Интеллектуальные  мехатронные  модули  "Milan Drive AUMA" (рис. 3.18) применяются для децентрализованных систем автоматизации технологических процессов в различных отраслях производства. В еди­ном корпусе данного модуля конструктивно объединены электродвига­тель, электронные и информационные компоненты, а также все интер­фейсные блоки, необходимые для создания распределенной мехатронной системы.

Блок электрических соединений содержит четыре разъема, которые обеспечивают соединение модуля с источником питания, общей компью­терной шиной, блоком дискретных входов-выходов и интерфейсов типа RS-232. Возможно соединение по общей шине как типа "PROFIBUS-DP", так и по шине "CAN-Open". Программное обеспечение контроллера по­зволяет выполнять как стандартные команды (типа "старт-стоп"), так и программируемые движения по заданным во времени сложным законам изменения скорости вращения выходного вала.

В качестве датчика обратной связи используется вращающийся трансформатор с разрешающей способностью 4096 имп/об. Модуль ос­нащен двигателями синхронного типа с номинальным моментом до 4 Нм и максимальной скоростью вращения до 6000 мин-1. Отдельные модификации мехатронного модуля содержат также встроенное тормоз­ное устройство.

Технические характеристики интеллектуальных мехатронных моду­лей "Milan Drive AUMA" для трех основных типоразмеров представлены в табл. 3.8.

Фирма SIEMENS, производитель данных модулей, отмечает их сле­дующие достоинства:

-  минимизация затрат потребителя на стойку управления благодаря размещению модуля непосредственно в машине;

-  быстрая инсталляция машины благодаря установке модуля и объе­динению коммуникационных и силовых шин;

-  непосредственное подключение сигналов с помощью 4 клемм, ко­торые настраиваются как входы или выходы, установка модульной, удобной для использования штекерной техники и стандартных кабелей;

-  вставляемая крышка подключений с интегрированным переключа­телем адреса "PROFIBUS-DP" позволяющая отключать модуль или при­водной контур без прерывания других связей;

-  быстрая диагностика благодаря светодиодам, показывающим не­исправность и готовность к работе, а также передаче информации по ши­не "PROFIBUS-DP" и использованию специальной программы SimoCom U;

-  быстрая замена модулей с помощью карты памяти (Memory Card).

Функциональные возможности модуля:

-  позиционирование по одной оси с возможностью свободного про­граммирования последовательности движений;

-  использование в качестве ведомого устройства (Slave) в сети "PROFIBUS-DP" с быстрым циклическим обменом данными с ведущим устройством (Master);

-  интерполяционный вид движения совместно с другими приводами благодаря иерархической системе управления с контроллером движения и шиной "PROFIBUS-DP";

-  встроенная система измерения абсолютных значений перемещений;

-  быстрый ввод в эксплуатацию всех приводов на шине "PROFIBUS-DP" благодаря специальной программе SimoCom U, работающей под Windows 95/98/NT.

Интеллектуальный мехатронный модуль "Simordrive Posmo SI" фир­мы SIEMENS (рис. 1.33,в, 3.17) предназначен для реализации движений по одной управляемой координате при децентрализованном управлении ме-хатронной системой.

В состав модуля входят:

-  вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов (напряжение питания 600 В);

-  преобразователь движения и тормозное устройство;

-  блок силовой электроники;

-  встроенный фотоимпульсный датчик (ФИД);

-  вентилятор для принудительного охлаждения;

-  управляющее устройство, включающее управляющий контроллер, блоки позиционирования и программирования, а также коммуникацион­ный интерфейс для шины "PROFIBUS".

Геометрические параметры и технические характеристики интел­лектуального мехатронного модуля "Simordrive Posmo Si" приведены в табл. 3.6 и 3.7.

Управление модулем осуществляют по стандартной шине "PROFIBUS", при этом возможны следующие режимы движения:

•  перемещение в конечную позицию с программно заданной ско­ростью и регулируемым ускорением;

•  движение с регулируемой частотой вращения вала и регулируе­мым ускорением.

Оператор с помощью специального программного обеспечения мо­жет задавать в программе движения временные или логические условия, использовать методы компенсации зазора (люфта), получать сообщения о текущем положении и диагностике состояния модуля.

Технические данные некоторых модулей "Simordrive Posmo А" при­ведены в табл. 3.5.

Общий вид ИММ фирмы SIEMENS показан на рис. 1.33. Интеллек­туальные мехатронные модули "Simordrive Posmo А" (см. рис. 1.33, а, б) состоят из следующих элементов:

-  вентильного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов;

-  планетарного (рис. 3.16,а) или червячного (рис. 3.16,6) преобразо­вателя движения, который также может отсутствовать (рис. 3.16,в);

-  тормозного устройства (устанавливается по желанию потреби­теля);

-  встроенного фотоимпульсного датчика;

-  силового преобразователя, который конструктивно закрепляется на крышке двигателя;

-  комплектного управляющего устройства, включающего регулятор двигателя, блоки позиционирования и программирования, а также ком­муникационный интерфейс для подключения к шине "PROFIBUS".

Отличительной особенностью конструкции является съемная крыш­ка для подключения силового преобразователя, которая содержит интег­рированный переключатель адреса шины "PROFIBUS" и тормозной рези­стор, что позволяет при необходимости отключить двигатель без разрыва коммуникационных и силовых (по питанию) связей в других устройст­вах. Благодаря объединению коммуникационной и силовой шин достига­ется упрощение внутренней структуры модуля и обеспечивается его ком­пактность.

При этом расстояние между компьютером верхнего уровня управле­ния и контроллерами интеллектуальных модулей может достигать не­скольких сотен метров. Обмен информацией и управляющими команда­ми между этими устройствами осуществляется через высокоскоростную компьютерную сеть.

Применение распределенных систем позволяет эффективно решить ряд проблем управления, характерных для мехатроники. К числу основ­ных преимуществ систем данного типа следует отнести:

•  отсутствие многочисленных соединительных кабелей и прово­дов, что особенно важно для многокоординатных мехатронных систем в первую очередь с точки зрения надежности, удобства наладки и эксплуа­тации машин;

•  возможность применения современных вычислительных алго­ритмов и методов управления движением (математические операции с плавающей точкой, обработка информации в реальном масштабе вре­мени, интеллектуальные методы управления на основе нечеткой логики и т.д.);

•  открытая архитектура придает системе управления высокую гиб­кость, возможность оперативно формировать законы управления в соот­ветствии с требованиями технологического процесса, быстро реконфигурировать и расширять систему для решения новых функциональных за­дач;

•  высокая надежность и робастность системы, диагностика работы в процессе выполнения операций.

Интеллектуальные мехатронные модули (ИММ) являются третьим, принципиально новым поколением современных модулей движения (см. п. 1.2, 2.3). По сравнению с мехатронными модулями движения в конст­рукцию ИММ дополнительно встраиваются управляющие устройства и силовые электронные преобразователи, что придает им интеллектуаль­ные свойства. Объединение производителем в едином модуле управляю­щих и электронных устройств, двигателя, механической и информацион­ной частей освобождает пользователя от решения "проблемы интерфей­сов" (п. 2.1).

Для работы с ИММ пользователю достаточно только связать мехатронные модули с центральным устройством управления через локаль­ную сеть, в результате получается децентрализованная распределенная система управления, типовая архитектура которой представлена на рис. 3.15.

При изменении положения винта в результате смещения витков резьбы винта относительно выступов резьбы гайки датчика по-разному меняются сопротивления магнитных цепей, обусловливающих формиро­вание ЭДС, наводимых в выходных обмотках ИДП. В результате ЭДС в синусной и косинусной обмотках датчика имеют различные амплитуды, которые зависят от положения винта относительно неподвижной гайки.

Использование вентильных двигателей (ВМД) позволяет заменить традиционную пару двигатель-механический преобразователь одним высокомоментным двигателем, исключив таким образом избыточный преобразователь (п. 2.2). Пример мехатронного модуля движения на базе ВМД показан на рис. 3.14. ВМД применяется здесь для вращения пово­ротного стола, который предназначен для позиционирования деталей при обработке на фрезерных, сверлильных и расточных станках [12].

Модуль состоит из основания 1
и собственно поворотного стола 2, опирающегося на упорные подшипники 3, встроенного электродвигателя 4, ротор 5 которого скреплен с планшайбой б, датчика положения 7, датчи­ка скорости 8 и гидротормоза 9, обеспечивающего фиксацию планшайбы в нужном положении.

Безредукторное совмещение ротора электродвигателя и планшайбы позволяет полностью исключить люфт, увеличить точность позициони­рования стола и расширить его технологические возможности. При этом упрощается конструкция стола, уменьшается число деталей, повышается жесткость. В табл. 3.6 приведены основные технические характеристики безредукторных поворотных столов [12].

Исполнение ДПР имеет особенности, которые позволяют сущест­венно упростить конструкцию и уменьшить объем мехатронного модуля движения. В отличие от применяемых обычно ДПР на базе датчиков Холла используемый в данном модуле ДПР не является самостоятельным конструктивным элементом, а представляет собой "неявное" устройство. Его функции реализуются с помощью нескольких элементов: тахометри-ческих обмоток, обмоток возбуждения, находящихся в специально изго­товленных отверстиях статора в непосредственной близости от тахомет-рических обмоток, и электронной аппаратуры мехатронного модуля дви­жения.

Преимущество рассматриваемого "неявного" ДПР заключается в от­сутствии необходимости его фазировки при настройке модуля, поскольку она обеспечивается конструкцией двигателя. Кроме того, такой ДПР по­дает сигналы положения ротора непрерывно, что позволяет без особых проблем формировать синусоидальные токи в фазных обмотках двигате­ля. Подобная возможность улучшает свойства мехатронного модуля в результате снижения пульсации момента двигателя.

Неподвижная часть индукционного датчика положения, внутри ко­торой поступательно перемещается винт, имеет винтовую нарезку, ана­логичную самому винту, и является, по сути, гайкой. Отличие состоит в том, что винт имеет левую резьбу, а гайка датчика – правую. Кроме того, для обеспечения свободного движения винта внутри ИДП внутренний диаметр гайки датчика должен быть несколько больше внешнего диамет­ра винта. Неподвижная часть ИДП состоит из двух полугаек, одна их ко­торых развернута относительно другой на пол-оборота. Внутри нее раз­мещены аксиальная обмотка возбуждения и намотанные в пазах выход­ные обмотки (синусная и косинусная обмотки датчика), каждая из кото­рых имеет по четыре секции, включенные последовательно и попарно встречно. Магнитный поток, создаваемый переменным током, проте­кающим по обмоткам возбуждения, замыкается через первую полугайку, винт и вторую полугайку. При этом он пронизывает синусную и коси­нусную обмотки ИДП и индуцирует в них ЭДС. Выступы резьбы винта и гайки датчика играют роль полюсных наконечников.