Система управления РТК для токарной обработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

КУРСОВАЯ РАБОТА

расчетно-пояснительная записка

Система управления РТК для токарной обработки

Дисциплина Автоматизация технологических процессов и производств

Курган 2022



Содержание

Реферат

Введение

1. Обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта

1.1 Характеристика автоматизируемого технологического комплекса

1.2 Анализ путей автоматизации заданного объекта

1.2.1 Выбор автоматического устройства управления

1.2.2 Выбор робота-манипулятора

1.2.3 Выбор накопителя для заготовок и деталей

1.3 Разработка технического задания на проект

1.3.1 Наименование и область применения системы управления

1.3.2 Основание для разработки

1.3.3 Цель и назначение разработки

1.3.4 Источники разработки

1.3.5 Режим работы объекта

1.3.6 Условия эксплуатации системы управления

1.3.7 Технические требования

1.3.8 Стадии и этапы разработки

1.3.9 Порядок контроля и приемки

2. Разработка системы логико-программного управления технологическим объектом

2.1 Разработка общей структуры системы управления

2.1.1 Разработка структурной схемы

2.1.2 Сигналы с объекта управления

2.1.3 Выходные сигналы

2.2 Проектирование подсистемы логико-программного управления

2.2.1 Выбор технической реализации элементов подсистемы

2.2.2 Подбор средств логико-программного управления

2.2.3 Разработка принципиальной схемы управления

2.2.4 Разработка программы управления

Заключение

Список использованных источников

Приложение А Программа управления РТК

Приложение Б Таблица внутренних переменных программы



Реферат

автоматизируемый технологический управление программный

В данной работе выполнена разработка системы управления РТК для токарной обработки деталей типа «вал» в рамках курсового проектирования по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств». Данная расчетно-пояснительная записка содержит:

- 34 страницы;

- 7 таблиц;

- 3 рисунка;

- 2 приложения;

В ходе выполнения данной работы в качестве источников были использованы материалы сети интернет, научная литература, методические указания для выполнения курсового проектирования.



Введение

Тема курсовой работы: Проект системы РТК для токарной обработки.

Цель курсовой работы: Разработать РТК для токарной обработки деталей типа «вал».

Задачи курсовой работы:

1) Охарактеризовать объект автоматизации

2) Проанализировать целесообразность автоматизации технологического объекта

3) Разработать техническое задание на проектирование системы управления технологических объектом.

4) Обосновать выбор управляемых параметров.

5) Обосновать выбор устройства управления, обеспечивающего логико-программное управления дискретным процессом, проанализировать заданный алгоритм работы. Выбрать измерительные и исполнительные устройства. На основе алгоритма управления разработать соответствующую программу управления.

6) Разработать принципиальную схему управления, схему структурную.



1. Обоснование необходимости автоматизации заданного технологического объекта

1.1 Характеристика автоматизируемого технологического комплекса

План расположения основных узлов объекта автоматизации и предполагаемое расположение устройств автоматики представлено на рисунке 1.

Рисунок 1 План расположения компонентов РТК для токарной обработки. Обозначения: 1 - Токарный станок с ЧПУ; 2 - Промышленный робот; 3 - Накопитель 1; 4 - Накопитель 2

Автоматизированный технологический комплекс представляет собой токарный станок с ЧПУ, этот станок получает заготовки из накопителя 1, посредствам промышленного робота. По завершении обработки готовая детали со станка отправляются в накопитель 2 посредством промышленного робота.

С социально-экономической точки зрения автоматизация данного процесса повысит производительность труда, высвободит человеческую рабочую силу, улучшит качество продукции, повысится надежность оборудования, повышения безопасности на предприятии, исключение человеческого фактора. Социальный эффект - замена неквалифицированного, монотонного и трудоемкого труда творческим.

С точки зрения технологического объекта автоматизация данной системы позволит повысить точность выпускаемой продукции.

1.2 Анализ путей автоматизации заданного объекта

1.2.1 Выбор автоматического устройства управления

Так как объект управления состоит из отдельных сложных операций и агрегатов, возникает дополнительная задача управления дискретным процессом - связать эти элементы в единую систему, обеспечить определенную последовательность работы, переход из одного режима в другой при определенных условиях. В качестве устройства управления будем применять дискретный автомат, а именно программируемый логический контроллер.

1.2.2 Выбор робота-манипулятора

В данном РТК робот манипулятор требуется для перемещения в пространстве заготовок и готовых деталей. Для данных целей подходят роботы-манипуляторы с цилиндрической, сферической и двухполярной сферической (называемой также антропоморфной).



Рисунок 2 Системы координат роботов-манипуляторов

Стоит отметить, что наиболее предпочтительным в данном РТК является робот с цилиндрической системой координат, так как он имеет наименьшее количество степеней свобод, в следствии чего он является наиболее надежным, простым в обращении и наименее дорогим вариантом. Однако, его можно применять только в том случаи, если положения заготовки в станке, в накопителе 1 и в накопителе 2, находятся на одном уровне. В ином случаи придется применять другие виды роботов.

1.2.3 Выбор накопителя для заготовок и деталей

В качестве накопителя для заготовок и деталей будем использовать магазин.

Рисунок 3 Магазин - накопитель деталей.

1.3 Разработка технического задания на проект

1.3.1 Наименование и область применения системы управления

Наименование: Система управления РТК для токарной обработки деталей типа «вал».

Область применения: машиностроение.

1.3.2 Основание для разработки

- План расположения компонентов РТК для токарной обработки.

1.3.3 Цель и назначение разработки

Целью разработки является повышение точности выполнения операций, обработки и транспортировки деталей в пределах технологического комплекса, повышение производительности, уменьшение количества персонала, обслуживающего данный комплекс.

Назначением разработки является создание автоматизированной системы управления РТК для токарной обработки на базе программируемого логического контроллера, отвечающего за исполнительные механизмы и за прием сигналов с датчиков и пульта оператора.

1.3.4 Источники разработки

- Варианты заданий для курсовой работы

- Задания к курсовому проектированию

- Методические указания к курсовому проектированию

1.3.5 Режим работы объекта

Алгоритм работы

- При нажатии кнопки «Пуск» и отсутствии процесса сброса, система РТК должна начать (либо продолжить прерванное) выполнение технологического процесса. Технологический процесс соответствует циклограмме (чертеж прилагается к пояснительной записке. Наименование: «Система управления РТК для токарной обработки Циклограмма»).

- При нажатии кнопки «Стоп», система РТК должна запомнить свое состояние и прекратить любые действия.

- При зажатии кнопки «Сброс» на три секунд, система РТК должна начать переход системы в исходное состояние, и обеспечивать индикацию данного процесса.

1.3.6 Условия эксплуатации системы управления

Температура: от 0 до 55°С.

Относительная влажность воздуха: от 0 до 95% (без конденсации).

Окружающая среда не должна содержать агрессивных паров и газов.



1.3.7 Технические требования

- Реализовать систему управления на ПЛК компании Siemens.

- Контроль зажима детали на токарном станке с помощью датчика.

- Контроль разжима детали на токарном станке по времени 0,5 с.

1.3.8 Стадии и этапы разработки

1. Разработка программы управления.

2. Разработка принципиальной схемы.

3. Разработка структурной схемы.

4. Выбор средств автоматизации.

5. Отладка системы управления на производственном оборудовании.

1.3.9 Порядок контроля и приемки

Приемка осуществляется главным инженером завода, главным технологом и начальником службы КИПиА.



2. Разработка системы логико-программного управления технологическим объектом

2.1 Разработка общей структуры системы управления

2.1.1 Разработка структурной схемы

Разработанная структурная схема системы РТК для токарной обработки представлена на чертеже «Схема управления РТК для токарной обработки Схема структурная».

2.1.2 Сигналы с объекта управления

Наименования сигналов от объекта управления предоставлены в таблице 1.

Таблица 1

Входные сигналы для ПЛК

№	Наименование
1	Датчик «Захват у накопителя 1»
2	Датчик «Захват у станка»
3	Датчик «Захват у накопителя 2»
4	Датчик «Захват выдвинут»
5	Датчик «Захват задвинут»
6	Датчик «Захват сжат»
7	Датчик «Захват разжат»
8	Датчик «Заготовка в накопителе»
9	Сигнал от станка с ЧПУ «Патрон зажат»
10	Сигнал от станка с ЧПУ «Процесс обработки»
11	Сигнал от станка с ЧПУ «Обработка завершена»
12	Датчик «Накопитель 2 заполнен»
13	Кнопка «Пуск»
14	Кнопка «Стоп»
15	Кнопка «Сброс»

Для обеспечения работы системы требуется 15 дискретных входных сигналов.

2.1.3 Выходные сигналы

Наименования выходных сигналов с ПЛК предоставлены в таблице 2.

Таблица 2

Выходные сигналы с ПЛК

№	Наименование
1	Сигнал «Поворот к накопителя 1»
2	Сигнал «Поворот к станка»
3	Сигнал «Поворот накопителя 2»
4	Сигнал «Выдвинуть захват»
5	Сигнал «Задвинуть захват»
6	Сигнал «Сжать захват»
7	Сигнал «Разжать захват»
8	Сигнал для станка с ЧПУ «Накопитель 2 заполнен»
9	Сигнал для станка с ЧПУ «Пуск»
10	Сигнал для станка с ЧПУ «Стоп»
11	Индикация режима «Процесс сброса»

Для обеспечения работы системы требуется 11 дискретных выходных сигналов.

2.2 Проектирование подсистемы логико-программного управления

2.2.1 Выбор технической реализации элементов подсистемы

Выбор кнопок управления:

- Кнопка «Пуск». Выбираем кнопку XB5AA31 зеленый.

- Кнопка «Стоп». Выбираем кнопку 3XB7NA45 красный, нормально замкнутый.

- Кнопка «Сброс». Выбираем кнопку XB5AA51 желтый.

Использование кнопок разного цвета упрощает ориентацию в управлении РТК. Также для удобства на пульте оператора стоит продублировать названия кнопок.

Выбор средств индикации

- Светодиод процесса «сброс». Выберем светодиод FYL-5013 YD1C желтый.

Выбор датчиков:

- Датчики положения робота-манипулятора и датчик разжима захвата. Выбираем электроконтактные датчики D43Y.

Таблица 3

Основные характеристики датчика D43Y

Наименование характеристики	Значение
Номинальное рабочее напряжение, В	24
Номинальный ток резистивной нагрузки, А	6
Номинальный ток индуктивной нагрузки, А	2
Класс защиты	IP67
Масса, кг	0,016

- Датчики выдвижения и захвата зажима. Выбираем реле избыточного давления DS 6 DS6 685-1002-1-0-N10-300-1-000-00R.

Таблица 4

Основные характеристики датчика

DS 6 DS6 685-1002-1-0-N10-300-1-000-00R

Наименование характеристики	Значение
Измеряемый параметр	Давление
Тип выхода	PNP
Номинальное рабочее напряжение, В	24
Минимальное рабочее напряжение, В	10
Максимальное рабочее напряжение, В	030
Максимальный выходной ток, мА	300
Класс защиты	IP67
Масса, кг	0,09

- Датчик наличия детали в накопителе 1 и датчик заполнения накопителя 2. Выбираем оптический датчик SOEG-L-Q30-P-A-S-2L. Данный датчик работает по принципу «Световой барьер».

Таблица 5

Основные характеристики оптического датчика SOEG-L-Q30-P-A-S-2L

Наименование характеристики	Значение
Измеряемый параметр	Положение объекта
Тип выхода	PNP
Номинальное рабочее напряжение, В	24
Минимальное рабочее напряжение, В	10
Максимальное рабочее напряжение, В	030
Максимальный выходной ток, мА	200
Класс защиты	IP65
Масса, кг	0,018

Реализация управления электродвигателями

- Магнитные пускатели запуска двигателя. Выберем магнитный пускатель ПМЛ-1100

Таблица 6

Основные характеристики магнитного пускателя ПМЛ-1100

Наименование характеристики	Значение
Номинальный ток, А	10
Напряжение катушки управления, В	220
Класс защиты	IP00
Масса, кг	0,35

Выбор пневмораспределителей

- Пневморасперделитель с 2-мя управляющими катушками. Выберем управляющий электромагнит В64-14А-03-700



Таблица 7

Основные характеристики электромагнита В64-14А-03-700

Наименование характеристики	Значение
Номинальный ток, А	12
Номинальная потребляемая мощность не более, В	7
Класс защиты	IP54
Масса, кг	0,125

2.2.2 Подбор средств логико-программного управления

Исходя из пунктов 2.1.2 и 2.1.3, определили, что необходимо обеспечить 15 входных дискретных сигналов и 11 выходных дискретных сигнала.

На основе этого выберем программируемый логический контроллер Siemens CPU 313C-2 DP. Модуль ввода-вывод дискретных сигналов Siemens SM 323 (Данный модуль имеет 16 дискретных входов и 16 дискретных выходов). Блок питания Siemens PS 307.

2.2.3 Разработка принципиальной схемы управления

Разработка представлена на чертеже «Система управения РТК для токарной обработки Схема электрическая принципиальная».

2.2.4 Разработка программы управления

Разработку программы управления на данный ПЛК будем производить в среде разработки SIMATIC Manager STEP 7, рекомендуемой для данного ПЛК.

Название переменных в программе соответствует названиям из таблиц 1 и 2.

Программа управления РТК приведена в приложении А.

Таблица внутренних переменных программы приведена в приложении Б.



Заключение

В результате проделанной работы была разработана система управления РТК для токарной обработки в которой управление технологическим процессом осуществляется с помощью программируемого логического контроллера.

Также без существенного удорожания проекта, посредством доработки управляющей программы и добавлением панели оператора возможна глубокая модернизация системы РТК: добавление систем безопасности, ручного режима, возможности управлять каждым узлом РТК по отдельности, более глубокой синхронизацией с УЧПУ, автоматическое предотвращение аварийных ситуаций и ошибок оператора.



Список использованных источников

1. https://www.siemens-ru.com/ (Дата обращения 12.12.2022)

2. https://www.siemens-ru.com/doc/Siemens-QBE64.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

3. https://www.siemens-ru.com/taxonomy/term/184 (Дата обращения 12.12.2022)

4. https://support.industry.siemens.com/cs/products?search=6ES7307-1KA01-0AA0&mfn=ps&o=DefaultRankingDesc&lc=en-WW (Дата обращения 12.12.2022)

5. https://www.siemens-pro.ru/docs/simatic/s7-300/03_S7-300_r.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

6. https://www.siemens-pro.ru/docs/simatic/s7-300/05_S7_300_2015_rupart-3.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

7. https://www.minimaks.ru/product/kontaktor-kmie-10910-9a-230v-as3-1no-iek/ (Дата обращения 12.12.2022)

8. https://www.electro-mpo.ru/catalog/rele_puskateli_kontaktory/a40_puskateli_i_kontaktory_na_24v_36v_42v_kursk_ka/a4005-puskatel-magnitnyy-pml-1100-42v-10a-1z-ip00-/ (Дата обращения 12.12.2022)

9. https://www.chipdip.ru/calc/group/round-leds (Дата обращения 12.12.2022)

10. https://ledjournal.info/spravochnik/oboznachenie-svetodioda.html (Дата обращения 12.12.2022)

11. https://zaochnik.ru/blog/kak-pravilno-oformit-list-chertezha-ili-gde-ne-dopustit-oshibok/ (Дата обращения 12.12.2022)

12.https://www.hydrograd.ru/catalog/k-6933830-elektromagnity_pnevmoraspredeliteli (Дата обращения 12.12.2022)

13. https://electromagnit.ru/catalog/mt/mt-5201-5202/ (Дата обращения 12.12.2022)

14. https://electromagnit.ru/catalog/mt/ (Дата обращения 12.12.2022)

15. https://neftegaz.ru/science/Oborudovanie-uslugi-materialy/331485-sovremennye-sistemy-scada-tsifrovoy-neftepromysel-v-vashem-rasporyazhenii/ (Дата обращения 12.12.2022)

16. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B2#%D0%9E%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D1%8B_%D0%B0%D0%B2%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D1%82%D0%BE%D0%B2 (Дата обращения 12.12.2022)

17. https://bstudy.net/897459/tehnika/manipulyatsionnaya_sistema (Дата обращения 12.12.2022)

18. https://stanki-uchpu.ru/mrs/bazovy-e-detali-i-uzly/nakopitel-ny-e-ustrojstva/ (Дата обращения 12.12.2022)

19. https://kosmek.ru/blog/robot-manipulyator-chto-eto-takoe-i-v-kakih-sferah-ispolzuetsya.html (Дата обращения 12.12.2022)

20. https://earchive.tpu.ru/bitstream/11683/67952/1/conference_tpu-2021-C04_p402-404.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

21. http://pereosnastka.ru/articles/avtomaticheskie-zagruzochnye-ustroistva-dlya-podachi-shtuchnykh-zagotovok (Дата обращения 12.12.2022)

22. https://patents.su/2-447244-nakopitel-cilindricheskikh-detalejj.html (Дата обращения 12.12.2022)

23. https://findpatent.ru/patent/57/574306.html (Дата обращения 12.12.2022)

24.https://studref.com/318110/tehnika/avtomaticheskie_sklady_nakopiteli_zagotovok_detaley (Дата обращения 12.12.2022)

25.https://kontur.ru/articles/5945 (Дата обращения 12.12.2022)

26.https://www.se.com/ru/ru/product/XB5AA31/%D0%BA%D0%BD%D0%BE%D0%BF%D0%BA%D0%B0-%D0%BF%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D0%B8%D0%BA-%D1%81%D0%BA%D1%80%D1%8B%D1%82%D1%8B%D0%B9-%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%C3%B822-%D0%BF%D1%80%D1%83%D0%B6%D0%B8%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9-%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%B2%D1%80%D0%B0%D1%82-%D0%B1%D0%B5%D0%B7-%D0%BC%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B8-1-%D0%BD%D0%BE/ (Дата обращения 12.12.2022)

27. https://inova-group.ru/upload/goods/docs/ds6.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

28. https://rele.ru/catalog/rele-promezhutochnye-puskateli-kontaktory/magnitnyie-puskateli/pml-1100-ispolnenie-b.html (Дата обращения 12.12.2022)

29. https://keaz.ru/catalog/product/141281 (Дата обращения 12.12.2022)

30. https://www.tau-rus.com/katushka_V64-14A-03-700 (Дата обращения 12.12.2022)

31. https://www.siemens-pro.ru/docs/simatic/s7-300/S7300_CPU%2031XC_2006-12_r.pdf (Дата обращения 12.12.2022)

32. https://mall.industry.siemens.com/mall/ru/ru/Catalog/Products/10000732 (Дата обращения 12.12.2022)

33.http://e.biblio.bru.by/bitstream/handle/1212121212/8624/191_Programmirovanie_i_osnovu_LR.pdf?sequence=1&isAllowed=y (Дата обращения 12.12.2022)



Приложение А Программа управления РТК



Приложение Б

Таблица внутренних переменных программы

Размещено на Allbest.ru