Система управления гибкой автоматизированной линии механообработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕСИТЕТ

Факультет информационных технологий и робототехники

Кафедра «Робототехнические системы»

Курсовая работа

по дисциплине: «Системы управления робототехническими комплексами»

на тему: «Система управления гибкой автоматизированной линии механообработки»

Исполнитель (ст. гр. 107119) Ходжаев Т.А.

Руководитель (ст. пр.) Капустина А.М.

Минск 2013



Белорусский национальный технический университет

(наименование ВУЗа)

Факультет:____ИТР_____________

«УТВЕРЖДАЮ»

Зав. кафедрой_________________

(подпись)

«____»_______________________

З А Д А Н И Е

по курсовой работе

Студенту гр._107119 Ходжаеву Т.А._________________

1. Тема проекта: __Система управления гибкой автоматизированной линии механообработки____ ________________________________________

_____________________________________________________________

2. Сроки сдачи студентом законченного проекта:__________________

3. Исходные данные к проекту:___Тип ГАЛ - механообработки___________________________________________________

4. Содержание расчетно-пояснительной записки:

Аннотация; Введение; 1.Общие сведения и особенности автоматизации; 2.Роботизированные комплексы и ГПС механообработки; 3. Выбор компоновки и комплектующих для РТК;

4. Информационная система; 5.Система управления; Заключение; Литература; Приложение 1 «Компоновка переналаживаемой автоматической линии механообработки»; Приложение 2 «Информационная система переналаживаемой автоматической линии механообработки»; Приложение 3 «Алгоритм системы управления роботизированного комплекса механообработки»; Приложение 4 «Структурная схема системы управления роботизированного

комплекса механообработки»)

5. Консультанты по работе (с указанием разделов проекта):

______Капустина А.М._______________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

6. Дата выдачи задания:____7 сентября

7. Календарный график работы над проектом (с указанием трудоемкости отдельных этапов):

__18.09 - выбор общего вида компоновки_ГАЛ___________________

__23.10 - выбор компоновки РТК_______________________________

__13.11 - подбор датчиков_____________________________________

__27.11 - выбор ПЛК__________________________________________

__3.12 - оформление чертежей_______________________________

__7.12 - оформление пояснительной записки_______________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Руководитель___________________

(подпись)

Задание принял к исполнению_________________________________

(дата и подпись студента)



Графические материалы

Лист 1-ГАЛ механообработки (А3)

Лист 2-ГАЛ механообработки с датчиками (А3)

Лист3-Алгоритм работы (А3)

Лист 4-Структурная схема (А3)



Аннотация

Исходя из поставленной задачи курсовой работы, в ней рассмотрен автоматизированный технологический процесс механообработки. Была разработана компоновка гибкой автоматизированной линии, составлен алгоритм работы, представлено описание компонентов линии, необходимых датчиков контроля работы, выбран подходящий системе ПЛК.

Предполагаемое количество номенклатуры обрабатываемых деталей при данном технологическом процессе равно одной.



Введение

Автоматизация технологического процесса и производства - это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.[4]

Автоматизация позволяет повысить производительность труда, улучшить качество продукции, оптимизировать процессы управления, отстранить человека от производств, опасных для здоровья.

Автоматизация, за исключением простейших случаев, требует комплексного, системного подхода к решению задачи. В состав систем автоматизации входят датчики (сенсоры), устройства ввода, управляющие устройства (контроллеры), исполнительные устройства, устройства вывода, компьютеры. [4]

До внедрения средств автоматизации замещение физического труда происходило посредством механизации основных и вспомогательных операций производственного процесса. Интеллектуальный труд долгое время оставался не механизированным. В настоящее время операции физического и интеллектуального труда, поддающиеся формализации, становятся объектом механизации и автоматизации.

Современные производственные системы, обеспечивающие гибкость при автоматизированном производстве, включают:

- Станки с ЧПУ, впервые появившиеся на рынке ещё в 1955 г.; их быстрое распространение началось, однако, лишь с применением микропроцессоров. [4]

- Промышленные роботы, впервые появившиеся в 1962 г.; быстрое их распространение также связано с развитием микроэлектроники.

- Роботизированный технологический комплекс (РТК), впервые появившиеся на рынке ещё в 1970-80 годы; их распространение началось, однако, лишь с применением программируемых систем управления.

- Гибкие производственные системы, характеризуемые сочетанием технологических единиц и роботов, управляемые ЭВМ, имеющие оборудование для перемещения обрабатываемых деталей и смены инструмента. [4]

- Автоматизированные складские системы (Automated Storage and Retrieval Systems -- AS/RS). Предусматривают использование управляемых компьютером подъемно-транспортных устройств, которые закладывают изделия на склад и извлекают их оттуда по команде.

- Системы контроля качества на базе ЭВМ (Computer-aided Quality Control -- CAQ) -- техническое приложение компьютеров и управляемых компьютерами машин для проверки качества продуктов.

- Система автоматизированного проектирования (Computer-aided Design -- CAD) используется проектировщиками при разработке новых изделий и технико-экономической документации. [4]

В основе организации производственного процесса на каждом предприятии и в любом его цехе лежит рациональное сочетание в пространстве и во времени всех основных, вспомогательных и обслуживающих процессов. Особенности и методы этих сочетаний различны в разных производственных условиях, однако есть и общие принципы:

- специализации

- пропорциональности

- параллельности

- прямоточности

- минимума перерывов

- ритмичности



1. Общие сведения и особенности автоматизации техпроцесса

Автоматизация технологического процесса -- совокупность методов и средств, предназначенная для реализации системы или систем, позволяющих осуществлять управление самим технологическим процессом без непосредственного участия человека, либо оставления за человеком права принятия наиболее ответственных решений. [4]

Современная технология производства предъявляет высокие требования к автоматизации технологических процессов, к выбору оптимальных средств комплексной автоматизации. Производство и поставка средств комплексной промышленной автоматизации технологических процессов, автоматизированных систем управления и оптимизации производственных процессов, АСУ ТП различной сложности являются одним из важнейших направлений работы нашей компании. Мы предлагаем широкий выбор средств для комплексной автоматизации, оптимизации производственных процессов. [4]

Автоматизированная система управления и контроля предназначена для управления технологическим процессом (АСУ ТП), оптимизации технологических процессов, автоматизации технологических процессов, поддержания оптимального режима работы технологических аппаратов и учета промежуточных данных, формирования и выдачи отчетной и архивной документации, диагностики измерительного оборудования во всех отраслях промышленности таких как строительная, пищевая, химическая, нефтеперерабатывающая и др. Станции автоматического управления (САУ) представляют собой многофункциональные электротехнические шкафы и щиты автоматики, основной целью которых является автоматизация технологических процессов.

Благодаря высококачественным и высоконадёжным компонентам систем автоматизации, поставляемых такими производителями как Schneider Electric и Siemens, автоматизированные системы управления отвечают основным целям оптимизации производственных процессов и обладают наиболее экономически выгодным для конечного пользователя соотношением цена/качество. Экономическими аргументами в пользу комплексной интегрированной автоматизации АСУ ТП являются сокращение расходов на аппаратную часть, например, благодаря использованию стандартных компонентов и модульной конструкции, а также более низким расходам за время жизненного цикла системы и экономии на запасных частях. [4]

Комплексные системы автоматизации

АСУ ТП должна иметь:

-- высокую информативность, помогающую оценить техпроцесс, выбрать критерии и определить их относительную важность; [4]

-- иметь возможность анализа технологической обстановки, нарушений ведения технологического процесса, позволяющую вести технологическую наладку производства;

-- возможность поиска оптимального режима ведения технологического процесса;

-- высокую точность по измерению технологических параметров и их регулированию;

-- возможность автоматической дозировки компонентов;

-- возможность качественного поддерживания технологического режима по заданному алгоритму;

-- возможность расширения системы управления;

-- возможность создания на базе АСУ ТП автоматизированных рабочих мест (АРМ) обслуживающего персонала. [4]

АСУ ТП полностью решают все эти задачи, направленные на оптимизацию технологических процессов. В комплекс услуг по пуско-наладке комплексных систем автоматизации входят обучение по внедрению и применению средств промышленной автоматизации на производстве, профилактический осмотр, сервисное обслуживание станций автоматического управления и т.д.

Программное обеспечение программно-технического комплекса предназначено для реализации автоматизированного управления технологическим оборудованием и диспетчеризации параметров технологического процесса станции автоматического управления (АСУ ТП).

Основные функции системы автоматизации

К основным функциям поставляемых АСУ ТП относятся:

-- автоматическая диспетчеризация параметров технологического оборудования (уровней, давлений, уровней раздела фаз, температур и расходов по технологическим аппаратам);

-- сравнение измеренных значений технологических параметров с заданными значениями и формирование сигналов управления, а также предупредительной и аварийной сигнализации;

-- отображение хода технологического процесса в виде мнемосхем, трендов (графиков изменения параметров во времени), индикаторов; хронометрирования основных технологических параметров, формирование протокола событий и архивных данных; [4]

-- оперативное автоматическое и ручное управление электрозадвижками и регулирующими клапанами с пульта автоматизированного рабочего места (АРМ) оператортехнолога;

-- оперативное автоматическое и ручное управление электрозадвижками и регулирующими клапанами с пульта автоматизированного рабочего места (АРМ) оператортехнолога;

-- имитация объекта управления, различных аварий и отказов, для независимой отладки и обучения обслуживающего персонала. [4]

Структура и функции

Разработка территориально-распределенных автоматизированных систем сбора, обработки данных и управления технологическим процессом требует применения специальных решений построения сетей передачи данных. АСУ ТП строится по иерархическому принципу и имеет многоуровневую структуру. [4]

В АСУ ТП выделяется четыре уровня иерархии:

нижний уровень -- уровень датчиков и исполнительных механизмов;

средний уровень -- уровень промышленных контроллеров (ПЛК);

верхний уровень -- уровень промышленного сервера и сетевого оборудования;

оперативный уровень -- уровень операторских и диспетчерских станций.

Нижний уровень состоит из датчиков и исполнительных механизмов, устанавливаемых на технологических объектах. Их конструкция и исполнение позволяют им устойчиво и безопасно функционировать при самых неблагоприятных погодных условиях, а также во взрывоопасных зонах. Связь датчиков и исполнительных механизмов со средним уровнем осуществляется с помощью соответствующих кабелей.

Средний уровень состоит из промышленных контроллеров, силовой, сигнализационной автоматики и необходимых вторичных приборов. Должны быть расположены на территории таким образом, чтобы минимизировать затраты на прокладку кабелей и снизить влияние помех. Ядром программно-технических средств контроля и управления системы являются промышленные контроллеры. [4]

Промышленные контроллеры осуществляют:

-- cбор и обработку данных, поступающих с датчиков;

-- Управление технологическими объектами по заданным алгоритмам работы.

Отличительными особенностями в выбранных моделях контроллеров являются:

-- широкая номенклатура модулей, позволяющая разрабатывать многофункциональные системы контроля и управления;

-- наличие интеллектуальных модулей ввода/вывода, в том числе модулей, регуляторов автономного функционирования;

-- дублирование модулей центрального процессора и блока питания;

-- возможность «горячей» замены модулей;

-- наличие выходных цепей, имеющих вид взрывозащиты «Искробезопасная электрическая цепь». [4]

Передача информации от контроллеров на следующий уровень и прием команд управления осуществляется с использованием стандартных интерфейсов RS485. Связь любого промышленного контроллера с сервером осуществляется одновременно по двум независимым каналам связи.

Дублирование каналов связи «сервер-промышленный контроллер» необходимо для повышения надежности системы в целом.

Верхний уровень системы -- это уровень промышленного сервера и сетевого оборудования.

Сетевое оборудование состоит из концентраторов, коммутаторов и преобразователей. [4]

Промышленный сервер представляет собой высоконадежную отказоустойчивую вычислительную систему и обеспечивает накопление в реальном масштабе времени и надежное длительное хранение больших объемов технологической информации, а также доступ к ней с большого числа автоматизированных рабочих мест оперативного уровня. Сетевое и телекоммуникационное оборудование, сетевые каналы, телефонные и оптоволоконные линии связи образуют высокоскоростную территориально-распределенную вычислительную сеть промышленного назначения. Отказоустойчивость сети обеспечивается резервированием сетевых каналов, линий связи и коммуникационного оборудования.

Оперативный уровень состоит из автоматизированных рабочих мест операторов и диспетчеров, а также сетевого принтера, установленных в различных помещениях и зданиях. Объединенные в локальную сеть АРМы образуют единый информационно-вычислительный комплекс (ИВК). ИВК реализует отображение в графическом виде технологической информации, обеспечивает выдачу аварийных сигналов и взаимодействие операторов с АСУ ТП, организует связь с другими системами управления. На этом уровне создаются как полностью дублирующие (равноправные по получаемым данным и по функциям управления) друг друга рабочие места, так и технологически ориентированные рабочие места, адекватно учитывающие специфику работы персонала и технологии участка производства. [4]



2. Роботизированные комплексы и ГПС механообработки

Роботизированные комплексы для механообработки заготовок типа тел вращения могут иметь различные компоновочные схемы в зависимости от выполняемых ими технологических задач. [2]

Наибольшее применение в машиностроении получили РТК, состоящие из автоматизированных станков (токарных, круглошлифовальных, многоцелевых и др.), оснащенных накопительными устройствами для заготовок и деталей, системой программного управления и обслуживаемых с помощью ПР. В первую очередь такие РТК предназначаются для серийного изготовления деталей мелких и средних размеров с небольшим временем обработки. Комплексы могут оснащаться как встроенным в станок, так и внешними ПР напольного или портального типа. [2]

РТК мод. М01И611--“Ритм” предназначен для токарной (патронной и центровой) обработки мелких деталей типа тел вращения из штучных заготовок массой до 0,1 кг. ПР мод. “Ритм-01 08”, установленный на крышке шпиндельной бабки токарно-винторезного станка с ЧПУ мод 1И611ПМФЗ, производит его загрузку заготовками, находящимися на позиции выдачи их вибробункером. Обработанные изделия ПР снимает со станка и сбрасывает в тару через специальный лоток.



Рисунок 2.1- РТК мод. М01И611--“Ритм”

1 - ПР “Ритм - 01.08”; 2 - станок токарно-винторезный с ЧПУ мод. 1И611ПМФ3; 3 - вибробункер; 4 - устройство ЧПУ станка; устройство ЧПУ ПР типа АС - 2611; 6 - тара.

Для токарной обработки деталей типа длинных валов массой до 5 кг из штучных заготовок используют РТК мод. 1708 ПР4, включающий в себя многорезцовый станок-полуавтомат типа 1708, автоматизированное загрузочное устройство (тактовый стол) для поштучной выдачи заготовок и обслуживающий их ПР напольного типа мод. ПР4. [4]

Рисунок 2.2-РТК мод. 1708 ПР4

1 - ПР мод. ПР4; 2 - токарный многорезцовый полуавтомат мод. 1708; 3 - тактовый стол; 4 - тара; 5 - пульт управления ПР; 6 - устройство для удаления стружки.

ПР в составе комплекса выполняет следующие операции: загрузку и разгрузку станка, сбрасывание детали в тару, а также управление включением автоматического цикла работы станка. В станке имеется конвейер для удаления стружки, которая автоматически подается в тару.

Для токарной патронной или патронно-центровой обработки деталей средних типоразмеров (с массой заготовки до 10 кг) за один или два установа (с возможностью поворота заготовки на 180°) в настоящее время широко используют РТК 16К20ФЗ. Р132 и его модификации.

Рисунок 2.3-РТК 16К20ФЗ. Р132

1 - ПР мод. М10П 62.01; 2 - токарный станок с ЧПУ мод. 16К20Ф3; 3 - тактовый стол СТ220; 4 - устройство ЧПУ ПР типа “Контур - 1”; 5 - устройство ЧПУ станка типа 2У22; 6 - электрошкаф.

Встроенный в станок 16К20ФЗ ПР мод МЮП62.01 выполняет в составе комплекса следующие операции: снятие заготовки с определенной позиции тактового стола типа СТ220, установку заготовки в патрон станка; снятие и возвращение обработанной детали на ту же позицию тактового стола Установка заготовок на подвижные платформы тактового стола осуществляется в ориентированном виде посредством специальной оснастки. ПР может оснащаться различными типами схватов в зависимости от вида заготовок.



3. Выбор компоновки и комплектующих для ГАЛ

3.1 Компоновка ГАЛ

В компоновку ГАЛ входят следующие элементы (см. приложение 1):

· Автоматизированный склад стеллажный АСТС-10

· Роботизированная тележка

· Накопители

· Робот Kawasaki FA006E

· Поворотный стол

· ПР Kawasaki FA006E

· Горизонтальный токарный станок с ЧПУ Victor Vturn-P16/P20

· Вертикальный токарный станок с ЧПУ DMG CTV 160

· Фрезерный станок с ЧПУ XYZ servo 1325

· Шлифовальный станок Liebherr LGG 180

3.2 Робот Kawasaki FA006E

Робот Kawasaki FA006E и его рабочая зона изображены на рисунках 3.2.1. и 3.2.2.



Рис.3.2.1. Робот Kawasaki FA006E Рис.3.2.2 Рабочая зона робота FA006E

Таблица 1. Основные технические характеристики робота FA006E

Модель робота	FA006E - Kawasaki
Грузоподъемность, кг	6
Количество степеней свободы	6
Повторяемость, мм	±0,10
Максимальный угол поворота	J1	± 160°
	J2	+140°~-105°
	J3	+120°~-155°
	J4	± 270°
	J5	± 145°
	J6	± 360°
Максимальная скорость перемещения [°/с]	J1	200
	J2	140
	J3	200
	J4	360
	J5	360
	J6	600
Момент, Н·м	J4	12,0
	J5	12,0
	J6	6,0
Момент инерции, кг·м2	J4	0,24
	J5	0,24
	J6	0,07
Точность позиционирования, мм	± 0,1
Рабочая зона, мм	1550
Максимальная линейная скорость перемещения, мм/с	9200
Вес, кг	170
Контроллер	D40/ D71
Способ установки робота	Напольная или потолочная установка (настенная установка как опция)
Условия окружающей среды	Температура, °C	0 ~ 45
	Влажность, %	35 ~ 85
	Вибрация	Менее чем 0,5 G
Степень защиты	IP65 (оси 5 и 6 IP67)
Питание	3PE+N; 400/230В; 50Гц

3.3 Контроллер Kawasaki D40

Контроллер Kawasaki D40 представлен на рисунке 3.4.1.



Рис.3.4.1. Контроллер Kawasaki D40.

Краткое описание: "D" Контроллер Kawasaki обладает широким набором функций, опций и программного обеспечения для различного применения. D40 легко интегрируется, программируется и обслуживается. Возможно изменение его настроек в процессе эксплуатации. Контроллер ''D'' также укомплектован эргономичной панелью оператора. Kawasaki D40 обладает широкими возможностями для модификации в соответствии со специфическими требованиями заказчика. [2]

Основные преимущества:

- Простота и удобство в использовании

- Широкий набор функций

- Бесперебойная работа: 96,000 Часов

- Возможна компактная версия

- Off-Line программирование - AS Language



Таблица 2. Технические характеристики контроллера Kawasaki D40

№ nln	Наименование	Стандартные	Опции
1	Модель	D40+
2	Размеры	600x550x1200 (мм)
3	Количество управляемых осей	6 осей	Макс 16
4	Координатные системы	Управление осями, базовая, инструмент
5	Типы движений	Оси, линейные и круговые движения
6	Сервоконтроллер	Полностью цифровая сервосистема
7	Метод обучения	Движение по точкам (блочное программирование) или AS язык программирования
8	Емкость памяти	2 Мбайт, примерно 8000 положений	4 Мбайт, примерно 35000 положений
9	Внешний носитель	PC Card
10	Сигналы	Входные сигналы -32 канала	64, 96,128
		Выходные сигналы - 32 канала	64, 96,128
11	Внешняя панель включает	Основные выключатели (включение двигателя, старт цикла, сброс ошибки, аварийный останов)
12	Панель оператора	Цветная TFT сенсорная панель, аварийный останов, блокировка пульта Выключатели старт цикла, включение моторов, остановка/запуск цикла, сброс ошибки
13	Длина кабелей	10м	15м
14	Доп. хранение	РC Card Interface (in Accessory Panel)
15	Масса	155 кг
16	Требование мощности	330/400/415/440 V±10%, 50/60 Гц, З Фазы
17	Температура окружающего воздуха	0-45оС
18	Относительная влажность	35-85 %

3.4 Шлифовальный станок Liebherr LGG 180

Благодаря конструкции one-table новый станок Liebherr LGG 180 для профильного и общего шлифования сочетает краткие циклы шлифования с неизменно высоким качеством продукции независимо от объема задания. Преимущество решения one-table и состоит в неизменности высокого качества на протяжении всего производственного цикла. Каждая обработанная деталь оказывается изготовленной в одних и тех же условиях самой высокой воспроизводимости, говорят разработчики шлифовальных и формовочных технологий компании Liebherr-Verzahntechnik. Ключевым аргументом в пользу решения one-table является статистическая возможность непрерывно контролировать качество отделки в микронном диапазоне. И надежность такой возможности. [1]

Новая шлифовальная головка может вращаться со скоростью до 10 тысяч оборотов в минуту. Мощность привода шпинделя составляет 35 киловатт. Благодаря этому потенциалу головка обеспечивает высокую скорость резки и высокие скорости подачи.

Новый станок может использовать значительный потенциал инновационного абразива Cubitron. Это искусственно созданный минерал со строго определенными, точно воспроизводимыми физическими характеристиками, которые обеспечивают эффективность его применения в заданных условиях абразивной обработки металлов. [1]

Долгая работоспособность абразивного зерна зависит от его твердости и изломостойкости. Минерал Cubitron создается в ходе тщательно контролируемого химического процесса, оптимизирующего эти свойства, что обеспечивает идеальные для агрессивного шлифования характеристики этого минерала.

Обычные кристаллы в скором времени сглаживаются или катастрофически растрескиваются. Кристаллы же минерала Cubitron имеют встроенные микроизломы, которые обеспечивают восстановление острых краев во время шлифования. [1]

Минерал Сubitron имеет уникальную микрокристаллическую структуру, позволяющую ему оставаться острым. На границах кристаллов предусмотрены изломы для образования новых режущих краев.

В то время, как обычные абразивы уже истощены или фрагментированы, абразивные зерна минерала Сubitron самозаостряются с помощью собственного механизма износа, что позволяет продолжать шлифование. [1]

Даже при интенсивном нагреве и напряжении, возникающих во время шлифования, минерал Сubitron сохраняет свою микроструктуру, твердость и режущую способность. Это идеальный минерал для шлифования нержавеющей стали, титана и никелевых сплавов, чувствительных к нагреву.

При этом станок сразу адаптирует тот или иной тип абразива к поверхности конкретной шестерни в целях оптимизации шума. Способность выдерживать субмикронный диапазон волнистости рентабельно дает дизайнерам совершенно новый набор возможностей оптимизации. [1]

Станок LGG обеспечивает быструю обработку в сочетании с преимуществами решения one-table. Кроме того, станки и для 180-миллиметровых, и для 280-миллиметровых шестерен имеют одни и те же компактные внешние размеры, что облегчает внедрение этих станков в существующие производственные линии. [1]

Таким образом, автопроизводитель может создать полную производственную линию, в которой могут быть отшлифованы все зубчатые компоненты трансмиссий пассажирских транспортных средств. Планетарные и солнечные шестерни, приводные и шестереночные валы длиной до 500 миллиметров. Для того, чтобы свести к минимуму любые тепловые воздействия, станину станка изготавливают из термостойкого материала.

3.5 Фрезерный станок с ЧПУ XYZ servo 1325

XYZ Carver Servo 1325 представляет собой профессиональную модель фрезерно-гравировального станка, оптимизированную для продолжительной напряжённой работы. Станок предназначен для обработки любых неметаллических изделий в условиях промышленного производства.
Несущая сварная станина из высокопрочной стали обладает повышенной жёсткостью и призвана обеспечить устойчивость конструкции, а также гашение возникающих при работе вибраций. Передвижной алюминиевый портал скользит в направляющих фирмы ТНК (Япония), обладающих пониженным коэффициентом трения. Быстрый подвод портала и его точное позиционирование над заготовкой (закреплённой на статичном рабочем столе) обеспечивают мощные серводвигатели. Шпиндель станка, в зависимости от исполнения, развивает мощность от 3 до 9 кВт и оснащён системой воздушного охлаждения, обеспечивающей постоянство характеристик фрезерования даже при длительной работе на предельных скоростях. [1]

Одним из главных достоинств модели Carver Servo-1325 является большая площадь рабочего стола (линейные размеры 1300 х 2500 мм), позволяющая обрабатывать габаритные заготовки «с одного установа» (т.е. без предварительного раскроя на другом оборудовании), что существенно упрощает производственный процесс. Для защиты алюминиевой поверхности рабочего стола от истирания предусмотрен «жертвенный стол» - легкосъёмное пластиковое покрытие, которое также оберегает фрезу при нештатном касании стола. [1]

Управление станком осуществляется с помощью DSP-контроллера - специального компактного пульта, заменяющего подключённый к станку ПК.



Рисунок 3.5.1- Фрезерный станок с ЧПУ XYZ servo 1325

Таблица 3-Характеристики XYZ servo 1325

Габариты по осям X,Y,Z, мм	1200Ч2400Ч200
Производительность шпинделя	3.0kw
Размер стола, мм	1440Ч3040
Точность передвижения по осям X,Y,Z, мм	~ 0.03/300
Точность расположения, мм	~ 0.05
Предельная скорость передвижения, мм/мин	45000
Предельная скорость работы, мм/мин	25000
Максимальные обороты шпинделя, об/мин	18000
Привод	серводвигатель
Фрезы, мм	3,175мм, 4мм, 6мм, 12мм и 24мм
Диапазон рабочей температуры, °С	10-45
Интерфейс подключения	USB
Система оперативного получения данных, ОС	Система цифровой обработки сигналов
Комплекс программных средств	Wentai, Type3, ArtCam, Rhino, PowerMill
Питание , V	220V~10% 50HZ
Варианты графических форматов	G code, *uoo, *mmg, *plt
Габариты упаковки, мм	3400Ч2500Ч1500
Масса, нетто, кг	1400
Масса, брутто, кг	1600

3.6 Горизонтальный токарный станок с ЧПУ Victor Vturn-P16/P20

Станки новой Р-серии - это компактные токарные станки для высокопроизводительной обработки деталей. Станки имеют цельную наклонную станину из чугуна марки «Meehanite». ШВП оси Z установлены непосредственно на станине, что повышает жесткость станков. Станки Р-серии оснащены сервоприводной револьверной головкой. Мощные приводы осей и широкие направляющие обеспечивают быстрые 30 м\мин перемещения. [1]

Конструкция станков предусматривает возможность полной автоматизации процесса обработки и установки робота (в том числе, внутри станка для деталей весом до 3 кг.).

-Макс. диаметр точения: Ш280 мм.

-РМЦ: 440 мм.

-Скорость вращения шпинделя: 6000\4200 об/мин.

-Мощность шпинделя: 7.5/11 и 11/15 кВт.

-Количество инструментов: 12/10 шт.

-Система ЧПУ FANUC 0i-TD.

Рисунок 3.6.1- Горизонтальный токарный станок с ЧПУ Victor Vturn-P16/P20



3.7 Вертикальный токарный станок с ЧПУ DMG CTV 160

Вертикальный токарный станок с ЧПУ CTV 160 представляет собой многофункциональную машину для обработки металлических изделий различного типа. Благодаря компактному дизайну не требуется большого пространства для размещения станка.

При эксплуатации данного станка применяются инновационные технологии металлообработки, которые позволяют сократить до минимума время производственного цикла. Смена инструментов происходит автоматически, что позволяет не прерывать рабочий процесс для выполнения данной операции. [1]

Большая амплитуда перемещения суппорта по осям Y и Z позволяет осуществлять обработку как небольших, так и крупногабаритных деталей без необходимости смены фрез, обеспечивается точная и качественная обточка изделия, а также высокий уровень производительности.

Удобный доступ к рабочей зоне позволяет быстро осуществлять загрузку металлических заготовок и выгрузку готовых изделий, а также контролировать ход производственного процесса. Контактный датчик оценивает состояние обрабатываемой детали. Специальные приспособления позволяют при необходимости без труда осуществлять транспортировку машины. При эксплуатации данной модели не требуется производить частое техобслуживание и профилактику оборудования, так как все детали машины изготовлены из высококачественных материалов, что обеспечивает их износоустойчивость и длительный срок службы. [1]

Использование измерительных устройств, инновационного программного обеспечения и системы контроля Siemens 840D значительно упрощает процесс управления станком, так как большинство операций выполняется автоматически. Предоставляется возможность программирования и моделирования с применением 3D графики непосредственно в производственных условиях. Вся необходимая информация отображается на многоканальном сенсорном дисплее в виде общепринятых символов.

Таблица 4- Технические характеристики вертикального токарного станка с ЧПУ CTV 160

Диаметр зажимного патрона в дюймах	6,3
Высота обрабатываемого изделия в дюймах	0,79-8,3
Макс. диаметр обрабатываемого изделия в дюймах	6,3
Мощность привода, л/с	28,2/21,5
Крутящий момент, Дж	135,5
Скорость вращения шпинделя, об/мин	6000
Амплитуда поперечного перемещения суппорта по оси X в дюймах	±3,54
Амплитуда продольного перемещения суппорта по оси Z в дюймах	11,81
Количество вращающихся инструментов	12
Размер дисплея	19"

Рисунок 3.7.1- ЧПУ CTV 160



4. Информационная система

4.1 Терминология сенсорных систем

Датчики являются элементом технических систем, предназначенных для измерения, сигнализации, регулирования, управления устройствами или процессами. Датчики преобразуют контролируемую величину (давление, температура, расход, концентрация, частота, скорость, перемещение, напряжение, электрический ток и т. п.) в сигнал (электрический, оптический, пневматический), удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации информации о состоянии объекта измерений.

Датчик (сенсор, от англ. sensor) -- понятие в системах управления, первичный преобразователь, элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. [5]

4.2 Применение датчиков

В последнее время в связи с удешевлением электронных систем всё чаще применяются датчики со сложной обработкой сигналов, возможностями настройки и регулирования параметров и стандартным интерфейсом системы управления. Имеется определённая тенденция расширительной трактовки и перенесения этого термина на измерительные приборы, появившиеся значительно ранее массированного использования датчиков, а также по аналогии -- на объекты иной природы, например, биологические. Понятие датчика по практической направленности и деталям технической реализации близко к понятиям измерительный инструмент и измерительный прибор, но показания этих приборов в основном читаются человеком, а датчики, как правило, используются в автоматическом режиме. [1]

4.3 Классификация датчиков по различным признакам

В зависимости от вида входной (измеряемой) величины различают: датчики механических перемещений (линейных и угловых), пневматические, электрические, расходомеры, датчики скорости, ускорения, усилия, температуры, давления и др.

В настоящее время существует приблизительно следующее распределение доли измерений различных физических величин в промышленности: температура - 50%, расход (массовый и объемный) - 15%, давление - 10%, уровень - 5%, количество (масса, объем) - 5%, время - 4%, электрические и магнитные величины - менее 4%.

По виду выходной величины, в которую преобразуется входная величина, различают неэлектрические и электрические: датчики постоянного тока (ЭДС или напряжения), датчики амплитуды переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики частоты переменного тока (ЭДС или напряжения), датчики сопротивления (активного, индуктивного или емкостного) и др.

Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

- электрические величины удобно передавать на расстояние, причем передача осуществляется с высокой скоростью; [1]

- электрические величины универсальны в том смысле, что любые другие величины могут быть преобразованы в электрические и наоборот;

- они точно преобразуются в цифровой код и позволяют достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические(датчики-модуляторы). Генераторные датчики осуществляют непосредственное преобразование входной величины в электрический сигнал.

Параметрические датчики входную величину преобразуют в изменение какого-либо электрического параметра (R, L или C) датчика.

По принципу действия датчики также можно разделить на омические, реостатные, фотоэлектрические (оптико-электронные), индуктивные, емкостные и д.р.

Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики, т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

- цифровые датчики, генерирующие последовательность импульсов или двоичное слово;

- бинарные (двоичные) датчики, которые вырабатывают сигнал только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.

Индуктивные датчики служат для бесконтактного получения информации о перемещениях рабочих органов машин, механизмов, роботов и т.п. и преобразования этой информации в электрический сигнал.

Принцип действия индуктивного датчика основан на изменении индуктивности обмотки на магнитопроводе в зависимости от положения отдельных элементов магнитопровода (якоря, сердечника и др.). В таких датчиках линейное или угловое перемещение X (входная величина) преобразуется в изменение индуктивности (L) датчика. Применяются для измерения угловых и линейных перемещений, деформаций, контроля размеров и т.д. [1]

В простейшем случае индуктивный датчик представляет собой катушку индуктивности с магнитопроводом, подвижный элемент которого (якорь) перемещается под действием измеряемой величины.

Индуктивный датчик распознает и соответственно реагирует на все токопроводящие предметы. Индуктивный датчик является бесконтактным, не требует механического воздействия, работает бесконтактно за счет изменения электромагнитного поля.

Преимущества

- нет механического износа, отсутствуют отказы, связанные с состоянием контактов

- отсутствует дребезг контактов и ложные срабатывания

- высокая частота переключений до 3000 Hz

- устойчив к механическим воздействиям

Недостатки - сравнительно малая чувствительность, зависимость индуктивного сопротивления от частоты питающего напряжения, значительное обратное воздействие датчика на измеряемую величину (за счет притяжения якоря к сердечнику).

4.4 Выбор датчиков

В нашу информационную систему ГАЛ были выбраны следующие датчики (см. приложение 2):

- Силомоментный датчик держателя поворотного стола

- Сканер штрих кода паллет

- Индуктивный датчик присутствия тележки

- Ультразвуковые преобразователи

4.4.1 Силомоментный датчик

Силомоментными датчиками очувствления адаптивных роботов называют технические средства, предназначенные для измерения компонент главного вектора сил и моментов, действующих на рабочий орган манипулятора, в проекции на связанную с датчиком систему координат. [5]

Силомоментные датчики обычно размещают либо непосредственно в губках захвата, либо между последним звеном и захватом манипулятора. Последнее конструктивное решение более предпочтительно в случае, когда в процессе работы необходимо автоматически заменять рабочей орган.

Преобразование сил, возникающих при физическом контакте захвата с объектом, в электрический сигнал в рассматриваемых датчиках осуществляется двумя путями. Первый из них состоит в непосредственном измерении упругих деформаций чувствительных элементов датчика. Наиболее часто для этого применяют тензорезистивные, пьезоэлектрические и магнитоупругие преобразователи.

Второй путь преобразования силовой информации в электрический сигнал заключается в измерении микроперемещений калиброванных пружин датчика, деформируемых под действием внешних сил в процессе контакта захвата с объектом. При этом используют измерительные устройства на основе электрических, магнитных и оптических методов измерения малых перемещений. [5]

Наиболее распространенный метод - непосредственное измерение упругих деформаций с помощью тензорезисторных датчиков. Известно множество проводниковых и полупроводниковых тензорезисторов, имеющих характеристики, которые отвечают требованиям, предъявляемым к чувствительным элементам силоментных датчиков. [5]

Существует ряд марок полупроводниковых тензорезисторов: КТД, КТДМ, КТЭ, КТЭМ, Ю-8, 0-12 и др. База этих тензорезисторов составляет 2 - 7мм при ширине 0,2 и толщине 0,15 мм. Коэффициент чувствительности кремниевых тензорезисторов равен 100 - 150 (и более). Применение полупроводниковых тензорезисторов целесообразно во всех случаях, когда требуется высокая чувствительность при малых габаритах датчика.

Из проводниковых тензорезисторов наиболее широкое распространение получали фольговые тензорезисторы, отличающиеся высокой стабильностью характеристик и низким температурным дрейфом. Однако они имеют меньшую (в несколько десятков раз) чувствительность к деформациям, чем полупроводниковые тензорезисторы, при соизмеримости остальных параметров. Коэффициент чувствительности фольговых тензорезисторов равен 2 - 3, что существенно ограничивает значения выходного сигнала. [5]



4.4.2 Сканеры штрих кодов DS1100 mini ultra compact

Сканер (см. рис. 4.4.2.1.) предназначен для считывания штрих кодов паллет во время их загрузки/выгрузки со склада и накопителей.

Рисунок 4.4.2.1.- Сканер штрих кодов DS1100 mini ultra compact

Описание:

Лазерный стационарный сканер штрих-кода для промышленного применения, частота сканирования 500 скан/с, стандартное и высокое разрешение. [5]

Таблица 5. Технические характеристики сканера штрих кодов DS1100

Производитель	Datalogic
Доп.возможности чтения	чтение до 6 различных штрих-кодов за одну фазу сканирования
Интерфейс	RS232+RS485 half duplex
Источник	Видимый лазерный луч 650нм
Макс разрешение	Для моделей 1xxx: 0.20 mm (8 mils), для модлей 2xxx: 0.12 mm (5 mils)
Расстояние до кода	Для моделей 1xxx: до 220 mm, для моделей, для моделей 2xxx: 110 mm
Частота сканирования	500 скан/с
Читаемые штрих-коды	Code 2/5, Code 39, Code 93, Code 128, EAN/UPC, EAN 128, Codabar, Plessey, Pharmacode

4.4.3 Индуктивные датчики

Бесконтактные индуктивные датчики наиболее популярные конечные выключатели и обойтись без них в настоящее время в автоматизированном производстве практически невозможно. Если сравнивать индуктивные датчики приближения с механическими выключателями, то преимущества очевидны: бесконтактный принцип работы, отсутствие движущихся и трущихся деталей, высокая частота переключения в сочетании с высокой точностью срабатывания. Индуктивные бесконтактные выключатели являются миниатюрными детекторами металла и позволяют детектировать объекты, изготовленные из любого металла. На индуктивные датчики не оказывает влияние: высокая влажность, пыль, вибрация. Широчайший выбор исполнений индуктивных датчиков в стандартизированных и специальных корпусах позволяет подобрать сенсор, наиболее оптимально подходящий для использования в конкретной задачи. [5]

Бесконтактные индуктивные сенсоры Balluff (маркировка Balluff BES), IFM Electronic, Pepperl + Fuchs (Bero, Siemens), Telemecanique, Omron выпускаются для любых задач в промышленности: для общепромышленного применения, для работы при высоком давлении (установка в гидроцилиндр), для пищевой и фармацевтической промышленности в корпусе из пищевой нержавеющей стали. Так же поставляются индуктивные датчики положения для эксплуатации при высокой температуре и в условиях сильного электромагнитного поля.

Индуктивные датчики Balluff в цилиндрическом корпусе M18

Технические характеристики Индуктивные датчики Balluff в цилиндрическом корпусе M18:

Тип	бесконтактный датчик положения
Принцип действия	индуктивный
Расстояние срабатывания	5.0.. 20.0 мм
Тип монтажа	заподлицо, незаподлицо
Температура эксплуатации	-40.. 80 °C
Функция на выходе	PNP (NPN) NO/NC
Частота переключений	80- 1000 Гц
Питание	AC, DC
Материал корпуса	никелированная латунь, нержавеющая сталь

Описание Индуктивные датчики Balluff в цилиндрическом корпусе M18:

Индуктивные датчики Balluff BES M18 предоставляют необходимые сигналы о конечных положениях объектов, служат в качестве импульсных датчиков для задания численных значений или регистрации частоты вращения. В настоящее время индуктивный бесконтактный датчик незаменим в промышленности. Преимущества в сравнении с механическими аналогами очевидны: бесконтактное срабатывание, абсолютная износоустойчивость, высокая частота и точность переключений. Индуктивные датчики положения нечувствительны к вибрации, пыли и влажности. Индуктивные датчики приближения используют физический эффект изменения добротности резонансного контура, вызванного потерями на вихревые токи в проводящих материалах. Индуктивно-емкостный колебательный контур генерирует высокочастотное электромагнитное поле. Это поле распространяется с активной поверхности датчика. Если в это поле попадает электропроводящий материал (металл), то в соответствии с законом электромагнитной индукции возникают вихревые токи, поглощающие энергию колебательного контура. Вследствие этого амплитуда колебаний уменьшается. Это изменение преобразуется в коммутационный сигнал. Данный принцип действия позволяет обнаруживать индуктивным сенсорам все металлы, независимо от того, находятся они в подвижном состоянии или нет. Расстояние до активной поверхности, на котором электропроводящий материал вызывает в датчике перемену сигнала, называется расстоянием срабатывания. [5]



5. Система управления

5.1 Общие сведения

Программимруемый логимческий контромллер(программируемый контроллер) -- электронная составляющая промышленного контроллера, специализированного (компьютеризированного) устройства, используемого для автоматизации технологических процессов. В качестве основного режима длительной работы ПЛК, зачастую в неблагоприятных условиях окружающей среды, выступает его автономное использование, без серьёзного обслуживания и практически без вмешательства человека.

Иногда на ПЛК строятся системы числового программного управления станком. [5]

ПЛК являются устройствами реального времени.ПЛК имеют ряд особенностей, отличающих их прочих электронных приборов, применяемых в промышленности:

в отличие от микроконтроллера (однокристального компьютера) -- микросхемы предназначенной для управления электронными устройствами -- областью применения ПЛК обычно являются автоматизированные процессы промышленного производства в контексте производственного предприятия; [5]

в отличие от компьютеров, ориентированных на принятие решений и управление оператором, ПЛК ориентированы на работу с машинами через развитый ввод сигналов датчиков и вывод сигналов на исполнительные механизмы;

в отличие от встраиваемых систем ПЛК изготавливаются как самостоятельные изделия, отдельные от управляемого при его помощи оборудования.

В системах управления технологическими объектами логические команды преобладают над числовыми операциями, что позволяет при сравнительной простоте микроконтроллера (шины шириной 8 или 16 разрядов), получить мощные системы, действующие в режиме реального времени. В современных ПЛК числовые операции реализуются наравне с логическими. В то же время, в отличие от большинства процессоров компьютеров, в ПЛК обеспечивается доступ к отдельным битам памяти.

5.2 Программируемый логический контроллер SIMATIC S7-1200

Программируемые контроллеры SIMATIC S7-1200 представляют собой новое семейство микроконтроллеров, предназначенных для решения самых различных задач автоматизации малого уровня. [5]

Рисунок 5.2.1- SIMATIC S7-1200.

автоматизация датчик деталь сенсорный

Данные контроллеры универсального назначения имеют модульную конструкцию. Эти устройства могут работать в реальном масштабе времени, их также возможно применять для построения относительно простых узлов локальной автоматики, либо узлов комплексных систем автоматического управления, которые поддерживают интенсивный коммуникационный обмен данными посредством сети Industrial Ethernet/PROFINET и PtP (Point-to-Point) соединения. [5]

Компактные пластиковые корпуса контроллеров S7-1200 имеют степень защиты IP20 и работают в температурном диапазоне от 0 до +50 °C. Они могут монтироваться на стандартную 35 мм профильную шину DIN или на монтажную плату.

Контроллеры способны обслуживать от 10 до 284 дискретных и от 2 до 51 аналогового канала ввода-вывода. [5]

S7-1200 занимает на 35% меньший монтажный объем, по сравнению с контроллером S7-200, при одинаковых конфигурациях ввода-вывода.

К центральному процессору (CPU) S7-1200 возможно осуществление подключения коммуникационных модулей (CM); сигнальных модулей (SM) и сигнальных плат (SB) ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов. Вместе с ними применяются 4-канальный коммутатор Industrial Ethernet (CSM 1277) и модуль блока питания (PM 1207). [5]

Рисунок 5.2.2-Технические характеристики ПЛК



Таблица 6- входы-выходы ПЛК:

X0	Запрос от РТК 1
X1	Запрос от РТК 2
X2	Запрос от РТК 3
Х3	Выход с датчика считывания штрих кодов
X4	Выход с индуктивного датчика РТК 1
X5	Выход с индуктивного датчика РТК 2
X6	Выход с индуктивного датчика РТК 3
Y0	Движение тележки на склад
Y1	Загрузка паллеты
Y2	Движение к РТК 1
Y3	Движение к РТК 2
Y4	Движение к РТК 3
Y5	Выгрузка паллеты
Y6	Перемещение транспортного робота к накопителю с деталями
Y7	Движение к сладу
Y8	Разворот поворотного стола
Y9	Помещение деталей на склад



Заключение

В ходе курсовой работы был спроектирован ГАЛ механообработки заготовок разного размер и типа, разработана его СУ, транспортная и складская системы, подключены и синхронизированы датчики и т.д. информационной системы. Так как системы не требует большой вычислительной мощности, то был выбран ПЛК. Составлен алгоритм работы системы и схема подключения ПЛК.



Литература

1. http://www.prosoft.ru/products/brands/siemens/416863/ -Сайт компании ПРОСОФТ

2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B0%D1%82%D1%87%D0%B8- электронная энциклопедия

3. http://www.smtclrussia.com/17-VTC-CNC-lathe.html -вертикальные токарные станки

4. Ю.М. Соломенцева “РТК и ГПС в машиностроении”, Москва “Машиностроение”1989

5. www.schneider-electronic.ru “Датчики Руководство по выбору.pdf”

Размещено на Allbest.ru