Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали №7406.1111056)

Дипломный проект

Разработка автоматизированного участка обработки детали типа корпус подшипника (на примере детали №7406.1111056)

Введение

программа наладка подшипник автоматизированный

Автоматизация производственных процессов на основе внедрения роботизированных технологических комплексов и гибких производственных модулей, вспомогательного оборудования, транспортно-накопительных и контрольно-измерительных устройств, объединенных в гибкие производственные системы, управляемые от ЭВМ, является одной из стратегий ускорения научно-технического прогресса в машиностроении.

Применение гибких производственных систем и роботизированных технологических комплексов обеспечивает:

-       увеличение уровня технической вооруженности производства за счет автоматизации практически всех основных и вспомогательных операций;

-       повышение производительности труда;

-       решение проблемы сокращения дефицита рабочих, выполняющих как основные, так и вспомогательные операции;

-       изменение условий и характера труда за счет увеличения доли умственного и сведения к минимуму физического труда.

При обработке деталей типа тел вращения основным оборудованием в ГПС являются токарные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры. Оснащение этих станков системой автоматического разделения припуска, программами обработки фасок и выточек, а также многоместными инструментальными магазинами, имеющими автономный привод, и устройством торможения шпинделя, превращает их в токарные многоцелевые станки. Оснащение ЧПУ запоминающими устройствами большой емкости позволяет быстро переналаживать станок на другие программы, что снижает подготовительно-заключительное время.

Обеспечение полностью автоматического и автономного цикла работы токарных станков достигается установкой накопителей заготовок, организацией их автоматической загрузки и разгрузки, а также контроля за состоянием инструментов и размерного контроля.

В дипломном проекте необходимо разработать гибкий автоматический участок для выпуска детали типа «корпус», технологический процесс обработки детали, циклограмму и систему управления.

Сегодня задачи управления теми или иными объектами решаются с помощью микропроцессоров (МП). Микропроцессоры применяются в различных областях народного хозяйства, например, в управлении технологическими процессами, информационных и измерительных комплексах, энергетике, медицине и др. На базе микропроцессоров созданы высокопроизводительные устройства ЧПУ.

Необходимость выполнения сложных функций управления привела к созданию микроконтроллеров - управляющих устройств, выполненных на одном или нескольких кристаллах. Микроконтроллеры выполняют функции логического анализа и управления.

В задачу проектирования ГАУ входит разработка микропроцессорной системы для управления его работой, согласно требованиям пользователя. При разработке используется метод нисходящего проектирования. Суть этого метода состоит в последовательной детализации описания объекта, которое первоначально создается на основе требования заказчика.

В качестве ограничений при поиске оптимального варианта выступают требования технического задания, приведенные в разделе требования пользователя. Определяющими факторами являются минимум затрат на создание и эксплуатацию.

В настоящее время для реализации автоматизированной системы управления каким-либо технологическим процессом, в том числе и процессов механической обработки, широкое распространение получили микропроцессорные системы.

Современные микропроцессорные системы управления ТП решают широкий круг задач, среди которых можно выделить следующие:

-       достижение заданных качественных показателей технологического процесса;

-       безаварийность технологического процесса;

-       снижение убытков от аварий и простоев оборудования за счет предупреждения и своевременного информирования персонала о тенденциях к возникновению или о возникновении аварийных ситуаций;

-       безопасность обслуживающего персонала: технические средства автоматизации обеспечивают минимально возможное для нормальной работы предприятия присутствие обслуживающего персонала в производственной зоне и его безопасность при работе.

В процессе функционирования таких систем происходит:

.        непрерывное, централизованное управление оборудованием и технологическими процессами; визуализация оперативных параметров технологического процесса на АРМ операторов, диспетчеров, технологов и другого инженерно-технического персонала предприятия в реальном времени;

.        формирование сигналов управления регулируемыми параметрами технологического процесса в автоматическом или ручном режимах; обеспечение открытого интерфейса для разработки и выполнения задач оптимизации технологического процесса;

.        обеспечение гибкого интерфейса для настройки и конфигурирования параметров управления технологическими процессами и системы в целом, включения в систему функциональных задач пользователя;

.        обеспечение единого централизованного хранения и доступа ко всем формам технологической и производственной информации на предприятии; обеспечение разработки и включения в систему новых форм отчетности и программного обеспечения обработки информации силами персонала АСУ предприятия.

Таким образом, современные МПСУ ТП позволяют не только производить непосредственное управление технологическим оборудованием, но и позволяют решать задачи по оптимизации параметров ТП, обеспечения наилучших показателей качества изделий ТП, а также включаться в единую автоматизированную систему управления предприятием.

Разрабатываемая система управления предназначена для автоматизированного управления технологическим процессом механической обработки детали «корпус переднего подшипника». Проектирование будет производиться методом нисходящего проектирования. Суть этого метода состоит в последовательной детализации описания объекта, которое первоначально создается на основе требования заказчика.

В качестве ограничений при поиске оптимального варианта выступают требования технического задания, приведенные в разделе требования пользователя. Определяющими факторами являются максимальная надежность при минимуме затрат на создание и эксплуатацию. Кроме того, необходимо особое внимание уделить требованиям к точности, производительности, условиям эксплуатации и безопасности.

1. Анализ производственной ситуации

 

.1 Исходные данные

Корпус, сталь 45, кол-во: 200 шт.

Заготовка вида вал: D=62мм; h=40мм.

Таблица 1.1 - Маршрут обработки детали

Операция	Действия
1. Токарная	Торец (поверхность «Ж»): черновая; Контур (пов. «А», «Б»): черновая;
	Торец (пов. «И»): черновая, чистовая; Контур (пов. «В»): черновая, чистовая; Сверление (пов. «Г»), 1 шт. Рассверливание (пов. «Г»), 1 шт.
	Торец (пов. «Ж»): чистовая; Контур (пов. «А», «Б»): чистовая; Торец (пов. «З»): чистовая;
2. Фрезерная	Фрезерование (пов. «К»), 2 шт, черновая. Фрезерование (пов. «К»), 2 шт, чистовая.
3. Сверлильная	Сверление (пов. «Д»), 2 шт. Сверление (пов. «Е»), 2 шт. Рассверливание (пов. «Д»), 2 шт. Рассверливание (пов. «Е»), 2 шт.

1.2 Анализ существующего техпроцесса и его недостатки

На проектируемом участке обработки вала заготовки на линию подаются в тележке внутрицеховым транспортом. Далее они раскладываются в кассеты, затем обрабатываются на универсальных станках.

В цехе производят различные детали. По типу производства номенклатуре и объемам производства данный участок можно отнести к мелкосерийному или серийному производству.

Для такого типа производства, с целью повышения эффективности возможно применение обрабатывающих центров, встраиваемых в автоматические линии.

Эффективность участка зависит от степени автоматизации. С целью исключения ручных операции транспортировки заготовок необходимо разработать автоматическую транспортно-загрузочную систему, заменить универсальные станки на станки с ЧПУ.

Сложившийся тип производственных структур машиностроительных предприятий характеризует ряд признаков:

-       отсутствие ярко выраженной технологической специализации машиностроительных производств;

-       распыленность технологических ресурсов;

-       во многих случаях избыточность или недостаточность мощностей производственных систем;

-       отсутствие гибкости производственных систем при переходе предприятия к выпуску новой продукции.

Предметная специализация по предприятиям лежала в основе отрасли. Переход на выпуск принципиально новой продукции в этих условиях требует коренной перестройки с привлечением дополнительных инвестиций, получение которых затруднено.

На предприятии изготовление корпуса переднего подшипника осуществляется на универсальных станках. До сих пор это было оправдано регулярностью заказов и неизменным объемом партии на запасные части. В связи с переходом предприятия на автоматизированное управление производством в условиях меняющегося рынка ситуация изменилась. Теперь трудно заранее планировать и партию и сроки их производства.

Изготовление деталей в таких условиях без возможности автоматизации стало экономически не целесообразно. В связи с этим появилась необходимость разработать автоматизированный участок производства корпусных деталей.

Одной из таких деталей является корпус переднего подшипника.

 

1.3 Анализ основного оборудования

Широкое применение в современном производстве находят токарно-фрезерные многоцелевые станки (обрабатывающие центры), они представляют собой комбинацию токарного и фрезерного станков и, как правило, используются для обработки деталей со сложными поверхностями. На таких станках возможно изготовление сложнопрофильных деталей с минимальным количеством перезакреплений.

Рассмотрим некоторые модели представленных станков:

1. Многоцелевой станок Multus B300 производства Okuma (Япония).

Станок имеет 7 управляемых координат. Фрезерная головка перемещается в продольном и поперечном направлениях (оси Z и Y) и поворачивается в одном направлении (ось В). Фрезерный шпиндель способен вращаться с частотой до 6000 об/мин. Токарный шпиндель может вращаться с частотой 5000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось C). Также у станка имеется противошпиндель, который перемещается в продольном направлении (ось W) и имеет возможность контролируемого поворота (ось С1). Магазин инструмента рассчитан на 2…60 позиций.

. Многоцелевой станок S-191FT производства Bumotec (Швейцария).

Станок предназначен для обработки деталей небольших размеров. Имеет до 7 управляемых координат. Фрезерный шпиндель может вращаться с частотой 30 000 об/мин. Фрезерная головка может перемещаться продольно и поперечно, опускаться и подниматься (оси X, Y и Z), также она может поворачиваться в одном направлении (ось В). Токарный шпиндель станка может вращаться с частотой 6 000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось С). Противошпиндель станка может вращаться с частотой 5 500 об/мин и также может совершать контролируемый поворот (ось А) и перемещаться в продольном направлении (ось W). Магазин сменного инструмента рассчитан на 30…90 позиций.

. Токарный многоцелевой станок TTC300-42 производства SPINNER (Германия).

Станок имеет две револьверных головки, в каждой из которых 12 позиций для инструмента. Головки перемещаются в продольном и поперечном направлениях (Оси Z, X, U, W) В одну револьверную головку устанавливается приводной инструмент. Шпиндель станка может вращаться с частотой до 6 000 об/мин, также он имеет возможность контролируемого поворота (ось С). Противошпиндель также имеет возможность контролируемого поворота (ось C1).

. Многоцелевой станок NTX 2000 производства Mori Seki (Япония)

Станок имеет 7 управляемых координат. Фрезерная головка может перемещаться в продольном и поперечном направлениях, подниматься и опускаться относительно закрепленной на станке заготовки (оси X, Y, Z, B). Токарный шпиндель может вращаться с частотой до 5 000 об/мин и имеет возможность контролируемого поворота (ось C). Противошпиндель также может вращаться с частотой 5 000 об/мин.

Станок имеет 10-ти позиционную револьверную головку, которая перемещается в продольном и поперечном направлениях (оси V, W). Фрезерный шпиндель может вращаться с частотой 12 000 об/мин (производителем предусмотрена возможность увеличения частоты до 20 000 об/мин). Магазин сменного инструмента рассчитан на 30…76 позиций.

Обрабатывающие центры и многоцелевые станки производства Okuma (Япония) относятся к группе экономсерии. Кроме того в Екатеринбурге налажено их «отверточное» производство.

Из соображений высокой надежности, наименьшей стоимости самих станков и обслуживания предпочтение следует отдать станка фирмы ОКУМА.

1.4 Анализ вспомогательного оборудования

Конвейеры

Конвейером называют машину для непрерывного транспортирования изделий. Отличительной особенностью многих конструкций конвейеров, наряду с выполнением функций по перемещению заготовок, является возможность образования небольших межоперационных заделов, обеспечивающих независимую работу сложных станков в составе автоматических линий. По способу транспортирования конвейеры делят на непрерывного и прерывистого (дискретного) действия.

Конвейеры непрерывного действия

Наиболее распространены ленточные (рисунок 2.3.3.1, а) и цепные (рисунок 2.3.3.1, б) конвейеры. Грузонесущим и тяговым органом для перемещения заготовок 3 в таких конвейерах служит лента 4 (обычно металлическая) или втулочно-роликовая цепь 7, которые натянуты на барабаны 1 или звездочки 6, смонтированные в корпусе 5. Для предотвращения их провисания предусмотрены направляющие планки 2. Такие конвейеры применяют для относительно легких заготовок 3, допускающих изнашивание поверхности из-за проскальзывания ленты (цепи) под заготовками. Кроме того, конвейеры с металлической лентой используют для транспортирования стружки.

Роликовые конвейеры состоят из роликов 2, укрепленных на осях в корпусе 5. Роликам сообщается вращение от привода 1 через замкнутую цепь б и звездочки 4, закрепленные на осях роликов. Перемещение заготовок 3 или приспособлений-спутников происходит под действием сил трения, возникающих между образующей роликов и заготовками, что позволяет подавать их с подпором. Ролики посажены на оси с небольшим натягом через фрикционные втулки, запрессованные в ролики, что позволяет им проскальзывать в момент нахождения под остановленными заготовками.

Винтовые конвейеры используют для перемещения заготовок поперек и вдоль оси. Вибрационные конвейеры используют в тех случаях, когда затруднительно перемещать заготовки 3 другими способами (например, из-за их сцепляемости). Лотковые самотечные конвейеры предназначены для гравитационного перемещения заготовок качением по роликам или скольжением по наклонной (в большей части прямой) поверхности. В конвейерах для перемещения заготовок 4 по свободно, вращающимся роликам 6 последние устанавливают на осях 8, укрепленных в боковых стенках 2, которые между собой жестко соединяют стяжками 7. В качестве ролика используют шарикоподшипник или два шарикоподшипника, запрессованные во втулку.

Конвейеры прерывистого действия

Шаговые конвейеры наиболее распространены и бывают двух типов: с убирающимися собачками или поворачивающимися захватными устройствами. У первого типа конвейеров заготовки 3 (спутники) перемещают по направляющим 2 захваты в виде подпружиненных храповых собачек 4, укрепленных на осях в штанге 7, совершающей возвратно-поступательное движение с помощью гидравлического цилиндра 5. При движении штанги вперед собачки упираются в заготовки и перемещают их на шаг. При обратном ходе собачки утапливаются в штангу и проходят под заготовкой, не передвигая ее. Основным недостатком конвейера является заострение стружкой храповых собачек.

У второго типа конвейеров заготовки 3 перемещают по направляющим 2 захватные устройства в виде флажков 4, укрепленных неподвижно на круглой штанге 1, совершающей последовательно возвратно поступательное и вращательное движения с помощью гидравлических цилиндров 5 и 7 и рычага 6. При движении штанги вперед флажки упираются в заготовки и перемещают их на шаг. Затем штанга поворачивается на угол (при котором флажки не задевают детали) и возвращаются в исходное положение. Далее флажки опускаются, и цикл повторяется. Вероятность засорения стружкой флажков в этом конвейере меньше.

Перекладывающие планочные конвейеры обычно применяют для перемещения заготовок 3, для которых не допускается повреждение обработанной поверхности при скольжении по направляющим 2. Заготовки движутся по направляющим последовательным перекладыванием посредством планки 1, совершающей движение от вращающихся эксцентриков 4 по сложному циклу; подъем, движение вперед, опускание, движение назад.

Пилообразные конвейеры применяют для перемещения заготовок типа вал поперек оси. Конвейер одинарного действия (рисунке 2.3.2.2, г) состоит из двух неподвижных пилообразных реек 2, между которыми размещены две подвижные рейки 1, перемещаемые вверх - вниз от кулачкового (кривошипного) механизма 4. В результате этого движения подвижные рейки перебрасывают заготовки 3 через вершины неподвижных реек. Для увеличения, производительности в конвейерах двойного действия подвижные рейки 1 смещены относительно неподвижных 2 на полшага. Принцип работы конвейера аналогичен предыдущему. Детали скатываются по наклонной части реек под действием силы тяжести.

Гребенчатые конвейеры предназначены для перемещения заготовок с заплечиками, типа шатун, и имеют две направляющие 1, между которыми размещена гребенка 2, совершающая движение вверх - вниз (с амплитудой 8-10 мм) с помощью приводного механизма 4. В процессе перемещения шатун 3 заплечиками большой головки опирается на гладкие направляющие 1, а нижней частью малой головки - на зубцы гребенки при наклоне шатуна на угол 6-10° от вертикальной плоскости по ходу движения. При подъеме гребенки шатун смещается большой головкой по направляющим в сторону наклона, а при опускании гребенки он смещается малой головкой в ту же сторону; в результате шатуны перемещаются вперед.

Шаговый конвейер-накопитель с управляемыми собачками. Рассмотренные выше шаговые конвейеры (см. рисунке 2.3.2.2, а, б) не обеспечивают использование запаса заготовок, поэтому они не могут быть накопителями. Конвейер с управляемыми собачками, помимо перемещения деталей, выполняет функцию их накопления. Он включает две направляющие 3, по которым движутся детали 7 с помощью двойной штанги 1 с собачками 11 (действующими от гидроцилиндра 9), размещаемой между направляющими. На одной из направляющих 3 на осях 14 установлены поворотные рычаги 5 контроля наличия заготовки 7. При отсутствии заготовки короткий конец рычага поднимается, а длинный опускается.

Собачки на штанге закреплены на осях 10. Над одной штангой установлены планки 4, каждая из которых шарнирно, через ось 6, связана с собачкой 11, а также со штангой 1 через звено 13, несущее ролик 8. Такое соединение образует систему параллелограммов, обеспечивающих управление положением собачек. При движении штанги 1 влево крайняя левая планка 4, наталкиваясь на неподвижный упор 2 на направляющей 3, поворачивает все звенья 13 и собачки 11 (по часовой стрелке) в нерабочее положение. При перемещении штанги вправо ролик 8 звена 13 одного из параллелограммов наталкивается на опущенный длинный конец рычага 5 на свободной позиции II. В результате этого при дальнейшем передвижении штанги происходит поворот звена 13 и собачки 11 данного параллелограмма, а также (через планки 4) звеньев и собачек последующих параллелограммов против часовой стрелки. Собачки принимают рабочее положение, опираясь на упоры 12 (см. рис. 5.4, ж, штриховая линия). Штанга, двигаясь вперед, захватывает на позиции I собачками заготовки 7, расположенные до позиции II, и перемещают их на шаг. Если позиция II окажется занятой, то постепенно весь конвейер заполнится заготовками. При освобождении позиции II все заготовки на конвейере передвинутся на шаг.

Для перемещения деталей с окончательно обработанной опорной поверхностью применяют также проходной конвейер-накопитель с управляемыми подъемными собачками, в которых детали транспортируются перекладыванием.

 

1.5 Анализ промышленных роботов

Промышленные роботы по конструктивному исполнению подразделяются на подвесные, устанавливаемые на портале; напольные, устанавливаемые на полу цеха; встраиваемые, устанавливаемые непосредственно на обслуживающем оборудовании (например, на станке).

Подвесные роботы, применяемые для обслуживания металлорежущих станков, как правило, работают в прямоугольной системе координат, т.е. имеют два основных движения - вдоль оси (осей) портала (движение каретки) и в направлении, перпендикулярном оси портала (выдвижение руки по вертикали или под углом к вертикали); в цилиндрической полярной системе координат, т.е. имеют три основных движения - вдоль вертикальной оси портала, поворот руки вокруг горизонтальной оси (качание руки) и выдвижение руки; в цилиндрической угловой системе координат, т.е. имеют три основных движения - вдоль оси портала и качание каждого из звеньев шарнирной руки.

Подвесные промышленные роботы бывают различных исполнений. Кроме основных движений, определяющих систему координат, подвесной робот может выполнять следующие ориентирующие движения: вращение кисти с захватным устройством вокруг оси руки; поворот кисти вокруг оси (одной или двух), перпендикулярной оси руки.

Напольные роботы, применяемые для обслуживания станков, работают, как правило, в цилиндрической системе координат, т.е. имеют три основных движения - подъем руки, поворот руки вокруг вертикальной оси и радиальное выдвижение руки в горизонтальной плоскости. Они выполняют движения, характерные для подвесных роботов, и, кроме того, сдвиг захватного устройства.

Промышленные роботы, встраиваемые в станки, могут иметь компоновку, аналогичную подвесным промышленным роботам, работающим в плоской прямоугольной и полярной цилиндрической системах координат (с тем отличием, что монорельс, по которому движется каретка, крепится непосредственно на станке), а также компоновку, предусматривающую крепление робота спереди к станку и обеспечивающую возможность поворота руки вокруг вертикальной и горизонтальной осей.

Промышленные роботы типа М40П

Роботы выпускаются в двух модификациях: М40.П. 05.02 и М40.П. 05.03.

Промышленный робот с ЧПУ модели М40.П. 05.02 (Рис. 1) предназначен для выполнения операций загрузки-разгрузки металлорежущих станков и другого оборудования. Устройство с ЧПУ позиционного типа позволяет осуществлять различные циклы работы. Промышленный робот может обслуживать группу станков. Наибольшая масса загружаемых деталей 40 кг. Он может быть оснащен двухместными захватными устройствами. Число степеней подвижности пять (без учета движения губок), в том числе три - управляемые от ЧПУ. Имеются устройства для автоматического закрепления и замены рабочего органа в головке робота.

Промышленный робот модели М40.П. 05.03 не имеет механизма привода качания головки. Число степеней подвижности - четыре (без учета движения губок захвата), в том числе три - управляемые от ЧПУ.

Промышленный робот имеет портальную конструкцию. Каретка перемещается по монорельсу и приводится в действие электрогидравлическим шаговым двигателем, который через редуктор и зубчатое колесо соединен с рейкой.

На каретке закреплен корпус ползуна, по которому перемещается на опорах качания ползун. На конце ползуна, на его оси закреплена рука в виде двуплечего рычага. Рука совершает качательные движения вокруг этой оси с помощью линейного электрогидравлического привода, размещенного на кронштейне, закрепленном на корпусе. На конце руки закреплена головка, в которой устанавливается захватное устройство. Внутри головки размещаются привод поворота шпинделя, в котором устанавливается захватное устройство, и привод перемещения его губок.

Опорная система разбита на ряд небольших узлов, что позволяет создавать различные модификации робота, отличающиеся друг от друга общей длиной (одно-, двух- и трехпролетные).

Захватные устройства и другие механизмы устанавливаемые в шпинделе, оснащены хвостовиком, опорным фланцем, имеющим клиновое гнездо под ролик фиксатора, а также центрирующим фланцем для базирования устройства в магазине. На опорном фланце может закрепляться кронштейн с элементами пневмо- и электроразъемов. Через хвостовик проходит тяга, передающая движение захватному устройству.

Промышленные роботы типа М20Ц

Роботы типа М20Ц (рис. 2) построены на агрегатной основе и предназначены для выполнения операций загрузки-разгрузки металлорежущих станков и другого оборудования, в том числе с ЧПУ.

Роботы выпускаются восьми модификаций, отличающихся компоновкой обслуживаемого оборудования, характером (серийность) производства, в котором это оборудование используется, а также числом рук (одна или две), наличием движении наклона руки и кантователя. Все движения исполнительных элементов роботов могут осуществляться в любой последовательности и независимо друг от друга. Очередность их выполнения устанавливается кнопочным набором программы на пульте системы управления промышленного робота. Максимальная масса загружаемой детали 10 кг. Типовые детали: фланцы 40 - 200 мм и высотой до 100 мм; валы 20 - 60 мм и длиной свыше 150 мм.

Для работы с деталями типа фланцев применяют роботы с двумя руками и одноместными захватными устройствами для работы с деталями типа валов - роботы с одной рукой и двухместным захватным устройством. Промышленный робот приспособлен для работы с накопителем при укладке фланцев стопками переменной высоты.

Промышленные роботы восьми модификаций имеют портальную конструкцию. Каретка 1 перемещается по монорельсу 2. Привод каретки осуществляется от электродвигателя 4 через зубчатый редуктор 5. Выходной вал редуктора несет реечную шестерню, которая зацепляется с зубчатой рейкой 3. С другим концом вала связан электромагнитный тормоз 6.

На каретке закреплены (в зависимости от исполнения может и отсутствовать) одна или две одинаковые поворотным плиты, к которым крепятся корпуса выдвижных рук (также одинаковых). На основании поворотной плиты шарнирно закреплен пневматический цилиндр, при срабатывании которого плита вместе с рукой отклоняется от вертикали.

Рука перемещается в корпусе на роликах. В нижней части руки установлен шпиндель, в котором закрепляется захватное устройство.

Мостовые и портальные электромеханические агрегатно-модульные промышленные роботы

Мостовые и портальные электромеханические агрегатно-модульные роботы предназначены для автоматизации обслуживания, включая элементы переналадки, металлорежущего оборудования, входящего в гибкие производственные модули и роботизированные технологические комплексы, в условиях мелкосерийного и серийного многономенклатурного производства. Они могут применяться и для других технологических операций, например для переналадки штабелирования.

Модификации мостовых и портальных промышленных роботов отличаются друг от друга: количеством рук (одно- и двурукие); степенями подвижности кисти (1, 2, 3); наличием устройств автоматической смены захватов; длиной ходов переносных степеней подвижности. Модификации промышленных роботов образуются набором унифицированных единиц (модулей и узлов), к которым относятся: эстакада, мост и др.

Модули этих промышленных роботов, в свою очередь, образованы набором унифицированных агрегатных узлов: колонны, балки с направляющими, каретки, руки, кисти, механизм смены захватов и т.д. Мостовой электромеханический агрегатно-модульный промышленный робот представлен на рис. 3. На колоннах 1, закрепленных на полу, установлены два ряда балок 2 с направляющими продольного перемещения, зубчатыми рейками, целью энергоподвода и т.д. По направляющим движутся две каретки, соединенные между собой траверсой 3, на которой установлены направляющий поперечного перемещения со своими зубчатыми рейками, приводом, цепью энергоподвода и т.д.

По направляющим траверсы перемещается каретка 4 с закрепленной на ней рукой 5 с реечным механизмом вертикального перемещения, приводом каретки и цепью энергоподвода. К нижней части руки крепится кисть, приводы которой закреплены на верхнем фланце руки. На выходном фланце кисти смонтирован механизм автоматической смены захватов со всеми коммуникационными розетками.

Промышленные роботы данных моделей сконструированы по агрегатно-модульному принципу, в результате чего возможно создание модификаций роботов с требуемыми функциональными возможностями и оптимальным уровнем автоматизации.

Применение высокоэффективных электроприводов с транзисторными преобразователями в сочетании с позиционно-контурной системой управления обеспечивает высокие эксплуатационные характеристики промышленных роботов, а также надежность работы при применении их в автоматизированных производственных системах.

Промышленный робот модели М10П.62.01

Промышленный робот с числовым программным управлением модели М10П.62.01 предназначен для автоматизации загрузки-выгрузки деталей и смены инструмента на металлорежущих станках с ЧПУ.

Промышленный робот устанавливается на станок, образуя с ним комплекс (станок - промышленный робот), который может являться базой для создания гибких производственных модулей, предназначенных для продолжительной работы без участия оператора. Управление роботом и станком осуществляется от автономной системы управления.

Координаты перемещений захвата робота приведены на рис. 4. На основании робота установлен электродвигатель постоянного тока со встроенным датчиком обратной связи. Через приводной ремень вращение передается на червячный вал и червячное колесо. Червячный вал установлен в конических роликовых подшипниках, а червячное колесо - в шариковом сдвоенном радиально-упорном подшипнике и шариковом радиальном подшипнике.

Типовые схемы компоновок РТК механообработки

При создании РТК используют станки с ЧПУ или станки-полуавтоматы, у которых машинное время составляет 3-15 мин и более. Как правило, технологический цикл обработки изделий на металлорежущих станках осуществляется группой станков, обеспечивающих выполнение этого цикла. В связи с этим при создании РТК типа «станок - ПР» целесообразно использовать ПР для обслуживания группы однотипных либо разнотипных станков. Число станков, включаемых в РТК, зависит от конструктивного исполнения ПР (размеров его рабочей зоны), а также от машинного времени станков, включаемых в состав РТК. При малом машинном времени (3 мин) обслуживание ПР нескольких станков приводит к простою технологического оборудования, поэтому в данном случае, а также в условиях крупносерийного производства целесообразно использование однопозиционных РТК на базе ПР с цикловым программным управлением, предназначенных для обслуживания одного станка.

Компоновки РТК зависят от конструкции и кинематической схемы ПР, определяющих размеры и форму его рабочей зоны.

На базе одних и тех же моделей станков можно создавать РТК различных компоновок, комплектуемые ПР с различными техническими и технологическими возможностями. В основном используют три вида компоновок РТК: 1) однопозиционный РТК, состоящий из одного станка, обслуживаемого одним ПР (напольным, портальным или встроенным в станок); 2) многопозиционный РТК круговой компоновки, состоящий из двух-трех станков, обслуживаемых ПР напольного типа; 3) многопозиционный РТК линейной и линейно-параллельной компоновок, состоящий из двух и более станков, обслуживаемых портальным ПР.

При одинаковых составе оборудования, производственной программе и номенклатуре обрабатываемых деталей, линейные компоновки по сравнению с круговыми имеют следующие преимущества: требуемая для размещения РТК производственная площадь в 1,4 раза меньше; большие удобство и безопасность обслуживания (переналадка и ремонт оборудования не требуют остановки всего РТК, более благоприятные условия для визуального наблюдения за работой оборудования); увеличивается число обслуживаемых станков (до 5-6 против 2-3 при круговой компоновке); сокращается время передачи заготовки от станка к станку.

Комплексы типа РТК - 1 создаются на базе ПР, работающих в плоской прямоугольной системе координат, из одного или двух однотипных станков с применением линейной компоновки. Комплексы должны комплектоваться вспомогательным оборудованием для автоматической подачи ориентированной заготовки на загрузочную позицию (тактовыми столами, шаговыми транспортерами, приводными магазинами - накопителями), расположенными в плоскости работы ПР.

Комплексы типа РТК- 2 создаются на базе портальных ПР, работающих в ангулярной цилиндрической системе координат, из однотипных и разнотипных станков в количестве от двух до шести единиц технологического оборудования с использованием линейной и линейно-параллельной компоновки. Комплексы оснащаются входными, выходными и промежуточными (между станками) накопителями. Поскольку ПР могут брать заготовки из разных точек и укладывать изделия в тару, возможно использование вспомогательного оборудования, не имеющего приводных механизмов.

Комплексы типа РТК- 3 формируются на базе ПР, работающих в цилиндрической системе координат, из одного станка с горизонтальной осью шпинделя и ПР. В качестве вспомогательного устройства используется сменная тара, обеспечивающая хранение деталей в ориентированном виде с заданным шагом расположения.

Комплексы типов РТК-4 и РТК- 5 строятся на основе ПР, работающих в цилиндрической и сферической системах координат. Комплексы имеют преимущественно круговую либо линейно - параллельную двухрядную компоновку и могут состоять из одной - трех единиц технологического оборудования.

 

1.6 Анализ аппаратной части системы управления

 

Анализ датчиков

В зависимости от конструкции и принципа действия датчики положения имеют различный диапазон срабатывания, различную точность и рассчитаны на обнаружение объектов из различных материалов.

Наибольшее расстояние обнаружения и динамический диапазон имеют фотоэлектрические датчики, и они же имеют наилучшую точность. При выборе соответствующего типа, они могут решать практически все задачи обнаружения, за исключением случаев работы через непрозрачную преграду или работы при большом уровне паразитной засветки. Фотоэлектрические датчики представляют собой достаточно сложное устройство, изготовленное с применением прецизионных технологических процессов, поэтому из всех датчиков положения они имеют наибольшую стоимость. Номенклатура фотоэлектрических датчиков чрезвычайно обширна, что объясняется оптимизацией конструкции на решение какой-то конкретной задачи и невозможностью создать универсальное решение. К настоящему времени выпускающаяся номенклатура фотоэлектрики практически полностью перекрывает задачи, стоящие в промышленной автоматике и системах безопасности.

Индуктивные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 1 до 60 мм при точности порядка 10-20% и представляют собой, в общем случае, катушку индуктивности и схему обработки сигнала, заключенные в цилиндрический или прямоугольный корпус. Они предназначены для обнаружения ферромагнитных объектов. Датчики этого типа имеют давнюю историю, и их конструкция хорошо отработана. В их составе нет дорогих компонентов, и они хорошо освоены многими производителями, как в Европе, так и в Азии и России. Датчики этого типа являются наиболее дешевыми и массовыми представителями устройств обнаружения присутствия объекта и наиболее широко применяются в промышленной автоматике. Параметры датчиков, выпускаемых разными производителями, очень близки и при выборе поставщика одним из критериев выбора может выступать надежность и долговременная стабильность параметров датчика. По совокупности этих признаков датчики SICK имеют наилучший рейтинг.

Емкостные датчики положения имеют диапазон срабатывания от 2 до 25 мм при точности порядка 20%. Их срабатывание происходит при изменении емкости пространства перед датчиком при внесении в это пространство объекта, структура которого отличается от структуры воздуха. При этом этот объект не обязательно должен быть твердым телом. При определенной настройке возможно определение уровня заполнения неметаллической емкости через ее стенку. Датчики этого типа незаменимы при работе с сыпучими и жидкими средами.

Ультразвуковые датчики положения имеют диапазон срабатывания от 30 мм до 8 м при точности порядка 2%. Их срабатывание происходит при обнаружении отраженного ультразвукового импульса от внесенного объекта. При этом природа объекта роли не играет. Необходимо только, что бы уровень отраженного сигнала превышал порог срабатывания датчика. Лучше всего обнаруживаются деревянные и металлические гладкие поверхности, несколько хуже картон. Сложности возникают при наличии на поверхности объекта поглощающего слоя - ворсовой ткани, меха и, на предельных дальностях, рассеивающей структуры поверхности, неровностей и канавок.

Оптические датчики позволяют решать задачи определения положения, скорости и направления вращения объектов из неферромагнитных материалов (в этом заключается их главное отличие от магнитных датчиков Холла). Примерами таких объектов могут быть денежные купюры, монеты или жетоны, опускаемые в щель автомата, пластмассовые диски, метки, карточки и т.д.

Анализ контроллеров

Siemens Simatic S7 200

Контроллер класса Siemens Simatic S7 200 - относительно простое логическое устройство с возможностью программирования, применяемое в системах автоматизации невысокой сложности.

Эта категория контроллеров, которые можно программировать, отлично подходит для тех ситуаций, в которых требуется обновить релейную схему устаревшей конструкции. Новый модуль намного экономичнее в плане энергии и ресурсов, к тому же он легко настраивается.

Конструкция устройства включает полный набор периферийных элементов, в т. ч. подключение блоков питания, центральных процессоров, модулей коммуникации и позиционирования, модулей ввода-вывода.

Отличительные черты и особенности, которыми обладает контроллер Simatic S7200:

высокие показатели быстродействия модулей;

возможность эффективно программировать (используемые языки - LAD, FBD, STL);

трехуровневая парольная защита пользовательских программ;

страничная адресация данных;

обработка рецептурных данных;

карта памяти, позволяющая сохранять документацию и регистрировать данные системы;

возможность редактировать программы без остановки центрального процессора, «на лету»;

возможность использования распределенной системы ввода-вывода AS-Interface для свободного наращивания модулей входов и выходов.

Логические программируемые контроллеры линейки Siemens Simatic S7 200 способны одновременно обрабатывать команды и осуществлять различные операции (математические, логические); при этом имеется поддержка алгоритмов ПИД позиционирования и регулировки.

Варианты интерфейсов контроллера для передачи данных: MPI, PPI, PROFIBUS AS-Interface, подключение модемной связи.

Семейство контроллеров S7-200 включает 5 вариантов центральных процессоров, каждый из которых представлен двумя модификациями:

напряжение питания 24В, дискретные выходы на базе транзисторных ключей (24В/0,75А);

напряжение питания 115/230В, дискретные релейные выходы.

Simatic S7300

Программируемый логический контроллер Simatic S7300 состоит из набора отдельных модулей, каждый из которых имеет свою специализацию и функцию. Он широко используется для решения различных задач по автоматизации; с помощью ПЛК Siemens этого типа можно создать систему управления как отдельного цеха, так и всего предприятия.

Как и многие другие ПЛК Siemens, модель S7300 создана на модульной архитектуре; такая система обеспечивает широкие возможности по конфигурации оборудования, позволяя решать широкий спектр задач. Модули охлаждаются естественным путем, что значительно снижает общий износ и энергозатраты.

Такое техническое исполнение позволяет эффективно организовывать построение автоматизации низкого и среднего уровня сложности, одновременно обеспечивая максимальную адаптацию к конкретной выполняемой задаче. При необходимости возможно наращивание и расширение функционала за счет модернизации управляющей системы.

Контроллер Siemens Simatic s7300 отличается рядом особенностей, делающих его достаточно привлекательным решением. В их числе - удобство и легкость эксплуатации, обилие коммуникационных возможностей и функций, простая сетевая конфигурация, интеграция структуры ввода-вывода (локального и распределенного), доступная цена.

Стоит дополнительно отметить несколько достоинств контроллера Siemens:

-       возможность выбора центрального процессора с необходимой производительностью (доступно более 20 классов CPU);

-       широкий ассортимент модулей ввода-вывода;

-       свыше 20 различных модулей функционального типа;

-       коммуникационные процессоры Siemens, поддерживающие PtP, PROFIBUS, AS-Interface, Industrial Ethernet, Modbus.

Все это в сочетании с разумной ценой делает линейку Siemens Simatic s7300 весьма привлекательным решением.

Основное применение ПЛК S7300 - автоматизация специализированной техники, текстильных и упаковочных машин, судовых установок, машиностроительного и электротехнического оборудования, технических средств управления производством и т. д.

Эффективность использования продуктов Siemens Simatic s7300 в этой сфере обеспечивается следующими факторами:

-       обеспечение электропитания от сетей как постоянного, так и переменного тока;

-       гибкая конструкция, удобная в обслуживании и эксплуатации;

-       все модули линейки монтируются на профильную шину S7-300, фиксация в рабочем положении осуществляется при помощи болтов;

-       возможность объединения элементов контроллера в целостную систему, в которой узлы произвольно соединены шинными соединителями;

-       упрощенная процедура подключения внешних цепей и оперативной смены элементов благодаря фронтальным заменителям;

-       исключение вероятности возникновения ошибок при замене узлов благодаря механическому кодированию фронтальных соединителей.

В семейство Siemens Simatic s7300 входят CPU (центральные процессоры), программное обеспечение STEP 7, а также ряд модулей: IM (интерфейсные), SM (сигнальные ввода / вывода), CP (коммуникационные), FM (функциональные), PS (блоки питания). Кроме того, используются следующие компоненты: соединители (фронтальные, шинные), профильная шина DIN, ММС (микрокарты памяти), комплекты терминальных кабелей и блоков.

Mitsubishi FX1S

Промышленный контроллер Mitsubishi FX1S это самый компактный контроллер в линейке FX. Они специально были спроектированы компанией Mitsubishi Electric для работы по принципу «Fit & Forget» (Поставил и забыл). По этой причине они имеют прочную, лишенную излишеств надежную конструкцию с впечатляющими возможностями. Применяются в небольших системах автоматики, где количество входов / выходов не превышает 34 и отдается предпочтение таким характеристикам как: простота эксплуатации, компактность и надёжность.

К достоинствам контроллера можно отнести:

-       наличие энергонезависимой памяти EEPROM, вмещающей 2000 шагов программы,

-       встроенные часы реального времени,

-       возможность установки одного заменяемого модуля расширения, который устанавливается в базовый модуль контроллера и имеет маркировку FX1N-XXX-BD (опция),

-       наличие высокоскоростных счетчиков,

-       возможность подключения текстового ЖК дисплея FX1N-5DM (опция),

-       светодиодная индикация входов и выходов,

-       модели с напряжением питания ~220в и =24в,

-       крепление контроллера на DIN рейку.

Анализ исполнительных устройств.

Устройства плавного пуска электродвигателей SIRIUS 3RW

Электронные пускатели для плавного запуска из модульной системы SIRIUS - это недорогие, небольшие и очень легко комбинируемые с контакторами, силовыми выключателями и реле защиты от перегрузки SIRIUS.

Аппараты плавного пуска обеспечивают щадящий режим, уменьшая пусковой момент подключенных к ним двигателей. Блок питания защищается от опасных пиков путем уменьшения потребления тока во время запуска. Аппараты плавного пуска применяются везде, где до настоящего времени применялись пускатели с переключением со звезды на треугольник, например, на ленточных транспортерах, компрессорах, шлифовальных станках, пилах и т.д.

Устройства плавного пуска Siemens серии SIRIUS 3RW предназначены для управления асинхронными электродвигателями без регулировки частоты вращения. Софт-стартеры используют методику изменения напряжения (нарастание / спад) для плавного пуска и остановки трехфазных силовых агрегатов; кроме того, обеспечивается повышенная защита двигателя.

Модели Siemens этой категории отличаются небольшими габаритами, а также наличием встроенного шунтирующего контакта.

Устройства серии Siemens SIRIUS 3RW электротехнического типа позволяют контролировать параметры двигателя (в частности - напряжение, силу тока) в процессе запуска и фиксировать их в безопасном диапазоне. Скорость нарастания стартового тока ограничивается, достижение номинального значения происходит в заданный промежуток времени. Это позволяет избегать перегрева и рывков в работе механических узлов, повышая срок службы как устройства, так и электродвигателя.

Преимущества устройств плавного пуска Siemens:

-       Обеспечение плавного пуска и остановки для электродвигателей асинхронного типа;

-       Бесступенчатый принцип запуска системы;

-       Снижение уровня пиковых значений напряжения и провалов сетевого напряжения во время пуска;

-       Исключение влияния скачков напряжения в сети на работу агрегата Siemens;

-       Разгрузка сети электропитания благодаря регулируемому ограничению тока и снижению пиков тока;

-       Уменьшение нагрузок механического типа на привод;

-       Надежная коммутация, не требующая дополнительного обслуживания устройства;

-       Значительная экономия места и монтажных соединений за счет компактности конструкции, а также встроенной защиты от перегрузки двигателя и собственной защиты аппарата, напр., в 3RW40;

-       Полная стыковка со всеми компонентами модульной системы SIRIUS;

-       Простая эксплуатация, как и большинства продукции Siemens;

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 для одно- или трехфазных асинхронных электродвигателей мощностью от 4 до 1200 кВт - это тиристорное переключающее устройство (регулятор напряжения), обеспечивающее плавный пуск и останов трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором мощностью от 4 до 1200 кВт.

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 применяется: в компрессорах, насосах, вентиляторах, конвейерах, автоматических дверях, моечных машинах, прочих системах децентрализированной архитектуры. Schneider Electric Altistart 48 объединяет функции плавного пуска и торможения, защиты механизмов и двигателей, а также связи с системами автоматизации. Эти функции чаще всего необходимы в строительной, пищевой и химической отраслях - для центробежных механизмов, насосов, вентиляторов, компрессоров и конвейеров. Характеристики алгоритма управления устройств плавного пуска Altistart 48 от Schneider Electric обеспечивают высокую надежность, безопасность и простоту ввода в эксплуатацию. Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 позволяет:

-       уменьшить стоимость эксплуатации механизмов путем снижения механических воздействий и улучшения эксплуатационной готовности оборудования;

-       уменьшить влияние пуска двигателей на электрическую сеть за счет ограничения бросков тока и провалов напряжения в сети.

Семейство устройств Schneider Electric Altistart 48 включает в себя две гаммы изделий для трехфазной сети напряжением 230 - 415 В, 50/60 Гц и 208 - 690 В, 50/60 Гц.

Обе гаммы пусковых устройств Schneider Electric Altistart 48 подразделяются на типоразмеры в зависимости от режима работы - нормального или тяжелого.

Устройства плавного пуска Schneider Electric Altistart 48 имеют следующие преимущества:
специальный алгоритм управления моментом, реализованный в устройствах плавного пуска Altistart 48 (патент Schneider Electric);

-       поддержание момента, развиваемого двигателем во время ускорения и замедления (значительное уменьшение ударных нагрузок);

-       простота настройки ускорения при разгоне и пускового момента;

-       возможность закоротки устройства с помощью обходного контактора по окончании пуска с поддержанием электронных защит (функция «байпасс»);

-       большой допустимый диапазон изменения частоты при питании от электроагрегатов;

-       возможность подключения пускового устройства к двигателю с соединением обмоток треугольником, последовательно с каждой обмоткой.

Контакторы (магнитные пускатели)

Контакторы (магнитные пускатели) SIRIUS - это аппараты для безопасной и надежной коммутации нагрузок, преимущественно электродвигателей, мощностью до 450 кВт. Они устойчивы к климатическим воздействиям и безопасны для прикосновения. Контакторы SIRIUS поставляются с винтовыми или пружинными зажимами Cage-Clamp.

Компактные пускатели SIRIUS 3RM1 предназначены для коммутации электродвигателей на токи до 7А / 3 кВт при напряжении АС400В или активной нагрузки на токи до 10А и напряжения до АС500В и обладают шириной корпуса 22,5мм. В одном устройстве интегрированы релейные коммутационные элементы, силовые полупроводники и электронное реле перегрузки. Предлагаются стандартные пускатели прямого, реверсивного пуска и исполнения для систем безопасности. В пускателях 3RM1 применена гибридная технология, сочетающая преимущества запуска / отключения силовыми полупроводниками и использование релейных контактов при установившемся режиме работы двигателя: пуск и отключение двигателя производится посредством полупроводников, а установившийся рабочий ток протекает через релейные контакты - обеспечивается защита релейных контактов от преждевременного износа при пуске, релейные контакты подвергаются незначительному действию дуги при отключении и происходят меньшие тепловые потери релейных контактов по сравнению с полупроводниками в рабочем режиме двигателя. Тем самым значительно возрастает срок службы пускателя. Компактность пускателей 3RM1 обеспечивает экономию пространства в шкафу от 20 до 80% по сравнению со стандартными пусковыми сборками. Их применение позволяет сэкономить время на монтаж проводников, минимизирует ошибки, возможные при подключении отдельных аппаратов стандартной сборки, а также необходимость тестирования сборок после их монтажа. Комбинирование нескольких функций в одном устройстве позволяет избежать подготовки дополнительных проводных соединений и использования специальных принадлежностей для сборки пускателей - комплекты для реверсирования, блокировки и т.д. Широкий диапазон уставок тока встроенного в пускатель электронного реле перегрузки (1:5) позволяет размещать на складе меньшее количество аппаратов и упрощает выбор устройства, например, когда не известен точный номинальный рабочий ток двигателя.

Частотные преобразователи

Частотные преобразователи Siemens (Германия) предназначены для бесступенчатой регулировки скорости вращения асинхронных двигателей. Оборудование данной марки производится с использованием современных IGBT-транзисторов и логических контроллеров. Такое сочетание компонентов гарантирует высокую точность поддержания скорости электродвигателя. Частотные преобразователи Siemens обеспечивают плавный разгон электродвигателя с возможностью существенного увеличения пусковых моментов. Тем самым снижается нагрузка на привод и смежные механизмы, что уменьшает их износ и продлевает срок эксплуатации. Благодаря эффективному регулированию частот асинхронных двигателей преобразователи частоты Siemens позволяют значительно сократить потребление электроэнергии. Это обеспечивает быструю окупаемость оборудования и снижение производственных затрат. Кроме того, благодаря использованию преобразователя повышается производительность электроприводной системы. Частотники Siemens характеризуются универсальностью, безотказностью, повышенной надежностью и долгим сроком службы. Оборудование давно зарекомендовало себя на рынке, ведь эта марка является знаком высокого качества.

Частотные преобразователи для электродвигателей немецкого производства находят применение в системах водо- и теплоснабжения, в конвейерном и лифтовом оборудовании, на производствах для регулирования частот электроприводов металлообрабатывающих станков.

Продуктовая линейка производителя представлена сериями Sinamics и Micromaster. Наибольшим спросом пользуются частотники Siemens Micromaster 420 и Micromaster 440, характерными особенностями которых являются надежность и высокий КПД.

 

1.7 Обзор языков программирования контроллеров

Главная задача ПЛК - это выполнение прикладной программы управления технологическим процессом. Очевидно, что незапрограммированный контроллер - это всего лишь пустая железяка, не приносящая никакой пользы человечеству.

Современный контроллер свободно программируем, т.е. предоставляет разработчику возможность создавать пользовательские программы произвольной структуры без ограничений их функциональности, будь то программа управления пастеризатором на молочном комбинате или управление колонной ректификации на НПЗ. По сути, единственным ограничением здесь может быть объем свободных ресурсов контроллера.

Программирование ведут на персональном компьютере или портативном программаторе, подключенном к контроллеру по сети. Программный пакет разработки, поставляемый, как правило, за дополнительную плату. Иногда среда разработки входит в состав комплексного ПО для инсталляции и эксплуатации всей системы управления.

Современные средства разработки чрезвычайно функциональны и предлагают разработчику множество возможностей:

. Разнообразные программные библиотеки, функциональные блоки, готовые процедуры и шаблоны. Использование предподготовленных компонентов сильно ускоряет процесс разработки программного обеспечения для ПЛК.

. Инструменты для отладки, тестирования и симуляции прикладной программы. Последние позволяют выполнять программу ПЛК на персональном компьютере без загрузки в реальный контроллер.

. Инструменты для автоматизированного документирования разработанной программы в соответствие с принятыми стандартами.

Но у программиста есть и более мощный инструмент. Дело в том, что современные средства разработки прикладного ПО для промышленных контроллеров, как правило, поддерживают до шести разных языков программирования.

Существует международный стандарт IEC 61131, разработанный Международной Электротехнической Комиссией (МЭК, IEC) и состоящий из восьми частей. Наиболее интересной является третья часть, IEC 61131-3, описывающая языки программирования ПЛК. Первоначальной целью стандарта IEC 61131-3 была унификация языков программирования ПЛК и предоставление разработчикам ряда аппаратно-независимых языков, что, по замыслу создателей стандарта, обеспечило бы простую переносимость программ между различными аппаратными платформами и снимало бы необходимость изучения новых языков и средств программирования при переходе разработчика на новый ПЛК.

К сожалению, цели в полном объеме достигнуты не были. Каждый производитель ПЛК сопровождает свой продукт собственной средой программирования, которая, как правило, не совместима с другими, да и о кросс-платформенности программного кода можно забыть. Тем не менее, в части описания языков программирования стандарт IEC 61131 остается чрезвычайно актуальным и является ориентиром для большинства разработчиков ПЛК.

Ниже приведен краткий обзор языков стандарта.

Язык LD

Язык LD (LAD, Ladder) является графическим языком разработки, программа на котором представляет собой аналог релейной схемы. По идеи авторов стандарта, такая форма представления программы облегчит переход инженеров из области релейной автоматики на ПЛК.

К недостаткам данного языка можно отнести то, что по мере увеличения количества «реле» в схеме она становится сложнее для интерпретации, анализа и откладки. Еще один недостаток языка LD заключается в следующем: язык, построенный по аналогии с релейными схемами, может быть эффективно использован только для описания процессов, имеющих дискретный (двоичный) характер; для обработки «непрерывных» процессов (с множеством аналоговых переменных) такой подход теряет смысл.

Язык FBD

Язык FBD (Functional Block Diagram, Диаграмма Функциональных Блоков) является языком графического программирования, так же, как и LD, использующий аналогию с электрической (электронной) схемой. Программа на языке FBD представляет собой совокупность функциональных блоков (functional flocks, FBs), входа и выхода которых соединены линиями связи (connections). Эти связи, соединяющие выхода одних блоков с входами других, являются по сути дела переменными программы и служат для пересылки данных между блоками. Каждый блок представляет собой математическую операцию (сложение, умножение, триггер, логическое «или» и т.д.) и может иметь, в общем случае, произвольное количество входов и выходов. Начальные значения переменных задаются с помощью специальных блоков - входов или констант, выходные цепи могут быть связаны либо с физическими выходами контроллера, либо с глобальными переменными программы.

Практика показывает, что FBD является наиболее распространенным языком стандарта IEC. Графическая форма представления алгоритма, простота в использовании, повторное использование функциональных диаграмм и библиотеки функциональных блоков делают язык FBD незаменимым при разработке программного обеспечения ПЛК. Вместе с тем, нельзя не заметить и некоторые недостатки FBD. Хотя FBD обеспечивает легкое представление функций обработки как «непрерывных» сигналов, в частности, функций регулирования, так и логических функций, в нем неудобным и неочевидным образом реализуются те участки программы, которые было бы удобно представить в виде конечного автомата.

Язык SFC

Язык последовательных функциональных схем SFC (Sequential Function Chart), использующийся совместно с другими языками (обычно с ST и IL), является графическим языком, в котором программа описывается в виде схематической последовательности шагов, объединенных переходами. Язык SFC построен по принципу, близкому к концепции конечного автомата, что делает его одним из самых мощных языков программирования стандарта IEC 61131-3

Наиболее простым и естественным образом на языке SFC описываются технологические процессы, состоящие из последовательно выполняемых шагов, с возможностью описания нескольких параллельно выполняющихся процессов, для чего в языке имеются специальные символы разветвления и слияния потоков (дивергенции и конвергенции, в терминах стандарта IEC 61131-3).

Шаги последовательности располагаются вертикально сверху вниз. На каждом шаге выполняется определенный перечень действий (операций). При этом для описания самой операции используются другие языки программирования, такие как IL или ST.

Действия (операции) в шагах имеют специальные классификаторы, определяющие способ их выполнения внутри шага: циклическое выполнение, однократное выполнение, однократное выполнение при входе в шаг и т.д. В сумме таких классификаторов насчитывается девять, причем среди них есть, например, классификаторы так называемых сохраняемых и отложенных действий, заставляющие действие выполняться даже после выхода программы из шага.

После того, как шаг выполнен, управление передается следующему за ним шагу. Переход между шагами может быть условным и безусловным. Условный переход требует выполнение определенного логического условия для передачи управления на следующий шаг; пока это условие не выполнено программа будет оставаться внутри текущего шага, даже если все операции внутри шага уже выполнены. Безусловный переход происходит всегда после полного выполнения всех операций на данном шаге. С помощью переходов можно осуществлять разделение и слияние ветвей последовательности, организовать параллельную обработку нескольких ветвей или заставить одну выполненную ветвь ждать завершения другой.

Как и любому другому языку, SFC свойственны некоторые недостатки. Хотя SFC может быть использован для моделирования конечных автоматов, его программная модель не совсем удобна для этого. Это связано с тем, что текущее состояние программы определяется не переменной состояния, а набором флагов активности каждого шага, в связи с чем при недостаточном контроле со стороны программиста могут оказаться одновременно активными несколько шагов, не находящихся в параллельных потоках.

Еще одно неудобство языка связано с тем, что шаги графически располагаются сверху вниз, и переход, идущий в обратном направлении, изображается в неявной форме, в виде стрелки с номером состояния, в которое осуществляется переход.

Язык ST

Язык ST (Structured Text, Структурированный Текст) представляет собой язык высокого уровня, имеющий черты языков Pascal и Basic. Данный язык имеет те же недостатки, что и IL, однако они выражены в меньшей степени. Пример программы на языке ST приведен на рис. 4.

С помощью ST можно легко реализовывать арифметические и логические операции (в том числе, побитовые), безусловные и условные переходы, циклические вычисления; возможно использование как библиотечных, так и пользовательских функций. Язык также интерпретирует более 16 типов данных.

Язык ST может быть освоен технологом за короткий срок, однако текстовая форма представления программ служит сдерживающим фактором при разработке сложных систем, так как не дает наглядного представления ни о структуре программы, ни о происходящих в ней процессах.

Язык IL

Язык IL (Instruction List, Список Команд) представляет собой ассемблероподобный язык, достаточно несложный по замыслу авторов стандарта, для его практического применения в задачах промышленной автоматизации пользователем, не имеющим, с одной стороны, профессиональной подготовки в области программирования, с другой стороны, являющимся специалистом в той или иной области производства. Однако, как показывает практика, такой подход себя не оправдывает.

Ввиду своей ненаглядности, IL практически не используется для программирования комплексных алгоритмов автоматизированного управления, но часто применяется для кодирования отдельных функциональных блоков, из которых впоследствии складываются схемы FBD или CFC. При этом IL позволяет достичь высокой оптимальности кода: программные блоки, написанные на IL, имеют высокую скорость исполнения и наименее требовательны к ресурсам контроллера.

Язык IL имеет все недостатки, которые присущи другим низкоуровневым языкам программирования: сложность и высокую трудоемкость программирования, трудность модификации написанных на нем программ, малую степень «видимого» соответствия исходного текста программы и решаемой задачи.

Многие производители инструментальных средств, опирающиеся на стандарт IEC, не ограничиваются поддержкой рассмотренных выше пяти языков стандарта. Можно выделить, как минимум, еще один язык визуального программирования, который довольно популярен среди разработчиков.

Язык CFC

Язык CFC (Continuous Flow Chart) - еще один высокоуровневый язык визуального программирования. По сути, CFC - это дальнейшее развития языка FBD. Этот язык был специально создан для проектирования систем управления непрерывными технологическими процессами.

Проектирование сводится к выбору из библиотек готовых функциональных блоков, их позиционированию на экране, установке соединений между их входами и выходами, а также настройке параметров выбранных блоков. В отличие от FBD, функциональные блоки языка CFC выполняют не только простые математические операции, а ориентированы на управление целыми технологическими единицами. Так в типовой библиотеке CFC блоков находятся комплексные функциональные блоки, реализующие управление клапанами, моторами, насосами; блоки, генерирующие аварийные сигнализации; блоки PID-регулирования и т.д. Вместе с тем доступны и стандартные блоки FBD. Унаследовав от FBD саму концепцию программирования, язык CFC в наибольшей степени ориентирован на сам технологический процесс, позволяя разработчику абстрагироваться от сложного математического аппарата.прост в освоении, и при этом позволяет разрабатывать сложнейшие алгоритмы автоматизированного управления без каких-либо специфических знаний других языков программирования.

Из соображений удобства программирования логических операций предпочтительнее язык FBD

1.8 Цель и задачи дипломного проектирования

Целью данного проекта является повышение эффективности участка изготовления корпуса переднего подшипника, за счет повышения производительности, уменьшения простоев, повышения культуры производства, путем автоматизации.

Повышение эффективности и культуры производства может быть достигнуто путем автоматизации, т.е. путем полной или частичной замены ручных операций.

Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:

-       Разработать планировку участка

-       Рассчитать режимы резания

-       Выполнить технологическое нормирование операций

-       Определить количество станков

-       Выбрать основное и вспомогательное оборудование

-       Разработать компоновку участка

-       Выбрать датчики и исполнительные устройства

-       Разработать циклограмму

-       Разработать наладки

-       Выбрать механизм захватного устройства

-       Рассчитать захватное устройство

-       Разработать систему управления

-       Произвести расчет и выбор элементов системы управления.

2. Разработка планировки участка

 

.1 Расчет режимов резания

При назначении элементов режимов резания учитывают характер обработки, тип и размеры инструмента, материал его режущей части, материал и состояние заготовки, тип и состояние оборудования.

Элементы режимов резания:

Глубина резания: t: при черновой обработке назначают по возможности максимальную t, равную всему припуску на обработку или большей его части (75%); при чистовой обработке - в зависимости от требований точности размеров и шероховатости обработанной поверхности.

Подача s: при черновой обработке выбирают максимально возможную подачу, исходя из жесткости и прочности системы СПИД, мощности привода станка, прочности твердосплавной пластинки и других ограничивающих факторов; при чистовой обработке - в зависимости от требуемой степени точности и шероховатости обработанной поверхности.

Подача на оборот (мм/об):

 (1)

Где: S_О - табличное значение подачи;

Кi - поправочные коэффициенты на подачу в зависимости от предела прочности sв или твердости НВ обрабатываемого материала, от глубины обработки Н от жесткости инструмента Ж.

Скорость резания v (м/мин): рассчитывают по формуле, установленной для каждого вида обработки, которая имеет общий вид:

 (2)

где: v_табл - табличное значение скорости резания;

Кi - поправочные коэффициенты на скорость резания в зависимости от предела прочности sв или твердости НВ обрабатываемого материала, от состояния обрабатываемой поверхности П, от периода стойкости Т, от главного угла в плане j, от марки твердого сплава ТС, от формы заточки инструмента, от глубины обработки Н, от ширины обработки В, от жесткости инструмента.

Число оборотов (об/мин) шпинделя определяется по формуле:

 (3)

где: d - наибольший диаметр обрабатываемой детали;- скорость резания (м/мин);

Минутная подача (мм/мин) рассчитывается по формуле:

 (4)

При фрезеровании:

 (5)

Где: Sz - подача на зуб, мм/зуб;- число зубьев фрезы;

2.2 Технологическое нормирование операций

Норма времени - это регламентированное время выполнения некоторого объема работ в определенных условиях одним или несколькими исполнителями соответствующей квалификации. В машиностроении норма времени обычно устанавливается на технологическую операцию.

Штучное время обработки детали:

, мин                             (6)

где Т_ао - время автоматической обработки, состоит из времени на совершение инструментом холостых и рабочих ходов:

                                                              (7)

Время холостых ходов:

, мин                                                           (8)

где    L_i - длина i-ого холостого хода, мм

v - скорость быстрого перемещения станка, мм/мин.

N - количество холостых ходов.

Время рабочих ходов:

                                                                 (9)

где T_р.х.i - время i - ого рабочего хода, мин.

                                                               (10)

L - длина обрабатываемой поверхности, мм;

l - длина врезания, перебега и ускоренного подвода инструмента, мм. Для станков с ЧПУ в большинстве случаев принимается 1-2 мм вследствие высокой жесткости системы СПИД.

i - число рабочих ходов;

n - частота вращения заготовки или инструмента, об/мин;

s - подача на один оборот, мм/об.

Расчет времени автоматической обработки.

Время быстрых перемещений определяем, используя формулу (8) Время рабочих ходов рассчитывается по формуле (10).

Результаты расчетов приведены в таблице 8.

Вспомогательное время:

                                                              (11)

Вспомогательное время, включающее Т_в.у. на установку и снятие заготовки и машинно-вспомогательное время Т_м.в., включает комплекс приемов, связанных с позиционированием, ускоренным перемещением рабочих органов станка, подводом инструмента вдоль оси в зону обработки и последующим отводом, автоматической смены режущего инструмента путем поворота револьверной головки (резцодержателя) или из инструментального магазина. Эти элементы времени зависят от скоростей перемещений рабочих органов и длины перемещений. При составлении программы управления (ПУ) следует учитывать возможность совмещения приемов и назначать такую последовательность выполнения переходов обработки, чтобы Т_м.в. было минимальным. Значения Т_в.у. и Т_м.в. берутся из справочных таблиц (табл. 12, с.604 [1]).

Таблица 2.2.1 - Вспомогательное время, связанное с закреплением заготовки Т_ву.

Наименование	Операция 1
Установить заготовку	0,17´4
Включит станок выключить	0,03´10
Задвинуть, отвести щиток станка	0,03´4
ИТОГО Тву	1,1

Таблица 2.2.2 - Машинно-вспомогательное время Т_м.в

Наименование	Операция 1
Установочное	0,16´4
Поворот головки на одну позицию	0,1´10
ИТОГО Тм.в.	1,64

Вспомогательное время Т_всп рассчитывается для каждой операции по формуле (11) и заносится в таблицу 7.

Оперативное время находиться по формуле:

                                                                (12)

Т_обс - время обслуживания рабочего места, мин. В состав работ по организационному обслуживанию рабочего места выключены: осмотр, нагрев системы СПУ и гидросистемы, опробование оборудования, получение инструмента от мастера в течение смены, смазывание и очистка станка в течение смены, предъявление контролеру ОТК пробной детали, уборка станка и рабочего места по окончанию работы. К техническому обслуживанию рабочего места относятся: смена затупившегося инструмента, коррекция инструмента на заданные размеры, регулирование и подналадка станка в течение смены, удаление стружки из зоны резания в процессе работы.

Т_п - время на личные потребности, мин.

Время обслуживания рабочего места и время на личные потребности, назначается в процентах от оперативного времени

Штучно-калькуляционное время:

,                                                (13)

где    N - размер партии деталей, запускаемых в производство; N=200.

Т_п-з - подготовительно-заключительное время на партию, мин.

Подготовительно-заключительное время Т_п-з при обработке на станках с ЧПУ состоит из затрат времени Т_п-з1 из затрат Т_п-з2, учитывающих дополнительные работы, и времени Т_п-з3 на пробную обработку детали:

,                                        (14)

В затраты Т_п-з1 включено время на получение наряда, чертежа, технологический документации на рабочем месте в начале работы и на сдачу в конце смены. На ознакомление с документами и осмотр заготовки затрачивается 4 мин; на инструктаж мастера - 2 мин; на установку рабочих органов станка или зажимного приспособления по двум координатам в нулевое положение - 4 мин; на установку перфоленты - 2 мин; итого на комплекс приемов - 12 мин.

Для всех станков с ЧПУ принята единая норма Т_п-з1 = 12 мин.

Таблица 2.2.3 - Время Т_п-з2 на дополнительные приемы

Наименование	4
Инструктаж мастера	2
Получит инструмент	7
Разложить инструмент, убрать	2
Получить и сдать приспособления	-
Установка приспособления	-
ИТОГО Т п-з2	15

Т_п-з3 выбираю в зависимости от числа режущих инструментов и числа измеряемых по диаметру поверхностей.

Таблица 2.2.4 - Подготовительно-заключительное время Т_п-з

Составляющая времени	Операция 1
Тп-з1	12
Тп-з2	15
Тп-з3	12
ИТОГО Тп-з	39

Таблица 2.2.5 - Нормы времени

Тао	Тву	Тмв	Твсп	Топ	Тобс+Тл	Тшт	Тп-з	Тшт-к
1,55	0,2	0,30	0,508	2,05	0,28	2,338	39	2,668

2.3 Выбор количества станков

Фонд работы оборудования рассчитывается по формуле:

,                                                                 (15)

где    N - количество смен;

w - количество часов в одной смене.

Расчетное количество станков определяется по формуле:

,                                                             (16)

где    Т_шт - штучное время на i-ой операции;

n - количество выпускаемых деталей;

Принятое число К_прин оборудования получается из расчетного путем округления последнего в большую сторону.

Таблица 2.3.1 - Расчет количества станков

Тштi	Кприн	Кприн	Загрузка, %
2,338	0,974	1	97

Общее количество основного оборудования: 1.

2.4 Выбор основного оборудования   

Обрабатывающий центр GENOS L300Е-M OKUMA. Производитель: OKUMA - Япония.

Рисунок 2.4.1 Обрабатывающий центр GENOS L300Е-M OKUMA

Токарные обрабатывающие центры экономсерии Genos - это простые многозадачные станки для высокопроизводительной обработки деталей типа тел вращения по приемлемой цене. Они сочетают в себе все возможности для достижения высокого качества обработки и простоту использования с огромным разнообразием комплектаций для выполнения различных операций - от обработки деталей, зажимаемых в патроне, до обработки сложных деталей из прутка. В линейке представлены различные варианты спецификаций.

Таблица 2.4.1 Технические характеристики GENOS L300Е-M OKUMA

Технически характеристики	L300-MW
Максимальная длина обработки, мм	150
Максимальный диаметр обработки, мм	300
Перемещения по осям	Х:230 мм, Z:460 мм, С:360 градусов, W:520 мм
Скорость шпинделя, об/мин	25 - 3000
Габариты станка:
Высота, мм	1852
Занимаемая площадь, мм	3537*2393
Вес (с ЧПУ), кг	7500

2.5 Выбор вспомогательного оборудования

Выбор портального робота

Для построения ГПС наряду с основным оборудованием применяют и вспомогательное, которое обеспечивает работу основного оборудования в автоматическом режиме в течение заданного срока. К таким вспомогательным средствам относят: робототехническое оборудование (загрузка-разгрузка, смена инструмента, приспособления); средства складирования заготовок, готовых изделий, приспособлений, инструментов; транспортно-накопительные устройства, контрольно-измерительные средства и др.

К вспомогательному оборудованию данного ГПМ относятся: робот; конвейер. Выбор промышленного робота (ПР) производится по количеству степеней подвижности, размеру зоны обслуживания (большая зона обслуживания вследствие габаритов основного оборудования), грузоподъемности (масса заготовки 0,32 кг), типу привода, быстродействию. Выбираем промышленный робот GUDEL gantryRobot.

Промышленные роботы GUDEL для автоматизированной транспортировки могут использоваться как портальные роботы-манипуляторы для перемещения деталей между технологическими операциями, сборочные манипуляторы для перемещения тяжелых деталей и как роботы складирования и упаковки в сочетании с паллетной системой.gantryRobot портальный робот модульной конструкции, может иметь до пяти осей перемещения в декартовой системе координат.

 

2.6 Разработка пластинчатого конвейера

Пластинчатые конвейеры - вид непрерывного транспорта, один из видов цепных транспортеров. Оборудование отличается повышенной надежностью и обычно применяется для перемещения грузов в условиях ограниченности или невозможности использования ленточного транспортера.

Особенности конструкции пластинчатого конвейера

Основные элементы конструкции пластинчатого конвейера следующие: грузонесущее полотно, представляющее собой настил, собранный из унифицированных пластин; тяговый орган - две цепи, к которым пластинчатый настил крепится; приводная станция, включающая редуктор, электродвигатель, передачи; металлическая конструкция с направляющими для цепей; натяжная станция. Передача движения тяговому элементу происходит от приводных звездочек, вращение которых осуществляется через редуктор и передачи от электродвигателя. С противоположной стороны опорной конструкции тяговый орган огибает натяжные звездочки, которые в свою очередь соединены с натяжной станцией.

Применяют четыре типа цепей: втулочные, катковые с ребордами и без реборд, роликовые.

Пластины, из которых собирается настил, производят из разных материалов, в основном, из хромоникелевой стали и полимеров. Конструкция настила зависит от характеристик транспортируемого груза. Чаще всего используют типы плоский (безбортовой) сомкнутый или разомкнутый, а также бортовой волнистый. Для транспортировки штучных грузов подходят все три типа настилов, однако предпочтительнее плоский, поскольку он легкий и дешевый. Настил бортовой волнистый используют для перемещения сыпучих материалов. В данном случае важен также такой нюанс - пластины должны перекрывать одна другую, иначе на повороте материал может просыпаться в образовавшийся зазор.

Натяжное устройство может быть винтового или пружинно-винтового типа. В современном производстве применяют пластинчатые транспортеры стационарные и мобильные, прямые, наклонные и поворотные, однорядные, двурядные, многорядные. Дополнительно конвейеры оснащаются устройством регулировки скорости движения, с регулируемыми по ширине и высоте ограничительными бортами, перегрузочными устройствами, накопительными столами и рольгангами.

Применение пластинчатых конвейеров

Пластинчатый конвейер имеет достаточно длинную историю. Механизм, работающий от парового двигателя, в России впервые был применен на предприятиях золотодобычи в 1878 году. Затем оборудование стало использоваться в горной промышленности для перемещения угля, горной массы, крупнокусковой руды, известняка, горячего агломерата и пр. Все пластинчатые конвейеры по назначению делятся на общие и специальные. В качестве интересных примеров последних можно привести пассажирские эскалаторы, аэровокзальные карусели для выдачи багажа, линии упаковки, разлива и пр. Основная технологическая задача современных пластинчатых транспортеров - непрерывное перемещение таких грузовых единиц, как коробки и другие всевозможные виды упаковки, банки, бутылки, заполненные мешки, различные детали и пр.

Преимущества пластинчатых конвейеров:

-       Возможность жесткого позиционирования груза

-       Высокая надежность и долговечность оборудования;

-       Возможность создания трасс со сложными пространственными траекториями.

Определение основных параметров

Определим характеристики транспортируемого груза.

Размер типичного элемента ; коэффициент трения груза по стальному настилу ; угол трения груза о металлический настил .

Для заданных условий выбираем двухцепной конвейер общего назначения с длиннозвенными тяговыми пластинчатыми цепями и звездочками с малым числом зубьев. С учетом этого принимаем скорость конвейера .

Производительность, соответствующая расчетной производительности , составляет

Выбор типа настила и определение его ширины

С учетом параметров груза и выбираем безбортовой настил, так как для транспортирования данного груза пригодны только такие конвейеры.

Определим конструкцию настила.

Для предотвращения смещения деталей по настилу, на пластинах закрепляются ромбовидные ограничители, в которые устанавливаются заготовки. Высота ограничителей выбирается равной - 4 мм.

Определим высоту бортов.

. Принимаем

Находим требуемую ширину настила.

где  - производительность, т/ч;

 - скорость конвейера, м/с;

 - угол естественного откоса груза (щебня) в покое;

 - коэффициент угла наклона конвейера, [1, табл. 6.10, с.247];

 - высота борта, м;

 - коэффициент использования высоты борта [1, с.246].

Из ряда ГОСТ 22281-76 принимаем ближайшее большее значение ширины настила

Приближенный тяговый расчет.

где  - начальное натяжение цепи, Н;

 - горизонтальная проекция полной длины загруженной ветви

конвейера, м;

 - то же для незагруженной ветви конвейера, м;

 - линейная нагрузка от ходовой части конвейера, Н/м; - для металлического настила [1, с.246]. А - эмпирический коэффициент [2, табл. 5.3]  - линейная нагрузка от груза, Н;

 - коэффициент сопротивления движению ходовой части на прямолинейных участках.

 - для катков на подшипниках качения [1, с.247];

Определим разрывное усилие

По найденному усилию выбираем цепь по ГОСТ 588-81 М1250 с максимальной разрушающей нагрузкой 1,250 кН, шагом .

Подробный тяговый расчет.

а) Определяем натяжения в характерных точках трассы. Наименьшее натяжение тягового элемента будет в нижней точке 2 (рис. 2).

Принимаем натяжение в точке 2 . При обходе трассы от точки 2 по направлению движения полотна определяем:

;

Значения q_ц и q_н выбираются по таблицам 3.11 и 6.2 [1] в соответствии с принятыми цепями и настилом.

Т.к номер цепи М125, то масса 1 м цепи для шага цепи t_ц=150 мм будет равна 6,12 кг

q_ц= 2·6,12 ·9,8= 119,95 Н/м

По ширине настила В_н=200 мм определяем его массу m = 27,8 кг

q_н= 27,8· 9,8 = 274,4 Н/м

q₀ = q_ц + q_н =119,95+274,4= 394,35 Н/м

Расчетное натяжение цепи для двухцепного конвейера: S_max= S₄= 952 Н

Определение расчетного натяжения тягового элемента.

По аналогии с применяемыми конструкциями принимаем тяговый элемент, состоящий из двух параллельно расположенных пластинчатых цепей с шагом ; приводную звездочку с числом зубьев

При заданной схеме трассы конвейера максимальное натяжение тягового элемента

Определяем динамическое усилие по формуле (2.88) [3, с.168]

где  - коэффициент, учитывающий интерференцию упругих волн;

 - коэффициент участия в колебательном процессе массы перемещаемого груза ( при );

 - коэффициент участия в колебательном процессе ходовой части конвейера ( при общей длине горизонтальных проекций ветвей конвейера );

 - масса груза, находящегося на конвейере, кг;

 - масса ходовой части конвейера, кг;

 - число зубьев приводной звездочки;

 - шаг тяговой цепи, м.

 Н

В виду незначительности, динамическую нагрузку не учитываем.

Определение расчетного натяжения тягового элемента.

Так как разрывная нагрузка меньше, чем у выбранной цепи, то окончательно останавливаемся на М125.

Определение мощности и выбор двигателя.

Тяговое усилие на приводных звездочках

При коэффициенте запаса  и КПД привода  мощность двигателя

По полученному значению мощности выбираем двигатель серии 1LA7 - трехфазный асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором:

,

Определяем крутящий момент на приводном валу

Расчет и выбор редуктора

Определяем частоту вращения приводного вала

Диаметр звездочки

D_зв=  м

Определяем передаточное число привода

Т.к. передаточное число велико, то требуется дополнительная понижающая передача. В качестве дополнительной передачи применяем открытую одноступенчатую зубчатую передачу. Рекомендуемое передаточное число такой передачи не более 5.

Следовательно

Выбираем редуктор Ц2-500 с ,

Выбор тормоза

Тормоз устанавливаем на приводном валу, что в значительной мере уменьшает величину тормозного момента.

Определяем тормозной момент (3.81) [2, с.97].

,

где  - момент на приводном валу,

Определим момент звездочки

 - делительный диаметр звездочки

Так как момент звездочки имеет отрицательное значение, следовательно, тормозной момент так же будет отрицателет. Из этого следует, что необходимо устанавливать храповый останов.

Выбор муфты

Между электродвигателем и редуктором устанавливаем упругую втулочно-пальцевую муфту. Номинальный момент муфты равен крутящему моменту на приводном валу электродвигателя

Расчетный момент муфты

Выбираем МУВП 500

 

2.7 Разработка участка

Гибкие производственные модули для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач. Наибольшее применение в машиностроении получили ГПМ, состоящие из автоматизированных станков (токарных, кругло-шлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие ГПМ предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Модули могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешним ПР напольного или портального типа.

Сначала заготовки поступают на конвейер заготовок, который производит их транспортировку в зону действия промышленного робота. ПР снимает заготовку с конвейера заготовок и устанавливает ее в патроне станка, после этого рабочие органы робота выводятся из зоны обработки и производится обработка заготовки. Переустановка заготовки в патроне производится механизмами станка. После завершения всех технологических переходов ПР снимает заготовку со станка, вставляет следующую, а обработанную деталь кладет на конвейер обработанных деталей.

Участок снабжен ограждением, для того чтобы не допустить попадание посторонних предметов и персонала в зону действия технологического и вспомогательного оборудования.

Доступ обслуживающего персонала на данный участок производится в специальном месте.

 

2.8 Разработка наладки

При написании программы для станка с ЧПУ необходимо иметь перед собой эскиз того участка детали, где происходит обработка с указанием систем координат станка, приспособления, инструмента, холостых и рабочих ходов инструмента. При проектировании наладки необходимо выбирать рабочие и холостые ходы таким образом, чтобы время на их совершение было минимальным и происходила обработка с заданной точностью и шероховатостью.

Выбор систем координат детали и инструмента осуществляют из удобств программирования.

Для станков с ЧПУ существует большое количество функций. Функция «G» всегда задается непосредственно после кадра.

Последовательность записи в кадре:

. номер кадра (Nxx)

. подготовительная функция (Gxx)

. размерные перемещения (Xnn, Ynn, Znn)

. подача, скорость (Fnn, Snn)

. вспомогательная функция (Мхх)

Инструменты

T1 - Проходной резец

Т2 - канавочный резец

Т3 - сверло ∅2,5

Т4 - цековка ∅8

Т5 - левый проходной резец

М3 Включение вращения шпинделя

M4 - против часовой

S - обороты

G0 - ускоренный ход

G1 - рабочая подача

SPOT [1] = 0 выставление в (0) основного шпинделя

SETMS (2) - включение шпинделя инструмента

M5 - выключение оборотов

M30 - коней прогаммы

G4 F100 - выдержка времени

D2 - 2 корректор

SETMS (3) - второй шпиндель

Программа для ЧПУ Siemens

Первая сторона, наружный контур        T1     M3    M8    S1700         F450

N2    G0     x70             z0      G1     z20    G1     x77.5

N5     G1     z-25   G0     x80             z10    M5

Первая сторона, внутренний контур

N7     G0     M4    x-50  C1     Z-22  G1     x-44.53

N10   G1   z-30   G0     x-44  G0   Z 10000

Обработка канавки

N13            T2     S500 F25             G0     x 72  z -15           G1     x 63            G0     x 100             Z 10000      M5             SPOS                   [1] = 0

N19            SETMS      (2)              S2     =       2500

Сверление ∅2,5

N21            T3     M3    F 600                   G0     x 47  z -25           G1     z -30           G0         z 10            G0     x -6             G0     z -23           G1    z -30           G0     z 10000      M5

Циковка ∅8         T4    M3    S2=1500    А 350         G0     x 47  z -23  G1     z -26           G0     z 10   G0     x -65 z -23  G1     z -26

N35   G0     z 10000      M5

смена шпинделя

N36   G4     F20   SPOS [2] = 0       SETMS (3)39      S3 = 1700

Внутренняя поверхность, левый проходной резец

N40   T5

N41   M3    F450 G0     x 65,5                  z 40   G1     x 50  M5    M4    G0     x -50 G1         Z*8   G0     x -44 G1     z*10  G1     x -50 G0     x -44 G0     z - 10000

N52   SPOS [3] = 0

N53   M30

2.9 Адаптация захватного устройства

 

Выбор механизма захватного устройства

Захватное устройство (захват) промышленного робота предназначено для захватывания предмета обработки и удержания его в процессе перемещения. Вид захвата определяется формой, размером, массой и свойствами захватываемого предмета обработки, а так же специфическими требованиями технологического процесса.

В зависимости от принципа действия захваты делят на механические (работают по принципу зажима с удержанием детали с помощью сил трения и запирающего действия рабочих элементов, а так же по принципу использования выступающих частей рабочих элементов устройств в качестве опоры для детали), вакуумные (работают в результате сил, возникающих при разности давлений), магнитные (работают с помощью сил магнитного притяжения).

Захватные устройства изготавливают не сменными и сменными (требуют малого времени для смены, могут заменяться автоматически). Для загрузки металлообрабатывающих станков, как правило, используют, механические захватные устройства. Кроме закрепления заготовки эти устройства выполняют функции ориентации, центрирования предмета обработки.

Механические захваты используются для загрузки станков деталями типа тел вращения или коробчатой формы.

Для разработки в курсовом проекте выбрано захватное устройство с зубчатым передаточным механизмом.

Принцип работы захватного устройства

Захватное устройство с зубчатым передаточным механизмом изображено на листе.

Схват предназначен для деталей типа дисков и фланцев. Данный схват имеет одну пару губок 1, зажим и разжим которых осуществляется за счет осевого движения тяги 2 с жестко связанной с ней зубчатой рейкой 3. Рейка находится в зацеплении с зубчатыми секторами, нарезанными на рычагах зажимных губок.

Расчет захватного устройства

Расчёт сводится к определению силы зажима заготовки в захватном устройстве и определению диаметра поршня пневмоцилиндра.

Захватное устройство имеет пару рычагов, выполненных заодно с зажимными губками. На этих рычагах нарезаны зубчатые секторы, входящие в зацепление с рейками. Зубчатые секторы и рейка представляют собой зубчатую передачу. Таким образом, необходимо рассчитать межосевое расстояние , модуль зацепления m, число зубьев и оси на срез.

 ,

где  - коэффициент силы трения;

=

= 0,32*9,8=3,136 Н

Зажимные губки захватного устройства оснащены резиновыми накладками, тогда коэффициент трения  сталь - резина равен 0,8.

Н

,

где F=1,96 Н, L=55 мм, D=20 мм.

Следовательно

H,

Диаметр цилиндра определяется по формуле:

Где P - давление воздуха в пневмосети (0,5 МПа);

S - площадь сечения цилиндра;

L - длина перемещения штока цилиндра;

N - количество пальцев;

- сила зажима;

- перемещение рейки.

Здесь L=,

мм²

Определим диаметр цилиндра по формуле:

мм.

По справочным данным по диаметру сечения цилиндра выбран пневмоцилиндр. Обозначение пневмоцилиндра 7020-0151. Диаметр цилиндра 50 мм, диаметр штока 16.

Расчет зубчатого сектора и рейки.

На этом этапе проводится расчет межосевого расстояния, модуля зацепления, числа зубьев и оси на срез.

Межосевое расстояние определяется по формуле:

где  - вспомогательный коэффициент (для прямозубых передач =49.5);

u - передаточное число редуктора;

 - коэффициент ширины венца колеса(=0,25)

Передаточное число определяется по формуле:

Где d₂ - диаметр зубчатого сектора (ведомое колесо)

d₁ - диаметр ведущего колеса.

В данном случае, d₂ = 20 мм, а в качестве ведущего колеса будет рейка. Определим d₁. Длина рейки 15.7 мм, тогда т.к. l=2рR, то R= l/2р, R=2.5 мм. Значит, диаметр d₁ =2 *R=5 мм.

Рейка и рычаги захватного устройства изготовлены из стали 45, термообработка - улучшение, твердость которой ≤350НВ, из таблицы 2.1: ².

Коэффициент неравномерности нагрузки по длинне зуба: K_нв=1.

Все составляющие для расчета известны, тогда:

Модуль зацепления m определяется по формуле:

где - вспомогательный коэффициент (для прямозубых передач=6,8)

 - делительный диаметр колеса(мм);

 - ширина венца колеса (мм);

- допускаемое напряжение изгиба материала колеса;

([]=1,03*НВ_ср=360,5Н/мм²)

Делительный диаметр колеса определяется по формуле:

Ширина венца колеса:

Тогда

Т.к прямозубое колесо, то m=m+30 % m=0.093+0.028=0.121 (m≈1)

Суммарное число зубьев рейки и зубчатого сектора:

Число зубьев рейки определяется по формуле:

Число зубьев зубчатого сектора:

Фактическое передаточное число  определяем по формуле:

и определяется отклонение

Фактическое межосевое расстояние находим как:

Основные геометрические параметры передачи

Параметр	Расчеты
Диаметр делительный
Диаметр вершин зубьев
Диаметр впадин зубьев
Ширина венца

Фактическое число зубьев на зубчатом секторе Z₂=11.88/2-11.88/6=3.97

Основные геометрические параметры рейки: l=11.78 мм, ширина венца b₁=b₂+3=1.9+3=4.9мм.

Контактные напряжения:

         

=    

3. Разработка системы управления

 

.1 Разработка циклограммы

Циклограмма - это графическое отображение взаимодействия технологического, вспомогательного и транспортного оборудования в пределах ГАУ. Циклограмма также позволяет определить состояние всех элементов ГАУ в определенный момент времени.

Рассмотрим построение циклограммы, описывающей момент времени обработки детали, начиная с ее поступления в зону участка.

Перед началом рабочего цикла (исходное состояние) каретка портального робота находится в позиции над конвейером деталей (S6), его рука поднята (S9), угол поворота 90° (S20), схваты разжаты (S13, S15), положение 0° (S11). Станок в ожидании заготовки или идет обработка детали.

Порядок следования заготовки:

(такт 1) - При попадании заготовки на конвейер заготовок (S1), включается электродвигатель заготовок.

(такт 2) - После попадания заготовки в зону робота (S2) электродвигатель конвейера заготовок выключается, каретка перемещается в зону конвейера заготовок (S5).

(такт 3) - Схват поворачивается в положение 90°.

(такт 4) - Рука робота опускается (S8)

(такт 5) - и зажимает заготовку (S16),

(такт 6) - поднимается (S9) и

(такт 7) - разворачивает схват на 0° (S20)

(такт 8) - и разворачивается в положение 0° (S20).

После окончания обработки или, в случае отсутствия заготовки в станке, каретка перемещается в позицию над станком (S7) (такт 9). Далее происходит опускание руки робота (S10) (такт 10). Схат развернут пустыми пальцами к патрону и если в патроне деталь, то перемещается в сторону патрона (S17) (такт 11).

(такт 12) - Деталь захватывается (S16).

(такт 13) - Патрон отпускает деталь (инверсия q1).

(такт 14) - Схват отодвигается (S18)

(такт 15) - и поворачивается на 90° (S12).

(такт 16) - Заготовка вставляется в патрон (S17).

(такт 17) - Патрон фиксирует деталь (q1)

(такт 18) - и схват отпускает заготовку (S13).

(такт 19) - Схват отводится (S18)

(такт 20) - и рука поднимается (S9).

(такт 21) - Запускается обработка детали

(такт 22) - Каретка перемещается к конвейеру деталей (S6)

(такт 23) - и рука разворачивается в положение 0° (S19).

(такт 24) - Схват поворачивается в 0° (S11), а рука опускается (S8).

В такте 25 происходит разжим схата (S13) и деталь оказывается на конвейере деталей (S3).

(такт 26) - Рука поднимается (S9).

(такт 27) - Привод конвейера деталей включается до срабатывания (S4).

На этом цикл заканчивается.

Таблица 1. Датчики и сигналы.

Обозначение	Наименование	Прим
S1	наличие заготовки на конвейере заготовок
S2	наличие заготовки на позиции загрузки
S3	наличие детали на конвейере деталей
S4	наличие детали на позиции разгрузки конвейера деталей
S5	каретка робота у конвейера заготовок
S6	каретка у конвейера деталей
S7	каретка у станка
S8	Рука опущена у конвейера
S9	рука поднята
S10	рука опущена у станка
S11	схват 0°
S12	схват 90°
S13	захват детали разжат
S14	захват детали зажат
S15	захват заготовки разжат
S16	захват заготовки зажат
S17	вставка в патроне
S18	забрана из патрона
S19	рука 0°
S20	рука 90°
b1	патрон разжат / зажат
b2	обработка завершена

Таблица 2. Управляющие сигналы

Обозначение	Наименование	Прим
Q1	Конвейер заготовок
Q2	Конвейер деталей
Q3	Каретка вперед
Q4	Каретка назад
Q5	Рука подъем
Q6	Рука опускание
Q7	Схват повернуть в 90°
Q8	Схват повернуть в 0°
Q9	Схват заготовки разжать
Q10	Схват заготовки зажать
Q11	Схват детали разжать
Q12	Схват детали зажать
Q13	Руку повернуть в 0°
Q14	Руку повернуть в 90°
Q15	Схват подвести
Q16	Схват отвести
Z1	Патрон зажать
Z1	Патрон разжать
Z3	Начало обработки

 

3.2 Разработка математической модели

Математическая модель, описывающая управляющие воздействия пуска и останова агрегатов, представляет собой систему логических уравнений. В уравнениях условия пуска связаны логическим умножением «И» с инверсией условий останова. Агрегаты, включающиеся за цикл управления несколько раз, должны иметь для каждого включения уникальные условия, связанные логическим сложением «ИЛИ».

Конвейер заготовок

Конвейер деталей

Каретка назад

Каретка вперед

Рука подъем

Рука опускание

Схват повернуть в 90°

Схват повернуть в 0°

Схват заготовки разжать

Схват заготовки зажать

Схват детали разжать

Схват детали зажать

Руку повернуть в 0°

Руку повернуть в 90°

Схват подвести к патрону

Схват отвести от патрона

Патрон зажать

Патрон разжать

Начало обработки

 

.3 Выбор элементов систем управления

 

Описание датчиков

Для управления ходом технологического процесса необходимо получать информацию о происходящих на данный момент «событиях». Технические средства для контроля объектов на нижнем (исполнительском) уровне АСУ ГАУ определяются их назначением, конструкцией и условиями работы. Для металлорежущих станков ими могут быть датчики перемещений рабочих органов, путевые (контактные и бесконтактные) выключатели, датчики контроля параметров процесса (усилия резания, температуры в шпиндельном узле, положения режущей кромки инструмента, виброускорений в резцовой головке, работы привода и другие), обеспечивающие работу станка в автоматическом режиме. Промышленные роботы обычно оснащаются датчиками позиционирования и касания (для контроля захвата изделия), а транспортно-накопительные устройства - датчиками типа путевых выключателей.

В качестве датчиков индуктивного типа взяты датчики IME18 и IME30 разного типоразмера.

На секциях конвейеров устанавливаются четыре индуктивных датчика наличия заготовки (детали) (S1-S4) - индуктивный датчик, датчик наличия.

Датчик наличия заготовки(детали) IMЕ30 представляет собой концевик - бинарный датчик, срабатывающий (сигнал «1»), когда на позиции есть заготовка. Соответственно, когда детали нет, то он не срабатывает (сигнал «0»).

На промышленном роботе установлены 16 датчиков: положение каретки ДП-4, датчик зажима - разжима заготовки, датчик положения захватного устройства, датчики опускания - поднятия кисти робота, датчики положения руки робота при повороте. Датчик холла регистрируют движущиеся ферромагнитные объекты.

Информация о состоянии органов станка получают путем обращения к ЧПУ станка. ЧПУ отправляет в ответ таблицу состояния. Формируются переменные q1 о состоянии патрона - зажат / разжат и q2 - конец обработки.

Контроллер SIMATIC S7-300

Контроллер характеризуется следующими особенностями:

-       Модульный программируемый контроллер для решения задач автоматизации низкого и среднего уровня сложности.

-       Широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи.

-       Использование распределенных структур ввода-вывода и простое включение в сетевые конфигурации.

-       Удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

-       Свободное наращивание функциональных возможностей при модернизации системы управления.

-       Высокая мощность благодаря наличию большого количества встроенных функций.

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-300 имеют:

-       cертификаты DIN, UL, CSA, FM, CE;

-       морские сертификаты ABS, BV, DNV, GLS, LRS, PRS, RINA;

-       сертификат соответствия и метрологический сертификат Госстандарта России; и многие другие.

Для автоматизации участка необходимо управлять дискретными исполнительными устройствами, получать информацию от дискретных датчиков, вести обмен данными с УЧПУ станка и с персональным компьютером оператора.

Программируемые контроллеры S7-300 могут включать в свой состав:

-       Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемых задач в программируемом контроллере могут использоваться более 20 типов центральных процессоров.

-       Блоки питания (PS) для питания контроллера от сети переменного или постоянного тока.

-       Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов, в том числе FailSafe и модули со встроенными Ex-барьерами. Поддерживаются отечественные ГОСТ градуировки термометров сопротивления и термопар.

-       Коммуникационные процессоры (CP) - интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач в промышленных сетях AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и системах PtP связи. Применение загружаемых драйверов для CP 341 позволяет расширить коммуникационные возможности контроллера поддержкой обмена данными в сетях MODBUS RTU и Data Highway. Для организации модемной связи в составе S7-300 могут использоваться коммуникационные модули семейства SINAUT ST7.

-       Функциональные модули (FM) - интеллектуальные модули, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, взвешивания, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора.

-       Интерфейсные модули (IM) для подключения стоек расширения к базовому блоку контроллера, что позволяет использовать в системе локального ввода-вывода до 32 модулей различного назначения. Модули IM 365 позволяют создавать 2-, модули IM 360 и IM 361 - 2-, 3- и 4-рядные конфигурации.

Конкретные модули будут выбраны после разработки циклограмм и математической модели.

Исполнительные устройства

Для управления асинхронными двигателями применяются устройства плавного пуска В целом УПП SIRIUS 3RW40 обладают всеми преимуществами, которые есть в УПП 3RW30/31. Но сверх этого они предлагают больше функций, как например, электронную защиту двигателя от перегрузки и собственную защиту аппарата, регулируемое ограничение тока и уникальный для этого диапазона мощностей метод управления по двум фазам («Polarity Balancing»). УПП SIRIUS 3RW40 являются составным элементом модульной системы SIRIUS. Отсюда вытекают такие преимущества, как идентичные типоразмеры и унифицированная техника подключений. Благодаря особой компактности конструкции УПП SIRIUS 3RW40 в два раза меньше размеров пускателей «звезда - треугольник». Тем самым они очень экономично размещаются в электрошкафу. Проектирование, а также монтаж выполняются быстро и просто благодаря 3$проводной схеме подключения.

УПП SIRIUS 3RW40 для трехфазных двигателей Устройства плавного пуска мощностью до 250 кВт (при 400 В) для стандартного применения в трехфазных сетях. Минимальные габариты, незначительные потери мощности и простота ввода в эксплуатацию − это лишь три из многочисленных преимуществ УПП SIRIUS 3RW40.

Назначение

Электронные УПП SIRIUS 3RW40 предназначаются для плавного пуска и остановки терхфазных асинхронных двигателей. Благодаря управлению по двум фазам происходит не только удержание тока во всех трех фазах в самом нижнем диапазоне в течение всего разгона, но и исключаются отрицательные составляющие постоянного тока. Это позволяет не только производить двухфазный запуск двигателей до 250 кВт (при 400 В), но и избегать также возникающих пиков тока и пускового момента, как это имеет место, например, при пуске по схеме «звезда$треугольник».

Области использования: вентиляторы, насос, строительные машины / мешалки, прессы, эскалаторы, транспортеры, установки кондиционирования, воздуходувки, конвейеры, компрессоры и холодильники, приводы.

Для действия захватного устройства используются пневмоцилиндры с распределителями серии 6 КАМОЦЦИ.

Напряжение питания 24В мощность 10 Вт (ток 0,42 А).

 

3.4 Разработка требований пользователя

Разрабатываемая система управления предназначена для управления технологическим процессом обработки детали тип корпус подшипника.

Необходимо, чтобы система обеспечила автоматизированную работу ГПУ (при минимальном вмешательстве человека). Объект управления должен на основании информации, поступающей от датчиков и систем ЧПУ станков, производить:

-       транспортировку заготовок в рабочую зону ПР и обрабатывающего станка, а также управлять вспомогательным оборудованием;

-       установку заготовки перед ее обработкой в патрон технологического оборудования и последующего снятия после завершения обработки.

Также система должна передавать управление УЧПУ станка во время непосредственной обработки заготовок. Управление должно соответствовать циклограмме.

Система должна обеспечивать согласованную работу технологического и вспомогательного оборудования, а также остановку оборудования в критических ситуациях (отклонения от хода выполняемых вспомогательных операций).

Система должна быть надежной и удобной в обслуживании персоналом предприятия. Необходимо минимизировать ложные срабатывания, контролировать состояние техпроцесса. По возможности, прогнозировать аварийные ситуации.

Для действия захватного устройства используются пневмоцилиндры. Они управляются пневмораспределителями с электромагнитами постоянного напряжения 24В, ток потребления 0,36А.

4. Реализация управляющей программы в среде разработки Step7

Управление движением конвейеров происходит путем включения и выключения двигателей приводов. Аналогично производится управление движением элементов робота. Управление центром осуществляется путем передачи команд ЧПУ.

Можно выделить типовые элементы объекта по организации управления. Это приводы конвейеров и робота. Двигатели конвейеров вращаются всегда в одну сторону, а двигатели и пневмоприводы робота реверсированные. Поэтому для управления приводами конвейера нужно по одному исполнительному устройству, а для приводов робота по два.

В п.3.2 разработана система логических уравнений, которую необходимо решать для формирования управляющих воздействий на исполнительные устройства.

Для реализации системы в Step 7 строится аппаратный контент.

Для соединения контроллера, станции АРМ оператора и стойки ЧПУ строится сетевая система.

Оборудование сконфигурировано. Можно приступать созданию программы.

 

4.1 Выбор языка программирования

Имеется выбор из ряда различных философий программирования (контактный план, функциональный план, список команд, язык высокого уровня, последовательное управление или граф состояний) и выбор между текстовым и графическим языком программирования.

Язык программирования Функциональный план (FBD) использует для представления логики графические логические символы, известные из булевой алгебры. Сложные функции, такие как математические, также могут быть представлены непосредственно в соединении с логическими блоками.

Язык программирования FBD включен в стандартный пакет программного обеспечения STEP 7.

Для реализации логических расчетов применяют блоки логических вычислений.

Для реализации оценки времени исполнения операции применим блок таймера.

Таким образом, для создания программы удобно использовать язык программирования функциональных блоков.

 

4.2 Разработка структуры программы

В CPU всегда исполняются две программы: •операционная система и программа пользователя.

Каждый CPU содержит операционную систему, которая организует все функции и последовательности в CPU, не связанные с конкретной задачей управления. Задачи операционной системы состоят в следующем: обработка «теплого» и «горячего» перезапуска, обновление таблицы образа процесса для входов и вывод таблицы образа процесса для выходов, вызов программы пользователя, обнаружение прерываний и вызов ОВ прерываний, обнаружение и обработка ошибок, управление областями памяти, обмен информацией с устройствами программирования и другими коммуникационными партнерами. Программу пользователя мы создаем сами программу, загружаем ее в CPU. Она содержит все функции, необходимые для обработки нашей конкретной задачи автоматизации. Задачи программы пользователя состоят в следующем:

-       определение условий для «теплого» и «горячего» перезапуска в CPU (например, инициализация сигналов с определенным значением)

-       обработка данных процесса (например, логическая комбинация двоичных сигналов, считывание и анализ аналоговых сигналов, задание двоичных сигналов для вывода, вывод аналоговых значений)

-       определение реакции на прерывания

-       обработка нарушений в нормальном исполнении программы.

Программа состоит из блоков. Имеется несколько различных типов боков, которые можно использовать внутри пользовательской программы Step7:

Для реализации нашей программы мы создали три блока:

-       блок данных для хранения времени исполнения операций;

-       блок вычисления времени выполнения операций и;

-       и логический блок вычисления управляющих воздействий.

Реализацию блока расчета длительности операций построили, используя счетчик, определяющий номер текущей операции и таймер. Таймер счтиает до 10 сек. с шагом 10 мсек. Результат сохраняется в блоке данных в двоично-десятичном коде (три тетрады)

Для объединения программной части и оборудования создается таблица символов, в которой описаны все переменные. Каждой переменной назначен адрес.