Создание программы для управления гибкой производственной системой

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Гибкие производственные системы

Глава 2. Программируемые логические контроллеры

2.1 Контроллер S7300

2.2.Программное обеспечение

Глава 3. Обзор языков программирования контроллеров

Глава 4. Сети Петри

Глава 5. Реализация задачи

5.1 Функциональная схема системы и ее описание

5.2 Исследование работы системы

5.3 Моделирование системы

Глава 6. Программа на языке SFC

Глава 7. Экономическая часть

Глава 8. Производственные опасности при работе в ГПС

Список используемой литературы

Введение

Актуальность проблемы

Развитие современной промышленности требует все большей автоматизации технологических процессов во всех отраслях. В машиностроении эта проблема особенно актуальна, в связи с увеличением серийности и массовости производства.

Цель работы

Целью данной работы является создание программы для управления гибкой производственной системой, состоящей из нескольких станков, тележки и манипулятора, с целью автоматизации технологического процесса. При помощи программы должна осуществляться обработка заданных деталей оптимальным образом.

Задачи исследования и разработки

1. Исследование работы системы.

2. Составление графа операций для системы.

3. Анализ графа операций с целью выявления особенностей работы системы.

4. Разработка программы на основе графа и загрузка её в программируемый логический контроллер.

5. Отладка программных модулей, тестирование работы программы в целом.

Глава 1. Гибкие производственные системы

Начиная с 80-х годов, одним из направлений повышения эффективности производства стало широкое применение информационных технологий. Важным этапом развития на этом пути стало появление понятия гибкой производственной системы (ГПС). В соответствии с ГОСТ 26228-90, гибкая производственная система (ГПС) - "…управляемая средствами вычислительной техники совокупность технологического оборудования, состоящего из разных сочетаний гибких производственных модулей и (или) гибких производственных ячеек, автоматизированной системы технологической подготовки производства и системы обеспечения функционирования, обладающая свойством автоматизированной переналадки при изменении программы производства изделий". Принципиальной особенностью ГПС являлось наличие новой компоненты - компьютерной системы управления, обеспечивающей возможность увязки отдельных процессов, функций и задач в единую систему.

Тенденция перехода к автоматизированному производству затронула многие сферы хозяйства, в том числе и машиностроение. В основе автоматизации процессов лежит частичное или полное отстранение человека от непосредственного участия в производственном процессе. В современных условиях прогрессивным может быть только такое производство, которое способно учитывать изменение спроса заказчиков и может быстро переходить на выпуск новой продукции. В результате удается избежать выпуска не находящей спроса продукции бесполезного расходования ресурсов. Развитие автоматизации на ранних этапах характеризовалось отсутствием мобильности, динамичности - создание жестких автоматических линий, предназначенных для массового производства (срок окупаемости таких линий составляет не менее 8 - 10 лет). Однако единичное и мелкосерийное производство оставались практически неавтоматизированными. Именно поэтому возникла принципиально новая концепция автоматизированного производства - гибкие производственные системы (ГПС).

Гибкое автоматизированное производство должно обладать следующими признаками:

1. гибкость состояния системы, то есть способность хорошо функционировать при различных внешних (появление нового ассортимента изделий, изменение технологии и др.) и внутренних (сбои в системе управления станками, отклонения во времени и качестве обработки и т.д.) изменениях;

2. гибкость действия, то есть обеспечение возможности легко включать в систему новые станки и инструменты для увеличения ее мощности в связи с увеличением объема производства;

3. гибкость системы группирования, то есть возможность расширения семейства обрабатываемых деталей;

4. гибкость технологии, определяющая способность системы учитывать изменения в составе выполнения технологических операций;

5. гибкость оборудования, которая характеризуется способностью системы справиться с переналадками в станках;

6. гибкость транспортной системы, выражающаяся в бесперебойной и оптимальной загрузке металлорежущего оборудования по определенной, наперед заданной стратегии управления;

7. гибкость системы обеспечения инструментом;

8. гибкость системы управления, обеспечивающая наиболее рациональное построение маршрутов обработки и транспортных потоков с точки зрения различных критериев;

9. организационная гибкость производства, заключающаяся в возможности простого и незамедлительного перехода на обработку любой из освоенных системой деталей.

1.1 Компоненты ГПС

Основными компонентами ГПС являются: гибкий производственный модуль (ГПМ), автоматические складская и транспортная системы (АСС и АТС) и система автоматизированного управления.

Гибкий производственный модуль должен выполнять в автоматическом режиме следующие функции:

1. переналадку на изготовление другого изделия;

2. установку изделий, подлежащих обработке в технологическом оборудовании, и выгрузку готовых изделий;

3. очистку установок от отходов производства;

4. контроль правильности базирования и установки обрабатываемого изделия;

5. контроль рабочих сред и средств, осуществляющих обработку, а также формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

6. замену средств обработки и рабочих сред;

7. контроль параметров, обрабатываемого изделия и формирование корректирующих воздействий по результатам контроля;

8. автоматическое управление технологическим процессом на основе принятых критериев эффективности;

9. связь с верхним уровнем управления с целью обмена информацией и приема управляющих воздействий;

10. диагностику технического состояния и поиск неисправностей.

1.2 Выводы

В машиностроении преобладают серийное и единичное производства, требующие частой переналадки оборудования. Применение обычных автоматических линий в таких производствах малоэффективно. Основу комплексной механизации здесь составляют групповая технология, станки с ЧПУ, промышленные роботы, автоматические транспортно-складирующие системы. На их базе с применением координирующих компьютеров создаются быстропереналаживаемые автоматизированные комплексы, называемые гибкими производственными системами (ГПС).

Глава 2. Программируемые логические контроллеры

Программируемый логический контроллер, ПЛК -- микропроцессорное устройство, для применения в промышленных условиях , предназначенное для выполнения алгоритмов управления. Принцип работы ПЛК заключается в сборе и обработке данных по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства. Промышленные контроллеры являются сердцем и “мозгами” всех автоматизированных систем. ПЛК использует программируемое запоминающее устройство для внутреннего хранения ориентированных на пользователя инструкций, для выполнения специальных функций, таких как логические, упорядочения, отсчета времени, математические действия, управление через цифровые или аналоговые входы и выходы различными типами механизмов или процессов. ПК и связанные с ним периферийные устройства разрабатывают так, чтобы они могли быть легко интегрированы в промышленную систему управления. (ГОСТ Р 51840-2001 (МЭК 61131-1-92) Программируемые контроллеры по определению являются надежными и практически “необслуживаемыми” устройствами и выполняют функции регулирования и управления различными объектами (технологическими процессами).

Существуют различные виды программируемых контроллеров. В данной работе рассмотрим контроллер S7300.

1.2 Контроллер S7300

S7-300 - это модульный программируемый контроллер (рисунок 1) универсального назначения. [сайт:1] Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей различного назначения с множеством встроенных функций позволяют выполнять максимальную адаптацию оборудования к требованиям решаемой задачи. Работа с естественным охлаждением, возможность применения структур распределенного ввода-вывода, удобство обслуживания обеспечивают экономичность применения S7-300 при решении широкого круга задач автоматизации. При модернизации и развитии производства контроллер может быть легко дополнен необходимым набором модулей. SIMATIC S7-300 является универсальным контроллером: Он является идеальным изделием для работы в промышленных условиях благодаря высокой степени электромагнитной совместимости, высокой стойкости к вибрационным и ударным нагрузкам, температурной устойчивости.

Рисунок 1.Программируемый контроллер S7300.

Основными областями применения 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.

2.2 Программное обеспечение

Промышленное программное обеспечение SIMATIC - это система тесно связанных инструментальных средств для программирования и обслуживания систем автоматизации SIMATIC S7/C7.

STEP 7 - это базовый пакет программ, включающий в свой состав весь спектр инструментальных средств, необходимых для программирования и эксплуатации систем управления, построенных на основе программируемых контроллеров SIMATIC S7/C7.

2.3 Выводы

Контроллер-устройство, предназначенное для выполнения алгоритмов управления. S7-300-универсальный контроллер. Он является идеальным изделием для работы в промышленных условиях благодаря высокой степени электромагнитной совместимости, высокой стойкости к вибрационным ,ударным и температурным нагрузкам. Применяется в различных областях.

Глава 3. Обзор языков программирования контроллеров

В качестве основных языков используются:

Графические языки:

· Последовательных функциональных схем (SFC)

· Релейных диаграмм (LD)

· Функциональных блоковых диаграмм (FBD)

Текстовые языки:

· Список инструкций (instruction list - IL)

· Структурированный текст (Structured Text - ST)

SFC

1. SFC. Теория конечных автоматов, используемая для формализации состояний сложных процессов управления, опирается на различные графические модели описания состояний. Одну из самых известных моделей предложил К. Петри, она получила название “Сетей Петри”, или диаграммы состояний, и послужила теоретической основой языка последовательных функциональных схем (Sequential Function Charts, или Grafcet, SFC), наиболее важного из всего семейства языков.

SFC позволяет формулировать логику программы на основе чередующихся процедурных шагов и транзакций (условных переходов), а также описывать последовательно-параллельные задачи в понятной и наглядной форме.

Строго говоря, SFC не является языком программирования. Это средство проектирования прикладного ПО, состоящее из комплекса большого числа программных единиц: программ, функциональных блоков, функций. Обеспечение параллельности выполнения программ, установление и контроль состояния порожденных процессов, обеспечение синхронизации по приему и обработке данных, описание однозначно понимаемых заказчиком и исполнителем состояний автоматизируемого процесса -- все это возможно при использовании SFC.

К основным достоинствам SFC относятся:

· высокая выразительность. Язык SFC имеет те же возможности, что и диаграммы состояний, и хорошо подходит для описания динамических моделей;

· графическое представление. Благодаря графической мнемонике SFC максимально прост в использовании и изучении. Вместе с тем он является наглядным средством представления логики на разных уровнях детализации;

· предварительное проектирование ПО. Использование языка SFC на ранних этапах проектирования прикладного ПО позволяет избежать в дальнейшем непонимания между заказчиком, проектировщиком ПО и программистом.

Написание программы на языке SFC может иметь 2 стадии:

· Составление графа, представляющего собой последовательность шагов и переходов.

· Программирование действий внутри шагов или условий на языке ST.

Область применения

Типичными областями применения последовательных систем являются производства с конвейерной обработкой. Однако последовательные системы управления могут использоваться и при управлении непрерывными производствами, например, для запуска и останова процессов, для изменения уставок, так же как и для изменения состояния в случае каких-либо ошибок.

Системы могут использоваться на всех уровнях производства:

* Уровень индивидуального управления (Открытие вентилей, запуск моторов ...)

* Уровень управления группой (Дозирование, нагрев, заполнение ...)

* Уровень устройства (Бак, миксер, размельчитель …)

* Уровень предприятия (Синхронизация устройств и общих ресурсов, выбор пути перемещения)

Взаимосвязь SFC и STEP 7

Рисунок 2 показывает взаимосвязь SFC и STEP 7.

Рисунок 2 .Взаимосвязь SFC и STEP7.

Элементы схемы

SFC -это последовательная система управления.

Схема состоит из последовательности элементов, причем элементы делятся на основные и структурные.

Основными элементами являются:

* Шаг

* Переход

* Текст

Структурными элементами являются:

* Последовательность

* Параллельное ветвление

* Альтернативное ветвление

* Цикл

Основные элементы шаг и переход имеют название, уникальное внутри схемы. В процессе создания редактор последовательно нумерует их. Однако вы можете ввести собственное название не длиннее 16 символов. На схеме будут изображены первые 10 символов.

Помимо названия, редактор присваивает элементам последовательные номера, уникальные для данного типа основного элемента, и эти номера не могут быть изменены. При необходимости редактор перенумерует элементы для уничтожения промежутков в нумерации.

Комментарий может использоваться по желанию, например, для текстового описания функциональности элемента, и может содержать до 256 символов в нескольких строках. Однако его отображение на схеме ограничено 10 символами справа от элемента схемы.

FBD
2. FBD. Язык функциональных блоков (Function Block Diagrams) позволяет создать программную единицу практически любой сложности на основе стандартных кирпичиков(арифметические, тригонометрические, логические блоки, PID-регуляторы, блоки, описывающие некоторые законы управления, мультиплексоры и т. д.).

Он использует технологию инкапсуляции алгоритмов обработки данных и законов регулирования. Все программирование сводится к “склеиванию” готовых компонентов. В результате получается максимально наглядная и хорошо контролируемая программная единица.

LD

3. LD. Язык релейных диаграмм, или релейной логики (Ladder Diagrams), применяется для описания логических выражений различного уровня сложности и использует в качестве базовых элементов программирования графические элементы “контакты” (contacts) и ”катушки” (coils), связанные с входными и выходными каналами соответственно.

Присутствие в стандарте языка LD определяется скорее всего данью традициям: для релейной техники было разработано огромное количество оборудования и алгоритмов. Сегодня, имея типовой набор цифрового ввода-вывода, можно создавать управляющие системы на отлаженной годами алгоритмической базе.

ST

4. ST. Язык структурированного текста (Structured Text) относится к классу текстовых языков высокого уровня.

Он уходит корнями в такие известные языки программирования, как Aда, Паскаль и Cи. На его основе можно создавать гибкие процедуры обработки данных. Язык структурированного текста является основным для программирования последовательных шагов и транзакций языка SFC. Кроме того, он имеет “выходы” во все остальные языки, что делает его универсальным в применении разными категориями пользователей.

IL

5. IL. В “достандартные” времена (до 1993 г.) практически каждый программируемый контроллер сопровождался своим Ассемблером.

Выросли целые поколения программистов, ориентированных на определенные кланы микропроцессоров. Освоение новой техники сталкивалось с проблемой освоения очередного языка программирования под новый кристалл. Отдельные мнемонические конструкции Ассемблеров были похожи, но о каком-либо стандарте не было речи.

Появление языка инструкций (Instruction List) в наборе стандартных языков -- это унификация интерфейса языка программирования низкого уровня, не ориентированного на какую-либо микропроцессорную архитектуру. У языка IL есть очень важное качество: на его основе создаются оптимальные по быстродействию программные единицы.

Выводы

Для каждого проекта, в зависимости от типа контроллера, сложности проекта и требований к эффективности кода производится выбор средств разработки, в частности, языка программирования. Существуют различные языки программирования контроллеров, как графические, так и текстовые.

Графические языки программирования контроллеров (SFC, FBD, LD)
Текстовые языки программирования контроллеров (ST, IL)

Каждый язык по-своему уникален и находит применение в той или иной области.

В качестве стандартных инструментальных средств используются последние версии пакетов Siemens - в частности, STEP7.

Глава 4. Сети Петри

Назначение Сетей Петри

Сети Петри представляют собой графическое и математическое средство моделирования, применимое к системам самых различных типов. Системы могут содержать большое число взаимодействующих элементов, каждый элемент, в свою очередь, также может быть системой с множеством компонентов, которые взаимодействуют друг с другом сложным образом. Примерами подобных систем могут служить экономические системы, юридические, химические, биологические системы, а также системы управления.

Они представляют собой перспективный инструмент описания и исследования мультипрограммных, асинхронных, распределенных, параллельных, недетерминированных и/или стохастических систем обработки информации. В качестве графического средства сети Петри могут использоваться для наглядного представления моделируемой системы, подобно блок-схемам, структурным схемам и сетевым графикам. Вводимое в этих сетях понятие фишек позволяет моделировать динамику функционирования систем и параллельные процессы. В качестве математического средства аналитическое представление сети Петри позволяет составлять уравнения состояния, алгебраические уравнения и другие математические соотношения, описывающие динамику систем. В настоящее время сети Петри применяются в основном в моделировании. Во многих областях исследований явление изучается не непосредственно, а косвенно, через модель. Модель - это представление, как правило, в математических терминах того, что считается наиболее характерным в изучаемом объекте или системе. Манипулируя моделью системы, можно получить новые знания о ней, избегая опасности, дороговизну или неудобства анализа самой реальной системы. Обычно модели имеют математическую основу.

Развитие теории сетей Петри проводилось по двум направлениям. Формальная теория сетей Петри занимается разработкой основных средств, методов и понятий, необходимых для применения сетей Петри. Прикладная теория сетей Петри связана главным образом с применением сетей Петри к моделированию систем, их анализу и получающимся в результате этого глубоким проникновением в моделируемые системы.

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. Однако, такой анализ не дает числовых характеристик, определяющих состояние системы. Не смотря на описанные выше достоинства сетей Петри, неудобства применения сетей Петри в качестве языка программирования заключены в процессе их выполнения в вычислительной системе. В сетях Петри нет строго понятия процесса, который можно было бы выполнять на указанном процессоре. Нет также однозначной последовательности исполнения сети Петри, так как исходная теория представляет нам язык для описания параллельных процессов. Сети Петри являются одним из наиболее распространенных современных формализмов для моделирования и анализа параллельных распределенных систем. В настоящее время ведется большое число теоретических и практических исследований для разработки распределенных алгоритмов, основанных на сетях Петри. Вместе с тем специалистами ощущается необходимость развития формализма с целью более адекватного и удобного представления систем со сложной структурой. Ведутся исследования по расширению сетей Петри за счет добавления конструкций, отражающих модульность и иерархичность систем, а также поддерживающих пошаговую разработку путем последовательной детализации.

Определение Сети Петри

Сеть Петри (Рисунок 3) определяется как двудольный ориентированный граф, все вершины графа относятся к одному из двух классов:

P-позиции

T-переходы

Позиции изображаются окружностями, переходы - отрезками прямой. Дуги в сетях Петри - направленные.

Сеть Петри состоит из 4-х элементов:

Множество позиций .

Множество переходов .

Входная функция .

Выходная функция .

Определения

P = {P1, P2, P3…., Pn} - Множество позиций.

T = {T1, T2, T3…, Tn} - Множество переходов.

Входная функция «I»: отображение входных позиций для переходов.

Выходная функция «O»: отображение выходных позиций для переходов.

Элементарная сеть Петри изображена на рис. 3.

Рисунок. 3. Элементарная сеть.

Маркировка сетей Петри

Маркировка используется для моделирования динамических свойств системы.

Маркировка M - это присваивание фишек позициям сети. Фишка - это базовое понятие сетей Петри (подобно позициям и переходам). Фишки присваиваются позициям, однако их количество и положение при выполнении сети Петри могут изменяться.

На графе сети Петри фишки обычно изображаются маленькой точкой в кружке-позиции. Приведем пример графического представления маркированной сети Петри:

Рисунок 4..Маркировка сетей Петри.

Маркировка (метка) сети Петри - это функция, отображающая множество позиций в множество неотрицательных целых чисел .

:.

Маркировка может определяться как -вектор: , где и каждое () есть . Вектор определяет для каждой позиции сети Петри количество точек (маркеров, фишек) в этой позиции.

Сеть Петри с маркировкой называется маркированной. Маркированная сеть Петри есть совокупность сети Петри и маркировки : . Маркировка для сети , , , .

Маркировка характеризует динамику изменения состояний системы, причем динамика изменения состояний моделируется движением точек по позициям сети. Маркировка может изменяться в результате запуска переходов. Переход маркированной сети с маркировкой называется разрешенным, если , то есть в каждой входной позиции находится не меньше точек, чем из этой позиции исходит дуг в . Всякий разрешенный переход может запуститься. В результате запуска перехода маркировка сети изменяется на новую: из всякой входной позиции перехода удаляется столько точек, сколько дуг ведет из в , а в каждую выходную позицию помещается столько точек, сколько дуг ведет из в . Последовательность запусков переходов называется выполнением сети.

Пусть позиции и содержат по одной точки. Рассмотрим выполнение такой маркированной сети. В данной маркировке разрешен только переход . При его запуске точка удалится из , а затем в позициях и появится по точке, то есть в результате запуска появится точка еще и в .

Теперь становятся разрешенными переходы и . Поскольку запуститься может любой разрешенный переход, предположим, что запускается переход . После его запуска из позиции и точки удаляться, а в позиции появиться одна точка. В получившейся маркировке не разрешен ни один переход. На этом выполнение сети Петри заканчивается.

Маркировка называется непосредственно достижимой из , если найдется такой переход , разрешенный в , что при его запуске получается маркировка , то есть .

Маркировка называется достижимой из маркировки , если существует последовательность переходов , срабатывание которых переводит сеть из маркировки в маркировку , то есть .

Множество достижимых из маркировок сети Петри называется множеством достижимости и обозначается .

Интерпретация сетей Петри основана на понятиях условия и события. Состояние системы описывается совокупностью условий. Функционирование системы - осуществление последовательности событий. Для возникновения события необходимо выполнение некоторых условий, называемых предусловиями.[4]

Возникновение события может привести к нарушению предусловий и к появлению некоторых новых условий, называемых постусловиями. В сети Петри условия моделируются позициями, события - переходами. Предусловия события представляются входными позициями соответствующего перехода, постусловия - выходными позициями. Возникновение события моделируется запуском перехода. Выполнение условий представляется наличием точек в соответствующих позициях, невыполнение - их отсутствием.

Правила выполнения сетей Петри

Сеть Петри выполняется посредством запусков переходов. Запуск перехода управляется фишками в его входных позициях и сопровождается удалением фишек из этих позиций и добавлением новых фишек в его выходные позиции.

Переход может запускаться только в том случае, когда он разрешен. Переход называется разрешенным, если каждая из его входных позиций содержит число фишек, не меньшее, чем число дуг, ведущих из этой позиции в переход (или кратности входной дуги).

Запуски могут осуществляться до тех пор, пока существует хотя бы один разрешенный переход. Когда не останется ни одного разрешенного перехода, выполнение прекращается.

Рисунок 5.Выполнение сети Петри.

Свойства сетей Петри

Безопасность. Позиция сети Петри с начальной маркировкой является безопасной, если для любой . Другими словами, позиция сети Петри является безопасной, если число точек в ней никогда не превышает 1. Сеть Петри безопасна, если безопасны все позиции сети.

Ограниченность. Расширение свойства безопасности. Безопасность - необязательное требование. Позиция сети Петри с начальной маркировкой -ограничена или -безопасна, если для всех , то есть позиция является -ограниченной, если количество точек в ней не превышает целое число . 1-безопасная позиция - просто безопасная позиция.

Сеть, естественно, может содержать позиции, безопасность которых различна. Однако, если позиция -безопасна, то она и -безопасна для всех . Поэтому сеть Петри -безопасна, если каждая ее позиция -безопасна, где - верхняя граница безопасности ее позиций.

Часто важно знать, является ли число точек в позиции ограниченным или нет, а не конкретное значение границы. Позиция называется ограниченной, если число точек в ней конечно. Сеть Петри ограниченна, если все ее позиции ограничены. Ограниченную сеть можно реализовать аппаратно, сеть с неограниченными позициями в общем случае реализовать аппаратно нельзя.

Сохранение. Маркировка позиций сети Петри может моделировать некоторые объекты или ресурсы. Для таких сетей важным свойством является сохранение. Необходимо, чтобы точки, представляющие ресурсы, при срабатывании переходов не исчезали и не создавались, то есть общее число точек в сети должно оставаться постоянным.

Сеть Петри с начальной маркировкой называется строго сохраняющей, если имеет место

,

где - число позиций в сети.

Живучесть. Сеть Петри называют «живой» при заданной начальной маркировке, если :

1. Для любой пары маркировок (), принадлежащих множеству , имеет место , то есть существует последовательность переходов , срабатывание которых переводит сеть из маркировки в маркировку .

2. Для любого перехода в множестве существует такая пара маркировок (), что , то есть срабатывание перехода переводит сеть из маркировки в маркировку .

Живые и безопасные сети называются правильными сетями.

Активность. При моделировании систем предметом многих исследований являются тупики. Тупик в сети Петри - это переход или множество переходов, которые не могут быть запущены в некоторой маркировке и последующих из маркировках. Переход называется активным, если он не тупиковый (не заблокирован). Это не означает, что он разрешен, скорее он может быть разрешенным.

Существуют связанные с активностью понятия, например, уровни активности. Их можно определить для сети с маркировкой следующим образом:

Уровень 0: Переход обладает активностью уровня 0, если он никогда не может быть запущен. Переход, обладающий активностью уровня 0, называется пассивным.

Уровень 1: Переход обладает активностью уровня 1, если он потенциально запустим, то есть если существует такая , что разрешен в .

Уровень 2: Переход обладает активностью уровня 2, если существует последовательность запусков, в которой присутствует по крайней мере раз.

Уровень 3: Переход обладает активностью уровня 3, если существует бесконечная последовательность запусков, в которой присутствует неограниченно часто.

Уровень 4: Переход обладает активностью уровня 4, если он разрешен в любой маркировке .

Сеть Петри обладает активностью уровня , если каждый ее переход обладает активностью уровня не ниже .

Глава 5. Реализация задачи

5.1 Функциональная схема системы и ее описание

Рисунок 6. Гибкая автоматизированная производственная система со складским комплексом

Гибкая производственная система со складским комплексом (рисунок 6) включает в себя шесть станков (1), накопитель деталей и заготовок (12), моечную машину(2), тележку(15), загрузочную позицию(8), обслуживаемую роботом или оператором, стеллаж - накопитель готовых деталей и заготовок(3,4), обслуживаемый роботом-штабелёром(7) и позицию загрузки-разрузки стеллажа(5).

Станки обрабатывают однотипные детали и после окончания обработки устанавливают заявки в очередь на обслуживание тележкой. Тележка загружает спутник с заготовкой либо со стола (9) (если она готова), либо из накопителя (12), состояние ячеек которого (спутник с заготовкой, спутник с неочищенной от стружки деталью, спутник с очищенной, но не проконтролированной деталью, проконтролированные годные или бракованные детали, свободная ячейка) сохраняется в программе, и транспортирует его к станку, выгружая на автоматическое загрузочное устройство, и после этого загружая с него спутник с деталью, который сначала транспортируется к камере очистки от стружки, после загрузки на стол которой спутника тележка может выполнять очередную операцию. С меньшим приоритетом тележка транспортирует готовые детали из накопителя на монтажный стол (9), а также с монтажного стола (9) в накопитель, либо непосредственно на станки, если они освобождаются в нужный момент.

На столе (9) деталь снимается с поддона-спутника оператором, и с помощью манипулятора , переносится на поддон, расположенный на столе загрузки-разгрузки (8), что считается одним действием управляемой системы, заканчивающимся подачей оператором команды роботу-штабелёру, который забирает деталь с поддоном и устанавливает ее в свободную ячейку стеллажа (состояние всех ячеек которого сохраняется в программе), а из другой ячейки забирает заготовку на поддоне и устанавливает ее на стол (8). Со стола (8) заготовка оператором с помощью манипулятора транспортируется на монтажный стол(9), где закрепляется на приспособлении спутнике (что также считается одним действием, заканчивающимся подачей оператором сигнала готовности).

В свободное от этой работы время робот-штабелер берет заготовку с поддоном, установленную оператором на загрузочный стол (6) (при условии ее готовности - сигнала, подаваемого оператором после ее установки на стол), переносит ее в стеллаж (номер ячейки запоминается), а поддон с готовой деталью из другой ячейки устанавливает на стол (6). Со стола (6) оператор снимает деталь и ставит на освободившийся поддон новую заготовку, включая после этого кнопку сигнала готовности. Штабелёр работает также только в режиме загрузки, если нет готовых деталей и только в режиме разгрузки, если оператор подает сигнал об отсутствии новых заготовок.

5.2 Исследование работы системы

Для лучшего понимания процесса целесообразно разделить систему на две условные части :

1. Транспортная часть (тележка(15) ,станки(1), стол очистки(2), накопитель(12)).

2. Складская часть ( робот-штабелёр(7), склад, стол (6), стол(8)).

Ниже приведён алгоритм работы тележки (рисунок 7) и алгоритм работы робота-штабелёра (рисунок 8).

Рисунок 7 .Алгоритм работы тележки.



Рисунок 8.Алгоритм работы робота-штабелёра.

5.3 Моделирование системы

Для моделирования системы используется графы специального вида «сеть Петри» с вершинами двух типов:

Р-позиция

Т-переход

Позиции изображаются окружностями, переходы - отрезками прямой. Линии соединяющие позиции и переходы - направленные.

В сети Петри условия моделируются позициями, события - переходами. Предусловия события представляются входными позициями соответствующего перехода, постусловия - выходными позициями. Возникновение события моделируется запуском перехода.

Ниже составлены графы операций для каждого агрегата системы (рисунок 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 )



Рисунок 9.Граф операций для тележки.

Рисунок 10.Граф операций для штабелёра.

Рисунок 11. Граф операций для камеры очистки.



Рисунокт12. Граф операций для станка 1.

Рисунок 13. Граф операций для станка 2.

Рисунок 14. Граф операций для станка 3.

Рисунок 15. Граф операций для станка 4.

Рисунок 16. Граф операций для станка 5.

Рисунок 17. Граф операций для станка 6.

Исследование на живость и безопасность

Рисунок 18. Иерархический граф операций для тележки.

Дублёр 1.

Дублёр 2.

Дублёр 3.

Дублёр 4.

Дублёр 5.

Дублёр 6.

Дублёр 7.

Дублёр 8.

Дублёр 9.

Из графа с дублерами видно, что сеть безопасна. В сети с дублерами отсутствуют тупики, т.е. сеть живая.

Рисунок 19. иерархический граф операций для штабеллёра.

Дублёр 1.

Дублёр 2.

Сеть живая. Сеть безопасна.

Рисунок 20. Иерархический граф операций для камеры очистки.

Дублёр

Сеть живая. Сеть безопасна.

Рисунок 21. Иерархический граф операций для станка 1.

Дублёр

Сеть живая. Сеть безопасна.

Иерархические графы для станков 2, 3, 4, 5, 6 будут выглядеть также как граф для станка 1, следовательно, можно сказать, что эти сети будут также живы и безопасны.

Глава 6. Программа на языке SFC

Как говорилось ранее (см. главу «Обзор языков программирования контроллеров»), структура программы, написанная на языке SFC, повторяет структуру графа операций, поэтому, необходимо связать обозначения позиций и переходов на графе с обозначениями шагов и переходов в программе.

Обозначение в сети Петри	Описание	Обозначение в программе
Команда управления
Z0	Тележка в ожидании	Q0.0
Z1	Движение тележки влево	Q0.1
Z2	Загрузка в тележку	Q0.4
Z3	Движение тележки вправо	Q0.2
Z4	Разгрузка из тележки	Не Q0.4
Z5	Камера очистки в ожидании	Q0.3
Z6	Закрытие дверей	Q0.5
Z7	Очистка	Q0.6
Z8	Открытие дверей	Не Q0.5
Z9	Станок 1 в ожидании	Q1.1
Z10	загрузка заготовки на станок 1	Q1.2
Z11	Обработка на станке 1	Q1.3
Z12	Разгрузка заготовки со станка 1	Не Q1.2
Z13	Станок 2 в ожидании	Q2.1
Z14	загрузка заготовки на станок 2	Q2.2
Z15	Обработка на станке 2	Q2.3
Z16	Разгрузка заготовки со станка 2	Не Q2.2
Z17	Станок 3 в ожидании	Q3.1
Z18	загрузка заготовки на станок 3	Q3.2
Z19	Обработка на станке 3	Q3.3
Z20	Разгрузка заготовки со станка 3	Не Q3.2
Z21	Станок 4 в ожидании	Q4.1
Z22	загрузка заготовки на станок 4	Q4.2
Z23	Обработка на станке 4	Q4.3
Z24	Разгрузка заготовки со станка 4	Не Q4.2
Z25	Станок 5 в ожидании	Q5.1
Z26	загрузка заготовки на станок 5	Q5.2
Z27	Обработка на станке 5	Q5.3
Z28	Разгрузка заготовки со станка 5	Не Q5.2
Z29	Станок 6 в ожидании	Q6.1
Z30	загрузка заготовки на станок 6	Q6.2
Z31	Обработка на станке 6	Q6.3
Z32	Разгрузка заготовки со станка 6	Не Q6.2
Z33	Штабелер в ожидании	Q7.0
Z34	Движение штабелёра к столу №6	Q7.1
Z35	Движение штабелёра от стола №6	Q7.2
Z36	Движение штабелёра к столу №8	Q7.3
Z37	Движение штабелёра от стола №8	Q7.4
Z38	Штабелёр захватывает деталь/заготовку	Q7.5
Z39	Штабелёр разгружает деталь/заготовку	Q7.6

Таблица 1. Описание выходов контроллера.

Обозначение в сети Петри	Описание	Обозначение в программе
Сигнал датчиков
X1	На столе № 9 есть заготовка	I0.1
X2	Тележка около стола № 9	I0.2
X3	Деталь/Заготовка загружена в тележку	I0.3
X4	Тележка около станка 1	I0.4
X5	На столе контроля есть проконтролированная деталь	I0.5
X6	Около стола контроля	I0.6
X7	Камера очистки завершила работу	I0.7
X8	Деталь/заготовка разгружена из тележки	I1.0
X9	Около камеры очистки	I1.1
X10	Станок 1 завершил обработку	I1.2
X11	Деталь поступила на очистку	I1.3
X12	Дверь камеры очистки закрыта	I1.4
X13	очистка	I1.5
X14	Дверь камеры очистки открыта	I1.6
X15	Заготовка на станке 1	I1.7
X16	Заготовка закреплена на станке 1	I2.0
X17	Заготовка обработана на станке 1	I2.1
X18	Станок 1 завершил работу	I2.2
X19	Заготовка на станке 2	I2.3
X20	Заготовка закреплена на станке 2	I2.4
X21	Заготовка обработана на станке 2	I2.5
X22	Станок 2 завершил работу	I2.6
X23	Заготовка на станке 3	I2.7
X24	Заготовка закреплена на станке 3	I3.0
X25	Заготовка обработана на станке 3	I3.1
X26	Станок 3 завершил работу	I3.2
X27	Заготовка на станке 4	I3.3
X28	Заготовка закреплена на станке 4	I3.4
X29	Заготовка обработана на станке 4	I3.5
X30	Станок 4 завершил работу	I3.6
X31	Заготовка на станке 5	I3.7
X32	Заготовка закреплена на станке 5	I4.0
X33	Заготовка обработана на станке 5	I4.1
X34	Станок 5 завершил работу	I4.2
X35	Заготовка на станке 6	I4.3
X36	Заготовка закреплена на станке 6	I4.4
X37	Заготовка обработана на станке 6	I4.5
X38	Станок 6 завершил работу	I4.6
X39	На столе №6 есть заготовка	I4.7
X40	Штабелёр около стола № 6	I5.0
X41	Штабелёр около стола № 8	I5.1
X42	Штабелёр захватил заготовку	I5.2
X43	Штабелёр разгрузил заготовку	I5.3
X44	Штабелёр захватил деталь	I5.4
X45	Штабелёр разгрузил деталь	I5.5
X46	Штабелёр на складе	I5.6
X47	Тележка около станка 2	I5.7
X48	Тележка около станка 3	I6.0
X49	Тележка около станка 4	I6.1
X50	Тележка около станка 5	I6.2
X51	Тележка около станка 6	I6.3
X52	На столе №8 есть готовая деталь	I6.4

Таблица 2. Описание входов контроллера.

Выводы

Результатом проведённой работы стала программа, написанная на языке SFC (язык последовательных функциональных схем). Полный текст программы представлен в приложении.

Глава 7. Экономическая часть

Построение сетевого графика и расчет его параметров

Метод управления комплексными разработками, который позволяет графически отразить и связать между собой все узловые события и работы, обеспечивающие выполнение конечной цепи, а также проследить за возможными отклонениями при выполнении тех или иных работ называется сетевым планированием и управлением. Сетевое моделирование, то есть разработка, корректировка модели и управление комплексом работ с помощью модели, лежит в основе этого метода.

Сетевой метод планирования дает возможность руководителям своевременно получать достоверную информацию о состоянии дел, о возникших проблемах и возможностях их устранения так как этот метод позволяет детально рассмотреть весь график работ и сконцентрировать внимание на “критических” работах, что обеспечивает качество и своевременность выполнения работ, а также дает необходимые данные для расчета себестоимости проекта.

Итак, планирование проекта с применением сетевого метода состоит из нескольких этапов. Во-первых, перечисляются события и работы. Во-вторых, устанавливается топология сети. В-третьих, по данной теме строится сетевой график. Затем, необходимо определить продолжительность работ и рассчитать параметры, после чего, определить продолжительность критического пути и, по окончанию вышеуказанного, провести анализ и оптимизацию сетевого графика, если это необходимо.

Сетевой график представляет собой наглядно изображенный план, определяющий логическую последовательность всех действий. Он изображается в виде ориентированного графика, дугами которого являются работы, а вершинами - события.

Работой является тот или иной процесс. Для каждой работы существует начальное и конечное событие. Начальное событие - это событие, после которого начинается работа, конечное событие наступает после завершения этой работы.

Событием называется определенное состояние (момент времени) в процессе выполнения комплекса работ, означающее изменение состава выполняемых или доступных к выполнению работ. Это факт окончания одной или нескольких работ и возможность начала одной или нескольких работ.

При составлении перечня событий и работ указывают кодовые номера событий и их наименование в последовательности от исходного события к завершающему. Все события, лежащие между исходным и завершающим событием, называются промежуточными событиями. При расположении кодовых номеров и наименований работ перечисляются все работы, имеющие общее начальное. Опытным путём, в процессе планирования, получают исходные данные для определения трудоёмкости выполненных работ. Исходя из принятых этапов создания ПО и с учётом особенностей конкретной разработки составим перечень событий и работ. Результаты занесены в таблицу 3.

Таблица 3. Комплекс работ и их характеристики.

Шифр события Содержание события Шифр работы Содержание работы Трудоемкость, ч*д Число исполнителей, чел. Продолжительность работы, дней 1 Задание выдано 1-2 Изучение и анализ сети Петри 6 2 3 2 Требования к сети Петри учтены 2-3 Разработка сети Петри 6 3 2 3 Сеть Петри разработана 3-4 Разработка логики загрузки станков 6 2 3 4 Разработка логики загрузки станков завершена 4-5 Выбор аппаратных средств 4 2 2 5 Выбор аппаратных средств закончен 5-6 Сборка контроллера 2 2 1 6 Контроллер собран 6-7 Тестирование и наладка 8 2 4 7-9 Разработка ПО и отладка 10 2 5 7 Контроллер протестирован и налажен 9-10 Подключение контроллера к ГПС 4 2 2 8 ПО разработано 10-11 Загрузка ПО на ПЛК 4 2 2 9 ПО загружено на ПЛК 11-12 Тестирование работы ГПС 8 4 2 10 ГПС протестировано 12-13 Разработка технической документации 2 2 1 11 Техническая документация разработана 13-14 Сдача работы заказчику 2 2 1 12 Работа сдана 14-15 Завершение работ 2 2 1 13 Работы завершены

Сетевой график строится из перечня работ, приведённого в таблице 3

Рисунок 22. Сетевой график.

Расписание работ



Определение экономических показателей для разрабатываемой системы управления

При расчете экономических показателей необходимо:

§ Определить суммарные затраты на разработку СУ

§ Рассчитать ориентировочную цену СУ

§ Выявить факторы, определяющие эффективность применения разрабатываемой СУ у потребителя

§ Определить показатели экономической эффективности использования разработанной СУ у потребителя

Определение суммарных затрат на разработку СУ

Обычно при определении суммарных затрат на разработку СУ, учитывают следующие элементы затрат:

§ Прямые материальные затраты

§ Основную заработную плату разработчиков СУ

§ Дополнительную заработную плату разработчиков СУ

§ Затраты на универсальное ПО, приходящиеся на разработку данной СУ

§ Расходы на служебные командировки, связанные с разработкой данной СУ

§ Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями

§ Затраты на мероприятия, связанные с правовой охраной разработанной СУ

§ Накладные расходы

§ Прочие расходы

При разработке данной СУ расходы на служебные командировки, Затраты по работам, выполняемым сторонними организациями, а также прочие расходы (реклама, сервис, сопровождение, обучение пользователей и т.п.) не предусмотрены. Поэтому их учет производиться не будет.

Расчёт прямых материальных затрат

К прямым материальным затратам относятся затраты на материалы и комплектующие, необходимые для выполнения данной разработки и полностью включаемые в её стоимость. Материалы и комплектующие, идущие на данную разработку, учитываем по целевому назначению.

Расчёт прямых материальных затрат сведём в таблицу:

Таблица 4. Расчёт прямых материальных затрат.

№ п/п	Элемент материальных затрат	Цена за штуку, Руб.	Количество, Шт.	Общая стоимость, Руб.
1	USB накопитель	1000	1	1000
2	Блок листов А4	120	10	1200
			Итого:	2200

Расчёт затрат на основную заработную плату

Затраты на основную заработную плату разработчиков ПО определим как произведение среднедневной заработной платы разработчиков на трудоёмкость разработки ПО по всем стадиям, выраженную в днях.

Расчёт затрат на основную заработную плату сведём в следующую таблицу:

Таблица 5. Расчёт затрат на основную заработную плату.

№ п/п	Категория разработчика	Заработная плата (руб./день)	Шифр выполняемых работ	Общая продолжи-тельность работ, дней	Основная заработная плата, руб.
1	Руководитель проекта	1400	1-2, 3-4,10-11,11-12,12-13,13-14	11	15400
2	Разработчик 1	1300	1-2,2-3,3-4,4-5,4-7,5-6,5-7,6-7,7-8,7-9,8-9,9-10,10-11	36	46800
3	Разработчик 2	1200	1-2,2-3,3-4,4-5,4-7,10-11,11-12,12-13,13-14	21	25200
4	Разработчик 3	1200	1-2, 5-6,5-7,6-7,7-8,7-9,8-9-10,10-11	24	28800
Итого:	116200

Расчёт затрат на дополнительную заработную плату

Дополнительную заработную плату разработчиков ПО определим в процентах от итоговой суммы основной заработной платы. Процентную ставку примем равной 12%

ЗПдоп=ЗПосн*0,12

ЗПдоп=116200*0,12=13944 руб.

Затраты на универсальное программное обеспечение (УПО)

Затраты на универсальное программное обеспечение, приходящиеся на разработку, определяем исходя из первоначальной стоимости ПО и срока его полезного использования (как правило, 1-2года). Для расчёта указанных затрат, включаемых в стоимость данной разработки, необходимо учесть общее время использования данного По за год и время использования его для данной разработки. Затраты на универсальное ПО, приходящиеся на разработку, рассчитываются по формуле:

ЗУПО=(ФУПО* tИСП)/(tУПО*tОБЩ),где

Фупо -первоначальная стоимость универсального ПО,

tисп -время использования универсального ПО для выполнения данной разработки,

tупо -срок полезного использования универсального ПО, лет,

tобщ -общее время использования универсального ПО за год, час

Расчёт затрат на универсальное ПО, приходящееся на разработку сведем в таблицу

Таблица 6. Расчёт затрат на универсальное ПО.

№ п/п	Универсальное программное обеспечение	Стоимость, руб
1	Microsoft Office 2003	6 530
2	Microsoft Visio 2003	4 320
3	STEP 7 [6ES7810-4CC07-0YA5]	115 130
Итого	125 980

tисп1 = 48 ч.

tисп2 = 24 ч.

tисп2 = 63 ч.

tупо=2 года

tобщ=2000 ч.

Зупо.1=6530*48/(2*1000)=156,72 руб.

Зупо.2=4320*24/(2*500)=103,68 руб.

Зупо.3=115130*63/(2*1300)=2789,68 руб.

Зобщ=156,72+103,68+2789,68=3050,08 руб.

Накладные расходы

В состав накладных расходов включают затраты на амортизацию, ремонт и содержание помещений, заработную плату административно-управленческого персонала с отчислениями на социальные нужды, расходы на освещение, отопление, на различные средства связи, расходы на охрану.

Накладные расходы определяются в процентах от основной заработной платы разработчиков ПО (100%-150%)Примем процент накладных расходов равным 100% от основной заработной платы разработчиков ПО.

Рн=ЗПосн*1

Рн=116200*1=116200руб.

Смета затрат на разработку ПО

Таблица 7. Смета затрат на разработку ПО.

№ п/п	Элемент затрат	Сумма, руб.
1	Прямые материальные затраты	1 300
2	Затраты на основную заработную плату	116200
3	Затраты на дополнительную заработную плату	13944
4	Единый социальный налог (ЕСН)	33837,44
5	Расходы на содержание и эксплуатацию КТС	1021
6	Затраты на универсальное программное обеспечение (УПО)	3050,08
7	Накладные расходы	116200
	Итого	285552,52

Расчёт ориентировочной цены ПО

В связи с тем, что разработанное ПО предназначено для использования исключительно на том предприятии, на котором выполнена его разработка, то цену ПО мы не определяем.

Выявление факторов, определяющих эффективность применения разработанного ПО

Факторами определяющими эффективность применения разработанного ПО являются:

- Рост объёмов выпуска продукции на предприятии.

- Уменьшение простоя оборудования.

- Возможность к быстрому переходу выпуска другой продукции.

Расчет затрат на заработную плату рабочим до внедрения СУ

Таблица 8. Расчет затрат на заработную плату рабочим до внедрения СУ

№	Категория работника	Заработная плата руб./мес.
1	Рабочий 1	18000
2	Рабочий 2	18000
3	Рабочий 3	18000
4	Рабочий 4	18000
5	Рабочий 5	18000
6	Рабочий 6	18000
7	Рабочий 7	18000
8	Главный механик	25000
9	Механик	20000
10	Начальник цеха	35000
Итого 206000

логистический контроллер сеть программа

Расчет затрат на заработную плату рабочим до внедрения СУ

Управление ручным способом работой станков и модулей было заменено управлением контроллерами, следовательно уменьшилось число рабочих обслуживающих цех.

Таблица 9. Расчет затрат на заработную плату рабочим до внедрения СУ

№	Категория работника	Заработная плата руб./мес.
1	Рабочий 1	18000
2	Рабочий 2	18000
3	Начальник цеха	35000
Итого 71000

Расчет на рентабельность проекта

Первоначальные данные:

1. Обрабатываются корпусные детали весом до 20 кг

2. Применяется двухсменная работа. При 8-ми часовом рабочем времени за смену чистое рабочее время составляет 6,4 часа (коэффициент использования времени - 0,8).

Расчет рентабельности до использования работы контроллеров

Tшт.= Тосн.+ Твсп.+ Тт.о.+ То.о.+ Тп

Где :

Tшт.- штучное время

Тосн.- основное время

Твсп.- вспомогательное время

Тт.о. - время технического обслуживания рабочего места

То.о. - время организационного обслуживания рабочего места

Тп. - время на перерывы

Tшт.= 25 мин.+ 15 мин.+ 10 мин.+ 5 мин.+ 10 мин.=65 минут.

За одну смену подготавливалось : 5,5 деталей.

За день подготавливалось: 11 деталей.

В месяц подготавливалось: 11 Ч 22 дней = 242 детали

Рассмотрим оптово - отпускную цену детали (то есть цену реализации):

Цена реализации корпусной детали: 4500 рублей.

Исходя из этих данных, мы можем расчетать выручку от реализации деталей (в месяц):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выручка = 242 дет./мес. Ч 4500 руб./шт. = 847000 руб./мес.

Себестоимость детали = 2300 руб.

Следующим этапом мы можем рассчитать себестоимость при заданном объеме производства деталей в месяц:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Себестоимость = 242 дет./мес. Ч 2300 руб./шт. = 556600 руб./мес.

Теперь необходимо рассчитать прибыль от реализации данной продукции:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Итого суммарная прибыль от реализации будет:

У = 847000 руб. - 556600. руб. = 290400 руб./мес.

Зная все данные можем рассчитать рентабельность данной продукции:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рентабельность продаж показывает прибыль на рубль реализованной продукции.

290400

Рентабельность = Ч 100 % = 34,3 %

847000

Расчет рентабельности после введения в работу контроллеров

Управление ручным способом работой станков и модулей было заменено управлением контроллерами;

Производительность смены повысилась до 12,2 детали.