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Controlo dinâmico com CAN-BUS de fresadora CNC para objectos

1. erre 10 1 3 1 2 Fresadoras verticais s in neioii iihi eria ia e E hs 10 1 3 1 3 Outtras fresadoras ee i a i a as 11 1 3 2 Servomecanisimos e E pete ie eee AOA VENA EEPE eti pin 11 1 3 2 T ERnCOGGIS chr eR ta iie oi hottest heiss 12 1 3 3 Sistemas de leitura nr eerte tenero n tete enne ine Ren ens 13 1 3 4 Controladores Re Tuc etes e reete 14 1 3 4 1 Comando Num rico Computorizado 14 Capitulo 2 css tute hei A ARA NET 15 2 Descri o da tecnologia usada esee eene 15 2 1 Moto redutores com encoders SEW EURODRIVE 15 2 2 Conversores de frequ ncia com controlo SEW EURODRIVE 19 2 2 1 Software Movitools V 4 40 21 2 3 Controller Area Network 22 enne 22 2 3 1 Arquitectura do sistema de 22 231 1 sei SU eaae 23 2 3 1 2 Camada de liga o de 26 2 4 Dongle CAN USB CANBUS da LAWICEL 28 2 4 1 Limita es sussa en alas arde 29 2 4 2 Fun es usadas do canusbdrv d
2. eene nennen 46 4 1 4 GUI Grupo Global IF enne nnne 47 Held coe RE 47 4 1 6 GUI EXIS ioeie EE 48 4 2 Eventos associados aos objectos criados no 48 4 3 M quina de Estados associada ao Evento do timerlO 57 44 Evento do timerSlM 3er tr tere e Da ee a Rl Re RE Eee 70 4 5 Descri o dos c digos carregados nos controladores dos conversores 71 5 ConclusOes ste rS OR PROCU M e EA SAND A 72 5 1 Considera es sobre o 72 5 2 Considera es sobre o CANUSB CAN bus seen 73 5 3 Considera es sobre o funcionamento dos c digos desenvolvidos para os conversores de frequ ncia com eene nnne nnn nnns nnne 73 5 4 Desenvolvimentos futuros 73 Refer ncias n cri ER t SCARE A ENTIA AEN apa ERR RENE EN NT Saatchi 74 ANEXOS saias estante ea pe UO SEN A 76 A 1 Vistas explodidas SEW a enne 76 2 Estrutura dos conversores de frequ ncia com controlo 79 A 3 Identifica o dos Objectos no GUI do Software Prot tipo DACS OPMG 80 A 4 Vari veis Globais ficheiro
3. o eixo dos Y e claro o 22 para o eixo dos Z O Subgrupo XX apresenta tr s bot es sendo eles representados no c digo pelos objectos buttonGoBackX buttonGoFrontX e buttonSendPositionX Anexo E para informa o e input de 44 dados no programa existem cinco caixas de texto representadas no c digo pelos objectos textBoxINincrementX textBoxINspeedX textBoxINPositionX textBoxOUTlogX e textBoxOUTrealPositionX Anexo A3 Assim para fazer o motor rodar no sentido CW ou CCW incrementando num sentido ou noutro as posi es actuais do encoder tem de se preencher o valor pretendido para o incremento em textBoxlNincrementX e depois carregar no bot o buttonGoFrontX para ele rodar no sentido CW ou ent o carregar em buttonGoBackX para rodar no sentido CCW O valor preenchido no incremento o valor real do encoder isto composto por valores inteiros positivos e cada valor corresponde 1 4096 de uma volta completa no eixo de rota o de sa da do motor A t tulo de exemplo se se preencher com valor 4096 o motor vai dar uma volta completa mas para o utilizador observar sa da do redutor uma volta completa preciso ter em conta as rela es apresentadas na Tabela 2 1 que numericamente significa que se tem de preencher com o valor28839 Pode se tamb m enviar o motor para uma posi o espec fica do encoder preenchendo assim o textBoxINPositionX com o valor pretendido e depois carregar em buttonSen
4. 82 Lista de Abrevia es CA Corrente Alternada CAD Desenho assistido por computador Computer Aided Design CAI Inspec o assistida por computador Computer Aided Inspection CAM Fabrico assistido por computador Computer Aided Manufacturing CAN Controller Area Network CAPP Planeamento de processamento assistido por computador Computer Aided Process Planning CC Corrente Cont nua CCW Rota o no sentido anti hor rio CMM M quina de medi o de Coordenadas Coordinate Measurement Machine Comando Num rico Computorizado Computer Numerical Control CSMA DCR Carrier Sense Multiple Access Deterministic Collision Resolution CW Rota o no sentido hor rio D DLL Biblioteca de liga o din mica Dynamic link library DACS OPMG Dynamic Axis Control System Orthogonal Projection Motion Guide F FIFO First In First Out G GUI Interface gr fica do utilizador Graphical User Interface IPOS Marca da SEW para Positioning and sequence Control System ISO Organiza o Internacional para Padroniza o International Organization for Standardization IST Instituto Superior T cnico N NRZ Non Return to Zero OSI Interconex o de sistemas abertos Open Systems Interconnection P PC Computador pessoal Personal Computer S SDL Specification and Description Language U USB Universal Serial Bu
5. i lt m Figura 1 5 Corte no sentido do avan o a e no sentido contr rio b 1 2 1 1 Corte no sentido contr rio ao do avan o da pe a tradicional Quando a ferramenta corta no sentido contr rio ao do de avan o da pe a a maquinar a cortada segundo a sec o vari vel come a com uma espessura perto do zero e termina com uma espessura m xima fazendo com que as folgas sejam anuladas durante o processo de corte eliminado assim ao m ximo vibra es Neste caso como foi dito a espessura cresce desde zero at ao valor m ximo como h uma espessura m nima que a ferramenta pode cortar abaixo dessa espessura a ferramenta n o efectua um corte mas sim um polimento por ro amento e que faz com que haja um aquecimento anormal dos dentes e um embotamento prematuro 1 2 1 2 Corte no sentido do avan o da pe a Neste caso em que a ferramenta corta no sentido do avan o a apara tamb m cortada segundo a sec o vari vel come ando com uma espessura determinada e terminando com uma espessura nula Assim para o mesmo passo a apara mais grossa e mais curta e portanto as for as de corte s o maiores podendo deste modo criar vibra es Como qualquer tipo de vibra es oscila es s o prejudiciais e podem dar origem ruptura da fresa o corte no sentido do avan o s se pode fazer quando as m quinas t m dispositivos especiais para anular folgas O corte quando feito no sentido do avan o com
6. programa est activo conversor carregado Activa o programa Fiel Edit Search Project Run Options Window EXE ouchprobe AS PSTOP lPosition ActPos Mot Variavel CONTROLO lPosition env CODE STOP INTERRUPTION Exemplo de c digo Figura 3 6 Compilador do MOVITOOLS V4 40 Exemplo de como carregar um programa no controlador do conversor de frequ ncia Depois de activo o programa e se ainda estiver ligado ao PC poss vel verificar o seu comportamento e controlar valores de vari veis Mas para tal necess rio recorrer janela da Shell Figura 3 7 e para termos acesso a ela mais uma vez se pode consultar a Figura 2 7 Antes de compilarmos e carregarmos programas no controlador necess rio configurar o controlador para os valores pr prios referente ao motor que controla e isso faz se precisamente na janela Shell Para facilitar o trabalho fazer as duas coisas de uma vez s e para tal criou se 3 ficheiros com a extens o mdx que contem tanto o c digo assim como a configura o necess ria para funcionar com os motores que se est a usar Estes ficheiros s o ConfigMT X mdx ConfigMT Y mdx e ConfigMT Z mdx que correspondem ao motor referente ao eixo do X do Y eZ respectivamente Na Figura 3 7 apresenta se uma ilustra o visual de como aceder janela onde se pode carregar as configura es para cada conversor Depois de acedida s escolher a op
7. Um servomecanismo um sistema que funciona para posicionar ou controlar uma carga em resposta a um sinal de entrada que capaz de fornecer somente uma pequena pot ncia O sistema funciona de modo a minimizar qualquer diferen a que possa existir entre as posi es reais e desejadas da carga Estes sistemas devem apresentar algumas propriedades tais como baixo tempo de resposta elevada rigidez virtualmente sem folgas e n o aquecerem em demasia Carvalho 2004 11 Dependendo das aplica es em particular os servomecanismos podem ser electro mec nicos electro hidr ulicos electro pneum ticos electro magn ticos hidr ulicos e pneum ticos Para este projecto o estudo desenvolvido por Carvalho 2004 chegou conclus o que de todos os servomecanismos acima mencionados aqueles que teriam mais interesse para a aplica o numa fresadora CNC com os requisitos impostos neste projecto s o os servomecanismos electro mec nicos Os servomecanismos electro mec nicos s o constitu dos por uma parte de comando electr nica que utiliza o redutor de erros servomotor CA ou CC para actuar directamente no sistema de transmiss o de movimento mec nico como por exemplo fusos correias cremalheiras etc Pode se ainda real ar que os servomecanismos escolhidos possuem encoders os quais s o descritos na pr xima sub sec o 1 3 2 1 Encoders Encoders s o transdutores de movimento capazes de converter movimentos angulares
8. ltimo valor lido 4 ltimos bytes dos dados Guarda o ltimo identificador lido identificador Guarda a posi o Real actual de 0 XX 1 2 ZZ Guarda a posi o para enviar para o CAN bus em que 0 XX 1 2 ZZ Guarda a velocidade para enviar para o CAN bus em que 0 XX 1 2 ZZ Valor lido uma posi o Pede a posi o real do encoder Coloca o motor em movimento Motor terminou o movimento com sucesso O interruptor IPOS activo Parar o motor Valor lido uma velocidade O motor encontra se em movimento Guarda os valores lidos no ficheiro CAM em que 0 XX 1 2 ZZ Contador para as linhas do ficheiro CAM Guarda o valor m nimo durante a calibra o para escrever no ConfigCalibration txt Guarda o valor m ximo durante a calibra o para escrever no ConfigCalibration txt Guarda as rela es entre os motores e redutores em que 0 XX 1 2 ZZ Guarda distancia que se obt m para cada rota o em que 0 XX 1 2 ZZ Guarda o valor a somar a todos os valores lidos para que estes estejam na zona positiva dos respectivos eixos em que 0 1 2 ZZ Guarda o valor m ximo DisplaceToPos 3 para calibrar os gr ficos do OPMG Informa o sobre o estado actual dos eixos em que 0 XX 1 2 ZZ Informa se se est a ler um ficheiro CAM ou n o true sim est a ler n o desativar o timerlO e false n o est a ler
9. o O ficheiro tem a extens o txt e inicia se sempre com a palavra LOG seguindo se da data e hora por exemplo para o dia 14 09 2009 s 17 horas o ficheiro criado tem o nome de LOG 2009 09 14 17 txt L dentro pode se encontrar pontos de controlo por onde o programa passou enquanto corria assim como erros que possam ter acontecido til para verificar se algum processo funcionou como devido por parte do programa 4 2 Eventos associados aos objectos criados no DACS OPMG Para se perceber como cada um dos objectos referidos anteriormente e representados no Anexo A3 funciona em termos de c digo desenvolvido criou se um conjunto de fluxogramas para ajudar no processo de compreens o Assim o primeiro fluxograma Figura 4 2 representa o evento associado ao carregar no bot o referente ao objecto buttonOpenClose Neste fluxograma pode se observar como o bot o muda entre os dois estados associados ao bot o Open e CLose que erros pode produzir e quais as vari veis globais que altera ou usa As vari veis globais encontram se no ficheiro Global h do projecto e sempre que exista alguma altera o nelas ou se aceda a elas poss vel ver no fluxograma pois est escrito no canto superior direito das caixas referentes manipula o de dados paralelogramos azuis Anexo A 4 O fluxograma que se segue Figura 4 3 representa os eventos associados ao carregar dos bot es buttonGoBackX buttonGoFrontX buttonGoBackX bu
10. o dos moto redutores com uma corrente trif sica p s conversor isto significa que a corrente inicial da rede foi transformada em uma tens o de amplitude e frequ ncia vari vel conforme as necessidades de velocidade de rota o que se espera tirar do motor Por fim a linha azul representa a liga o de comunica o entre o encoder e o conversor por onde como j se falou comunicada a posi o relativa do motor 3 2 Esquema das liga es el ctricas rede de sistema trif sico de energia el ctrica L1 L2 L3 D Motor da SEW diim Conversor de Frequ ncia 6 W 5 V 4 0 Figura 3 2 Esquema das liga es el ctricas entre Conversor de frequ ncia e o motor 35 Nesta sec o apresenta se ent o um esquema representativo das liga es que na Figura 3 1 est o representados com a cor violeta e verde ou seja os esquemas das liga es el ctricas Na Figura 3 2 encontra se assim segundo o fabricante o referido esquema representativo das liga es el ctricas entre os conversores de frequ ncia e os motores em pormenor Assim para ligar os tr s motores aos conversores de frequ ncia basta seguir o esquema para cada um deles pois as refer ncias usadas s o v lidas para os tr s conjuntos A rel introduzida como um interruptor com objectivo de servir de trav o para o motor e que como caracter sticas deve ter uma tens o de controlo de 24V CC para uma tens o de comuta
11. szID char szBitrate UInt32 acceptance code UInt32 acceptance mask Ulnt32 flags Para abrir canais virtuais a interface tem de ser indicada no 52 0 em que este o n mero de s rie do adaptador ou ent o preencher com zero para a primeira utiliza o A fun o retorna um valor que chamamos de drvhandle valor para identificar o canal aberto O szBitrate o baudrate ou taxa de transfer ncia em que 250 significa 250 kpbs 29 O acceptance code o acceptance mask funcionam como filtros de mensagens e usou se os seguintes valores para aceitar todas as mensagens const Ulnt32 CANUSB ACCEPTANCE COD const Ulnt32 CANUSB ACCEPTANCE MAS ib 0 00000000 1 OxFFFFFFFFE w E No que diz respeito s flags usou se aquela que faz com que o driver escolha a melhor solu o const UInt32 CANUSB FLAG TIMESTAMP 0x0001 2 4 2 2 canusb_Close Esta a fun o respons vel pelo fechar do canal aberto pela fun o canusb_Open descrita em cima E a fun o em linguagem C NET definida como Int32 canusb Close int drvhandle Se houver alguma mensagem no FIFO ao fechar o canal esta perde se A fun o retorna lt 0 se falhar e gt 0 no caso de sucesso 2 4 2 3 canusb_Read Esta fun o permite ler do canal identificado com drvhandle as mensagens enviadas pelos outros n s na rede CAN bus E a fun o em linguagem C NET definida como
12. CAN Tx E Dominant 3 CAN ominante E Recessivo Q y deve Uh ous P E Vdiff e F RO ST o Transceiver DANI Dominante Z CAN_H CAN L Tempo s 9 Figura 2 9 Representa o em termos de voltagem os estados dominante e recessivo do CAN e a contextualiza o f sica destes num n Na Figura 2 9 podemos observar conforme a norma ISSO 11898 os dois estados l gicos de comunica o e a sua rela o com os fios CAN He CAN L Richards 2005 Timing dos bits Cada n opera em sincronia com um oscilador de frequ ncia pr programada denominado time quantum Assim sendo o tempo de transmiss o de cada bit bit time definido como sendo m ltiplo do time quantum Venda 2003 Sincronizac o entre n s Se um n estiver sincronizado com o bus est por outro lado dessincronizado com o emissor devido aos tempos de propaga o ao longo da rede Por isso necess rio estender o bit time em conformidade com a propaga o para garantir a coer ncia entre todos os n s da rede Cada um dos n s espera pelos atrasos dos sinais e pela estabiliza o do bit antes de amostrar o bus e determinar que tipo de bit est no canal O instante entre os dois segmentos de fase finais define o instante de amostragem do bus No caso de um n detectar uma varia o no n vel do bus fora do segmento de sincroniza o as dura es dos segmentos de fase s o reajustadas na altura garantindo assim uma amost
13. Figura 3 5 Esquema para ligar o PC ao controlador do conversor de frequ ncia Para fazer esta liga o necess rio ligar a interface opcional no Terminal do Conversor de frequ ncia ver Anexo A 2 para localiza o exacta Depois Ligar um cabo de uma das portas COM 1 4 do PC ao RS232 Depois de feita esta liga o poss vel obter informa es do controlador do conversor tais como tipo de conversor posi o relativa do motor velocidade do motor etc E claro passa a ser poss vel carregar os c digos no controlador do conversor para tal necess rio usar o programa MOVITOOLS V4 40 Temos duas maneiras de carregar o c digo ou carregamos um c digo directamente do compilador do programa ou atrav s da janela de diagnostico e configura o do conversor denominada Shell Olhando para a Figura 2 7 podemos ver como aceder janela que contem o compilador Figura 3 6 onde com o c digo j desenvolvido poss vel verificar se existe erros de compila o ou fazer altera es de ultima hora neste Depois de tudo verificado Pode se ent o carregar o programa no controlador contudo este simples acto n o deixa o programa activo para isso necess rio dar ordem de inicia o do programa uma vez feito isto o programa fica a correr no controlador sempre que este tiver ligado corrente n o sendo mais necess rio estar ligado ao PC Figura 3 6 38 Compila e carrega o Indicador de se o codigo no controlador do
14. cada moto redutor inclui encoders de posi o que fornecem o feedback necess rio para se garantir que as traject rias s o cumpridas Este cap tulo introdut rio come a por enquadrar este trabalho no seu projecto original o desenvolvimento de um prot tipo para produ o automatizada de pranchas de surf composta por uma fresadora CNC que se dedica maquinagem em tr s dimens es de blocos em poliuretano expandido que constituem o n cleo de pranchas de surf Entretanto foi inclu do no projecto um digitalizador 3D que tem como objectivo fazer um scan de uma prancha modelo obtendo se assim uma digitaliza o desta o que depois permite ter uma reconstru o do modelo em CAD 3D Depois de obtido o modelo em CAD poss vel gerar as traject rias de maquinagem num programa de fabrico assistido por computador CAM que depois pode ser usado como input para o controlo din mico descrito nesta disserta o As equipas envolvidas na estrutura de servo mecanismos de scan de pranchas de CAD CAM est o ligadas ao Departamento de Engenharia Mec nica do IST e s o lideradas pelos professores Pedro Rosa e Lu s Alves O financiamento a montagem e os testes da m quina s o assegurados pela pequena empresa SurfinAlentejo sedeada na regi o de Sines em particular pelo shaper H lio Jorge Actualmente est bem presente a possibilidade de se poder aplicar o prot tipo a outras reas fora do mbito do fabrico de pranchas de
15. ncias e afins No textBoxClockFreg preenche se o valor em milissegundos que vai determinar com que rapidez corre a m quina de estados associada ao evento do timerlO descrito mais frente Em caso de erros de comunica o este valor pode ser aumentado para procurar erros Por fim no comboBoxBaud dada a possibilidade de escolher valores predefinidos para o baud rate em que o valor 250 kBaud o que se encontra escolhido por defeito em ambos os extremos do CAN bus Uma altera o deste valor implica alterar tamb m nos conversores 4 1 5 GUI OPMG Como j foi referido o Orthogonal Projection Motion Guide uma representa o gr fica da projec o ortogonal da traject ria descrita pelo movimento da fresa nos planos XY XZ e YZ Assim o que se visualiza nestes gr ficos o movimento da fresa ao longo do processo de fresagem e n o a projec o da figura geom trica que se ir obter no final da fresagem Assim quando a fresa se mexe por consequ ncia do movimento dos motores em cada eixo essa traject ria desenhada no OPMG 47 como uma interpola o linear do movimento de um ponto inicial um ponto final A origem desses gr ficos encontra se no canto superior esquerdo 4 1 6 GUI Extras De sempre que se usa o programa e este d ordem de movimento ou se simula um ficheiro criado na directoria do execut vel um registo de eventos em que o nome desse ficheiro diferente para cada hora de utiliza
16. tipo de comando num rico computorizado CNC A estrutura dessa fresadora j se encontra desenvolvida e tem como objectivo maquinar objectos alares de grandes dimens es O controlo din mico desenvolvido leva em conta tr s aspectos o desenvolvimento de um software prot tipo a que se deu o nome de DACS OPMG a aplica o de uma rede de comunica o CAN bus e a programa o dos controladores englobados nos conversores dos moto redutores de modo a poderem interpretar as mensagens transmitidas pelo software prot tipo atrav s do CAN bus Palavras Chave CAN bus Fresadora CNC Moto redutores el ctricos Conversores de frequ ncia Abstract The work presented in this dissertation corresponds to the development of a dynamic control system for gearmotors used by a prototype milling machine with computerized numerical control CNC The structure of this milling machine is already developed and its purpose is the shape of large aliform objects The developed dynamic control takes into account three aspects the development of a software prototype named DACS OPMG the application of a communication protocol using CAN bus and programming of the controllers within the converters associated to the gearmotors so that they can interpret the messages conveyed by the software prototype using the CAN bus Key words CAN bus Milling Machine CNC Electric gearmotors Frequency changers ndice Agradecimientos e ee E e qua a
17. 1 e depois seguiu se os testes em rela o interpola o linear verificando assim que para dist ncias diferentes percorridas o tempo teria que ser o mesmo ou seja os motores teriam de parar todos ao mesmo tempo variando assim a velocidade de modo a atingir essa concord ncia temporal entre eles Numa fase seguinte introduziu se a leitura de ficheiros e a aplica o de todos os princ pios testados at ent o dando especial aten o interpola o linear Para finalizar testou se ainda as interru es do IPOS usadas quer na calibra o autom tica quer nas paragens de emerg ncia 42 4 Desenvolvimento do Software Prot tipo DACS OPMG V1 0 e os c digos para os Conversores Cabe a este cap tulo descrever ent o todos os c digos desenvolvidos para o controlo din mico dos moto redutores da fresadora prot tipo descrita no cap tulo 1 PT103652 2007 DOM756 2007 Como j foi referido para se interagir com os conversores atrav s do PC desenvolveu se o software prot tipo DACS OPMG V1 0 enquanto que do lado dos conversores e para estes possam interpretar correctamente as ordens enviadas pelo DACS OPMG desenvolveu se um c digo para cada um dos conversores O DACS OPMG foi programado em C NET e para tal usou se o Visual C 2008 Express Edition Microsoft Os c digos para os conversores por sua vez foram escritos em compilados e carregados nos conversores com o Movitools v4 40 SEW como j tinha si
18. 13 excepto no conte do do informador AxisInfo e nos valores enviados que em vez de ser velocidades s o posi es O estado que se segue logo o READ CONFIRMATION DATA POSITION Figura 4 16 que tamb m bastante semelhante ao estado READ CONFIRMATION DATA SPEED Figura 4 14 mudando de igual modo apenas o conte do do informador AxisInfo que pr prio de cada estado 59 READ CONFIRMATION DATA SPEED Recebe Mensagem do CAN Sim Erro READ CONFIRMATION DATA SPEED O Escreve no LOG GlobalVC h AxisInfo Ulnt16 AxisInfo 3 C digos CONFIRM DATA SPEED TO POSITION DO NOTHING Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Dados Ulnt32 CodeRead Ulnt32 ValueRead Ulnt32 IDRead Conte do Dados CODE SPEED Contador timerlO Ulnt32 CounterTimerlO Constante TIMERIO MAX SEND DATA POSITION Figura 4 14 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION DATA SPEED Ao receber a confirma o de todos os conversores para os quais enviou valores d se por conclu do o processo de carregar os valores nos conversores a partir deste ponto os conversores esperam pela confirma o para iniciarem o movimento nos motores com base nesses valores carregados velocidade e posi o 60 SEND DATA POSITION AxisInfo 0 CONFIRM DATA SPEED TO POSITION Sim Mensagem CAN ID SEND X CODE POSITION PositionTo
19. 2 Estrutura geral dos redutores helicoidais serve apenas para suporte de identifica o de componentes 16795210 77 Figura A 3 Estrutura geral dos redutores Spiroplan serve apenas para suporte de identifica o de componentes 16795210 78 Figura A 4 Estrutura dos conversores de frequ ncia com controlo 11535040 79 Figura A 5 Identificac o dos objectos Text Boxes Radio Buttons e Combo Boxes no GUI Para consultar durante a leitura do cap tulo 4 80 Figura A 6 Identifica o dos objectos Buttons no GUI Para consultar durante a leitura do capitulo P isset teet etn i thus n atu estates 81 Lista de Tabelas Tabela 2 1 Rela o entre a velocidade de rota o de entrada e saida dos redutores Tabela 2 2 Rela o entre os protocolos de comunica o e as duas vers es de mensagens 26 Anexos Tabela A 1 Descri o sobre as vari veis globais usadas e definidas em GlobalVC h Link e como se enquadram na comunica o o Cap tulo 1 1 Introdu o O trabalho aqui apresentado tem como objectivo desenvolver um controlo din mico para uma fresadora prot tipo PT103652 2007 de comando num rico computorizado CNC para
20. 2 14 Descris o do movimento da fresa entre pontos por interpola o linear 33 Figura 3 1 Esquema geral de liga es 34 Figura 3 2 Esquema das liga es el ctricas entre Conversor de frequ ncia o motor 35 Figura 3 3 Esquema para a liga o entre os encoders ES1S e 15 os conversores de tel ten ite die toe d oa oS 36 Figura 3 4 Esquema das ligac es do X10 dos conversores e as ligac es CAN bus ao longo dos CONVERSOR S L TT 37 Figura 3 5 Esquema para ligar o PC ao controlador do conversor de frequ ncia 38 Figura 3 6 Compilador do MOVITOOLS V4 40 Exemplo de como carregar um programa no controlador do conversor de frequ ncia sess esee enne nns 39 Figura 3 7 Dentro da janela da Shell Indica o de como se pode aceder janela onde se carrega as configura es criadas para cada 40 Figura 3 8 Perspectiva geral da montagem efectuada em laborat rio 40 Figura 3 9 Identifica o dos principais componentes na montagem da bancada de ensaios 41 Figura 4 1 GUI do Software Prot tipo dividido por grupos 44 Figura 4 2 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonOpencClose
21. Alves e descrito em Amaro 2005 A estrutura desenvolvida para a fresadora j tem patente emitida PT103652 2007 pelo Instituto Nacional da Propriedade Industrial assim como o design DOM756 2007 Esta estrutura permite com um nico aperto do bruto de maquinagem maquinar superf cies longas nomeadamente superf cies alares tais como asas para avi es p s para geradores de energia e lica cascos para embarca es e pranchas de surf entre outros Logo este projecto tem mais aplica es para alem do maquinar de um objecto espec fico como as pranchas de surf 1 1 1 Estrutura da fresadora para grandes objectos Quando se iniciou o projecto Carvalho 2004 os objectivos tra ados passavam por desenvolver uma fresadora CNC de tr s eixos para maquinar materiais da mesma resist ncia mec nica que o poliuretano respeitando reas de trabalho de 5 m de comprimento 1 5 m de largura e 1 m de altura a um custo reduzido e com uma precis o global na ordem dos mil metros ordem de grandeza para as pranchas de surf Finalizado o projecto obteve se uma estrutura que apresenta uma grande facilidade de constru o e de altera o com centro de gravidade da m quina perto do ch o a trabalhar sobre cremalheiras dentadas dispostas como carris onde desliza um carro m vel em posi o invertida relativamente ao convencional Invers o esta que caracterizada pelo sentido de baixo para cima que os servo mecanismos e as ferramentas optam
22. Int32 canusb Read int drvhandle CANMsg msg A fun o retorna lt 0 se falhar e gt 0 ou ERROR CANUSB OK no caso de sucesso Se por outro lado retornar ERROR CANUSB NO MESSAGE porque n o existe nenhuma mensagem para ser lida no FIFO Os valores para estes c digos de erros s o definidos como static const Int32 ERROR CANUSB OK 1 static const Int32 ERROR CANUSB NO MESSAGE 7 Em que a estrutura para a mensagem definida como 30 typedef struct UInt32 id UInt32 timestamp char flags char len char data 8 CANMsg 2 4 2 4 canusb Write Esta fun o permite escrever se prentende enviar para o CAN bus Int32 canusb Write int drvhandle Para se aceder mensagem ID da mensagem timestamp in milliseconds Trama standard 0 tamanho em Bytes da trama Mensagem propriamente dita atrav s do canal identificado com drvhandle as mensagens que E a fun o em linguagem C NET definida como CANMsg msg usa se a mesma defini o de estrutura que o canusb Read mas com nome diferente na altura da implementa o No que diz respeito aos valores retornados pela fun o os c digos de erro s o praticamente id nticos exceptuando que esta fun o tem mais um c digo de erro o ERROR CANUSB TX FIFO FULL para quando imposs vel escrever porque o FIFO est cheio e definido Static const Int32 2 4 2 5 canusb Flush ERROR CANU
23. contudo desnecess rio pois actualmente o algoritmo CSMA DCR usa o campo de identifica o arbitration field para determinar o n a transmitir a mensagem E no campo de identifica o que se encontra a diferen a entre trama de dados standard e extended Figura 2 12 que identificado pelo bit IDE Identifier Extension O RTR Remote Transmission Request utilizado no estado recessivo para marcar as mensagens como RTRs O Substitute Remote Request SRR serve apenas para substituir o RTR que apareceria se a trama fosse standard O campo de controlo control field especifica o comprimento em bytes da mensagem Mais frente o campo de dados data field que onde vai a informa o que se quer enviar Depois segue se o campo de CRC cyclic redundancy check que onde guardada a informa o referente detec o de erros em determinadas zonas da trama Segue se o campo de confirma o acknowledge field que como o pr prio nome indica utilizado para dar a conhecer ao transmissor 27 que a mensagem foi recebida pelo menos por um n sem erros de bus Finalmente a mensagem terminada pelo End of Frame EoF Venda 2003 Tratamento de erros Cabe aos dispositivos f sicos e s camadas de hardware a introdu o de mecanismos de toler ncia a falhas na comunica o Num dado n o tratamento de erros processa se da seguinte forma Venda 2003 1 O n k detecta o erro local 2 enviada uma error
24. de alimenta o externa pois alimentado pela porta USB 2 4 1 Limita es Este produto garante bons desempenhos para taxas de transfer ncias menores ou iguais a 250kbps contudo pode se usar at 1Mbps O CANUSB como foi dito guarda as mensagens num tipo de fila FIFO e guarda quer as que envia no caso de o bus do CAN estar ocupado assim como aquelas que recebe esperar que sejam lidas pelo PC No envio de tramas o FIFO guarda at 8 tramas standard ou extended enquanto que o receber guarda at 32 tramas standard ou extended 2 4 2 Fun es usadas do canusbdrv dll Na pasta de sistema deve se encontrar o ficheiro canusbdrv dll driver de dispositivo ap s a instala o Depois de importar a driver para o c digo no qual se est a desenvolver o software que ir comunicar com o CANUSB podemos ent o comunicar com o CAN bus usando as fun es contidas nessa mesma driver usando assim o CANUSB como elo de liga o Assim as fun es usadas neste trabalho foram CANUSB 2 4 2 1 canusb Open Esta fun o abre um canal com a camada f sica do CAN possivel com esta fun o abrir mais canais de comunica o com a mesma camada f sica basta para tal usar esta fun o v rias vezes sem a fechar De cada vez criado um canal virtual no entanto conveniente fechar o mesmo numero de vezes o canal a ordem n o importante A fun o em linguagem C NET definida da seguite forma Int32 canusb Open char
25. detectadas pelo IPOS representadas na montagem da Figura 3 4 Por fim o buttonClearGraph limpa os gr ficos das projec es ortogonais para se descobrir onde se encontra a fresa naquela momento 4 1 4 GUI Grupo Global IF Este ltimo grupo composto por dois bot es sendo eles representados em c digo pelos objectos buttonOpenClose e buttonSTOP uma caixa de texto representada pelo textBoxClockFreq e uma Combo Box representada pelo comboBoxBaud Anexo A3 O buttonOpenClose o respons vel por abrir uma comunicac o com o CAN bus atrav s do CANUSB e fechar CANUSB Este bot o apresenta assim dois estados Open ou CLose Se tiver com o texto Open ent o abre um protocolo de comunica o com o CAN bus e activa todos os bot es para que se possa iniciar os trabalhos Se por outro lado o texto estiver com Close fecha essa porta de comunica o e desativa os bot es Assim sendo este bot o aquele que inicia todo o processo pelo quais os outros enviam mensagens logo conv m abrir um protocolo de comunica o antes de iniciar qualquer tipo de comunica o com os conversores Pode se contudo fazer simula es de ficheiros sem abrir um canal de comunica o atrav s deste processo O buttonSTOP aquele que p ra todos os motores em caso de necessidade mesmo que estes se encontrem a meio de um processo de leitura de ficheiro Assim sendo este bot o uma vez aberta uma comunica o fica sempre activo para emerg
26. durante o processo de maquina o o que possibilita uma zona de fresagem mais limpa de aparas Figura 1 1 Exemplo do Volume de gt um bloco a maquinar eixo rvore Carro m vel Figura 1 1 Representa o da estrutura obtida para a fresadora prot tipo CNC Carvalho 2004 Com o centro de gravidade da m quina perto do ch o aliado ao facto da estrutura estar presa ao ch o ajuda a criar estabilidade em termos din micos permitindo deste modo acelera es e desacelera es sem trepida es evitando por sua vez deforma es e tens es indesej veis Tendo ainda em conta que o eixo rvore pode ser m vel nas tr s direc es deslocando se assim sob a mat ria prima e que por outro lado apresenta uma ferramenta de corte suficientemente larga para trabalhar a superf cie dos dois lados com um nico aperto conclui se ent o que n o necess rio o reposicionamento do bruto de maquinagem Em termos de comprimento pode comportar objectos maiores que o seu actual comprimento 5 3 m isto por que ajust vel ao tamanho da pe a a maquinar por adi o de m dulos de carril caracterizando assim esta estrutura como sendo modular Como j foi dito esta estrutura foi estudada e desenvolvida para maquinar num s acto superf cies de grandes dimens es nomeadamente superf cies longas No que diz respeito ao custo dos materiais envolvidos nesta estrutura e o seu peso o trabalho desenvolvi
27. funcionamento de cada estadp criou se diagramas SDL para cada um deles Mais uma vez se relembra que para uma melhor compreens o dos diagramas necess rio a consulta dos Anexo A 3 e Anexo A 4 Cada diagrama cont m uma legenda e nessa legenda existe um ponto verde que serve para indicar quando se escreve no LOG subcap tulo 4 1 6 57 Utilizador Utilizador Estados sequenciais SEND GET REAL POSITION READ REAL POSITION Se n o receber edback esperado Estados sequenciais SEND DATA SPEED READ CONFIRMATION DATA SPEED edback esperado SEND DATA POSITION Utilizador READ CONFIRMATION DATA POSITION SEND STOP Se n o receber edback esperado INITIALIZATION FILE READ FILE Estados sequenciais Se receber interrup o dos servos Durante a calibra o READ CONFIMATION GO Se n o receber Fedback esperado Se estiver a ler um ficheiro amp amp Ficheiro n o acabou Figura 4 12 M quina de estados associada ao evento timerlO e as rela es poss veis entre estados Na Figura 4 13 temos a descri o do evento associado ao estado SEND DATA SPEED este t evento decide com base no informador Axislnfo Anexo A 4 para quais motor deve enviar as velocidades e passa para o estado READ CONFIRMATION DATA SPEED Figura 4 14 Neste estado o CAN bus lido com uma frequ ncia imposta pelo timerlO at receber a confirma o de todos os conversores para os quais enviou a
28. o Estado SEND STOP 69 Depois de terminado os processos referentes ao estado INITIALIZATION FILE Figura 4 23 passa automaticamente para o estado READ FILE Figura 4 22 onde se vai ler linha linha os valores para os guardar e depois calcular a interpola o linear para aplicar s velocidades Finalizando com a passagem para o estado SEND DATA SPEED Figura 4 13 reiniciando assim todo um processo de comunica o e consequente movimento dos motores Para terminar esta descri o fala se do estado SEND STOP Figura 4 24 que respons vel por emitir ordens de paragem urgente de todos os motores Depois de terminado este processo reencaminhado para o estado SEND GET REAL POSITION Figura 4 20 para se saber em que posi o ficou os encoders de cada motor depois desta ordem 4 4 Evento do timerSIM Se o objecto radioButtonSimulation Anexo A 4 estiver seleccionado ent o ao carregar um ficheiro CAM para leitura este vai ser simulado em vez de come ar a enviar os dados para os conversores inicializando assim o ciclo de leitura e movimento de motores como j tinha sido dito Para correr esta simula o no tempo foi criado um timer de frequ ncia determinado pelo objecto textBoxSIMclock Anexo A 4 ao qual se deu o nome de timerSIM e o seu modo de funcionamento est representado na Figura 4 25 Abre o Documento O Escreve no LOG textBoxInpuFileRd L a Linha GlobalVC h LineN Guarda em Leitura Ficheir
29. o bot o vai estar no estado continuar e vai activar os timers nos mesmos estados em que estavam Finalmente na Figura 4 11 temos o evento associado ao carregar no bot o buttonSTOP Este evento tamb m depende como os dois anteriores do radioButtonSimulation e dependendo disso ou termina por completo o timerSIM ou muda o estado na m quina de estados no timerlO para o estado SEND STOP que depois ir parar os motores 56 In cio GlobalVC h Escreve em Boolean ReadingFile Alterando ReadingFile true Sucesso E Sucesso Figura 4 11 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonSTOP 4 3 M quina de Estados associada ao Evento do timerlO No subcap tulo anterior viu se que os eventos terminavam muita das vezes com a inicializac o da m quina de estados num determinado estado Ora bem essa m quina de estados corre dentro do evento timerlO com uma frequ ncia determinada pelo objecto textBoxClockFreq Olhando para Figura 4 12 pode se ver que o timerlO inicializado pelo utilizador atrav s dos eventos explicados anteriormente em estados espec ficos tais como o SEND DATA SPEED SEND GET REAL POSITION INITIALIZATION FILE e o SEND STOP Depois desta inicializa o existem estados sequenciais associados aos estados referidos que fl em apenas num sentido sequencial ou seja se tudo correr bem apenas t m o estado seguinte na cadeia como destino Para um melhor entendimento do
30. ou lineares em impulsos digitais el ctricos e posteriormente retirar informa o sobre as velocidades e posi es correntes dos motores Geralmente s o acoplados no final do eixo de transmiss o do motor para que deste modo se possa obter uma informa o mais precisa e segura da sua velocidade Velocidade esta que medida directamente por um sensor caso seja poss vel ou ent o calculada pelo controlo de posi o associado rota o O m todo para determinar posi es passa por contar os pulsos gerados pela rota o numa unidade de tempo detectando assim intervalos entre pulsos Os encoders principais podem ser classificados como sendo pticos ou magn ticos o que muda somente o modo como detectam pois os sinais de output gerados pelos dois s o exactamente iguais Suh 2008 Nos encoders pticos rotativos a leitura feita usando um disco com janelas radiais transparentes e opacas alternadas entre si O disco iluminado perpendicularmente por uma fonte de radia o electromagn tica normalmente infravermelha que com o movimento do disco vai alternando entre janelas transparente que deixam passar a radia o ou opacas que a bloqueiam Do outro lado do disco temos um receptor que ao absorver a radia o a converte em impulsos el ctricos Figura 1 10 Se a uma linha de janelas chamarmos canal ent o existem ocasionalmete encoders com mais que um canal normalmente desfasados entre eles tal permite por exemplo det
31. recomendada para o motor Vers o A S rie e vers o S rie 00 Standard OT Tecnol gica 4 4Q com chopper de frenagem 3 Trif sica A Supress o de interfer ncias de r dio A 0 Sem supress o de interfer ncias de r dio 5 380 500 VcA 2 200 240 VcA 0055 5 5 kW 40 Sem bus de campo 41 Com PROFIBUS DP MCF vectorial sem encoder para motor ass ncrono s est o dispon veis os modos VFC vectorial com e sem encoder para motor ass ncrono est o dispon veis os modos VFC e CFC MCS vectorial com resolver para motor s ncrono modos SERVO Figura 2 5 Interpreta o da designa o para o conversor de frequ ncia da 11535040PT Estes conversores de frequ ncia v m com unidade central de processamento com mem ria integrada o que permite programar modos de funcionamento armazenar dados e par metros relativos de controlo Dai a designa o de conversores de frequ ncia com controlo 11535040PT ea imagem de um destes conversores pode ser vista na Figura 2 6 Figura 2 6 Conversor de frequ ncia com controlo 11535040PT Esta possibilidade de controlar e programar o conversor aquela que ser explorada neste trabalho pois ligando o PC ao conversor pelo adaptador de interface USS21A RS232 descrito mais frente no cap tulo 3 pode se controlar o conversor manualmente ou programar uma rotina que 20 ficar guardada na unidade de processa
32. tal ferramentas multicortantes Mesquita 1997 Figura 1 3 Exemplos de v rias opera es de fresagem Mesquita 1997 Para simplificar pode se enquadrar o processo de fresagem dentro de dois tipos sendo estes fresagem tangencial ou fresagem frontal Youssef 2008 1 2 1 Fresagem tangencial Numa fresagem tangencial ou cil ndrica de corte perif rico as arestas de corte da fresa poder o ser paralelas ou obl quas em rela o ao eixo de rota o da ferramenta Caso seja obl qua esse ngulo de obliquidade designado por ngulo da h lice Figura 1 4 Figura 1 4 Representa o da cria o de uma superf cie plana utilizando uma fresa cil ndrica de corte perif rico em que h ngulo da h lice Mesquita 1997 Este tipo de fresagem geralmente usado quando temos fresadoras horizontais em consequ ncia disso este processo muitas vezes apelidado de fresagem horizontal em alguma literatura Este tipo de fresagem produz uma apara de espessura vari vel antes de ser cortada sendo a sua largura medida paralelamente ao eixo de ferramenta Ainda no caso de fresas de corte perif rico de geometria igual a da Figura 1 4 elas podem cortar em dois sentidos No sentido tradicional contr rio ao do avan o neste caso os dentes da fresa penetram na pe a no sentido contr rio da aproxima o desta Ou ent o no outro sentido o mesmo que o do avan o da pe a Ax CO 0 H RE P LUDIA P
33. 04 13 l ransducers Work Figura 1 11 Representa o do funcionamento de um sistema de leitura de coordenadas Assim sendo estes sistemas s o utilizados nas m quinas CNC com objectivos diferentes que podem passar por monitorizar posi o dos carros m veis at n veis de pot ncia associada Ou ainda para medir velocidades temperaturas desgastes de ferramentas press es de leo nos circuitos hidr ulicos etc Para terminar pode se ainda referir que um dos objectivos principais passa tamb m pela seguran a ou seja sensores que ao detectar uma obstru o enviam um sinal de alerta que permite desligar a maquinaria em caso de urg ncia ou mal funcionamento 1 3 4 Controladores No caso das m quinas CNC esta unidade consiste maioritariamente num conjunto de circuitos electr nicos memorias e microprocessadores que l em interpretam e manipulam o programa de maquinagem convertendo o em ac es mec nicas que possam ser interpretadas pela m quina ferramenta 1 3 4 1 Comando Num rico Computorizado CNC O Comando Num rico um sistema que interpreta dados alfanum ricos codificados criados previamente para o efeito de modo a controlar as ac es mec nicas de uma m quina ferramenta Estes dados representam posi es relativas entre a ferramenta e a pe a de trabalho assim como outras instru es necess rias para operar a m quina O termo Comando Num rico Computorizado CNC usado quand
34. 419 SEW IPOSplus Position and Sequence Control EN11320419 2004 EN16795210 SEW DT DV Gearmotors EN16795210 2009 Franzoi www franzoi com acedido em Outubro 2009 Hughes 2006 A Hughes Electric Motors and Drives Fundaments Types and Applications Pages 167 195 Elsevier 3 Edition 2006 Mesquita 1997 M D Mesquita J M C Rodrigues R M S Batista M quinas Ferramenta Instituto Superior T cnico Sec o de Folhas 12Edi o 1997 Miller 2004 R Miller M R Miller Machine Shop Tools amp Operations Pages 233 241 Wiley Publishing Inc 5 Edition 2004 Microsoft www microsoft com Express VC acedido em Outubro 2009 PT103652 2007 L Alves P Bicudo P Rosa V Cristino M quina Fresadora de estrutura modular para maquinagem de superf cies de grandes dimens es PT103652 2007 Richards 2005 P Richards A CAN Physical Layer Discussion AN228 Microchip September 2005 SEW www sew eurodrive pt acedido em Outubro 2009 Smid 2003 P Smid CNC Programming Handbook Industrial Press Inc 2 Edition 2003 Suh 2008 S Suh S Kang D Chung Stroud Theory and Design of CNC Systems Springer Series in Advanced Manufacturing 2008 SurflA www surfinalentejo com acedido em Outubro 2009 Venda 2003 P Venda Controller Area Network Fundamentos Instituto Superior T cnico 2003 74 Videos http fisica ist utl pt bicud
35. 49 Figura 4 3 Fluxograma para os eventos associados ao click dos objectos buttonGoBackX buttonGoFrontX buttonGoBackX buttonGoFrontX e buttonGoBackX buttonGoFrontX Figura 4 4 Fluxograma para os eventos associados ao click dos objectos buttonSendPositionX buttonSendPositionY e buttonSendPositionZ 51 Figura 4 5 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonSendAIlI 52 Figura 4 6 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonHome 53 Figura 4 7 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonGetRealPosition 53 Figura 4 8 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonCalibration 54 Figura 4 9 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonReadStart 55 Figura 4 10 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonReadCtn 56 Figura 4 11 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonSTOP 57 Figura 4 12 M quina de estados associada ao evento timerlO e as relac es poss veis entre RR 58 Figura 4 13 Diagrama SDL para o Estado SEND DATA SPEED 59 Figura 4 14 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION DATA SPEED 60 viii Figura 4 15 Diagrama SDL para o Estado SEND DAT
36. A Estrutura de uma m quina ferramenta deve apresentar algumas caracter sticas fundamentais como uma boa rela o entre rigidez e alto peso grande capacidade de absor o de vibra es servos dos eixos de elevado bin rio e um bom sistema de arrefecimento Carvalho 2004 As m quinas fresadoras s o geralmente classificadas de acordo com a posi o do seu eixo rvore em rela o mesa de trabalho sendo o eixo rvore a parte da m quina onde se fixa a ferramenta e a mesa de trabalho onde se fixa a pe a a maquinar Assim as fresadoras podem ser horizontais e ou verticais 1 3 1 1 Fresadoras horizontais As fresadoras horizontais s o caracterizadas por possu rem o eixo rvore em posi o horizontal Figura 1 8 recebendo o movimento de rota o atrav s deste O eixo rvore suportado numa das extremidades pelo bra o de apoio de modo a aumentar a rigidez do sistema A mesa de movimentos cruzados longitudinal e transversal apoiada na consola que por sua vez se desloca verticalmente Se a dimens o e a massa da pe a e por consequ ncia da mesa for muito grande o apoio em consola n o ser adequado Nessa situa o utilizam se fresadoras de mesa ou bancada fixa Mesquita 1997 7 Bra o de apoio Figura 1 8 Fresadora horizontal em consola Mesquita 1997 1 3 1 2 Fresadoras verticais As fresadoras verticais de mesa m vel ou fixa s o caracterizadas pela posi o vertical da rvore de trab
37. A POSITION 61 Figura 4 16 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION DATA POSITION 62 Figura 4 17 Diagrama SDL para o Estado SEND GO 63 Figura 4 18 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION GO Continua na Figura Figura 4 19 Continua o da Figura 4 18 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION 65 Figura 4 20 Diagrama SDL para o Estado SEND GET REAL POSITION 66 Figura 4 21 Diagrama SDL para o Estado READ REAL 67 Figura 4 22 Diagrama SDL para o Estado _ nennen 68 Figura 4 23 Diagrama SDL para o Estado INITIALIZATION FILE 69 Figura 4 24 Diagrama SDL para o Estado SEND STOP 69 Figura 4 25 Evento para o timerSIM sssssssseseeenenenenene eene nnn nenne nnne nnns nnns nnns 70 Figura 4 26 Diagrama explicativo do funcionamento dos c digos desenvolvidos para os conversores de frequ ncia da Sew sss ns 71 Anexos Figura A 1 Estrutura geral dos motores DT e DR serve apenas para suporte de identifica o de componentes EN16795210 76 Figura A
38. FIRMATION GO onde se verifica depois de finalizado um processo de movimento nos motores se se est a ler um ficheiro CAM ou n o e em caso afirmativo reencaminha para o estado READ FILE Figura 4 22 Se houver interrup es por parte do IPOS durante o movimento este estado reencaminha para o estado GET REAL POSITION para se saber em que posi o os motores pararam 63 READ CONFIMATION GO Mensagem do CAN Recebe FS O Escreve no LOG P Conector para a pr xima p gina GlobalVC h Referencia s altera es no GlobalVC h encontram se na segunda parte Figura 4 18 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION GO Continua na Figura 4 19 64 READ FILE Sim READ CONFIMATION GO Sucesso GlobalVC h Axisinfo Ulnt16 AxisInfo 3 C digos RECEIVED END GO RECEIVED CALIBRATION CW RECEIVED CALIBRATION CCW FINAL SEND DATA SPEED SEND GET REAL POSITION DO NOTHING Contador timerlO UInt32 CounterTimerlO SEND DATA SPEED Constante TIMERIO MAX CalibrationInfo Ulnt32 CalibrationInfo C digos CALIBRATION DOING CW CALIBRATION DOING CCW CALIBRATION DONE ReadingFile Boolean ReadingFile Calibra o Ulnt32 MaxValueMotor 3 Ulnt32 MinValueMotor 3 Mensagem CAN Identificadores READ CONFIMATION GO SEND GET REAL POSITION D SEND x ID SEND Y ID SEND Z Dados Ulnt32 CodeRead g Ulnt32 ValueRead Escreve no LOG
39. Ifi INSTITUTO SUPERIOR T CNICO Controlo din mico com CAN BUS de fresadora CNC para objectos alares de grandes dimens es S rgio Martins Sim es Dias Disserta o para obten o do Grau de Mestre em Engenharia F sica Tecnol gica J ri Presidente Prof Lu s Filipe Moreira Mendes Orientador Prof Bernardo Brotas de Carvalho Co Orientador Prof Pedro Jos de Almeida Bicudo Vogais Prof Pedro Alexandre Rodrigues Carvalho Rosa Prof Lu s Manuel Mendon a Alves Novembro de 2009 Agradecimentos Gostaria de agradecer ao meu orientador Professor Bernado Brotas de Carvalho por todo o apoio despendido ao longo do desenvolvimento do trabalho descrito nesta tese Ao meu Co Orientador Professor Pedro Bicudo pelos in meros incentivos Aos professores Pedro Rosa e Lu s Alves por se mostrarem sempre dispon veis na clarifica o de d vidas Um especial agradecimento Paula Vieira por ter estado sempre presente mesmo nos momentos mais dif ceis Agrade o ainda a todos os meus amigos e colegas que me ajudaram ao longo deste trabalho em especial ao Hugo Alves Por fim mas n o menos importante um agradecimento especial minha fam lia e em particular aos meus pais sem os quais certamente n o estaria aqui E obrigado a todos aqueles que me esqueci de referir O trabalho aqui apresentado corresponde ao desenvolvimento de um controlo din mico de moto redutores el ctricos associados a uma fresadora prot
40. MCS41A X30 Entrada para PROFIBUS DP tomada Sub D de 9 p los S para MCV MCS4 A X14 Sa da para simula o de encoder incremental ou entrada para encoder externo tomada Sub D de 9 p los S para MCV MCS4 A X15 Entrada do encoder do motor tomada Sub D de 9 p los Unidade de terminais remov vel Figura A 4 Estrutura dos conversores de frequ ncia com controlo 11535040PT 79 Identifica o dos Objectos no GUI do Software Prot tipo DACS OPMG a DACS OPMG VLO E Read New File Get Real ES ES catum 7 2222 W 23 222 PELE 22222 textBoxlNincrementX textBoxINspeedX textBoxINPositionX 4 textBoxlNincrementY textBoxINspeedY 5 textBoxINPositionY textBoxlNincrementZ textBoxINspeedZ textBoxINPositionZ textBoxOUTlogX 5 e soxourreareositionx textBoxOUTlogY textBoxOUTrealPositionY textBoxOUTlogZ 15 e eoxourrearPositionz textBoxSIMclock textBoxInpuFileRd textBoxDisRotXX 20 comboBoxBaud textBoxClockFreq radioButtonSimulation radioButtonRealDeal Figura A 5 Identifica o dos objectos Text Boxes Radio Buttons e Combo Boxes no GUI Para consultar durante a leitura do cap tulo 4 80 a DACS OPMG VLO DO 22222 22 fl RADA AAA ASAA 2 buttonGoBackX 2 buttonGoFrontx 3 buttonSendPositionX buttonGoBackY buttonGoFrontY buttonSendPositionY buttonGoBackZ buttonGoFrontZ buttonS
41. OUTlogY Limpa o textBoxOUTlogZ Termina com Sucesso SEND DATA SPEED Figura 4 8 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonCalibration calibra o GlobalVC h Olhando agora para a Figura 4 9 podemos ver que temos um evento diferente dos anteriores Este evento corresponde ao buttonReadStart respons vel por iniciar a leitura dos ficheiros CAM como j tinha sido dito O resultado depende neste caso do estado em que se encontrar o bot o de selec o representado por radioButtonSimulation Anexo A3 Assim sendo 54 existe duas possibilidades ou inicia a m quina de estados no estado INITIALIZATION FILE descrito mais frente subcap tulo 4 3 inicializando assim o ciclo de leitura e movimento de motores ou ent o simula o ficheiro usando o timerSIM tambem explicado no subcap tulo 4 4 mais em detalhe que serve apenas para simular o ciclo de leitura parte sem interferir com a m quina de estados In cio GlobalVC h Escreve em Abre o Documento Ulnt32 LineN ReadingFile true textBoxInpuF ileRd A Boolean ReadingFile Retira os valores m ximos e m nimos Alterando de cada eixo LineN 1 GlobalVC h Calculos Calcula o valor a somar a cada valor lido para cada eixo para os colocar na zona positiva dos respectivos eixos DisplaceToPos 3 Abs ValorMinimo Calcula o maior valor possivel que se pode obter j com os v
42. SB TX FIFO FULL 2552 Esta fun o permite limpar o buffer de sa da ou seja permite limpar o FIFO de sa da A fun o em linguagem defin Int32 canusb Flush CANHANDL A fun o retorna lt 0 se falha ida como E h Char flushflags gt 0 no caso de sucesso No que diz respeito a flags usou se somente a flag FLUSH DONTWAIT que limpa o buffer sem esperar que mensagens que estejam em espera sejam enviadas e definida como static const Char FLUSH WAIT 0x00 31 2 4 2 6 Estrutura das mensagem Como se viu no subcap tulo 2 4 2 3 a estrutura da mensagem a enviar para o CAN bus composta por um ID dados e flags timestamp flags e len Assim o ID corresponde na Figura 2 12 ao identificador e os dados trama de dados de 8 bytes as flags servem para o CANUSB interpretar se a trama estendida ou n o o n mero de bytes que se envia e a estampa temporal O que importante aqui referir que os dados est o partidos em duas sequ ncias de 4 bytes em que a primeira foi escolhida para transportar os c digos que serve para identificar o que vai nos 4 bytes seguintes ou ent o para dar uma ordem espec fica da qual os seguintes 4 bytes n o ter o import ncia Para consultar estes c digos e vari veis envolvidas ir para Anexo A4 A t tulo de exemplo para se enviar uma posi o para um dos servos necess rio que o primeiro grupo de 4 bytes contenha o c digo que indique que o valo
43. Send 0 AxisInfo 1 Altera AxisInfo 0 para ALREADY SEND DATA POSITION CONFIRM DATA SPEED TO POSITION Sim Mensagem CAN ID SEND Y CODE POSITION PositionToSend 1 AxisInfo 2 Altera AxisInfo 1 para ALREADY SEND DATA POSITION CONFIRM DATA SPEED TO POSITION Sim Mensagem CAN ID SEND Z CODE POSITION PositionToSend 2 READ CONFIRMATION DATA POSITION Altera AxisInfo 2 para ALREADY SEND DATA POSITION O Escreve no LOG GlobalVC h AxisInfo UInt16 AxisInfo 3 C digos CONFIRM DATA SPEED TO POSITION ALREADY SEND DATA POSITION Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Conte do Dados CODE POSITION Ulnt32 PositionToSend 3 Figura 4 15 Diagrama SDL para o Estado SEND DATA POSITION Ent o o estado que se segue o SEND GO Figura 4 17 que envia ent o para os conversores com os quais tem comunicado nos estados anteriores a confirma o para iniciarem o movimento e passa logo para o estado READ CONFIRMATION GO Figura 4 18 Figura 4 19 neste estado que se permanece aquando o movimento dos motores assim que os motores estiverem em movimento enviam mensagens com essa indica o na rede CAN bus que intrepretada por este estado Tamb m neste estado que se verifica se o processo est em modo de calibra o e se assim for este estado inic
44. Surf Isto os blocos de Poliuretano expandido podem ser aplicados em variadas reas tais como no n cleo de avi es ultraligeiros barcos ou p s de aerogeradores Para finalizar este cap tulo ir se fazer um apanhado geral sobre a tecnologia de fresagem apresentando se logo de seguida uma descri o geral sobre fresadoras CNC 1 1 O Projecto Fresadora prot tipo A ideia de iniciar o projecto para o desenvolvimento de um prot tipo de uma fresadora CNC para a produ o automatizada de pranchas de surf teve origem em 2003 com a necessidade sempre crescente da empresa SurfinAlentejo SurflA em aumentar a sua produ o tendo em vista uma poss vel expans o do mercado nascendo assim uma parceria entre a SurfinAlentejo e o IST Actualmente encontram se desenvolvidas e documentadas duas das componentes deste projecto a estrutura da fresadora e um digitalizador 3D que tem como objectivo fazer um scan de uma prancha modelo obtendo assim uma digitaliza o desta e a posterior reconstru o do modelo em CAD 3D A estrutura foi desenvolvida pelos agora engenheiros Ricardo Carvalho e Susana Alves na altura ainda sobre a qualidade de alunos finalistas orientados pelo pelos professores Pedro Rosa e Lu s Alves e descrito em Carvalho 2004 E o digitalizador 3D foi desenvolvido pelos agora engenheiros Jo o Amaro e Ricardo Bettencourt na altura ainda sobre a qualidade de alunos orientados pelo pelos professores Pedro Rosa e Lu s
45. alho A nomenclatura dos principais rg os de uma fresadora vertical de mesa m vel apresentada na Figura 1 9 Para al m dos movimentos cruzados da pe a promovidos pelos carros longitudinal e transversal a consola pode se deslocar verticalmente quer para o posicionamento quer para avan o de trabalho Tamb m a manga da rvore se pode deslocar na direc o vertical Mesquita 1997 Figura 1 9 Fresadora vertical em consola Mesquita 1997 1 3 1 3 Outras fresadoras No topo das fresadoras que adv m das horizontais temos a fresadora universal Esta disp e um eixo rvore na horizontal em que a mesa tem a possibilidade rodar em torno do eixo vertical facilitando assim a maquina o de materiais dos quais se pretende obter formas helicoidais Existem outros tipos de fresadoras que adv m das horizontais e das verticais mas que possuem um diferente modo de funcionamento Destas fresadoras mais especializadas pode se destacar ent o a fresadora copiadora e a pantogr fica A fresadora copiadora trabalha com uma mesa e dois cabe otes o cabe ote apalpador e o cabe ote de maquinagem e tem a finalidade de copiar um dado modelo A fresadora pantogr fica executa um movimento de coordenadas operado manualmente e tal como a anterior copia um dado modelo permitindo no entanto trabalhar detalhes como canais e pequenos raios que s o complicados de ser obtidos numa fresadora copiadora Carvalho 2004 1 3 2 Servomecanismos
46. alores de calibra o e transpostos para o eixo positivo para cada eixo OPMG AbsValueMax 3 ValorMaximo DisplaceToPos 3 MinValueMotor 3 Termina com Sucesso GlobalVC h Escreve em UInt32 PositionToSend 3 Ulnt32 PositionReal 3 UInt32 LineN Alterando PositionToSend 3 200 PositionReal 3 200 LineN 1 Termina com ERRO Figura 4 9 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonReadStart Termina com sucesso Activando timerSIM 55 INITIALIZATION FILE Sim GlobalVC h Termina com sucesso Escreve em Desactivando timerSIM Boolean ReadingFile Alterando ReadingFile false Termina com sucesso Desactivando timerlO GlobalVC h Escreve em Boolean ReadingFile Termina com sucesso Alterando Activando timerSIM ReadingFile true Termina com sucesso Activando timerlO Figura 4 10 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonReadCtn Na Figura 4 10 temos o fluxograma representativo do evento associado ao buttonReadCtn este evento ter quatro finais poss veis se o bot o se encontrar no estado de pausa ele dependendo do radioButtonSimulation vai desactivar o timerlO ou o timerSIM contudo este desactivar n o passa disso mesmo um desactivar porque os estados onde se encontram n o s o alterados e assim no pr ximo click
47. bo o Sistemas de Leitura Material a Maquinar Produto Final Figura 1 7 Esquema dos processos envolvidos na de uma pe a envolvendo fresadora Ideia Esbo o Depois de se ter tido a ideia do que se pretende obter como produto final na fresadora deve se por em papel na forma de um esbo o Esbo o esse que deve ter em conta se poss vel onde ser usado e como de que material ser feito qual o seu tamanho etc CAD CAD Computer Aided Design uma ferramenta de aux lio confec o de desenhos principalmente em engenharia Assim atrav s do CAD que passamos a Ideia Esbo o para o computador transformando o numa forma geom trica modelar quer em 2D ou 3D CAPP e CAM CAPP Computer Aided Process Planning usado para gerar informa o sobre a m quina ferramenta e o material a maquinar como por exemplo o tipo de fresa a usar condi es de corte a cumprir etc Depois de obtido o CAPP passamos para o CAM Computer Aided Manufacturing onde ser guardado ent o as instru es para o movimento da m quina ferramenta com base na geometria criada pelo CAD tendo em conta as imposi es de maquinaria registadas no CAPP CNC no Comando Num rico Computorizado que se interpreta o ficheiro CAM para posteriormente ser convertido em instru es de posi o e velocidade para os servo motores atrav s dos controladores dos servos Ac o de remo o de mat
48. coordenadas lidas nesse ficheiro para os motores usando uma interpola o linear para garantir continuidade entre pontos 45 Tal decis o feita usando os bot es de decis o sendo que se o radioButtonSimulation estiver seleccionado ao carregar no buttonReadStart este vai simular o ficheiro e apresentar as traject rias no OPMG Se por outro lado o radioButtonRealDeal estiver seleccionado ao carregar no buttonReadStart inicia se o processo real de fresagem Ambos os processos carregam e l em ficheiro que estiver escrito no textBoxInpuFileRd este ficheiro tem de estar na mesma directoria do execut vel e tem de ser escrito com extens o No processo real s o tidos em conta os valores preenchidos nos textBoxDisRotXX textBoxDisRotYY e textBoxDisRotZZ em que correspondem aos eixos dos X Y e Z respectivamente Estes valores representam as dist ncias percorridas quando se obt m uma volta completa sa da dos respectivos redutores Estas dist ncias devem ser preenchidas para cada redutor na mesma unidade em que os ficheiros CAM apresentam O buttonReadCtn apresenta dois estados se tiver o texto Pause escrito respons vel por colocar em pausa todo o processo de leitura quer no modo simula o quer no modo real mudando tamb m o texto do bot o para continue Se por outro lado tiver o texto continue permite sair do estado de pausa e retomar o processo anterior mudando o texto para pause 4 1 3 GUI Gru
49. dPositionX No que diz respeito s velocidades de rota o com que as opera es acima descritas v o tamb m podem ser controladas com este subgrupo para o eixo dos X para tal necess rio preencher mais uma vez com valores inteiros positivos menores ou iguais a 1500 o textBoxINspeedX Este valor interpretado pelo motor como sendo em rpm rota es por minuto de igual forma n o essa a velocidade que o utilizador v sa da do redutor pois tem de se aplicar primeiro as rela es apresentadas na Tabela 2 1 Ainda neste subgrupo existe o textBoxOUTlogX que nos informa se o motor est em movimento ou n o ou se o ficheiro CAM chegou ao fim E no textBoxOUTrealPositionX onde se pode ver a posi o actual do encoder No que diz respeito ao funcionamento dos outros dois subgrupos o modo de opera o igual divergindo apenas no motor alvo onde mais uma vez bom lembrar que podem apresentar rela es diferentes das mencionadas no subgrupo XX Tabela 2 1 4 1 2 GUI Grupo External Input Este grupo composto por 2 bot es representados no c digo por buttonReadStart e buttonReadCtn cinco caixas de texto representadas no c digo por textBoxSIMclock textBoxInpuFileRd textBoxDisRotXX textBoxDisRotYY e textBoxDisRotZZ e ainda um par de bot es de selec o representados por radioButtonSimulation e radioButtonRealDeal Anexo Neste grupo poss vel simular um ficheiro CAM ou transferir as
50. da ai a i RS RAR AR MARROM RES RAR ANA ER ii Abstrato os sii RU das cars RURSUS AMARI RURSUM BIM RM UA SRI QUIAE IS as ii tid ee steh euis iii Lista de AbreviacOes uie Rei OD EN Ore RACE RR CU MR TROU vi Lista de FIgUFas e a e ede nee ERE e V nae E NR YR E a aa a vii Lista de Tabelas eere oS Ree eS ERR LR RE EIS RE RARE EV RA X Cap tulo 12 AAEE E EEEE EAEE TA EA 1 1 iptoduti ia A AAN IAO 1 1 1 O Projecto 2 1 1 1 Estrutura da fresadora para grandes 3 141 2 Digitalizador 3D iiec ed tete bus 5 1 1 3 Material alvo Material com resist ncia perto do poliuretano expandido 5 1 2 Tecnologia de nnn ennt nnns nnn 5 1 2 1 Fresagem tangendcial t ette ret eta be EE e tee 6 1 2 1 1 Corte no sentido contr rio ao do avan o da pe a tradicional 7 1 2 1 2 Corte no sentido do avan o da 7 1 2 2 Fr sagem frontal rre re eerte e ene ipee RET ER 7 1 3 Fresadoras iode ber d adds e ERRARE ee EHE dah 8 1 3 T EStrUtUta iri tee terne itn aei reni eee terne da een eti ae noni 10 1 3 1 1 Fresadoras horizontais
51. da bancada de ensaios Foi com base nesta montagem que se desenvolveu o software prot tipo DACS OPMG descrito no cap tulo 4 assim como a resposta dos c digos carregados nos controladores dos conversores Numa primeira fase implementou se o CAN bus e testou se a validade da comunica o entre n s assim como a velocidade de sinaliza o Isto testou se a possibilidade de cada n receber as suas mensagens e de enviar de volta segundo uma velocidade de sinaliza o definida Depois testou se a comunica o entre os conversores de frequ ncia e os motores assim como a possibilidade de receber valores pelo CAN bus e de converter esses valores em posi es ou velocidades Depois de interpretado e convertido correctamente os valores lidos no CAN bus passou se para os testes com a vari vel de posicionamento para velocidades constantes de rota o verificando se assim as respostas dos encoders relativamente s posi es que se enviava Foi nesta fase que se testou qual o numero de incrementos que cada encoder contou para que os redutores sa da completassem uma volta verificando assim as rela es apresentadas pelo fabricante na Tabela 41 2 1 e depois usadas na Equa o 2 4 ou seja Up 28839 Uwar 79475 para calcular a interpola o linear Terminados os testes em rela o ao posicionamento adicionou se mais uma vari vel a velocidade Nesta fase verificou se novamente os valores fornecidos pelo fabricante Tabela 2
52. do produto CANUSB que serve de comunica o entre o PC e os conversores de frequ ncia E finalmente os programas desenvolvidos para os controladores dos conversores de frequ ncia foram capazes de interpretar as ordens recebidas do DACS OPMG atrav s do CAN bus Est em curso o desenvolvimento do documento para a emiss o de uma patente nacional sobre o sotware prot tipo DACS OPMG Para visualiza o dos v deos que demonstram o controlo din mico em funcionamento aceder ao link Videos 5 1 Considera es sobre o DACS OPMG Assim como foi demonstrado no cap tulo 4 atrav s do DACS OPMG poss vel e Abrir Fechar uma linha de comunica o com o CAN bus atrav s do CANUSB e Definir a velocidade de comunica o e Controlar as velocidades e posi es de cada motor quer individualmente quer em grupo e Visualizar as posi es actuais dos encoders e Efectuar uma calibra o autom tica no eixo positivo referente a cada moto redutor e Parar todos os motores em caso de emerg ncia ou afins e Visualizar as projec es ortogonais das traject rias descritas pela fresa e Simular ficheiros CAM que cumpram os requisitos descritos no cap tulo 2 5 e Ler esses ficheiros CAM e transpor essas coordenadas para movimento real usando para tal uma interpola o linear entre os pontos e Definir as unidades equivalentes a uma volta completa em cada moto redutor e Colocar em pausa todo o processo de movimento dos moto redu
53. do com sucesso isto se carregar os valores referentes velocidade e posi o nas vari veis globais correspondentes Anexo A 4 activado a m quina de estados descrita no subcap tulo 4 3 passando imediatamente para o estado com o nome SEND DATA SPEED tamb m explicado mais frente no subcap tulo 4 3 que vai dar inicio o processo para movimentar o motor alvo 49 buttonGoBackX buttonGoBackY Substituir buttonGoBackZ Substituir is Substituir 0 1 1 0 2 2 X Z 0 2 1 1 2 0 buttonGoFrontX Roo buttonGoFrontY buttonGoFrontZ Substituir Substituir X Y 0 1 1 0 2 2 X Z 0 2 1 1 2 0 Valores em textBoxINincrementX textBoxINspeedX S o v lidos GlobalVC h SpeedToSend 0 lt MAXIMUM SPEED GlobalVC h Limpa o Buffer Desactiva todos os bot es excepto o buttonSTOP Limpa o textBoxOUTlogX Termina com Sucesso Termina com ERRO Figura 4 3 Fluxograma para os eventos associados ao click dos objectos buttonGoBackX buttonGoFrontX buttonGoBackX buttonGoFrontX e buttonGoBackX buttonGoFrontX Na Figura 4 4 o processo id ntico ao da Figura 4 3 diferindo apenas no carregamento dos valores para a posicdo enquanto que na Figura 4 4 carregado o valor directamente da caixa de texto associada na Figura 4 3 feito um incremento posi o real e s de
54. do por Carvalho 2004 concluiu que a solu o final encontrada em rela o ao inicialmente proposto apresenta uma s rie de vantagens que tornam a m quina um produto inovador e com potencial para ter um baixo custo para o seu mercado alvo Assim resumindo esta fresadora tem uma analogia com um carro que se desloque sobre carris com a diferen a que os carris s o substitu dos por cremalheiras dando um aspecto de carris dentados em que as rodas s o tamb m dentadas de forma a que o carro tenha sempre uma posi o bem precisa Isto corresponde a direc o eixo dos xx Nas direc es perpendiculares o mesmo princ pio repete se para que a fresa se possa mover em todas as direc es poss veis Figura 1 2 Figura 1 2 Fotografia da estrutura criada para o prot tipo da fresadora CNC Carvalho 2004 1 1 2 Digitalizador 3D Este sistema pode servir de alternativa para se obter ficheiros CAM descritos no cap tulo 2 que posteriormente podem ser usados como inputs no programa apresentado no cap tulo 4 Assim a digitaliza o de formas 3D consiste na gera o de uma nuvem de pontos coordenadas 3D a partir de um modelo f sico A informa o gerada durante este processo posteriormente transferida para um sistema de reconstruc o de modelos de forma a gerar um modelo conceptual de superf cies com base nos pontos de coordenadas 3D de onde poss vel gerar traject rias de maquinagem posteriori num programa CAM Obte
55. do referido no cap tulo 2 O DACS OPMG tem este nome derivado do acr nimo para Dynamic Axis Control System Orthogonal Projection Motion Guide um Dynamic Axis Control System porque com este software poss vel controlar 3 moto redutores em tempo real cada um associado a um eixo especifico no espa o 3D XYZ E Orthogonal Projection Motion Guide uma representa o gr fica da projec o ortogonal da traject ria descrita pelo movimento do ponto onde estar a fresa nos planos XY XZ e YZ que tem como coordenadas as posi es j convertidas para unidades de comprimento dos encoders Assim come a se por descrever o GUI do DACS OPMG e o modo de funcionamento deste do ponto de vista do utilizador seguindo se de uma descri o do c digo e dos objectos mais concretamente os eventos associados a esses objectos criados em C Net Finalizando com uma descri o dos c digos carregados nos controladores 4 1 GUI do Software Prot tipo DACS OPMG V1 0 Organizou se o GUI em grupos para facilitar a compreens o do mesmo Figura 4 1 O grupo Manual Control como o nome indica onde o utilizador pode controlar manualmente e individualmente cada eixo e onde tamb m recebe informa o sobre cada eixo tal como posi o actual do encoder e se este se encontra em movimento ou n o O grupo External Input onde se pode carregar ficheiros CAM desenvolvidos para este prot tipo e simul los ou envi los 1
56. do utilizador pois os valores s o carregados internamente passando logo para a m quina de estados 52 GlobalVC h GlobalVC h Figura 4 7 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonGetRealPosition 53 Na Figura 4 7 temos o fluxograma o evento associado ao buttonGetRealPosition neste evento os valores s o carregados internamente como o descrito na Figura 4 6 no entanto neste caso iniciado a m quina de estados num estado diferente dos anteriores o estado SEND GET REAL POSITION descrito mais frente em detalhe no subcap tulo 4 3 Ent o este processo n o vai activar o movimento dos motores mas sim pedir a posi o real dos encoders O fluxograma representado pela Figura 4 8 id ntico ao da Figura 4 6 carrega tamb m os valores internamente antes de iniciar o processo de ordem de movimento dos motores atrav s da m quina de estados mas carrega informadores diferentes Anexos A 4 para levar a cabo a In cio Escreve em UInt32 PositionToSend 3 Ulnt32 SpeedToSend 3 Ulnt16 AxisInfo 3 Ulnt32 CounterTimerlO Boolean ReadingFile UInt32 CalibrationInfo Alterando SpeedToSend 0 250 SpeedToSend 1 250 SpeedToSend 2 689 PositionToSend 3 1048 CounterTimerlOz0 AxisInfo 3 SEND DATA SPEED ReadingFile false CalibrationInfo CALIBRATION DOING CW Limpa o Buffer Desactiva todos os bot es excepto o buttonSTOP Limpa o textBoxOUTlogX Limpa o textBox
57. e a implementa o de cada n na rede CAN cobre como j foi referido tanto a camada f sica como a camada de liga o de dados Genericamente o hardware presente pode ser dividido em tr s blocos funcionais o transceiver o controlador CAN e o micro controlador Venda 2003 O transeiver que combina a transmiss o e recep o est normalmente implementado na camada f sica e no exterior do n tomada fichas cabos etc enquanto que o controlador encontra se implementado na camada de liga o de dados O micro controlador tanto pode ser implementado na segunda camada como nas camadas superiores e pode ser dedicado interface de comunica o do pr prio n ou partilhado por outros perif ricos 2 3 1 1 Camada f sica A camada f sica de um sistema de comunica o cobre os aspectos da transmiss o f sica dos dados bits entre os n s da rede Venda 2003 Olhando para a estrutura apresentada na Figura 2 8 e seguindo essa ordem de raciocino pode se desde j come ar por falar da Codifica o Descodifica o de bits Codifica o Descodifica o de bits Uma stream de bits num bus CAN codificada em NRZ Non Return to Zero ou seja o bus pode estar num estado recessivo ou dominante dependendo do bit que est a ser transmitido Assim o bus apresenta tr s n veis l gicos o estado dominante o estado recessivo e o estado idle onde nenhum n est a transmitir CIA 23 Controlador
58. e a por ser efectuado com uma sec o determinada da apara o que origina um choque no in cio do corte de que pode resultar na fractura dos dentes da fresa sobretudo se s o carbonetos Nessa situa o os dentes devem ter um ngulo de ataque negativo para serem robustos e o material do dente deve ser mais d ctil 1 2 2 Fresagem frontal Este processo usado para se obter superf cies planas perpendiculares ao eixo de rota o da ferramenta Para tal usa se normalmente fresas de facejar A espessura da tamb m vari vel sendo o seu valor m ximo correspondente avan o por dente A profundidade de corte e consequentemente a largura da apara s o determinadas pelo ajuste axial da fresa relativamente superf cie inicial da pe a Pode se ainda fazer uma pequena refer ncia para as fresas de topo que s o utilizadas para produzir rasgos caixas e contornos e corta tal como as fresas de facejar simultaneamente com as arestas laterais e com as de topo f gt a Figura 1 6 Compara o Fresas cil ndricas de corte perif rico a de facejar b e de topo c Mesquita 1997 1 3 Fresadoras CNC Esta sec o come a por dar uma perspectiva geral do processo isto quais os passos que normalmente tem que ser percorridos para maquinar uma pe a numa fresadora CNC Figura 1 7 antes de se prosseguir com a descri o dos modos constituintes de uma fresadora CNC CAPP CAM Ideia Es
59. e Assembler AppBuilder Close All Tools Movitrans Acesso janela de diagn stico e Acesso janela do compilador configura o do conversor onde se pode carregar o programa no conversor Figura 2 7 Interface do Programa Movitools V 4 40 SEW Daqui para a frente ir se fazer refer ncia apenas s funcionalidades descritas acima As restantes funcionalidades s o simples e n o criam d vidas na altura da implementa o Para 21 informa es mais detalhadas sobre todas as funcionalidades do programa consulte a documenta o do pr prio programa ou aceder a SEW 2 3 Controller Area Network CAN Para fazer a liga o entre o PC e os conversores optou se por um sistema de interliga o de dispositivos numa rede de acesso m ltiplo a um meio partilhado denominado Controller Area Network CAN O CAN um protocolo de comunica o em s rie s ncrono e um caso particular de fieldbus O fieldbus neste contexto visto como uma liga o m ltipla de duas vias entre dispositivos de medida e ou controlo No entanto e em geral uma rede CAN serve para qualquer aplica o onde diversos dispositivos controlados por um micro controlador precisam de comunicar de forma a completar uma tarefa comum sistemas distribu dos Venda 2003 As caracter sticas essenciais do CAN que conduziam sua escolha s o Difus es de mensagens transmitidas Todos os n s v em as mensagens transmitidas por qualquer n q
60. e Transmite Recebe e Transmite Filtro de aceita o de mensagens Nesta camada existe uma subcamada que filtra as mensagens que recebe isto decide consoante um identificador se a mensagem entregue camada acima ou n o Todo este mecanismo pode ser programado pelo utilizador nas camadas superiores Serializa o encapsulamento desserializa o desencapsulamento As informa es das camadas superiores t m de ser serializadas e encapsuladas antes de irem para o bus isto preciso transformar cada byte recebido numa sequ ncia de bits para possibilitar a transmiss o em s rie no bus e vice versa Stuffing destuffing Sempre que o transmissor detectar a presen a de 5 bits consecutivos da mesma polaridade numa stream de bits ap s a serializa o introduz um bit de polaridade inversa que vai ser automaticamente removido pelos receptores Isto acontece porque no caso de uma sequ ncia de bits iguais recessivos ou dominantes os n s podem ter dificuldades na sincroniza o entre si Esta regra de stuffing pode ser utilizada para uma verifica o de integridade Venda 2003 Carrier Sense Multiple Access Deterministic Collision Resolution CSMA DCR o que evita as colis es no acesso m ltiplo isto para evitar que dois ou mais n s enviem ao mesmo tempo uma mensagem diferente o CSMA DCR determina prioridades Para tal cada mensagem leva consigo um identificador uma identidade que atribu da pelo n Durante a tra
61. e sa da 25 Rolamento 100 Tampa do redutor 519 Cal o 8 Chaveta 65 Retentor 101 Parafuso sextavado 520 Cal o 9 Retentor 66 Rolamento 102 Junta 521 Cal o 11 Rolamento 71 Anilha de encosto 132 Freio 522 Cal o 12 Freio 72 Freio 183 Retentor 523 Cal o 17 Tubo distanciador 143 Anilha de encosto 250 Freio Figura A 3 Estrutura geral dos redutores Spiroplan serve apenas para suporte de identifica o de componentes EN16795210 78 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Estrutura dos conversores de frequ ncia com controlo 4444 66646646 12 11 10 X1 Liga o da alimenta o 1 L1 2 L2 3 L3 separ vel X4 Liga o do circuito interm dio U gt U gt e liga o de terra PE separ vel TERMINAL Slot para consola DBG ou op o USS21A USB11A V1 LED de opera o e LEDs de diagn stico PROFIBUS s para MCF MCV MCS41A Parafuso de fixa o A para a unidade de terminais Tampa da unidade de terminais com campos de anota o X10 R gua de terminais electr nicos Parafuso de fixa o B para a unidade de terminais Parafuso para fixa o do grampo de blindagem para a unidade de controlo X3 Liga o da resist ncia de frenagem 8 R 9 R e liga o de terra PE separ vel Liga o para o grampo da blindagem da sec o de pot ncia n o vis vel X2 Liga o do motor 4 U 5 V 6 W S para MCV
62. eixo dos Z Isto porque os dois primeiros suportam mais peso enquanto que o que se encontra no eixo rvore eixo dos Z apenas tem de suportar o pr prio eixo e o motor associado fresa e claro conv m que este seja o mais leve poss vel para n o aplicar mais peso no carrinho m vel Assim sendo escolheram se os motores com as seguintes designa es Para o eixo dos Y temos Moto Redutor 1 RF17DT80N4 BMG ES1S Moto Redutor 2 R17DT80N4 BMG ES1S E para o eixo dos Z temos Moto Redutor 3 WAF20DR63L4 BR EH1S A escolha das refer ncias de cada moto redutor foi efectuada de modo a ser mais f cil compreender as caracter sticas mais relevantes dos moto redutores SEW redutores SEW As refer ncias s o divididas em blocos conjunto de letras e n meros separados por O primeiro bloco contem informa o sobre o tipo de moto redutor no segundo o tipo de freio trav o usado e por fim no ltimo bloco o tipo de encoder que vem acoplado Voltando ao primeiro bloco a 15 referencia expressa diz respeito simultaneamente ao Redutor e ao Motor ou seja pode se ainda dividir em duas refer ncias uma para cada um e obter informa o sobre estes em separado A t tulo exemplificativoapresenta se de seguida os esquemas interpretativos das refer ncias de cada moto redutor Figura 2 1 Figura 2 2 R F 17 DT80N4 BMG ES1S Encoder ES1S Freio de baixo ru do BMG Motor trif sico DT tamanho 80N com 4 p l
63. endPositionZ buttonReadstar 1 buttonneadcin buttonSendAll buttonGetRealPosition buttonHome 5 buttonCalibration buttonClearGraph 7 buttonOpenClose buttonSTOP Figura A 6 Identifica o dos objectos Buttons no GUI Para consultar durante a leitura do cap tulo 4 ooo 81 A 4 Vari veis Globais ficheiro GlobalVC h Tabela A 1 Descri o sobre as vari veis globais usadas e definidas em GlobalVC h e como se enquadram na comunica o com o CAN bus Var veis e constantes Descri o int drvhandle Ulnt32 CodeRead UlInt32 ValueRead UInt32 IDRead Vari veis para enviar para o CAN bus e manipula o interna 4 ltimos bytes dos dados UInt32 PositionReal 3 UInt32 PositionToSend 3 UInt32 SpeedToSend 3 Constantes C digos de comunica o usados no CAN bus 4 primeiros bytes do data frame do CAN bus CODE POSITION CODE REAL POSITION CODE GO CODE GO DONE CODE STOP INTERRUPTION CODE STOP CODE SPEED CODE MOVING Double FileValueRead 3 UInt32 LineN UInt32 MinValueMotor 3 UInt32 MaxValueMotor 3 UInt32 UnitMotor 3 Double Distance1rot 3 UInt32 DisplaceToPos 3 UInt32 AbsValueMax 3 UInt16 AxisInfo 3 Boolean ReadingFile Ulnt32 CounterTimerlO UInt32 CalibrationInfo Data frame CAN bus Guarda o valor do CANUSB referente abertura de canal de comunica o Vari veis de leitura do CAN bus Guarda o ltimo c digo lido 4 primeiros bytes dos dados Guarda o
64. erial Conforme os servos recebem as instru es transformam nas em movimentos ao logo de eixos translacionais rotacionais criando assim todo o processo de fresagem Normalmente o estado da Fresadora assim como o processo de fresagem monitorizado e o feed back enviado para ser analisado CAI CAI Computer Aided Inspection usado para no fim do processo para inspecionar a pe a obtida e comparar com os requisitos imposto pela ideia esbo o criado no in cio de todo este processo em que para tal se usa normalmente o CMM Coordinate Measurement Machine que faz uma compara o criando um sistema de coordenadas da pe a final em CAD de forma a poder comparar com o CAD criado No que diz respeito fresadora em si esta normalmente constitu da por um corpo estrutural um carro sobre o qual se encontra uma mesa onde se coloca o material a maquinar e um cabe ote que acopla as ferramentas de corte Normalmente a mesa pode se mover numa direc o chamado movimento longitudinal e por estar montada sobre o carro que lhe d um movimento perpendicular ao primeiro chamado movimento transversal Como vantagens este tipo de m quinas apresentam uma elevada efici ncia produzem superf cies com bom acabamento e permitem uma elevada flexibilidade em gerar formas Do ponto de vista dos seus componentes uma m quina ferramenta CNC pode ser constitu da por estrutura servomecanismos sistemas de leitura e controladores 1 3 1 Estrutura
65. erminar o sentido de rota o do disco 12 Foto sensores Foto emissores cena seca Canal 1 Sentido de Figura 1 10 Esquema de um encoder ptico rotativo com 2 canais Os encoders podem ser divididos em encoders incrementais e absolutos Ambos apresentam o mesmo modo de funcionamento descrito anteriormente a grande diferen a que os absolutos determinam uma posi o bem determina e fixa enquanto que os incrementais se referem a uma posi o resultante do incremento a uma posi o assumida pela mesa 1 3 3 Sistemas de leitura Os Sistemas de Leitura s o caracterizados normalmente pelos transdutores que s o sistemas que permitem converter varia es de uma unidade f sica numa outra unidade f sica Assim por exemplo numa defini o mais espec fica e bastante utilizada de que transdutor um dispositivo que transforma um tipo de energia em outro utilizando para isso um elemento sensor Por exemplo o sensor pode traduzir informa o n o el ctrica velocidade posi o temperatura pH em informa o el ctrica corrente tens o resist ncia Nas m quinas CNC existem dispositivos de medi o ligados aos accionamentos que permitem a determina o da posi o de cada um dos carros m veis Figura 1 11 Ajudando deste modo a determinar o ponto zero da m quina ferramenta CNC com base na origem das diferentes escalas de cada eixo Carvalho 20
66. eve se determinar qual a dist ncia percorrida quando um moto redutor d uma volta completa e preencher esse valor para cada moto redutor nas mesmas unidades que os ficheiros CAM Para garantir um funcionamento em conformidade com o que foi testado os moto redutores devem ser montados de modo a funcionar nos eixos positivos a que est o associados E porque os encoders s o incrementais sempre que a alimenta o a estes cortada o encoder reinicia a posi o para o valor zero Por isso conveniente ter os motores no Home quando se desligar se se quiser usar os mesmos valores de calibra o guardados no ficheiro ConfigCalibration txt 13 Refer ncias 11358858PT SEW Redutores e motoredutores Manual de instru es 11358858 PT 2006 11535040PT SEW MOVIDRIVE compact MDF MCV MCS4 A Instru es de Opera o 11535040 PT 2007 Amaro 2005 J R C Amaro R L A Bettencourt Concep o projecto e fabrico de um digitalizador 3D Instituto Superior T cnico Outubro 2005 CANUSB www canusb com acedido em Outubro 2009 Carvalho 2004 Carvalho S Alves P Rosa L Alves Concep o e Projecto de uma fresadora Instituto Superior T cnico Outubro 2004 CIA www can cia org acedido em Outubro 2009 DOM756 2007 L Alves P Bicudo P Rosa V Cristino M quina Fresadora de estrutura modular para maquinagem de superf cies de grandes dimens es DOM756 2007 EN11320
67. flag para globalizar o erro 6 bits da mesma polaridade para for ar um erro de stuffing nos outros n s 3 Depois da error flag envia se uma overlapping error flag seguida de um error delimiter 4 A mensagem descartada em todos os n s 5 Os contadores de erro s o incrementados em todos os n s 6 A transmiss o repetida automaticamente Os erros s o portanto assinalados e globalizados assim que s o detectados Atrav s deste processo de tratamento de erros a coer ncia dos dados garantida caso nenhum n esteja em estado passivo ou em bus off parte de um efeito pernicioso no bit final da mensagem De seguida iremos falar do dispositivo usado para fazer a liga o entre o PC e o CAN este dispositivo pode se enquadrar na Camada de Liga o do modelo das camadas do OSI 2 4 Dongle CAN USB CANBUS da LAWICEL AB O CANUSB um dongle da LAWICEL que faz a ponte entre o PC e o CAN bus Figura 2 13 O driver instalado foi o Direct Driver D2XX que usa um DLL biblioteca de liga o din mica para comunicar com o CANUSB Figura 2 13 Dongle CANUSB da LAWICEL faz ponte entre o PC e o CAN bus 28 O CANUSB tem como protocolo de liga o 2 0B activo logo compat vel com tramas standard assim como extended No que diz respeito estrutura de dados o CANUSB guarda as mensagens num tipo de fila FIFO First In First Out e reporta ainda erros de comunica o N o necessita
68. houver mensagens novas C digo Tennin do Carrega o valor para a Posi o I Posi o Loop infinito e envia confirma o Inativo C digo L as mensagens do Posi o CAN bus Terminado Envia a posi o do real encoder C digo Terminado P ra o motor STOP e envia confirma o C digo Terminada D ordem de movimento interrup o Se houver movimento envia em cada 100 milisegundos confirma o desse movimento Figura 4 26 Diagrama explicativo do funcionamento dos c digos desenvolvidos para os conversores de frequ ncia da Sew Assim o controlador do conversor est num loop infinito sempre verificando a rede CAN bus Se encontrar uma mensagem com o seu identificador l e conforme o c digo lido nessa mensagem passa para o estado correspondente Tamb m se encontra representado a interrup o que activa sempre que a liga o representada por interrup o IPOS na Figura 3 4 for activada 71 5 Conclus es Os objectivos propostos para o trabalho descrito nesta tese foram alcan ados em todos os aspectos apontados na introdu o Assim da realiza o do trabalho descrito nesta tese surgiu um software prot tipo denominado DACS OPMG capaz de controlar os tr s moto redutores da marca SEW Eurodrive atrav s de conversores de frequ ncia da mesma marca de modo a que os movimentos gerados pelos moto redutores descrevam traject rias tridimensionais O CAN bus implementado atrav s
69. ia todo o processo descrito at aqui novamente enviando novos dados para se efectuar a segunda parte da calibra o no sentido CCW E depois de terminado o processo de calibra o neste estado que se verifica isso e se reencaminha para o estado SEND GET REAL POSITION Figura 4 20 61 READ CONFIMATION DATA POSITION Recebe Mensagem do CAN O Escreve no LOG GlobalVC h Axisinfo UInt16 AxisInfo 3 C digos CONFIRM DATA POSITION TO GO DO NOTHING Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Dados Ulnt32 CodeRead Ulnt32 ValueRead Ulnt32 IDRead Conte do Dados CODE POSITION Contador timerlO Ulnt32 CounterTimerlO Constante TIMERIO MAX Sim READ CONFIMATION DATA POSITION sen Figura 4 16 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION DATA POSITION 62 Sim ID SEND X CODE GO Mensagem CAN Sim ID SEND Y CODE GO Mensagem CAN Sim ID SEND Z CODE GO Mensagem CAN READ CONFIMATION GO Figura 4 17 Diagrama SDL para o Estado SEND GO Q Escreve no LOG GlobalVC h Axisinfo UInt16 AxisInfo 3 C digos CONFIRM DATA POSITION TO GO ALREADY SEND GO Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Conte do Dados CODE GO Calibra o Ulnt32 MaxValueMotor 3 OPMG Ulnt32 AbsValueMax 3 Ainda no estado READ CON
70. icoidais A Figura A 2 ilustra a estrutura geral dos redutores helicoidais SEW usados neste trabalho Serve apenas para ter uma ideia da disposi o das pe as n o uma r plica exacta 881 on 1 Pinh o 19 Chaveta 42 Rolamento 507 Cal o 2 Roda dentada 20 V lvula de respiro 43 Chaveta 508 Cal o 3 Veio pinh o 22 C rter do redutor 45 Rolamento 515 Cal o 4 Roda dentada 24 Anel de eleva o 47 Freio 516 Cal o 5 Veio pinh o 25 Rolamento 59 Buj o 517 Cal o 6 Roda dentada 30 Rolamento 88 Freio 521 Cal o 7 Veio de sa da 31 Chaveta 100 Tampa do redutor 522 Cal o 8 Chaveta 32 Tubo distanciador 101 Parafuso sextavado 523 Cal o 9 Retentor 34 Rolamento 102 Junta 11 Rolamento 37 Rolamento 131 Tampa de fecho 12 Freio 39 Freio 181 Tampa de fecho 17 Tubo distanciador 41 Freio 506 Cal o Figura A 2 Estrutura geral dos redutores helicoidais serve apenas para suporte de identifica o de componentes EN16795210 77 Redutores Spiroplan A Figura A 3 ilustra a estrutura geral dos redutores Spiroplan SEW usados neste trabalho Serve apenas para ter uma ideia da disposi o das pe as n o uma r plica exacta ill pm 65 66 68 71 143 2 f A 1 1 Pinh o 19 Chaveta 88 Freio 251 Freio 6 Roda dentada 22 C rter do redutor 89 Tampa de fecho 518 Cal o 7 Veio d
71. ll 29 242 1 can sD Open 0 e tea et a re d POR 29 2 4 2 2 c nusb Close eere thee Y HERR ae 30 2 4 2 3 c nu sb Read ssa times sr sda UI a t e t v 30 2 4 2 4 can sbD Write tte ret htt e T des 31 2 4 2 5 c n sb RET 31 2 4 2 6 Estrutura das 32 2 5 Fich8iros CAM eret eene ER ae EE quen eo 32 Cap tulo 3 seit ns ctg E ata ani 34 3 Desenvolvimento experimental esserne ener nnnns 34 3 1 Concep o geral oS e GR ree gale 34 3 2 Esquema das liga es el ctricas ssesssssesesseeeee ener 35 3 3 Esquema das liga es Encoder Conversor eese 36 3 4 Esquema das liga es X10 do Conversor e as liga es CAN bus 36 3 5 Carregamento do c digo nos controladores dos conversores de frequ ncia 38 3 6 Montagem da bancada de 40 4 Desenvolvimento do Software Prot tipo DACS OPMG V1 0 e os c digos para os CONVERSORES E oa e AE E ei E 43 4 1 GUI do Software Prot tipo DACS OPMG 1 0 43 4 1 1 GUI Grupo Manual Control eese eene enne 44 4 1 2 GUI Grupo External Input 45 4 1 3 GUI Grupo Global
72. m comprimento menor que 40m e resist ncia de fio normal Estas linhas como j foi dito apresentam tr s estados de actividade idle bit recessivo e bit dominante Estes estados s o definidos pelas tens es diferenciais introduzidas medidas nas linhas Vcan Vcan 1 pelos n s Esta natureza diferencial da medida minimiza interfer ncias electromagn ticas dado que os dois fios do bus estar o fisicamente perto um do outro e na presen a de interfer ncia os efeitos sentidos em ambos ser o semelhantes e como a tens o medida diferencialmente o valor dessa interfer ncia desaparece Venda 2003 Venda 2003 25 2 3 1 2 Camada de liga o de dados na camada de liga o de dados que se imp e formatos s mensagens que circulam pelo bus e ainda detecta e por vezes tamb m corrige erros que possam surgir na camada f sica No que diz respeito as mensagens existe actualmente duas vers es de mensagens as standard e as extended que ser o explicadas mais frente Por isso o hardware pode ser implementado tendo em conta estas duas vers es Foram diferenciadas tr s especifica es de protocolo de liga o representadas na Tabela 2 2 Tabela 2 2 Rela o entre os protocolos de comunica o e as duas vers es de mensagens Tipo de Protocolo de ERES Mensagens Standard Mensagens Extended Liga o 2 0 A Recebe e Transmite Reconhece como erro 2 0 B Passivo Recebe e Transmite Recebe 2 0 B Activo Recebe
73. mento mem ria do conversor que poder mais tarde ser activada sem recorrer novamente ao PC Para comunicar com o conversor da SEW Usando o IPOS EN11320419 temos ao dispor um software que o Movitools o qual ir ser descrito de seguida 2 2 1 Software Movitools V 4 40 Este software permite detectar o conversor a que estiver ligado e a partir da pode se configurar este em fun o do motor que vai controlar e ainda ter acesso em tempo real a diagn sticos sobre o motor ou mesmo o pr prio controlador Pode se ainda como foi dito programar o controlador em linguagem Para tal o programa possui um compilador de onde se pode compilar e carregar o programa no controlador A toda esta possibilidade de posicionamento e controlo sequencial atrav s de programa o a SEW deu o nome de IPOS EN11320419 Figura 2 7 Lista de conversores encontrados Carregar no Update z MANAGER MOVITOOLSE SEW EURODRIVE GmbH amp Co KG Version 4 40 Language PC Interface Connected Inverters Connect to C Deutsch EEAS gt English C Fran ais PC COM Baudrate e No Inverter 9 6 kBaud e OFFLINE O Option Browse for Project Folder c program files 86 Nsew movitoolssprojectssprojecti Browse Device Type Execute Program Cc aci Parameters Programming Special Movimot 51 Diagnosis 0 programs Movitrac 07 Movidrive i Bus monitor Movidrive B UFx Scop
74. n M 0 para a leitura deste cap tulo ser necess rio consultar Anexo A3 para se poder identificar a localiza o dos objectos no GUI de que se vai falar e o Anexo A4 para as vari veis Globais envolvidas 43 directamente para a fresadora Depois temos o grupo Global em que se pode enviar uma ordem de movimento para todos os eixos ao mesmo tempo com base nos valores que est o definidos no grupo Manual Control ou ent o pedir para actualizar as posi es no programa com a posi o real dos encoders Neste grupo ainda podemos dar ordem a todos os motores para se movimentarem para uma posi o inicial Home efectuar uma nova calibra o e limpar as projec es no OPMG Para finalizar os grupos temos o Global IF respons vel pelas inicializa es e finaliza es de processos e defini o de propriedades de comunica o Todos estes grupos comp em o DACS o OPMG por sua vez encontra se representado parte deste grupos e como j foi dito onde se vai representar as projec es ortogonais Figura 4 1 Grupo Grupo Manual Control External Input Grupo Global ECTDACS OPMG VIO 2 fl Grupo Global IF OPMG Figura 4 1 GUI do Software Prot tipo dividido por grupos 4 1 1 GUI Grupo Manual Control Este grupo est dividido em 3 subgrupos XX e 77 em que o subgrupo XX controla o moto redutor convencionado para o eixo dos X o
75. ndo se deste modo os ficheiros CAM de uma forma mais confort vel para o utilizador 1 1 3 Material alvo Material com resist ncia perto do poliuretano expandido O controlo din mico desenvolvido para esta fresadora foi desenhado e desenvolvido nesta primeira fase para definir as traject rias tridimensionais que a fresadora deve dar ferramenta de corte logo n o contempla um quarto controlo para a velocidade de rota o da ferramenta de corte nem como deve ser orientado este corte Isto acontece porque para fresar o poliuretano expandido n o necess rio grandes preocupa es com os par metros referentes ao modo de corte basta que a ferramente de corte mantenha uma velocidade de rota o e transla o est vel para que possa fresar este tipo de materiais sem o estragar Isto s poss vel porque a resist ncia do Poliuretano em compara o com as ferramentas de corte desprez vel Mas esta uma das vertentes a ter em conta para a pr xima fase do projecto montagem e adapta o s condi es reais de fresagem 1 2 Tecnologia de fresagem O corte por arranque de apara um processo tecnol gico de altera o de forma que atrav s da remo o de material sob a forma de aparas permite a obten o de um componente de geometria determinada Assim sendo pode se definir a fresagem como sendo a opera o de corte por arranque de apara destinada produ o de superf cies planas ou curvas utilizando para
76. nsmiss o do identificador da mensagem o algoritmo CSMA DCR decide de forma un voca n o destrutiva e sem atrasos ou retransmiss es quem transmite ou n o a mensagem Data Frame o nome que se d a tudo o que temos vindo a referenciar como mensagens as tramas de dados data frames s o as unidades de comunica o entre as camadas de liga o de 26 dados dos v rios n s Figura 2 12 Sempre que um n pretende enviar dados para o bus f lo atrav s do encapsulamento da informa o em uma ou mais tramas em que cada uma pode transportar 1 a 8 bytes de informa o 12bits 32bits 6 bits 8 bytes 16 bits 2 bits 7 bits Control CRC ACK gt Arbitration Field Field Data Field Field Field e SS gt Quadro gt lr CRI ensagem CAN i Identificador Dados 64 bits 8 bytes Trama Standard Identificador de base 12 bits 11 bits 1 bit y Trama extended 32 bits 11 bits 1bit 1bit 18 bits 1 bit Identificador de base Identificador extendido Figura 2 12 Representa o de uma trama de dados e as diferen as entre Standard e Extended Entre duas mensagens sequenciais existe um conjunto de tr s bits recessivos a que se chama Intermission Frame Space que n o se encontra representada na Figura 2 12 Ent o cada data frame come a com um bit Start of Frame SoF que foi em tempos utilizado para uma sincroniza o for ada
77. o copiar para o conversor o ficheiro de configura o e confirmar 39 copiar o conversor o ficheiro de configura o A SHELL MOVITOOLS E File Startup Parameters Display Extras Window Help E Parameter menus E 0 Display values 1 Setpoints ramp generators 2 Controller parameters 3 Motor parameters E 4 Reference signals 5 Monitoring functions 6 Terminal assignment 7 Control Functions Bi 8 Unit Functions 9 IPOS parameters Applications E ApplicationBuilder Applications EE meme mom mmm Figura 3 7 Dentro da janela da Shell Indica o de como se pode aceder janela onde se carrega as configura es criadas para cada conversor 3 6 Montagem da bancada de ensaios Nesta sec o apresentam se as imagens referentes montagem efectuada em laborat rio Figura 3 8 Perspectiva geral da montagem efectuada em laborat rio 40 Na Figura 3 8 est representada a perspectiva geral da montagem da bancada de ensaios assim como quais os moto redutores que se escolheram para cada um dos eixos Na Figura 3 9 pode se identificar os dispositivos que se tem vindo a descrever assim como a sua localiza o na montagem da bancada de ensaios 1 Conversores de frequ ncia 2 Moto redutores 3 Encoders 4 Dongle CAN USB 5 6 Interface para o terminal do conversor Figura 3 9 Identifica o dos principais componentes na montagem
78. o FileValueRead 3 Ulnt32 DisplaceToPos 3 Ulnt32 UnitMotor 3 COCHE Double Distance1rot 3 Ulnt32 MinValueMotor 3 Double FileValueRead 3 Ulnt32 LineN Chegou ao Fim AxisInfo 3 END FILE Mensagem CAN Sucesso N o Conte do Dados Ulnt32 PositionToSend 3 C lculos Calcula a posi o a enviar para cada eixo em unidades do encoder AxisInfo PositionToSend 3 FileValueRead 3 UnitMotor 3 Distance1rot 3 Ulnt16 AxisInfo 3 DisplaceToPos 3 MinValueMotor 3 C digos END FILE Envia para o OPMG PositionToSend 3 C imersiw LineN Figura 4 25 Evento para o timerSIM 70 4 5 Descri o dos c digos carregados nos controladores dos conversores Do lado dos conversores de frequ ncia foi tamb m necess rio desenvolver c digos para que estes pudessem interpretar os dados enviados pelo DACS OPMG atrav s do CAN bus Assim sendo criou se tamb m uma pseudo m quina de estados simples que pudesse carregar os valores e dar ordem de movimento ou paragem dos motores O c digo desenvolvido para cada conversor praticamente igual aparte de uma linha que valida se o identificador associado trama da mensagem do CAN bus for o pretendido para esse n O c digo encontra se representado por um diagrama na Figura 4 26 C digo Carrega o valor para i Velocidad erminado velocidade E e envia confirma o Se n o
79. o VideosDACSOPMG rar criado em Novembro 2009 Youssef 2008 H A Youssef H El Hofy Machining Technology Machine Tools and Operations Pages 82 99 CRC Press 2008 15 Anexos A 1 Vistas explodidas SEW Motores DT e DR A Figura A 1 ilustra a estrutura geral dos motores SEW usados neste trabalho Serve apenas para ter uma ideia da disposi o das pe as n o uma r plica exacta i b 106 ae 2 2 1 Rotor completo 31 Chaveta 107 Deflector do leo 131 Anel de veda o 2 Freio 32 Freio 111 Junta 132 Tampa da caixa de terminais 3 Chaveta 35 Guarda ventilador 112 Parte inferior cx terminais 134 Buj o 7 Flange do motor do lado A 36 Ventilador 113 Parafuso de cabe a cil ndrica 135 Anel de veda o 9 Buj o 37 Anelem V 115 Placa de terminais 10 Freio 41 Anel equalizador 116 Laco terminal 11 Rolamento de esferas 42 Flange do motor do lado B 117 Parafuso sextavado 12 Freio 44 Rolamento de esferas 118 Anilha de retenc o 13 Parafuso de cabeca sexta 100 Porca sextavada 119 Parafuso de cabeca cil ndrica vada tirante 16 Estator completo 101 Anilha de retenc o 123 Parafuso sextavado 20 Anel Nilos 103 Perno 129 Buj o 22 Parafuso sextavado 106 Retentor 130 Anel de vedac o Figura A 1 Estrutura geral dos motores DT e DR serve apenas para suporte de identifica o de componentes EN16795210 76 Redutores Hel
80. o de 380V CA Para ver a estrutura do conversor de frequ ncia e onde se encontram fisicamente cada uma das liga es que est o referidas na Figura 3 2 consultar o Anexo A 2 3 3 Esquema das liga es Encoder Conversor Segue se a representa o da liga o entre os encoders e os conversores de frequ ncia Figura 3 3 em que olhando para a Figura 3 1 representa as liga es a azul Encoder ES1S e EH1S MMA O UB L K1 K2 K1 KZ UBLABCAB a Aoao Figura 3 3 Esquema a liga o entre os encoders ES1S e EH1S e os conversores de frequ ncia Para a localiza o do enconder no motor ver Figura 2 4 No que diz respeito localiza o do X15 no Conversor de frequ ncia consultar Anexo A 2 3 4 Esquema das liga es X10 do Conversor e as liga es CAN bus Mais uma vez recorrendo Figura 3 1 esta parte vai tratar das liga es relacionadas com aquelas que t m a cor de laranja e alem dessas liga es iremos tamb m apresentar no esquema as 36 liga es referentes r gua de terminais electr nicos X10 do conversor de frequ ncia da SEW e mais uma vez para verificar a localiza o do X10 consultar Anexo A 2 Assim sendo na Figura 3 4 encontra se representado as liga es que se tem de efectuar para se obter um CAN bus ligando todos os conversores de frequ ncia sem esquecer terminar as pontas para evitar refle
81. o o sistema usa um computador ou um microprocessador interno que contem mem ria que possibilita deste modo guardar as rotinas Assim no CNC as fun es l gicas ficam guardadas como instru es de software em vez de usarmos hardware circuitos l gicos para este efeito como acontecia antes com o Comando Num rico 14 Cap tulo 2 2 Descri o da tecnologia usada O estudo desenvolvido por Carvalho 2004 referido no primeiro cap tulo considera com base em factores de desempenho e econ micos que os servomecanismos electro mec nicos s o a melhor escolha para aplicar na estrutura desenvolvida Tendo isto em conta os respons veis do lado do Departamento de Engenharia Mec nica do IST liderados pelos professores Pedro Rosa e Lu s Alves optaram por motores redutores ass ncronos AC da marca SEW EURODRIVE LDA SEW equipados com encoders e conversores de frequ ncia com controlo Para estabelecer a comunica o entre os moto redutores e o PC optou se pelo protocolo de comunica o CAN devido sua simplicidade de implementa o Enquanto que para fazer a liga o entre a rede CAN e o PC optou se por um dongle CAN USB de baixo custo denominado CANUSB da marca LAWICEL AB CANUSB 2 1 Moto redutores com encoders SEW EURODRIVE Olhando para a estrutura representada na Figura 1 1 conclui se que a solu o mais segura passa por escolher motores mais potentes para os eixos do X e Y e um mais leve e com menos potencia para o
82. o timerlO pode ser desactivado Contador para o timerlO Informa o sobre o ponto de calibra o actual 82
83. objectos alares de grandes dimens es usando para tal uma comunica o CAN USB de modo a controlar tr s moto redutores el ctricos da marca SEW Eurodrive SEW O sistema controlado obedece s equa es da mec nica n o relativista com rampas de acelera o e travagem O controlo din mico desenvolvido leva em conta tr s aspectos o desenvolvimento de um software prot tipo a aplica o de uma rede de comunica o CAN bus e a programa o dos controladores dos conversores dos moto redutores de modo a poderem interpretar as mensagens transmitidas pelo software prot tipo atrav s do CAN bus O software prot tipo denominado DACS OPMG foi escrito em linguagem C NET Este programa controla as posi es e velocidades dos tr s moto redutores el ctricos de modo a definir a traject ria que a fresadora deve dar fresa para que esta possa esculpir ou blocos de poliuretano expandido ou outros materiais de resist ncia mec nica similar Ap s a elabora o desta disserta o ir dar se in cio escrita do documento para a emiss o de uma patente nacional sobre o sotware prot tipo DACS OPMG Para se implementar a rede CAN bus e fazer com que o PC acedesse a ela optou se por uma interface CAN USB assegurada pelo produto CANUSB da LAWICELAB CANUSB Os c digos desenvolvidos durante a programa o dos controladores dos conversores de frequ ncia associados aos moto redutores foram escritos em linguagem C importante real ar que
84. ocidade do campo girante mas sem nunca o atingir definitivamente devido ao atrito n gt nn Assim no motor de indu o trif sico o rotor roda com uma velocidade ligeiramente inferior velocidade do campo magn tico girante diferen a esta que depende dos bin rios de carga bin rio resistente no veio do motor e por isso que se trata de um motor ass ncrono porque n o existe uma rela o constante entre a velocidade de rota o da m quina n e a frequ ncia das grandezas el ctricas de alimenta o f Ainda no que diz respeito ao campo magn tico girante e a estas diferen as de velocidades o rotor parece que desliza em rela o ao campo magn tico dando origem grandeza deslizamento s que a raz o entre a diferen a de velocidade do rotor relativamente ao campo magn tico e a velocidade do campo magn tico Ns N 5 n 2 2 Descrito o m dulo referente ao motor trif sico Hughes 2006 pode se prosseguir com a drescri o do outro m dulo dos moto redutores usados os redutores O redutor neste caso n o mais que um redutor de velocidade ou seja um dispositivo mec nico que reduz a velocidade de rota o do motor a que est acoplado aumentando deste modo o torque dispon vel composto basicamente por eixos de entrada e sa da rolamentos e engrenagens 17 Os redutores da s rie Re RF s o redutores de engrenagens helicoidais isto os dentes nas engrenagens helicoidais s o cortados em ng
85. or 3 Ulnt32 MaxValueMotor 3 Leitura Ficheiro Ulnt32 DisplaceToPos 3 Ulnt32 AbsValueMax 3 Double FileValueRead 3 Ulnt32 LineN Contador timerlO Ulnt32 CounterTimerlO ReadingFile Boolean ReadingFile Mensagem CAN Conte do Dados Ulnt32 PositionReal 3 Ulnt32 PositionToSend 3 Ulnt32 SpeedToSend 3 Valor Speed VELOCITY T CUTTER AxisInfo UInt16 AxisInfo 3 C digos DO NOTHING SEND DATA SPEED SEND DATA SPEED Figura 4 22 Diagrama SDL para o Estado READ FILE 68 INITIALIZATION FILE O Escreve no LOG Abre o Documento textBoxInpuFileRd GlobalVC h Retira os valores m ximos e m nimos _ i Calibra o de cada eixo Ulnt32 UnitMotor 3 Double Distance1rot 3 Ulnt32 MinValueMotor 3 Ulnt32 MaxValueMotor 3 l ximo M ximoEixo UnitMotor 3 Distance1rot 3 Leitura Ficheiro l nimo 3 3 Ulnt32 DisplaceToPos 3 Ulnt32 AbsValueMax 3 Double FileValueRead 3 Contador timerlO Ulnt32 CounterTimerlO ReadingFile Boolean ReadingFile Figura 4 23 Diagrama SDL para o Estado INITIALIZATION FILE SEND STOP GlobalVC h Mensagem CAN para os 3 eixos AxisInfo ID SEND X UlInt16 AxisInfo 3 ID SEND Y C digos ID SEND Z ALREADY SEND STOP CODE STOP Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Conte do Dados CODE STOP SEND GET REAL POSITION Figura 4 24 Diagrama SDL para
86. os Redutor de engrenagens Helicoidais R Vers o com patas ou RF Vers o com Flage B5 ambos com tamanho 17 Figura 2 1 Designa es e vers es SEW para os moto redutores dos eixos X e Y 11358858PT WAF20 DR63L4 BR EH1S Encoder EH1S Freio de baixo ru do BR Motor trif sico DR tamanho 63L com 4 p los Redutor angular Spiroplan WAF Vers o com Flage e veio oco com tamanho 20 Figura 2 2 Designa es e vers es SEW para o moto redutor para o eixo dos Z 11358858PT No que diz respeito aos significados das nomenclaturas escolhidas pela SEW EURODRIVE para os tamanhos tipos de flange e afins estas apresentam uma l gica pr pria da empresa e pode ser consultado nos cat logos desta SEW Os moto redutores que como o pr prio nome indica s o compostos por dois m dulos um motor trif sico e um redutor em que a lado de sa da do motor est ligado entrada do redutor Os motores usados s o motores ass ncronos ou de indu o trif sicos com 4 p los Os sistemas trif sicos de energia el ctrica s o compostos por 3 tens es alternadas nos quais a energia el ctrica transmitida por meio da composi o destes tr s sinais de tens o desfasados a radianos 120 ou seja 1 3 de cada ciclo Os motores de indu o s o basicamente compostos por um estator que a parte est vel e um rotor que a parte m vel entre eles encontra se um espa o que normalmente se d o nome de entreferro O estator o
87. po Global Este grupo apenas constitu do por bot es sendo eles representados em c digo pelos objectos buttonSendAll buttonGetRealPosition buttonHome buttonCalibration e buttonClearGraph Anexo O buttonSendAll permite enviar em simult neo para os tr s eixos as posi es e velocidades preenchidas no grupo Manual Control descritas no sub capitulo 4 1 1 O buttonGetRealPosition actualiza as posi es actuais do encoder para cada eixo no grupo Manual Control Antes de iniciar um processo manual de movimento conv m carregar neste bot o para se saber onde se encontra o encoder pois este ultimo incremental e n o absoluto isto pode perder a posi o em caso de corte de energia O buttonHome envia a ordem a todos os motores para se movimentarem para o valor de calibra o mais baixo obtido Home de cada eixo O buttonCalibration serve para calibrar fresadora isto primeiro dada uma ordem de rota o no sentido CW para todos os motores at estes encontrarem o fim dos respectivos eixos registando essa posi o como sendo os m ximos de calibra o Depois o processo repetido no sentido oposto CCW e s o registados os valores como sendo os m nimos de calibra o Finalizado estes dois processos os valores s o guardados no ficheiro ConfigCalibration txt que se encontra na mesma directoria que o execut vel 46 Os motores param nas extremidades quando activam as interrup es
88. pois carregado o valor 50 a posi o De igual modo a figura Figura 4 4 apresenta os eventos associados aos buttonSendPositionX buttonSendPositionY e buttonSendPositionZ m buttonSendPositionX Es buttonSendPositionY buttonSendPositionZ Substituir Substituir X Y 0 1 1 0 2 2 Z 0 2 1 1 2 0 Valores em textBoxINPositionX textBoxINspeedX S o v lidos GlobalVC h SpeedToSend 0 lt MAXIMUM SPEED GlobalVC h Limpa o Buffer Desactiva todos os bot es excepto o buttonSTOP Limpa o textBoxOUTlogX Termina com Sucesso SEND DATA SPEED Termina com ERRO Figura 4 4 Fluxograma para os eventos associados ao click dos objectos buttonSendPositionX buttonSendPositionY e buttonSendPositionz O fluxograma representado na Figura 4 5 na sua forma id ntico ao da Figura 4 4 com a diferenca de que carrega apenas os valores para um eixo mas sim para todos os eixos e representa o evento associado ao buttonSendAll E mais uma vez se terminado com sucesso vai activar a m quina de estados e iniciar o processo de movimento dos motores 51 In cio GlobalVC h GlobalVC h Figura 4 5 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonSendAIl Na Figura 4 6 temos o fluxograma para o evento associado ao objecto buttonHome e neste caso n o existe a possibilidade de terminar com erro por parte
89. r a seguir uma posi o Se por outro lado se quiser enviar uma ordem para que os motores se mexam envia se o c digo nos primeiros 4 bytes e os restantes n o ser o lidos 2 5 Ficheiros CAM O software prot tipo desenvolvido cap tulo 4 l ficheiros com coordenadas que descrevem a traject ria que a fresa deve tomar de forma a esculpir o material em bruto Isto significa que s o instru es para um movimento e n o uma nuvem de pontos que descrevem a geometria do produto final Os ficheiros para serem aceites devem conter tr s coordenadas por linha uma para o eixo dos xx outra para o eixo dos yy e mais uma para o eixo dos zz A ordem pela qual se encontram ao longo da linha n o importa devem estar separadas entre si por um espa o As coordenadas podem ser negativas ou positivas mas todas devem ser precedidas por uma letra que represente o eixo a que pertence Por exemplo a cordenada 30 40 5 87 apareceria como X30 Y 40 5 787 A traject ria entre estes pontos ser vista como uma interpola o linear ou seja as liga es entre os pontos ser o segmentos de recta Assim sendo o que se pretende ent o que a fresa se mova com uma velocidade constante entre estes pontos e que se mantenha sempre na traject ria delimitada pelo segmento de recta 32 VI Velocidade constante Projec es ortogonais Y da fresa da trajectoria da fresa V os moto redutores Traject ria para cada Mo
90. ra mais fi vel O CAN ainda possui um mecanismo denominado soft syncroniztion que s ocorre uma vez em cada bit e permite corrigir quer avan os de bits no tempo quer atrasos de transi o Venda 2003 Em qualquer caso a soma de todos os atrasos processamento e propaga o do n mais distante tem que ser menor do que o segmento de propaga o Este detalhe de sincroniza o vem limitar a rela o ritmo de transmiss o comprimento do bus Venda 2003 24 Bus lines assumed to be an electrical medium e g twisted pair Bit Rate kbps 10 40 100 200 1000 10 000 CAN Bus Length m Figura 2 10 Rela o entre a velocidade de transfer ncia e o comprimento do bus CIA Quanto maior for o bus mais significativos s o os atrasos de propaga o e maior tem que ser o bit time reduzindo o ritmo de transmiss o m ximo Figura 2 10 Caracter sticas do meio de transmiss o O standard ISO 11898 2 define o bus como uma linha bifilar simples CAN He CAN L Figura 2 9 em que para minimizar as reflex es necess rio terminar as extremidades com resist ncias Figura 2 11 Assim para o trabalho aqui exposto comprimentos at 40 m num fio com resist ncia abaixo dos 60 pode se usar resist ncias com um valor de 1200 Richards 2005 Termina o com Termina o com resistencia Bus de linha bifilar resistencia 1200 1200 CAN L Figura 2 11 Topologia de uma rede CAN para bus co
91. resenta se montagem da bancada de ensaios 3 1 Concep o geral Para se ter uma ideia geral de como que todos os dispositivos e modos de comunica o estiveram dispostos durante o desenvolvimento do software de controlo DACS OPMG V1 0 descrito no cap tulo 4 e respectivos testes no laborat rio apresenta se de seguida o seguinte esquema Figura 3 1 PC CANUSB iiri CAN bus Corrente trif sica SEW SEW SEW Conversor de Conversor de Conversor de Frequ ncia Frequ ncia Frequ ncia Encoder bus Encoder bus Encoder bus Corrente Trif sica p s conversor de frequ ncia Corrente Trif sica p s conversor de frequ ncia Corrente Trif sica p s conversor de frequ ncia 2 7 SEW Figura 3 1 Esquema geral de liga es Em seguida e durante este cap tulo ir se descrever as liga es apresentadas na Figura 3 1 fazendo refer ncia pela cor 34 A linha cor de laranja representa o CAN bus que possibilita a comunica o entre 4 n s 3 deles s o os conversores da SEW e o 4 o conjunto CANUSB e PC liga o feita pela porta USB do PC por este bus que se comunica com os conversores de frequ ncia usando o software DACS OPMG e por onde tamb m se recebe o feedback dos conversores A linha com a cor violeta representa a alimenta o dos conversores rede de sistema trif sico de energia el ctrica A linha verde por sua vez representa a alimenta
92. s E 3D Tr s Dimens es vi Lista de Figuras Figura 1 1 Representa o da estrutura obtida para a fresadora prot tipo CNC Carvalho Figura 1 2 Fotografia da estrutura criada para o prot tipo da fresadora CNC Carvalho 2004 4 Figura 1 3 Exemplos de v rias opera es de fresagem Mesquita 1997 6 Figura 1 4 Representa o da cria o de uma superf cie plana utilizando uma fresa cil ndrica de corte perif rico em que h ngulo da h lice Mesquita 1997 6 Figura 1 5 Corte no sentido do avan o a e no sentido contr rio 7 Figura 1 6 Compara o Fresas cil ndricas de corte perif rico a de facejar b e de topo c IMesqu uita 1997 4 ette eene teorie tue i 8 Figura 1 7 Esquema dos processos envolvidos na maquina o de uma pe a envolvendo uma fresadora ENC 8 Figura 1 8 Fresadora horizontal em consola Mesquita 1997 10 Figura 1 9 Fresadora vertical em consola Mesquita 1997 11 Figura 1 10 Esquema de um encoder ptico rotativo com 2 13 Figura 1 11 Representa o do funcionamento de um sistema de leitura de coordenadas 14 Figura 2 1 Designa es e ver
93. s es SEW para os moto redutores dos eixos X e Y 11358858PT Figura 2 3 Moto redutores da SEW usados com indica o do sentido hor rio de rota o CW EN16795210 ettet eene eroe no n a etre ge age 18 Figura 2 4 Localiza o do encoder no motor CA 16795210 19 Figura 2 5 Interpreta o da designa o para o conversor de frequ ncia da 11535040PT 20 Figura 2 6 Conversor de frequ ncia com controlo 11535040 20 Figura 2 7 Interface do Programa Movitools V 4 40 SEW 21 Figura 2 8 Modelo das camadas OSI vs CAN seseseeeseeeeeenene nennen nnne ener nnne 23 Figura 2 9 Representac o em termos de voltagem os estados dominante e recessivo do CAN e a contextualiza o f sica destes num n eene nns 24 Figura 2 10 Rela o entre a velocidade de transfer ncia o comprimento do bus CIA 25 Figura 2 11 Topologia de uma rede CAN para bus com comprimento menor que 40m e resist ncia de fio normal teen inesse 25 vii Figura 2 12 Representa o de uma trama de dados e as diferen as entre Standard e Extended Pu do dia d rcr TT 27 Figura 2 13 Dongle CANUSB da LAWICEL faz a ponte entre o PC e o CAN bus 28 Figura
94. sInfo 3 Mensagem do CAN pe C digos RECEIVED REAL POSITION DO NOTHING Mensagem CAN Dados Ulnt32 CodeRead Ulnt32 ValueRead Ulnt32 IDRead Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Conte do Dados CODE POSITION Ulnt32 PositionReal 3 Contador timerlO Ulnt32 CounterTimerlO Constante TIMERIO MAX Sim READ REAL POSITION Erro Sucesso Figura 4 21 Diagrama SDL para o Estado READ REAL POSITION O estado READ REAL POSITION Figura 4 21 sem fugir regra dos estados iniciados com a palavra read l o CAN bus at receber as posic es de todos os encoders para os quais enviou pedido esperando apenas os 5 segundos entre as mensagens E este estado fecha assim mais um grupo sequencial Figura 4 12 A abrir o pr ximo grupo temos o estado INITIALIZATION FILE Figura 4 23 este estado s activado uma nica vez em cada leitura de ficheiros depois disso como j se viu o READ CONFIRMATION GO e que mant m o processo de leitura ao longo do tempo Assim neste 67 estado que verifica se os valores m ximos e m nimos dos ficheiro e se compat vel com os tamanhos guardados da calibra o estes valores s o tamb m usados para ajustar os gr ficos no OPMG Abre o Documento textBoxInpuFileRd L a Linha LineN Guarda em FileValueRead 3 Sucesso Escreve no LOG GlobalVC h Calibra o Ulnt32 UnitMotor 3 Double Distance1rot 3 Ulnt32 MinValueMot
95. ss rio levar em conta as rela es apresentadas na Tabela 2 1 Encoder Figura 2 4 Localiza o do encoder no motor CA EN16795210 Os encoder do tipo ES e EH s o encoders incrementais rotacionais e t m 1024 incrementos por rota o e possuem dois canais para contagem do n mero de incrementos e um canal de indexa o SEW EN16795210 contudo o controlador do conversor de frequ ncia vai interpretar como sendo 4096 incrementos por rota o logo o valor a reter os 4096 2 2 Conversores de frequ ncia com controlo SEW EURODRIVE Os conversores de frequ ncia tamb m conhecidos por inversores de frequ ncia s o dispositivos electr nicos que recebem uma tens o da rede alternada sinusoidal com uma frequ ncia constante neste caso 50Hz e transformam na atrav s de um rectificador de entrada em uma tens o continua pulsada onda completa atrav s de filtros passa depois para uma tens o cont nua pura de valor aproximado e finalmente conectada aos terminais de sa da pelos transistores funcionando no modo corte ou satura o transformando a em uma tens o de amplitude e frequ ncia vari veis sob a forma de onda sinusoidal Os conversores escolhidos para cada um dos tr s moto redutores s o os mesmos e tem como refer ncia a que est apresentada na Figura 2 5 19 MCV 41 0055 5A 3 4 00 vers o Quadrantes Tipo de liga o Filtro de entrada Tens o de alimenta o Pot ncia
96. to redutor Coordenadas onde se encontra a fresa XYZ gt Traject ria da fresa Coordenadas lidas X5 Yo Z4 do ficheiro Figura 2 14 Descris o do movimento da fresa entre pontos por interpola o linear Com base na Figura 2 14 v se que o que vai determinar que a fresa cumpra as condi es impostas pela interpola o linear s o as velocidades dos moto redutores que ter o de ser tais que percorram as suas dist ncias no mesmo espa o de tempo que significa que para cada eixo as velocidades a aplicar a cada motor s3o Xf X e Vr Ar V Vr I 2 3 77 27 2 U 0 g 2 4 Em que Up e Uwar s o o numero de incrementos que cada encoder conta para que os redutores da s ries R ou RF e da s rie WAF Figura 2 3 d em uma volta completa Ou seja s o as unidades de cada eixo 33 Cap tulo 3 3 Desenvolvimento experimental Neste cap tulo iremos primeiro apresentar a concep o geral referente montagem efectuada no laborat rio de todo os dispositivos aqui descritos e segundo a qual se efectuou todos os testes De seguida apresenta se os esquemas de liga o entre cada dispositivo representado na concep o detalhadamente Segue se uma referencia a como carregar os c digos desenvolvidos neste trabalho nos conversores de frequ ncia usando o software MOVITOOLS assim como que liga o necess ria para tal E finalmente ap
97. tores durante a leitura de um ficheiro CAM e Criar de hora em hora um ficheiro de diagn stico 72 5 2 Considera es sobre CANUSB CAN bus Como foi referido no cap tulo 2 4 o dongle CANUSB garantiu bons desempenhos para taxas de transfer ncias menores ou iguais a 250kbps mas n o se consegui transferir com taxas maiores que esta Contudo os testes efectuados a esta velocidade cumpriram todos os requisitos impostos para este trabalho O buffer que o CANUSB possui foi mais que suficiente para o tipo de comunica o que se praticou mas como tamb m se pode ver pelos fluxogramas apresentados sempre que o DACS OPMG iniciava mais um ciclo de comunica es com os conversores limpava primeiro o buffer 5 3 Considera es sobre o funcionamento dos c digos desenvolvidos para os conversores de frequ ncia com controlo A n vel de interpreta o das vari veis fornecidas pelo IPOS relacionadas com o posicionamento e controlo sequencial dos motores o c digo desenvolvido foi capaz de interpretar e fornecer os novos dados que recebia pelo CAN bus 5 4 Desenvolvimentos futuros O DACS OPMG foi criado de modo a facilitar no futuro a montagem dos moto redutores na estrutura descrita no cap tulo 1 1 1 O grupo manual Control do programa uma boa ferramenta para controlar de forma precisa as posi es dos motores Foi deixado em aberto as unidades de comprimento a aplicar para cada moto redutor Assim aquando a montagem d
98. ttonGoFrontX buttonGoBackX buttonGoFrontX Decidiu se representar todos no mesmo fluxograma porque formalmente s o iguais mudando apenas o conte do Assim escolheu se representar como modelo o evento para o objecto buttonGoBackX e para se obter o fluxograma dos outros objectos basta alterar no fluxograma os caracteres a vermelho pelos caracteres representados no topo dentro dos coment rios com o nome desse objecto 48 In cio Sim Est N o Fechado v GlobalVC h v L L Valor inserido em int drvhandle comboBoxBaud Y Fecha canal de Sim comunica o Valor V lido Abre canal de Sim N o comunica o com o CAN bus usando a Fun o canusb Open Desactiva todos os v GlobalVC h bot es excepto o Escreve em buttonOpenClose int drvhandle p Q Sim v Abriu Altera o texto do buttonOpenClose Y L Ficheiro ConfigCalibration txt GlobalVC h Ficheiro Escreve em V lido Ulnt32 MinValueMotor 3 011132 MaxValueMotor 3 Activa bot o a buttonCalibration Activa todos os bot es excepto o buttonReadCtn Termina com Sucesso muda o estado do bot o Termina com ERRO Figura 4 2 Fluxograma para o evento associado ao click do objecto buttonOpenClose Olhando ainda para a Figura 4 3 pode se verificar que se o evento for conclu
99. u o circuito el ctrico estat rico alimentado por um sistema de tens es trif sico que provoca uma circula o de corrente nos condutores das bobines correspondentes a 16 cada fase resultando num campo girante de for a magnetomotriz que roda no espa o do entreferro a velocidade de sincronismo 120f rot minil 2 1 Em que f a frequ ncia da corrente alternada da rede el ctrica em Hz que no caso da rede nacional 50 Hz finalmente p representa o numero de p los O movimento do campo magn tico girante d por sua vez origem indu o magn tica em que os condutores el ctricos das bobines de fase estat ricas indutoras induzem for as electromotrizes alternadas com uma amplitude e uma frequ ncia que dependem da velocidade relativa entre o campo girante n e os condutores do rotor n n Estando o rotor curto circuitado as forcas electromotrizes alternadas rot ricas origem a correntes el ctricas que circulam nos condutores do enrolamento rot rico correntes estas que se encontram a circular no interior de um campo magn tico provocando assim o aparecimento de for as mec nicas sobre os condutores do rotor Estas for as mec nicas combinam se ent o para criar um bin rio electromagn tico que faz rodar o rotor Por outro lado o movimento do rotor tende a contrariar a causa que lhe deu origem por isso O rotor por ac o do bin rio electromagn tico tende a atingir a vel
100. ue esteja na rede Acesso m ltiplo ao bus partilhado Todos os n s podem ler o bus ao mesmo tempo Por outro lado na escrita no bus existe entre os n s um acordo m tuo n o destrutivo e sem atrasos de acesso de escrita evitando assim colis es Defini o de prioridades nas mensagens M ltipla detec o de erros confinamento de falhas Retransmiss o autom tica de mensagens corrompidas 2 3 1 Arquitectura do sistema de comunica o Partindo do modelo OSI Open Systems Interconnection as especifica es da rede CAN definida pelas normas ISO 11898 e ISO 11519 descreve apenas a camada f sica e a camada de liga o de dados Figura 2 8 ambas implementadas em hardware deixando assim em aberto a possibilidade de cada grupo desenvolva o seu pr prio padr o software para a camada de aplica o 22 Camadas do Modelo OSI Camadas Implementadas em rede CAN 6 Apresenta o 2 Liga o de Dados Filtro de aceita o de mensagens Gest o detec o e recupera o de mensagens ou situa es de erro Codificac o de mensagens stuffing destuffing Serializac o Encapsulamento e Desserializa o Desencapsulamento dos dados bytes lt gt bits Confirma o da interidade das mensagens acknowlege 5 Sess o 4 Transporte 2 Liga o de Dados Figura 2 8 Modelo das camadas OSI vs CAN Ent o do ponto de vista do hardwar
101. ulo com a face da engrenagem E o redutor da s rie WAF angular ou ortogonal que o eixo de sa da ortogonal ao eixo de entrada Acoplando os dois m dulos optemos os nossos moto redutores representados na Figura 2 3 Motor s rie DT Motor s rie DR Figura 2 3 Moto redutores da SEW usados com indica o do sentido hor rio de rota o CW EN16795210 Olhando para o veio de sa da de cada um dos moto redutores importante ter no o do sentido de rota o para futuras montagens assim temos que CW representa a rota o no sentido hor rio e CCW representa a rota o no sentido anti hor rio E tamb m ter ainda em aten o a rela o entre os valores referentes velocidade de rota o entrada do redutor sa da do motor e a velocidade sa da do redutor Tabela 2 1 Tabela 2 1 Rela o entre a velocidade de rota o de entrada e saida dos redutores Tipo de redutores Velocidade de rota o Velocidade de rota o entrada do redutor rpm sa da do redutor rpm Redutores R e RF 1380 196 Redutor WAF 1300 67 18 No Anexo A 1 encontra se os desenhos explodidos do tipo de motores assim como o tipo de redutores que estamos a usar Estes tr s moto redutores encontram se equipados com encoders nos motores Figura 2 4 Assim a informa o em rela o s posi es que iremos obter depois tem a ver com a posi o relativo do motor Para se obter a posi o do moto redutor nece
102. unna IDRead Conte do Dados q Conector para a pr xima p gina ME CODE STOP INTERRUPTION SEND STOP CODE MOVING Ulnt32 PositionReal 3 Ulnt32 PositionToSend 3 Ulnt32 SpeedToSend 3 Figura 4 19 Continuac o da Figura 4 18 Diagrama SDL para o Estado READ CONFIRMATION GO 65 O Escreve no LOG SEND GET REAL POSITION GlobalVC h AxisInfo Ulnt16 AxisInfo 3 Mensagem CAN C digos ID SEND X SEND GET REAL POSITION CODE POSITION ALREADY SENT GET REAL POSITION PositionToSend 0 Mensagem CAN Identificadores ID SEND X ID SEND Y ID SEND Z Conte do Dados CODE POSITION Sim Ulnt32 PositionToSend 3 Mensagem CAN ID SEND Y CODE POSITION PositionToSend 1 E o Mensagem CAN ID SEND Z CODE POSITION PositionToSend 2 MM READ REAL POSITION Figura 4 20 Diagrama SDL para o Estado SEND GET REAL POSITION Terminada a sequ ncia de estados discutida at aqui pode se passar para descri o do estado SEND GET REAL POSITION Figura 4 20 este estado tamb m segue a mesma l gica do estado SEND GO Figura 4 17 mas em vez de enviar o c digo para iniciar o movimente envia o c digo a pedir as posi es actuais dos encoders de cada motor Terminado este pedido segue logo para o seguinte estado o READ REAL POSITION Figura 4 21 66 O Escreve no LOG READ REAL POSITION Axisinfo 154805 Ulnt16 Axi
103. velocidade assim recebidas todas as confirma es passa para o estado seguinte Mas se por alguma raz o n o houver confirma o de alguns dos conversores que devia responder de volta a m quina de estados permanecesse neste estado por um per odo determinado neste caso 5 segundos continuando a procurar por uma resposta terminado esse per odo a m quina de estados termina com erro 58 SEND DATA SPEED O Escreve no LOG GlobalVC h AxisInfo 0 Sim o AxisInfo SEND DATA SPEED UInt16 AxisInfo 3 Mensagem CAN C digos ID SEND X SEND DATA SPEED CODE SPEED ALREADY SEND DATA SPEED SpeedToSend 0 Mensagem CAN Altera Identificadores eo AxisInfo 0 para WERE ALREADY SEND DATA SPEED ID SEND Z Conte do Dados AxisInfo 1 Sim CODE SPEED SEND DATA SPEED Ulnt32 PositionToSend 3 Mensagem CAN N o ID SEND Y CODE SPEED SpeedToSend 1 Altera m AxisInfo 1 para ALREADY SEND DATA SPEED AxisInfo 2 Sim SEND DATA SPEED Mensagem CAN N o ID SEND Z CODE SPEED SpeedToSend 2 Altera e AxisInfo 2 para e ALREADY SEND DATA SPEED READ CONFIRMATION DATA SPEED Figura 4 13 Diagrama SDL para o Estado SEND DATA SPEED O estado que se segue no caso de haver confirma o de todos os conversores o SEND DATA POSITION Figura 4 15 Este estado semelhante ao estado SEND DATA SPEED Figura 4
104. x es no bus Os conversores de frequ ncia recebem estas liga es nos X10 e aqui que se tamb m implementa os interruptores para desligar e ligar os motores manualmente assim como as interrup es detectadas pelo IPOS no controlador dos conversores de frequ ncia Estas ltimas interrup es permitem interromper a rotina do c digo que estiver a correr no controlador podendo assim implementar uma nova rotina no caso em concreto deste trabalho usou se esta interrup o para poder efectuar calibra es explicado no cap tulo 4 Conversor de Conversor de Conversor de Frequ ncia 1 Frequ ncia 2 Frequ ncia 3 222 seed ON OFF Interrupc o ON OFF Interrup o ON OFF Interrup o Motor 1 IPOS Motor 2 IPOS Motor 3 IPOS Conversor 1 Conversor 2 Conversor 3 Figura 3 4 Esquema das liga es do X10 dos conversores e as liga es CAN bus ao longo dos conversores 37 3 5 Carregamento do c digo nos controladores dos conversores de frequ ncia Para carregarmos o c digo desenvolvido para os controladores dos conversores primeiro temos de efectuar uma liga o entre o PCe os controladores como est apresentado na Figura 3 5 Conversor de Frequ ncia Terminal PC COM 1 4 peu 5 ra GND terra ra 5 Jr TxD Lo 18 o 21 Z XD A m x 5 m 16 5 ft Q Ficha Sub D de 9 pinos Tomada Sub D de 9 pinos

Controlo dinâmico com CAN-BUS de fresadora CNC para objectos

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