Роботизированная лазерная сварка

Разработка системы управления роботизированного комплекса лазерной сварки конструкций. Принцип работы объекта автоматизации. Выбор датчиков и ориентировочная расстановка их по технологической установке. Выбор программируемого логического контроллера.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 18.09.2019
Размер файла 682,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»

Факультет электротехнический

Кафедра «ЭПАПУ»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине «Основы промышленной автоматики и робототехники»

Роботизированная лазерная сварка

Студент группы 7АУб-1 В.С. Поздняков

Преподаватель С.И. Сухоруков

2019

Содержание

1. Краткое описание принципа работы объекта автоматизации

2. Выбор датчиков, ориентировочная расстановка датчиков по технологической установке

3. Управляющие сигналы для исполнительных устройств

4. Выбор программируемого логического контроллера

5. Описание алгоритма работы системы управления

Заключение

Список использованных источников

управление роботизированный лазерный сварка

Введение

В рамках данного РГР будет выполняться следующее задание:

Согласно варианту, разработать систему управления технологическим процессом или установкой. Необходимо разработать систему управления роботизированного комплекса лазерной сварки конструкций.

Описать принцип работы объекта автоматизации (технологического процесса или установки).

Предстоит подобрать датчики для работы с лазерной установкой и произвести ориентировочную расстановку датчиков по технологической установке.

Описать управляющие сигналы для взаимодействия между программируемым логическим контроллером (ПЛК) и роботом с лазером.

Выбрать программируемый логический контроллер, для этого используем онлайн-конфигуратор на сайте производителя ПЛК.

Приведем описание алгоритма работы системы управления, а именно, опишем все реакции системы на все сигналы или комбинации сигналов с датчиков.

1. Краткое описание принципа работы объекта автоматизации

На данный момент в промышленности активно применяют электро-дуговой тип сварки.

У данного типа сварки выявлено ряд недостатков:

· большие температурные деформации в процессе сварки,

· технологическая сложность сварки специальных конструкция и невозможность применения ко всем видам сплавов,

· точность и производительность.

Эти проблемы можно решить с помощью автоматизации технического процесса.

На схеме рисунка 1 представлен роботизированный комплекс лазерной сварки.

Рисунок 1 - Ориентировочная схема

Для генерации лазерного излучения и проведения сварки был выбран иттербиевый волоконный лазер ЛС-2, а выходной оптикой для осуществления процесса сварки применяется оптическая сварочная головка со встроенным набором датчиков диагностики состояния ее элементов. В процессе сварки, также обязателен защитный газ, подаваемый из баллонов через распределитель.

Для перемещения лазерной головки в процессе сварки был выбран промышленный робот-манипулятор немецкой фирмы Kuka (модель KR-60). Это шестиосевой робот с радиусом действия 2033 мм, грузоподъемностью до 60 кг и повторяемостью позиционирования ±0,06 мм.

Для синхронизации работы оборудования комплекса необходима система управления верхнего уровня на базе промышленного программируемого логического контроллера (ПЛК).

2. Выбор датчиков, ориентировочная расстановка датчиков по технологической установке

В рамках рассматриваемого технологического процесса необходимо контролировать следующие параметры:

· давление газа,

· открытие-закрытие дверей защитного ограждения,

· параметры выходной оптики,

· целостность защитного ограждения (в рамках данной работы внутренний набор датчиков защитного ограждения не рассматривается).

Для контроля наличия защитного газа используем датчик давления с аналоговым выходным сигналом DMP331 компании производителя BD, способным измерять абсолютное давление, диапазон рабочего давления от 0 до 40 бар, выходной сигнал от 0 до 10 B, кроме того есть возможность использования протокол HART, используя тот же аналоговый выход.

В системе безопасности необходим датчик открытия и закрытия дверей. Он необходим для того, чтобы робот останавливался, отключил излучение и подачу газа, если при работе откроют двери, для этого используем датчик дверей компании SICK, семейства i17S. При закрытых дверях выходным сигналом будет логическая единица (1), если дверь открывается, то выходным сигналом датчика будет логический ноль (0).

Для контроля состояния сварочной головы используем встроенный набор датчиков контроля головы, список датчиков и выходной сигнал приведены в таблице 1

Таблица 1 - Список датчиков и выходные сигналы

Сигнал

Расположение контакта на 15-ти контактного коннектора I\O

Описание

Загрязнение стекла

Контакт 2

Высокий уровень, когда стекло достигает заданного уровня загрязнения.

Перегрев стекла

Контакт 3

Высокий уровень, при перегреве стекла.

Стекло не установлено

Контакт 4

Высокий уровень, при отсутствии стекла.

Перегрев зеркала

Контакт 5

Высокий уровень, при перегреве зеркала.

Готовность сварочной головы

Контакт 6

Низкий уровень при отсутствии ошибок, высокий уровень при какой либо ошибке в контактах 2-5.

3. Управляющие сигналы для исполнительных устройств

Получить систему управляющих сигналов для исполнительных устройств можно, рассмотрев алгоритм программы технологического процесса в ПЛК.

Для передачи команд от ПЛК к контроллеру робота Kuka воспользуемся специализированным программным пакетом Kuka mxAutomation по промышленной сети Profinet.

Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через параллельный интерфейс представим в таблице 2.

Таблица 2 - Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через параллельный интерфейс

Запрос Лазера

Если один робот подключен к лазеру, сигнал от контакта A1 должен подаваться во время всего процесса управления.

Запуск программы

С помощью контакта А2 лазерные программы могут быть запущены и остановлены.

Сброс ошибок

ПЛК уведомляет о всех сообщений лазерной системы и выходных битов “Ошибка”, ”Программа прервана” и “Предупреждение” на лазер через контакт A4.

Включение пилотного лазера

С помощью контакта A5 можно включить пилот-лазер.

Аналоговое управление включено

Мощность лазера задаётся напряжением на контакты 1 и 2, соответствующее необходимым уровнем мощности.

Остановка программы

Активная программа может быть немедленно остановлена контактом А7.

Вход синхронизации

Этот вход (контакт A15) от ПЛК может быть использован в лазерной программе (ожидание высокого или низкого сигнала).

Включить лазер

Вход C1 используется для включения/выключения источника питания лазера.

Излучение включено

От ПЛК на лазер подается сигнал для излучения выходной мощности больше чем 10% от Pном.(контакт B2).

Излучение включено

От ПЛК на лазер подается сигнал для излучения выходной мощности больше чем 10% от Pном.(контакт B2).

Ошибка

От ПЛК на лазер подается сигнал от контакта B4 для остановки работы.

Аналоговое управление включено

Мощность лазера задаётся напряжением на контакте B6.

Подтверждение запроса

Бит B7 является ответом лазера на бит A1. Если этот бит неактивен входящая, информация игнорируется.

Лазер включен

Контакт B8 подтверждает, что источник питания включен.

Программа активна

От ПЛК на лазер через контакт B9 выполняется лазерная программа.

Конец программы

Лазерная программа полностью выполнена (B10).

Предупреждение

Программа прервана на контакте B11.

Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через интерфейс безопасности представим в таблице 3.

Таблица 3 - Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через интерфейс безопасности

Включение излучения лазера

Сигнал от Цифрового выхода ПЛК к контактам, +24 В к контактам 1,2, включается излучение лазера. Вход активен, если не используется параллельный интерфейс (Hardwiring).

Аварийное отключение

Вход двухканальный для Аварийного отключения.

Канал 1: конт. 17,20

Канал 2: конт. 18, 19

Старт

Между контактами 21-22 подключаются только контакты без напряжения.

Включение излучения лазера

Контакты 3, 4 замыкаются при включенном излучении лазера.

Включенный источник питания

Обеспечивает цепь +24 В на контакте 6 для внешних ламп предупреждения о включении источника питания лазера.

Включение излучения лазера

Обеспечивает цепь +24 В на контакте 8 для внешних ламп предупреждения о наличии излучения.

Включенный источник питания

Обеспечивает цепь +24 В на контакте 9 для внешних ламп предупреждения о включении источника питания лазера.

Аварийное отключение

Выход двухканальный без напряжения.

Канал 1: конт. 11, 14

Канал 2: конт. 12, 13

При нажатии кнопки Аварийное ОТКЛ. размыкаются контакты каналов 1 и 2.

Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через аналоговое управление представим в таблице 4.

Таблица 4 - Управляющие сигналы от ПЛК к лазеру через аналоговое управление

Регулирование выходной мощности лазера

Сигнал от Аналогового выхода ПЛК к контактам 1,2 разъёмам XP4, диапазон напряжения на вход 0…+10В DC соответствует выходной мощности лазера 0-100%

4. выбор программируемого логического контроллера

Для управления роботом используется систематизированный комплекс решений, который позволяет обеспечивать какими-то командами между контроллером SIEMENS и роботом KUKA. В нашем случае используем контроллер S7-1500.

Комплектация контроллера собрана и настроена в конфигураторе, которая приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Конфигурация контроллера S7-1500

На рисунке 2 приведены модули ввода/вывода, использованные в контроллере с указанной адресацией контактов.

На конфигурации представлены следующие модули.

1. Слот 1 - Центральный процессор (CPU 1516F-3 PN/DP)

Назначение процессора CPU 1516F-3 PN/DP:

Для построения систем управления, требующих выполнения программ большого объема, высокой скорости обработки данных и обслуживания систем распределенного ввода-вывода на основе сетей PROFINET IO и PROFIBUS DP. Оснащен дополнительным интерфейсом PROFINET со своим IP адресом.

Параметры центрального процессора приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Параметры процессора

Встроенная рабочая память

· Для программы 1.5 Мбайт

· Для данных 5.0 Мбайт

Загрузочная память

1. Съемная карта памяти SIMATIC Memory Card емкостью до 32 Гбайт

Время выполнения:

· * Логических операций

· * Операций со словами

· Математических операций:

* С фиксированной точкой

* С плавающей точкой

10 нс

12 нс

16 нс

64 нс

Встроенные интерфейсы

* PROFINET IO IRT 1 с встроенным 2-канальным коммутатором, 2x RJ45, 10/100 Мбит/с

* PROFINET 1x RJ45, 10/100 Мбит/с

* PROFIBUS DP 1, до 12 Мбит/с

2. Слоты 2 и 3 - цифровые входы (DI 32x24VDC HF)

Заказной номер: 6ES7521-1BL00-0AB0

Параметры цифрового входа приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Параметры цифрового входа

Напряжение питания:

Номинальное значение (пост. ток)

24 В

Входной ток

Макс. потребление тока 40 мА (20 мА на группу при питании 24 В пост. тока)

Мощность:

Потребляемая мощность шины на задней стенке

Нормальная рассеиваемая мощность

1,1 Вт

4,2 Вт

Цифровые входы

Число входов 32

Входное напряжение:

Вид входного напряжения пост. ток

Номинальное значение (пост. ток)

24 В

для сигнала "0" от -30 до +5 В

для сигнала "1" от +11 до +30 В

Входной ток

для сигнала "1", тип. 2,5 мА

3. Слоты 4 и 5 - цифровые выходы (DQ 32x24VDC/0.5A HF)

Заказной номер: 6ES7522-1BL01-0AB0

Параметры цифрового выхода приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Параметры цифрового выхода

Напряжение питания:

Номинальное значение (пост. ток)

24 В

Входной ток

Макс. потребление тока 60 мА

Мощность:

Потребляемая мощность шины на задней стенке

Нормальная рассеиваемая мощность

1,1 Вт

3,5 Вт

Цифровые выходы

Число выходов 32

Выходной ток

для сигнала "1", номинальное значение 0,5 A

для сигнала "1", диапазон допустимых значений, макс. 0,5 A

для сигнала "0", ток покоя, макс. 0,5 мA

4. Слоты 6 и 7 - Аналоговые входы (AI 8xU/I/RTD/TC ST)

Заказной номер: 6ES7531-7KF00-0AB0

Параметры аналогового выхода приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Параметры аналогового выхода

Напряжение питания:

Номинальное значение (пост. ток)

24 В

Входной ток:

Макс. потребление тока 190 мA; при питании 24 В пост. Тока

Мощность:

Потребляемая мощность шины на задней стенке

Нормальная рассеиваемая мощность

0,6 Вт

4 Вт

Аналоговые входы:

Число аналоговых входов

8

5. Слоты 8 и 9 - Аналоговые выходы AQ 4xU/I ST

Заказной номер: 6ES7532-5HD00-0AB0

Параметры аналогового выхода приведены в таблице 9.

Таблица 9 - Параметры аналогового выхода

Напряжение питания:

Номинальное значение (пост. ток)

24 В

Входной ток:

Макс. потребление тока 190 мA; при питании 24 В пост. Тока

Мощность:

Потребляемая мощность шины на задней стенке

Нормальная рассеиваемая мощность

0,6 Вт

4 Вт

Аналоговые выходы:

Число аналоговых выходов

4

5. Описание алгоритма работы системы управления

Для управления лазером используются режимы такие как: внешнее управление, аналоговое управление и режим с модуляцией.

Рассмотрим их алгоритм работы и составим краткие требования для работы с ними.

а) Работа в режиме внешнего управления («Параллельный интерфейс»).

Это основной режим работы лазера. Лазер должен быть подключен к контроллеру внешнего управляющего устройства (робота) согласно интерфейсу внешнего управления, через разъем ХР1.

Алгоритм работы внешнего управления:

1. Перед началом работы необходимо установить входной сигнал «Запрос лазера», то есть, нужно подать сигнал «1» на бит А1. Сигнал «1» подается на протяжении процесса управления.

2. В ответ лазер устанавливает выходной сигнал «Подтверждение запроса» Как подтверждение, что лазер в данный момент подключен к данному контроллеру, контакт В7 должен иметь «1». Если в течение какого-то времени на контакте B7 не установилась «1», останавливается выполнение программы и выдается предупреждение оператора об ошибке.

3. На С1 подать «1» (включается источник питания лазера).

4. Задать номер программы с помощью битов A8-A14.

5. Перед запуском программы на B1 должна подана быть «1» (готовность лазера к работе).

6. При подаче сигнала «1» на бит А2 программа запускается.

7. После запуска программы логическая «1» приходит на B9. Лазер выполняет лазерную программу (появится подтверждение на бите B9 «Программа активна»).

8. Программа завершена при появлении одновременно сигнала «0» на бите B9 и «1» на B10.

9. Контроллер должен подать на С1 логический «0» для отключения источника питания лазера.

10. Подача «0» на A2, производит чистку B10. Осуществляется конец программы после прекращения запуска программы.

11. После очистки бита B10, сигнал «0» подается на А1. Прекращается запрос лазера.

б) Включение лазерного излучения посредством аналогового сигнала.

Для работы в этом режиме требуется внешняя модуляция и аналоговое напряжение. Аналоговый сигнал используется для установки уровня выходной мощности. 0 В постоянные напряжения соответствует 0 Вт мощности на выходе, 10 В соответствует максимальной выходной мощности.

Алгоритм работы аналогового управления:

1. Перед началом работы необходимо установить входной сигнал «Запрос лазера», то есть, нужно подать сигнал «1» на бит А1. Сигнал «1» подается на протяжении процесса управления.

2. В ответ лазер устанавливает выходной сигнал «Подтверждение запроса» как подтверждение, что лазер в данный момент подключен к данному контроллеру, контакт В7 должен иметь «1».

3. Подать сигнала «1» на бит C1 включает источник питания лазера.

4. Ожидание сигнала «1» на B8 («Лазер включен»).

5. На B1 проходит сигнал «1». Данный бит свидетельствует о готовности лазера к работе.

6. При подаче «1» на A6 активируется аналоговое управление. Номер программы должен быть задан равным 0.

7. На контакты 1 и 2 в разделе аналогового управления подать напряжение, соответствующее необходимым уровнем мощности.

8. B2 дает логическую «1» при излучении лазера выше пороговой мощности (10% от Pном).

9. Проконтролировать уровень мощности на аналоговых входах 3 и 4.

10. Логический «0» на B2 отключается излучение лазера.

11. На С1 подать «0», выключается источник питания лазера.

в) Режим с модуляцией

Для работы в данном режиме требуется внешний сигнал.

Работа с внешней модуляцией: на входы мощности подается импульсное напряжение. Максимальная частота модуляции 5 кГц.

Заключение

В данной работе была разработана система управления, роботизированного комплекса лазерной сварки.

Рассмотрены необходимые датчики для работы с лазером и их предназначение. Были составлены и описаны управляющие сигналы для исполнительных устройств.

Через конфигуратор был подобран контроллер, состоящий из процессора, цифровых и аналоговых входов/выходов.

Составлен алгоритм работы лазера в трех режимах, а именно с внешним управлением, с аналоговым управлением, с модуляцией, и условия для работы с ними.

Список использованных источников

1 Волченко В. Н. Сварка и свариваемые материалы: в 2 т. : технология и оборудование / В.Н. Волченко, В.М. Ямпольский В.М. - М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1996. - 574 с.

2 Григорьянц А. Г. Пространственная структура излучения мощных волоконных лазеров для технологий / А. Г. Григорьянц, В. В. Васильцов. - М. : Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. - 40 с.

3 Григорьянц А. Г. Технологические процессы лазерной обработки: учеб. пособие / А. Г. Григорьянц, И. Н. Шиганов, А. И. Мисюров. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 663 с.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Основные параметры режимов сварки. Стыковая лазерная сварка. Компьютерное моделирование процесса лазерной сварки. Выбор устройства охлаждения для лазера. Подбор охлаждения для головы лазера. Выбор технологической оснастки. Система подачи защитного газа.

    курсовая работа [696,0 K], добавлен 29.05.2015

  • Проектирование роботизированного технологического комплекса сварки верхней дуги комбайна. Выбор технологического и вспомогательного оборудования. Изучение способов калибровки и юстировки осей робота. Схема системы управления роботизированным комплексом.

    курсовая работа [4,1 M], добавлен 03.06.2015

  • Разработка схемы планировки роботизированного технологического комплекса (РТК) горячей штамповки и ее элементов, техническое обеспечение системы управления, схема подключения программируемого логического контроллера (ПЛК), алгоритм и программа управления.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 13.11.2009

  • Анализ режимов лазерной сварки некоторых систем алюминиевых сплавов. Защита сварочного шва от окисления. Пороговый характер проплавления как отличительная особенность лазерной сварки алюминиевых сплавов. Макроструктура сварных соединений сплава.

    презентация [1,7 M], добавлен 12.04.2016

  • Разработка системы управления котельной комплексного сборного пункта с котлоагрегатами ДЕ-6,5/14-ГМ. Выбор конфигурации программируемого логического контроллера. Расчет и анализ системы автоматического регулирования уровня воды в барабане котлоагрегата.

    дипломная работа [3,1 M], добавлен 29.09.2013

  • История разработки технологии лазерной сварки и резки металлов. Назначение и принцип работы широкоуниверсальных компактных лазерных машин серии МЛК4. Состав установки МЛК4-1. Технические параметры координатных столов. Габаритные размеры и масса машины.

    реферат [503,1 K], добавлен 05.01.2014

  • Анализ перспективных методов сварки. Критерии: качество шва, экономичность, сфера применения и условия эксплуатации. Разновидности сварки: cварка взрывом, трением, ручная-дуговая сварка и лазерная. Техника безопасности при проведении сварочных работ.

    реферат [21,1 K], добавлен 02.08.2009

  • Классификация и обозначение покрытых электродов для ручной дуговой сварки. Устройство сварочного трансформатора и выпрямителя. Выбор режима сварки. Техника ручной дуговой сварки. Порядок проведения работы. Процесс зажигания и строение электрической дуги.

    лабораторная работа [1,1 M], добавлен 22.12.2009

  • Описание конструкции, назначение и условия работы сварного узла газотурбинного двигателя. Выбор способа сварки и его обоснование, выбор сварочных материалов и режимов сварки. Выбор методов контроля: внешний осмотр и обмер сварных швов, течеискание.

    курсовая работа [53,5 K], добавлен 14.03.2010

  • Сущность понятия "сварка". Механическая, термическая, электродуговая сварка. Сварка неплавящимся и плавящим электродом. Перечень основных достоинств лазерной сварки. Технология роботизированной сварки, характеристика основных преимуществ применения.

    реферат [10,2 K], добавлен 11.11.2011

  • Обоснование автоматизации роботизированного технологического комплекса штамповки. Анализ путей автоматизации. Разработка системы и структурной схемы управления РТК. Выбор технических средств. Электромагниты, автоматические выключатели и источники питания.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 23.01.2014

  • Определение свариваемости стали. Расчет массы изделия. Выбор способа сварки и сварочных материалов. Ручная дуговая сварка. Выбор сварочных материалов. Определение складских площадей и производственных кладовых. Сварка под флюсом, в защитном газе.

    контрольная работа [1,5 M], добавлен 18.05.2015

  • Исследование принципов работы системы управления влажностью бумажного полота сушильной части БДМ №1; построение функциональной схемы на базе логического программируемого контроллера. Разработка математической модели системы, анализ ее устойчивости.

    дипломная работа [1,5 M], добавлен 27.12.2014

  • Анализ свариваемости трубы из углеродистой стали. Выбор вида автоматической сварки для изготовления шва с заданными свойствами. Разработка технологического процесса согласно расчетам и операциям по ЕСТД. Выбор оборудования и методов оптимизации сварки.

    дипломная работа [936,9 K], добавлен 27.11.2014

  • Применение лазерных технологий в трубопроводном строительстве. Технология лазерной сварки металлов. Синтез управления возмущенным движением автоматических манипуляторов. Расчет элементов матрицы кинематических характеристик через координаты механизма.

    презентация [616,6 K], добавлен 12.12.2016

  • Виды и особенности сварки чугуна. Выбор электродов для сварки чугуна. Горячая сварка чугуна. Холодная сварка чугуна электродами из никелевых сплавов. Охрана труда при сварочных работах. Способы сварки чугуна. Мероприятия по защите окружающей среды.

    презентация [1,6 M], добавлен 13.12.2011

  • Определение параметров свариваемости стали, выбор способов сварки и разработка технологии сборки и сварки пояса в условиях массового или крупносерийного производства. Выбор сварочных материалов и описание технологического процесса сварки стыка пояса.

    реферат [830,4 K], добавлен 27.04.2012

  • Проект автоматической системы управления технологическим процессом абсорбции оксида серы. Разработка функциональной и принципиальной схемы автоматизации, структурная схема индикатора. Подбор датчиков измерения, регуляторов и исполнительного механизма.

    курсовая работа [4,7 M], добавлен 25.12.2010

  • Функциональная и структурная схемы автоматизированной системы. Выбор датчика температуры, преобразователя расхода, исполнительного механизма, программируемого логического контроллера. Расчёт конфигурации устройства управления. Тестирование системы.

    дипломная работа [1,3 M], добавлен 19.01.2017

  • Анализ технологического процесса производства фанеры, выбор основного и вспомогательного оборудования. Выбор захватного устройства для промышленного робота. Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления, выбор датчиков и контроллеров.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 09.01.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.