Разработка роботизированного комплекса

СОДЕРЖАНИЕ Введение

1. Проектирование роботизированного комплекса

1.1 Типовая схема компоновки роботизированного комплекса

Промышленный робот М10П62.01

Устройство промышленного робота М10П62.01

Принцип работы промышленного робота М10П62.01

2. Разработка циклограммы работы объектов

3. Построение релейно-контактной, логической бесконтактной схем по циклограмме и сети Петри

4. Выбор программируемого контроллера

5. Разработка и написание программы управления

6. Экономическая эффективность

7. Организационно — технические вопросы применения ПР

8. Применение ПР в машиностроении Список литературы

В течение длительного времени в различных отраслях производства сосуществовали, почти не смешиваясь и не влияя друг на друга, два разнородных вида производства.

Первый вид — это высокоавтоматизированное и высокоэффективное массовое производство, которое базируется на высокопроизводительных поточных и автоматических линиях, многопозиционном и многоинструментальным технологическом оборудовании. Широкомасштабная автоматизация автомобильной, тракторной, подшипниковой, часовой промышленности и других отраслей, начатая еще в 50-е годы, привела повсеместно к созданию «безлюдных» производств в масштабах участков и даже цехов. Однако такие производства до недавнего времени базировались в основном на специальном оборудовании, которое не обладало «гибкостью», способностью переналаживаться на выпуск разнообразной продукции. В результате при смене объектов производства подавляющая часть технологического оборудования, оснастка и инструменты списывались независимо от физического состояния.

Второй вид—это неавтоматизированное серийное и индивидуальное производство, которое всегда базировалось на универсальном технологическом оборудовании с ручным управлением, ручной или механизированной сборке, контроле, транспортировке и складировании изделий. Такое производство обладает высокой «гибкостью» с точки зрения выпуска разнообразнейшей продукции, однако малопроизводительно, требует непосредственного участия человека во всех элементах производственного процесса преимущественно на уровне ручного труда.

Сейчас такому «сосуществованию» приходит конец, так как ни один из названных видов производства не может существовать в сложившихся традиционных формах.

Революционные преобразования массового производства диктуются высокими темпами научно-технического прогресса, быстрой сменяемостью объектов производства. Растягивание сроков выпуска конкретной модели автомобиля, трактора, электродвигателя до сроков, сопоставимых со сроками предельного износа производственного оборудования, означает отставание в техническом прогрессе. А списывать огромное количество специального оборудования после нескольких лет или месяцев работы губительно для экономики.

Поэтому высокоавтоматизированному «безлюдному» массовому производству требуется «гибкость», т. е. возможность периодической мобильной перестройки на крупномасштабный выпуск иной продукции.

Не менее значительные коренные преобразования должно претерпеть серийное и индивидуальное производство, и движущими здесь являются в первую очередь факторы социальные.

Быстрый рост образовательного, культурного, материального уровня трудящихся, когда подавляющая часть рабочих имеет образование не

ниже среднего, существенно изменил наши требования к условиям работы и содержательности трудовых процессов.

Ручной труд, особенно малоквалифицированный, монотонный и тяжелый, становится все более непривлекательным, не престижным, нежелательным, особенно молодежи. Поэтому тот технический арсенал средств неавтоматизированного производства, который составляет сейчас его основу, уже в обозримом будущем станет социально неприемлемым, социально невозможным. Иными словами, переналаживаемому производству необходимы автоматизация, «безлюдность» при выполнении и технологических, и вспомогательных процессов.

Таким образом, к двум традиционным видам производства необходимо добавить третий — гибкое автоматизированное производство, которое призвано обеспечить выпуск разнообразнейшей продукции, как на универсальных станках, но без участия человека, так и на автоматических линиях.

Есть все основания полагать, что именно предстоящее десятилетие станет переломным этапом в развитии техники производств, историческим рубежом между эпохами господства неавтоматизированного и автоматизированной производства. Потому что именно сейчас для этого созрели, с одной стороны, острейшая социальная необходимость, с другой — необходимые научно-технические предпосылки, связанные с появлением и развитием многих новейших средств автоматизации.

К ним относятся в первую очередь автоматические системы управления на основе средств вычислительной техники и промышленные роботы, которые призваны революционизировать производство, поднять его на качественно более высокий уровень.

Появление и развитие промышленных роботов, безусловно, явились одним из крупнейших достижений науки и техники последних лет. Они позволили расширить фронт работ по автоматизации технологических и вспомогательных процессов, открыли широкие перспективы создания автоматических систем машин для гибкого, переналаживаемого производства.

Промышленные роботы избежали периода недоверия и недооценки, трудностей становления. Наоборот, ни одному техническому средству не доставалось даже авансом столько восторженных похвал, ни одному не уделялось столько внимания. Об этом можно составить представление хотя бы по материалам данной книги. В нашей стране за короткие сроки создана целая сеть специализированных предприятий и организаций по роботостроению во многих, машиностроительных и приборостроительных министерствах. Если в десятой пятилетке было выпущено около 6 тыс., в одиннадцатой — почти 50, то в двенадцатой пятилетке намечено выпустить около 100 тыс. промышленных роботов.

Казалось бы, сочетание безусловной прогрессивности и повышенного внимания должно было обеспечить триумфальное шествие роботов, их весомый вклад в решение задач интенсификации производства, сокращения ручных работ и т. л. Однако пока этого не происходит.

Возьму на себя смелость утверждать, что роботизация производства переживает сейчас серьезный кризис, который выражается в явном несоответствии между затратами сил и средств, с одной стороны, и реальной их отдачей — с другой. И кризис вызван не какими-то вдруг открывшимися недостатками промышленных роботов, а допущенными просчетам в осуществлении технической политики в области роботизации.

Автор книг приводит некоторые данные об этом. Согласно проведенному анализу в Англии 44% фирм, занявшихся роботизацией производства, объявили о неудачах, и цифра эта представляется скорее заниженной, потому что далеко не всякая фирма отважится признаться в своих просчетах. Половина из указанных фирм объявила о прекращении работ по роботизации производства.

По нашему мнению, создавшаяся в настоящее время ситуация обусловлена комплексом объективных и субъективных факторов.

Идет становление принципиально нового научно-технического направления, и трудности и неудачи здесь неизбежны. Промышленные роботы имеют слишком короткую историю, чтобы обладать одними достоинствами и не иметь недостатков в конструкциях и практике применения.

Однако дело не только в том. На протяжении длительного времени промышленные роботы рассматривались с позиций не действенного средства повышения эффективности производства, а лишь как некий эквивалентный заменитель человека на производстве, призванный высвободить его от монотонных и тяжелых, непривлекательных ручных работ. Именно такая концепция робота как «железного человека» со стальными мускулами и мощным электронным мозгом, который не прогуливает и не устраивает забастовок, а работает неутомимо круглосуточно и круглогодично, проходит красной нитью через всю книгу Скотта.

Безусловно, эта красивая легенда, обещавшая одним махом избавить рабочих от ручного труда, а руководителей от множества забот и трудностей в случае немедленного приобретения и применения в большом количестве роботов, оказалась в определенный момент необыкновенно привлекательной. Она искусно стимулировалась промышленными фирмами, вложившими немало средств в организацию выпуска промышленных роботов, подогревалась средствами массовой информации. И в этом мощном «роботоажиотаже» до поры до времени тонули трезвые голоса.

Разумеется, концепция «очеловечивания" — промышленных роботов сыграла определенную положительную роль на ранних этапах роботостроения благодаря простоте и наглядности, особенно для тех, кто не знал глубоко тонкости производства, но обладал правом решать. Это помогало становлению нового направления, убирало многие препятствия с пути немногих в то время энтузиастов, ускоряло разработки, создание первых поколений конструкций.

Но впоследствии, когда промышленные роботы стали выходить на широкую дорогу производственного применения, именно концепция «робот заменяет человека» в отрыве от конечных задач и остального арсенала технических средств производства явилась источником множества трудностей и неудач сегодняшнего дня.

Прежде всего она глубоко ошибочна в сущности. Робот не может заменить человека. Человека может заменить лишь другой человек, желательно более сильный, квалифицированный, добросовестный.

В разнообразии функций и возможностей, подвластных человеку, в том числе в сфере производства, роботы в состоянии взять на себя лишь считанное число функций, которые во многих случаях не превышают возможности таких традиционных средств механизации и автоматизации, как ленточные транспортеры, вибрационные загрузочные устройства, обычные манипуляторы с цикловым управлением, которые известны уже десятки лет. Более того, все те отличительные свойства по сравнению с человеком, которые мы восторженно приписываем промышленным роботам, на самом деле Обычные свойства любых технических средств производства. Ленточный транспортер тоже заменяет человека, высвобождая его от тяжелого ручного труда, вообразите себе армаду грузчиков с мешками на плечах, бегущих рысью через весь цех. Ленточный транспортер не курит, не прогуливает и не требует квартиры для семьи или места в детском саду, но никому в голову не приходило подобными аргументами обосновывать применение данных транспортеров, например, по сравнению с цепными конвейерами.

Сложившееся у широких слоев населения под влиянием средств массовой информации идеализированное представление о роботах, которые якобы способны полностью заменить людей на производстве и позволяют в кратчайшие сроки осуществить «технологическую революцию», перестроить основы промышленного производства и т.и. не отражает реального положения дел. В действительности же осуществляемое быстрыми темпами массовое внедрение роботизированных систем во многом дестабилизировало промышленное производство и породило немало серьезных проблем. Это произошло потому, что реальные возможности роботов были преувеличены и некоторые образцовые примеры преподносились как типичные. Такое упрощенное и неточное представление о роботах небезвредно хотя бы потому, что маскирует проблемы, с которыми приходится сталкиваться на практике, и может побудить потребителей сделать необоснованный выбор.

Превратное понимание роботизации, нацеливание ее не на решение коренных проблем повышения эффективности производства (качество, производительность, себестоимость), а лишь на имитацию некоторых ручных действий человека в надежде, что все остальное приложится, тоже не столь безобидны, как это может показаться.

Во-первых, отсюда лишь один шаг до роботизации ради самой роботизации. И как следствие — разочарование и дискредитация, потому что производство с его суровыми законами неизбежно отторгает дорогие, тихоходные и малонадежные конструкции. Во-вторых, и сами разработчики, действуя по принципу «лишь бы робот, лишь бы манипулировал», начинают искать самые легкие, а не самые эффективные пути.

Ведь с точки зрения возможностей повышения эффективности производства различные типы роботов далеко не равнозначны. Так, их применение на операциях сварки, окраски, нанесения гальванопокрытий, очистки позволяет существенно повышать качество продукции прежде всего за счет стабилизации технологических режимов. Производительность оборудования повышается здесь за счет «многорукости», быстродействия, увеличенной грузоподъемности, человек полностью выводится из рабочей зоны и избавляется от труда в неблагоприятной среде.

В то же время при загрузке металлорежущих станков промышленные роботы на качество изделий не влияют. По производительности оборудования, как правило, получается проигрыш, так как ручная загрузка деталей массой до 3 — 5 кг выполняется человеком в несколько раз быстрее. Следовательно, выигрыш можно получить лишь по фонду заработной платы, да и то незначительный, так как один рабочий обслуживает 2−3 станка с ЧПУ и без роботов. Почему же тогда подавляющее большинство разработок адресуется не сварке, окраске, гальванопроизводству, а загрузке металлорежущих станков или прессов, т. е. наименее перспективным направлениям? Ответ один — если подходить к роботизации как к задаче имитации действий человека, то так проще, легче, удобнее.

Длительное время большинство промышленных роботов создавалось как конструкции напольного типа, что явилось следствием вольного или невольного подражания человеку, который стоя обслуживает станок.

По нашим данным, промышленные роботы напольной конструкции составляют 53% общего количества, еще 39% - с креплением на базовых узлах оборудования и лишь 8% - подвесные конструкции (портальные и т. д.).

Между тем напольные конструкции — самые нерациональные и неэкономичные, так как требуют значительных дополнительных площадей, вызывают психологическое напряжение при наладке и обслуживании, имеют минимальные возможности «многостаночного» обслуживания.

А ведь промышленные роботы могут работать «вниз головой», и даже лучше!

Робот роботу рознь! И хотя автор высказывает эту очевидную мысль, но во всем остальном содержании книги какой-либо отличительной черты между роботами транспортно-загрузочными и технологическими не проводится, перспективность и эффективность промышленных роботов рассматриваются как некая всеобщая и в общем бесконфликтная категория.

Практика сегодняшнего дня развеивает подобные иллюзии. На сегодняшний день потенциально эффективными являются прежде всего роботы для точечной и шовной сварки, в том числе в автомобильной промышленности. Но и здесь опыт внедрения говорит о тяжелом и сложном процессе повышения мобильности роботов, их быстродействия и надежности в работе, который необходимо пройти, пока потенциальные возможности не станут реальностью.

По сравнению с традиционными поточными и автоматическими сварочными линиями автомобильной промышленности роботизированные комплексы должны по идее обеспечивать значительно большую гибкость работы оборудования: при переходе к выпуску любой новой модели автомобиля в принципе достаточно ввести необходимые изменения в программу, с помощью которой осуществляется управление роботом. В действительности, однако, столь гибкие системы пока еще не существуют. На сегодняшний день роботизированные комплексы приспособлены к выпуску весьма ограниченного числа видов продукции. Если, например, квалифицированному рабочему для перехода от одной производственной операции к другой практически требуется всего несколько секунд, то перепрограммирование роботов или при наличии требуемой программы их переналадка в связи с переходом к производству автомобиля с другим типом кузова, хотя и прежней модели, представляет собой достаточно сложный процесс. Реальные сдвиги в этой облает произойдут лишь с внедрением в производство новых поколений промышленных роботов, обладающих значительно большим объемом «памяти», и с разработкой более совершенных языков программирования. Достаточно малейшей неисправности одного из роботов, и работа на всей линии автоматически прекращается. Оборудование, таким образом, простаивает, причем зачастую при определении причины отказа и степени серьезности неисправности представители ремонтных служб делают неточные заключения и прогнозы, завышая или занижая предполагаемые затраты времени, необходимого для устранения неисправности.

Не случайно, поэтому на многих промышленных предприятиях в конце каждой конвейерной линии дополнительно устанавливают оборудование, позволяющее выполнять вручную те операции, которые не смог осуществить тот или иной вышедший из строя робот. Подобные действия, в результате которых доля ручного труда на роботизированных участках в короткий срок возрастает до 30 — 40 °/о, нередко становятся поводом для серьезных проблем.

К настоящему времени миф о непогрешимости и всемогуществе промышленных роботов, согласно которому автоматизация производства сводится к его роботизации, замене рабочих на производстве промышленными роботами, ничего, кроме вреда, не приносит. Концепция эта подразумевает, что технологические процессы, конструкции и компоновки машин остаются в основном на прежнем уровне, но высвобождаются от необходимого присутствия человека. Это неверно. Содержание любого процесса производства составляли, и будут составлять технологические процессы получения материалов, их обработки, контроля и сборки изделий, материализованные в конструкциях и компоновках машин аппаратов и их систем. Именно в них закладываются все потенциальные возможности качества и количества выпускаемой продукции, экономической эффективности производства. Никакая автоматика и робототехника не может дать более того, что заложено в технологии.

Между тем все технологические процессы неавтоматизированного производства обладают невысоким потенциалом из-за низкой интенсивности, отсутствия концентрации операций, их совмещен я во времени. Одностороннее замещение функций человека в системах, которые десятилетиями складывались применительно к ограниченным возможностям, бесперспективно.

Немалое количество автоматизированного роботизированного оборудования, спроектированного высококвалифицированными разработчиками, оказалось неудачным лишь потому, что все усилия разработчиков были направлены на «искоренение» ручных операций, а вопросы качества продукции, быстродействия машин и их надежности в работе упускались из виду. Иначе говоря, правильные общие лозунги типа «ручной труд — на плечи машин» иногда понимаются формально и прямолинейно, а автоматизацию пытаются свести к созданию технических средств, имитирующих ручные действия человека при манипулировании или управлении машинами. В результате появляется новая техника, работающая, как сейчас модно говорить, по «безлюдной технологии», но громоздкая и дорогая, малопроизводительная и ненадежная, а в итоге экономически неэффективная.

Автоматизация производства есть комплексная конструкторско-технологическая задача создания новой техники, принципиально отличной от технического арсенала средств неавтоматизированного производства.

Генеральное направление комплексной автоматизации производственных процессов — не в замене человека при обслуживании известных машин и аппаратов, а в создании высокоинтенсивных технологических процессов и высокопроизводительных средств производства, которые были бы вообще невозможны при непосредственном участии человека.

Правильное понимание сущности автоматизации, основное направленности работ в этой области является необходимой предпосылкой формирования научных принципов и научных основ технической политики в области роботизации на производственном уровне.

Особенностью современного этапа научно-технического прогресса является то, что определяющим фактором при разработке новой техники становится ограниченность материальных и людских ресурсов. Необходимо так выбирать ограниченное количество объектов разработки, чтобы при реальных возможностях получать наибольшие социально-экономические результаты.

В стратегическом плане это означает поворот к первоочередному техническому перевооружению именно тех звеньев производства, где мы можем добиться результатов благодаря применению прогрессивной технологии, новых методов и процессов, — концентрации операций, многопозиционной и многоинструментной обработки или сборки.

В тактическом плане это означает избегать тиражирования тех технических средств роботизации, которые не обеспечивают высоких конечных результатов или эти результаты односторонние, например сокращение времени ручного обслуживания. При этом в конкретных производственных условиях следует руководствоваться наряду с известными методами расчетов и обоснований рядом принципов технической политики.

Первый принцип-принцип достижения конечных результатов: средства роботизации должны не просто имитировать или замещать действия человека, а выполнять производственные функции быстрее и лучше, лишь тогда они будут по-настоящему эффективными. Изменение численности какой-либо категории работающих или замена ручного манипулирования автоматическим — не цель и не результат.

Второй принцип технической политики при роботизации производства — принцип комплексности подхода. Все важнейшие компоненты производственного процесса — объекты производства, технологии, основное и вспомогательное оборудование, системы управления и обслуживания, кадры, удаление отходов — должны быть рассмотрены и в конечном итоге решены на новом, более высоком уровне. Иногда достаточно упустить из поля зрения хотя бы один компонент производственного процесса, например конструкцию изделия, и вся система мероприятий по автоматизации оказывается неэффективной. Тем более неперспективны попытки сводить автоматизацию лишь к преобразованию отдельных компонентов, скажем, созданию сложных и дорогих систем микропроцессорного управления при сохранении отсталой технологии, а таких примеров немало. И промышленные роботы, и автоматизированные системы управления должны разрабатываться и внедряться с учетом прогресса технологии и конструкции и в комплексе приспосабливаться к требованиям производства — лишь тогда они будут эффективными.

Третий принцип технической политики при автоматизации производства — принцип необходимости: средства роботизации, включая самые перспективные и прогрессивные, должны применяться не там, где их можно приспособить, а там, где без них нельзя обойтись.

Значимость современных средств электроники и вычислительной техники — не только и не столько в замене функций человека при обслуживании известных машин, но прежде всего в открывающихся возможностях создания на их основе средств производства, которые раньше не могли быть созданы.

Подавляющее большинство универсальных металлорежущих станков, прессов, сварочных установок однопозиционные и одноинструментные. В них одновременно обрабатывается лишь одно изделие одним инструментом. Это объясняется ограниченными возможностями человека, который не может одновременно управлять несколькими процессами или объектами. Применение современной электроники позволяет создавать оборудование с высокой степенью концентрации технологического процесса, со многими одновременно действующими механизмами и инструментами. Поэтому техническая политика, особенно при создании роботизированных производственных систем для серийного производства, должна быть направлена в первую очередь на проектирование, внедрение многоинструментных и многопозиционных машин с дифференциацией и концентрацией операций, которые в десятки раз производительнее обычного однопозиционного оборудования и где ручные, нероботизированные операции невозможны. Не нужно устраивать конкуренцию с человеком там, где он «врос корнями»; следует терпеливо искать в качестве первоочередных объектов роботизации такие, где человек в паре с действующими механизмами конкурировать с роботом не сможет.

Наконец, четвертый принцип — принцип своевременности: внедрение и тиражирование недостаточно созревших технических решений недопустимы.

К сожалению, зачастую, упоенные широкими перспективами роботизации, мы стремимся к быстрейшему тиражированию конструкции роботов, едва-едва доведенных до уровня «способных функционировать».

В конечном итоге внедрение дорогих, малонадежных и тихоходных систем и средств автоматизации приводит лишь к их дискредитации.

На развитие роботизации как нового научно-технического направления несомненно повлияло и то обстоятельство, что первоначально созданием промышленных роботов стали заниматься специалисты по вычислительной технике, технической кибернетике и т. д. которые ранее производственными вопросами автоматизации не занимались и вполне искренне верили, что самое главное — 370 создать конструкцию робота, прежде всего систему его управления, и комплекс управляющих программ для процессов манипулирования, имитирующих действия человека, а остальное, как говорится, будет делом техники. К такой формации специалистов по робототехнике принадлежит и автор книги. По-видимому, совсем не случайно, что автор, приводя множество фамилий и адресов разработчиков конструкций, схем, математического обеспечения, не рассматривает ни одного конкретного примера производственного, цехового внедрения промышленных роботов, ограничиваясь лишь общими положениями и рекомендациями.

Промышленные роботы не являются чем-то сверхъестественным. Их внедрение может быть эффективным или убыточным, сокращать кадровый дефицит или обострять его — все зависит от конкретных условий.

Значимость промышленных роботов не в замене человека при обслуживании известных машин. Они явились тем недостающим звеном, которое позволило объединять разрозненное технологическое оборудование в комплексные гибкие автоматизированные производственные системы машин и приборов. Именно таким системам принадлежит будущее. Поэтому промышленные роботы будут и впредь развиваться завоевывать все новые позиции, как бы мы ни старались дискредитировать их поспешными и непродуманными действиями. Однако не следует смешивать перспективы с реальными возможностями сегодняшнего дня. Очень спорно с учетом несовершенства конструкции и неподготовленности производства, а также допущенных ошибок, чтобы промышленные роботы уже в ближайшее время могли существенно повлиять на общий уровень ручных работ на производстве, тем более на уровень производительности труда во всех возможных приложениях.

И тем не менее будущее за промышленными роботами. Придет время, когда без промышленной робототехники представить себе и производство, и быт будет столь же трудно, как сегодня без автомобиля или телевизора.

Сейчас технический уровень промышленных роботов растет стремительными темпами. Прогресс роботостроения сегодня как залог успехов роботизации завтра — таков лейтмотив книги, с которым нельзя не согласиться. Раскрыть будущее промышленных роботов с позиций уже не научной фантастики, а конкретного научного анализа и прогнозирования — это важнейшая, увлекательная задача.

Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.

Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон.

Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.

Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово «робототехника». Джо Энгельбергер, основатель фирмы «Юни-мейшн», считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.

Интенсификация работ в современном машиностроении (особенно на участках с тяжелыми, монотонными, вредными или опасными условиями труда) усилила тенденцию замены рабочих промышленными роботами. Промышленные роботы первого поколения начали серийно выпускать с 1961;1963 гг., Они предназначались для замены человека на многих основных (точечной сварке, окраске, сборке и др.) к, особенно, на вспомогательных операциях (установке и снятии заготовок и инструмента с оборудования, их ориентации, транспортировке, складировании, контроле, испытании и т. д.).

В дальнейшем по мере расширения возможностей роботов и создания «интеллектуальных» роботов области их применения значительно расширились. Вначале роботы начали применять в машиностроении для обслуживания машин литья под давлением, штамповочных прессов, для точечной сварки, термической обработки, нанесения покрытий. Однако по мере совершенствования конструкций роботов, систем их программирования, оснащения различными датчиками, многорукими, многокистевыми и многопальцевыми захватами роботы начали все больше применять при механической обработке, при сборке, упаковке, в транспортно-складских операциях.

При механической обработке роботы начинают применять все более интенсивно. При этом должно быть обеспечено дробление стружки и ее автоматическая уборка из зоны обработки (сливная стружка делает невозможным применение робота для загрузки-выгрузки обрабатываемых деталей без вмешательства оператора), автоматическая очистка (чаще всего методом вакуумного всасывания) базирующих элементов приспособления перед установкой следующей заготовки.

Характерным является не только увеличение числа фирм, выпускающих роботы, и числа выпускаемых моделей, а также расширение типажа выпускаемых роботов.

Основным направлением развития машиностроения является увеличение выпуска продукции и рост её качества при одновременном снижении трудовых затрат. Это обеспечивается путем совершенствования существующих и внедрения новых видов оборудования и технологических процессов, средств их механизации и автоматизации, и управления производством.

Работа над созданием и совершенствованием средств автоматизации должна развиваться в двух направлениях: создание средств автоматизации выпускаемого и действующего в настоящее время оборудования с целью повышения его эффективности.

Для этой цели разрабатываются робототехнические комплексы. Они должны отвечать следующим требованиям: 1) обеспечивать технологическую гибкость и адаптацию к изменениям условий производства; 2) производить стыковку оборудования разного назначения при широком варьировании транспортно — загрузочных и других вспомогательных средств; 3) предусматривать возможность дальнейшего развития и усовершенствования.

Создание единого типа робототехнических комплексов и средств автоматизации вспомогательных операций, объединяющих эти комплексы в общем автоматизированном производстве, является основной для дальнейшей разработки гибких производственных систем.

1. Проектирование роботизированного комплекса

1.1 Типовая схема компоновки роботизированного комплекса Роботизированные комплексы могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых технологических задач.

Роботизированный технологический модуль, проектируемый в данном дипломном проекте, представляет собой гибкий производственный модуль, который состоит из автоматической роторной установки прессования металлических порошков, обслуживающего его промышленного робота и конвейера для готовых деталей.

Такие роботизированные технологические комплексы предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров. Комплексы могут оснащаться как встроенными в станок, так и внешними промышленными роботами напольного или портального типа.

1.2 Промышленный робот М10П.62.01

Специализированные промышленные роботы типа М10П предназначены для обслуживания станков, например, загрузки и разгрузки.

Особенностью промышленного робота, данного типа, является обеспечение движений рабочего органа (схвата) манипулятора в сферической системе координат, а также конструктивное встраивание непосредственно в обслуживание конструктивного оборудования. Устройство программного управления промышленный робот обеспечивает позиционирование рабочего органа манипулятора по шести координатным осям, две из которых являются общими для механизмов с четырьмя степенями подвижности.

Исследуя технические характеристики промышленного робота М10П.62.01 делаем вывод: для данного роботизированного технологического комплекса промышленный робот М10П.62.01 соответствует по всем параметрам.

1.3 Устройство промышленного робота М10П.62.01

Промышленный робот состоит из: основания, узла механической руки, унифицированных поворотных блоков кисти руки, переходной втулки и сменных схватов, а также устройства управления. Основание включает в себя механизм поворота руки в вертикальной плоскости. Узел руки состоит из: механизма горизонтального и вертикального линейного движения, механизма поворота в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Блок поворота кисти относительно продольной оси может быть выполнен в двух вариантах.

роботизированный комплекс программа управление

1.4 Принцип работы промышленного робота M10П.62.01

Перемещение х или z осуществляется при помощи регулируемого электродвигателя постоянного типа ЧДПУ, установленного внутри руки, через приводной ремень с передаточным отношением 2/3, пару конических зубчатых колес и многозаходную шариковидную передачу. Вместе с гайкой передачи перемещается по шариковой направляющей кронштейн с установленным на нем блоком поворота. Для предотвращения произвольного опускания кронштейна при выключении питания вал конической шестерни соединен с электромагнитным тормозом. Контроль перемещения осуществляется переключателями на которые воздействуют упоры, установленные на кронштейн.

Механизм поворота (движение В) включает в себя регулируемый электродвигатель постоянного тока типа ЧДПУ, который через зубчато — ременную передачу приводит во вращение однозаходный червяк и сцепленное с ним червячное колесо. Червячное колесо установлено на выходном валу, который жестко связан с механизмом руки манипулятора. На противоположном конус этого вала закреплен диск с упорами, воздействующие на путевые переключатели в схеме управления движением поворота В.

Механизм поворота руки манипулятора в вертикальной или горизонтальной плоскостях приводится в движение электродвигателями постоянного тока, который через приводной зубчатый ремень вращает вал червяка и сцепленное с ним червячное колесо.

Последнее неподвижно закреплено на оси, установленной в корпусе механизма поворота. В результате обкатки червяка по неподвижному червячному колесу происходит движение корпуса руки относительно оси этого колеса.

Вращение блока поворота кисти руки вокруг продольной оси производится от неполноповоротного пневмодвигателя. Пневмооборудование промышленного робота включает в себя: 1) узел подготовки воздуха, который крепится на задней стенке электрошкафа; 2) блоки пневмоаппаратуры приводов поворотных блоков и сменных захватных устройств различных типов. Сжатый воздух от заводской сети поступает в узел подготовки, который включает в себя фильтр — влагоотделитель для очистки воздуха и отделения конденсата, а также масло распылитель для очистки воздуха и насыщения воздуха маслом.

Воздух поступает к пневмоаппаратуре управления поворотными блоками.

При включенном электромагните пневмораспределителя происходит поворот блока относительно его продольной оси против часовой стрелки. При этом воздух из полости пневмодвигателя вытесняется из магистрали в атмосферу. Фиксация кисти осуществляется при помощи стопора.

2. Разработка циклограммы работы объектов Циклограмма представляет собой графическое изображение последовательности работы механизмов станка во времени. Работа элемента и наличие соответствующего этому элементу сигнала изображается на циклограмме отрезком горизонтальной прямой. В циклограмме время не оценивается количественно, поэтому она выполняется без масштаба. Отмечается лишь факт срабатывания элемента, факт наличия или отсутствия сигнала. Воздействие одного элемента на другой изображается на циклограмме стрелкой, указывающей направление воздействия.

На циклограмме отображается любое изменение состояния элементов и указывается собственное время срабатывания отдельных элементов.

Обозначения элементов на циклограмме и их функциональное назначение представлены в таблице 2.1 и таблице 2.2.

Таблица 2.1 — Описание движений РТК

Таблица 2.2 — Описание датчиков

Используя описания датчиков и движений РТК строится циклограмма работы автоматической роторной установки прессования металлических порошков.

3. Построение релейно-контактной, логической бесконтактной схем по циклограмме и сети Петри Структурная формула для одного периода включения какого либо исполнительного или промежуточного элемента имеет вид

(3.1)

где — условие срабатывания,

— условие несрабатывания.

Введение

только основных элементов в условия срабатывания и несрабатывания иногда бывает недостаточным для работы механизма по данной циклограмме. В этих случаях приходится вводить промежуточные элементы, для чего следует производить три проверки реализуемости циклограммы, причем в отдельности для каждого включающего периода.

При первой проверке анализируется, существуют ли ранее записанные условия срабатывания в течение всего включающего периода.

При второй проверке анализируется, существуют ли ранее записанные условия несрабатывания в течение всего включающего периода.

Третья проверка заключается в том, чтобы после отключения исполнительного элемента исключить возможность создания условий для его повторного (неправильного) включения.

Ниже в таблице 3.1 приведены структурные формулы для выходных и промежуточных функций.

Релейно-контактная схема, построенная в соответствии с формулой (2) представлена на втором листе графической части работы.

Таблица 3.1 — Структурные формулы для выходных функций

Устройства ЭВМ состоят из элементарных логических схем. Работа этих схем основана на законах и правилах алгебры логики, которая оперирует двумя понятиями: истинности и ложности высказывания. Высказывания называются логическими двоичными переменными и обозначаются 1 и 0 соответственно. Высказывания могут быть простые, если содержат одно законченное утверждение и сложные — содержащие два и более простых, связанных между собой некоторыми логическими связями.

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

Разработка сети Петри Для выбора системы управления необходима формализация алгоритма работы станка. Наиболее удачным для этого представляется сеть Петри.

Моделирование в сетях Петри осуществляется на событийном уровне. Определяются, какие действия происходят в системе, какие состояние предшествовали этим действиям и какие состояния примет система после выполнения действия. Выполнения событийной модели в сетях Петри описывает поведение системы. Анализ результатов выполнения может сказать о том, в каких состояниях пребывала или не пребывала система, какие состояния в принципе не достижимы.

Сеть Петри можно интерпретировать следующим образом. Можно представить себе, что позиции представляют условия (нажатие кнопки, перегрев двигателя и т. п.), а переходы — события (пуск привода, останов привода). Переходы обозначены черточками, а позиции — окружностями. Каждый переход имеет набор входных и набор выходных дуг.

Состояние сети Петри в каждый текущий момент определяется системой условий. Определенная комбинация условий может стимулировать определенное событие, которое вызовет в свою очередь изменение условий. Позиции, из которых исходят дуги данного перехода, называются входными позициями. Позиции же, к которым ведут дуги данного перехода, называются выходными позициями.

4. Выбор программируемого контроллера Торговая марка SIMATIC широко известна во всем мире, как синоним программируемых логических контроллеров. Сегодня под именем SIMATIC мы представляем системы комплексной автоматизации (Totally Integrated Automation — TIA), позволяющие создавать управляющие комплексы любой степени сложности на базе стандартных компонентов. TIA предоставляет качественно новый метод унификации систем автоматизации мирового производства и технологии, в котором стандартные аппаратные и программные средства управления сливаются в единую систему: SIMATIC.

В основу построения таких систем положены следующие принципы:

· Единые способы хранения и обработки данных. Все данные вводятся один раз и хранятся в единой базе данных проекта. База данных проекта доступна на всех уровнях управления любым инструментальным средствам SIMATIC.

· Единые способы конфигурирования и программирования, диагностики и отладки. Все компоненты и системы конфигурируются, программируются, запускаются, тестируются и обслуживаются с использованием простых стандартных блоков, встроенных в систему разработки. Все операции выполняются с использованием единого интерфейса и единых инструментальных средств.

· Единые способы организации промышленной связи. Вопрос «кто будет связываться и с кем» решается простым использованием таблиц соединений. Соединения могут быть легко модифицированы в любое время в любом месте. Различные сетевые решения конфигурируются просто и единообразно.

Рассмотрим программируемые контроллеры фирмы SIMATIC: серия SIMATIC S5, SIMATIC S7−300 и SIMATIC S7−400.

SIMATIC S5 — название, под которым уже много лет подразумевается: управление, программаторы, интеллектуальные периферийные модули, системы для управления и контроля… и каждая линейка предлагает целый ряд вариантов для индивидуальных решений. Эта градация возможностей является сильной стороной семейства SIMATIC S5.

Рисунок 4.1 — Программируемые контроллеры серии SIMATIC S5

SIMATIC S5 пользуются огромным спросом во всем мире, и этот успех пришел не случайно. Одной из причин такого спроса является многосторонность концепции. Все члены семейства устанавливают стандарты в своей классификации мощности, начиная с малого устройства управления SIMATIC S5−90U и SIMATIC S5−100U до программируемого контроллера SIMATIC S5−155U, отвечающего самым высоким требованиям. Все эти контроллеры гарантируют высокое быстродействие и отказоустойчивость, широкие возможности к расширению и работу в самых тяжелых промышленных условиях.

S5−90U/95U/100U — это компактные ПЛК, предназначенные для решения простых задач автоматизации. Оба контроллера имеют незначительные массогабаритные показатели и не требуют для своей установки больших объемов.

ПЛК S5−115U используется для построения систем автоматического управления средней степени сложности. Он может комплектоваться одним из пяти модулей центральных процессорных элементов: CPU941… CPU945.

Мультипроцессорные контроллеры SIMATIC S5−135U и S5−155U используются для решения задач автоматизации средней и высокой сложности. Контроллеры могут быть использованы для построения замкнутых и разомкнутых систем автоматического управления и регулирования, решения коммуникационных задач, оперативного управления и мониторинга, сигнализации, регистрации и обработки данных.

SIMATIC S7−300 — это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации низкой и средней степени сложности.

Рисунок 4.2 — Программируемый контроллер SIMATIC S7−300

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Контроллеры SIMATIC S7−300 имеют модульную конструкцию и могут включать в свой состав:

· Модуль центрального процессора (CPU). В зависимости от степени сложности решаемой задачи в контроллерах могут быть использованы различные типы центральных процессоров, отличающихся производительностью, объемом памяти, наличием или отсутствием встроенных входов-выходов и специальных функций, количеством и видом встроенных коммуникационных интерфейсов и т. д.

· Модули блоков питания (PS), обеспечивающие возможность питания контроллера от сети переменного тока напряжением 120/230 В или от источника постоянного тока напряжением 24/48/60/110 В.

· Сигнальные модули (SM), предназначенные для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов с различными электрическими и временными параметрами.

· Коммуникационные процессоры (CP) для подключения к сетям PROFIBUS, Industrial Ethernet, AS-Interface или организации связи по PtP (point to point) интерфейсу.

· Функциональные модули (FM), способные самостоятельно решать задачи автоматического регулирования, позиционирования, обработки сигналов. Функциональные модули снабжены встроенным микропроцессором и способны выполнять возложенные на них функции даже в случае отказа центрального процессора ПЛК.

· Интерфейсные модули (IM), обеспечивающие возможность подключения к базовому блоку (стойка с CPU) стоек расширения ввода-вывода. Контроллеры SIMATIC S7−300 позволяют использовать в своем составе до 32 сигнальных и функциональных модулей, а также коммуникационных процессоров, распределенных по 4 монтажным стойкам. Все модули работают с естественным охлаждением.

Области применения SIMATIC S7−300/ S7−300C охватывают:

· Автоматизацию машин специального назначения.

· Автоматизацию текстильных машин.

· Автоматизацию упаковочных машин.

· Автоматизацию машиностроительного оборудования.

· Автоматизацию оборудования для производства технических средств управления и электротехнической аппаратуры.

· Построение систем автоматического регулирования и позиционирования.

· Автоматизированные измерительные установки и другие.

SIMATIC S7−400 — это модульный программируемый контроллер, предназначенный для построения систем автоматизации средней и высокой степени сложности.

Рисунок 4.3 — Программируемый контроллер SIMATIC S7−400

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, возможность применения структур локального и распределенного ввода-вывода, широкие коммуникационные возможности, множество функций, поддерживаемых на уровне операционной системы, удобство эксплуатации и обслуживания обеспечивают возможность получения рентабельных решений для построения систем автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов центральных процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

SIMATIC S7−400 является универсальным контроллером. Он отвечает самым жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания («горячая замена»).

Система автоматизации S7−400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

· Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7−400 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230 В или ~120/ 230 В.

· Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности. Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

· Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

· Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.

· Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т. д.

SIMATIC S7−400 — это мощный программируемый контроллер для построения систем управления средней и высокой степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, простота создания распределенных систем управления и удобство обслуживания делают SIMATIC S7−400 идеальным средством для решения практически любых задач автоматизации.

Основными областями применения SIMATIC S7−400 являются:

· Машиностроение.

· Автомобильная промышленность.

· Складское хозяйство.

· Технологические установки.

· Системы измерения и сбора данных.

· Текстильная промышленность.

· Упаковочные машины и линии.

· Производство контроллеров.

· Автоматизация машин специального назначения.

Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей с множеством встроенных функций существенно упрощают разработку систем автоматизации на основе SIMATIC S7−400.

Если алгоритмы управления становятся более сложными и требуют применения дополнительного оборудования, контроллер позволяет легко нарастить свои возможности установкой дополнительного набора модулей.

Анализируя работу роторной установки прессования металлических порошков и предложения рынка, остановим свой выбор на программируемом контроллере SIMATIC S5−100 U с CPU 102, т.к. работа установки относится простой системе, и данный контроллер устраивает нас по надежности, настройке, обслуживанию и цене.