Система автоматизации производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация технологических процессов является одним из эффективных путей повышения производительности труда на предприятии.

Автоматизация осуществляется посредством автоматизированных роботизированных технологических комплексов (РТК).

Роботизированный технологический комплекс (РТК) -- совокупность единиц технологического оборудования, промышленного робота и средств оснащения, автономно функционирующая и осуществляющая многократные циклы.

Система управления РТК предусматривает использование микропроцессорных средств и должна обеспечивать взаимосвязанную работу всех элементов системы.

Применение микропроцессорных средств в составе системы управления технологическим оборудованием позволяет оперативно изменять технологический процесс на одном и том же оборудовании, тем самым обеспечивая выпуск широкой номенклатуры изделий.

В данном курсовом проекте в качестве объекта управления используется горизонтально-фрезерный станок. Целью курсового проекта является разработка системы управления РТК на базе горизонтально-фрезерного станка.

1. НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В данной работе использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 15.001-88 Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения.

ГОСТ 19.101-77 Единая система программной документации. Виды программ и программных документов.

ГОСТ 37.603-92 Информационная технология. Виды испытаний автоматизированных объектов.

РД 50-37.698-90 Методические указания. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Требования к содержанию документов.

ГОСТ Р 7.0.5-2008 СИБИД . Библиографическая ссылка. Общие требования и правила составления.

ГОСТ Р 21.1101-2009 СПДС. Основные требования к проектной и рабочей документации.

ГОСТ 27.104-85. Автоматизированные системы управления. Общие требования.

ГОСТ 7.1127-93 ЕСТД. Общие правила выполнения текстовых технологических документов.

ГОСТ 7.1128-93 ЕСТД. Общие правила выполнения графических технологических документов.

ГОСТ 7.1201-85 ЕСТД. Система обозначения технологической документации.

ГОСТ 7.9-95 СИБИД. Реферат и аннотация. Общие требования.

ГОСТ 7.60-2003 СИБИД. Издания. Основные виды. Термины и определения.



2. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящей работе применяются следующие термины с соответствующими определениями:

Крутящий момент - мера вращательного усилия на валу двигателя, его «сила». Момент измеряется в ньютонах на метр. Существует несколько видов.

Мощность двигателя - это потребляемая им энергия, которая прямо пропорциональная напряжению на обмотках и протекающему по нему току.

Пульт оператора (или консоль ввода-вывода) - позволяет вводить управляющую программу, задавать режимы работы, выполнять операции вручную.

Дисплей (или операторская панель) - для визуального контроля режимов работы и редактируемой управляющей программы/данных; может быть реализован в виде отдельного устройства для дистанционного управления оборудованием.

ПР (промышленный робот) - предназначенный для выполнения двигательных и управляющих функций в производственном процессе манипуляционный робот, т.е. автоматическое устройство,состоящее из манипулятора и перепрограммируемого устройства управления,которое формирует управляющие воздействия, задающие требуемые движения исполнительных органов манипулятора.

Манипулятор - механизм для управления пространственным положением орудий, объектов труда и конструкционных узлов и элементов.

ОЗУ - память, предназначенная для временного хранения управляющих команд.

ПЗУ - память, предназначенная для долговременного хранения системных программ и констант; информация из ПЗУ может только считываться.



3. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Требования к ПР:

Соответствие конструкторских и технологических параметров ПР (грузоподъемность, скорость перемещения рабочих органов, погрешность позиционирования, размер рабочей зоны, тип системы управления) их функциональное назначению. Объем операций выполняемых ПР и темп их исполнения в сочетании с затратами на приобретение и внедрении ПР должны обеспечить экономическую эффективность применения ПР.

Соответствие числа степеней подвижности робота минимально необходимому числу для выполнения требуемого объема операций.

Соответствие манипуляционных возможностей роботов схеме загрузки и зоне обслуживания станков.

Простота и кратность цикла переналадки. Надежность и невысокая стоимость эксплуатации. Высокий коэффициент использования робота.

Обеспечение требований техники безопасности.

Требования к станкам:

Обеспечение автоматического цикла обработки деталей.

Автоматизация фиксации и зажима деталей в рабочей зоне.

Автоматическое удаление стружки из зоны обработки.

Возможность очистки базирующих и крепежных поверхностей от стружки и грязи.

Обеспечение формы и расположения рабочей зоны позволяющее их обслуживать с помощью роботов.

Автоматическое ограждение рабочей зоны.

Требования к вспомогательному оборудованию:

Габаритные размеры вспомогательных устройств должны позволять их стыковку с основным оборудованием и роботом.

Устройства должны иметь датчики, позволяющие производить контроль наличия деталей, правильности ее положения, устройство зажима деталей роботом и другие параметры, а также их привязку к общей электрической схеме РТК с целью повышения его надежности в целом.

Надежно захватывать деталь, ее рациональное перемещение, ориентированная поштучная выдача, транспортирование и размещение в таре.

Необходимо учесть возможность сопряжения транспортных устройств с цеховыми и общезаводскими средствами транспортирования деталей.

Требования к обрабатываемым деталям:

Детали должны иметь возможность группироваться по конструктивно технологическим признакам, с целью обеспечения применения групповой формы организации производственного процесса, типизации ТП обработки, и использования одинакового основного и вспомогательного оборудования.

Ясно выраженные базы и признаки ориентации, позволяющие организовать их транспортирование и складирование в ориентировочном виде с использованием стандартизованной оснастки.

Однородная по форме и расположению поверхность для базирования и захвата, позволяющая без дополнительной выверки устанавливать деталь в рабочую зону станка, где для базирования и закрепления детали может быть использована широкоуниверсальная технологическая оснастка.

Выбор ПР и технологического оборудования для текущего технологического процесса:

1) Для обслуживания станка при обработке детали отдано предпочтение тельферному типу ПР;

2) Номинальная грузоподъёмность ПР должна быть 5 кг.

Исходя из этих требований сделан выбор ПР - «Универсал-5»

1. Диаметр обрабатываемой заготовки 52 мм. (см. п. 2);

2. Для включения станка в РТК необходимо наличие устройства ЧПУ;

3. Частота вращения шпинделя максимальная n =6000 об/мин

Исходя из требований сделан выбор на станок ЧПУ MORI SEIKI - NL1500. Данный станок из-за своей конструкции (инструмент имеет возможность перемещаться по трем осям), также на станке имеется фрезерная револьверная головка.

Таблица 3.1 - Состав комплекса

	ПР	Основное оборудование	Вспомогательное оборудование
	«Универсал-5»	MORI SEIKI - NL1500	Роликовый конвейер
Кол-во, штук	1	1	1

Техническая характеристика ПР «Универсал-5»:

Номинальная грузоподъемность, кг5

Число степеней подвижности 5

Число рук 1

Тип привода Электромеханический

Система управления Позиционная

Число программируемых координат 4

Способ программирования перемещений Обучение

Объем памяти, число команд 50

Погрешность позиционирования, мм 0,2

Наибольший вылет руки R, мм 1630

Линейные перемещения, мм

z вертикальное перемещение, мм (со V=0,3 м/с) 800

r радиус - вектор, соответствующий продольному перемещению звена, мм (со скоростью 0,9 м/с) 1200

х ортогональное перемещение отсутствует

Угловые перемещения, 2^о

угол поворота захвата в гориз-ой плоскости

угол наклона захвата в верт-ой плоскости

угол вращения захвата (со скоростью 180 ^о/с) 180

Исполнение 1

Габаритные размеры, мм

Н (высота)1630

L (длинна)870

B (ширина)1100

Длина захвата r, мм200

Потребляемая мощность 5,5 кВт

Масса манипулятора 650 кг.

Страна - производитель Россия

Таблица 3.2 - Технические данные станка MORI SEIKI - NL1500R

Технические характеристики	Значение
РАБОЧАЯ ЗОНА
Макс. Ш вращения над станиной (при закрытой фронтальной двери)	923,8 (579,8) мм
Макс. Ш вращения над поперечными салазками	755 мм
Макс. Ш точения	356 мм
Макс. длина обработки	515 мм
Технические характеристики	Значение
Размер прутка	Ш52 мм
ПЕРЕМЕЩЕНИЯ
Перемещение по оси Х	260 мм
Перемещение по оси Z	590 мм
Перемещение контршпинделя - ось В (для SMC)	624 мм
Перемещение по оси Y	100 (±50)мм
ШПИНДЕЛЬ
Макс. скорость шпинделя [контршпинделя]	6000 [8000] об/мин
РЕВОЛЬВЕРНАЯ ГОЛОВКА
Количество инструментов (все приводные)	12 [16] [20]
Макс. скорость на приводных инструментах	6000 об/мин
ГАБАРИТЫ СТАНКА
Длина x ширина x высота	2695 х 2000 х 2120 мм



4. ПРОМЫШЛЕННЫЙ РОБОТ ТИПА «УНИВЕРСАЛ-5»

В качестве манипулятора для разрабатываемой системы управления РТК выбираем промышленного робота модели «Универсал-5».

Многоцелевые роботы типа «Универсал-5» применяются для автоматизации погрузочно-разгрузочных работ, обслуживания различного технологического оборудования, межоперационного транспортирования объектов обработки и выполнения других вспомогательных операций.

Исполнительным механизмом ПР является манипулятор, который обеспечивает установку в пределах рабочей зоны захватного механизма-схвата. Манипулятор имеет четыре степени подвижности руки 1 в сферической системе координат:

1 - поворота руки относительно вертикальной оси, чтобы обеспечить перемещение заготовки от накопителя к станку;

2 - выдвижения руки относительно горизонтальной оси, чтобы перемещать заготовку непосредственно к шпинделю станка;

3 - подъема руки вдоль вертикальной оси, чтобы компенсировать возможную разницу высот расположения заготовок в накопителе и шпинделя станка;

4 - поворота кисти манипулятора вокруг горизонтальной оси, для переворота заготовки. Две степени подвижности рабочего органа-схвата 7 создают механизмы 6 вращения кисти руки относительно ее продольной оси III-III и поперечной оси IV-IV. Установочные перемещения руки осуществляются с помощью электромеханических следящих приводов, а ориентирующие движения кисти руки и зажим-разжим схвата - пневмоцилиндрами. ПР комплектуется певмоблоком, блоком тиристорных электроприводов и устройством программного управления. Пневмоблок регулирует подачу сжатого воздуха из заводской сети и блокирования работы манипулятора при падении давления ниже допустимого.



Рисунок 4.1 - Робот модели «Универсал-5»

Блок тиристорных электроприводов, формирует управляющие напряжения в якорной цепи электродвигателей постоянного тока. Устройство программного управления позиционного типа имеет возможность записи программы в режиме обучения (по первому циклу) и формирует управляющие сигналы, а также технологические команды управления циклом работы манипулятора и обслуживаемого оборудования. Максимальный диаметр объекта манипулирования 170мм. БП - блок питания, МКП - программируемый микроконтроллер, МСУ - микропроцессорная система управления

Рисунок 4.2 - Схема микропроцессорной системы управления РТК

5. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РТК

механический технологический фрезерование шпоночный

Алгоритм функционирования РТК описывается на основе компоновки РТК по «характерным» точкам.

1. В начальный момент времени ПР находится в точке «о» r=0 мм, z=0 мм, =0⁰ (исходное положение)..

2. При перемещении тех. конвейера на 1 метр в рабочую зону подается заготовка, при этом должны сработать фотодатчики установленные на конвейере (наличие детали).

3. При поступлении сигнала от фотодатчиков о наличии детали в рабочей зоне ПР перемещается в точку «0» r=700 мм и в точку «2» z=-197 мм.

4. Схват ПР сжимает заготовку.

5. ПР перемещается из точки»3» в точку «2» z=197 мм, затем из точки «2» в точку «1» r=-700 мм

6. ПР перемещается в точку «3» » =180⁰, затем в точку «4» r=1160 мм и в точку «5» z=-372 мм.

7. Патрон станка сжимает заготовку, ПР разжимает схват.

8. ПР перемещается в точку «4» z=372 мм, затем в точку «3» r=-1160 мм.

9. ПР посылает сигнал о готовности на станок (ПР вышел из рабочей зоны станка).

10. Станок обрабатывает заготовку.

11. По окончании обработки токарный станок посылает на ПР сигнал о завершении работы.

12. ПР перемещается из точки «3» в точку «4» r=1160 мм, затем в точку «5» z=-372 мм.

13. Схват ПР сжимает деталь, патрон станка разжимает деталь.

14. ПР перемещается в точку «4» z=372 мм, затем в точку «3» r=-1160 мм.

15. ПР перемещается в точку «0» =-180⁰, в точку «1» z=700 мм и в точку «2» z=-197 мм., при этом должны сработать фотодатчики.

16. Схват ПР разжимает деталь.

17. ПР перемещается в точку «1» z=197 мм, затем в точку «0» r=-700 мм,

18. Тех. конвейер перемещается на 1 метр, при этом фотодатчики первого ряда (наличие детали) и второго ряда (деталь переместилась), установленные на конвейере должны сработать

Примечание.

В качестве фотоэлектрических датчиков используются фотоэлектрических датчики серии Е3Z.

На основе краткого цикла превращения заготовки в готовую деталь составим блок-схему работы РТК.

6. ПРИВЯЗКА К ПОРТАМ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА

Для подключения промышленного робота-манипулятора и станочного оборудования к микроконтроллеру используются порты, в частности: E-порты датчиков и Z-порты нагрузок. В соответствие портам микроконтроллера приводятся сигналы с датчиков. Сигналам с датчиков Хi соответствуют Е-порты микроконтроллера. А сигналам на исполнительные механизмы Yi (нагрузку) соответствуют Z-порты микроконтроллера.

Таблица 6.1 - E-порты датчиков

X1	Датчик привода главного движения M1	Е00
X2	Датчик привода подач M2	Е01
X3	Датчик крайнего верхнего положения фрезы	Е02
X4	Датчик крайнего нижнего положения фрезы	Е03
X5	Датчик начала/окончания операции фрезерования	Е04
X6	Датчик крайнего левого положения стола	Е05
X7	Датчик крайнего правого положения стола	E06
X8	Датчик крайнего верхнего положения руки манипулятора	E07
X9	Датчик крайнего нижнего положения руки манипулятора	E08
X10	Датчик схвата заготовки манипулятором	E09
X11	Датчик подвода/отвода манипулятора	E0A
X12	Датчик перехода в начальное состояние станка	E0B
X13	Датчик перехода в начальное состояние манипулятора	Е0C
X14	Датчик поворота руки робота	Е0D
X15	Датчик включения/выключение манипулятора	Е0E
X16	Датчик фиксации детали в кассете на конвеере	E0F

Таблица 6.2 - Z-порты нагрузок (Исполнительные механизмы)

Y1	Управление привода главного движения (эл. двигатель M1)	Z00
Y2	Включение привода рабочих подач (эл. двигатель M2)	Z01
Y3	Крайнее верхнее положение фрезы	Z02
Y4	Крайнее нижнее положение фрезы	Z03
Y5	Начало/завершение опреации фрезерования шпоночного паза	Z04
Y6	Крайнее левое положение стола	Z05
Y7	Крайнее правое положение стола	Z06
Y8	Крайнее верхнее положение руки манипулятора	Z07
Y9	Крайнее нижнее положение руки манипулятора	Z08
Y10	Схват руки манипулятора	Z09
Y11	Подвода/отвод руки манипулятора	Z0A
Y12	Переход станка в исходное состояние (индикация)	Z0B
Y13	Нахождение манипулятора в исходном состоянии (индикация)	Z0C
Y14	Поворот руки робота на 90 градусов	Z0D
Y15	Включение/выключение робота	Z0E

Рисунок 6.2 - Схема подключения ТО к МК

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ НОРМ ВРЕМЕНИ ТП

Основное машинное время:

Для операции 005:

Перемещение от исходной точки к детали 0,12 с.

На участке 1-2 припуск 5:

Длина участка 1-2 67 мм;

n = 304 об/мин (токарная чистовая);

s = 0,34 мм/об (токарная чистовая);

Т_м=мин

Т_м==0,65мин

где n - обороты шпинделя, об/мин,

Sо - подача,

На участке 2-3 припуск 5:

Длина участка 2-3 5 мм;

n = 304 об/мин (токарная чистовая);

s = 0,34 мм/об (токарная чистовая);

Т_м==0,05 мин

Перемещение на холостом ходу в точку 4 по траектории 3-0-4 0,14 с.

На участке 4-5 припуск 6 мм:

Длина участка 4-5 7 мм см рис. РТК.

n = 380 об/мин (токарная чистовая);

s = 1,2 мм/об (токарная чистовая);

Т_м==0,06 мин

На участке 8-9 припуск 4 длина рхR/2=3,14х4/2=6,3 мм см. рис. РТК;

n = 304 об/мин (токарная чистовая);

s = 0,34 мм/об (токарная чистовая);

Т_м==0,06 мин

На участке 9-10 припуск 2 длина 20 мм см. рис. РТК;

n = 304 об/мин (фрезерная чистовая);

s = 0,34 мм/об (фрезерная чистовая);

Т_м==0,19 мин

Перемещение в исходную. точку 0,12 с.

Время выполнения оп.5=0,12+0,65х60+0,05х60+0,14+0,01х60+0,3х60+ +0,06х60+0,19x60+0,12=76 сек.

8. РАСЧЁТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ ОДНОЙ ДЕТАЛИ НА РТК

t_ц = 119,9 cек - время цикла обработки детали на станке и возврата РТК в исходное положение. (см. циклограмму). Кол-во обраб. партии дет. На РТК:

N = 4 часа /t_общее = 4х60х60 /119,9 = 120 дет.;

Цикл обработки детали на ГПМ:

t_ц = 4 часа / N = 14400/120 = 119,9 сек.;

9. ЦИКЛОГРАММА

Циклограмма представляет собой графическое изображение последовательности работы отдельных механизмов схемы во времени. Состав элементов циклограммы приведён в таблице 9.1.

На циклограмме весь период работы разбивается на такты и оказывает направленное воздействие одних элементов на другие, т.е. работа элементов дискретного действия характеризуется на циклограмме появлением и исчезновением сигналов в предельной последовательности.

Таблица 9.1 - Состав элементов циклограммы

Элемент циклограммы	Функциональное назначение
a	Начало работы
b	Остановка работы
c	Поднятие руки
d	Сжатие руки
f	Поворот
h	Выдвижение руки
g	Разжатие
e	Закрытие кабинета
i	Сжатие
j	Работа станка
k	Отключение станка
A	Конвейер
B	ПР
C	Схватка
D	Кабинет
E	Станок
F	Патрон

В циклограмме время не оценивается количественно, поэтому она выполняется без масштаба.

10. ПОСТРОЕНИЕ РЕЛЕЙНО-КОНТАКТНОЙ СХЕМЫ

Релейно-контактная схема управления содержит контакты, катушки электрических аппаратов и обмотки машин. В схеме можно выделить входные элементы с контактами a, b, c, d, е, f, ,h, g, e, j, k и исполнительные (выходные) и промежуточные элементы A, B, C, D, E,F .

Структурные формулы составляются исходя из взаимодействия командных сигналов и исполнительных сигналов, по циклограмме

Структурная формула для А.

Условие срабатывания ,

Структурная формула

Структурная формула для B.

Условие срабатывания ,,

Условие несрабатывания

Структурная формула

Структурная формула для C.

Условие срабатывания

Условие несрабатывания

Структурная формула

Структурная формула для D.

Условие срабатывания ,

Структурная формула



Структурная формула для E.

Условие срабатывания

Условие несрабатывания

Структурная формула

Структурная формула для F.

Условие срабатывания

Условие несрабатывания

Структурная формула

11. ПОСТРОЕНИЕ БЕСКОНТАКТНОЙ СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Формализация и преобразование связей между логическими переменными осуществляется в соответствии с правилами алгебры логики, называемой Булевой алгеброй (английский математик Джордж Буль).

Две логические переменные А и В, принимающие значение 0 или 1, могут образовать логические функции. Из 16 возможных функций двух переменныхнаибольший практический интерес представляют функции отрицания, логического умножения и логического сложения.

По полученным ранее алгебраическим выражениям составим бесконтактную схему привода на основе логических элементов И, ИЛИ, НЕ.

Запишем структурные формулы системы управления:

f(A) = (a+b)

f(B) = (d*c*)+(f*(-g))

f(C) = (i*(-g))

f(D) = (a+b)

f(E) = (a+(-k))

f(F) =(i*(-g))



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта была разработана микропроцессорная система управления (МСУ) роботизированным технологическим комплексом для механической обработки шпоночных пазов валов фрезерованием на базе горизонтально-фрезерного станка и промышленного робота, также изучен алгоритм функционирования РТК. Были изученные построения релейно-контактной и бесконтактной схемы и циклограммы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие / А.С. Клюев, Б.В. Глазов, А.Х. Дубровский, А.А. Клюев; Под ред. А.C. Клюева. - 2-ое изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990 - 464 с.

2. Сосонкин В. Л. Программное управление технологическим оборудованием: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств». - М.: Машиностроение, 1991. - 512 с.

3. Робботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под общ.ред. чл.. кор. АИСССР лауреата Ленинской и Государственной премии СССР Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1989 г.

4. Комплексная механизация и автоматизация в серийном машиностроении. Под ред. Г.А. Глазова. Москва: Ленинград 1962 г.

5. Промышленные роботы в машиностроении. Альбом схем и чертежей. Под ред. лауреата Ленинской и Государственной премии СССР д.т.н.проф. Ю.М. Соломенцева. М.: Машиностроение, 1987 г.

6. В.К. Мемемен, О.В. Хазанова. Управление системами и процессами. Учебник для вузов. - Старый Оскол: ООО «ТНТ»,2007. - 320с.

7. Звягольский Ю.С., Корниенко В.Г., Трембыч В.Г. Дипломное проектирование: уч. методич. пособие, КубГТУ, 2009. - 77 с.

Размещено на Allbest.ru

...