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.

1. 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

2. 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

3. Алгоритм управления

3.1 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:

3.2 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.

4. 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	ЧПУвключена
SтM2	В ЧПУ	f	S6	1026	ЧПУотключена
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

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

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

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

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

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

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

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