не добровольную многозадачность), что является достаточно легкой задачей. Вторая проблема (надежность) может быть эффективно решена при полном использовании возможностей процессоров Intel 80386 и старше, что предполагает работу ОС в 32-х разрядном режиме процессора. И, наконец, ОС должна быть способна работать на ограниченных аппаратных ресурсах, поскольку одна из ее основных областей применения это встроенные системы.

Сеть компьютеров с QNX фактически можно представлять как один виртуальный суперкомпьютер. Все ресурсы любого из узлов сети автоматически доступны другим. Это значит, что любая программа может быть запущена на любом узле, при этом ее входные и выходные потоки могут быть направлены на любое устройство на любых других узлах.

Специальный драйвер, входящий в комплект поставки, позволяет использовать для сетевого взаимодействия любое устройство с которым может быть ассоциирован файловый дескриптор, например последовательный порт, что открывает возможности для создания глобальных сетей.

Эффективность и требуемые ресурсы. Эти качества представляет собой один из главных козырей QNX. Высокая эффективность обеспечивается в ней с одной стороны удачными архитектурными решениями, а с другой - эффективным использованием аппаратуры, что достигается с помощью специально разработанных драйверов. Требуемые ресурсы при этом ограничиваются 8Mb оперативной памяти и 30-40 Мb дисковой памяти (для среды разработки с графической подсистемой QNX Windows). Минимальная исполняющая система загружаемая с сетевого сервера требует лишь 512Kb ОП. Вполне можно вести работу на обычной 386DX/33 c 4Mb памяти.

Одним из достоинств QNX является возможность организации связи со многими операционными системами, например, MS-DOS, MS-Windows и другими, что позволяет использовать преимущества всех операционных систем. Так, например, часто организуется работа управляющей программы, поддержка базы данных в которой осуществляется в QNX, а обработка данных с целью получения всевозможных диаграмм и графиков - в среде Windows /19/.

Управление тележки может осуществляться от локальной системы управления, но некоторые задания должны поступать от ЭВМ верхнего уровня. Так как тележка физически не связана с вышестоящей системой управления, необходимо организовать беспроводную и “прозрачную” связь системы управления тележки с системой управления ГАП. Последнее подразумевает под собой доступность ресурсов тележки как сетевых ресурсов. Для решения этой задачи применяется радиомосты и радиокарты Ethernet. Радиомосты и радиокарты Ethernet представляют собой интеграцию радиомодема и радиокарты Ethernet. Эти устройства имеют скорость в радиоканале 2-4 Мбит/с и предназначены для организации беспроводных локальных сетей в больших производственных помещениях. Радиомосты и радиокарты выпускаются для диапазонов 902-928 Мгц и 2,4 Мгц. Наибольшей популярностью пользуются мост ARLAN640 и карта ARLAN655 фирмы Aeronet Wireless Communication /20/.

Следует отметить, что для обеспечения нормального функционирования системы достаточно установки одного радиомоста для всего ГАП и по одной радиокарте на каждую тележку.

Для расчета траектории, контроля за направлением движения и учета особых факторов, таких как проворот колес, отказ одного из двигателей, наезд на препятствие, необходимо знать точные координаты тележки. Для этого используется ультразвуковой локализатор. В его задачу входит выполнение вычислений для определения абсолютного положения подвижной установки и определения угла поворота головки в своем рабочем пространстве. Локализатор имеет в своем составе шесть пульсирующих ультразвуковых МОКов, расположенных в фиксированных положениях рабочей зоны, восемь приемных устройств на борту тележки и контролер передатчика. Ультразвуковые маяки делятся на угловые сигнальные маяки (по два маяка в пучке) и боковые сигнальные маяки (по четыре маяка в пучке). Приемные антенны подняты на высоту 2 м и повернуты друг относительно друга на 45°. Время прихода принимаемых импульсов является основной информацией в триангуляционном методе для вычисления угла поворота головки. Система является избыточной в том смысле, что доступными оказываются больше измерений, чем минимально необходимо для триангуляции. Однако следует отметить, что ультразвуковые импульсы отражаются от стен и других поверхностей и воспринимаются с опозданием в виде эха приемными устройствами. Избыточность оказывается полезной при борьбе с этими эффектами.

Работу системы локализации можно улучшить за счет использования итеративного расширенного фильтра Кальмана для обновления вычисляемых значений положения и угла поворота. Это означает, что текущее значение при каждом вычислении строится из комбинации предыдущего вычисления и новой информации, полученной при текущем измерении. Вычисления основываются на предполагаемой модели основных физических процессов, включая расчет влияния шума и механизм накопления ошибки, которые влияют на проводимые измерения. При каждом получаемом импульсе (а это примерно каждые 150 мс) заново пересчитываются рассогласования, а также значение положения и угол поворота головки.

Так как вычисление положения основывается на триангуляции расстояния, а измеряемыми величинами являются времена прихода импульсов, то скорость звука является важной составляющей в вычислениях. Так как влияние температуры и влажности на скорость звука может составлять несколько процентов, то это значение рассматривается как неизвестный параметр, который вычисляется с помощью фильтра Кальмана в оперативном режиме /21/.

Для гибкого управления тележкой, с возможностью эффективного согласования между собой системы управления и радиокарты, а также системы управления и ультразвукового локализатора, в целях обеспечения комплексной автоматизации можно применять в качестве основного управляющего модуля промышленный микрокомпьютер PCA-6147 фирмы Advantech. Это специально разработанный для промышленных предприятий микрокомпьютер, нормально функционирующий в специфических условиях производства, таких как запыленность, вибрация, скачки напряжения и прошедший соответствующую сертификацию.

PCA-6147 - индустриальный вариант 80486/DX4-100MHz “все в одном” микропроцессорной карты. Он обеспечивает быструю работу и исполнен в компактном варианте. Для регулирования таймера времени существует возможность конфигурации для разных микропроцессоров простым изменением положения переключателей. Помимо этого, PCA-6147 обладает:

- таймером реального времени;

- контроллером устройств ввода-вывода;

- последовательными/параллельными портами;

- стандартным 16-битным разъемом для дополнительных карт;

- возможностью кеширования информации по принципу “все в одном”.

Питание микрокомпьютера может осуществляться от напряжения +5В, +12В и - 12 В.

Именно промышленный вариант микрокомпьютера позволяет использовать его длительное время в неблагоприятной среде (запыленность, загазованность, повышенная влажность, вибрации, скачки напряжения) с температурой воздуха до +60°С.

С целью сопряжения исполнительных устройств и датчиков с промышленным компьютером применяются специальные карты:

- оптоизолированная двухканальная D/A выходная карта PCL-728;

- карта с оптоизолированными входными и выходными переключателями PCL-725.

PCL-728 обеспечивает 2 дважды буферезированных 12-битных “код-аналог” выхода. Оптронные развязки обеспечивают изоляцию до 500В, что обеспечивает надежную защиту карты и микрокомпьютера от опасных напряжений. Одним из преимуществ данной карты является возможность программной настройки выходных сигналов на разные диапазоны. PCL-728 обеспечивает подключение и регулирование частоты вращения двигателей привода главного движения.

Карта PCL-725 имеет восемь выходных переключателей и восемь цифровых входов. Уровнем единицы является сигнал от +5 до +24В.

Восемь выходных переключателей идеально подходят для управления двигателями в режиме включен/выключен. Восемь цифровых входов позволяют без проблем вводить вводить сигнал в промышленной среде. Имеется возможность индивидуальной настройки каждого выходного канала /22/.

В разрабатываемом транспортном модуле две карты PCL-725 используются для подключения трех концевых переключателей возможностью расширения их количества до шестнадцати, двух шаговых двигателей привода бортов тележки , двигателя роликового конвейера и двух электомагнитных муфт. При этом необходимость реверса привела к тому, что для управления двигателями используется четыре выходных канала. Концевые переключатели необходимы, если тележка встретит препятствие.

Карты подключаются к микрокомпьютеру при помощи слотов. Внешние устройства подключаются к картам с помощью разъемов. Схема соединения приведена в прил. 4.

При загрузке операционной системы QNX происходит инициализация устройств. В результате этой операции каждое из этих устройств становится доступным как обыкновенный файл.

Управляющая программа написана на языке Watcom С++, который имеет мощные средства для работы с устройствами ввода-вывода и сервером базы данных.

Для разработки интерфейса оператора применяется Watcom ACME (Application Creation Made Easy), который является событийно-ориентированным средством разработки.

Интерфейс оператора разработан в виде многопользовательского, многопроцессорного интерфейса, что делает необходимым ограничивать доступ к данным. Каждая функция в таком интерфейсе имеет свое описание и каждый пользователь имеет свое имя, пароль и несколько видов доступа к функциям. Кроме того, для особо важных функций вводится доступ на создание, изменение, удаление, чтение. В разрабатываемой системе защита данных обеспечивается несколькими уровнями:

- при загрузке системы QNX необходимо представиться и назвать свой пароль для работы в QNX;

- при запуске интерфейса оператора необходимо также представиться и назвать пароль;

- при выборе оператором функции, проверяется возможность его доступа к этой функции.

Так как все значимые данные хранятся в базе данных, предъявляются дополнительные требования к защите данных от несанкционированного изменения. сервер базы данных построен по принципу многопользовательской системы. Неограниченными полномочиями обладает администратор базы данных - DBA, который имеет уникальный пароль. Он имеет право на заведение новых пользователей, открытие им доступа к чтению, созданию, удалению, изменению данных Вызов программы управления автоматической тележкой осуществляет управляющая программа ГАП. Работа начинается с подключения в качестве клиента к серверу базы данных. На следующем этапе считываются настройки. При первом запуске это настройки по умолчанию, при последующих - сохраненные настройки. Далее происходит настройка параметров системы управления согласно считанным настройкам.

Следующим действием программы является чтение из таблицы неисполненного задания с наибольшим приоритетом в соответствии с порядком поступления. Использование приоритетов позволяет гибко осуществлять регулирование системы, то есть появляется возможность изменить очередность исполнения задания от различных источников.

По коду полученного задания определяются необходимые действия. Если получено задание на останов системы, то происходит отметка о начале исполнения, останов системы, отметка об успешном выполнении задания “останов”, сохранение настроек и окончание работы программы.

Если получено задание на движение, то после отметки о начале исполнения происходит запуск модуля движения. работа модуля движения начинается с чтения параметров движения и проверки их правильности. Проверка правильности необходима для обеспечения плавности траектории. она заключается в определении расхождения текущего угла поворота тележки с рассчитываемым по заданию.

Если величина расхождения оказалось больше заданной, последняя хранится в настройках, происходит анализ параметров на возможность их локального изменения. При небольших отклонениях текущего угла от должного, меньших угла локальной коррекции, значения которого хранятся в настройках, считается, что нет необходимости в совершении операции “поворот ” на угол расхождения. При расхождениях, больших заданных, Считается, что система управления тележки не может самостоятельно изменить параметры, так как это сильно удалит исходную и реальную траекторию, что может привести к попаданию в запретную зону. Модуль формирует код возврата в виде кода, соответствующего этой ошибке, и прекращает свою работу.

При правильности параметров происходит расчет управляющих напряжений на каждый из двух приводных двигателей. Регулированием управляющего напряжения можно добиться регулирования частоты, а следовательно, имеется возможность получения любого вида движения.

Рассчитанные параметры напряжений корректируются с целью максимального приближения к заданной траектории. Коррекция необходима, так как происходит износ шин и т.д. Скорректированные напряжения проверяются на возможность их подачи на двигатели. Если они не находятся в реально возможном диапазоне (± 24 В), то происходит выход из модуля. При реально возможных напряжениях происходит подача напряжения на двигатели через D/A выходную карту, что приводит тележку в движение.

При перемещении тележки происходит постоянный опрос системы определения координат, концевых датчиков и таймера, что дает возможность судить о соответствии реальных и заданных траектории и скорости движения. Опрос концевых датчиков позволяет судить о наличие препятствия на пути транспортного модуля.

По реальным координатам определяют критерий достижения цели. Если реальные координаты равны координатам цели, то цель успешно достигнута, что приводит к выходу из модуля. Если цель не достигнута, то производится расчет величины отклонения от требуемой траектории.

Если отклонение больше допустимого, содержащегося в настройках, то анализируются возможные причины отклонения. Это может быть изменение диаметров ведущих колес, передаточного отношения привода, неисправность выходной D/A карты, обрыв проводников, по которым управляющее напряжение поступает на клеммы двигателя.

Если имеется возможность приблизить реальную траекторию к заданной путем изменения параметров коррекции напряжения, то вычисляется изменение параметров и происходит коррекция параметров задания для прибытия в точку назначения в необходимое время.

Если причина не может быть устранена изменением настроек, то производится отметка об аварийном выходе (присвоение коду возврата значения) с указанием кода возможной причины аварийного выхода из модуля.

При срабатывании одного из концевых датчиков наличия препятствия считается, что цель не достигнута и значение отклонения от реальной траектории присваивается большее допустимого. Далее производится отметка об аварийном выходе (присвоение коду возврата значения) с указанием кода причины аварийного выхода из модуля. Эти датчики могут использоваться в качестве кнопки “СТОП” для немедленного завершения работы.

Если полученное задание не является заданием на останов или движение, то это задание - на загрузку выгрузку. При этом производится отметка в базе данных о начале исполнения задания “загрузка/выгрузка”, и запрашивается модуль загрузки/выгрузки.

Работа модуля начинается с чтения параметров задания и обнуления счетчика импульсов. Далее начинается циклическая подача определенного количества импульсов на один из двигателей бортов тележки. При управлении роликовым конвейером сигналы подаются на двигатель и две электромагнитные муфты. Подачей напряжения на соответствующую муфту можно включить необходимый конвейер.

После подачи напряжения на муфту, формируется сообщение управляющей программе для включения конвейера накопителя. Ожидать сигнала подтверждения нет необходимости, так как управляющая программа ожидает это и постоянно сканирует буфер сообщений.

Пред подачей напряжения соответствующей полярности на двигатель роликового конвейера, запускается таймер. Циклическое повторение идет до прихода сигнала на отключение, либо до истечения лимитированного времени, содержащегося в настройках. При превышении времени делается отметка об аварийном выходе и работа модуля завершается. При своевременном поступлении сообщения на отключение происходит подъем борта по алгоритму, аналогичному алгоритму опускания, отметка об успешном завершении работы и окончание работы модуля.

При успешном завершении модуля движения или загрузки/выгрузки ставится отметка об успешном выполнении задания и работа программы циклически повторяется. При неудачном окончании работы модуля загрузки/выгрузки отрабатывается модуль аварийной сигнализации и записи кода аварии, происходит останов системы, сохранение настроек и завершение работы программы.

При завершении работы модуля движения происходит проверка достижения цели. Если цель достигнута делается отметка об успешном окончании и переход к новому заданию. При не достижении цели и коде возврата не NULL происходит запись соответствующих кодов, включение аварийной сигнализации и т.д. При не достижении цели и кодом возврата NULL происходит отметка об аварийном завершении работы программы с отметкой об аварии по причине срабатывания концевых датчиков, включение аварийной сигнализации и т.д.