ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРАМЦИИ ДЛЯ МЕХАТРОННОЙ РАСТОЧНОЙ ГОЛОВКИ

Столбов А.С.

Магистрант, Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБОВ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРАМЦИИ ДЛЯ МЕХАТРОННОЙ РАСТОЧНОЙ ГОЛОВКИ

Аннотация В статье рассмотрены способы беспроводной передачи информации с учетом их применения в промышленных условиях, для мехатронной расточной головки.

Ключевые слова: беспроводная передача данных, расточная головка.

Stolbov A.S.

Undergraduate student, Izhevsk State Technical Universityof the MT Kalashnikov

RESEARCH METHODS FOR WIRELESS COMMUNICATION MECHATRONIC BORING HEAD

Abstract The article consideres how the wireless transmission of information with regard to their use in industrial environments for mechatronic boring head.

Keywords: wireless data transmission, boring head.

Мехатронная расточная головка – инструмент, работающий в сложных условиях производства, подключающийся к системе ЧПУ по средствам беспроводного канала связи и позволяющий растачивать профили сложной формы.

Для того чтобы обеспечить правильную работу мехатронной расточной головки, необходимо выбрать механизм беспроводной передачи данных, который позволяет передавать необходимый объем информации в заданном временном интервале, исключая возможность потери данных.

В экстремальных условиях производства существуют факторы, которые могут сильно влиять на целостность передаваемых данных и скорость их передачи, среди них: вибрации различных типов, электромагнитные поля, звуковые и световые помехи. Для того чтобы обеспечить защищенность от этих факторов, определим критерии оценки, по которым выберем оптимальное решение из существующих:

Ключевыми критериями оценки, при выборе способа передачи данных являются:

• Помехоустойчивость.

Необходимо чтобы выбранный метод обеспечивал достаточную устойчивость к помехам на всех режимах работы.

• Защищенность информационного потока.

Информационный поток необходимо защитить, чтобы обеспечить безопасную передачу данных.

• Запас дальности (до 10м).

Следует учитывать расстояние, на котором выбранный способ передачи информации обеспечивает устойчивую работу системы.

• Виброустойчивость

Мехатронная расточная головка испытывает нагрузки вибрационного характера.

• Диапазон доступных частот

Необходимо обеспечить устойчивую передачу данных на частоте 2.4ГГц  

Рассмотрим существующие варианты решения, в различных электромагнитных диапазонах:

• Оптическое излучение

Беспроводная связь между устройствами достигается за счет установки генератора светового излучения и датчика, считывающего сигналы со светодиода. Самым популярным стандартом является Li-Fi(Light Fidelity).

• Инфракрасное излучение

Частный случай оптического излучения, с использованием инфракрасного диапазона световых волн, в качестве среды передачи. Связь устанавливается по средствам генератора инфракрасного излучения и приемника. Стандартном передачи данных в инфракрасном диапазоне является IrDA (Infrared Data Association).

• Индуктивная передача данных

Принцип действия основан на бесконтактной индуктивной связи, передача сигнала осуществляется различными типами модуляций (чаще всего амплитудной, частотной).

• Радиопередача Bluetooth(BT)

Радиосвязь BT осуществляется в ISM(Industry, Science and Medicine) диапазоне, передатчик устанавливает связь с приемником по радиоканалу, и передает по нему данные. Существует несколько популярных стандартов BT: BT 2.0 + EDR(Enhanced Data Rate), BT 3.0, BT 4.0.

• Радиопередача Wi-Fi

Wi-Fi работает в том же диапазоне, что и BT, передатчик также устанавливает связь с приемником по радиоканалу, и передает по нему данные. Популярный стандарт, обеспечивает безопасную передачу данных и совместимость со множеством устройтсв. Составим таблицу сравнительных характеристик, для всех вышеперечисленных методов передачи информации.  

	Достоинства	Недостатки
Li-Fi	Развивающийся стандарт, высокая скорость передачи информации, приемлемая работа в условиях прямой видимости	Низкая распространенность метода, необходимость расположения приемо-передатчика на линии прямой видимости.
IrDA	Достаточная защищенность канала, множество протоколов для построения передающих систем.	Низкая дальность работы устройства, возможность возникновения помех.
Инд.	Высокая помехоустойчивость, достаточно высокая скорость передачи данных. Надежность и возможность  работы  в  сложных природных условиях.	Не очень высокий диапазон работы, по сравнению с другими методами, низкая распространенность метода.
BT 2.0	Широко используемый стандарт связи, большой выбор систем с поддержкой BT. Приемлемая скорость передачи информации. Достаточная помехоустойчивость  на  близких расстояниях.	Сложности с передачей информации на дальние расстояния, возможность падения качества передачи, при проходе сигнала через бетонные, металлические конструкции.
BT 4.0	Поддержка AES шифрования, режим низкого электропотребления, скорость установки соединения до 5 мс, коррекция ошибок передачи данных.	Ценовой диапазон устройств, с поддержкой BT 4.0 на порядок выше, чем устройств с поддержкой BT 2.0.
Wi-Fi	Крайне высокая скорость передачи данных, множество устройств с поддержкой стандарта WI-FI, достаточная мобильность и защищенность, за счет современных   алгоритмов шифрования.	Высокое энергопотребление, высокая температура нагрева мобильного оборудования.

Для того чтобы выбрать один из перечисленных вариантов, необходимо рассчитать параметры работы беспроводного канала связи.

Рассчитаем необходимую частоту работы беспроводного устройства, с учетом технологической операции растачивания, для мехатронной расточной головки.

Параметры технологической операции:

Sчерн = 0,08 - 0,2мм / об

Sчист = 0,05 - 0,1мм / об

Smin = 0,05мм / об

Smax = 0,2мм / об    

Параметры актуатора:

α = 1.8o

N = 200шаг / об

1шаг = 0.006мм = 6мкм

При необходимой точности в 0.2мкм :

N = 200 * 30 = 6000шаг / об  

Рассчитаем максимальное и минимальное количество шагов совершаемых за оборот шпинделя:  

N min = 0.2 / 0.0002 = 1000шаг / об.шп.

N max = 0.05 / 0.0002 = 2500шаг / об.шп.    

Возьмем максимальное значение скорости шпинделя, для промышленных станков:

ωшп = 20000об / мин » 334об / сек  

Получим результирующую частоту импульсов:  

ν min = 1000 * 334 = 334000Гц = 334кГц    

ν max = 2500 * 334 = 835000Гц = 835кГц

Для того, чтобы гарантировать доставку пакета, увеличим результирующую частоту в 10 раз:

ν min = 3,34мГц  

ν max = 8,35мГц

Способ передачи данных через Bluetooth версии 2.0 удовлетворяет перечисленным критериям и наиболее близок к заявленным требованиям.