Моделирование технологического процесса изготовления детали

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тольяттинский государственный университет»

«ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ»

«Автоматизация технологических процессов и производств»

220 400.62 «Управление в технических системах»

КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Вычислительные машины, системы и сети»

на тему: «Моделирование технологического процесса изготовления детали»

Студент О. С. Остапченко Группа УТСб-1101

Преподаватель Г. П. Пиастро Тольятти 2013

1. Описание детали

2. Постановка задачи

3. Краткое описание технологического процесса

4. Выбор основного технологического оборудования

4.1 Выбор станков

4.2 Выбор промышленного робота

4.3 Выбор датчика видеонаблюдения

5. Структура системы безопасности и ограждения

6. Общая компоновка ГАК

6.1. Структура ГАК

6.2. Описание работы и характеристика ГАК

7. Моделирование процесса управления

7.1 Декомпозиция задачи

7.2 Идентификация данных и разработка математической модели

7.3 Проектирование сети Петри

7.4 Исполнение сети Петри

8. Алгоритмизация и программирование

8.1 Создание алгоритма программы

8.2 Программа для контроллера С300

Заключение

Источники информации Приложения

Автоматизированный процесс — процесс в котором часть действий выполняется автоматически, а другая часть требует присутствие оператора.

Этапы автоматизации:

1. Выявление и анализ потоков, предметов и информации.

2. Выбор или проектирование, изготовление средств автоматического обеспечения.

3. Обеспечение функционирования и взаимодействия предметов и информационных потоков.

Гибкая автоматизированная производственная система (ГПС) — быстропереналаживаемый комплекс оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) и систем обеспечения их функционированием и систем обеспечения их функционирования в автоматическом режиме в течении сравнительно длительного времени.

ГПС делится:

1. Гибкие автоматизированные линии (ГАЛ) — совокупность 2х или более единиц тех. оборудования объединяемое автоматической системой управления транспорта и накопления изделий, расположенной в заданной последовательности.

2. Гибкие автоматизированные участки (ГАУ) — совокупность 2х или более единиц тех. оборудования объединяемое автоматической системой управления транспорта и накопления изделий, обеспечивающий процесс обработки по нескольким технологическим маршрутам.

3. Гибкий автоматизированный цех (ГАЦ) — комплекс ГАЛ и ГАУ, включающий так же ГАК, ГПК, ГПМ и др. оборудования предназначенного для выполнения тех. процессов изготовления изделий.

1. Описание детали

Данная деталь — вторичный вал, относится к группе цилиндрических изделий. Основное предназначение вала — передавать крутящий момент. Данный вал ступенчато-переменного сечения (имеет 4 ступени), внутри сплошной. На третьей ступени вала находятся шлицы прямоугольного профиля с центрированием по наружному диаметру. Допуск полного радиального биения цилиндрической поверхности наружного диаметра шлицев допускается не более 0,08 мм. Масса вала 3 кг.

Высокие требования по точности предъявляются тем ступеням вала, которые соприкасаются с подшипниками (цапфам). Нагрузки, воспринимаемыми валом передаются через опорные устройства — подшипники, устанавливаемыми на цапфах вала, на корпуса, рамы или станины машин. При серийном производстве заготовок валов получают методом горячей штамповки.

2. Постановка задачи

Целью разработки алгоритма является:

· обеспечение эффективного управления обработкой детали типа «Вал вторичный» на данном участке.

· поддержание взаимодействия между оператором и контроллером.

3. Краткое описание технологического процесса

Технологический процесс изготовления детали типа «вал вторичный» включает в себя следующие операции:

Таблица 1. Технологический процесс обработки детали

Гибкой и эффективной автоматизации поддаются операции 1−2-3. Их мы объединим для выполнения в составе ГПС.

4. Выбор основного технологического оборудования

4.1 Выбор станков

Токарно-винторезный с ЧПУ СА 6140

Особенности конструкции:

· автоматическая система смазки направляющих и ШВП

· электромагнитным тормоз шпинделя

· массивная литая станина

Тип главного привода:

· поликлиновой ременный привод

· двухдиапазонная автоматическая коробка скоростей

Опции:

· система ЧПУ Siemens

· 8-ми позиционная револьверная головка

· 4-х кулачковый механический патрон

· 3-х или 4-х кулачковый гидравлический патрон

· гидравлическая задняя бабка

· виброопоры

Фрезерный станок с ЧПУ 6Р13−01

Особенности конструкции:

· характерные особенности: базовая модель (автоматические циклы по 3 координатам).

· тип: вертикальный.

Основные преимущества:

· разнообразные автоматические циклы работы станка.

· широкий диапазон частот вращения шпинделя и подач стола.

· большая мощность приводов.

· механизированное крепление инструмента в шпинделе.

· устройство периодического регулирования величины зазора ввинтовой паре продольной подачи.

4.2 Выбор промышленного робота

Портальный робот-манипулятор М-10iA/10S.

Серия роботов M-10iA предлагает огромные возможности перемещения любых грузов до 10 кг. Незаменимый помощник в сортировке различного вида продукции и обслуживании станков.

· Наибольшая грузоподъемность в своем сегменте, до 10 кг.

· Идеальное решение для загрузки/разгрузки.

· Высокий допустимый крутящий момент и инерция на запястье для сложных инструментов и операций монтажа.

· Перемещение инструмента и изделия на высоких скоростях.

4.3 Выбор датчика

Видеодатчик технического зрения SIMATICVS 120 имеет следующие области применения:

· Правильность объектов.

· Позиционирование для задач «найти и поднять» .

· Контроль наличия.

· Контроль положения.

· Проверка целостности объектов.

При обработке на токарных станках возникает необходимость контроля положения заготовки в патроне станка. Для реализации данного контроля предлагается использовать видеодатчики технического зрения.

5. Структура системы безопасности и ограждения

Всё оборудование расставлено в соответствии с требованиями техники безопасности.

С целью обеспечения безопасности подход людей к работающему оборудованию ограничен.

Кабина оператора оснащена кнопкой всеобщей остановки.

Периметр участка огорожен металлическим забором с целью недопущения попадания погрузчиков и неработающего на участке персонала на территорию участка в непредусмотренных для этого местах и для визуального обозначения периметра ГАК. Расстояние между станками 0,8 м расстояния от станков до ограждения 0,8−1м.

6. Общая компоновка ГАК

6.1 Структура ГАК

Средствами используемыми при решении задачи управления рассматриваемого ГАК являются двухконтурная система управления, включающая на первом уровне локальные системы управления отдельными агрегатами, а на втором программируемый логический контроллер, систему датчиков, устройства ввода/вывода и средства связи с оператором. Соответственно локальные системы управления обеспечивают весь комплекс необходимых действий для успешного ведения техпроцесса на каждой единице оборудования.

Исходными данными для решения задачи управления рассматриваемого ГАК является информация, получаемая вкупе от системы датчиков.

6.2 Описание работы и характеристика ГАК

Таблица 2.1. Входные сигналы для системы управления второго уровня

Таблица 2.2. Выходные данные для системы управления второго уровня

7. Моделирование процесса управления

7.1 Декомпозиция задачи

алгоритм управление автоматизированный деталь Управление сводится к выдаче сигналов ЛСУ оборудования (в определенные моменты времени), соответствующих состоянию системы в целом в зависимости от существующих условий.

Для организации работы ГАК необходимо решить следующие задачи:

1. организация обработки заготовок на станках;

2. организация процесса загрузки роботом технологического оборудования;

3. организация процесса разгрузки роботом технологического оборудования.

Для выполнения данных задач необходимо определить условия их выполнения.

1. Для запуска программы обработки заготовки на станке необходимо выполнение следующих условий:

* исправность всех систем оборудования;

* наличия заготовки в патроне оборудования;

* отсутствия операторского запрета операции;

По окончании обработки заготовки, ЛСУ станка посылает сигнал дальше.

2. Для загрузки станка роботом необходимо выполнение следующих условий:

* позиционирования возле загружаемого станка;

* отсутствие заготовки/полуфабриката в патроне оборудования;

* наличие заготовки/полуфабриката в схвате робота;

* исправности систем робота;

* отсутствие операторского запрета на выполнение операции;

3. Для разгрузки станка роботом необходимо выполнение следующих условий:

* завершенность обработки заготовки на данном станке;

* наличия полуфабриката в патроне станка;

* отсутствие заготовки/полуфабриката в схвате;

* отсутствия операторского запрета на выполнение операции;

7.2 Идентификация данных и разработка математической модели

Для моделирования процесса управления разработаем математическую модель — систему математических соотношений, приближенно, в абстрактной форме описывающих исследуемый процесс управления участком.

Вначале проведем идентификацию описанных входных и выходных данных системы управления ГАУ второго уровня и сведем управляющие переменные разрабатываемой математической модели в табл. 3.1. и 3.2.

Таблица 3.1.Идентификация входных данных

Таблица 3.2. Идентификация выходных данных

Интерпретируем математическую модель — составим соотношения предусловий и условий (см. табл. 3.3).

Таблица 3.3. Разработка модели

7.3 Проектирование сети Петри

Для построения сети Петри приведем в соответствие множество позиций множеству описанных входных сигналов, множество переходов — множеству выходных сигналов. Для последующего анализа корректности построенной сети Петри произведем ее исполнение, обозначив множества входных I(t) и выходных O(t) функций.

Сети Петри имеют удобную графическую форму представления в виде графа, в котором позиции изображаются кружками, а переходы прямоугольниками или «полочками».

Само по себе понятие сети имеет статическую природу. Для задания динамических характеристик используют понятие маркировки. Графически маркировка изображается в виде точек, называемых метками, и располагающихся в кружках, соответствующих местам сети.

Свяжем позиции сети Петри с элементами разработанной математической модели (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1. Соответствие множества позиций сети Петри множеству входных сигналов

Поставим в соответствие переходам сети Петри выходные сигналы (см. табл. 4.2).

Таблица 4.2 Соответствие множества переходов сети Петри множеству выходных сигналов

Таблица 4.3. Множества входных и выходных функций

7.4 Исполнение сети Петри

Построение сети Петри представлено в Приложении 1

8. Алгоритмизация и программирование

8.1 Создание алгоритма программы

Блок схема работы участка представлена в Приложении 2. Здесь следует отметить, что завершение работы робота Р в любом из режимов приводит к «окончанию опроса» — ВЕ, т. е. контроллером получен сигнал о выполненных действиях робота Р или сигналы об окончании обработки станков. Здесь:

· Е1 — окончание загрузки станка С1

· Е2 — окончание обработки на станке С1

· Е3 — окончание разгрузки станка С2

· Е4 — окончание загрузки станка С2

· Е5 — окончание обработки на станке С2

· Е6 — окончание разгрузки станка С1

При запуске программы запускается блок ОВ1, предназначенный для управления последовательностью выполнения частей программы. Он программируется оператором, но вызывается системной программой и обеспечивает взаимодействие между системной программой и программами режимов работы (робота и станков) — программные блоки РВ1. (функционально законченный фрагмент обработки каждого режима). После выполнения РВ1 продолжается выполнение основной программы.

Таблица 5.1. соответствие входных сигналов контроллера математическим переменным

Таблица 5.2. Соответствие выходных сигналов контроллера математическим функциям

8.2. Программа для контроллера С300

Ниже описан фрагмент программы системы управления движением робота Р (на языке программирования «Интервью»).

OB 1:

U E 1.0 ; опрос состояния схвата (Х4)

SPB PB1 ; если в схвате есть заготовка, то вызов программного блока PB1

SPB =END

…

END: BE

PB 1:

U E 1.2 ; проверка сигналов и Х2 и Х8

UN E 1.3 ;

SPB = M1

U E 1.2 ; проверка сигналов Х2 и Х15

UN E 1.7 ;

SPB = M2

SPA = END

M1: U E 1.4 ;если патрон С1 зажат (Х9)

SPB = M3 ;переход на М3

UN T 2 ;время истекло?

SPB = END

= A 3.0 ;выдача сигнала на загрузку станка С1

U E 3.0; установка таймера

LW KT 354.0; на 3.54 с

SI T2 ;

SPA = END

M3: = A 3.2; сигнал на остановку процесса и переход на конец

SPA = END ;

M2: U E 2.0; проверка состояния патрона станка С2 (Х17)

SPB = M4

UN T 5 ; время истекло?

SPB = END

= A 3.1 ; выдать сигнал на загрузку станка С2

U E 3.0; установка таймера

LW KT 354.0; на 3.54 с

SI T5 ;

SPA = END

M4: = A 3.2; сигнал на остановку процесса и переход на конец

SPA = END ;

END: BE

Заключение

Итак, в процессе разработки системы управления ГАУ было выделено ее основное назначение — выполнение производственных и информационных функций: контроль параметров технологического процесса и состояния конкретной единицы оборудования с обнаружением неисправностей его систем и реализация приема, обработки и передачи информации о состоянии средств исполнения управления и результатов технологического процесса обработки деталей на данном ГАУ.

В настоящей работе была достигнута цель разработки алгоритма системы управления ГАК обработки детали типа «вторичный вал», обеспечивающего однозначность условий формирования управляющих команд.

Источники информации

1. Емельянова Н. З., Партыка Т. Л., Попов И. И. Основы построения автоматизированных информационных систем. Учебное пособие. М., 2000.

2. Методическое пособие по изучению языка программирования промышленного контроллера С300. Тольятти: ТГУ, 2003.

Приложения

Приложение 1

Приложение 2