Разработка системы управления робото-технологическим комплексом гальванообработки

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

Разработка системы управления робото-технологическим комплексом гальванообработки

КУРСОВАЯ РАБОТА

Расчетно-пояснительная записка

Дисциплина: Автоматизация технологических процессов и производств

Студент: Ким Константин Эдуардович

Группа: Т-4133

Руководитель: Сбродов Николай Борисович

Комиссия ________________________ __________________

________________________ __________________

Оценка _______________

Дата защиты __________

Курган 2007

Реферат

Данная работа посвящена разработке системы управления робото-технологическим комплексом (РТК) гальванообработки.

В данной курсовой работе использованы следующие технические решения:

1) Загрузочно-разгрузочные операции внутри комплекса осуществляются с помощью промышленного робота.

2) Установка состоит из двух независимых систем управления, которые представляют собой систему управления процессом гальванообработки и промышленный контроллер.

3) Управляющий контроллер состоит из двух модулей: управляющего модуля и блока расширения ввода/вывода.

4) Входные и выходные цепи питания промышленного контроллера гальванически разделены с помощью применения двух источников питания.

5) В качестве дискретных датчиков положения применены датчики 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 листа машинописного текста и состоит из двух частей: обоснования необходимости автоматизации комплекса гальванообработки, разработки системы управления комплексом гальванообработки.

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

Разработка системы управления включает в себя разработку структуры системы управления, выбор технических средств автоматизации системы управления, разработку электрической схемы подключения, разработку программы управления.

Расчетно-пояснительная записка содержит 7 рисунков и 4 таблицы.

Графическая часть работы выполнена на 3 листах формата А2 и содержит: структурную схему системы управления РТК (лист 1), функциональную схему управляющей программы (лист 2), электрическую схему подключения (лист 3).

Содержание

Реферат……………………………………………….……………………………………2

Содержание…………………………………………………………..….…..….…………4

Введение…………………………………………………………………………...............5

1. Обоснование необходимости автоматизации РТК гальванообработки…………….7

1.1 Характеристика автоматизируемого технологического объекта……...…...............7

1.2 Анализ путей автоматизации ……………………………………………...................9

1.3 Разработка технического задания………………………………………..................10

2. Разработка локальной системы управления РТК гальванообработки ……………14

2.1 Разработка общей структуры системы управления…………………...…………..14

2.2 Проектирование подсистемы логико-программного управления

дискретным технологическим процессом……………………………….......................16

2.2.1 Выбор технической реализации элементов подсистемы………………………..16

2.2.2 Разработка и анализ алгоритма управления……………………………………...24

2.2.3 Разработка программы управления………………………………………………27

Заключение…………………………………………………………………….................29

Список использованных источников…………………………………………...............30

Введение

В современных условиях экономического развития различных отраслей промышленности все большее внимание уделяется проблеме автоматизации технологических процессов и производств.

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.

В последнее время существенно возросла роль автоматизации производственных процессов практически во всех сферах производства. Это объясняется необходимостью выживания предприятий в условиях российской рыночной системы, а, следовательно, повышения производительности труда и качества выпускаемой продукции, обеспечения гибкости производства и улучшения условий труда.

Повышение уровня автоматизации актуально тем, что позволяет снизить экономические затраты на проведение ремонтных и укладочных работ, повысить качество обработки, освобождает человека от проведения тяжелой и монотонной работы. Все это ведет к общему повышению экономической прибыли отечественного производства в условиях жесткой конкуренции на отечественных и международных рынках продукции машиностроения, в частности повышения рентабельности базового объекта автоматизации, который имеет множество преимуществ и недостатков: технологических, функциональных, экономических, конструктивных и пр.

Среди технических средств автоматизации в последнее время широкое распространение получили промышленные контроллеры. Среди данных устройств выделяют две группы: программируемые логические контроллеры и PC-контроллеры. Программируемые контроллеры широко применяются как в промышленности, так и в бытовом хозяйстве.

Данная работа посвящена разработке системы управления робото-технологическим комплексом гальванообработки.

Актуальность выбранной темы курсового проекта состоит в повышении производительности гальванообработки деталей посредством применения промышленный робот (ПР) портального типа, освобождении рабочего персонала от монотонной работы загрузки, перемещения и снятия обработанной детали.

Анализ путей автоматизации

Можно выделить два основных варианта построения системы управления:

- локальная система управления, состоящая из промышленного контроллера, расположенного в электрошкафу, связанного со всеми датчиками и исполнительными механизмами,

- локальная система управления, задача управления которой возлагается на систему управления процессом гальванообработки.

При построении системы управления на основе первого варианта на систему управления процессом гальванообработки, кроме первостепенной задачи управления процессом гальванообработки, возлагается также задача управления промышленным роботом. При возложении задачи управления всем комплексом на систему управления процессом гальванообработки необходимо наличие свободных входов в модулях входных/выходных сигналов. Т.е. в этом случае сложно найти или получить такую систему управления процессом гальванообработки, которая сможет удовлетворять требуемым условиям.

При построении системы управления на основе программируемого контроллера все решается более просто. В данном случае не требуется искать подходящую систему управления процессом гальванообработки. При использовании программируемого контроллера получаем отдельную систему управления, обладающую большей гибкостью и программируемую независимо от системы управления процессом гальванообработки.

1.3. Разработка технического задания

Основание для разработки

Основанием для разработки является учебный план для специальности

210200 “Автоматизации производственных процессов”, а также задание на курсовую работу по дисциплине «Автоматизация технологических процессов и производств».

Источники разработки

Основными источниками разработки являются:

1) Сбродов Н.Б. Применение программируемого контроллера Ремиконт Р-130 в системах управления. Часть 1. Функциональные возможности и архитектура: Методические указания к курсовому проектированию для студентов направления 550200. – Курган: Изд-во КГУ, 1998.

2) Контроллеры малоканальные многофункциональные, регулирующие микропроцессорные Ремиконты Р-130: техническое описание и инструкция по эксплуатации ЯЛБИ. 421457.001 ТО. - Чебоксары: Изд-во ЗЭИМ, 1998.

3) Сбродов Н.Б. Применение программируемого контроллера Ремиконт Р-130 в системах управления. Часть 2. Организация ввода-вывода информации: Методические указания к курсовому проектированию по курсу “Системы автоматизации и управления” для студентов специальности 210200. – Курган: Изд-во КГУ, 2000.

4) Сбродов Н.Б. Системы логико-программного управления дискретными технологическими процессами на базе контроллера Ремиконт Р-130: Методические указания к курсовому проектированию по курсам “Системы автоматизации и управления”, «Автоматизация технологических процессов и производств» для студентов специальности 210200. – Курган: Изд-во КГУ, 2000.

Режимы работы объекта

Объект управления работает в двух режимах:

1) Пуск цикла. Пуск цикла работы начинается после нажатия на кнопку «Пуск» на пульте оператора и сигнала от системы управления процессом гальванообработки. Во время пуска цикла происходит включение гидростанции и магнитного пускателя перемещения руки влево. После нажатия на кнопку, РТК начинает работать в автоматическом режиме.

2) Останов цикла. Останов цикла работы происходит при нажатии на кнопку «Стоп», которая возвращает в исходное положение кнопку «Пуск» также находящейся на пульте оператора.

Стадии и этапы разработки

Разработка устройства выполняется в сроки, предусмотренные самим разработчиком.

Разработку устройства можно разбить на следующие этапы:

- получение задания на разработку курсового проекта (22 января 2007 г.);

- анализ путей модернизации системы управления (срок проектирования: 29 января 2007 г. – 4 февраля 2007 г.);

- разработка структуры системы управления (срок проектирования: 5 февраля 2007 г. – 11 февраля 2007 г.);

- выбор устройства управления и других технических средств системы управления (срок проектирования: 12 февраля 2007 г. – 18 февраля 2007 г.);

- разработка электрической схемы подключения устройств (срок проектирования: 19 февраля 2007 г. – 4 марта 2007 г.);

- составление программы управления (срок проектирования: 5 марта 2007 г. – 11 марта 2007 г.);

- сведение расчетов и описаний в расчетно-пояснительную записку (срок проектирования: 12 марта 2007 г. – 25 марта 2007 г.).

Порядок контроля и приёмки

Текущий контроль проекта осуществляется руководителем проекта на каждом этапе его разработки. Прием проекта должен осуществляться комиссией, в составе которой будет не менее двух человек. При этом следует предоставить расчетно-пояснительную записку, схему планировки РТК, циклограмму работы системы управления РТК, структурную схему, электрическую схему подключения датчиков и исполнительных устройств.

Магнитные пускатели

Магнитный пускатель – исполнительное устройство, предназначенное для включения/выключения трехфазных асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором.

Рука промышленного робота должна выполнять передвижения вправо и влево. Для этой цели необходимы электроприводы. Электроприводы требует в свою очередь наличия магнитных пускателей.

В качестве магнитных пускателей выбираем отечественные недорогие контакторы КМИ-10910 электротехнической компании «ИЭК» (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 – Магнитный пускатель КМИ-10910

Данный магнитный пускатель имеет следующие технические характеристики:

- номинальное рабочее напряжение переменного тока: 220 В;

- номинальный рабочий ток: 9 А;

- номинальная мощность по категории применения АС-3: 2,2-5,5 кВт;

- номинальное напряжение катушки управления: 220 В;

- мощность потребления катушки: 60 ВА;

- температура окружающей среды: от -40ºС до +50ºС;

- степень защиты по ГОСТ 14254-96: IP20;

- количество и вид контакторов: 1з (замыкающий).

По своим конструктивным и техническим характеристикам контакторы малогабаритные серии КМИ соответствуют требованиям международных и российских стандартов МЭК60947-4-1-2000, ГОСТ Р50030.4.1-2002.

Гидрораспределители

Для реализации данного курсового проекта необходимо использовать 4 гидрораспределителя: для задвижения руки промышленного робота, для выдвижения руки промышленного робота, для зажима детали схватом руки, для разжима детали схватом руки.

Электромагниты, входящие в состав золотников, должны срабатывать при подаче постоянного напряжения 24В. Данное условие исключает опасность поражения человека электрическим током при обрыве провода.

Выбираем двухсекционные гидрораспределители с одним электромагнитом постоянного тока и пружинным возвратом.

Во избежание порчи внутренних контактов управляющего контроллера при размыкании выходной цепи постоянного тока каждую катушку необходимо зашунтировать диодом. Диоды должны подсоединяться параллельно катушке, катодом на положительное напряжение.

В качестве диодов выбираем универсальные диоды серии IN4002. Данные диоды имеют следующие параметры:

- максимально допустимое обратное напряжение: 100 В;

- максимальный обратный ток: 50 мкА

- прямое падение напряжения: 0,9 В;

- прямой ток: 1 А;

Путевые выключатели

В данной курсовой работе для получения информации о положении рабочих органов должны быть использованы 9 путевых выключателей:

1) Датчик наличия детали (BQ1);

2) Датчик положения руки промышленного робота у накопителя 1 (BQ2);

3) Датчик положения руки промышленного робота у ванны 1 (BQ3);

4) Датчик положения руки промышленного робота у ванны 2 (BQ4);

5) Датчик положения руки промышленного робота у накопителя 2 (BQ5)

6) Датчик выдвижения руки промышленного робота (BQ6);

7) Датчик задвижения руки промышленного робота (BQ7);

8) Датчик зажима детали схватом руки промышленного робота (BQ8)

9) Датчик разжима детали схватом руки промышленного робота (BQ9).

Данные путевые выключатели должны быть бесконтактными.

Учитывая приведенное выше условие, выбираем индуктивные датчики. Индуктивные датчики, по сравнению с другими типами датчиков положения, обладают более высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью и, что весьма существенно, низкой стоимостью.

В качестве путевых выключателей BQ1-BQ9 выбираем датчики положения серии ВБИ-Д06-45У-1111-М фирмы Сенсор (рисунок 2.3). Датчики данного типа имеют следующие индивидуальные характеристики:

- коммутационная функция: НО;

- расстояние срабатывания S_n: 1,5 мм;

- частота циклов срабатывания 1500 Гц;

- гарантированный интервал срабатывания S_а: 0-0,81 S_n;

- индикация срабатывания: есть;

- материал корпуса: латунь;

- максимальная масса: 0,05 кг;

- диапазон рабочих температур: от -25ºС…+80ºС.

Рисунок 2.3 - Датчик положения серии ВБИ-Д06-45У-1111-М

Функциональными аналогами, у которых основные параметры и установочные размеры совпадают, являются датчики зарубежных фирм Bi1, 5-EH6, 5-AP6X (фирмы Turck), BES 516-371-E0-C (фирмы Balluff).

Кнопки

В данном курсовом проекте кнопки используются в качестве дискретных устройств ручного ввода управляющей информации с пульта оператора.

Кнопки необходимы для подачи устройству управления команды «Пуск». Так как с пульта оператора идет только сигнал «Пуск», кнопка «Пуск» должна быть с фиксацией, а кнопка «Стоп» обеспечивать отжатие кнопки «Пуск», т.е. отсутствие сигнала «Пуск».

Для этой цели выбираем выключатель кнопочный с блокировкой серии ВКИ (рисунок 2.4).

Рисунок 2.4 – Выключатель кнопочный с блокировкой ВКИ-230

При нажатии кнопки «ON» давление через тело кнопки передаётся траверсе с подвижными контактами. Траверса опускается, сжимая две возвратные пружины, замыкая и прижимая к неподвижным контактам подпружиненные мостиковые контакты. После замыкания контактов выключателя происходит срабатывание механизма блокировки кнопки «ON» в нажатом состоянии. При нажатии кнопки «OFF» механизм блокировки освобождает кнопку «ON», которая возвращается в исходное состояние под действием возвратных пружин траверс.

Автоматические выключатели

Для предотвращения токов короткого замыкания во входной и выходной цепи источника питания необходимо поставить автоматически выключатели.

Выбираем автоматический выключатель из серии ВА47-29 1Р 0,5А на ток 0,5 А. Внешний вид выключателя представлен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Автоматический выключатель ВА47-29 1Р 0,5А

На основе выбранных технических средств автоматизации строим электрическую схему подключения.

Электрическая схема подключения приведена в графической части расчетно-пояснительной записки (лист 3).

Заключение

В результате проделанной работы была разработана система управления РТК гальванообработки.

При выполнении курсовой работы были использованы следующие технические решения:

1) Загрузочно-разгрузочные операции внутри комплекса осуществляются с помощью промышленного робота.

2) Установка состоит из двух независимых систем управления, которые представляют собой систему управления процессом гальванообработки и промышленный контроллер.

3) Управляющий контроллер состоит из двух модулей: управляющего модуля и блока расширения ввода/вывода.

4) Входные и выходные цепи питания промышленного контроллера гальванически разделены с помощью применения двух источников питания.

5) В качестве дискретных датчиков положения применены датчики индуктивного типа, обладающими высокими эксплуатационными характеристиками, надежностью, низкой стоимостью по сравнению с остальными типами датчиков положения.

Предусмотрена возможность последующей модернизации, и расширения возможностей работы устройства. Модернизация устройства может быть проведена по нескольким путям.

Одним из путей может быть введение ПР2, который параллельно с ПР1 будет осуществлять работу по тактам, но остовая от ПР1, например, на 7 тактов (не менее). Таким образом, производительность работы возрастет в два раза.

Другим путем модернизации, если конечно в этом есть необходимость, может быть включение данной локальной системы управления в состав гибкой производственной системы (ГПС), где данный РТК будет какой-то отдельной ячейкой в общем цикле технологической обработки детали.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

КУРГАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра автоматизации производственных процессов

Разработка системы управления робото-технологическим комплексом гальванообработки

КУРСОВАЯ РАБОТА