Автоматизированная система управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens

• Введение
• Техническое задание
• 1 Исследование функций управления электроэрозионными станками и особенности технологии
• 1.1 Общая характеристика электроэрозионного оборудования
• 1.2 Описание существующего проволочного станка AC Classic V2
• 1.2.1 Характеристики системы управления вырезного проволочного станка AC Classic V2
• 1.3 Оболочка пользователя вырезного проволочного станка AC Classic V2 AGIEVISION
• 1.3.1 Устройства управления и ориентация в интерфейсе оператора «AGIEVISION»
• 1.3.2 Основные элементы экрана
• 1.3.3 Описание объектов и создание проекта
• 1.4 Постановка задачи и актуальность разработки автоматизированной системы управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens
• 2 Проектирование автоматизированной системы управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens
• 2.1 Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления
• 2.2 Интерфейсы подключения системы управления электроэрозионного станка и их конфигурация
• 2.2.1 Параллельный интерфейс
• 2.2.2 Последовательный интерфейс RS232 (COM1, COM2)
• 2.2.3 Специализированный интерфейс AGIEVISION
• 2.2.4 Интерфейс подключения LAN к локальным сетям
• 2.3 Выбор аппаратных средств контроллера SIMATIC S7−400 фирмы Siemens для организации интерфейса связи с системой управления электроэрозионного станка
• 2.3 Проектирование программы для удаленного контроллера Simatic S7−400 фирмы Siemens
• 2.4 Программирование контроллеров в пакете «SIMATIC Manager»
• 2.5 Структура программы управления электроэрозионного станка
• 2.6 Программирование панели оператора «OP170 B»
• 3 Техническая реализация проекта системы управления и диагностики параметров
• 3.1 Настройка интерфейса подключения удаленного промышленного контроллера Simatic S7−400
• 3.1.1 Установка программного обеспечения Remote Service Manager для организации сетевого подключения
• 3.2 Установка связи c удаленном промышленным контроллером Simatic S7−400
• 3.3 Описание программы управления и настройка удаленного контроллера к работе
• 3.4 Отладка и тестирование
• 4 Экономическая часть
• 4.1 Исследование экономических параметров базовой технической системы электроэрозионного станка
• 4.2 Расчет затрат на разработку проекта автоматизированной системы
• 4.3 Исследование экономических параметров проектируемой технической системы
• 4.4 Анализ порога рентабельности проектируемой системы
• 4.5 Анализ чувствительности проекта на изменение ключевых параметров
• 5 Безопасность жизнедеятельности
• 5.1 Требования к ПЭВМ
• 5.2 Требования безопасности электроэрозионных станков AGIECUT
• 5.3 Меры безопасности
• 5.3.1 Опасность поражения электрическим током
• 5.3.2 Защитные приспособления
• 5.3.3 Транспортировка
• 5.3.4 Наладочные работы
• 5.3.5 Работы в режиме электроэрозии
• 5.3.6 Техническое обслуживание и уход
• 5.4 Утилизация отходов
• 5.4.1 Утилизация диэлектрика
• 5.4.2 Утилизация вспомогательных средств
• 5.5 Вывод
• Заключение
• Список использованной литературы

В современных условиях совершенствования производства необходимо наличие на современных предприятиях новых технических систем, которые несут в себе различные свойства улучшения работоспособности и увеличение производительности. На сегодняшний день перед руководителями технических предприятий стоит вопрос о поднятии производственного уровня на более высокую ступень. Этого можно достигнуть путем встраивания в автоматические комплексы обработки деталей станков с системами интеллектуального управления с применением новейших идей и разработок, увеличивающих область применения технических систем и улучшение их качества и быстродействия.

Решающим средством, обеспечивающим высокие темпы научного и технического прогресса, является комплексная механизация и автоматизация производственных процессов с исключенем операторов обслуживающих работу автоматизированных станков.

Управление различными процессами без вмешательства человека называется автоматическим управлением, а технические средства, с помощью которых оно осуществляется — средствами автоматики.

Важнейшим требованием, предъявляемым к устройствам автоматики, является высокая их надежность. Ненадежная работа системы автоматического управления (отказ или ошибка) может привести к нарушению производственного процесса и к другим тяжелым последствиям. Особенно большие требования предъявляется к надежности в связи с переходом от автоматизации отдельных агрегатов и операций к осуществлению автоматического регулирования и управления сложными технологическими процессами и к созданию полностью автоматизированных производств.

Особое значение приобретает использование автоматических систем в тех областях, где возможности человека не в состоянии обеспечивать должный уровень контроля над технологическим процессом. Это может касаться как быстро протекающих процессов (например, изменения напряжения), так и вредных факторов (например, ядерные реакции, химическое производство).

Применение средств и систем автоматики и вычислительной техники должно базироваться на знании основ этих предметов, а также принципов построения и особенностей работы автоматизированных систем управления.

Роль микроэлектроники в развитии общественного производства определяется ее практически неограниченными возможностями в решении различных задач. Адаптация микропроцессора к особенностям конкретной задачи осуществляется путем разработки управляющей программы. Аппаратная адаптация в большинстве случаев осуществляется путем подключения необходимых интегральных схем обрамления и организации ввода-вывода, соответствующих решаемой задаче.

На ОАО «АВТОВАЗ» в механосборочном производстве используется различное оборудования необходимое для производственных нужд. В большинстве случаев при разработке оборудования используются промышленные контроллеры. Одним из направления проектирования оборудования на базе промышленного контроллера является автоматизированный комплекс электроэрозионной обработки деталей.

Задача проектирования — разработка автоматизированной системы управления и контроля электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens

Техническое задание

Настоящее техническое задание распространяется на разработку системы контроля электроэрозионного станка AGI-Classic 2S и разработка тангенциального резца с четырех осевым профилем, предназначенные для текущего контроля электроэрозионного станка и одновременной прослеживаемости за обрабатыванием профиля тангенциального резца.

1 Основания для разработки Автоматизированная система управления и контроля электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens разрабатывается на основании дипломного задания, утвержденного ректором ВУиТ №________________ от _______________

Тема: «Автоматизированная система управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens»

2 Источники для разработки Источником для разработки автоматизированной системы управления электроэрозионного станка AGI-Classic 2S, разработка тангенциального резца с четырех осевым профилем и управления, является документация по организации производства на предприятии техническое описание, структурная схема, устройство и принцип работы электрооборудования, документация по функционированию, паспорт оборудования.

3 Общие технические требования

3.1 Состав изделия Автоматизированная система управления, разработка четырех осевого профиля и управления состоит из следующих компонентов:

— телеметрическая сеть (главная (мастер) станция, DCE и удаленная станция);

— оборудование мастер станции (промышленный персональный компьютер);

— оборудование для удаленной станции (фиксированный контроллер SLC 500);

— терминал оператора;

— средства связи между модемом и контроллером (сеть ControlNet).

3.2 Технические параметры Телеметрическая сеть:

— топология point-to-point;

— полудуплексный протокол DF1;

— режим передачи дуплекс.

Оборудование мастер станции:

— компьютер серии 6180W фирмы Rockwell;

— дисплей: 15 дюйм. Color TFT Display, 1024×768, 24bit;

— процессор: Pentium IV 2,0 GHz;

— жесткий диск: 40 Gbyte;

— дисководы: CD-RW;

— операционная система: OS/2 русская.

Оборудование для удаленной станции:

— фиксированный контроллер SLC 500;

— источник питания.

Терминал оператора:

— дисплей цветной на ЭЛТ;

— память приложений 1Mg (хранение прикладных экранов);

— потребляемая мощность 300 VA AC максимум.

3.3 Принцип работы Автоматизированная система управления собирает информацию о состоянии эллектроэррозионного станка и контролирует рабочие параметры оборудования (состояние оборудование, время цикла, количество деталей, тип деталей и т. д.). Так же она ведет статистический учет фактической работы оборудования для планирования ремонтных операций.

3.4 Программное обеспечение RS Logic

Операционная система OS/2, интегрированный пакет для разработки и эксплуатации прикладных систем автоматизации, активная система отображений Active Display System.

Требования, предъявляемые к аппаратному обеспечению:

— Pentium-совместимый процессор с частотой 133 Мгц или выше;

— 64 мегабайта (МБ) оперативной памяти (RAM);

— Жесткий диск объемом 2ГБ, на котором имеется не менее 650 МБ свободного места.

Требования, предъявляемые к интегрированному пакету для разработки и эксплуатации прикладных систем автоматизации, активной системе отображений Active Display System:

— PC с процессором Pentium Pro, тактовая частота 200 МГц;

— оперативная память: 128 Мбайт;

— емкость жесткого диска: 1 Гбайт;

графический адаптер VGA или SVGA (видеопамять 4 Мбайта).

3.5 Условия эксплуатации Условия окружающей среды должны соответствовать ГОСТ 12.2.049 «Система стандартов безопасности труда. Общие эргономические требования.

Организация рабочего места при оператора автоматизированной системы должна соответствовать санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам СанПиН 2.2.2/2.4.1340−03 «Гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам и организации работы».

Обслуживание осуществляется персоналом в составе:

— оператор — технолог;

— наладчик КИПиА.

3.6 Требования к надежности Автоматизированная система управления должна быть функционально пригодна, устойчива к ошибкам оборудования, сбоям. При этом простота использования не должна влиять на технологические процессы предприятия. Эффективность компьютерной сети должна быть экономичной и ресурсоемкой. Наличие антивирусного программного обеспечения повысит надежность сети предприятия.

3.7 Требования безопасности Требования к безопасности, связанные с монтажом, эксплуатацией, обслуживанием и ремонтом системы текущего контроля, разработки четырех осевого профиля и управления.

3.8 Патентная чистота Патентная чистота на разработку системы управления электроэррозионного станка AGI-Classic 2S и разработка тангенциального резца с четырех осевым профилем должна быть обеспечена в отношении стран входящих в содружество независимых государств СНГ.

4 Экономические показатели Экономический эффект от внедрения автоматизированной системы управления рассчитываются на основании (затраты на разработку, затраты на приобретение оборудования, затраты на транспортировку, годовой экономический эффект, срок окупаемости затрат на внедрение, чистый доход, индекс доходности, расчет порога рентабельности, расчет запаса финансовой прочности, маржа безопасности).

5 Порядок контроля и испытаний Тестирование автоматизированной системы управления, разработка четырех осевого профиля и управления должно проходить поэтапно:

— расчет параметров системы;

— использование специального программного обеспечения для тестирования.

Автоматизированная система управления электроэррозионного станка AGI-Classic 2S должны соответствовать ГОСТ 15.309 «Система разработки и постановки продукции на производства».

Испытания и приемка выпускаемой продукции. Основные положения.

1 Исследование функций управления электроэрозионными станками и особенности технологии

1.1 Общая характеристика электроэрозионного оборудования

Электроэрозионные станки предназначены для автоматического изготовления деталей сложной формы из электропроводных материалов, как с вертикальной (цилиндрической), так и с наклонной (конической) образующей, в том числе профилей с переменным углом наклона и различными контурами в верхней и нижних плоскостях обрабатываемого изделия — деталей вырубных штампов, пресс-форм, матриц-пуансонов, фасонных резцов, шаблонов и др.

Модельный ряд включает проволочно-вырезные станки 2-х и 5-ти (рисунок 1.1) координатной контурной обработки. Все электроискровые станки оснащены системой числового программного управления (ЧПУ) с компьютерным управлением и генератором технологического тока, позволяющим производить обработку в обыкновенной водопроводной воде.

Рисунок 1.1 — Электроэрозионные станки Все модели электроэрозионных станков погружного типа, что позволяет в отличие от струйных станков эффективно обрабатывать контуры в деталях полых труб, выполнять контурную резку многослойных плит с пустотами между слоями (очень важно при пакетной обработке штампов) и т. п.

На всех моделях электроискровых станков может применяться практически любая недорогая проволока (латунная, молибденовая, медная) без изоляционного покрытия диаметром от 0,05 до 0,3 мм.

Система ЧПУ выполнена на базе современной ЭВМ с 32-разрядным математическим обеспечением. Математическое обеспечение и аппаратная часть систем ЧПУ разрабатывается специально для электроискровых проволочно-вырезных станков, имеющих ряд принципиальных отличий и нюансов по сравнению с другими видами металлообрабатывающего оборудования. Интерфейс оператора состоит из цветного графического 17″ LCD монитора, клавиатуры и органов управления лицевых панелей.

Электроэрозионные станки оснащены системой подготовки управляющих программ, которая обеспечивает получение управляющих программ непосредственно c чертежа, разработанного в Autodesk AutoCAD.

1.2 Описание существующего проволочного станка AC Classic V2

Вырезной проволочный станок AC Classic V2 является универсальным станком для классического инструментального производства. Особенностями данного станка является:

— низкие эксплуатационные расходы;

— выбор обработки (обработка в ванне или коаксиальная промывка с дополнительной водяной рубашкой);

— простота эксплуатации;

— широкий спектр технологий;

— система управления Agievision для оптимального ввода данных и планирования процесса.

Основные технические характеристики вырезного проволочного станка AC Classic V2 (рисунок 1.2) перечислены в таблице 1.1

Таблица 1.1 — Основные технические характеристики вырезного проволочного станка AC Classic V2

Рисунок 1.2 — Вырезной проволочный станок AC Classic V2

Электроэрозионный станок успешно применяется в области обработки металлов. Однако новый импульс развитию данной технологии стало изобретение нового, высокотехнологичного оборудования на основе электроэрозии. Сегодня электроискровой станок — это полуавтоматические устройства, требующие минимального участия в процессе обработки человека.

В настоящее время данный станок поддерживает только полуавтоматическое функционирование и не может встраиваться в автоматические линии и другие автоматизированные комплексы в связи с тем, что автоматизированная система не связана с удаленным компьютером который полностью контролирует и управляет технологией и производством деталей.

1.2.1 Характеристики системы управления вырезного проволочного станка AC Classic V2

В целом вырезной проволочный станок AC Classic V2 состоит из следующих основных узлов (рисунок 1.3):

1 — импульсный генератор;

2 — система перемотки проволоки;

3- рабочая зона;

4 — бункер для отработанной проволоки;

5 — управление осями;

6 — электропитание;

7 — ЧПУ;

8 — диэлектрический агрегат;

9 — пульт ручного управления;

10 — консоль;

11 — ёмкость для диэлектрика;

12 — дисковод для компакт-дисков + дисковод для дискет.

Управление станком производится с помощью двух узлов — пульта ручного управления и консоли оператора.

Система управления станком содержит специализированный программный пакет, с помощью которого настраиваться и эксплуатируется станок.

Система управления имеет следующие характеристики:

1. Управление и ввод данных:

— выносной пульт для управления осями X/Y/U/V/Z, рабочими функциями привода проволоки, рабочего резервуара и измерительных циклов с ЖКИ индикатором и электронным маховиком;

— консоль оператора AGIEJOGGER 15″ Yдюймовый цветной ЖКИ дисплей, клавиатура, мышь, CD, FDD;

— интегрированный интерфейс оператора AGIEVISION объектно-ориентированный интерфейс «оператор-машина»;

— операционная система Windows XP;

— многопроцессорный режим работы;

— CPU (процессоры) Pentium M 1.1 GG для ЧПУ и интерфейса оператора;

— сервоуправляемые оси X/Y/Z/U/V;

— дополнительная сервоуправляемая ось A;

— абсолютный и относительный формат команд;

— наименьший программируемый шаг 0.1мкр;

— максимальный офсет 6 мм.

Рисунок 1.3 — Основные узлы вырезного проволочного станка AC Classic V2

2. Модули и функции:

— упрощенное создание программ обработки EASYWORK;

— измерительные циклы для автоматического определения положения заготовки AGIESETUP 2D;

— измерительные циклы для автоматического определения

плоскости и положения заготовки AGIESETUP 3D;

— автоматический выбор технологии по заданным условиям обработки TECCUT;

— получение специфических данных по обработке из систем CAD/CAM CAMLINK;

— стандартные технологии обработки AUTOSEQUENCE;

— пользовательские технологии обработки USERSEQUENCE;

— возможность обработки срочных деталей во время выполнения

основной программы PIECEINSERT;

— DNC подключение по протоколам Xon/Xoff и LSV2DNC;

— функция справки, пояснения с текстом и графикой HELP и Online-руководство;

— моделирование обработки в 2D и 3D видах GRAFICHECK;

— проверка вводимых данных FORMALCHECK и протоколирование вводимых данных;

— простое создание шаблонов обработки WORKMODEL;

— упрощенное выполнение команд EASYRUN;

— автоматическое создание последовательности обработки для комплекта заготовок LOTTO;

— перезаправка проволоки после обрыва, при неудачной попытке и перезапуск станка после сбоя в электропитании;

— ёмкость памяти жёсткий диск 20 ГБайт, ОЗУ 512 MБайт;

— интерфейсы 2 x RS232C, 1 x параллельный, 1 LAN (локальная сеть), 1 USB;

— носители данных CD-ROM.

3. Подключения:

— номинальная мощность подключения 9.7 кВА;

— сетевое напряжение 3×400 В;

— сжатый воздух бар, 5 м3/ч;

— необходимая производительность по охлаждению 1.5 кВт.

1.3 Оболочка пользователя вырезного проволочного станка AC Classic V2 AGIEVISION

С появлением программного обеспечения AGIEVISION коренным образом изменился способ управления станком. От оператора больше не требуется преобразовывать требования обработки в программу с машинными кодами и командами. Станок сам говорит на языке оператора. Оператор при этом мыслит привычными категориями реального трехмерного мира — мира электроэрозионной обработки деталей.

Благодаря инновационному построению AGIEVISION оператор может описывать выполняемые работы с помощью понятий обычного языка своего производства.

Это описание может выполняться в разное время и различным способом и изменяться в зависимости от требований и имеющейся информации. При этом используются понятия из реального мира оператора (ОБЪЕКТЫ), характеристики которых и описываются.

Консоль или рабочее место оператора является связующим элементом между оператором и станком. В ней собраны элементы обслуживания, коммуникации и контроля станка. Основой оболочки пользователя является операционная система OS/2 Warp (Operating System / 2), из которой получают определенные функции и команды.

Интерфейс оператора «AGIEVISION» отображается на экране жидкокристаллического дисплея (рисунок 1.4).

Консоль оператора состоит из следующих узлов:

1 — дисплей;

2 — функциональные клавиши (F4… F9 соответствуют клавишам внизу экрана);

3 — буквенно-цифровая клавиатура;

4 — клавиши курсора;

5 — числовая клавиатура;

6 — мышь.

Рисунок 1.4. — Интерфейс оператора «AGIEVISION»

Клавиатура: для ввода данных клавиатура делится на четыре области, а именно:

— функциональные клавиши;

— буквенно-цифровая клавиатура;

— клавиши перемещения курсора;

— числовая клавиатура.

Работа консоли оператора определяется так называемой проектной программой, которая создается и загружается в память панели при помощи прикладной системы «AGIEVISION». Проектная программа сохраняется в памяти консоли при помощи батареи автономного питания.

Консоль оператора по отношению к компьютеру является активным устройством. Консоль оператора связывается с компьютером с помощью последовательного интерфейса. Данные, которые панель оператора считывает из компьютера или записывает в него, можно разделить на две категории:

— читаемые/записываемые значения данных из области пользователя;

— читаемые/записываемые значения из области данных, зарезервированной для консоли.

Первая категория — это данные, которые консоль автоматически запрашивает из тех адресов памяти компьютера, которые были заданы в проектной программе пользователя, или посылает (если находится в режиме ввода значений данных) в те же адреса, если они доступны для записи.

Вторая категория — это область из слов, зарезервированных в оперативной памяти компьютера, доступной пользователю. Она делится на две части:

— область данных, изменяемых панелью оператора;

— область данных, изменяемых контроллером.

Изменяемые консолью оператора данные включают два следующих блока:

— метки состояния клавиш;

— системные слова состояния консоли.

Изменяемые компьютером данные включают:

— метки состояния светодиодов передней панели и слово состояния компьютера;

— метки состояний специальных сообщений.

В процессе работы промышленный компьютер при выполнении программы в зависимости от текущей ситуации изменяет метки в области данных. Панель оператора, опрашивая область данных контроллера и учитывая измененные метки, выводит на дисплей соответствующую информацию. Измененные панелью метки в области данных промышленного компьютера используются в программе пользователя в качестве управляющих воздействий.

Область данных компьютера, зарезервированная для консоли оператора, располагается в оперативной памяти компьютера, доступной пользователю. Адрес начала этой области назначается при программировании панели оператора в системе «AGIEVISION».

Компьютер имеет возможность выдавать на дисплей консоли до 400 специальных сообщений, например, аварийных. С этой целью в области зарезервированных данных для консоли отводятся 16 слов. Каждый бит в этих словах отвечает за одно специальное сообщение. Если какая-либо метка установлена компьютером, а в консоли оператора имеется текст, соответствующий этой метке, то этот текст с информацией о времени возникновения, прекращения и подтверждения приема будет выведен на дисплей консоли оператора, а также сохранен в архиве поступивших экстренных сообщений.

Консоль оператора имеет два основных режима работы:

1. Управляющий режим (Operation mode).

2. Режим конфигурации (Configuration mode).

В управляющем режиме можно просматривать и модифицировать определенные в проектной программе данные при помощи клавиатуры и дисплея.

В режиме конфигурации консоль оператора программируется при помощи персонального компьютера для работы с требуемым типом консоли.

После включения питания консоль оператора автоматически входит в управляющий режим, если ранее была загружена проектная программа. Если программа отсутствует, консоль входит в режим конфигурации. На экране появляется строка «Configuration mode», и для перехода в управляющий режим в терминал необходимо загрузить проектную программу.

Чаще всего для перемещения по экрану применяется устройство-указатель — мышь.

После инициализации станка система выводит на экран страницу «Подготовка рабочей зоны» (рисунок 1.5).

AGIEVISION представлена на экране в виде трёх самостоятельных окон: левого, правого и нижнего горизонтального.

Такое разделение экрана позволяет оператору охватить единым взглядом сразу всю информацию о выполняемых на станке действиях.

В многозадачном режиме можно выполнять одновременно различные действия, например во время эрозионной обработки одной заготовки можно выполнять редактирование другой операции.

Многооконная организация экрана AGIEVISION позволяет помимо отображения выполняемых действий одновременно выполнять несколько задач, т. е. обеспечивает работу в многозадачном режиме.

Рисунок 1.5 — Основное окно «AGIEVISION»

1.3.1 Устройства управления и ориентация в интерфейсе оператора «AGIEVISION»

Основное управление в интерфейсе оператора «AGIEVISION» основывается на управлении с помощью следующих устройств:

1. Устройство «мышь».

«Мышь» — устройство, наиболее часто применяющееся для обслуживания пользовательской оболочки программного обеспечения AGIEVISION. Поставляемая вместе со станком «мышь» имеет две клавиши, причём для работы с AGIEVISION используются обе.

Мышь служит для перемещения указателя по экрану (как правило, это стрелочка) в то место, где оператор собирается произвести действие. С помощью клавиш мыши можно выполнять различные действия (выбирать опции и запрашивать команды).

2. Функциональные клавиши.

Функциональные клавиши обеспечивают быстрый доступ к наиболее часто применяемым функциям в зависимости от активированного окна. Выбрать эти функции можно с помощью мыши или при нажатии функциональных клавиш F4… F9 на клавиатуре.

Функциональная клавиша FENSTER (Окно) всегда первая: с её помощью можно просматривать подряд содержание окон. Обозначение следующих функциональных клавиш меняется в зависимости от активированного окна.

При выборе одной из иконок режимов обработки вы увидите на экране соответствующую структуру окон. Активированное окно будет находиться в «фокусе», т. е. появится на переднем плане. Имя этого окна будет аналогично названию выбранной иконки режима обработки. Можно также активировать окно с помощью опции Window (Окно) в меню.

1.3.2 Основные элементы экрана

В этой строке в верхней части экрана даны имя и номер версии программного обеспечения для управления станком. Справа в строке заголовка находятся пиктограммы (иконки) выбора режимов обработки. Это графические символы на экране, обозначающие основные режимы обработки.

С помощью этих пиктограмм можно просто и быстро скомпоновать окна, необходимые для выполнения основных режимов работы, таких как: «Подготовка рабочей зоны», «Выполнение заготовки», «Описание заготовки», «Управление файлами» и «Графический контроль» и «Easyrun». Для того чтобы составить окна для основных режимов обработки, необходимо щёлкнуть по соответствующей пиктограмме 1 раз левой клавишей мыши.

Пиктограмма «Ручной режим обработки», (Manual)

с помощью данной пиктограммы производится выбор трёх окон для «Подготовки рабочей зоны».

Пиктограмма «Эрозия»,

с помощью данной пиктограммы производится выбор трёх окон для «Выполнения заготовки».

Рисунок 1.6 — Пиктограммы основного управления «AGIEVISION»

Пиктограмма «Описание», с помощью данной пиктограммы производится выбор трёх окон для «Редактирования заготовки» («Pieceditor»).

Пиктограмма «Обмен данными»,

с помощью данной пиктограммы производится выбор трёх окон для «Управления файлами».

Динамические пиктограммы при выполнении какой-либо работы или команды связаны с важнейшими окнами: в зависимости от состояния заданных для них действий эти пиктограммы могут изменять свой символ или цвет.

Изменение активных (динамических) пиктограмм зависит от процесса обработки.

1.3.3 Описание объектов и создание проекта

Следующим элементом, необходимым для описания объекта, является «Книга».

Графически книга похожа на обычную книгу со множеством страниц, поделённых на разделы и имеющих указатели. С её помощью можно выводить на экран данные и установки для выбранного объекта.

Рассмотрим подробнее содержание книги. Для этого выберем вертикальный указатель GEOMETRIE (Геометрия).

Книга имеет много страниц, поделённых на разделы, обозначенные вертикальными и горизонтальными указателями.

Вертикальные указатели делят «Книгу» (рисунок 1.7) на несколько разделов (основные объекты) с соответствующими заголовками. С помощью горизонтальных указателей происходит дальнейшее дробление этих разделов (группы данных).

Рисунок 1.7 — Вид «Книги» для описания объекта «AGIEVISION»

Внизу на каждой странице находятся функциональные клавиши, которые соответствуют функциям, часто применяемым на страницах книги. Эти функции одинаковы для всех «наслоённых» страниц и запрашиваются только с помощью мыши. OK — с помощью этой функции можно закрыть книгу, сохранив введённые данные. Cancel (Отмена) — с помощью этой функции книга закрывается без записи введённых данных.

Функциональные клавиши для каждой отдельной страницы позволяют, например, задать для соответствующего объекта файлы, записать или удалить выбранные опции.

Такой вид изображения типичен для операционной системы OS/2 и позволяет показать на экране все элементы какого-либо объекта.

Для того чтобы показать содержание объекта, например «Demo C3₁», следует нажать 1 раз левой клавишей мыши на знак «+», который находится перед объектом.

Такая структура дерева позволяет показать все элементы, из которых собственно, и состоит объект.

AGIEVISION применяет структуру дерева для показа и/или изменения значений, касающихся элементов какого-либо выбранного объекта; а нажатием правой клавиши мыши можно выбрать желаемую функцию из контекстного меню. Это означает, что вы можете, например, производить какие-либо вмешательства во время процесса обработки.

В пакете проектирования имеется библиотека, содержащая множество графики и широкий спектр рисунков. В качестве графического редактора может использоваться любой редактор с интерфейсом OLE (например, Paint Shop, Designer или CorelDraw):

— векторную графику — основные геометрические фигуры (например, линии, окружности и прямоугольники);

— статические тексты для обозначения функциональных клавиш, кадров и параметров процесса с любым размером шрифта;

— тренды и гистограммы используются для визуализации переменных величин;

— выбор кадра с ПЛК. ПЛК может формировать приглашение для переключения кадра оператором;

— выбор языков, 5 динамически переключаемых языков, всего доступен 21 язык, включая азиатские и кириллические;

— защита паролем с 10 уровнями доступа;

— система сообщений, настройка сообщений состояния, аварийных и системных сообщений;

— управление рецептами;

— с помощью дополнительной памяти данных (на CF-карте);

— прямое/автономное редактирование на панели;

— хранение рецептов в стандартном формате Windows (CSV);

— внешняя обработка с помощью стандартных пакетов Excel или Access.

— текстовая справка для кадров, сообщений и переменных;

— математические функции;

— мониторинг уставок для надежного контроля входных и выходных параметров процесса;

— индикаторная подсветка для индикации состояния агрегата или установки;

— таймер для обработки циклических функций;

— печать; твердая копия и печать сообщений;

— динамическое перемещение и скрытие/отображение объектов;

— постоянные окна — фиксировано заданные области экрана для вывода общей информации (например, важных параметров процесса, даты и времени и т. п.);

— резервирования/восстановления конфигурации, операционной системы, пользовательских и системных данных с использованием опциональной CF-карты (карта Compact Flash);

— резервирования/восстановления конфигурации, операционной системы, пользовательских и системных данных на ПК с помощью ProSave;

— загрузки/выгрузки конфигурации по MPI/PROFIBUS DP/RS232 и на CFкарту (опционально);

— индивидуальной настройки и калибровки контрастности;

— отсутствия необходимости использования батарей.

1.4 Постановка задачи и актуальность разработки автоматизированной системы управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens

Для встраивания данных видов станков в автоматические линии, либо комплексы возникает необходимость управления данным станков полностью в автоматизированным режиме. На ОАО «АВТОВАЗ» зачастую за основную систему управления автоматических линий обработки деталей выбирают промышленный контроллер, который выполняет активную роль управления и связывается с объектами управления с помощью сетевых интерфейсов.

Для оценки и разработки данного проекта необходимо рассмотреть аппаратную часть станка, оценить интерфейс связи с удаленным контроллером, произвести настройку программного обеспечения и полностью наладить станок в автоматизированном режиме работы.

Данная автоматизированная система позволяет упростить диагностику и управление станком за счет исключения релейных управляющих устройств и совмещения удаленного контроллера и консоли оператора, что приведет к повышению надежности. Использование удаленного контроллера для управления и диагностики неисправностей приведет к улучшению обслуживания и ремонта оборудования и как следствие сокращению времени простоя в ремонте.

Таким образом, возникает задача разработки автоматизированной системы управления электроэрозионным станком AC Classic V2 AGIEVISION для встраивания его в автоматические линии обработки деталей и управления им в автоматизированном режиме используя удаленный контроллер.

2 Проектирование автоматизированной системы управления электроэрозионного станка на базе контроллеров фирмы Siemens

2.1 Разработка структурной схемы автоматизированной системы управления

Цель — управление и диагностика параметров электроэрозионного станка и процесса в целом. Для этого необходимо проанализировать принцип работы по имеющейся технической документации и создать автоматизированную систему согласно полученным данным.

Конфигурация системы — связь между удаленным контроллером, консолью оператора осуществляется с использованием интерфейсов поставляемых совместно со станком. Наличие интерфейса должно дополнительно настраиваться в системе управления станка и также в удаленном контроллере.

Рисунок 2.1 — Структурная схема управления Выбор структурной схемы управления, заключается в выборе значений процесса и состояний оборудования которые необходимо контролировать и которыми необходимо управлять, а также отображать на консоли оператора, и какие типы объектов понадобится для этого сконфигурировать.

2.2 Интерфейсы подключения системы управления электроэрозионного станка и их конфигурация

Рассмотрим существующие наиболее часто применяемые последовательные и параллельные интерфейсы. Таким образом, рассмотрим возможные варианты подключения подключение удаленного контроллера к станкам AC CLASSIC.

Поставляются следующие интерфейсы (рисунок 2.2):

— LPT-порт — параллельный CENTRONIC, зарезервированный для принтера;

— 2 последовательных интерфейса RS 232 V24;

— интерфейс LAN 10/1000 Мбит/сек для сетевых подключений, TCP/IP или NETBEUI, разъём RJ45 + AUI (Agiecut Classic);

— интерфейс Agie для управления периферийными устройствами.

Рисунок 2.2 — Возможные интерфейсы станка AC CLASSIC

2.2.1 Параллельный интерфейс

К совместимому с Centronic параллельному интерфейсу (рисунок 2.3) (25-контактное гнездо SUB-D), можно подключить принтер, который служит для локальной печати (длина кабеля 5 м). Для этого требуется соответствующий адаптер между соединительным кабелем и штекерным соединением.

Адаптер DTR-52 служит для параллельного интерфейса фильтром против электромагнитных помех и не является гальванической развязкой.

Сигналы на разъёмах станка и внешних устройств идентичны и приведены в таблице на следующей странице.

Рисунок 2.3 — Структурная схема подключения системы управления станка по параллельному интерфейсу

2.2.2 Последовательный интерфейс RS232 (COM1, COM2)

Последовательный интерфейс системы управления AGIEVISION служит для подключения различных устройств (рисунок 2.4), однако ограничение скорости передачи данных согласно стандартов (115 кБот/сек) имеет самый значительный минус в его использовании.

Рисунок 2.4 — Структурная схема подключения системы управления станка по последовательному интерфейсу Плата DTR 39 является внешней платой-адаптером. Он используется для гальванической развязки шины RS232C с сигналами и 25-контактным (IBM совместимым) разъемом. Для платы DTR 39 необходимо питание +5 В. Если плата DTR 39 подключается непосредственно к управлению AGIEVISION, то он получает питание непосредственно от станка. Выход со стороны периферийных устройств на 100% совместим с IBM.

Плата DTR 39 предназначена для внешнего подключения на станках AGIE. Ее применение является обязательным в соответствии с Европейскими нормами безопасности EN 50 082−2.

Если плата DTR 39 не обеспечивается необходимым для функционирования питанием (5 В, 250 мA постоянного тока) от разъёма станка, то к ней следует подключить небольшой внешний источник питания. Для этого на DTR 39 предусмотрено дополнительное гнездо диаметром 3,5 мм. Благодаря этому гнезду можно использовать DTR 39 с любым типом интерфейса RS232C, совместимым с IBM, даже если соединитель интерфейса не обеспечивает необходимое питание адаптера.

2.2.3 Специализированный интерфейс AGIEVISION

Интерфейс ввода-вывода поставляется в виде дополнения ко всем станкам серий Classic, Evolution и Innovation. Интерфейс ввода-вывода служит для активизации периферийных устройств, таких как телефонная сигнализация, дополнительные оси и устройства специального назначения (собственной разработки). Он сопоставим с предыдущим М-кодовым интерфейсом. Возможно подсоединение любых устройств, для которых требуется контакт релейного типа с гальванической развязкой и состоянием «открыт-закрыт» в качестве управляющего сигнала.

Каждому выходу управляющего сигнала соответствует вход, использование которого зависит от выбранной функции. Имеется 8 входов и выходов. Существует несколько способов программирования входа и выхода контакта с помощью управляющей программы AGIEVISION.

Можно выбрать следующие функции:

— установка разряда;

— ожидание разряда;

— сброс разряда;

— установка порта;

— ожидание порта;

— ввод импульса.

Выходы и входы рассчитаны на 24 В. Питание периферийных устройств от оборудования не осуществляется, поэтому для них требуется собственный источник питания.

В станках версии AUTOMATION данный дополнительный интерфейс уже установлен, и использовать все его 8 каналов нельзя, поскольку два канала отведены для автоматической дверцы. Если вам необходимы все 8 входов и выходов (функциональный порт), следует поставить второй интерфейс.

В версии AGIETRON INNOVATION соответствующее аппаратное обеспечение уже установлено; функция приводится в действие по паролю.

Дополнительный интерфейс ввода-вывода является модернизируемым устройством. Если его заказ производился одновременно с заказом основного оборудования, никакой дополнительной работы не требуется. Во всех версиях AUTOMATION этот интерфейс уже установлен и используется для активации автоматической загрузочной дверцы. Однако четыре из его восьми входов-выходов остаются свободными и могут быть соединены с другими периферийными устройствами. Это входы и выходы с 4 по 7.

Установка интерфейса в трёх разных версиях оборудования производится по-разному. Для версий AGIECUT CLASSIC и EVOLUTION требуется дополнительное оборудование от фирмы AGIE, а в случае AGIETRON INNOVATION необходимо только провести обновление пароля для разрешения работы.

2.2.4 Интерфейс подключения LAN к локальным сетям

Станок снабжен сетевой картой с выходным разъёмом (AUI) и может быть подключен к локальной вычислительной сети (LAN).

Обмен данными однонаправленный. Станок может обмениваться данными со всеми персональными компьютерами сети, на которых установлены операционные системы OS/2 Warp v.4 или Windows NT / Windows 2000 Professional. Обмен данными с операционными системами Windows 95 и 98 невозможен из-за технической несовместимости.

Все станки снабжены сетевой картой с сетевым (Ethernet) выходным разъёмом типа RJ45 и AUI (Agiecut Classic).

Протокол NETBEUI (NetBIOS) является стандартным протоколом, устанавливаемым на станках Agiecut Classic. Протокол TCP/IP может быть сконфигурирован в качестве альтернативного.

Протокол TCP/IP (рисунок 2.5) является стандартным протоколом для установления на станках Agiecut Challenge, Evolution, Excellence Vertex и Agietron Impact, Innovation, Exact

DNC (Система распределённого числового программного управления) служит для передачи данных по кабелю с удаленного контроллера на станок, используя для этого протоколы передачи данных Xon/Xoff или LSV2. Подобную возможность могут обеспечить пакеты программ для ЧПУ, предоставленные третьей стороной (необходимую документацию можно заказать на фирме AGIE под именем «Описание интерфейсов DNC LSV2»), или программное обеспечение AGIEVISION PC, предоставляемое фирмой AGIE.

Протокол передачи данных посредством обмена сообщениями между двумя станциями через последовательный интерфейс в соответствии с нормативами SIEMENS LSV2 (DIN 66 019).

Рисунок 2.5 — Структурная схема подключения системы управления станка по интерфейсу LAN

Интерфейс DNC (ЧПУ) и AGIEVISION PC являются стандартными модулями программного обеспечения AGIEVISION на станках Agiecut Classic, Challenge, Evolution, Excellence, Vertex и Agietron Iimpact, Innovation, Exact.

Персональный компьютер с инсталлированным на нём AGIEVISION PC можно подключать к станкам AGIE без установки каких-либо дополнительных пакетов программного обеспечения.

Подсоединение персонального компьютера к станку AGIE может быть выполнено как средствами заказчика, так и с помощью комплектующих материалов фирмы AGIE.

2.3 Выбор аппаратных средств контроллера SIMATIC S7−400 фирмы Siemens для организации интерфейса связи с системой управления электроэрозионного станка

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

Система автоматизации S7−400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке (рисунок 2.6).

Простота конструкции S7−400 существенно повышает его эксплуатационные характеристики. Модули устанавливаются в свободные разъемы монтажных стоек в произвольном порядке и фиксируются в рабочих положениях винтами. Фиксированные места занимают только блоки питания, первый центральный процессор и некоторые интерфейсные модули.

Рисунок 2.6 — Контроллер SIMATIC S7−400

Программируемые контроллеры SIMATIC S7−400 могут комплектоваться 7 типами центральных процессоров. Центральные процессоры отличаются друг от друга различной вычислительной мощностью, объемами памяти, количеством встроенных интерфейсов и другими параметрами. Предлагаемая гамма центральных процессоров позволяет легко адаптировать контроллер к требованиям конкретной решаемой задачи.

Для линии роботизированной сварки рассматриваемой в данном дипломном проекте выбирается процессор CPU 416−2. Этот процессор необходим для построения сложных систем автоматического управления со сложными алгоритмами обработки информации и интенсивным сетевым обменом данными.

Центральные процессоры S7−400 выпускаются в пластиковых корпусах и снабжены одинаковым набором элементов управления и индикации. С тыльной стороны корпуса расположены соединительные гнезда для подключения к внутренней шине контроллера. Центральные процессоры с одним или двумя встроенными интерфейсами имеют ширину корпуса 25 мм и подключаются к внутренней шине контроллера через один разъем монтажной стойки. Центральные процессоры с тремя и четырьмя встроенными интерфейсами имеют ширину корпуса 50 мм и подключаются к внутренней шине контроллера через два разъема монтажной стойки.

К контроллеру SIMATIC S7−400 управляющему автоматическим комплексом обработки деталей, в состав которого входит система управления электроэрозионного станка, подключаются различные модули, предназначенные для контроля потоков данных, преобразования сигналов, решения типовых задач управления. Все модули устанавливаются на монтажную стойку. Монтажные стойки являются несущей основой, предназначенной для установки модулей, подключение модулей к цепям питания и внутренней шине контроллера.

Модули необходимы для увеличения скорости обработки данных контроллером. Большинство параметров модулей настраивается программным путем с помощью утилиты Hardware Configuration пакета STEP 7.

Сигнальные модули предназначены для ввода и вывода дискретных и аналоговых сигналов контроллера. Сигнальные модули выпускаются в пластиковых корпусах. На их фронтальных панелях расположены светодиоды индикации. Количество и назначение светодиодов зависит от типа модуля. За защитной дверцей расположен разъем для установки фронтального соединителя. На тыльной стороне защитной дверцы нанесена схема подключения внешних цепей модуля, на фронтальной стороне дверцы расположен паз для установки этикетки с маркировкой внешних цепей.

Сигнальные модули включают в свой состав:

— модули ввода дискретных сигналов SM 421. Эти модули предназначены для преобразования входных дискретных сигналов контроллера в его внутренние логические сигналы. К входам модулей могут подключаться контактные датчики, а также бесконтактные датчики BERO;

— модули вывода дискретных сигналов. Модули предназначены для преобразования внутренних логических сигналов контроллера в его выходные дискретные сигналы. К выходам модулей могут подключаться соленоидные вентили, реле, контакторы, сигнальные лампы, небольшие двигатели и т. д.;

— модули ввода аналоговых сигналов. Предназначены для аналого-цифрового преобразования входных аналоговых сигналов контроллера и формирования цифровых величин, используемых центральным процессором в процессе выполнения программы. К входам модулей могут подключаться датчики с унифицированными выходными электрическими сигналами напряжения или силы тока, термопары, термометры сопротивления. Выбор вида входного сигнала (сила тока, напряжение, термо-ЭДС или сопротивление) производится аппаратно установкой кодового элемента в одно из четырех возможных положений. Кодовые элементы устанавливаются в разъемы, расположенные в боковой стенке сигнального модуля. Кодовые элементы входит в комплект поставки каждого из перечисленных модулей ввода аналоговых сигналов;

— модули вывода аналоговых сигналов предназначены для цифро-аналогового преобразования внутренних цифровых величин контроллера и формирования его выходных аналоговых сигналов. Выбор вида выходного сигнала производится соответствующей схемой подключения модуля. Выбор диапазона изменения выходного сигнала производится с помощью утилиты Hardware Configuration пакета STEP 7;

Функциональные модули предназначены для решения типовых задач автоматического управления, к которым можно отнести задачи скоростного счета, позиционирования, автоматического регулирования и т. д. Кроме того, в составе программируемых контроллеров SIMATIC S7−400 могут использоваться модули FM 458−1DP, предназначенные для решения сложных задач автоматического управления со скоростной обработкой информации.

Функциональные модули включают в свой состав:

— модуль скоростного счета FM 450−1. Это интеллектуальный модуль 2-канального счетчика. Модуль позволяет производить подсчет импульсов инкрементальных декодеров перемещения, контролировать импульсные сигналы различных датчиков (например, фотоэлектронных барьеров), выполнять функции сравнения содержимого счетчиков с заданными значениями и выдавать дискретные сигналы на встроенные дискретные выходы. Все операции выполняются автономно, что позволяет существенно разгрузить центральный процессор контроллера. Питание датчиков осуществляется от встроенного в модуль блока питания.

— модуль позиционирования с укоренной подачей FM 451. Интеллектуальный модуль FM 451 применяется для решения задач позиционирования по 3 осям с ускоренной подачей рабочего органа. Он способен управлять работой приводов, оснащенных стандартными двигателями. Воздействия на двигатели формируются контакторами или преобразователем частоты. Текущие координаты перемещения контролируются с помощью инкрементальных или синхронно-последовательных (SSI) датчиков положения.

Помимо модуля FM 451 система позиционирования включает в свой состав центральный процессор контроллера S7−400, программатор PG и, при необходимости, панель оператора ОР. Обмен данными между модулем и центральным процессором обеспечивается стандартным функциональным блоком.

— модуль электронного командоконтроллера FM 452. Модуль предназначен для формирования последовательности команд по аналогии с кулачковым командоконтроллером. Запуск последовательности операций производится по сигналу датчика положения, подключенного к входу модуля. Модуль способен работать с инкрементальными и синхронно-последовательными датчиками позиционирования и позволяет использовать для формирования команд до 32 кулачков, воздействующих на состояния 16 встроенных дискретных выходов.

— модуль автоматического регулирования FM 455. Модуль является универсальным интеллектуальным 16-канальным модулем, который применяется для решения широкого круга задач автоматического регулирования. На его основе могут быть построены системы регулирования температуры, давления, потока и других параметров. Позволяют создавать программируемые структуры автоматического регулирования и использовать интерактивную систему адаптации систем регулирования температуры. Регуляторы, построенные на основе FM 455, способны продолжать свою работу даже в случае остановки центрального процессора контроллера.