Разработка системы управления РТК для токарной обработки

 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

 

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра автоматизации технологических процессов и производств

 

 

Разработка  системы  управления РТК для  токарной  обработки

 (Тема)

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

расчетно-пояснительная записка

 

 

Дисциплина:      Автоматизация технологических процессов и производств

 

Студент:  Анохин А.С.

 

Группа: ТЗ-4131с

 

Руководитель: Сбродов Н.Б.

 

 

 

Комиссия:  ________________________   __________________

 

                  ________________________    __________________

 

Оценка:    _____________

 

Дата защиты:   _____________

 

 

 

 

 

 

 

 

Курган 2014

 

Содержание

 

 

Реферат             3

 

Введение             4

 

1. Обоснование необходимости автоматизации

заданного технологического объекта       

 

1. Характеристика автоматизируемого

  технологического объекта         5

 

2. Анализ путей автоматизации заданного объекта

на основе обзора технической литературы      6

 

3. Разработка технического задания                    9

 

2. Разработка системы логико-программного

управления дискретным технологическим процессом    

 

1. Разработка общей структуры системы управления              11

 

2. Выбор технической реализации элементов системы    14

 

3. Разработка и анализ алгоритма управления      23

 

4. Разработка программы управления       24

 

Заключение            30

 

Список использованных источников        31

 

 

 

 

    

 

Реферат

 

 

Данная работа посвящена разработке системы управления робото-технологическим комплексом (РТК) для  токарной обработки.

В данной курсовой работе использованы следующие технические решения:

• Загрузочно-разгрузочные операции в пределах комплекса осуществляются с помощью промышленного робота.
• Управление технологическим процессом осуществляется с помощью программируемого логического контроллера.
• В качестве дискретных датчиков положения применены бесконтактные путевые выключатели индуктивного типа, обладающими высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью, низкой стоимостью по сравнению с остальными типами датчиков положения.

В состав курсовой работы входят расчётно-пояснительная записка и графическая часть.

Расчетно-пояснительная записка составляет 31 лист машинописного текста и состоит из двух частей: обоснования необходимости автоматизации токарной обработки, разработки системы управления РТК  для токарной обработки.

 

Обоснование необходимости автоматизации включает в себя характеристику комплекса, анализ путей автоматизации для токарной  обработки, разработку технического  задания.

 

Разработка системы управления включает в себя разработку структуры системы управления, выбор технической реализации элементов системы, разработку и анализ алгоритма управления, разработку программы управления.

 

Расчетно-пояснительная записка содержит 9 рисунков и 6 таблиц, а также листинг программы управления.

Графическая часть работы выполнена на 3 листах и содержит: циклограмму работы РТК (лист 1), структурную схему системы управления РТК  (лист 2), электрическую схему подключения (лист 3).

 

 

Введение

Автоматизация технологических процессов и производств - область науки и техники, которая включает совокупность средств, методов и способов внедрения и обеспечения оптимального функционирования систем автоматизации и управления технологическими процессами и производствами.

С развитием техники роль автоматизации производственных процессов возрастает практически во всех сферах производства. Предприятие остаётся конкурентоспособным тогда, когда  технологическое оборудование этого предприятия в большей или меньшей степени автоматизировано. Благодаря автоматизации технологических процессов уменьшается себестоимость изготовления единицы производства, что приводит к увеличению прибыли предприятия. С увеличением прибыли появляется возможность дальнейшего развития, а именно внедрение новых технологий в производство, более эффективных по быстродействию и производительности и, что в наше время актуально, более экологичных.

Промышленные роботы и построенные на их основе роботизированные технологические комплексы (РТК) являются перспективным средством комплексной автоматизации производственных процессов. Применение РТК позволяет значительно повысить производительность оборудования, снизить долю ручного труда и существенно повысить качество и надёжность выпускаемой продукции.

Все  производственные  процессы, которые  должны  протекать  безопасно и экономически  выгодно, нуждаются в системе  управления  того  или  иного  вида.  Среди технических средств автоматизации в последнее время широкое распространение получили промышленные контроллеры, которые  сочетают  в себе  за  умеренную цену  как  вычислительную  мощность,  так  и  значительную  гибкость.

Данная работа посвящена разработке системы управления робототехнологическим комплексом для  токарной обработки.

 

 

1. Обоснование необходимости автоматизации РТК

 

1.1.  Характеристика автоматизируемого технологического объекта

 

Данный комплекс  предназначен для обработки заготовок типа вал на  токарном станке ЧПУ, с автоматической  загрузкой – выгрузкой деталей, промышленным  роботом.

Состав РТК:

1) Токарный станок с ЧПУ

2) Промышленный робот

3) Накопитель 1

4) Накопитель 2

 

Токарный станок с ЧПУ  по заданной программе производит  обработку  заготовок. Накопитель 1 служит для хранения  заготовок, а накопитель 2 предназначен  для складирования  готовых деталей. Все погрузочно-разгрузочные операции  выполняются с помощью промышленного  робота.

Работа комплекса состоит в следующем: промышленный робот (ПР) захватывает из накопителя 1 стальную заготовку,  затем поворачивается к токарному станку, закрепляет заготовку в патроне станка,  по окончании  обработки  детали, забирает  ее  из патрона станка  и  перемещает  ее в  накопитель 2. Далее  происходит повторение цикла работы системы.

Применение промышленных роботов способствует решению трех важных народнохозяйственных проблем: улучшению условий труда работающих, повышению производительности труда и сокращению потребностей в рабочей силе. Благодаря возможности быстрой переналадки использование ПР делает экономически целесообразным автоматизацию в условиях частой смены объектов производства и при замене ручного низкоквалифицированного труда.

При оценке эффективности ПР необходимо учитывать, что он не всегда способен полностью заменить рабочего, обслуживающего технологическое оборудование, а может лишь освободить его от монотонного физического труда, изменить характер и содержание труда, приближая его к труду наладчика.

Основными источниками экономической эффективности ПР и РТК являются: повышение производительности оборудования или повышение производительности труда в результате замены ручного труда при загрузке (разгрузке) деталей, оснастки, транспортировании деталей и выполнении основных технологических операций (сварки, сборки и т. д.); повышение ритмичности производства; повышение коэффициента сменности оборудования без увеличения численности рабочих: снижение процента брака; повышение стабильности качества; уменьшение размеров оборотных средств в незавершенном производстве; уменьшение времени на установку и снятие детали; увеличение норм обслуживания станков одним рабочим.

Применение ПР, кроме того, позволяет решить в народном хозяйстве ряд социальных задач: изменить характер труда и создать новые условия труда рабочего в промышленности, сократить травматизм и профессиональные заболевания, текучесть кадров; облегчить общую демографическую проблему нехватки рабочей силы в народном хозяйстве.

 

 

2. Анализ путей автоматизации

Можно выделить два основных варианта построения системы управления:

• система управления, на базе  ПЛК,  который связан со всеми датчиками и исполнительными механизмами;
• система управления, задача управления которой возлагается на УЧПУ.

При построении системы управления на основе второго варианта на устройство ЧПУ, логическая задача устройства ЧПУ усложняется, вследствие необходимости обширной модернизации программного обеспечения. При возложении задачи управления всем комплексом на устройство ЧПУ необходимо также наличие свободных входов в модулях входных/выходных сигналов.  Т.е. в этом случае может получиться так, что устройство ЧПУ не сможет удовлетворять требуемым условиям.

При построении системы управления на основе программируемого контроллера все решается совершенно иным способом. При использовании программируемого контроллера получаем отдельную систему управления, обладающую большей гибкостью.

При создании и эксплуатации роботизированных технологических комплексов (РТК) необходимо учитывать следующие требования:

• РТК должен обеспечивать свободный, удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к основному и вспомогательному оборудованию, а также к органам управления;
• При комплектации РТК следует исключить возможность пересечения трасс следования промышленного робота (ПР) и оператора в процессе работы ПР по программе;
• РТК должен обеспечивать беспрепятственное перемещение оператора вне рабочего пространства ПР при его работе по программе, а также возможность наблюдения за ходом технологического процесса и за состоянием оборудования;
• РТК должен быть обеспечен средствами защиты от возможного проникновения человека в зону действия ПР (светозащита, ограждение, звуковая сигнализация, защитные сетки), причем автономно функционирующие средства защиты должны работать одновременно, подстраховывая и дополняя друг друга;
• Размещение средств защиты РТК не должно ограничивать технологических возможностей основного оборудования и ПР; затруднять работу по обслуживанию; препятствовать визуальному наблюдению оператора за ходом технологического процесса;
• Размещение средств управления РТК должно обеспечивать свободный и быстрый доступ персонала к органам аварийного отключения ПР и безопасность оператора при управлении в наладочном режиме;
• К работе по наладке и эксплуатации оборудования РТК допускаются лица, прошедшие специальную подготовку по безопасности труда и получившие соответствующий документ (аттестат).

 

На рис. 1 показаны примеры взаимного расположения ПР и оборудования в составе РТК механической обработки. ПР может быть самостоятельной единицей или конструктивно входить в состав основного технологического оборудования.

  На рис. 1, а показан ПР 4 с системой управления 1, встроенный в металлорежущий станок 2 с системой управления 3. Тактовый стол 5 подает заготовку на фиксированную позицию. ПР снимает заготовку и устанавливает ее в рабочую зону станка 2. После обработки деталь снимается и устанавливается роботом в соответствующую позицию тактового стола. Затем система управления 1 ПР формирует сигнал для перемещения тактового стола на один шаг: обработанная деталь перемещается на другую позицию, а на ее место поступает новая заготовка.

 На рис. 1, б представлен портальный ПР 4, установленный над станком 2 с системой управления 3. Накопитель 6 заготовок размещается рядом со станком. Для загрузки-разгрузки заготовок служит каретка ПР, перемещающаяся по порталу. На рис. 1, в изображен ПР 4, установленный рядом со станком 2 и работающий в цилиндрической системе координат. Загрузка заготовок происходит с помощью тактового стола 5 и ПР. Станок и ПР имеют каждый свою систему управления: 3 и 1 соответственно. На рис. 1, г показано применение ПР в составе гибкого производственного модуля (ГПМ) для обработки корпусных деталей. В ГПМ, кроме ПР 4, входят стеллаж 7 (для накопления заготовок 8 и деталей) и станок 2, работающий без участия рабочего. ПР 4 служит для снятия заготовки со стеллажа и установки в рабочую зону станка, а также для перемещения детали из рабочей зоны в стеллаж после обработки.

Автоматизация операций загрузки-выгрузки может быть применена к любому оборудованию с ЧПУ. Возможность применения робота-манипулятора позволит упорядочить последующее складирование и сортировку изделий и полностью подготовить процесс безлюдного производства, позволяя осуществлять все манипуляции с изделием без участия оператора.

Автоматизация загрузки-выгрузки будет особенно эффективной при:

 

• Обработка тяжеловесных изделий, требующих применения кранового оборудования для оперативной загрузки-выгрузки;
• Использование участка оборудования с несколькими станками, где внедрение роботизации позволит осуществлять быстрое слежение за окончанием процесса обработки и оперативной сменой заготовки;
• Крупногабаритные и тяжелые изделия, которые сложны в позиционировании и требуют участия нескольких человек для подачи в рабочую зону.
• Необходимость внедрения 2-й и 3-й рабочей смены в производство.