Проект системы управления робото-технологическим комплексом штамповки

КУРСОВАЯ РАБОТА

Проект системы управления робото-технологическим комплексом штамповки

В последнее время существенно возросла роль автоматизации производственных процессов практически во всех сферах производства. Это объясняется необходимостью выживания предприятий в рыночных условиях, а, следовательно, необходимостью повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции, обеспечения гибкости производства и приемлемых условий труда.

Автоматизация технологических процессов и производств — область науки и техники, которая включает совокупность средств, методов и способов внедрения и обеспечения оптимального функционирования систем автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.

Проблема повышения уровня автоматизации очень актуальна, так как позволяет снизить экономические затраты на проведение ремонтных и наладочных работ, повысить качество обработки, освобождает человека от тяжелой и монотонной работы. Повышение уровня автоматизации приведёт к общему увеличению экономической прибыли отечественного производства в условиях жесткой конкуренции на отечественных и международных рынках продукции машиностроения, в частности, повышения рентабельности базового объекта автоматизации, который имеет множество преимуществ и недостатков: технологических, функциональных, экономических, конструктивных и др.

Среди технических средств автоматизации в последнее время широкое распространение получили промышленные контроллеры. Среди данных устройств выделяют две группы: программируемые логические контроллеры и PC-контроллеры. Программируемые контроллеры широко применяются как в промышленности, так и в бытовом хозяйстве.

Курсовая работа посвящена разработке автоматизированной системы управления технологическим процессом штамповки.

Актуальность выбранной темы курсового проекта состоит в повышении производительности штамповки деталей посредством применения пары промышленных роботов портального типа, работающих синхронно, освобождении рабочего персонала от монотонной работы загрузки и разгрузки, перемещения и снятия обработанной детали.

1. Обоснование необходимости автоматизации РТК штамповки

1.1 Характеристика РТК штамповки

В состав РТК штамповки входят (рисунок 1.1): два пресса, два промышленных робота (ПР1 и ПР2) и три накопителя. Обрабатываемые детали размещаются в накопителях. Загрузочно-разгрузочные операции выполняются промышленные роботы.

Рисунок 1.1 — РТК штамповки

1. Пресс 1

2. Пресс 2

3. Промышленный робот 1

4. Промышленный робот 2

5. Накопитель 1

6. Накопитель 2

7. Накопитель 3

автоматизация управление штамповка Схема планировки РТК штамповки приведена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 1).

В общем случае отдельными элементами (тактами) технологического цикла работы РТК являются:

1. Поворот ПР1 к накопителю 1.

2. Поворот ПР1 к прессу 1.

3. Поворот ПР1 к накопителю 2.

4. Поворот ПР2 к накопителю 2.

5. Поворот ПР2 к прессу 2.

6. Поворот ПР2 к накопителю 3.

7. Выдвижение руки ПР1.

8. Задвижение руки ПР1.

9. Зажим схвата ПР1.

10. Разжим схвата ПР1.

11. Выдвижение руки ПР2.

12. Задвижение руки ПР2.

13. Зажим схвата ПР2.

14. Разжим схвата ПР2.

15. Рабочий ход пресса 1.

16. Рабочий ход пресса 2.

ПР1 осуществляет захват детали (см. табл. 1.1), находящейся в накопителе 1 и перемещение ее в рабочую зону пресса 1 (такты 1−4). Выполняются разжим схвата ПР1 (такт 5) и задвижение руки ПР1 (такт 6). Затем выполняется рабочий ход пресса (такт 7), по окончании которого ПР1 перемещает обрабатываемую деталь в накопитель 2 (такты 8−12). ПР1 осуществляет поворот к накопителю 1, одновременно ПР2 — к накопителю 2 (такт 13). ПР1 и ПР2 параллельно выполняют захват деталей из накопителей 1 и 2 соответственно и их перемещение в рабочие зоны прессов 1 и 2 (такты 14−18). После выполнения прессами рабочих ходов (такт 19), ПР1 и ПР2 загружают детали в накопители 2 и 3 соответственно (такты 20−24). После этого цикл работы РТК повторяется, начиная с такта 13.

Таблица 1.1 — Последовательность циклов работы РТК штамповки

Автоматизация прессовых установок посредством использования управляемых промышленных роботов имеет следующие положительные технико-экономические эффекты:

1. Замена монотонного и рискованного ручного труда — машинным трудом.

2. Увеличение количества производимых единиц продукции по отношению к единице времени.

3. Увеличение качества и ассортимента изготавливаемой продукции.

1.2 Анализ путей автоматизации

Разработки по автоматизации РТК штамповки ведутся уже давно, примерно с начала 70-х годов. В 80-е годы на предприятии «Завод средств комплексной автоматизации» были разработаны и серийно выпускались робото-технологические комплексы для штамповки РТК-206 и РТК-206М. Всего предприятием было выпущено 300 таких комплексов. В настоящее время многие предприятия используют собственные разработки.

Схема компоновки данных РТК чаще всего идентична. Схема компоновки реально существующего РТК, применяющегося на многих предприятиях, представлена на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2. Типовая схема компоновки РТК штамповки Автоматизация данного технологического процесса может быть выполнена с применением различных технических решений, наиболее распространенными из которых являются автоматизация на основе промышленного компьютера или автоматизация с применением локальной системы управления на основе промышленного контроллера. Первый вариант наиболее предпочтителен, когда требуется управлять сложными процессами. Промышленный компьютер представляет собой IBM-совместимый компьютер, часто реализованный на одной печатной плате, и обладающий значительной защитой от факторов окружающей среды. Соответственно, одной из самых выгодных черт промышленного компьютера является возможность написания сложных программ на языках высокого или низкого уровня, которые могут быть более функциональными, чем языки релейно-контактных схем, применяющиеся в программируемых логических контроллерах.

Отрицательными чертами промышленных компьютеров являются высокая цена и необходимость создавать или закупать устройство сопряжения датчиков с шиной компьютера. При большом количестве датчиков эти устройства могут быть весьма сложны, и не приемлемы.

Для менее сложных дискретных процессов наиболее подходящей системой управления является система на основе программируемых логических контроллеров. В настоящее время представлен широкий спектр этих устройств, и исходя из задач автоматизации, можно выбрать подходящее по цене решение.

1.3 Разработка технического задания

Наименование и область применения

Робото-технологический комплекс штамповки применяется в машиностроительном производстве с целью обработки заготовок (деталей) из сталей и сплавов цветных и черных металлов методом холодной объемной штамповки.

Основание для разработки

Основанием для разработки является учебный план для специальности 220 301 «Автоматизация технологических процессов и производств».

Цель и назначение разработки

Целью разработки является достижение положительного экономического эффекта путем повышения производительности и точности выполнения операций штамповки и замены ручного труда — машинным.

Назначением разработки является создание автоматизированной локальной системы управления РТК штамповки с помощью программируемого логического контроллера, управляющего исполнительными механизмами на основе входных сигналов с устройств контроля состояния РТК.

Источники разработки

Основными источниками разработки послужила учебная и справочная литература, которая указанна в списке использованных источников.

Режимы работы объекта

Объект управления работает в двух режимах:

1. Пуск цикла. Пуск цикла работы начинается после нажатия на кнопку «Пуск» на пульте оператора и сигнала от системы управления процессом штамповки. Во время пуска цикла происходит включение магнитного пускателя и гидростанции, отвечающих за повороты ПР1 и выдвижение его механической, захватывающей деталь, части к накопителю 1. Далее РТК начинает работать в автоматическом режиме.

2. Остановка цикла. Остановка цикла работы происходит при нажатии на кнопку «Стоп», находящуюся на пульте оператора, которая возвращает в исходное положение кнопку «Пуск».

Условия эксплуатации системы управления

Условия эксплуатации системы управления РТК штамповки следующие:

1. Температура окружающей среды во время работы: 0…+55°С

2. Относительная влажность воздуха 5…95% (без конденсации)

3. Атмосферное давление 795…1080 ГПа

4. Вибрации:

5…9 Гц (постоянная амплитуда 3,5 мм)

9…150 Гц (постоянное ускорение 1g)

5. Напряженность электромагнитного поля 10В/м

6. Токи высокой частоты в кабелях и их экранах 10В

7. Допустимый диапазон напряжения питания 20,4В…28,8В

8. Длина линии (неэкранированной) до100 м

Технические требования

1. Управляющий контроллер и источник питания постоянного тока монтировать внутри электрошкафа.

2. Проводной монтаж выполнить при помощи цельных или крученых проводов следующего сечения:

1x2,5 мм²;

2x1,5 мм² для каждого второго отделения клеммника.

При использовании крученого провода соединение выполнить при помощи обжимного наконечника.

3. Крутящий момент при присоединении 0,4…0,5 Нм.

4. Сверху и снизу блоков должны быть предусмотрены зазоры величиной 2 см для отвода тепла.

5. Обмотки реле постоянного тока шунтировать диодами.

6. Безопасность обеспечивается отсутствием на схеме неизолированных опасных для человека цепей.

Стадии и этапы разработки

Разработку устройства можно разбить на следующие этапы:

1. Получение задания на разработку курсового проекта (ЙЙ-я половина января 2009 г.);

2. Анализ путей модернизации системы управления (ЙЙ-я половина января 2009 г. — Й-я половина февраля 2009 г.);

3. Разработка структуры системы управления (Й-я половина февраля 2009 г.);

4. Выбор устройства управления (Й-я половина февраля 2009 г.);

5. Выбор типа и моделей датчиков состояния (ЙЙ-я половина февраля 2009 г.);

6. Составление программы управления (ЙЙ-я половина февраля 2009 г. — Й-я половина марта 2009 г.);

7. Разработка электрической схемы подключения устройств (ЙЙ-я половина февраля 2009 г.);

8. Составление расчетно-пояснительной записки (ЙЙ-я половина февраля 2009 г. — Й-я половина марта 2009 г.).

Порядок контроля и приемки

Текущий контроль проекта осуществляется руководителем проекта на каждом этапе его разработки. Прием проекта должен осуществляться комиссией. Минимальное количество членов комиссии — два человека. При защите проекта необходимо предоставить расчетно-пояснительную записку, планировку РТК, циклограмму работы системы управления РТК, структурную схему, электрическую схему подключения датчиков и исполнительных устройств.

2. Разработка системы управления РТК штамповки

2.1 Разработка структуры системы управления

Разработка оптимальной структуры системы управления является основополагающим фактором успешного функционирования системы и эффективного осуществления поставленных задач.

Система управления должна быть оптимальной с точки зрения надежности, долговечности, безопасности, совместимости. С экономической точки зрения необходимо провести анализ по соотношению цена-качество с целью отыскания наиболее экономичного решения, полностью удовлетворяющего поставленной задаче.

Ввиду того, что поставленной задачей является управление дискретным технологическим процессом, в качестве управляющего модуля применим программируемый логический контроллер.

Для осуществления операций управления, в контроллер необходимо вводить сигналы с устройств, контролирующих состояние исполнительных механизмов. Структура контроллера должна поддерживать возможность ввода информации с дискретных датчиков. На дискретные входы контроллера должны подаваться сигналы с датчиков, передающих такие параметры объекта управления, как положение промышленного робота, положение руки промышленного робота, а также состояние прессов.

Для того чтобы контроллер мог управлять исполнительными механизмами в последовательности, определенной циклом программы управления, необходимо чтобы в состав структуры контроллера входил блок дискретных выводов.

В случае недостаточного количества дискретных входов или выходов, необходимо включить в состав системы управления, так называемые модули расширения, представляющие собой устройства, в составе которых содержаться дополнительные входы и выходы, сигналы с которых обрабатываются контроллером. Таким образом, функции этих блоков сводятся лишь к увеличению числа входов и выходов, а все логические операции выполняются центральным модулем — контроллером.

Для монтажа различного рода силовых блоков и блоков управления используются электрошкафы. Это удобно и безопасно, так как все силовые части изолированы от контакта с человеком.

Для запуска и остановки цикла должен быть создан пульт оператора, в состав которого входит тумблера запуска и остановки.

Движения механической части системы чаще всего осуществляются при помощи электроприводов и гидроцилиндров. Используем электрический привод для выполнения поворота руки промышленного робота в заданное положение. Подача питающего напряжения на привод осуществляется при помощи магнитных пускателей.

Для операций выдвижения, задвижения, а также выполнения захвата деталей целесообразно использовать гидроприводы, состоящие из гидроцилиндров и гидрораспределителей, управляемых электромагнитами.

Устройства, обеспечивающие движения механической части системы, пространственно расположены на промышленном роботе.

Структурная схема системы управления представлена на листе 3 графической части курсовой работы.

2.2 Проектирование программно-логической подсистемы управления дискретным технологическим процессом

Выбор технической организации элементов подсистемы

Первым этапом проектирования программно-логической системы управления дискретным технологическим процессом является выбор серийных информационных и исполнительных устройств, а также — управляющего устройства.

Программируемый логический контроллер

Программируемые логические контроллеры (ПЛК) предназначены для сбора и анализа информации с первичных датчиков, измерения и сравнения параметров, логической обработки сигналов по заданным алгоритмам и выдачи управляющих команд на исполнительные механизмы.

При программировании промышленных ПЛК используется один из стандартных языков программирования, закрепленных в стандарте IEC 6−1131−3 (IL, ST, LD, SFC, FBD).

В настоящее время используются системы автоматизации на базе ПЛК, связанных с персональным компьютером. Они получают все большее распространение благодаря удобству, доступности, дружественному интерфейсу и низкой стоимости.

Открытые протоколы, стандартизация отдельных компонентов и свершившийся всеобщий переход на контрактное производство стирает различия между категориями контроллерных устройств и даже между изделиями разных марок. Это позволяет собирать управляющие комплексы на базе микропроцессоров нового поколения из модулей разных производителей. Поэтому определить класс и тип контроллеров, наилучшим образом подходящий для решения конкретных производственных задач, целесообразнее всего исходя из соотношения цена / качество, сроков поставки и условий сервисного обслуживания.

При выборе ПЛК необходимо учитывать следующие основные факторы:

1. Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции).

2. Функциональное назначение (ПИД-регулирование, управление системами теплои водоснабжения, измерение и счет данных, терморегулирование, аварийная защита и блокировка и т. д.).

3. Количество входов / выходов (цифровых и аналоговых).

4. Требуемая скорость передачи данных.

5. Условия регистрации и хранения данных.

6. Требования к панели оператора.

7. Язык программирования.

8. Интерфейс.

9. Каналы связи (проводной, беспроводной).

10. Режим и условия эксплуатации.

В данном проекте необходимо, чтобы управляющий контроллер удовлетворял следующим требованиям:

1) Количество входов: 16, количество выходов: 13;

2) Контроллер должен иметь возможность подключения к выходам как нагрузки переменного тока, так и нагрузки постоянного тока;

3) Должен иметь входа на 220 В переменного тока;

4) Контроллер должен быть с жидкокристаллическим дисплеем и кнопками управления;

5) Возможность монтажа на DIN-рейку.

На рынке существует множество контроллеров, удовлетворяющих приведенным выше требованиям. В качестве подходящих для нашей системы управления контроллеров будем рассматривать малогабаритные малоканальные промышленные контролеры с возможностью наращивания числа точек подключения. В силу специфики поставленной задачи, в частности, числа входных и выходных сигналов, сложности реализации алгоритма управления, наиболее подходящими в этом плане являются 3 промышленных контроллера: программируемые реле ZEN фирмы OMRON (Рисунок 2.1), контроллеры SIMATIC S7−200 торговой марки SIEMENS (Рисунок 2.2) и ОВЕН ПЛК-100 (Рисунок 2.3).

Рис. 2.1 Программируемые реле ZEN фирмы OMRON

Рис. 2.2 Контроллеры SIMATIC S7−200 торговой марки SIEMENS

Рис. 2.3 Контроллер ОВЕН ПЛК-100

Все они имеют недостаточное количество дискретных входов / выходов, следовательно, необходимо использовать модули расширения к ним.

Данные контроллеры имеют разные языки программирования. Контроллеры SIMATIC S7−200 программируются в виде функциональных блоковых диаграмм (FBD), представленных в виде традиционной контактной логики. Программируемые реле ZEN программируются с помощью релейно-контактных схем (LAD), а ОВЕН программируется в универсальной среде программирования CoDeSys. Для персонала, не имеющего специальной подготовки, язык релейно-контактных схем является наиболее простым.

К контроллерам ZEN и SIMATIC S7−200 прилагается программное обеспечение, предназначенное для разработки и отладки программ. Компания OMRON разработала для своих контролеров серии ZEN специальную среду разработки под названием Zen Support Softwafre, имеющую встроенный эмулятор. Среда отличается определённым удобством программирования, наглядностью и широкими возможностями, позволяющими в полной мере использовать функционал контроллера.

Т.к. в данном курсовом проекте не нужен дорогой контроллер с расширенными функциями, то выбираем промышленный контроллер торговой марки Siemens. Набор функций контроллеров SIMATIC S7−200 полностью удовлетворяет поставленной задаче.

Описание промышленного контроллера SIMATIC S7−200

Промышленные контроллеры SIMATIC S7−200 имеют хорошие показатели цена / качество. Данные контроллеры имеют простой интерфейс программы для создания и отлаживания релейно-контактных схем.

Выбираем контроллер CPU 226 с дискретным вводом / выводам. Данный контроллер имеет 24 дискретных входа и 16 дискретных выходов.

Программируемый логический контроллер CPU 226 имеет следующие характеристики:

— напряжение питания: 24 В;

— допустимое изменение напряжения питания: от 20.4 до 28.8 В;

— максимальная потребляемая мощность: 6,5 Вт;

— виброустойчивость: от 10 до 57 Гц (при амплитуде 0.075 мм);

— температура окружающей среды: от 0 до 55єС;

— влажность окружающей среды: от 10% до 90% (без конденсации);

— отсутствие в атмосфере коррозийных газов;

— степень защиты: IP20 (при монтаже на панель).

Входы управляющего контроллера ввода / вывода имеют следующие характеристики:

— входное напряжение 24 В +10%, -15%;

— входное сопротивление: 4.8 кОм;

— номинальный входной ток: 4 мА;

— напряжение включения: 16…24 В;

— напряжение выключения 0…5 В;

— гальваническая развязка при помощи оптопары.

Данный контроллер ввода / вывода имеют возможность подключения к выходным клеммам, как нагрузок переменного тока, так и нагрузок постоянного тока.

Выходы управляющего контроллера ввода / вывода имеют следующие характеристики:

— максимальная коммутационная способность по перемен. току: 250 В/8 А (cosц=1);

— максимальная коммутационная способность по пост. току: 24 В/6 А;

— минимальная коммутационная способность по пост. току: 5 В/10 мА.

Магнитные пускатели

Магнитный пускатель — исполнительное устройство, предназначенное для включения / выключения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Рука промышленного робота должна выполнять передвижения вправо и влево. Для этой цели необходимы электроприводы. Электроприводы требует в свою очередь наличия магнитных пускателей.

В качестве магнитных пускателей выбираем отечественные недорогие контакторы КМИ-10 910 электротехнической компании «ИЭК» (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 — Магнитный пускатель КМИ-10 910

Данный магнитный пускатель имеет следующие технические характеристики:

— номинальное рабочее напряжение переменного тока: 220 В;

— номинальный рабочий ток: 9 А;

— номинальная мощность по категории применения АС-3: 2,2−5,5 кВт;

— номинальное напряжение катушки управления: 220 В;

— мощность потребления катушки: 60 ВА;

— температура окружающей среды: от -40єС до +50єС;

— степень защиты по ГОСТ 14 254–96: IP20;

— количество и вид контакторов: 1з (замыкающий).

По своим конструктивным и техническим характеристикам контакторы малогабаритные серии КМИ соответствуют требованиям международных и российских стандартов МЭК60 947−4-1−2000, ГОСТ Р50 030.4.1−2002.

Гидрораспределители

В курсовом проекте необходимо использовать гидрораспределители: для задвижения рук промышленных роботов, для выдвижения рук промышленных роботов, для зажимов деталей схватами рук, для разжимов деталей схватами рук.

Электромагниты, входящие в состав золотников, должны срабатывать при подаче постоянного напряжения 24 В. Данное условие исключает опасность поражения человека электрическим током при обрыве провода.

Выбираем двухсекционные гидрораспределители с двумя электромагнитами постоянного тока, а также с одним электромагнитом и пружинным возвратом.

Бесконтактные путевые выключатели

Для получения информации о состоянии накопителей используются путевые выключатели.

В курсовой работе используется датчик наличия детали в накопителе 1 (BQ1).

Данный путевой выключатель должен быть бесконтактным.

Учитывая приведенное выше условие, выбираем индуктивные датчики. Индуктивные датчики, по сравнению с другими типами датчиков положения, обладают более высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью и, что весьма существенно, низкой стоимостью.

Выбираем индуктивные цилиндрические датчики фирмы PEPPERL+FUCHS (рисунок 2.5). Чувствительной частью цилиндрических датчиков является торцевая плоскость, перпендикулярная к оси датчика.

Рисунок 2.5 — Индуктивные цилиндрические датчики фирмы PEPPERL+FUCHS

Выбираем датчики серии NBB15−30GM60-E2-C-V1. Датчики данного типа имеют следующие характеристики:

— диапазон срабатывания: 15 мм;

— диаметр корпуса: 30 мм;

— длина датчика: 60 мм;

— устойчивость к магнитным полям;

— устойчивость к вибрации частотой 10…55 Гц (при амплитуде 1 мм);

— диапазон рабочих температур: -25єС…+70єС;

— напряжение питания постоянного тока: 24 В;

— максимальная величина времени задержки включения: 300 мс;

— степень защиты: IP67.

По способу установки выбранный датчик BQ1относят к встраиваемым. Преимуществом встраиваемых датчиков, по сравнению с обычными датчиками, являются высокая степень механической защиты. Эти датчики имеют два вида защиты: от неправильной полярности питания (использование встроенного диода либо диодного моста позволяет создавать так называемый толерантный к полярности датчик) и от короткого замыкания (при превышении допустимого значения тока выход периодически закрывается-открывается с соотношением времени обоих состояний Тоткр. / Тзакр.=1/100).

Кнопки

Кнопки используются в качестве дискретных устройств ручного ввода управляющей информации с пульта оператора.

Кнопки необходимы для подачи устройству управления команд «Пуск» и «Стоп». Они должны быть без фиксации, нормально-разомкнутые.

Для этой цели выбираем специальные антивандальные кнопки PSW-65 (рисунок 2.6).

Рисунок 2.6 — Кнопка PSW-65

Контактные путевые выключатели

Для получения информации о состоянии положения промышленных роботов используется 12 путевых выключателей.

Для реализации цикла управления необходимо подавать на входы микроконтроллера сигналы с датчиков состояния исполнительных механизмов. Датчики должны быть совместимыми с контроллером. Их необходимо выбирать из списка совместимых датчиков. Выбираем выключатели, обладающие высокой надежностью и доступные по цене, — Siguard 3SE3.

Их основные достоинства:

— Различные конструкции корпусов.

— Недорогой пластмассовый корпус и прочный металлический корпус с высокой степенью защиты IP66 или IP67.

— Эксплуатация в тяжелых условиях.

— Стойкость к внешним воздействиям.

Выключатели Siguard 3SE3 имеют следующие характеристики:

— диапазон срабатывания: 30 мм;

— диаметр корпуса: 65 мм;

— длина датчика: 90 мм;

— устойчивость к магнитным полям;

— устойчивость к вибрации частотой 10…55 Гц (при амплитуде 1 мм);

— диапазон рабочих температур: -25єС…+70єС;

— напряжение питания постоянного тока: 24 В;

— максимальная величина времени задержки включения: 300 мс;

— степень защиты: IP67.

Источник питания постоянного тока

Для обеспечения питающими напряжениями входных и выходных цепей, а также питания самого управляющего контроллера необходимо подобрать источник питания постоянного тока.

Для исключения влияния помех выходных цепей на входные необходимо выбрать два отдельных источника питания постоянного тока.

Выбираем источники питания постоянного тока SITOP (рисунок 2.7).

Рисунок 2.7 — Источник питания постоянного тока SITOP

Источник питания SITOP имеет следующие характеристики:

— входное напряжение переменного тока: 220 В;

— выходное напряжение постоянного тока: 24 В;

— мощность: 30 Вт;

— выходной ток: 3,5 А;

— температура окружающей среды: −25…+75єС;

— влажность воздуха: 10…90% (без конденсации);

— виброустойчивость: 10…55 Гц (при амплитуде 0,375 мм).

Автоматические выключатели

Для предотвращения токов короткого замыкания во входной и выходной цепи источника питания необходимо поставить автоматически выключатели.

Рассчитаем токи входных и выходных цепей источника питания и подберем автоматические выключатели.

Номинальный входной ток цепи рассчитаем по формуле:

(2.1),

где I_ВХ — номинальный входной ток, А;

P — мощность источника питания постоянного тока, Вт;

U_ВХ — напряжение входной цепи, В.

Выбираем автоматический выключатель из серии ВА47−29 1Р 0,5А на ток 0,5 А. Внешний вид выключателя представлен на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 — Автоматический выключатель ВА47−29 1Р 0,5А

Номинальный выходной ток определим по формуле:

(2.2),

где I_ВЫХ — номинальный выходной ток, А;

P — мощность источника питания постоянного тока, Вт;

U_ВЫХ — напряжение выходной цепи, В.

Выбираем автоматический выключатель ВА47−29 1Р 2А на ток 2А. Внешний вид выключателя ВА47−29 1Р 2А аналогичен ВА47−29 1Р 0,5А.

На основе выбранных технических средств автоматизации строим электрическую схему подключения.

Электрическая схема подключения приведена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 4).

Разработка и анализ алгоритма управления

В общем случае технологический цикл работы РТК содержит 24 такта:

1. Поворот ПР1 к накопителю 1;

2. Выдвижение руки ПР1;

3. Зажим схвата ПР1;

4. Поворот ПР1 к прессу 1;

5. Разжим схвата ПР1;

6. Задвижение руки ПР1;

7. Рабочий ход пресса 1;

8. Выдвижение руки ПР1;

9. Зажим схвата ПР1;

10. Поворот ПР1 к накопителю 2;

11. Разжим схвата ПР1;

12. Задвижение руки ПР1;

13. Поворот ПР1 к накопителю 1; Поворот ПР2 к накопителю 2;

14. Выдвижение руки ПР1; Выдвижение руки ПР2;

15. Зажим схвата ПР1; Зажим схвата ПР2;

16. Поворот ПР1 к прессу 1; Поворот ПР2 к прессу 2;

17. Разжим схвата ПР1; Разжим схвата ПР2;

18. Задвижение руки ПР1; Задвижение руки ПР2;

19. Рабочий ход пресса 1; Рабочий ход пресса 2;

20. Выдвижение руки ПР1; Выдвижение руки ПР2;

21. Зажим схвата ПР1; Зажим схвата ПР2;

22. Поворот ПР1 к накопителю 2; Поворот ПР2 к накопителю 3;

23. Разжим схвата ПР1; Разжим схвата ПР2;

24. Задвижение руки ПР1; Задвижение руки ПР2;

Составим словесное описание алгоритма работы технологического объекта.

При запуске цикла производятся проверка наличия детали в накопителе 1 при помощи датчика BQ1, при отсутствии детали, включается магнитный пускатель КМ5. При поступлении сигнала с датчика BQ1 происходит отключение магнитного пускателя КМ5. Включением магнитного пускателя КМ3 ПР1 осуществляет поворот к накопителю 1. Как только ПР1 достигает зоны накопителя 1, срабатывает датчик положения SQ1, магнитный пускатель КМ3 отключаются, происходит включение электромагнита YA1 и начинается выдвижение руки ПР1. При полном выдвижении руки срабатывает датчик SQ7. После срабатывания датчика включается электромагнит YA5, и происходит зажим детали. Контроль зажима схвата ПР1 осуществляется по срабатыванию датчика SQ11. После этого включается магнитный пускатель КМ1 и ПР1 поворачивается к прессу 1. Срабатывает датчик положения SQ2. Производится отключение электромагнита YA5, происходит разжим схвата ПР1. Контроль разжима осуществляется по времени (1,5 сек.). Включается электромагнит YA3, и начинается задвижение руки ПР1. Как только рука задвинется, срабатывает датчик задвижения руки ПР1 SQ8. После выполняется рабочий ход пресса 1. Происходит включение электромагнита YA1 и начинается выдвижение руки ПР1. При полном выдвижении руки срабатывает датчик SQ7. После срабатывания датчика включается электромагнит YA5, и происходит зажим детали. Осуществляется контроль зажима по срабатыванию датчика. Включается магнитный пускатель КМ1 и осуществляется поворот ПР1 к накопителю 2. Срабатывает датчик SQ3. Происходит разжим схвата. Осуществляется контроль разжима по времени (1,5 сек.). Затем происходит задвижение руки ПР1 с последующим срабатыванием датчика задвижения руки ПР1 SQ8. После этого включаются магнитные пускатели КМ3 и КМ2. ПР1 и ПР2 осуществляют повороты к накопителям 1 и 2 соответственно. Как только ПР1 и ПР2 достигают зоны накопителей 1 и 2, срабатывают датчики положения SQ1, SQ4. Магнитные пускатели КМ3 и КМ2 отключаются, происходит включение электромагнитов YA1 и YA2, после чего начинается выдвижение руки ПР1 и руки ПР2. При полном выдвижении рук срабатывают датчики выдвижения SQ7, SQ9. После срабатывания датчиков включаются электромагниты YA5, YA6, и происходит зажим деталей. Осуществляется контроль зажима по срабатыванию датчиков SQ11 SQ12. Включаются магнитные пускатели КМ1 и КМ4. ПР1 и ПР2 поворачиваются к прессам 1 и 2 соответственно. Срабатывают датчики положения SQ2 и SQ5. Производится отключение электромагнитов YA5 и YA6, происходит разжим схватов ПР1 и ПР2. Контроль разжима осуществляется по времени (1,5 сек.). Включаются электромагниты YA3 и YA4. Начинается задвижение руки ПР1 и руки ПР2. Срабатывают датчики задвижения SQ8 и SQ10. После выполняется рабочий ход пресса 1 и 2. Затем происходит включение электромагнитов YA1 и YA2. Начинается выдвижение руки ПР1 и руки ПР2. Срабатывают датчики SQ7 и SQ9. После срабатывания датчика включаются электромагниты YA5 и YA6. Происходит зажим деталей. Осуществляется контроль зажима по срабатыванию датчиков SQ11 и SQ12. Включаются магнитные пускатели КМ1 и КМ4. Осуществляется поворот ПР1 к накопителю 2 и поворот ПР2 к накопителю 3. Срабатывают датчики SQ3 и SQ6. Происходит разжим схватов. Осуществляется контроль разжима по времени (1,5 сек.). Затем происходит задвижение руки ПР1 и руки ПР2 при включении электромагнитов YA3 и YA4. Срабатывают датчики задвижения SQ8 и SQ10. Производится поворот ПР1 и ПР2 к накопителю 1 и 2 соответственно и весь цикл работы технологического объекта повторяется заново.

На основе алгоритма работы технологического объекта была разработана циклограмма, которая приведена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 2).

Составим таблицы входных и выходных сигналов (табл. 2.1, табл. 2.2).

Таблица 2.1 Таблица входных дискретных сигналов

Таблица 2.2 Таблица выходных дискретных сигналов.

Разработка программы управления

Разработка программы проводилась по циклограмме работы РТК (лист 4). Средой разработки являлся программный эмулятор контроллера STEP 7 Lite. Программа представлена в приложении 1.

В программе был реализован таймер, который осуществил задержку длительностью 1,5 секунд (для контроля разжима схвата промышленного робота). Функции и назначения каждого элемента подписаны комментарием.

Заключение

При выполнении курсовой работы были использованы следующие технические решения и разработана система управления РТК штамповки:

1) Загрузочно-разгрузочные операции внутри комплекса осуществляются с помощью пары промышленных роботов.

2) Установка состоит из двух независимых систем управления, которые представляют собой систему управления процессом штамповки и промышленный контроллер.

3) Управляющий контроллер состоит из управляющего модуля; при необходимости возможно использование блока расширения ввода / вывода.

4) Входные и выходные цепи питания промышленного контроллера гальванически разделены с помощью применения двух источников питания.

Предусмотрена возможность последующей модернизации, и расширения возможностей работы устройства. Модернизация устройства может быть проведена по нескольким путям.

Одним из путей может быть введение большего числа промышленных роботов, которые будут параллельно осуществлять работу по тактам. Таким образом, производительность работы возрастет в несколько раз.

Другим путем модернизации может быть включение локальной системы управления в состав гибкой производственной системы (ГПС), где данный РТК будет какой-то отдельной ячейкой в общем цикле технологической обработки детали.

Список использованных источников

1. Руководство по использованию и эксплуатации промышленного контроллера CPU 226.

2. Методические указания по программированию промышленного контроллера Siemens.

3. Е. А. Чернов. Проектирование станочной электроавтоматики. — М.: Машиностроение, 1989. — 304 с.

4. Марголит Р. Б. Эксплуатация и наладка станков с программным управлением и промышленных роботов: Учеб. Пособие для машиностроительных техникумов. — М.: Машиностроение, 1991. — 272 с.: ил.

5. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие /Под ред. А. С. Клюева. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 464 с.

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

7. Чунихин А. А. Электрические аппараты. — М.: Энергоатомиздат, 1988.

8. Электронные ресурсы: www.prosoft.ru.

9. Электронные ресурсы: www.electronshik.ru.

10. Электронные ресурсы: www. mege-simatic.ru.

11. Электронные ресурсы: www.siemens.ru.

12. Электронные ресурсы: www.iek.ru.

13. Электронные ресурсы: www.promeles.ru.

Приложение 1.

Код управляющей программы