SŁAWOMIR WIAK (redakcja) Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT
Recenzenci: Prof. Janusz Turowski Politechnika Łódzka Prof. Ewa Napieralska Juszczak University Lille Nord de France, LSEE, UA, Francja Autorzy rozdziałów: Prof. Piotr Ostalczyk (rozdz. 1, 2) Prof. Edward Jezierski (rozdz. 3) Dr hab. inż. Zbigniew Gmyrek (rozdz. 4) Dr hab. inż. Ryszard Szczerbanowski, prof. PŁ (rozdz. 5) Dr inż. Grzegorz Tosik (rozdz. 6) Prof. Zbigniew Lisik (rozdz. 6) Dr hab. inż. Jacek Gołębiowski, prof. PŁ (rozdz. 7) Dr hab. inż. Krzysztof Pacholski, prof. PŁ (rozdz. 8, 9) Prof. Krzysztof Gniotek (rozdz. 10) Dr hab. inż. Iwona Frydrych, prof. PŁ (rozdz. 10) Dr hab. Inż Ryszard Korycki, prof. PŁ (rozdz. 11) Dr inż. Grażyna Sobiczewska (rozdz. 12) Dr hab. Maria Dems, prof. PŁ (rozdz. 13, 15) Prof. Sławomir Wiak (rozdz. 13, 14, 15, 16, 17) Dr inż. Wojciech Rosiak (rozdz. 13, 15) Dr inż. Paweł Drzymała (rozdz. 14, 16, 17) Dr inż. Henryk Welfle (rozdz. 14, 16, 17) Dr inż. Ryszard Lasota (rozdz. 18) Dr inż. Marek Jan Glaba (rozdz. 19) Monografia przygotowana w ramach projektu "Innowacyjna dydaktyka bez ograniczeń - zintegrowany rozwój Politechniki Łódzkiej - zarządzanie Uczelnią, nowoczesna oferta edukacyjna i wzmacniania zdolności do zatrudniania, także osób niepełnosprawnych", współfinansowanego przez Unię Europejską w ramach europejskiego Funduszu Społecznego - Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki "Priorytet IV, poddziałanie 4.1.1. Wzmocnienie potencjału dydakty-cznego uczelni". Utwór w całości ani we fragmentach nie może być powielany ani rozpowszechniany za pomocą urządzeń elektronicznych, mechanicznych, kopiujących, nagrywających i innych, w tym również nie może być umieszczany ani rozpowszechniany w postaci cyfrowej zarówno w Internecie, jak i w sieciach lokalnych bez pisemnej zgody posiadacza praw autorskich. ISBN 978-83-60434-85-7 Copyright by EXIT, Politechnika Łódzka Łódź 2010
WSTĘP Mechatronikę należy traktować jako dziedzinę inżynierii związaną z modelowaniem, projektowaniem, wytwarzaniem i eksploatacją zintegrowanych systemów mechatronicznych zdolnych do inteligentnych zachowań. Mechatronika łączy takie dyscypliny jak: mechanika, automatyka i robotyka elektronika, mikroelektronika, informatyka, optyka, inżynieria biomedyczna, inżynieria produkcji, inżynieria wiedzy oraz szereg innych dyscyplin. Należy podkreślić, iż Mechatronika jest ważnym elementem rozwoju cywilizacyjnego społeczeństw. Zróżnicowany charakter sygnałów (mechaniczne, elektryczne, optyczne, biologiczne, chemiczne, itp.) oraz szeroki zakres zastosowań systemów mechatronicznych (przemysł, technika, medycyna, multimedia i inne, w tym przemysł informatyczny, motoryzacyjny, kosmiczny i zbrojeniowy) powoduje, że specyfiką Mechatroniki jest jej interdyscyplinarność. Tak obszerne opracowanie, dostępne po raz pierwszy na polskim rynku wydawniczym jest skierowane głównie do inżynierów pracujących w zakresie projektowania, sterowania i wytwarzania urządzeń i systemów mechatronicznych, studentów kierunków technicznych; szczególnie do studentów kierunków mechatroniki, elektrotechniki, informatyki, automatyki i robotyki, mechaniki. Autorzy wyrażają przekonanie, iż wiedza zawarta w niniejszej monografii stanowić będzie podstawę do podjęcia wielu tematów badawczych. Przedstawiając niniejszą pozycję (Tom 2) wyrażamy nadzieję, iż będzie ona pomocna również w realizacji założeń w zakresie wymagań dotyczących procesu kształcenia na kierunkach technicznych, w tym w szczególności na kierunku Mechatronika. Tom drugi książki MECHATRONIKA (19 rozdziałów) zawiera szerokie spektrum wiedzy z niezwykle dynamicznie rozwijającej się dziedziny wiedzy jaką stała się mechatronika. Uwzględniono w niej takie podstawowe zagadnienia jak: podstawy robotyki, zagadnienia dynamiki układów elektromechanicznych, zagadnienia syntezy układów sterowania, programowanie mikrokontrolerów oraz sterowniki programowalne. Oddzielną grupę, której poświęcono wiele miejsca w niniejszym tomie stanowią zagadnienia dotyczące układów mechatroniki samochodowej i ich projektowania oraz układów elektronicznych w pojazdach samochodowych. Projektowanie samochodowych układów mechatronicznych wymaga od inżyniera wiedzy nie tylko z zakresu elektroniki i mechaniki. Powinien on również dysponować wiedzą z teorii regulacji i sterownia oraz powinien umieć określić algorytm funkcjonowania projektowanego układu z uwzględnieniem specyfiki działania zastosowanych w tym układzie mikrokontrolerów. 1
WSTĘP Podjęto również tematykę systemów optoelektronicznych stosowanych szeroko w urządzeniach mechatronicznych, metod i narzędzi tworzenia dokumentacji technicznej jako nieodzownego elementu projektowania wytwarzania systemów mechatronicznych. Należy podkreślić, iż praktycznie wszystkie prace projektowe są nierozerwalnie związane z wykorzystaniem zintegrowanych systemów Komputerowo Wspomaganego Projektowania (CAD - Computer Aided Design). Projektując układy mechatroniczne należy uwzględnić dynamikę ruchu tego typu układów. Należy więc przekazać czytelnikowi uporządkowaną wiedzę z zakresu nowoczesnych układów napędowych i sterowania cyfrowego z wykorzystaniem przemienników rodziny masterdrives, sieci komunikacyjnych, urządzeń HMI i wizualizacji procesów przemysłowych. Należy podkreślić, iż współczesne systemy i urządzenia mechatroniczne wykorzystują najnowsze zdobycze nauki z dziedziny sterowania cyfrowego. W układach mechatronicznych do wymiany informacji wykorzystuje się przemysłowe sieci komunikacyjne. Ważnym elementem systemów mechatronicznych jest wizualizacja i integracja ich z systemami zarządzania. W tym celu wykorzystywane są urządzenia HMI (Human Machine Interface). Do wizualizacji procesów przemysłowych wykorzystuje się systemy SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Rozwój inteligentnych ubiorów i elektroniki elastycznej nasunęły pomysł wyodrębnienia nowego obszaru wiedzy, który obejmowałby te spośród tekstyliów inteligentnych, które zawierają elementy elektroniczne. Obszar ten nazwano tekstroniką. Tekstronika została zdefiniowana jako połączenie włókiennictwa, elektroniki i informatyki. Tekstronika stała się istotnym elementem rozwoju dziedziny wiedzy jaką jest mechatronika. Należy podkreślić, iż wykształcenie na kierunku Mechatronika umożliwia zdobycie umiejętności projektowania, modelowania, programowania, badania oraz obsługi systemów wyposażonych w zintegrowane inteligentne systemy sterowania. Tom 2 został przygotowany jako praca zbiorowa pracowników Wydziału Elektrotechniki, Elektroniki, Informatyki i Automatyki we współpracy z kolegami z Wydziału Technologii Materiałowych i Wzornictwa Tekstyliów Politechniki Łódzkiej i jest wynikiem wieloletnich doświadczeń tej grupy pracowników, zarówno w zakresie badawczym jak i dydaktycznym. Sławomir Wiak 2