Разработка системы управления РТК для токарной обработки

Программирование

FEC Standard программируется с помощью FST или MULTIPROG. FST является уникальным языком программирования, имеющим богатые традиции и очень легким в применении, позволяющим осуществлять программирование ”как думаешь”: ЕСЛИ ... ТО ... ИНАЧЕ, FST также поддерживает пошаговые операции для последовательного программирования. FST можно использовать для программирования  через Ethernet; также  доступен веб-сервер. MULTIPROG является системой программирования, соответствующей IEC 6 1131-3 для всех 5 стандартных  языков программирования. Благодаря интегрированным  средствам MWT облегчает стандартизованное программирование операций, управление модулями и разнообразными параметрами. MWT обеспечивает идеальную поддержку для программирования сети в целом в рамках проекта.

МАГНИТНЫЙ ПУСКАТЕЛЬ

Магнитный  пускатель- устройство, предназначенное для коммутации трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Рука ПР должна совершать круговые движения по и против  часовой стрелки. В связи с этим электропривод подключается по реверсивной схеме, что требует в свою очередь наличия пары магнитных пускателей.

В качестве магнитных пускателей выбираем контакторы КМИ-10910 (рис. 5) электротехнической компании «ИЭК». Малогабаритные контакторы переменного тока общепромышленного применения КМИ на ток нагрузки от 9 до 95 А предназначены для пуска, остановки и реверсирования асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором на напряжение до 660 В (категория применения АС-3), а также для дистанционного управления цепями освещения, нагревательными цепями и различными малоиндуктивными нагрузками (категория применения АС-1).

Рис. 5. Магнитный пускатель КМИ-10910

Технические характеристики магнитного пускателя КМИ-10910:

 

• номинальное рабочее напряжение переменного тока: 220 В;
• номинальный рабочий ток: 9 А;
• номинальная мощность по категории применения АС-3: 2,2 кВт;
• номинальное напряжение катушки управления: 24 В;
• мощность потребления катушки: 60 ВА;
• температура окружающей среды: от -40ºС до +50ºС;
• степень защиты по ГОСТ 14254-96: IP20.

 

Данный контактор имеет возможность установки на 35-мм DIN-рейку. 

 

ГИДРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛИ

Гидрораспределитель - элемент гидравлической системы, предназначенный для изменения направления, пуска и остановки рабочей жидкости. Гидрораспределитель с электрическим управлением - элемент гидравлической системы, выполняющий ту или иную команду под действием  электрического сигнала.

В данной курсовой работе необходимо использовать 4 гидрораспределителя: для зажима детали схватом руки  ПР, для выдвижения руки  ПР, для задвижения руки  ПР и  для зажима детали в кулачках патрона токарного станка. Электромагниты, входящие в состав золотников, должны срабатывать при подаче постоянного напряжения 24В.

Выбираем гидрораспределитель WE 10 (рис. 6) - золотниковый распределитель прямого управления с магнитом постоянного тока  компании  ГидроИнжиниринг. 

Рис. 6 гидрораспределитель WE 10

 

Таблица 4. Общие технические данные гидрораспределителей с электромагнитным управлением.

 

 

КНОПКИ

Кнопка в курсовой работе необходима для подачи устройству управления команды «Пуск».  Она должна быть с фиксацией, нормально-разомкнутой. Выбираем кнопку  ХА2-ЕА131 фирмы SASSIN Electric. (рис. 7).

Все переключатели и кнопки управления SASSIN состоят из 2-х частей - контактного модуля и быстросъемной головки. Изделия отличаются простотой монтажа на панель управления - переключатели устанавливаются на металлической панели в стандартные отверстия диаметром 22мм. Панель должна быть защищена от прямых солнечных лучей, дождя и химических реагентов. Для предотвращения попадания какой-либо жидкости внутрь механизма переключателя, они комплектуются резиновыми уплотнительными кольцами.

Рис. 7. Кнопка  управления  ХА2-ЕА131.

 

 

 

 

БЕСКОНТАКТНЫЕ  КОНЕЧНЫЕ  ВЫКЛЮЧАТЕЛИ

Конечные выключатели предназначены для контроля достижения подвижным элементом механизма конечных положений и сигнализации о достижении конечного положения коммутированием электрической цепи.

Для получения информации о положении рабочих органов промышленного робота и наличии деталей в накопителе 1, будем использовать 6 бесконтактных конечных выключателей для ПР, и 1 бесконтактный конечный выключатель для накопителя 1.

В качестве бесконтактного конечного выключателя выбираем индуктивный  датчик ВБИ-Ф60-40У-2111-З фирмы «Сенсор» (табл. 5). Индуктивные датчики, по сравнению с другими типами датчиков положения, обладают более высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью, низкой стоимостью. Индуктивные бесконтактные выключатели срабатывают при приближении объектов из металла.

 

 

Таблица 5. Технические характеристики датчика ВБИ-Ф60-40У-2111-З

 

 

 

БЛОК ПИТАНИЯ

В соответствие с энергопотреблением системы управления РТК для токарной обработки (гидрораспределитель – 35 Вт, магнитный пускатель – 60 ВА, индуктивный датчик 4,8 Вт, ПЛК – 5 Вт) и руководствуясь циклограммой работы системы, приходим к выводу, что энергопотребление в каждом такте работы системы  управления  РТК  не превышает  100Вт. Руководствуясь полученными  значениями,  а  также требованиями к источнику питания  ПЛК FEC-FC400,  выбираем  блок питания DRAN120-24A (рис. 8) компании CHINFA Electronics Ind. Co., Ltd (Тайвань). Его технические характеристики приведены ниже.

 

Рис. 8. блок питания DRAN120-24A.

 

Источник питания DRAN120-24A в пластиковом корпусе предназначен для монтажа на DIN-рейку. ИП DRAN120-24A питается от однофазной сети переменного тока или от источника постоянного напряжения. Диапазон входных напряжений переменного тока ИП DRAN120-24A составляет от 90В до 264В частотой 47Гц...63Гц, или от 120В до 375В постоянного напряжения.

DRAN120-24A имеет один выходной  канал, выходное напряжение которого  регулируемое в пределах ±10%. Электрическая прочность изоляции ИП DRAN120-24A составляет не менее 3000В, имеется защита от короткого замыкания и перенапряжения по выходным цепям, защита от перегрева, мягкий пуск с ограничением пускового тока. Наработка на отказ (MTBF) ИП DRAN120-24A составляет не менее 400 000 часов.

Основные параметры DRAN120-24A

Мощность: 120 Вт

Монтаж: на DIN рейку

Номинальное входное напряжение AC: 115/230 В

Количество выходов: 1 шт.

Эффективность: 86 %

Шум: 50 мВ

 

Выход DRAN120-24A

Выход 1: 24В @ 5А

Дополнительные параметры DRAN120-24A

Однофазное подключение: есть

Напряжение изоляции вход-выход, кВ: 3

Защита от короткого замыкания: есть

Защита от перегрузки: есть

Защита от перенапряжения: есть

 

Корпус DRAN120-24A

Размер: 124.5x64x123.6

Рабочая температура, °C: -10...71

Температура хранения, °C: -25...85

 

Сертификаты DRAN120-24A

Сертификат безопасности: UL60950-1, TUV EN60950-1 approved

Сертификат ЭМИ: EN55022 class B, EN61000-3-2,3, EN61000-6-2, EN61000-4-2,3,4,5,6,8,11, ENV50204, EN61204-3

Дополнительная информация:

I вых, A 5

Каналы 1

АВТОМАТИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

С целью защиты  цепи от короткого  замыкания, во входной цепи  источника  питания ставим  автоматический  выключатель.

Выбираем  автоматический выключатель фирмы  SASSIN  Electric C45N (DZ47-63) (рис. 9) на  1А.

Рис. 9. Автоматический выключатель фирмы  C45N (DZ47-63).

Автоматический выключатель модели C45N (DZ47-63) используется для защиты от перегрузок и короткого замыкания в системах освещения и в системах с нагрузками бытового и промышленного назначения, включая двигательную нагрузку. Этот автоматический выключатель является оптимальным по структуре, весу, надежности и техническим характеристикам.

Корпус и другие части автоматического выключателя  изготавливаются из высококачественной  пластмассы с высокими пожаростойкими и противоударными свойствами. Изделие характеризуется долговечностью и используется главным образом  в одно фазных (220-240 В) и трех фазных(380-415 В) системах переменного тока 50-60 Гц для защиты их от перегрузок и коротких замыканий, а так же коммутации электрического оборудования в нормальных условиях.

 

Таблица 6. Технические характеристики авт. Выключателя C45N (DZ47-63)

 

 

2.3. Разработка и анализ алгоритма управления

 

Ниже приведено словесное  описание алгоритма работы технологического объекта.

При запуске цикла если нажата кнопка «пуск» SB1, есть сигнал  РЦ  и сработал датчик  наличия детали в накопителе 1 BQ1, включается магнитный пускатель КМ2, и происходит поворот руки ПР к накопителю 1. При достижении  ПР накопителя 1 срабатывает датчик положения BQ2. При поступлении сигнала с датчика BQ2 происходит отключение магнитного пускателя КМ2, после этого включается электромагнит гидрораспределителя YA1, после чего начинается выдвижение руки  ПР, пока не сработает датчик BQ5, фиксирующий выдвинутое положение руки. Как только BQ5 сработал, включается электромагнит гидрораспределителя зажима схвата руки ПР YA3. При срабатывании  датчика  фиксирующего  зажим схвата BQ7,  выключается YA1 и производится  включение электромагнита гидропривода YA2 задвижения руки ПР. При срабатывании  датчика BQ6, рука ПР окажется полностью задвинута. После чего выключается YA2  и включается  магнитный пускатель  КМ1  для поворота  ПР влево к  токарному станку. При достижении ПР токарного станка срабатывает датчик BQ4 и происходит отключение  магнитного  пускателя  КМ1 и включение электромагнита гидропривода YA1 выдвижения руки ПР. Как только сработает  датчик «рука выдвинута полностью» BQ5,  включается  электромагнит  гидропривода YA4 зажима детали в кулачках патрона станка. По истечении времени 0,8 сек происходит выключение YA3 – гидропривода зажима схвата. При отсутствии сигнала с датчика BQ7 (схват разжат), происходит задвижение руки ПР (включается YA2 и отключается YA1  ). Как только сработает датчик задвинутого  положения  руки  ПР BQ6,  происходит выработка  сигнала разрешения обработки на токарном станке от  ПЛК  в  УЧПУ  станка. По  окончании обработки детали  на станке,  УЧПУ подает сигнал  окончания обработки  КОДС. При появлении  этого  сигнала  происходит  включение  электромагнита гидропривода  выдвижения руки  ПР YA1. Рука выдвигается пока не сработает  датчик  BQ5,  как  только он  сработал,  происходит включение электромагнита  гидропривода YA3 – зажима  схвата. Как только схват  будет зажат – сработает датчик BQ7,  происходит  выключения электромагнита  гидропривода YA4 - зажима кулачков патрона  на  токарном  станке. После чего по истечению  времени  1 сек. произойдет выключение  YA1  и  включение  YA2 – привода задвижения руки ПР. При срабатывании  датчика BQ6 – рука ПР полностью задвинута, после  чего  происходит выключение  YA2 и  выполняется включение магнитного  пускателя  КМ1- поворота ПР влево до накопителя 2. Как только ПР окажется у накопителя 2 сработает  датчик BQ3,  после чего выключается КМ1 и  включается электромагнит  гидропривода  выдвижения руки  ПР YA1. Когда сработает датчик BQ5 – рука  ПР выдвинута,  отключается электромагнит гидропривода YA3 (схвата). Как только исчезнет сигнал с датчика BQ7 (схват разжат),  выключается  YA1 и  включается YA2  - задвижение руки ПР  пока  не  сработал  BQ6 – датчик  задвижения руки  ПР.  После чего цикл полностью  повторяется.

Руководствуясь словесным описанием алгоритма работы технологического объекта разрабатываем циклограмму. Циклограмма работы системы управления РТК токарной  обработки приведена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 1).

 

2.4. Разработка программы управления

Разработка программы проводилась с помощью циклограммы работы РТК для токарной обработки. Программа разработана в среде  для программирования контроллеров  CoDeSys v2.3. Текст программы представлен ниже.

 

 

 

 

Заключение

 

В результате проделанной работы была разработана система управления РТК для  токарной  обработки.

Были получены навыки разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами, выбора технических средств автоматизации, построения взаимодействия этих технических средств автоматизации. Так же было произведено знакомство со  средой CoDeSys v2.3 в  которой осуществлён процесс написания программы для ПЛК на языке LD.

При выполнении курсовой работы были использованы следующие технические решения:

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

 

 

Список использованных источников

 

1. Задания к курсовому проектированию по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов специальности 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств (в машиностроении)»/Сост.Н.Б. Сбродов –Курган: Изд-во КГУ, 2010. – 28с.
2. Парр Э. Программируемые  контроллеры: руководство для инженера; пер. 3-го англ. изд.-М.:БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.- 516 с.:ил.
3. Петров И.В. Программируемые контроллеры. Стандартные языки и приемы прикладного программирования.- М.: СОЛОН-Пресс, 2004.- 256 с.
4. Проектирование систем автоматизации технологических процессов: Справочное пособие /Под ред. А.С. Клюева. -М.: Энергоатомиздат, 1990.-  464 с.
5. Роботизированные технологические комплексы и гибкие     производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей.     Учебное пособие для ВУЗов /Ю.М. Соломенцев, К.П. Жуков и др.: под общ. ред. Ю.М. Соломенцева. – М.: Машиностроение, 1989. – 192 с.: ил.
6. Чунихин А.А. Электрические аппараты. - М .: Энергоатомиздат, 1988.
7. www.festo.ru
8. www.prosoft.ru
9. www.kuka-robotics.com
10. www.nlrob.ru