Дослідження автоматизованої системи управління комплексом обробки деталей

Семиз, Володимир Юрійович

Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6420

Назва:	Дослідження автоматизованої системи управління комплексом обробки деталей
Автори:	Чичужко, Марина Володимирівна Семиз, Володимир Юрійович
Дата публікації:	січ-2025
Короткий огляд (реферат):	В кваліфікаційній роботі магістра досліджено автоматизовані системи управління комплексом обробки деталей та розроблено схему управління спеціалізованою системою комплексу різки металу, що керується через персональний комп’ютер за допомогою LPT-порту. Розроблено структурну схему управління системою комплексу різки металу; створено принципову електричну схему управління системою; обрано програмне забезпечення для керування схемою; спроєктовано алгоритм роботи схеми управління; розроблено часові діаграми функціонування схеми; виконано вибір і обґрунтування елементної бази для схеми управління. Розроблений пристрій працює на основі взаємодії з комп’ютером через LPT-порт, що забезпечує його універсальність і дозволяє адаптувати програму управління для інших технічних завдань. Схема реалізована на мікросхемах серії SN7400, які вирізняються високою надійністю, доступністю та економічною ефективністю. Новий інтерфейс для роботи з ЧПУ відкриває можливості для подальшого вдосконалення як програмного забезпечення, так і електроавтоматики комплексу. Результати роботи підтвердили високу надійність розробленої схеми блоку управління та її інтеграції з блоком зв’язку з електроавтоматикою комплексу і ПК. Таким чином, запропонована схема є ефективним, універсальним і надійним рішенням для автоматизації процесу різки металу.
URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу):	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6420
Розташовується у зібраннях:	123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи)

Файли цього матеріалу:

Файл	Опис	Розмір	Формат
М_123_2024_Семиз.pdf Restricted Access		1.18 MB	Adobe PDF	Переглянути/Відкрити Запит копії

Показати повний опис матеріалу Перегляд статистики

Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.

Extracted text

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ
КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ
КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ

Пояснювальна записка
до кваліфікаційної роботи
освітнього ступеню «магістр»

на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ
УПРАВЛІННЯ КОМПЛЕКСОМ ОБРОБКИ ДЕТАЛЕЙ

Виконав: студент 2 курсу, групи МСКС-2307
спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія»
(освітня програма «Спеціалізовані
комп’ютерні системи»)
Володимир СЕМИЗ
(прізвище та ініціали)

Керівник Марина ЧИЧУЖКО
(прізвище та ініціали)
Рецензент
(прізвище та ініціали)

Черкаси 2024 рік

2
ЗМІСТ
ВСТУП .................................................................................................................. 4
РОЗДІЛ 1 АНАЛІЗ РИНКУ ВЕРСТАТІВ ТА АВТОМАТИЗОВАНИХ
УСТАНОВОК РІЗКИ МЕТАЛУ ........................................................................ 10
1.1 Огляд існуючих рішень, типових методів та принципів проектування
автоматичних ліній ........................................................................................ 12
1.2 Тенденції розвитку верстатів з ЧПУ ........................................................ 12
1.3 Напрямки вдосконалення верстатів і пристроїв ЧПУ ............................ 13
1.3.1 Особливості систем автоматичного керування ................................ 16
1.3.2 Призначення та функції програми керування .................................. 20
1.3.3 Області застосування фрезерних верстатів ...................................... 35
Висновки до розділу 1 .................................................................................... 40
РОЗДІЛ 2. РОЗРОБКА БЛОКУ УПРАВЛІННЯ ............................................... 42
2.1 Технічні характеристики і аналіз функцій .............................................. 42
2.2 Розробка та обґрунтування структурної схемі блоку управління .......... 43
Висновки до розділу 2 .................................................................................... 50
РОЗДІЛ 3. РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ ............... 51
3.1 Розробка та обгрунтування принципової схеми блоку управління ....... 51
3.2 Вибір і обгрунтування елементарної бази блоку логіки ......................... 62
3.3 Розрахунок енергії споживання схеми управління ................................. 77
Висновки до розділу 3 .................................................................................... 79
ВИСНОВКИ ....................................................................................................... 80
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ........................................................... 81

3
СПИСОК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ЧПУ – Числове програмне управління.
ПР – Промислові роботи.
ТПВ – Технологічна підготовка виробництва.
ПУ – Програмне управління.
ОСУ – Оперативна система управління.
МРТК – Мікро-робототехнічні комплекси.
СПУ – Система програмного управління.
СЧПУ – Система числового програмного управління.
ГВС – Гнучкі виробничі системи.
ГВЛ – Гнучкі виробничі лінії.
ГАД – Гнучкі автоматичні ділянки.
БФК – Блок формування команд.
ЦСПК – Циклові (або дискретні) системи програмного керування.
ВОРМ – Виконавчі органи робочого механізму.
УЦС – Уніфіковані циклові системи.

4
Вступ

Актуальність теми.

Вступ людства в епоху четвертої промислової революції (Industry 4.0)
супроводжується всебічною діджиталізацією виробничих процесів. Цей процес
характеризується масштабною автоматизацією та роботизацією, необхідністю
обробки величезних обсягів інформації, впровадженням інтернету речей,
штучного інтелекту, підвищенням екологічності виробництва, зростанням
продуктивності праці тощо. Водночас реалізація цих змін потребує термінових
та рішучих заходів як з боку держави, так і приватного бізнесу. Це включає
створення нових та модернізацію існуючих підприємств, а також адаптацію
цілих галузей економіки, освіти та науки до сучасних вимог. Не менш
важливою є інтеграція цих сфер, обмін досвідом та науково-технічними
досягненнями.
Реалізація ключових принципів Industry 4.0 в Україні є надзвичайно
важливою з огляду на виклики, які стоять перед країною, та ризики, що
виникають у процесі глобальної трансформації. Одним із таких ризиків є
зростаюча нерівність між країнами, що може посилитися через трудову
міграцію, безробіття, та конкуренцію на світовому ринку. Це може призвести
до поглиблення кризових явищ в економіці, залишивши Україну в ролі аграрно-
сировинної держави, що є неприйнятним з огляду на її промисловий та
кадровий потенціал.
Швидкий прогрес у техніці та технологіях створює потребу у
висококваліфікованих інженерних кадрах. Саме це є ключовим фактором, який
може сприяти перетворенню України на високорозвинену індустріально-
аграрну державу. Одним із важливих напрямків для досягнення цього є
розвиток машинобудування, зокрема верстатобудування, яке лежить в основі
стабільного промислового зростання.

5
Поява нових матеріалів та технологій відкриває широкі можливості для
застосування інновацій у таких галузях, як авіація, космос, енергетика тощо. Ці
матеріали мають високу міцність, та жаростійкість, що вимагає високої
точності у виробництві деталей. Гнучкі технологічні процеси, які дозволяють
швидко переходити на виробництво нових виробів, стають ключовим
елементом сучасного виробництва. Такі технології потребують обладнання, яке
поєднує універсальність, гнучкість та високий рівень автоматизації. Ці вимоги
найбільше задовольняють верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК),
які дозволяють обробляти різні деталі з мінімальними затратами часу і коштів.
Верстати з ЧПК є багатофункціональними пристроями, які можуть
виконувати різні операції обробки завдяки багатокоординатному керуванню.
Це забезпечує високу продуктивність, мінімізує допоміжний час і дозволяє
скоротити витрати на підготовку. З метою підвищення ефективності
застосовуються високошвидкісні шпинделі, які працюють із мінімальною
кількістю передач, та кулькові гвинтові передачі, що забезпечують точність
позиціювання. В сучасних верстатах широко використовуються гібридні
підшипники, мотор-шпинделі, лінійні електродвигуни та автоматичні системи
заміни інструменту.
Підвищення ефективності роботи таких верстатів досягається шляхом
вдосконалення елементів, зокрема напрямних ковзання, які замінюються на
роликові чи коробчасті напрямні з низьким коефіцієнтом тертя. Це дозволяє
працювати на високих швидкостях із мінімальним зношуванням обладнання.
Крім того, автоматичні системи заміни інструментів забезпечують обробку
деталей з різних боків, знижуючи необхідність у додатковому обладнанні та
підвищуючи точність завдяки збереженню базових параметрів деталей.
Таким чином, у навчальному посібнику детально аналізуються принципи
роботи багатокоординатних верстатів з ЧПК, їх системи керування та шляхи
модернізації металообробного обладнання, що дозволяють

6
підвищити його технічні та експлуатаційні характеристики до рівня сучасних
вимог.
З'являються нові елементи технологічного процесу: траєкторія руху
інструмента, корекція траєкторії, керуюча програма обробки, розмірна ув'язка
положення деталі і інструменту в системі координат станка, настройка
інструменту поза верстатом з високою точністю.
На данний момент виділяють три етапи розвитку верстатів з числовим
програмним управлінням.
Перше покоління верстатів з ПУ в нашій країні було створено на базі
серійних універсальних верстатів (1959 р.). Від базових моделей верстати з
ЧПУ відрізнялися лише автоматизацією привода подач. Пристрій ЧПУ,
виконаний на електронних лампах, давав можливість отримувати необхідні
розміри оброблюваної заготовки при регульованій подачі.
Для верстатів другого покоління характерне застосування систем ПУ,
виконаних на напівпровідникових приладах (транзистори, діоди) Такі системи
могли змінювати в автоматичному циклі не лише подачі, а й частоту обертання
шпинделя, давати технологічні команди на автоматичну зміну інструменту,
подачу охолоджуючої рідини, зажим деталі і т.д. Ці системи були вже більш
надійними та швидкодіючими. Але зависока ціна цих систем зробила немо-
жливим застосування їх на універсальних верстатах з невеликим рівнем
автоматизації. Тому були створені моделі верстатів, які мають системи
автоматичної зміни інструментів, автоматичну коробку швидкостей. і т.д.
Одночасно широко велась розробка методів автоматичного програмування та
необхідного математичного забезпечення. Але виявилось, що моральне
старіння систем ЧПУ наступає в 2-2,5 рази швидше, ніж верстатів. Тому етапи
розвитку ЧПУ умовні, і кожен наступний етап розвитку має деякі елементи
попереднього етапу та розвивається паралельно.
Третій етап розвитку верстатів з ЧПУ характеризувався якісними змінами
системи ЧПУ. Для управління верстатами застосовують міні- комп’ютери. Це
дає змогу випускати верстати з дуже великим рівнем

7
автоматизації (багатоцільові верстати). Верстати з ЧПУ компонують
(складають) в автоматизовані відрізки з управлінням від комп’ютера. При
широкому застосуванні промислових роботів на цих відрізках можна досягти
„безлюдної” технології.
Для успішної експлуатації цього устаткування необхідна також
підготовка робітників, майстрів, зайнятих впровадженням і експлуатацією
верстатів з пристроями ЧПУ. Вдосконалення верстатів і пристроїв ЧПУ, їх
виробництво і ефективність експлуатації нерозривно пов'язані з
вдосконаленням механізмів і пристроїв і вимагають підготовки
висококваліфіко-ваних фахівців з наладки і експлуатації верстатів з ЧПУ.
Розвиток групового управління верстатами безпосередньо від
обчислювальної машини із застосуванням роботів для виконання всіх
допоміжних і транспортних операцій. Цей метод дозволяє усунути ряд ланок в
комплексі устаткування ЧПУ (ввідних пристроїв, пристроїв переробки
геометричної і технологічної інформації, пристроїв декодування,
запам'ятовування розрахунків або інтерполяції). В процесі програмування
усуваються такі операції, як підготовка, управління і зчитування інформації з
перфострічок. Окрім цього за допомогою обчислювальних машин можна
додатково виконувати деякі операції контролю, наприклад контроль геометрії
оброблюваної деталі, контроль роботи устаткування. Застосування групового
управління верстатами з ЧПУ від обчислювальної машини підвищує
продуктивність на 30-40% ,що до звичних верстатів з ЧПУ і значно знижує
вартість обробки деталей.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.
Дослідження проведено в рамках бюджетних науково-дослідних робіт
Черкаського державного технологічного університету за темою: «Методи та
моделі обробки інтелектуальних інформаційних технологій для створення
високоефективних обчислювальних і локальних підсистем управління у

8
проблемно-орієнтованих системах верстатів з числовим програмним
керуванням (ЧПК)» (№ 0106U004501).
Мета дослідження: дослідження та розробка автоматизованої системи
управління комплексом обробки деталей. Досягнути мети у даній кваліфікаційній
роботі магістра вдасться при вирішенні наступних завдань:
- провести аналіз існуючих автоматизованих систем управління комплексом
обробки деталей;
- виявити переваги та недоліки різних систем управління обробки деталей на
верстатах із числовим програмним керуванням;
- розробити модель автоматизованої системи управління комплексом
обробки деталей.

Об’єкт дослідження.
Об’єктом дослідження є процеси автоматизованого управління та
обробки деталей на верстатах із числовим програмним керуванням.
Предмет дослідження.
Предметом дослідження є модель блоку схеми керування, модель
електричної принципової схеми.
Методи дослідження.
Методи дослідження базуються на використанні теорії автоматичного
управління, методів математичного моделювання, алгоритмів оптимізації, а
також програмування, налаштування та тестування систем ЧПК.
Наукова новизна проведених досліджень та отриманих у роботі результатів:
1 Розроблено структурну модель блоку керування числовим
програмним управлінням, яка забезпечує оптимізацію процесів управління
верстатом, підвищення точності та надійності обробки, а також покращення
адаптивності до змінних умов роботи.
2 Запропоновано електричну принципову схему системи ЧПУ, яка
враховує сучасні вимоги до енергоефективності, сумісності з різними
виконавчими механізмами та забезпечення функцій діагностики та безпеки в
процесі експлуатації. Ці дані забезпечують практичну можливість для

9
впровадження нових підходів до створення ЧПУ, які відповідають сучасним
тенденціям розвитку автоматизованих систем.
Практична значимість результатів дослідження.
Практична значимість проведеного дослідження полягає у реалізації
наукових висновків у вигляді конкретних інженерних рішень у сфері
автоматизованої системи управління комплексом обробки деталей:
• На основі аналізу та моделювання технологічних процесів, виконаного
щодо популярних систем автоматизації для верстатів із числовим
програмним керуванням (ЧПК), було проведено якісне та кількісне
оцінювання їх характеристик. Це дозволило визначити ключові напрями
вдосконалення функціоналу аналогічних систем управління.
• Проведене тестування розробленої системи автоматизації для верстатів
ЧПК підтвердило її ефективність і працездатність. Завдяки візуалізації
результатів оцінювання була виявлена відсутність технічних помилок, що
гарантує коректну та стабільну роботу системи.
Апробація.
Апробація роботи проведена на студентській науковопрактичної
конференції ЧДТУ: 18–20 квітня 2023 р.
Публікації.

1. Автоматизована система управління обробкою деталей в
машинобудуванні

В. Ю. Семиз, М. В. Чичужко // Збірник тез доповідей студентської
науковопрактичної конференції ЧДТУ: 18–20 квітня 2023 р. [Електронний
ресурс] / [упоряд.: Єгорова О. В., Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]; Мво
освіти і науки України, Черкас. держ. технол. унт. – Черкаси: ЧДТУ, 2023. –
C. 23.

10
РОЗДІЛ 1
СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ФОРМУВАННЯ ЗАДАЧ
Відомо, що верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК) – це
автоматизовані верстати, оснащені спеціально розробленою системою
керування, яка забезпечує точну обробку деталей за заданими параметрами.
Такі системи використовуються для:
• підвищення точності обробки складних деталей;
• збільшення продуктивності виробництва;
• мінімізації впливу людського фактору;
• обробки різних матеріалів (метали, композити, пластики);
• виконання складних технологічних операцій із високою
повторюваністю;
• інтеграції у складні виробничі лінії.
Системи ЧПК мають ключове значення у сучасному машинобудуванні,
авіаційній, автомобільній, медичній та інших промислових галузях. При
розробці таких систем особливу увагу приділяють ергономіці інтерфейсу
оператора, оскільки зручність і простота використання впливають на
продуктивність та ефективність роботи з обладнанням.
Верстати з ЧПК є необхідністю в умовах сучасного виробництва, оскільки
вони забезпечують:
• високу точність і стабільність обробки,
• можливість виготовлення деталей складної геометрії,
• зменшення витрат часу і матеріалів,
• автоматизацію рутинних операцій,
• інтеграцію з системами моніторингу та аналізу виробничих процесів.
Аналіз сучасних систем ЧПК дозволяє створити нові або вдосконалити
існуючі рішення, які забезпечать унікальні переваги, уникнуть недоліків
аналогів і підвищать ефективність виробничих процесів.

11
Для аналізу особливостей сучасних систем ЧПК та визначення напрямків
їхнього вдосконалення нижче наведено основні аспекти їхнього застосування.

1. Сфери застосування верстатів з числовим програмним керуванням
Сучасний світ технологій базується на автоматизації та точності, і
верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК) стали невід'ємною
частиною цієї реальності.
Вони знаходять застосування в багатьох галузях промисловості, зокрема:
• машинобудуванні;
• автомобілебудуванні;
• авіаційній та космічній промисловості;
• медицині (виробництво імплантів та інструментів);
• енергетиці (обробка складних компонентів турбін та генераторів);
• електроніці (виготовлення корпусів і деталей).

Аналіз наведеного вище списку застосувань верстатів з числовим
програмним керуванням (ЧПК) свідчить, що такі технології є важливим
інструментом для забезпечення точності, швидкості та автоматизації
виробничих процесів у різноманітних галузях промисловості.
Значення та універсальність верстатів з ЧПК можна класифікувати таким
чином:
• Підвищення продуктивності: забезпечення швидкої та якісної обробки
матеріалів.
• Точність і повторюваність: створення деталей із мінімальними
допусками.
• Зниження витрат: мінімізація людського фактора та зменшення
кількості відходів.
• Гнучкість: адаптація до різних типів виробництва, від дрібносерійного
до масового.
• Інноваційність: використання сучасного програмного забезпечення для
складних операцій.
Класифікація верстатів з ЧПК дозволяє краще зрозуміти їхню роль у
промисловості та сприяє подальшому розвитку технологій.

12
1.1. Верстати з числовим програмним керуванням (ЧПК)
забезпечують зручний доступ до високотехнологічної обробки матеріалів і
дозволяють користувачам:
• виконувати високоточну обробку деталей;
• автоматизувати складні виробничі процеси;
• оптимізувати витрати на виготовлення продукції;
• підвищувати якість і точність виготовлених компонентів;
• розширювати можливості дизайну і конструювання;
• збільшувати продуктивність виробництва;
• забезпечувати стабільність і повторюваність результатів.
Такі верстати відкривають доступ до технологій обробки в сферах, де
раніше це було обмежено або взагалі недоступно.
1.2. Розширення доступності технологій обробки на верстатах з ЧПК
Для виробничих підприємств верстати з ЧПК є не просто інструментом
автоматизації, а потужним засобом для підвищення ефективності виробничих
процесів і виготовлення складних деталей. Цифрові рішення у виробництві
дозволяють:
• виконувати високоточну обробку деталей незалежно від їх складності;
• забезпечувати постійний контроль якості виготовленої продукції;
• оптимізувати процеси виробництва за рахунок зменшення впливу
людського фактору;
• пропонувати гнучкі можливості для адаптації до різних технологічних
задач і обробки нових матеріалів.
Спеціалізовані платформи керування і моніторингу ЧПК, такі як
Heidenhain, FANUC або Siemens Sinumerik, стали надійними інструментами для
оптимізації виробничих процесів і забезпечення високої продуктивності
сучасних підприємств. Вони перетворилися на еталони автоматизації й
управління складними технологічними операціями.

13
1.3. Напрямки вдосконалення верстатів і пристроїв ЧПУ.
Широкого застосування набуло агрегатування складових частин верстата
і пристроїв ЧПУ. Агрегатува´ння — спосіб створення машин та їх комплексів
шляхом компонування обмеженої кількості стандартних і
уніфікованих деталей, вузлів і агрегатів, що мають геометричну та
функціональну взаємозамінність. Принцип агрегатування – простота і
універсальність. Цей метод особливо ефективний тоді, коли верстати з ЧПУ
розглядають як ряд спеціалізованих модифікацій, що включають взаємозамінні
складальні одиниці, наприклад електроприводи, коробки передач. Агрегатний
принцип побудови пристроїв ЧПУ дозволяє компонувати пристрої із заданими
технічними і технологічними параметрами з уніфікованих пристроїв і блоків,
які конструктивно виконані у вигляді окремих агрегатів.
В результаті швидкого поліпшення характеристик і зменшення вартості
міні і мікро комп’ютерів з'явилася можливість їх використання в пристроях
управління верстатами. Застосування мікрокомп’ютерів з широкими
функціональними можливостями для верстатів з ЧПУ забезпечує високу
ефективність і можливість розширення застосування цього устаткування.
Зростання продуктивності досягається за рахунок підвищення інтенсивності і
оптимізації режимів обробки в результаті поліпшення процесів управління і
своєчасної оперативної підготовки контролю і коректування управляючих
програм.
Побудова пристроїв ЧПУ на базі мікрокомп’ютера дозволяє створювати
оперативні системи управління (ОСУ). Оперативна система має широкі
технологічні можливості задавати і корегувати програми безпосередньо біля
верстата в режимі діалогу оператора з пристроєм ЧПУ. Оператор-верстатник,
одержуючи креслення і необхідні вказівки по технології обробки деталі,
вводить ці дані з клавіатури пульта управління в програму управління. За
результатами обробки першої деталі легко змінити початкові дані і ввести в
програму необхідні корективи.

14
Початкові дані для обробки складніших деталей оформляють у вигляді
таблиці; її заповнює технолог – програміст. Після обробки першої деталі
виправлену програму можна вивести на зовнішній програмоносій для
довготривалого зберігання.
Застосування верстатів з системами, що пристосовуються (адаптивними).
Застосування цих систем у верстатах з ЧПУ спрощує процес підготовки
програм обробки деталей; програміст при цьому звертає увагу тільки на
розрахунок траєкторії руху інструменту, вся решта параметрів обробки
визначається самою системою; не виникає перевантажень на інструмент,
завдяки чому підвищується його стійкість; дозволяє здійснити захист верстата
і деталі від пошкоджень. Використовування систем, що пристосовуються,
знижує час, що витрачається на підготовку програм, приблизно на 20—30%,
збільшує стійкість інструменту на 25—30% і продуктивність верстата в
середньому на 30—60% в порівнянні з верстатами, оснащеними звичними
пристроями ЧПУ.
Для розробки системи комплексу різки металу розглянемо основні
системи керування різними автоматичними системами(роботами).
За принципом управління руху системи управління автоматичними
лініями та роботами можна розділити на системи програмного управління,
системи управління залежно від стану зовнішнього середовища і комбіновані
системи. У системах програмного управління рухом управління здійснюється
за заздалегідь складеною програмою, що визначає закон зміни в часі координат
робота по кожному ступеню рухливості. Програма при реалізації
відпрацьовується системою приводів робота.
Для управління МА з двопозиційними ланками, малим програми, що
управляє, було розроблено спеціалізований пристрій циклового управління
ЕЦПУ-6030. Він збудований без застосування мікропрограмного автомата з
вибором як програмоносія набірного поля з декадних перемикачів
«Контравес» (ПМП-102). Пристрій може керувати чотирма ступенями
рухливості по сигналах від датчиків або за тимчасовим принципом. На

15
зовнішнє обладнання може до трьох технологічних команд. Команди
управління електромагнітними пневматичними клапанами МА і технологічні
команди видаються у вигляді напруги постійного струму 24 В потужністю
10 Вт. Витримка часу програмується в діапазоні 0,05—1 с. Число кроків
програми 28. Робота в чотирьох режимах: «Автомат», «Цикл», «Команда» і
«Ручний».
Ряд завдань автоматизації технологічних процесів за допомогою ПР з
цикловою СПУ вимагає застосування досконаліших і складних МА (з кількістю
рухливості до п'яти — семи, проміжними точками позиціювання, наявністю
режимів гальмування і т.д.) з функціонально розвиненішими пристроями
управління. Прикладом таких пристроїв можуть служити УЦМ-20 і УЦМ-30.
Розглянемо роботу УЦМ-30, призначеного для управління МА і
технологічним при автоматизації операцій холодного листового штампування.
Пристрій працює з МА, що мають датчики положення у вигляді кінцевих
вимикачів, і побудовано за принципом синхронного мікро- програмного
автомата з кінцевим числом станів і жорстким циклом управління.
У блоці формування команд, на підставі інформації, яка з блоку програми
і сигналів блоку управління, формуються послідовності команд обробки.
Сигнали, що управляють, на переміщення вузлів МА видаються через блок
вихідних підсилювачів, а на технологічне обладнання — через блок зв'язку з
МА і ТЕ. Цей блок також забезпечує прийом інформації з дискретних датчиків
ТЕ і МА. Формувач тимчасових інтервалів використовується при виконанні
команд управління захватами МА, а також при обробці програмних тимчасових
затримок.
Програму управління МА і ТЕ набирають за допомогою клавіатури
пульта програмування із записом в незалежну пам'ять. З пульта управління
задаються режими роботи пристрою (автоматичний, покадровий,
налагоджувальний), ввімкнення – вимикання живлення і запуск програми, що

16
управляє. З пульта панелі здійснюються ручне управління висувними ланками
МА і оперативний контроль датчиків положення.
1.3.1 Особливості систем автоматичного керування
Блок управління УЦМ-30 складається з : мікропрограмного автомата, що
працює по жорстко закладеному алгоритму і забезпечуючого видачу сигналів,
що управляють, на всі операційні вузли БУ; генератора тактів, формуючого
сигналу синхронізації автомата і формувача тимчасових затримок; лічильника
кадрів; адресуючого програмоносія; регістра команд, що фіксує інформацію,
що управляє, на час виконання кадру; вузла формування команд.
У УЦМ-30 як програмоносія використаний оперативний пристрій, що
запам'ятовує, на інтегральних мікросхемах підживленням від батареї, що
зберігає інформацію при відключенні джерела живлення. Розглянемо
структурну схему УЦМ-663, рис 1.1

Рис. 1.1 Структурна схема уніфікованого пристрою циклового керування
УЦМ-663

17
Розробка спеціалізованих пристроїв управління в умовах функціональних
можливостей моделей МА, що все більш ускладнюються, виявилося
економічно недоцільним. Тому в даний час ведуться роботи із створення більш
унікальних пристроїв управління. Прикладом такого пристрою є модель УЦМ-
663.
Пристрій призначений для управління різними типами МА, що мають до
шести ступенів рухливості з числом точок позиціювання по кожному ступеню
до чотирьох, і технологічним устаткуванням з складними алгоритмами
управління при автоматизації операцій завантаження — розгрузки, холодного
штампування, , збірки.
Модель УЦМ-663 побудована за принципом синхронного програмного
автомата з жорстким циклом управління. Програма знаходиться в блоці пам'яті
пристрою і не руйнується при відключенні живлення. Передбачений
багатократний відробіток окремих програми за внутрішніми умовами (числу
циклів, заданому в лічильнику), а також зміни ходу програми за сімома
зовнішніми умовами. На рис. 1.1 представлена укрупнена структурна схема
пристрою. Відповідно до програми, внесеної оператором з пульта оператора ПО
в пристрій, що запам'ятовує, запам’ятовуючий пристрій, блок центрального
управління формує інформацію, що управляє. Робота блоку управління
приводом програмується за допомогою діодних матриць, що настроюються на
необхідні алгоритми управління ланками МА.
Сигнали управління, управління МА, що виробляються блоками, і ТЕ,
безпосередньо на відповідні приводи через блок вихідних підсилювачів БВУ.
Сигнали відробітку кадру формуються блоком сполучення БС і датчиками МА
і спеціальною схемою в блоці управління технологічним БУТО. Для
запобігання аварійним ситуаціям в пристрої передбачений блок аварійних
блокувань БАБ, що програмується за допомогою спеціальної діодної матриці.
Пристрій може працювати в таких режимах: автоматичному,
напівавтоматичному (покадровому), ручного управління.

18
Пристрій розроблений на інтегральних мікросхемах серіїв SN7400 і Н122.
Пристрій, що запам'ятовує, виконаний на інтегральних напівпровідникових
мікросхемах серії KS27 з електричною зміною інформації і інформації при
відключенні напруги. Безконтактні вихідні підсилювачі виконані на
оптотиристорах типа ТЕ-6,3. Пристрій має вид підлогової стійки з пультом.
Передбачений також виносний пульт ручного управління ПРУ.
З розвитком мікропроцесорної техніки з'явилася можливість створити
СПУ роботів, побудованих за агрегатно-модульним принципом,
комплектованих за замовленням споживача. Розроблена базова модульна
модель пристрою циклового управління УЦМ-100 для управління широкою
гаммою циклових МА, які застосовуються в ГПС. Пристрій складається з
наступних конструктивно закінчених функціональних пристроїв: блоку
управління, реалізовуючих відповідно до програми реалізацію необхідних
алгоритмів управління; блоку силового живлення приводу; пульта ручного
управління, що виконує функції виносної панелі управліния пристрою;
програматора, призначеного для введення і редагування програми роботи
пристрою.
Функціональні модулі блоку управління зібрані на платах на базі
мікропроцесорного набору MAX232. Пристрій зроблено у вигляді підлогової
стійки блокового типа, що складається із складених блоків управління і
силового живлення, а також панелі включення, розташованої у верхній частці
пристрою. Пульт ручного управління і програматор є виносними і
підключаються до стійки за допомогою кабелів.
Для комплектації пневматичних ПР, які обслуговують преси, литні
машини, або працюють в вогненебезпечному і вибухонебезпечному
середовищі, в умовах дії сильних електромагнітних полів і радіації
застосовують струменеві системи циклового програмного управління. Принцип
дії струменевих елементів заснований на використанні різних аеродинамічних
ефектів, що виникають при взаємодії струменів один з одним, або із стінками
елементів. Проектування дискретних пневматичних СПУ не

19
відрізняється істотно від побудови аналогічних систем, виконаних на інших
логічних елементах.
У нашій країні розроблені струменеві системи циклового управління Ус2,
УСЗ, Ус6 на базі пневматичних елементів системи «Хвиля».
Пристрої позиційного програмного управління. Позиційне управління
промисловим роботом — це управління виконавчим пристроєм ПР, при якому
рух його РО відбувається по заданих точках позиціювання без контролю
траєкторії руху між ними. Пристрої позиційного програмного управління
призначені для управління ПР із значним числом точок позиціювання по кожній
координаті. Вони можуть застосовуватися в управлінні МА ПР, які
використовуються для автоматизації обслуговування устаткування різного
технологічного призначення: рухливо-транспортних операцій, простих
складальних робіт, операцій точкової зварки і тому подібне.
Для цих цілей застосовуються уніфіковані системи управління УПМ-
331, УПМ-552, УПМ-772, що відрізняються числом керівників координат і
типом керованого приводу.
Пристрої побудовані за принципом синхронного мікропрограмного
автомата з кінцевим числом станів і жорстким циклом управління. Уніфікація
пристрою проведена по структурно-алгоритмічному і конструкторсько-
технологічному принципу. Вся інформація (командна, технологічна і
геометрична) з пульта навчання і пульта управління записується в оперативну
пам'ять пристрою, звідки вона може бути переписана для довготривалого
зберігання на магнітну стрічку касетного накопичувача. Технологічна
інформація включає до. 60 керівників команд. Операційно-логічний блок
спільно з мікропрограмним автоматом забезпечує взаємодію всіх блоків
пристрою і здійснює центральне управління і логічну обробку інформації.
Сигнали команд, що управляють, на переміщення РО видаються через блок
управління дискретним приводом на двигуни маніпулятора, швидкість руху
задається за допомогою блоку управління швидкістю. Командна і технологічна
інформація видається і приймається блоком введення-виводу.

20
1.3.2 Призначення та функції програми керування.
З пульта управління можливе завдання наступних режимів роботи
пристрою: «Програма» (автоматичний відробіток програми), «Пошук кадру»,
«Ручне управління», «Програмування» (навчання), «Контроль програми»,
«Розмітка магнітної стрічки», «Розмітка зони», «Початкова установка».
Відробіток програми відбувається за наявності команд безумовного переходу
(по сигналах від об'єктів). Число сигналів умов від об'єктів доходить до 32.
Необхідна програма вибирається по відповідних сигналах від об'єктів, або з
пульта управління.
Програмування методом навчання проводиться на малих швидкостях
руху Ін. Інформація окремих кадрів робочої програми послідовно заноситься в
ОЗП. З пульта навчання здійснюються управління ступенями рухливості ПР і
завдання швидкості переміщення, а на пульті управління набирається
технологічна і допоміжна інформація. Після набору 1-го кадру робочої
програми і відповідного просторового переміщення виконавського органу
(захватного пристрою) ПР натисненням кнопки «Запис кадру» на пульті
навчання вся геометрична технологічна і допоміжна інформація заноситься у
відповідні осередки ОЗП.
Окрім перерахованих модулів пристрої можуть бути укомплектовані
спеціалізованими модулями зв'язку МС з комп’ютера верхнього рівня,
накопичувачем на магнітній стрічці, різного роду сенсорними пристроями,
включаючи системи технічного зору, і так далі. До складу системи модулів
входять також модулі діагностики, програматор для запису програм в ППЗУ і
пристрій відладки програм, що містить програмні і апаратні засоби для відладки
програм комп’ютера, а також діагностики її роботи.
Пристрої управління типу ЕСМ мають два основні режими роботи:
навчання і автоматичне управління. При навчанні можуть бути підключені під-
режими: ручне управління, програмування пристроїв (запис в ОЗП),
програмування мікрокомп’ютера (запис в ППЗП), відладка мікропрограм.

21
Режим автоматичного управління має під-режими: відтворення кроками,
циклами і безперервне.
Пристрій управління ЕСМ-01 призначений для позиційного управління
МА ПР, оснащеними пневмоприводами (або іншими з релейним управлінням)
і потенціометрами датчиками положення. Пристрій управління ЕСМ-02
використовується для позиційного управління МА ПР, оснащеними
регульованими гідравлічними приводами і датчиками потенціометрів
положення. Цифро-аналогова система управління рухом забезпечує
безперервний характер сигналу управління в рамках точки позиціювання, що
сприяє підвищенню точності і стійкості системи.
Пристрій управління ЕСМ-03 застосовується для групового управління
МА ПР з цикловим управлінням. Пристрої управління ЕСМ-04 і ЕСМ-05
служать для позиційно-контурного управління МА ПР, оснащеними
електромеханічними приводами, наприклад «Контур-002», «Універсал» (або
іншими приводами, що мають стандартні параметри вхідного сигналу
управління: ± 10 В при струмі до 5 мА) і датчиками потенціометрів положення.
Перехід від позиційного управління до контурного і назад здійснюється за
програмою. Програмування руху виконується методом навчання.
Пристрої контурного програмного управління. Контурне керування
промисловим роботом — це управління виконавчим пристроєм ПР, при якому
рух його РО відбувається по заданій траєкторії , а величина швидкості має
заданий розподіл у часі. При русі захватного пристрою ПР по безперервній
просторовій траєкторії необхідно забезпечувати також безперервний і
синхронний відробіток окремих координат. Існують два основні способи
побудови контурних пристроїв, що відрізняються співвідношенням між
запам’ятовуючою і обчислювальною частинами пристрою. Перший спосіб
заснований на записі інформації про необхідне положення по кожній
координаті у вигляді безперервної траєкторії. Тут можуть бути відсутніми
обчислювальні блоки, але потрібний ЗУ з великим об'ємом пам'яті для

22
запам'ятовування всієї траєкторії — зазвичай застосовується комп’ютера,
наприклад М6000. Другий спосіб полягає в записі інформації про положення у
вигляді кінцевого числа вузлових опорних точок траєкторії і розрахунок
безперервної траєкторії між цими крапками шляхом інтерполяції по певному
алгоритму. Тут об'єм пам'яті ЗУ для запам'ятовування опорних точок
невеликий, але необхідно мати блок розрахунку проміжних ділянок траєкторії
(інтерполятор).
Розроблена серія пристроїв контурного управління УКМ з модифікаціями
УКМ-552 і УКМ-772 на базі мікро комп’ютера «Електроника 60» з
програмоносієм на магнітній стрічці або гнучких магнітних дисках з об'ємом
інформації, що зберігається, до 12,8 Мбіт. Вони розрізняються тільки числом
керованих координат і призначені для управління ПР, що вимагають складного
просторового переміщення РО заданої траєкторії, наприклад при виконанні
забарвлення, дугової зварки, складних складальних операцій. Структурна схема
пристрою представлена на рис. 3.5. Пристрої приймають сигнали від органів
управління ПР, вимірників датчиків ПР, контакторів технологічного
устаткування, інструмента і пристроїв, а також від аварійних кінцевих
вимикачів.
Пристрої серії УКМ володіють об'ємом оперативної пам'яті, рівним 2
Кбайт. Максимальне переміщення 16 двійкових розрядів. Вибір необхідної
програми забезпечується по сигналах від обслуговуваного устаткування, або
вручну з пульта управління. Програмування проводиться методом навчання.
Інтерполяція — лінійна.
Пристрій забезпечує плавну установку РО МА в позицію, відповідну
початку робочої програми. Блоки введення, виводу і таймера служать для
синхронізації самих пристроїв, а також для забезпечення взаємодії їх з ПР і
обслуговуваним устаткуванням. Комплекс налагоджувальних засобів
математичного забезпечення здійснює необхідне тестове діагностування
роботи пристроїв і окремих їх блоків. Пристрої мають наступні режими роботи:
навчання, автоматична робота, розмітка магнітної стрічки, введення і

23
виведення інформації на зовнішній програмоносій, редагування, тестовий
контроль. На пульті управління є цифрова індикація режимів роботи, номера
програми, збою пристрою. Введення і виведення масивів інформації
проводяться з використанням фотозчитуючого пристрою типу Р51500 (ЧССР)
і перфоратора типу ПЛ-150. Конструктивно пристрої виконані у вигляді
уніфікованої стійки управління. Є стаціонарний пульт управління і виносний
пульт управління і навчання. Монтаж виконаний з використанням мікросхем
SN7400 і дискретних елементів.
Пристрої адаптивного програмного управління. Адаптивне управління
ПР — це управління виконавчим пристроєм ПР з автоматичною зміною
програми, що управляє, в функції від контрольованих параметрів стану
зовнішнього середовища. Проблема організації адаптивного керування полягає
в необхідності забезпечення одночасної обробки великих обсягів інформації та
формування команд керування в режимі реального часу, моделювання процесу
функціонування АПР для розробки методу самонавчаючої системи керування
на основі сенсорної інформації, використовуваного і в процесі функціонування
робота. Система управління АПР виконує наступні основні функції: прийом
інформації від системи надання відчуття і її обробку, забезпечення зв'язку з
оператором, управління МА ПР відповідно до завдання, сформульованого
оператором, і тією інформацією, яку система управління отримує від системи
надання відчуття.
Ядром системи управління АПР є та, що зазвичай управляє міні або мікро
комп’ютера, хоча і намітилася тенденція використання мультипроцесорних
обчислювальних систем. Умовно адаптивні системи управління можна
розділити на два види. Перший — з фіксованою послідовністю команд, коли по
сигналах з сенсорної системи відбувається перехід від однієї команди до іншої,
а послідовність виконання команд може бути змінена залежно від сигналів
датчиків. Другий — припускає наявність в блоці пам'яті декількох можливих
програм роботи ПР. Вибір відповідної програми відбувається по сигналах з
певних датчиків.

24
Найбільш простими є пристрої управління роботами з
одиночними засобами надання відчуття. Вони зазвичай мають вибране
поле, на якому оператор формує програму роботи ПР. Виконання роботом
кожної чергової команди відбувається після отримання сигналу з датчика про
виконання попередньої команди.
Пристрої управління ПР з комплексними засобами надання відчуття
реалізуються на основі міні і мікро комп’ютера. Найчастіше для цієї мети
застосовується микро ЭВМ «Електроніка-60», створення на базі
мікропроцесорного комплекту CP1611. Апаратний і програмно сумісні з ним
мікропроцесорні комплекти серії CP1651 і CP1671 Система команд комплекту
К1801 дозволяє використовувати програмне забезпечення СМ комп’ютера і
міні- комп’ютера «Електроніка-79», «Електроніка 100/25», «Електроніка-60».
Комплект К1801 оснащений уніфікованим інтерфейсом.
Розглянемо основні відмінності управління ПР по відношенню до інших
видів устаткування з програмним управлінням. Розширення діапазону
вирішуваних управління, що відрізняються різноманітністю базових
компонентів і варіантів технологічної організації ПР. В простих випадках це
завдання логічних циклів. Ускладнення управління ПР йде у напрямі
використання елементів адаптації, штучного інтелекту , який розвивається
ширше, ніж у верстатах з ЧПУ, охоплюючи принципово нові завдання
надання відчуттів роботу, аналізу зовнішньої обстановки і прийняття рішення.
Загальне ускладнення технічної реалізації управління за рахунок,
наприклад, збільшення числа керованих органів ПР в різних просторових
системах координат і ускладнення їх взаємозв'язку, появи нових функцій
управління, включаючи режим програмування по методу навчання,
адаптивних функцій, спеціалізованих стандартних підпрограм.
Існуючі СПУ роботів класифікують в технічній літературі по
робототехніці по багатьох ознаках:
способу позиціювання;
способу представлення інформації;

25
програмоносія, способу управління;
приводу;
інформації в програмі;
способу програмування;
структурі системи управління;
складності програмного управління і його технічним можливостям.
Сучасні системи управління ПР, як правило, розроблюються на
мікропроцесорній елементній базі, мають розвинене інформаційно-
обчислювальне забезпечення, гнучке програмування функцій управління,
розширені можливості зв’язку із зовнішнім керованим і іншими засобами
обчислювальної техніки. Узагальнена структурна схема СПУ ПР відображає
основні зв'язки між окремими блоками і пристроями системи.
Розглянемо СПУ відповідно до раніше прийнятої класифікації ПР за
способом позиціювання (циклові, позиційні, контурні і адаптивні).
Пристрої циклового програмного управління.
Циклічна (або дискретна) система програмного керування (ЦППК)
забезпечує роботу одного або кількох керованих об'єктів, де виконавчі
механізми робочого механізму (ВОРМ) здійснюють різноманітні рухи в
повторюваних однакових циклах. Послідовність цих рухів задається керуючою
програмою. Програми управління в системі ЦСПК реалізуються у вигляді
жорстких фіксованих програм і змінних програм. Строгі, постійні програми
управління задаються у вигляді визначених схем електроавтоматики,
перемикання елементів управління яких здійснюється вчасно або відповідно до
технічної готовності ВОРМ. Управління часом використовується в робочих
машинах, які призначені для виконання процесу частинами протягом певного
часу. Цю програму керування забезпечує реле часу. Керування з контролем
технологічної готовності на кожній ділянці циклу використовується в робочих
машинах із переміщенням ВО, або пристроїв зажимів (контроль положення),
або при досягненні заданого рівня

26
того чи іншого технологічного параметра (контроль розмірів та кількості
деталей при затисканні або розтисканні виробів).
Технічна підготовка контролюється різними датчиками, такими як
положення, тиск, підрахунок тощо. Програма змінного жорсткого керування в
циклічному СПК побудована за матричною схемою, програмні завдання
сформовані у вигляді перемикачів, штепсельних вимикачів, командних
пристроїв з регульованими кулачками, а логічні функції реалізовані за
допомогою програмованого контролера мінікомп’ютера. релейні схеми.
Програма управління в комплексі СПК також задається в цифровому вигляді
(ЧПК) в пам'яті малогабаритного мінікомп’ютера.
Однак такі програми містять лише інформацію про цикл і технічні
режими, а рухи задаються встановленням зупинок, які впливають на
перемикання шляху. У циклічному СПК використовується EII і частіше
змінного струму. Основною характеристикою системи автоматичного
керування дискретними приводами є автономна робота без безпосереднього
втручання людини. В обов'язки оператора входить лише навчання, запуск і
подальший регулярний нагляд за роботою обладнання.
Порівняння різних систем автоматичного керування необхідно проводити
за такими характеристиками: тип траєкторії руху ВОРМ; цикл керування;
джерело інформації інтегрального закону керування; алгоритм керування;
метод програмування С; тип траєкторії руху робота. Циклічні СК забезпечують
лише дискретні траєкторії руху. Кожна його дискретна точка відповідає одній
із загальної кількості комбінацій крайніх ланок ВОРМ. Позиціонування
граничного положення зазвичай здійснюється механічним упором.
Основним недоліком дискретизації траєкторій є неповна доступність
точок робочої зони робота. Основним принципом управління циклом ПР є
реалізація позиціонування маніпулятора через стопор, що визначає багато
характеристик ЦСК:

27
– програмування логічної і технологічної інформації дискретного виду,
що визначає послідовність рухів ланок ВОРМ, тривалість позиціювання;
– виділення інформації про переміщення по окремим ступеням
рухомості, що задається за допомогою регульованих упорів або датчиків
положення;
– порівняння заданого і фактичного положень ланок ВОРМ у
природному коді;
– керування по розімкненому циклу.
Загалом до відповідності циклічних програмованих контролерів входять
керуючий та арифметичний модулі, носії програми, блоки інтерфейсу з
технічними пристроями, панелі управління та пульти ручного навчання.

Рис. 1.2 Загальна структура системи циклового керування.

Основною системою є контрольно-арифметичний модуль, який виводить
з ладу мікрооперації (керуючі імпульси), що відповідають необхідним
алгоритмам, та їх подачі до операційного блоку та інших функціональних
блоків. В електронних пристроях з циклічним програмним управлінням в якості
керуючих і арифметичних модулів використовується різні типи
мікропрограмних автоматів. Керуючі та обчислювальні модулі в

28
мікропроцесорних системах циклічного керування організовуються на базі
мікропроцесорних комплектів і мікрокомп'ютерів різних конфігурацій. Для
зберігання та підтримки інформації про порядок виконання команд у системах
циклічного керування можуть використовуватися наступні модулі:
а) електромеханічні інформаційні носії – штекерні і комутаційні поля,
програмні барабани, діодні програмовані матриці, роз’єми, перфокарти.
б) електронні, побудовані на основі напівпостійних запам’ятовувальних
пристроїв з електричним перезаписом інформації.
Блок спряження з роботом і технологічним обладнанням виконує функції
формування команд керування приводами, опитування стану датчиків, що
виробляють сигнали підтвердження відпрацювання, обміну інформацією з
технологічним обладнанням.
Пульт керування призначений для встановлення режиму роботи, запуску
і зупинки програми, відображення ходу виконання програми, стану
компонентів і правильності їх функціонування, а сигнали для ручного
переміщення ланок формуються за допомогою ручного пульта керування.
Керуюча інформація програмується за допомогою кадрів, конфігурація і
кількість яких визначається командами, що подаються на привід робота і на
технічне обслуговування. Під час автоматичного відтворення програми
інформація про послідовність виконання окремих операцій кадр за кадром
завантажується з носія програми в модуль управління і комп'ютера, який
генерує команди управління роботом і ТО.
Уніфіковані циклові системи (УЦС). Вони призначені для проміжного
позиціонування окремих ланок робота вздовж висувних упорів і для управління
різними типами технічного обладнання зі складною логікою управління. УЦС
характеризуються такими особливостями: – здійснюють керування висувними
опорами; – реалізуються алгоритми гальмування ланок робота при наближенні
до упора; – використовуються збільшена кількість команд; – формуються
технологічні програми із змінною послідовністю кадрів; – застосовується
розвинута система аварійних блокувань.

29
Типовим прикладом систем такого типу є уніфікований пристрій
циклового керування УЦМ-663.
Склад пристрою і принцип дії. Пристрій використовує "енергонезалежну"
оперативну пам'ять на інтегральній мікросхемі як носій програми, що дозволяє
зберігати інформацію навіть при відключенні електроживлення. Керуюча
інформація генерується центральним контролером відповідно до програми, що
зберігається в ОЗП.
Система видачі команд на об’єкт, що має в своєму складі програмовані
діодні матриці, які реалізують різні алгоритми керування, забезпечує
спряження пристрою з приводами циклових ВОРМ.
Сигнали керування, що виробляються блоками керування об’єктом і ТО,
безпосередньо поступають на відповідні приводи через блок вихідних
підсилювачів. Блок спряження з датчиками об’єкта і спеціальна схема в блоці
керування ТО формує сигнал відпрацювання кадру.
Для запобігання аварійних ситуацій обладнання оснащене системою
аварійного блокування, що програмується спеціальною діодною матрицею, яка
видає сигнали авторизації команд на центральний контролер. Обладнання
програмується за допомогою командного програмування з пульта оператора;
змінний формат кадру з однією або декількома виконуваними окремими
командами є однією з особливостей цієї системи. Пристрій УЦМ-663 має
досить розвинуту мову програмування (систему команд).
Кожна з команд являє собою 8–розрядне слово, що складається з коду
операції (старші розряди), необов’язкової інформаційної частини (молодші
розряди) і контрольного розряду. Команди “Рух” призначені для ручного
керування ланками ВОРМ. Устрій пульта оператора дозволяє закодувати код
операції, номер керованої координати і напрямок її руху.
Циклове управління промисловим роботом — це управління виконавчим
пристроєм ПР, при якому здійснюється програмування послідовності
виконання його руху. Особливістю циклових систем управління є
програмування тільки логічної і технологічної інформації дискретного

30
вигляду, що визначає послідовність руху ланок, тривалість позиціювання,
послідовність видачі команд на технологічне устаткування і тому подібне.
Датчиками положення або регульованими упорами подається інформація про
зовнішні переміщення в СПУ. Інформація про час задається зазвичай на
потенціометрах і відпрацьовується реле часу або аналогічними пристроями.
Більшість циклових систем управління ПР будуються на електронній
елементній базі. Уніфіковані циклові СПУ модифікацій УЦМ-10, УЦМ-20,
УЦМ-30, УЦМ-663 розрізняються в основному числом вихідних сигналів і
допоміжних команд.
Робочі органи багатьох механізмів при виконанні ними технологічних
операцій повинні переміщуватися дискретно, кроками. До таких механізмів
відносять пристрої часу, механізми подач різних верстатів і багато іншого. Для
привода цих механізмів доцільно використовувати двигуни, які за своєю
конструкцією забезпечують дискретне переміщення. Ротор крокового двигуна
виконує дозовані переміщення визначеної величини з фіксацією положення в
кінці кожного кроку. Кроковий електропривід добре узгоджується з різними
мінікомп'ютерами і не потребує ЦАП та АЦП. Тому він широко
використовується в майже усіх системах числового програмного керування
(ЧПК) 1-го покоління. Але системи з кроковими двигунами мають і досить
великі недоліки. Один із найбільших – це відсутність зворотного зв'язку за
швидкістю й за положенням. На рис. 1.3 наведена блок-схема
експериментальної САК із кроковим двигуном. Мікропроцесорний пристрій
(МПУ) за введеною в нього програмою і заданим значенням змін них, що
використовує програма, подає на комутатор крокового двигуна (ШД) сигнали
по лінії керування і тактовій лінії. По лінії керування задається напрямок руху
крокового двигуна (рівень логічного „0” відповідає напрямку руху „ВПЕРЕД”,
а рівень логічної „1” – „НАЗАД"). По тактовій лінії подаються прямокутні
імпульси, які відповідають крокам крокового двигуна (один імпульс відповідає
1–ому імпульсові). Комутатор (ШД), згідно з інформацією від (МПУ), подає
імпульси на силові ключі Кл1, Кл2, Кл3, які вмикають

31
відповідні обмотки крокового двигуна. В даній системі використовується 3 –
фазний двигун ШД4М-УЗ, із кутом повороту ротора Δφ = 1,5°. У якості (МПУ)
використовується універсальний мікропроцесорний комплект „УМК” на базі
мікропроцесора MAX232.
Рис.1.3 Блок-схема системи автоматичного керування кроковим
двигуном.

У даній роботі, для фіксації переміщення крокового двигуна
використовується лінійка та стрілка, яка переміщується поздовж вимірювальної
шкали за допомогою пасової передачі. Пас протягнутий між двома шківами,
вісь одного з яких через понижуючий редуктор пов'язана з валом крокового
двигуна. Таким чином, обертальний рух вала крокового двигуна
перетворюється в поступальний рух стрілки. Це перетворення відбувається за
формулою:
L = rш n ∆ Z1 /Z2 ;
де L – переміщення стрілки, м;
rш= 0,0135 м – радіус привідного шківа;
n – кількість кроків (задається оператором);

32
Δφ = 1,50 = 0,0261 рад/крок – кут повороту крокового двигуна при
обертанні на 1 крок;
Z1 = 13 – кількість зубів ведучої шестерні;
Z2 = 63 – кількість зубів веденої шестерні.
Згідно з програмою керування, кроковий двигун керується шляхом
виконання команд, які записані у програмі користувача, що знаходиться в
оперативній пам'яті УМК. Керуюча програма являє собою інтерпретатор і
забезпечує виконання 8 основних, 2 допоміжних та 2 налагоджувальних
команд, а також обробку й індексацію помилок та аварійних ситуацій, які
можуть виникнути в процесі виконання двигуном програми. Основні команди
- це всі команди, які працюють задля забезпечення обертання крокового
двигуна, а також команди «ПАУЗА» та «КІНЕЦЬ ПРОГРАМИ». Допоміжні
команди – це команди, які забезпечують роботу циклів (початок і закінчення
циклу). Коди команд і методика складання програми наведені в табл. 1.1.

Таблиця 1.1 - Коди команд

КОД Призначення команди Байт
00 "Немає операції" – не викликає дію 1
01 "Обертання" – команда, після якої задаються три: параметра: 5
- кількість кроків; 2
- напрямок; 1
- швидкість 1
02 "Обертання" – перед цією командою задаються незалежно всі 1
три параметра
03 Параметр швидкості; 2
04 Кількість кроків; 3
05 Напрямок 2
06 "Налагоджувальна команда" – обертання, поки не спрацює 4
кінцевий вимикач; після неї задаються параметри: кінцевий

33

вимикач; напрямок; швидкість.
07 Пауза, задається від 00 до FF, FF відповідає затримці близько 2
1 с.
08 Початок циклу, з кількістю проходів [01 до FF] 2
09 Кінець циклу 1
0А "Обнуління" – установка стрілки в початкове положення 1
0В "Обертання" – налагоджувальна – обертання в режимі АД 1
[параметри не задаються]
0С Кінець програми 1

Запуск програми для виконання. Після введення керуючої програми і
перевірки її, можна здійснити її запуск. Це проводиться так: вводиться із
клавіатури УМК команда „СТ0400" і натискається „ВП”, після чого програма
піде на виконання. Можливі помилки під час виконання програми і їх індикація.
Як відомо, у кожній програмі можуть виникнути помилки. В даній системі може
виникнути два випадки помилок: програмні (не відповідають коди програмі) і
наїзд на кінцевий вимикач. При виникненні помилки на індикаторі УМК
видається адреса комірки, в якій допущена помилка. Для усунення помилки Ви
натискаєте „СБ”+„П”+ адреса комірки, в якій виникла помилка. Наїзд на
кінцевий вимикач може виникнути, коли сумарна кількість кроків більша, ніж
максимально можлива, або у випадку, коли відстань пройдена стрілкою вперед
і назад до початкового положення різна через неточне відпрацювання двигуном
кроків Δφ > або < 1,5°. У цьому випадкові достатньо відвести стрілку від
кінцевого вимикача і знову запустити програму.
Дослідження синтезованої системи автоматичного управління
дискретним електроприводом дозволяють зробити наступні висновки. По-
перше, використання крокових двигунів для дискретних електроприводів
дозволяє досягти високої точності виконання заданого закону керування рухом.
По-друге, конструктивні особливості крокових двигунів дають

34
можливість використовувати сучасні цифрові пристрої для програмування
пристроїв керування. По-третє, проведені експериментальні дослідження
показали, що основними параметрами для керування кроковими двигунами
являються крок кутового переміщення ротора Δφ та час затримки між кроками.
Верстат PICOMAX 825 VERSA знаходить застосування у фрезеруванні
складних сплавів титану та алюмінію, що широко використовуються в
аерокосмічній галузі. Він також підходить для обробки загартованої
інструментальної сталі, необхідної у виробництві прес-форм та інструментів,
нержавіючих сталей, які затребувані у медичній техніці, а також складних
прецизійних деталей, що застосовуються в машинобудуванні та
автомобілебудуванні.

35
Таблиця 1.2 – Технічна характеристика верстата.

1.3.3 Області застосування фрезерних верстатів.
• Області застосування фрезерних верстатів
Фрезерні верстати широко застосовуються в різних галузях
промисловості завдяки їх універсальності, точності та можливості обробки
різноманітних матеріалів, таких як метал, пластик, дерево, композити тощо.

36
1. Машинобудування
Виготовлення деталей: Фрезерні верстати використовуються для
створення складних деталей, таких як корпуси, шестерні, кронштейни та
інші механічні компоненти.
Ремонтні роботи: Використовуються для відновлення пошкоджених
деталей або створення замінників.
Високоточна обробка: Забезпечують точність, необхідну для створення
механізмів із мінімальними допусками.

2. Аерокосмічна промисловість
Створення деталей літальних апаратів: Крила, фюзеляжі, елементи
двигунів і систем управління.
Обробка композитних матеріалів: Використовуються для роботи з
сучасними легкими, але міцними матеріалами.
Високоточне виготовлення: Забезпечують точність і якість, необхідні
для безпеки та надійності в цій галузі.

3. Автомобільна промисловість
Виробництво автомобільних деталей: Головки блоків циліндрів,
поршні, трансмісії, елементи кузова.
Шаблони та форми: Використовуються для виготовлення прес-форм і
штампів для виробництва автокомпонентів.

4. Металообробка
Обробка металевих заготовок: Різання, свердління, нарізання різьби.
Виготовлення інструментів: Леза, свердла, штампи та інші
інструменти.
Фасонна обробка: Формування складних поверхонь і контурів.

37
5. Деревообробна промисловість
Створення меблів: Обробка деталей із дерева для виготовлення столів,
стільців, шаф.
Художня різьба: Використання ЧПУ для створення декоративних
елементів, панно, інкрустацій.
Масштабне виробництво: Фрезерні верстати забезпечують високу
продуктивність у серійному виготовленні продукції.

6. Електроніка та точна механіка
Виготовлення плат: Використовуються для створення друкованих плат
із точними параметрами.
Мініатюрні компоненти: Обробка дрібних і складних деталей для
електронних пристроїв і годинникових механізмів.

7. Будівництво та архітектура
Обробка каменю та бетону: Використовуються для різання та обробки
декоративних елементів, плит, колон.
Створення архітектурних моделей: Точна обробка матеріалів для
макетів і дизайнерських рішень.

8. Медицина
Стоматологія: Виготовлення зубних коронок, протезів, імплантів.
Ортопедія: Створення протезів, імплантів для суглобів, індивідуальних
медичних пристроїв.
Високоточні компоненти: Деталі для медичних інструментів і
апаратури.

38
Верстат оснащений портальною станиною з горизонтальними
напрямними для переміщення стола. Уздовж цих напрямних рухаються полозки
фрезерної головки. Праворуч від станини розташований ланцюговий
інструментальний магазин. Усі рухомі компоненти верстата та зона обробки
захищені огорожею. Для забезпечення охолодження шпиндельного вузла
використовується система охолодження зі спеціальним холодильним
агрегатом. У нижній частині верстата розташований транспортер для видалення
стружки, а також агрегат для подачі мастильно-охолоджувальної рідини.

Рух вузлів верстата (рис. 1.4) здійснюється за п’ятьма осями: вертикальне
переміщення фрезерної головки по осі Z, подовжнє переміщення стола по
горизонтальній площині по осі X, поперечне переміщення полозків фрезерної
головки по осі Y, поворот стола навколо вертикальної осі C, а також нахил стола
відносно горизонтальної осі X (вісь A). Фрезерна головка кріпиться до
портальної станини, виконаної з сірого чавуну. Верстат встановлюється на три
опорні точки, а для досягнення високої геометричної точності базові поверхні
станини обробляються вручну методом шабрування.

Стандартна комплектація верстата передбачає пристрій автоматичної
зміни інструменту з ланцюговим магазином, розрахованим на 44 інструменти
діаметром до 130 мм. Процес зміни інструментів повністю автоматизований і
не вимагає втручання оператора. Під час зміни інструмента фрезерна головка
переміщується у бік у спеціальну позицію перевантаження, після чого
використаний інструмент повертається в магазин, і обирається новий для
подальшої роботи. У фрезерній головці верстата встановлено мотор-шпиндель
FEHLMANN HSK-63, створений на базі синхронного регульованого
електродвигуна великої потужності. В отворі шпинделя знаходиться механізм
закріплення інструмента. Охолодження корпусу шпиндельного вузла
здійснюється за допомогою рідини, яка подається через холодильний агрегат
спеціальної системи охолодження. Рідина циркулює в кожусі, закріпленому на
корпусі шпиндельного вузла. Переміщення стола (вісь Х), шпиндельної бабки
(вісь Z) та каретки шпиндельної бабки (вісь Y) виконується напрямними
кочення. Рух вузлів забезпечується синхронними серводвигунами
HEIDENHAIN QSY 155 EcoDyn, оснащеними вбудованими датчиками
обертання, які відстежують положення ротора і швидкість обертання вала. На
осі Z встановлено серводвигун з вбудованим гальмом.

Номінальна частота обертання вала двигуна становить 3000 хв⁻ ¹, а
максимальна — 4200 хв⁻ ¹. Серводвигуни з’єднані з ходовими гвинтами
кулькових гвинтових передач через беззазорні муфти Rotex GS.

Ходові гвинти закріплені у двох опорах: вільний кінець встановлено в
голчастому роликопідшипнику без внутрішнього кільця RNA 4904.2RS (25/17),
а передня опора, розташована біля привідного електродвигуна,

39
виконана на основі роликових упорних підшипників із радіальним
компонентом ZARF 3080-L. Для контролю положення виконавчих органів за
всіма лінійними осями використовуються лінійні енкодери з оптичними
лінійками HEIDENHAIN LS 483. Щоб мінімізувати вплив температурних
деформацій гвинтів на точність роботи верстата, гайки кулькових гвинтових
передач охолоджуються рідиною від системи охолодження. Лазерна система
BLUM забезпечує контроль пошкоджень різального інструмента, а також
вимірювання його діаметральних і осьових розмірів з мікрометровою точністю.

Рис. 1.4 Система кріплення інструмента.

40
Таблиця 1.3 Система кріплення інструмента.

1 Приводна штанга

2 Пружинний пакет

3 Утримувач цанги

4 Захоплювачі цанги

5 Кільцеве ущільнення

6 Контрувальний гвинт

7 Інструментальна оправка

Висновок до розділу 1.
Верстати з числовим програмним управлінням (ЧПУ) є незамінним
обладнанням для сучасного виробництва, забезпечуючи високу точність і
автоматизацію процесів. Їх використання дозволяє ефективно виконувати
складні операції, знижувати витрати на ручну працю та підвищувати
продуктивність.
Переваги верстатів ЧПУ:
1. Точність і повторюваність: Високий рівень контролю над процесом
обробки забезпечує ідентичність готових виробів.
2. Ефективність: Швидкість роботи таких верстатів значно перевищує
продуктивність ручної праці.
3. Гнучкість: Можливість швидко змінювати програми для виробництва
різних деталей.

41
4. Мінімізація людського фактора: Знижуються ризики помилок,
пов’язаних із людською участю.
Недоліки:
1. Висока вартість: Першопочаткові інвестиції у верстати ЧПУ та їх
обслуговування можуть бути значними.
2. Необхідність навчання: Потреба у кваліфікованих працівниках для
програмування та обслуговування обладнання.
3. Складність ремонту: Поломки можуть потребувати спеціалізованого
обслуговування.
Для ознайомлення з доступними моделями верстатів ЧПУ, їх
характеристиками та цінами обрав дане джерело cnc.com.ua, що надає
вичерпну інформацію про різні типи обладнання, їхні можливості та
особливості використання.

42
2. РОЗРОБКА БЛОКУ УПРАВЛІННЯ
2.1 Технічні характеристики і аналіз функцій

Згідно завдання наша спеціалізована система комплексу різки металу
буде різати сталеві прутки для подальшого їх використання як заготовки для
інших видів обробки металу. Нижче приводжу технічні характеристики
спеціалізованої системи комплексу різки металу:
Режим роботи ............................... ручний; автоматичний.
Продуктивність, шт.\хв… ........... 10-20.
Діаметр, мм ................................... 5.
Довжина нарізки прутка, мм ........ 200-500.
Точність нарізки, мм……………..+- 0.5.
Кількість двигунів, шт ................. 3.
Кількість датчиків, шт ................... 8.
Кількість магнітних пускачів… .... 7.
Напруга живлення, В ....................... 220.
Струм, А .......................................... 1.5.
Частота, Гц ...................................... 50.
Габарити, мм ................................... 1200х500х500.
Вага, кг ............................................. 60.

Принцип роботи схеми полягає в ручному та автоматичному керуванні
двигунами переміщення, електромагнітами, двигуном різання а також прийом
і передачу сигналів із керуючої програми по якій буде працювати технологічне
обладнання. Всього в спеціалізованій системі комплексу різання металу будуть
працювати 3 двигуна, 7 магнітних пускачів, 8 датчиків, схема управління на
логічних елементах, схема сполучення схеми управління з комп’ютером і
виконавчими механізмами.

43
2.2 Розробка та обґрунтування структурної схемі блоку
управління

Розробка структурної схеми полягає у створенні схеми основних
параметрів і процесів які відбуваються у даному пристрої. Наша схема – це блок
логіки який керує спеціалізованою системою комплексу різки металу та блок
зв’язку блоку логіки з комп’ютером. Також існує блок вхідних сигналів, блок
вихідних сигналів та джерело живлення. Отже загальна схема має вигляд, рис
2.1

Міні
комп’ю-
тер

Рис. 2.1 Спрощена функціональна схема взаємодії блоків.

БВХС - Блок вхідних сигналів з датчиків.
БЛ - Блок логіки.
БВИХС - Блок вихідних сигналів до виконавчих механізмів.
ДЖ - Джерело живлення.

44
Розробляємо функціональну схему блоку логіки. Нашу схему умовно
можна поділити на 2 частини це: блок зв’язку мінікомп’ютера і схеми
керування, пристрій розгрузки LPT порту, блок керування і логічні елементи,
пристрій контролю напрямку передачі сигналів.

Міні
комп’ютер

Рис. 2.2 Спрощена функціональна схема блоку логіки.

БЗ - блок зв’язку мінікомп’ютера і схеми керування(LPT порт).
ПР - пристрій розгрузки LPT порту.
БК - блок керування .
ПКНПС - пристрій контролю напрямку передачі сигналів.
БВХС - Блок вхідних сигналів з датчиків.
БВИХС - Блок вихідних сигналів до виконавчих механізмів.
Розробимо структурну схему блоку зв’язку мінікомп’ютера і схеми
керування (LPT порт).

45
Блок включає в себе пристрій зв’язку мінікомп’ютера і схеми керування
технологічним обладнанням, а саме LPT порт.
Порт має 8 вихідних контактів і 5 вхідних контактів. Схема структурна
блоку зв’язку розміщена на рис. 2.3.

Рис. 2.3 Схема структурна блоку зв’язку.

БВХС - Блок вхідних сигналів з датчиків
БВИХС – Блок вихідних сигналів до виконавчих механізмів
ВИХК – Вихідні контакти
ВХК – Вхідні контакти
Розробимо схему структурну блоку керування. Блок включає в себе
запам’ятовуючий пристрій, пристрій інвертування сигналу, пристрій розгрузки
LPT порту. Отже маємо схему, рис 2.4.
МІНІ
КОМП’ ЮТЕ
Р

46

Рис. 2.4 Схема структурна блоку керування.

ПР – Пристрій розгрузки LPT порту.
ЗП – запам’ятовуючий пристрій.
ПІ – пристрій інвертування.
ВХС – вхідні сигнали з ЕОМ.
ВИХС – вихідні сигнали на виконуючі пристрої.

47
Отже тепер можна зобразити повну функціональну схему пристрою, рис
2.5.

Рис. 2.5 Повна структурна схема пристрою.
ПКНПС - пристрій контролю напрямку передачі сигналів.
ПР - пристрій розгрузки LPT порту.
ЗП - запам’ятовуючий пристрій.
ПІ - пристрій інвертування.
БВХС - вхідні сигнали з датчиків.
БВИХС – вихідні сигнали до виконавчих механізмів.
ВИХК – вихідні контакти.
ВХК – вхідні контакти.

Дослідивши мову програмування верстатів можу сказати, що G-код є
універсальною мовою для програмування верстатів із числовим програмним
управлінням (ЧПУ), але різні контролери можуть підтримувати різні
підмножини команд. Нижче наведено основні типи команд G-коду, які зазвичай
підтримуються більшістю систем управління ЧПУ, включаючи популярні ОС і
контролери, такі як FANUC, Siemens, Haas, Mach3.
Міні-
комп’ ют
ер

48
Ось приклад програмного коду на G-коді (основна мова програмування
для верстатів із числовим програмним управлінням), який можна
використовувати для створення простої деталі:

%
(Програма для вирізання квадрата 50x50 мм)
G21 (Встановлення одиниць вимірювання в міліметрах)
G17 (Вибір робочої площини XY)
G90 (Абсолютні координати)
M06 T1 (Змінити інструмент на T1)
M03 S1200 (Увімкнути шпиндель, оберти 1200 об/хв)
G00 X0 Y0 (Перехід до стартової точки)
Z5 (Підйом інструмента над заготівлею на 5 мм)
G01 Z-2 F100 (Опускання інструмента на глибину -2 мм із подачею 100
мм/хв)
G01 X50 F200 (Рух по осі X на 50 мм із подачею 200 мм/хв)
G01 Y50 (Рух по осі Y на 50 мм)
G01 X0 (Рух назад по осі X до 0 мм)
G01 Y0 (Рух назад по осі Y до 0 мм)
G00 Z5 (Підйом інструмента над заготівлею)
M05 (Зупинка шпинделя)
M30 (Кінець програми)
%

Пояснення основних команд:
• G21 — Установлення метричної системи вимірювань.
• G17 — Вибір площини для роботи (XY).
• G90 — Використання абсолютних координат.
• M06 — Заміна інструмента (у цьому прикладі вибирається T1).

49
• M03 — Увімкнення шпинделя (S1200 означає швидкість обертання 1200
об/хв).
• G00 — Швидкий переміщення інструмента до заданої координати.
• G01 — Лінійний рух із заданою швидкістю подачі (F визначає
швидкість).
• M05 — Зупинка шпинделя.
• M30 — Завершення програми.
Цей код демонструє базові принципи роботи з G-кодом для виконання
простої геометричної операції. Залежно від завдань, код може бути доповнений
командами для складніших операцій (наприклад, свердління, фрезерування за
профілем, різьбонарізання тощо).
Для забезпечення ефективної роботи верстатів із числовим програмним
управлінням (ЧПУ) важливо правильно обладнати робоче місце. Вибір
технічного обладнання залежить від завдань, які необхідно виконувати,
та специфіки виробництва. Нижче наведено перелік технічних засобів, які
можна використовувати для інтеграції та обслуговування систем ЧПУ:
• Операційна система: Windows 11 Pro (для роботи з програмним
забезпеченням керування ЧПУ).
• Процесор: Intel Core I9-14900k (висока швидкодія для обробки складних
програм).
• Відеокарта: MSI RTX 4080 Gaming Trio X (для роботи з 3D-моделями
та візуалізацією деталей).
• Оперативна пам’ять: 4 x KINGSTON DDR5 6000MHz 16Gb (для
роботи зі складними проектами).
• Материнська плата: Aorus Z790 Pro (забезпечує стабільність і
сумісність усіх компонентів).
• Бездротовий зв’язок: MClaut Network (для інтеграції в мережу
підприємства).

50
• Аудіообладнання: Sennheiser HD 650 (для відеоконференцій і
навчання).
• Комп’ютерна миша: Logitech G305 Wireless White (зручність при
роботі з програмним забезпеченням).
• Клавіатура: ASUS ROG FX Low (забезпечує комфортну роботу).
• Монітор: Gigabyte M34WQ 144Hz (широкий формат для роботи з
кресленнями та програмами ЧПУ).
Висновки до розділу 2.
У даному розділі було досліджено апаратні та програмні засоби, які
використовуються для роботи з верстатами ЧПУ. Аналізувалися їх
характеристики, що впливають на швидкість та ефективність роботи
обладнання.
Розроблено узагальнену модель технічного оснащення для інтеграції
ЧПУ, яка дозволяє оптимізувати процес проектування, встановлення та
налагодження системи. Це сприяє підвищенню продуктивності та
забезпечує якісне виконання виробничих завдань.

51
РОЗДІЛ 3
РОЗРОБКА СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПРИНЦИПОВОЇ
3.1 Розробка та обгрунтування принципової схеми блоку
управління.
Структура програмного забезпечення для управління верстатами
ЧПУ
Одним із ключових елементів програмного забезпечення для
роботи з верстатами ЧПУ є його структура. Вона включає набір
функціональних блоків, які дозволяють інтегрувати, керувати, а також
оптимізувати роботу обладнання. Візуалізація загальної моделі
програмного забезпечення полегшує розуміння її компонентів і сприяє
ефективному використанню.
Основні особливості для оптимізації ПЗ ЧПУ:
1. Назва програми: Лаконічна й зрозуміла назва сприяє зручному
використанню програмного забезпечення операторами.
2. Інтерфейс: Уникнення перевантаженого дизайну; головне меню має
забезпечувати швидкий доступ до основних функцій, таких як
завантаження програм, налаштування параметрів і моніторинг процесів.
3. Швидкість обробки: Оптимізація для роботи з великими обсягами G-
кодів, забезпечуючи швидке завантаження та обробку завдань.
4. Контент: Чіткі інструкції для операторів і зручні інструменти для
внесення змін до коду чи параметрів.
5. Адаптивність: Сумісність із різними типами ЧПУ верстатів і контролерів.
6. Зручний зв’язок: Інтеграція з мережею підприємства для оперативного
обміну даними між робочими станціями.
7. Зворотний зв’язок: Наявність журналу подій і логів для відстеження стану
верстата та помилок.

52
Принцип декомпозиції концептуальної моделі ЧПУ
Концептуальна модель програмного забезпечення для ЧПУ
складається з кількох основних модулів:
Головна сторінка: Інформаційна панель із ключовими параметрами
стану верстата (швидкість шпинделя, координати тощо).
Меню завантаження G-кодів: Модуль для вибору, перегляду та
завантаження програм.
Редактор G-коду: Інструмент для створення, редагування та перевірки
синтаксису програм.
Моніторинг процесу: Відображення поточного стану завдання,
траєкторії інструмента, часу виконання тощо.
Діагностика: Система повідомлень про помилки, стан датчиків і збої.
Ця структура дозволяє ефективно організувати робочий процес та
знизити ризик помилок у роботі обладнання.
Проектування дизайну ПЗ ЧПУ та програмного коду
Завдання проектування інтерфейсу полягає в тому, щоб оператор
одразу міг орієнтуватися у програмі.
1. Головний екран: Відображає параметри верстата, список завдань і статус
роботи.
2. Кнопка "Запустити програму": При натисканні активується
завантажений G-код.
3. Діалогові вікна: Інформують про успішне виконання або виявлені
проблеми.
Код для створення кнопки запуску (приклад на Python + PyQt):

from PyQt5.QtWidgets import QApplication, QMainWindow,
QPushButton, QLabel
import sys

class CNCApp(QMainWindow):
def init (self):

53
super(). init ()
self.setWindowTitle("CNC Control Panel")
self.setGeometry(100, 100, 400, 300)

# Створення кнопки запуску
self.start_button = QPushButton("Запустити програму", self)
self.start_button.setGeometry(100, 100, 200, 50)
self.start_button.clicked.connect(self.run_program)

# Інформаційний лейбл
self.info_label = QLabel("Стан: очікування запуску", self)
self.info_label.setGeometry(100, 50, 200, 30)

def run_program(self):
# Логіка запуску G-коду
self.info_label.setText("Стан: програма виконується")
print("Виконання програми...")

if name == " main ":
app = QApplication(sys.argv)
main_window = CNCApp()
main_window.show()
sys.exit(app.exec_())

Програмне забезпечення. Для роботи схеми управління комплексу
різки металу обрано програму, розроблену для керування
технологічним обладнанням з’єднаним за персональним
комп’ютером за допомогою LPT порту.
Потрібний алгоритм роботи буде записаний у програмі керування
блоку логіки автоматичної лінії в комп’ютері, також за допомогою цієї
програми можна буде керувати не за алгоритмом, а в ручному режимі.
Інтерфейс програми управління спеціалізованою системою
комплексу різки металу буде мати вигляд, рис. 3.1.

54

Рис. 3.1 Інтерфейс програми.

Інтерфейс програми для ручного режиму роботи буде мати вигляд,
рис. 3.2.

55

Рис. 3.2. Інтерфейс програми ручного режиму роботи

Інтерфейс програми для автоматичного режиму роботи буде мати
вигляд, рис.3.3.

56

Рис. 3.3. Інтерфейс програми автоматичного режиму роботи.

Алгоритм роботи програми для автоматичного режиму роботи
буде мати вигляд:
Початок:
«1» Якщо на 13 контакті "0" – припиняємо програму поки не
з'явиться "1" (перевірка заготовки).
«2» Якщо на 13 контакті з'явилася "1" – подаємо на 2 контакт "1"
(включаємо пилу).
«3» Якщо на 12 контакті немає "1" повторюємо «2» кадр (перевірка
двигуна пилки на наявність напруги).
«1» Якщо на 13 контакті "0" – припиняємо програму поки не
з'явиться "1" (перевірка заготовки).
«4» Посилаємо на 4 контакт "1" (затискаємо другий електромагніт)
«5» Якщо на 10 контакт прийшов "0" то повторити «4» кадр
(перевірка зажатості електромагніта).
«6» Якщо на 10 контакт прийшла "1" то на 5,6 контакт подаємо "0"
а на 7 контакт подаємо "1" (рух вперед).
«7» Подаємо на 8 контакт "0", на 9 контакт "1" Якщо на 15 контакті
з'явиться 1 то на 5,6,7 контактів подаємо "0"(доїхали до датчика
зупинилися).
«8» Посилаємо на 3 контакт "1" (затискаємо перший
електромагніт).
«9» Якщо на 11 контакт прийшов "0" то повторити «8» кадр
(перевірка зажатості електромагніта).

57
«10» Якщо на 11 контакт прийшла "1" те на 6,7 контакт подаємо
"0" а на 5 контакт подаємо "1" (рух вниз).
«11» Подаємо на 8,9 контакт "1" Якщо на 15 контакті з'явиться 1 то
на 5,6,7 контактів подаємо "0" (доїхали вниз зупинилися).
«12» Подаємо на 5 контакт "0" на 6,7 контакт "1" (рух вгору).
«13» Подаємо на 8,9 контакт "1" Якщо на 15 контакті з'явиться 1 то
на 5,6,7 контактів подаємо "0" (доїхали вниз зупинилися).
«14» На 6,7 контакт подаємо "1" а на 5 контакт подаємо "0" (рух
вгору).
«15» Подаємо на 8 контакт "1" на 9 контакт "0" Якщо на 15 контакті
з'явиться 1 те на 5,6,7 контактів подаємо "0" (доїхали вгору зупинялися).
«16» Подаємо на 4 контакт "0" (розжимаємо другий електромагніт).
«17» Якщо на 10 контакт прийшла "1" то повторити «4» кадр
(перевірка розажатості 2 електромагніта).
«18» Якщо на 10 контакт прийшов "0" то на 5,7 контакт подаємо
"0" а на 6 контакт подаємо "1" (рух назад).
«19» Подаємо на 8,9 контакт "0" Якщо на 15 контакті з'явиться 1 то
на 5,6,7 контактів подаємо "0" (доїхали до датчика зупинилися).
«20» Посилаємо на 3 контакт "0" (розжимаємо перший
електромагніт).

Схема електрична принципова складається з блоку зв’язку мінікомп’тера
і схеми керування, пристрою розгрузки LPT порту, блоку керування і логічних
елементів, пристрою контролю напрямку передачі сигналів.
Одже розробимо схему електричну блоку зв’язку мінікомп’тера і схеми
керування, яка складається з LPT порту, рис. 3.4.

58

Рис. 3.4 Схема електрична принципова блоку зв’язку мінікомп’тера і
схеми керування (LPT – порт).

Розробимо схему електричну блоку керування в ній будуть використані
вибрані мікросхеми: SN7404N, SN74141, 7474PC.
Отже схема блоку керування буде мати вигляд, рис. 3.5.

59

Риc. 3.5. Схема електрична принципова блоку керування технологічним
обладнанням.

DD2 – дешифратор.
DD3.1– DD3.4 – тригери.
DD5.1– DD5.4 – інвертори.
Розглянемо схему електричну принципову пристрою розгрузки LPT
порту, рис. 3.6.

60

Рис. 3.6 Схема електрична принципова пристрою розгрузки LPT порту
(мультиплексора).

Рисунок 3.7. Схема електрична принципова пристрою контролю
напрямку передачі сигналів (шинний формувач).

З попередньо розроблених схем складаємо повну схему електричну
принципову пристрою. Вона буде складатися з розроблених вище схем блоку
зв’язку мінікомп’тера і схеми керування, пристрою розгрузки LPT порту, блоку
керування і логічних елементів, пристрою контролю напрямку передачі
сигналів.
Дана схема буде мати вигляд, рис. 3.7.

61

Рис. 3.7.Повна електрична схема керування спеціалізованою системою
комплексу різки металу.
DD1 шинний формувач 2SK3216-01.
DD2 дешифратор SN74141.
DD3.1- DD3.2, DD6.1-DD6.2 тригери 7474PC.
DD4 мультиплексор 74ALS151 .
DD5.1- DD5.4 інвертори SN7405N.
Розглянемо принцип роботи нашої схеми керування спеціалізованою
системою комплексу різки металу. Принцип роботи схеми полягає в ручному

62
та автоматичному керуванні двигунами переміщення, електромагнітами,
двигуном різання а також прийом і передачу сигналів із керуючої програми по
якій буде працювати технологічне обладнання.
Від кінцевих вимикачів будуть надходити 8 сигналів 4 з яких ми
підключили до LPT порту а інші 4 сигнали ми підключаємо через
мультиплексор вихід якого буде підключатися до п’ятого вхідного сигналу
LPT-порта. Мультиплексор забезпечить проходження тільки одного сигналу,
номер якого буде визначатися за допомогою адресних входів. Сигнали
адресних входів будуть подаватися з трьох вихідних сигналів LPT – порта.
3 вихідні сигнали будуть надходити на дешифратор, за його допомогою
буде обиратися один із тригерів в який буде записуватися інформація про
вибраний нами тригер.
Наступні три сигнали будуть надходити на входи шинного формувача,
який призначений для розвантаження виходів порта.
Вибір кристалу повинен бути заземлений.
Перший його вихідний сигнал при подачі логічної одиниці буде запускати
двигун різки, а при подачі нуля вимикати його.
Другий та третій сигнали будуть керувати електромагнітами, при подачі
логічної одиниці вони будуть замикатись, при подачі нуля розмикатись.
3.2 Вибір і обгрунтування елементарної бази блоку логіки.
Розглянемо елементну базу пристрою. Схема схеми керування
технологічним обладнанням зібрана на мікросхемах ТТЛ. В схемі використані
мікросхеми серії SN7400, ALS20 або їх аналоги.
Для передачі на станок та від нього сигналів схема побудована на різних
елементах та пристроях.
В схемі використовуються мультиплексори, дешифратори, тригери,
шинні формувачі, а також елементи «НІ» та їх комбінації, зібрані на різних
мікросхемах.
Тригер – це логічний пристрій, здатний зберігати 1 біт даних. До тригерів
прийнято відносити всі пристрої, які мають два стійкі стани. В основі

63
будь-якого тригера знаходиться кільце з двох інверторів, яке зображують в
вигляді так званого защеплювача (защіпка). Розрізняють такі типи тригерів: D
–тригери, T – тригери, RS – тригери, синхронні RS – тригери, JK – тригери, рис.
3.8.

Рис. 3.8. Тригери: DD1 D – тригер; DD2 T – тригер; DD3 RS – тригер; DD4
синхронний RS – тригер; DD3 JK – тригер.

Найбільш часто в цифрових інтегральних мікросхемах, а також в
імпульсних приладах застосовують тригери з єдиним входом даних D, так звані
D- тригери. Для D- тригера необхідно лише чотири зовнішніх виводи: вхід
даних D, тактовий вхід С два виходи Q та Q. Принцип дії D- тригера можна
побачити з таблиці логічних станів D – тригера, таб. 3.1.
Таблиця 3.1 - Логічні стани D – триггера

Вхід Вихід
D C(n Q Q
n +1) (n+1) (n+1)
Н Присутній Н В
В Присутній В Н

64

Рис. 3.9. Внутрішня будова RS – тригера на елементах АБО – НЕ та на
елементах И – НЕ і діаграма роботи .

Синхронні RS – тригери може перейти в новий стан, якщо разом з
визначеною комбінацією вхідних сигналів на вхід синхронізації надходить
керуючий імпульс. Позначення синхронізації приведена на рис. 3.10.

Рис.3.10. Позначення синхронізації.
Рис. 3.11. Внутрішня будова (А) та діаграма роботи синхронного
RS - тригера .

65
D – тригер це тригери затримки. Рівень сигналу на виході повторює
рівень сигналу на вході D в момент приходу синхроімпульсу, рис. 3.12.

Рис. 3.13. Позначення на схемах D – тригер (А) та діаграма роботи.
Рис. 3.14. Внутрішня будова D – тригера (А) та діограма роботи.

JK – тригери ще називають універсальними, оскільки з них можна
отримати будь – який вид тригерів, вони не мають заборонених команд на вході.

66

Таблиця 3.2 - Таблиця відповідності JK – тригера.

J K Qi Qi+1
0 0 Q Q
1 0 Q 1
0 1 Q 0
1 1 Q Q

Рис. 3.15. Внутрішня будова JK – тригера (А) та
діаграма роботи.

З’єднавши послідовно декілька тригерних схем – подільників частоти на
два, отримуємо найпростіший багато розрядний двоїчний лічильник. Такі
лічильники в схемі використовуватися не будуть.
Нероз’ємними елементами мікро схемотехніки є елементи І, АБО, НІ та
їх компонування.

67
Так, на рис. 3.16. показані найбільш поширені елементи та принцип їх
роботи.

Рис. 3.16 Елементи:
а – І (повторювач);
б – НІ (інвертор);
в – 2І (кон’юнктор);
г – 2І – НІ;
д – 2АБО (дис’юнктор);
е – 2АБО – НІ.

Для розв’язання дискретних входів та виходів застосовуються оптопари –
оптоелектроний напівпровідниковий пристрій, який складається із
випромінюючого і фото приймального елемента, між якими є оптичний зв'язок,
забезпечуючи між входом та виходом ізоляцію.
По навантажувальній здатності мікросхеми можна розділити на
стандартні (№10 для серій SN7400 і SN74S й N = 20 й 40 для мікросхем серії
ALS20 відповідно), мікросхеми з підвищеною навантажувальною здатністю (N
= 30 і більше), мікросхеми зі спеціальним вихідним каскадом, що забезпечує
значно більше високу навантажувальну здатність в одному з логічних станів.
Деякі типи мікросхем випускають із так називаним
«відкритим» колекторним виходом.

68
Окремо слід зазначити спеціальний клас мікросхем із третім станом
вихідного каскаду, називаним також ще «високоімпендансним», або «Z-
станом», при якому мікросхема відключається по своєму виході від
навантаження. Це, як правило, буферні елементи з відносно великою
навантажувальною здатністю.
Мікросхема SN7405N – ця мікросхема вмішує в собі елемент 8НІ.
Мікросхема SN7404N (SN7405N - SN7407N5) – містять імпульсні
підсилювачі струму цифрового сигналу. Ці елементи ТТЛ прийнятий називати
буферними. Буферні підсилювачі можуть передавати сигнал без інверсії, або з
інверсією. Мікросхема SN7406N4 містить буферні елементи без інверсії. Інші
мікросхеми групи ЛН складаються з інверторів. У мікросхеми SN7404N
інвертори постачені двотактним вихідним каскадом, інші мають виходи з
відкритим коллектором.
Для інверторів ЛН 1: час затримки поширення сигналу становить для
SN7404N - 22нс, ALS20 - 15нс, відповідно стікаючий вихідний струм Iвых для
одного інвертора: 16, 8, 20мА. Найбільший струм Iпот мікросхеми SN7404N
споживають, якщо на всіх шести входах присутні напруги високого рівня.
При Uвх = 4,5 В ці крапки становлять 33,66 й 54 мА для мікросхем
SN7404N серій SN7400, ALS20 відповідно. Якщо на всіх входах присутні
напруги низького рівня, струм споживання IСП. знижується в 2,2 рази. По
електричних параметрах мікросхемі SN7407N приблизно відповідає SN7406N4.
Мікросхема SN7407N містить шість буферних інверторів з відкритими
колекторами, вихідна напруга на які можна підвищити до 15 В, застосувавши
додаткове джерело живлення. Таким чином, цей буферний елемент придатний
для запалювання індикаторного сегмента.
Мікросхема 7474PC – два незалежних D – тригера (якщо не задіяні входи
S та R), які мають спільний ланцюг живлення. Їх можна

використовувати як RS – тригери, якщо не задіювати входи D та C. Входи S

69

та R асинхронні, так як працюють (збросують стан тригера) незлежно від
сигналу на тактовому вході. Активний рівень для них – низький (Н).

Сигнал від входу D пердається на виходи Q та Q по перепаду імпульса на
тактовому вході С від низкого до високого. Щоб тригер переключився
правельно, рівень на вході D необхідно зафіксувати раніше, перед тим, як
прийде тактовий перепад.
Таблиця 3.3 - Стани тригера мікросхеми 7474PC

Режим роботи Вхід Вих
ід

S R Q
Асинхронне встановлювання
Асинхроний скид
Завантаження одиниці
Завантаження нуля

Мікросхема МН74S571 інтерфейсна мікросхема, яка має один
управляючий вивід УВ, який управляє потоком даних в шинному формувачі.
Тобто якщо на цьому виводі – низкий рівень, то інформація передаеться з А на
В, а якщо рівень високий – інформація переходе від В до С. Шинні формувачі
можуть працювати в третьому стані (високоомний стан).
Для цього необхідно на вивід ВК подати рівень логічной одиниці, просто
підключивши вивід до джерела живлення, тобто при перевірці тестером,він
повинен показати рівень напруги рівний 4,2 Вольти .
Мікросхема 74ALS151 – ця мікросхема вмішує в собі мультиплексор який
має вісім інформаційних входів D0 - D7, три адресних входи 1, 2, 4 і вхід
стробування S. У мікросхеми два виходи - прямій й інверсний. Якщо на
входістробування логічна 1, на прямому виході 0 незалежно від сигналів на

70
інших входах. Якщо на вході стробування логічний 0, сигнал на прямому виході
повторює сигнал на тім вході, номер якого збігається з десятковим
еквівалентом коду на входах 1,2,4 мультиплексора. На інверсному виході
сигнал завжди противофазний сигналу на прямому виході.

Рис. 3.16. Нумерація виводів мікросхем.

71
Встановимо зовнішній вигляд та розміри мікросхеми SN7404N.

Рис. 3.17.Розміри та вигляд мікросхеми SN7404N.

SN7404N – це мікросхема 6 інверторів в 1 корпусі.
Для інверторів: час затримки поширення сигналу становить для SN7404N
- 22нс, 74LS - 15нс; відповідно стікаючий вихідний струм Iвых для одного
інвертора: 16, 8, 20мА. Найбільший струм Iпот мікросхеми споживають, якщо
на всіх шести входах присутні напруги високого рівня.
Тому оптимальний варіант вибрати саме SN7400 серію.
Встановимо зовнішній вигляд та розміри мікросхеми 7474PC

72

Рис. 3.18.Розміри та вигляд мікросхеми 7474PC

Мікросхема 7474PC – два незалежних D – тригера ( якщо не задіяні
входи S та R), які мають спільний ланцюг живлення. Їх можна

використовувати як RS – тригери, якщо не задіювати входи D та C. Входи S

та R асинхронні, так як працюють (зкидають стан тригера) незалежно від
сигналу на тактовому вході. Активний рівень для них – низький (Н).
Встановимо зовнішній вигляд та розміри мікросхеми SN74141.

73

Рис. 3.19. Розміри та вигляд мікросхеми SN74141.

Додамо, що дешифратори можуть мати різну кількість входів і виходів,
залежно від своєї функціональної призначеності. Наприклад, дешифратор з
двома входами може мати чотири виходи, які включаються по черзі в
залежності від комбінації сигналів на входах. Дешифратори можуть також
використовуватися для демультиплексування даних, коли вхідний сигнал
подається на вхід дешифратора, а на виходах отримуємо декілька окремих
сигналів, що відповідають різним каналам. Дешифратори входять у всі серії
мікросхем ТТЛ і КМДП. Наприклад дешифратор SN74141 (два дешифратори в
корпусі) перетворить двійковий код в код '1 з 4', SN74141 і CD4028A в код '1 з
10', SN74143- в код '1 з 16'.
Дешифратор на мікросхемі SN74141 призначений для роботи з
декадними газорозрядними індикаторами. Його виходи підключаються

74
безпосередньо до катодам (має форму десяткових цифр) газорозрядного
індикатора, анод якого через резистор підключений до джерела живлення
напругою 200-250 В. Вихідні сигнали цієї мікросхеми відрізняються від ТТЛ
рівнів і тому для підключення до неї інших мікросхем доводиться застосовувати
додаткові пристрої узгодження.
Встановимо зовнішній вигляд та розміри мікросхеми 2SK3216-01

Рис. 3.20. Розміри та вигляд мікросхеми 2SK3216-01
Мікросхема МН74S571 інтерфейсна мікросхема яка має один
управляючий вивід УВ, який управляє потоком даних в шинному формувачі.
Тобто якщо на цьому виводі – низкий рівень, то інформація передаеться з А на
В, а якщо рівень високий – інформація переходе від В до С.

75

Рисунок 3.21. Розміри та вигляд мікросхеми 74ALS151

Мікросхема 74ALS151 – ця мікросхема вмішує в собі мультиплексор який
має вісім інформаційних входів D0 - D7, три адресних входи 1, 2, 4 і вхід
стробування S. У мікросхеми два виходи - прямій й інверсний. Якщо на
входістробування логічна 1, на прямому виході 0 незалежно від сигналів на
інших входах. Якщо на вході стробування логічний 0, сигнал на прямому виході
повторює сигнал на тім вході, номер якого збігається з десятковим
еквівалентом коду на входах 1,2,4 мультиплексора. На інверсному виході
сигнал завжди противофазний сигналу на прямому виході.
В схему цього пристрою включені конденсатори типу Н47 для
згладжування пульсацій.
Назначимо вхідні та вихідні сигнали.

76
LPT - порт має 25-и контактний 2-х рядний роз'єм, дані передаються в
одну сторону: від комп'ютера до зовнішнього пристрою. Але повністю
однонаправленим його назвати не можна. Так 4 зворотні лінії
використовуються для контролю за станом пристрою. Centronics дозволяє
підключати один пристрій, тому для сумісного чергового використовування
декількох пристроїв вимагається додатково застосовувати селектор.
Контакти Позначення Призначення
1 Strobe Маркер циклу передачі (вихід).
2 Data 1 Сигнал 1 (вихід).
3 Data 2 Сигнал 2 (вихід).
4 Data 3 Сигнал 3 (вихід).
5 Data 4 Сигнал 4 (вихід).
6 Data 5 Сигнал 5 (вихід).
7 Data 6 Сигнал 6 (вихід).
8 Data 7 Сигнал 7 (вихід).
9 Data 8 Сигнал 8 (вихід).
10 Acknlg Готовність прийняти (вхід).
11 Busy Зайнятий (вхід).
12 Paper End Немає паперу (вхід).
13 Select Вибір (вхід).
14 Auto Feed Автоподавання (вихід).
15 Error Помилка (вхід).
16 Init Ініціалізація (вихід).
17 Select In Управління друком (вихід).
18 GND Загальний (заземлення).
19 GND Загальний (заземлення).
20 GND Загальний (заземлення).
21 GND Загальний (заземлення).
22 GND Загальний (заземлення).
23 GND Загальний (заземлення).

77
24 GND Загальний (заземлення).
25 GND Загальний (заземлення).
Для сигналів виходу ми вибираємо входи Data 1 - Data 8(2-9)
Для вхідних сигналів ми вибираємо входи Acknlg, Busy, Paper End,
Select (10-13,15) .
Також ми будемо використовувати вихідний сигнал Strobe для подачі
імпульсу на тригери в момент зміни сигналів для синхронізації сигналів.

3.3Розрахунок енергії споживання схеми управління
Розрахунок енергії споживання зводиться до визначення загальної
потужності, що споживається пристроєм.
Отже, спочатку визначаємо потужність, що споживають мікросхеми. Для
цього необхідно споживчий струм кожної мікросхеми домножити на 5 –
напругу схеми пристрою (U= 5). Всі розрахунки зведено в таблицю 3.4.

Таблиця 3.4 – Потужність, що споживають мікросхеми пристрою.

Найменування Кіль Споживан Потужн
мікросхем кість шт. ий струм Iсп, мA ість спож P,
\п мВт
2SK3216-01 1 130 650
7474PC 2 157,5 1570
SN74141 1 33 165
SN7405N 1 35 175
74ALS151 1 33 165

За формулою 3.1 розрахуємо загальну потужність, що споживають
мікросхеми :
Р заг.мс = Р1 + Р2 + Р3 + Р4 + Р5 ; мВт.
Р заг.мс = 650 + 1570 + 165 + 175 +165 = 2725 мВт або 2,725 Вт.

78
Тепер визначаємо потужність, що споживають конденсатори,
формула 3.2.
Р заг.С = Р С1 + Р С2 + Р С3 + Р С4 +Р С5 ; мВт.

Р С = I сп. С · К; мВт.

де К – коофіцієнт навантаження ; К = 0,6.
Р С1 = 0,005 · 0,6 = 0,003 мВ.
Р С2 = 0,005 · 0,6 = 0,003 мВ.
Р С3 = 0,005 · 0,6 = 0,003 мВ.
Р С4 = 0,005 · 0,6 = 0,003 мВ.
Р С5 = 0,005 · 0,6 = 0,003 мВ.
За формулою 3.3 маємо:
Р заг.С = 0,003 · 5 = 0,015 мВт.
Отже, тепер визначаємо загальну потужність, що споживається
пристроєм, формула 3.4:

Р заг. = Р заг.мс + Р заг.С.

Р заг. = 2725 + 0,015 = 2725,015 мВт або 2,725015 Вт
Отже, загальна потужність, що споживаеться пристроєм, дорівнює
2725,015 мВт.

79
Висновок до розділу 3
У розділі було виконано розробку та обґрунтування принципової схеми
блоку управління, визначено основні технічні вимоги до її складових, а також
виконано вибір елементарної бази логіки.
1. Принципова схема: Розроблена схема блоку управління враховує
ключові параметри, необхідні для забезпечення точності, швидкодії та
надійності роботи системи. Було враховано можливість масштабування
та інтеграції з іншими модулями управління.
2. Елементарна база логіки: Проведено обґрунтований вибір елементів
(логічних вентилів, мікроконтролерів, реле, оптронів тощо) з
урахуванням їх функціональних характеристик, сумісності з іншими
компонентами та енергоспоживання. Вибір здійснювався з урахуванням
доступності на ринку та відповідності стандартам.
3. Розрахунок енергоспоживання: Виконано аналіз і розрахунки
енергоспоживання блоку управління, що дозволило визначити
оптимальні режими роботи та забезпечити ефективність системи.
Результати показали, що обрані компоненти відповідають заданим
енергетичним критеріям, забезпечуючи стабільність роботи при
мінімальному енергоспоживанні.
Загалом, проведена робота дозволила сформувати комплексний підхід до
розробки блоку управління, який базується на сучасній елементній базі,
енергетичній ефективності та функціональній адаптивності. Це забезпечує
надійну основу для подальшого впровадження розробленої системи в практичні
умови.
Фрезерні верстати є незамінними інструментами в сучасній
промисловості завдяки їх універсальності, точності та здатності обробляти різні
матеріали. Вони забезпечують широкий спектр можливостей, від виготовлення
великогабаритних деталей до мікромеханічної обробки, задовольняючи
потреби багатьох галузей.

80
ВИСНОВКИ

В кваліфікаційній роботі магістра досліджено автоматизовані системи
управління комплексом обробки деталей та розроблено схему управління
спеціалізованою системою комплексу різки металу, що керується через
персональний комп’ютер за допомогою LPT-порту. Розроблено структурну
схему управління системою комплексу різки металу; створено принципову
електричну схему управління системою; обрано програмне забезпечення для
керування схемою; спроєктовано алгоритм роботи схеми управління;
розроблено часові діаграми функціонування схеми; виконано вибір і
обґрунтування елементної бази для схеми управління. Розроблений пристрій
працює на основі взаємодії з комп’ютером через LPT-порт, що забезпечує його
універсальність і дозволяє адаптувати програму управління для інших
технічних завдань.
Схема реалізована на мікросхемах серії SN7400, які вирізняються
високою надійністю, доступністю та економічною ефективністю. Новий
інтерфейс для роботи з ЧПУ відкриває можливості для подальшого
вдосконалення як програмного забезпечення, так і електроавтоматики
комплексу.
Результати роботи підтвердили високу надійність розробленої схеми
блоку управління та її інтеграції з блоком зв’язку з електроавтоматикою
комплексу і ПК. Таким чином, запропонована схема є ефективним,
універсальним і надійним рішенням для автоматизації процесу різки металу.

81
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Yamazaki S. Basic analysis of а metal detector / S. Yamazaki, Н. Nakane, А.
Таnaka // IEEE Transactions оn Instrumentation and Measurement, 2020. – Т.
51. P. 810-814.
2. Genuine VFLEX Technology precision X-Terra Performance. [Електроний
ресурс] – Режим доступу: https://www.minelab.com/support/productnotices
(дата звернення 14.08.2024р.)
3. Боровиков С. М. Проектування друкованої плати // Навчально-
методичний посібник для студентів радіотехнічних спеціальностей. / К.:
Київський радіомеханічний технікум, 2018. – 26 с.
4. Minelab Technologies. [Електроний ресурс] – Режим доступу:
https://treasurechief.com/info/minelab/ . (дата звернення 15.10.2024р.)
5. Claudio Bruschini. А Multidisciplinary Analysis of Frequency Domain Metal
Detectors for 1-lumanitarian Demining / Claudio Bruschini – BRUSSEL
dissertation, 2018. – 242 с.
6. Практичний посібник із навчального конструювання РЕА //
Белинський Т. В., Гондюл В. П., Грозин А. Б., Мазор Ю. Л. – К.: Вища
школа, 2019. – 496 с.
7. Tmega8. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://www.atmel.com/images/atmel-2486-8-bit-avr (дата звернення
14.10.2024р.)
8. Bluetooth metal detector uses your smartphone to do its thinking.
[Електроний ресурс] – Режим доступу: https://newatlas.com/air-metal-
smartphone-metal-detector/59129/ (дата звернення 16.10.2024р.)
9. FuWen Раn. Design and implementation of metal detection based оn eddy
current sensor / FuWen Раn, JinLing Zhangb, YingHua Lvc, Weikang Qiaod,
Qiang Mie / Advanced Materials Research, 2015. – Т. 321. P. 11-14.
10. Світовий ринок міді: видобуток руди, виробництво, споживання,
світові ціни на мідь. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://ereport.ua/commod/copper.htm (дата звернення 14.09.2024р.)
11. Боровиков С. М. Розрахунок показників надійності радіоелектронних
засобів – К.: Академія, 2018. – 415 с.
12. ECAP (К50-35) Конденсатори електролітичні. [Електронний ресурс] /
Режим доступу: http://lib.chipdip.ea/235/DOC00023.pdf (дата звернення
18.10.2024р.)
13. https://uk.wikipedia.org/(дата звернення 14.10.2024р.)
14. World Steel in Figures 2021. The World Steel Association [Електронний
ресурс] / Режим доступу: https://www.worldsteel.org/media-
centre/pressreleases/ (дата звернення 18.10.2024р.)

82
15. Cortex-M4. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://developer.arm.com/products/processors/cortex-m/cortex-m4 (дата
звернення: 28.10.2024).
16. Bоbае Kim. Pu1se-induction meta1 detector with time-domain bucking circuit
for 1andmine detection // Воbае Kim, Jung Won Уооn, Seung-eui Lee, Seung-
Hoon / Electronics Letters, 2018. – Т. 51, P. 159-161.
17. SPS-Series. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://shema.info/uk/pobutova-elektronika/metaloshukachi/metalodetek (дата
звернення: 28.10.2024).
18. STEINERT ISS. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
https://steinertglobal.com/magnets-sensor-sorting-units/sensor-sorting/system
(дата звернення: 15.11.2024).
19. Вихрові струми. [Електронний ресурс] / Режим доступу:
http://electricalschool.info/mainjosnovy/532-vikhrevye-toki.html (дата
звернення: 16.11.2024).
20. About Search Coils / David Johnson. [Електроний ресурс] – Режим
доступу: https://www.tekneticsdirect.com/blog/the-tek-files/189-aboutsearch-
coils (дата звернення: (16.11.2024).
21. Yuwei Liao. Decision Fusion of Ground-Penetrating Radar and Meta1 Detector
Algorithms // Yuwei Liao, Loren W. Nolte, Leslie М. Collins / IEEE
Transactions оn Geoscience and Remote Sensing, 2018. – Т. 45. P. 398-409.
22. Баканов Г. Ф. Основи конструювання і технології радіоелектронних
засобів // Баканов Г. Ф., Соколов С. С., Суходольский В. Ю.; під
редакцією И. Г. Мироненко. – К.: Академія, 2017. – 368 с.
23. CNC Україна. [Електронний ресурс] – Режим доступу: https://cnc.com.ua
(дата звернення: 02.12.2024).

83

ДОДАТОК А
Схема електрична принципова

84

1 ДОДАТОК Б
Структурна схема

Репозиторій ЧДТУ