Разработка системы управления РТК для токарной обработки

 

В настоящее время опционально автоматизированная загрузка-выгрузка с помощью манипуляторов и промышленных роботов широко распространяется по миру и повсеместно внедряется для оптимизации вспомогательных процессов и повышения эффективности производства.

Замена оператора роботом позволяет также сократить время простоя оборудования более чем на 30%.

 

 

Рис. 2. Автоматизация загрузки-выгрузки станка с  ЧПУ

при  помощи ПР  немецкой  компании «KUKA Roboter GmbH»

    

 

3. Разработка технического задания

 

 

Наименование и область применения

Система управления РТК для токарной обработки применяется механообрабатывающем производстве для автоматизации процессов токарной  обработки,  а также в качестве составной части более сложной гибкой производственной системы.

 

Основание для разработки

Основанием для разработки является учебный план для специальности  220301 «Автоматизации производственных процессов», а также задание на курсовую работу по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств».

 

Цель и назначение разработки

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

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

 

Источники разработки

Основными источниками разработки являются:

1) Парр Э. Программируемые  контроллеры: руководство для инженера; пер. 3-го англ. изд.-М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.- 516 с.:ил.

2) Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного программирования.- М.: СОЛОН-Пресс, 2004.- 256 с. 

 

Режимы работы объекта

Объект управления работает в следующем режиме:

Пуск цикла работы начинается после нажатия на кнопку «Пуск» на пульте оператора, в то же время от другой системы управления должен прийти сигнал разрешение цикла (РЦ), только в этом случае начнётся технологический процесс. Работа технологического объекта  будет остановлена, если сигнал РЦ будет отсутствовать в момент начала нового цикла (после полного  прохождения цикла).

 

Условия эксплуатации системы управления

Система управления РТК для токарной обработки предназначена для работ в следующих условиях:

- температура окружающего воздуха: 0…+55°С;

- относительная влажность воздуха: 0…95% (без конденсации);

- окружающая среда не должна  содержать агрессивных  паров и  газов;

 

 

 

 

2. Разработка системы логико-программного  управления

дискретным  технологическим процессом

 

 2.1. Разработка структуры системы управления

Разработка структурной схемы автоматизации объекта является основой для разработки всей системы. На структурной схеме должны быть указаны взаимосвязи между управляющими устройствами и объектами управления, расположения объектов автоматизации, а так же, необходимо указать какие параметры необходимо контролировать для получения информации.

РТК (рис. 3) предназначен для токарной обработки деталей типа «вал». В состав РТК входят:

 

1. Токарный станок с ЧПУ
2. Промышленный робот
3. Накопитель 1
4. Накопитель 2

 

Обрабатываемые детали размещаются в накопителях 1 и 2. Загрузочно-разгрузочные операции выполняются ПР.

Рис. 3. Планировка РТК и условное расположение датчиков

 

 

Отдельными элементами цикла работы РТК являются:

 

1. Поворот ПР к накопителю 1
2. Поворот ПР к накопителю 2
3. Поворот ПР к токарному станку с ЧПУ
4. Выдвижение руки ПР
5. Задвижение руки ПР
6. Зажим схвата ПР
7. Разжим схвата ПР
8. Обработка детали (1-я установка)
9. Зажим детали на станке
10. Разжим детали на станке

 

Один полный цикл работы РТК состоит  из  18 тактов. В каждом такте выполняются  отдельные элементы цикла (указанные выше). Номера элементов цикла в каждом такте, указаны в таблице 1.

 

Таблица 1.

№№ тактов	№ элемента техно-логического цикла	Наименование
1	1	Поворот ПР к накопителю 1
2	4	Выдвижение руки ПР
3	6	Зажим схвата ПР
4	5	Задвижение руки ПР
5	3	Поворот ПР к токарному станку с ЧПУ
6	4	Выдвижение руки ПР
7	9	Зажим детали на станке
8	7	Разжим схвата ПР
9	5	Задвижение руки ПР
10	8	Обработка детали (1-я установка)
11	4	Выдвижение руки ПР
12	6	Зажим схвата ПР
13	10	Разжим детали на станке
14	5	Задвижение руки ПР
15	2	Поворот ПР к накопителю 2
16	4	Выдвижение руки ПР
17	7	Разжим схвата ПР
18	5	Задвижение руки ПР

 

ПР осуществляет захват детали, находящейся в накопителе 1 и перемещает ее в зону обработки станка (такты 1-6). Выполняется зажим детали в приспособлении на станке (такт 7), разжим схвата ПР (такт 8) и задвижение руки ПР (такт 9). Затем происходит обработка детали (такт 10), по окончании которой ПР перемещает обработанную деталь в накопитель 2 (такт 11-18). После этого цикл работы РТК повторяется.

Управление РТК для  токарной обработки осуществляется с помощью промышленного логического  контролера. Он производит управление включением/отключением исполнительных устройств, выдавая управляющие сигналы на магнитный пускатель, для пуска электродвигателя  осуществляющего поворот промышленного робота  по и против часовой стрелки, гидропривод выдвижения/задвижения руки промышленного робота, гидропривод зажима детали схватом руки ПР, гидропривод зажима детали в кулачках патрона токарного  станка,  передачу  сигнала разрешения, для  обработки детали  на токарном станке устройству УЧПУ.

В то же время  ПЛК  должен получать информацию о ходе технологического процесса, для  этого  на  входы  ПЛК  подаются сигналы  с  соответствующих датчиков: с датчиков положения ПР,  его рабочих органов, с датчика наличия деталей в накопителе 1, также на вход контролера поступает сигнал окончания обработки детали на токарном станке от УЧПУ и сигнал с кнопки запуска цикла  работы РТК.

Структурная схема системы управления РТК представлена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 2).

Состав и назначение входных  и выходных сигналов указаны в таблицах 2 и 3.

 

Таблица 2. - Состав выходных сигналов.

N п/п	Наименование выходного  сигнала	Условное обозначение	Приемник выходного сигнала	Адрес
1	Поворот руки ПР влево	Пов Лев	KM1	Q 0
2	Поворот  руки ПР вправо	Пов Пр	KM2	Q 1
3	Выдвижение руки	Вдв	YA1	Q 2
4	Задвижение руки	Здв	YA2	Q 3
5	Зажим схвата	Зж	YA3	Q 4
	Разжим схвата	Зж	YA3
6	Обработка  детали на станке	Обр Дет	УЧПУ	Q 5
7	Зажим детали на станке	Заж Дет	YA4	Q 6
	Разжим детали на станке	Заж Дет

 

 

Таблица 3. - Состав входных сигналов.

N п/п	Наименование входного  сигнала	Условное обозначение	Источник входного сигнала	Адрес
1	Наличие детали	К НД	BQ1	I 0
2	ПР  у  накопителя 1	К НАК1	BQ2	I 1
3	ПР у накопителя 2	К НАК2	BQ3	I 2
4	ПР у станка	К СТ	BQ4	I 3
5	Рука выдвинута	К ВДВ	BQ5	I 4
6	Рука задвинута	К ЗДВ	BQ6	I 5
7	Схват зажат	К ЗЖ	BQ7	I 6
8	Пуск цикла	Пуск	SB1	I 7
	Стоп цикла	Стоп
9	Разрешение цикла	РЦ	система  безопасности  в РТК	I 8
10	Конец обработки детали на станке	КОДC	УЧПУ	I 9

 

2.2. Выбор технической реализации элементов системы

Первым этапом проектирования программно-логической системы управления дискретным технологическим процессом является выбор серийных  информационных и исполнительных устройств, а также - управляющего устройства. Исходя из имеющейся структурной схемы объекта, и используя выбранные технические элементы, необходимо указать электрические  связи между элементами  системы управления, для  чего  разрабатываем  электрическую схему подключения. Электрическая схема подключения представлена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 3).

 

ПРОГРАММИРУЕМЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЕР

При выборе управляющего контролера будем руководствоваться  следующими  требованиями:

1. Количество входов: 10, количество выходов: 7;
2. Контроллер должен быть программируемым логическим;
3. ПЛК должен иметь возможность подключения к выходам как нагрузки постоянного тока, так и  нагрузки переменного тока;
4. Контроллер должен иметь высокую надежность;
5. Контроллер должен иметь промышленное исполнение.

В соответствии  с поставленными требованиями  и руководствуясь вариантом индивидуального  задания на курсовую работу, выбор управляющего контролера  будем  производить на основе продукции  фирмы FESTO. Исходя  из этого выбираем  контролер FEC-FC400 контролер FEC-стандартный, 16 входов, 8 выходов (рис.4). Ниже представлены  его технические характеристики.

 

Рис. 4. Контролер FEC-FC400

 

Основные особенности

Аппаратная часть

FEC Standard имеет зажим для крепления на  рейке и отверстия в углах для болтов при использовании монтажной плиты. Все подключения спереди; отсутствует необходимость в дополнительном  пространстве сверху или снизу.

Электропитание

FEC Стандарт питается  исключительно от источников  24 В постоянного тока, как принято в современной  технике шкафов управления. 24 В постоянного тока (+25%/-15%) питание самого контроллера, 24 В постоянного тока  (+/–25%) питание для входных сигналов, позитивное переключение, 24 В постоянного тока, выходные сигналы 400 мА, защита против короткого  замыкания и низкоомных  нагрузок. Аналоговые входы/выходы - 0(4) ... 20 мА вход/выход, 12 Бит разрешение.

Распределение контактных выводов на входах/выходах панели очень простое и всегда одно и тоже:

 

Вывод 1  +24 В пост. тока

Вывод 2  Бит 0

Вывод 3  Бит 1

Вывод 4  Бит 2

Вывод 5  Бит 3

Вывод 6  Бит 4

Вывод 7  Бит 5

Вывод 8  Бит 6

Вывод 9  Бит 7

Вывод 10  0 В

 

Последовательные  интерфейсы

Каждый FEC Standard имеет  два  последовательных интерфейса - COM и EXT. Они  являются универсальными TTL -интерфейсами с максимальной скоростью передачи  данных 115 КБит/с. В зависимости от потребностей, их можно использовать как RS232c (SM14 или SM15) или  RS485 (SM35) интерфейсы. Адаптеры нужно заказывать  отдельно. COM интерфейс  обычно используется вместе  с SM14 для программирования, в то время как EXT можно использовать для МMI-прибора, модема или другого  устройства  с последовательным интерфейсом.

Сетевой (Ethernet) интерфейс

Версии FEC Standard с интерфейсом Ethernet включают в себя интерфейс Ethernet 10 BaseT с разъемом RJ45 и скоростью передачи данных 10 МБит/с. Комбинированный “Link/Active ( Сеть/ В действии)” светодиод отображает статус соединения. FEC Standard поддерживает передачу данных и программирование/поиск неисправностей через Ethernet-интерфейс.