Организация управления гибким производственным комплексом на основе системы ЧПУ

Содержание


Ведение

1. Техническая характеристика станка

2. Техническая характеристика робота

3. Алгоритм управления

3.1 Описание исходного состояния автоматизированного комплекса

3.2 Словесное описание алгоритма работы комплекса

4. Разработка сети Петри

4.1 Построение дерева иерархии

4.2 Построение сложной сети Петри и расчет дублеров

5. Построение ременно-контактной схемы

6. Построение циклограммы

7. Проверка составления РКС

8. Составление бесконтактной логической схемы

9. Составление управляющей циклограммы

Список литературы


Введение


Программные устройства в настоящее время находят все более широкое применение в различных отраслях машиностроения для автоматизации управления агрегатами или техническими процессами: резанием, раскроем и обработкой давлением, сборкой, контролем и транспортировкой детали, приготовлением смесей, контролем и соединением проводов и др.

Системы головного программного управления. В них режимы обработки и информация о формообразующей траектории движения инструмента задаются с помощью чисел. Системы этого класса осуществляют числовое управление трех видов: двухкоординатное управление, которое часто называют прямоугольным или ступенчатым управлением и контурное (непрерывное) управление или управление движением.

В данной работе будут показаны способы организации управления гибким производственным комплексом на основе системы ЧПУ различными методами.


Техническая характеристика станка


В разрабатываемом гибком производственном модуле для обработки тел вращения применяется станок модели 16К20Ф3 с системой ЧПУ.

Характеристики станка:

Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки, мм:

- над станиной 400

- над суппортом 220

Число инструментов 6

Число частот вращения шпинделя 12 (по прог. 6)

Частота вращения шпинделя, мин –1 35 – 1600

Регулирование подач бесступенчатое

Подача, мм/мин:

- продольная 3 – 200

- поперечная 3 – 500

Скорость быстрых перемещений, мм/мин:

- продольных 4800

- поперечных 2400

Дискретность перемещений, мм:

- продольных 0,01

- поперечных 0,005

Габаритные размеры станка, мм:

- длина 3360

- высота 1710

- ширина 1750


Техническая характеристика робота


В разрабатываемом гибком производственном модуле для обработки тел вращения применяется промышленный робот УМ 2.160.ПР2.

Техническая характеристика:

Число степеней подвижности 4

Перемещение руки в горизонтальном направлении, мм 0,0 – 6000

Вертикальное перемещение, мм 50 – 1500

Углы поворота руки, град 0 – 120

Наибольшая скорость осевого перемещения руки, м/с 1

Наибольшая скорость подъема руки, м/с 0,7

Наибольшая скорость поворота руки, град 90

Наибольшая сила зажима губок схвата, Н 5300

Время зажима губок схвата, с 0,2

Точность позиционирования, мм + - 0,2

Масса манипулятора, кг 555


Алгоритм управления


Описание исходного состояния автоматизированного комплекса


Исходное состояние системы следующее: Робот находится в крайнем правом положении, т.е. датчики S7 и S13 включены; привод транспортера отключен, что соответствует выключенному датчику SрМ5; деталь отсутствует в позиции захвата, т.е. датчик S12 отключен; пиноль станка в крайнем правом положении, т.е. датчик S15 включен; система ЧПУ отключена, что соответствует включенному датчику Sт2 и выключенному датчику Sт1. В соответствии с вышесказанным функция начального состояния запишется в виде:



Словесное описание алгоритма работы комплекса


По включению кнопки "Пуск" включается привод транспортера SрМ5 до появления детали в зоне захвата, т.е. до включения датчика S12. После этого включается привод подъема руки М6, он работает до того момента пока включается датчик S8. Далее робот включает привод захвата М9 до появления сигнала с датчика S6. После этого включается привод подъема робота М6 до включения датчика S13. Затем включается привод перемещения робота М10 и робот перемещается от датчика S7 до датчика S4. Далее включается привод поворота робота М7. Рука робота поворачивается в пространстве на 90 град до включения датчика S5. После этого идет включение привода подъема робота М6 и он опускается до положения S10. После чего включается привод М8 до зажима детали на станке, что означает срабатывание датчиков S9 и S11. После этого робот опускает деталь включением двигателя М9 до исчезновения сигнала с датчика S6. Далее робот поднимается до положения S14 включается процесс обработки детали, что обозначается датчиком включения Sт1. Робот опускается до положения S10. Затем включается привод зажима детали до появления сигнала с датчика S6. Как только робот захватит деталь, включается привод пиноли М8. Пиноль отдвигается в крайнее правое положение и включает датчик S15. Робот поднимается до положения S14. Датчик S14 выключает привод подъема робота М6. После этого робот поворачивается в пространстве на 90 град и исчезновение сигнала датчика S5 выключает привод М7. Затем включается привод перемещения робота в горизонтальном положении. Робот перемещается в крайнее левое положение и включает датчик S3. Далее включается привод подъема робота М6 и он опускается в положение включения датчика S2. Затем включается привод захвата детали М9. Робот опускает деталь в бункер, что означает исчезновение сигнала с датчика S6. После чего робот поднимается и включает датчик S6. Деталь, попав в бункер, движется за счет своей массы вниз и включает датчик S1. Как только появится сигнал с датчика S1, включается привод перемещения робота М10 и он перемещается до положения включения датчика S7. Процесс повторяется.


Разработка сети Петри


Таблица 1 – Соответствие датчиков обозначениям в сети Петри.

Обозн. Расположение Обозн. РКС Обозн. Петри Адрес ЧПУ Значение
S1 На выход с бункера а S1 1001 Готовая деталь вышла
S2 Над бункером в S2 1002 Робот над бункером
S3 В крайнем левом положении c S3 1003 Робот в крайнем левом положении
S4 Над станком d S4 1004

Робот над

станком
S5 На роботе e S5 1005 Робот повернут на 90 град
S6 На захвате робота g S7 1006 Робот захватил деталь
S7 В крайнем правом положении h S8 1007 Робот в правом положении
S8 Над зоной захвата детали i S9 1008 Робот в зоне захвата детали
S9 На передней бабке станка j S10 1009 Деталь зажата на станке
S11 На пиноли l S12 1010 _
S12 На транспортере m S13 1011 Деталь в зоне захвата
S13 Над транспортером n S14 1012 Робот над транспортером
S14 Над станком o S15 1013

Робот над

станком
S15 На станке p S16 1014

Пиноль

отведена
S16 Над бункером r S17 1015 Робот над бункером
SpM1 На двигателе главного привода s S18 1016 Двигатель гл. привода вкл.
SpM2 На приводе подач t S19 1017

Подача

включена
S10 В зоне зажима детали на станке k S11 1018 Деталь в зоне станка
SpM3 На приводе поперечных подач u S21 1019 Вкл. поперечная подача
SpM4.1 На приводе продольных подач v S22 1020 Вкл. продольная подача
SpM4.2 На приводе продольных подач v S22 1020 _
SpM5 На приводе транспортера w S23 1021 Транспортер включен
SpM6 На механизме подъема робота x S24 1022 Робот подн. / /опускается
SpM7 На механизме поворота робота y S25 1023 Робот поворачивается
SpM8 На механизме передвижения пиноли z S26 1024 Пиноль отвод./ подводится
SтM1 В ЧПУ q S20 1025 ЧПУ включена
SтM2 В ЧПУ f S6 1026 ЧПУ отключена
М1 Главный привод A Y1 1027
М2 Привод подач B Y2 1028
М3 Привод поперечных подач C Y3 1029
М4.1 Привод продольных подач D Y4 1030
M4.2 Привод продольных подач E Y5 1031
М5 Привод транспортера F Y6 1032
М6 Привод подъема робота G Y7 1033
М7 Привод поворота робота H Y8 1034
М8 Привод пиноли I Y9 1035
М9 Привод зажима J Y10 1036
М10 Привод перемещения K Y11 1037

На основе описания алгоритма строим сеть Петри.

Способ ее построения опишем на примере:


Рисунок 1 – Участок сети Петри.


На рисунке показан участок сети Петри а именно захват роботом детали.

Вершины графа в виде черточек и обозначенных "t" с последующим номером, называются переходами. Рi – позиция, в обозначении которых указывается от какого и до какого состояния происходит последующий переход. На переходах указывают состояния датчиков, которые позволяют произвести переход. В данном примере переход из позиции Р3 в позицию Р4 переходит по появлению сигнала с датчика S6, после чего привод Y10 отключается, т.е. происходит зажим детали. После построения сети Петри проверяем нет ли в ней "тупиковых" ситуаций. Сеть составлена так, что переход из одного состояния в другое имеет однозначные условия перехода, поэтому "тупиковых" ситуаций нет. В данной сети Петри в каждой ее позиции в любой момент времени может находиться не более одной точки. Следовательно сеть Петри является правильной.


4.1 Построение дерева иерархии


Построение дерева иерархии производим по следующему алгоритму: на верхнем уровне этого дерева находится автоматизированный комплекс, который обозначается Р0. На более низком уровне находятся устройства, составляющие АК, которые оберегаются Р1 … Р4. Ниже показывают операции, которые эти устройства производят и обозначают Р5 … Р12.

В схеме дерева иерархии приняты следующие обозначения:

Р0 – автоматизированный комплекс,

Р1 – станок,

Р2 – робот,

Р3 – транспортер,

Р4 – бункер,

Р5 – загрузка – выгрузка станка станочными механизмами,

Р6 – обработка детали,

Р7 – загрузка станка роботом,

Р8 – выгрузка станка роботом,

Р9 – подача детали к роботу,

Р10 – отвод детали,

Р11 – загрузка станка станочными механизмами,

Р12 – выгрузка станка станочными механизмами,


4.2 Построение сложной сети Петри и расчет дублеров


Из операций, описанных выше можно построить сложную сеть Петри в виде последовательно соединенных дублеров. Сложная сеть Петри состоит из дублеров di, номер которого соответствует позиции Pi дерева иерархии. Дублеры обозначаются двойным кружком. Сложная сеть Петри соответствует следующему алгоритму:

По кнопке "Пуск" (переход t0) происходит загрузка станка роботом (дублер d7); затем происходит загрузка станка станочными механизмами (дублер d11); После этого по переходу t2 происходит обработка детали (дублер d6); далее происходит выгрузка детали станочными механизмами (дублер d12); потом происходит выгрузка станка роботом (дублер d8); после чего происходит отвод детали (дублер d10); и далее цикл повторяется.


5. Построение расчетно-контактной схемы


По описанию алгоритма запишем формулы для механизмов РК.



На основе формул строим РКС. Умножение записываем в виде последовательной цепи, а сложение в виде параллельного соединения. Нормально разомкнутые контакты показаны на рисунке 2.1, что соответствует прямому сигналу, нормально замкнутые контакты показаны на рисунке 2.2, что соответствует инверсному состоянию датчиков. Механизм обозначаем релейным объектом 2.3.


Рисунок 2 – Условные обозначения в РКС


6. Построение циклограммы


На основе сети Петри, а также алгоритма работы комплекса составляем циклограмму, которая представляет собой графическое изображение последовательности работы отдельных механизмов схемы во времени.

Работа элемента и наличие соответствующего этому элементу сигнала изображается на циклограмме отрезком горизонтальной прямой. Толстой линией обозначаются сигналы командных и исполнительных элементов. Слева от отрезка, на границе циклограммы проставляются его обозначения. Большими буквами латинского алфавита обозначаются исполнительные механизмы. Маленькими буквами латинского алфавита – сигналы датчика.

Последовательность работы элементов определяется положением концов отрезков, изображающих их работу, относительно левой границы циклограммы.

Воздействие одного элемента на другой изображается на циклограмме стрелкой указывающей направление воздействия.

Возможны четыре случая:


Рисунок 3 – Варианты воздействия датчиков на исполнительные элементы. (3.1 – Случай, когда появление сигнала датчика а приводит к появлению сигнала с исполнительного устройства В

3.2 – Исчезновение сигнала с датчика а приводит к прекращению работы с исполнительного органа В;

3.3 – Исчезновение сигнала с датчика а приводит к началу работы исполнительного органа В;

3.4 – Появление сигнала с датчика а приводит к прекращению работы исполнительного органа В).


Все временное пространство работы комплекса разбивается на такты. Под тактом подразумевается период, в течении которых в схеме не изменяется состояние ни одного из сигналов. На основе вышесказанного строится циклограмма, которая приведена на листе 2 приложения А.


7. Проверка составления РКС


7.1 Проверка по циклограмме


Данная проверка включает в себя еще три проверки. При первой анализируются, существуют ли записанные ранее условия срабатывания в течении всего включающего периода.



Проверку проведем по функции, составленной для главного привода.

В течении всего цикла работы комплекса условие включения не изменилось, т.е. данная формула удовлетворяет первой проверке.

При второй проверке анализируется, существуют ли записанные ранее условия несрабатывания в течении всего включающего периода. Для функции главного привода таких ситуаций, когда условие несрабатывания бы не выполнялось, нет. Следовательно, данная функция удовлетворяет и второму условию.

Третья проверка заключается в том, чтобы после отключения исполнительного элемента исключить возможность создания условий для его повторного (неправильного) включения. Т.к. функция главного привода представляет собой произведение всех сигналов и удовлетворяет двум предыдущим проверкам, т.е. никаких дополнительных элементов не вводится, то функция А однозначно определяет условия срабатывания и несрабатывания и исключает случай неправильного включения (т.е. функция А равна 1 только при одной комбинации датчиков), то функция А удовлетворяет и третьей проверке. Следовательно функция А составлена правильно.


7.2 Проверка по таблице состояний


Проверку проводим для привода перемещения робота К.


Таблица 2 – Состояния функции К.

К h d a e c
0 1 * * * *
0 1 1 0 1 0
1 0 0 1 0 0
1 0 0 1 1 0
1 0 0 1 0 1
1 0 0 1 1 1
0 0 0 0 1 0
0 0 0 0 0 1
0 0 0 0 1 1
1 0 0 0 0 0
1 0 0 1 0 0
1 0 1 0 0 0
1 0 1 1 0 0
0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 1 0
0 0 1 1 0 1
0 0 1 0 1 0
0 0 1 0 0 1
0 0 1 0 1 1

Запишем функцию К как сумму функций 1; т.е. функций имеющих значение 1 только при одной комбинации датчиков.



Производим упрощение по законам алгебры логики.



формула записана правильно.


8. Составление бесконтактно логической схемы


На основании функции, составленных ранее строим бесконтактную логическую схему.

При разработке приняты следующие обозначения:


Рисунок 4 – Условные графические обозначения элементов в бесконтактной логической схеме.


На рисунке 4.1 представлен логический элемент "И" (умножение).

На рисунке 4.2 представлен логический элемент "ИЛИ" (сложение).

На рисунке 4.3 представлен логический элемент "НЕ" (инверсия или отрицание).

Построение логической схемы представим на примере – составим бесконтактную логическую схему для управления приводом перемещения роботом К.

Ранее была проведена проверка формулы составленной для привода К.


Рисунок 5 - Бесконтактная логическая схема для элемента К.

9. Составление управляющей программы


Перед написанием программы проведем детализацию дублеров и напишем соответствие позиций сети Петри адресом ОЗУ контроллера NS-915. Представим данную операцию в виде таблицы:


Таблица 3 – Описание и адресация позиций сети Петри.

№ п/п Обозн. Функциональное описание Адрес

d0 Начальное состояние
1 P0 Начальное состояние 2000

d7 Загрузка станка роботом
2 P1 Подвод транспортером детали 2001
3 P2 Опускание робота 2002
4 P3 Схват детали 2003
5 P4 Подъем робота 2004
6 P5 Перемещение робота 2005
7 P6 Опускание робота 2004
8 P7 Поворот робота и зажим детали на станке 2006

d11 Загрузка станка станочным материалом
9 P8 Отпускание детали 2003
10 P9 Подъем робота 2004

d6 Обработка детали
11 P10 Включение подач 2007
12 P11 Включение главного привода 2008

d12 Разгрузка станка станочными механизмами
13 P12 Опускание робота 2004
14 P13 Схват детали 2003
15 P14 Отвод пиноли 2006

d8 Разгрузка станка роботом
16 P15 Подъем робота 2004
17 P16 Поворот робота и передвижение 2009

d10 Отвод робота
18 P17 Опускание робота 2004
19 P18 Отпускание детали 2003
20 P19 Подъем робота 2004
21 P20 Передвижение робота 2010

На основе таблицы запишем управляющую программу:

0000 LD 1007 Описание начального состояния
0001 *C 1012
0002 *C 1021
0003 *C 1011
0004 *C 1014
0005 *C 1025
0006 *C 1026
0007 WR 2000
0008 BR 1130
0009 JM 0000
0010 LD 1025 Задание функции А
0011 *C 1026
0012 *C 1009
0013 *C 1010
0014 *C 1013
0015 WR 2008
0016 BR 0010
0017 JM 0018
0018 LD 1025 Задание функции В
0019 *C 1026
0020 *C 1009
0021 *C 1010
0022 *C 1013
0023 *C 1016
0024 WR 1007
0025 BR 0018
0026 JM 0027
0027 LD 1025
0028 *C 1026 Описание функции С
0029 *C 1009
0030 *C 1010
0031 *C 1016
0032 *C 1013
0033 *C 1017
0034 WR 2007
0035 BR 0027
0036 JM 0037
0037 LD 1025 Описание функции D
0038 *C 1026
0039 *C 1009
0040 *C 1010
0041 *C 1016
0042 *C 1013
0043 *C 1003
0044 *C 1021
0045 WR 1007
0046 BR 0037
0047 JM 0048
0048 LD 1025 Описание функции Е
0049 *C 1026
0050 *C 1009
0051 *C 1010
0052 *C 1016
0053 *C 1013
0054 *C 1019
0055 *C 1018
0056 WR 2007
0057 BR 0048
0058 JM 0059
0059 LD 1012 Описание функции F
0060 *C 1011
0061 *C 1006
0062 *C 1007
0063 WR 2001
0064 BR 0059
0065 JM 0066
0066 LD 1004 Описание функции G
0067 *C 1013
0068 *C 1014
0069 *C 1018
0069 LD 1006
0070 *C 1014
0071 *C 1018
0072 *C 1004
0072 +

0073 LD 1003
0074 *C 1002
0075 *C 1006
0076 +

0077 LD 1007
0078 *C 1012
0079 +

0080 LD 1007
0081 *C 1008
0082 *C 1006
0083 *C 1013
0084 +

0085 WR 2004
0086 BR 0066
0087 JM 0088
0088 LD 1004
0089 *C 1006
0090 *C 1013
0091 WR 1006
0092 BR 0088
0093 JM 0094
0094 LD 1018 Описание функции I
0095 *C 1014
0096 *C 1009
0097 *C 1010
0098 *C 1026
0099 LD 1026
0100 *C 1006
0101 *C 1014
0102 +

0103 WR 2006
0104 BR 0094
0105 JM 0106
0106 LD 1006 Описание функции J
0107 *C 1018
0108 LD 1006
0109 *C 1008
0110 +

0111 LD 1006
0112 *C 1002
0113 +

0114 WR 2003
0115 BR 0106
0116 JM 0117
0117 LD 1007 Описание функции К
0118 *C 1004
0119 *C 1001
0120 LD 1007
0121 *C 1005
0122 *C 1003
0123 +

0124 WR 2005
0125 BR 0117
0126 JM 0127
0127 LD 2000 Начальное состояние и переход на состояние 1
0128 BR 0130
0129 JM 0000
0130 LD 2001
0131 BR 0130 Переход из состояния 1 в состояние 2
0132 LD 2002
0133 BR 0132 Переход из состояния 2 в состояние 3
0134 LD 2003
0135 BR 0134 Переход из состояния 3 в состояние 4
0136 LD 2004
0137 BR 0136 Переход из состояния 4 в состояние 5
0138 LD 2005
0139 BR 0138 Переход из состояния 5 в состояние 6
0140 LD 2004
0141 WR 1033 Переход из состояния 6 в состояние 7
0142 BR 0140
0143 LD 2006
0144 WR 1035 Переход из состояния 7 в состояние 8
0145 BR 0143
0146 LD 2003
0147 WR 1036 Переход из состояния 8 в состояние 9
0148 BR 0146
0149 LD 2004
0150 WR 1033 Переход из состояния 9 в состояние 10
0151 BR 0149
0152 LD 2007
0153 WR 1027 Переход из состояния 10 в состояние 11
0154 BR 0152
0155 LD 2008
0156 WR 1028 Переход из состояния 11 в состояние 12
0157 WR 1029
0158 WR 1030
0159 WR 1031
0160 BR 0155
0161 LD 2004 Переход из состояния 12 в состояние 13
0162 WR 1033
0163 BR 0161
0164 LD 2003
0165 WR 1036 Переход из состояния 13 в состояние 14
0166 BR 0164
0167 LD 2006
0168 WR 1035 Переход из состояния 14 в состояние 15
0169 BR 0167
0170 LD 2004
0171 WR 1033 Переход из состояния 15 в состояние 16
0172 BR 0170
0173 LD 2009
0174 WR 1037 Переход из состояния 16 в состояние 17
0175 BR 0173
0176 LD 2004
0177 WR 1037 Переход из состояния 17 в состояние 18
0178 BR 0176
0179 LD 2003
0180 WR 1036 Переход из состояния 18 в состояние 19
0181 BR 0179
0182 LD 2004
0183 WR 1033 Переход из состояния 19 в состояние 20
0184 BR 0182
0185 LD 2010
0186 WR 1037 Переход из состояния 20 в состояние 30
0187 BR 0185
0188 JM 0127 Повторение цикла

Список литературы


"Системы управления автоматических машин" Рабинович А. Н. "Техника", 1973, 440 с.

"Логическое управление дискретными процессами" Юцицкий С. А. М.: "Машиностроение", 1987, 176 с.

"Металлорежущие станки" учебник для машиностроительных вузов" Пуша В. Э., М.: "Машиностроение", 1985, 256 с.

"Синтез микропрограммных автоматов" Баранов С. И., Л.: "Энергия", 1979, 232 с.

"Математическое обеспечение процессорных устройств ЧПУ" Сосонкин В. Л., М.: "НИИМАШ", 1981, 80 с.

"Автоматизированные технологические комплексы", М.: "НИИМАШ", 1981, 103 с.

"Автоматические станочные системы", М.: "Машиностроение", 1982, 319 с.