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 всеболее широкое применение в различных отраслях машиностроения для автоматизацииуправления агрегатами или техническими процессами: резанием, раскроем иобработкой давлением, сборкой, контролем и транспортировкой детали, приготовлениемсмесей, контролем и соединением проводов и др.
Системы головного программного управления. В нихрежимы обработки и информация о формообразующей траектории движения инструментазадаются с помощью чисел. Системы этого класса осуществляют числовое управлениетрех видов: двухкоординатное управление, которое часто называют прямоугольнымили ступенчатым управлением и контурное (непрерывное) управление или управлениедвижением.
В данной работе будут показаны способы организацииуправления гибким производственным комплексом на основе системы ЧПУ различнымиметодами.
1. Техническая характеристика станка
В разрабатываемом гибком производственном модуле дляобработки 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
Дискретностьперемещений, мм:
— продольных 0,01
— поперечных 0,005
Габаритныеразмеры станка, мм:
— длина 3360
— высота1710
— ширина1750
2. Техническая характеристика робота
Вразрабатываемом гибком производственном модуле для обработки тел вращенияприменяется промышленный робот УМ 2.160.ПР2.
Техническаяхарактеристика:
Числостепеней подвижности 4
Перемещениеруки в горизонтальном направлении, мм 0,0 – 6000
Вертикальноеперемещение, мм 50 – 1500
Углыповорота руки, град 0 – 120
Наибольшаяскорость осевого перемещения руки, м/с 1
Наибольшаяскорость подъема руки, м/с 0,7
Наибольшаяскорость поворота руки, град 90
Наибольшаясила зажима губок схвата, Н 5300
Времязажима губок схвата, с 0,2
Точностьпозиционирования, мм + — 0,2
Массаманипулятора, кг 555
3. Алгоритм управления
3.1 Описание исходного состояния автоматизированного комплекса
Исходноесостояние 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, чтосоответствует включенному датчику Sт2 и выключенномудатчику Sт1. В соответствии с вышесказанным функцияначального состояния запишется в виде:
/>
3.2 Словесное описание алгоритма работы комплекса
Повключению кнопки «Пуск» включается привод транспортера SрМ5 до появления детали в зоне захвата, т.е. до включениядатчика S12. После этого включается привод подъема рукиМ6, 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 довключения датчика S13. Затем включается приводперемещения робота М10 и робот перемещается от датчика S7до датчика S4. Далее включается привод поворота роботаМ7. Рука робота поворачивается в пространстве на 90 град до включения датчика S5. После этого идет включение привода подъема робота М6 и онопускается до положения S10. После чего включаетсяпривод М8 до зажима детали на станке, что означает срабатывание датчиков S9 и S11. После этого робот опускаетдеталь включением двигателя М9 до исчезновения сигнала с датчика S6. Далее робот поднимается до положения S14включается 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 приводпиноли М8. Пиноль отдвигается в крайнее правое положение и включает датчик S15. Робот поднимается до положения S14.Датчик S14 выключает привод подъема робота М6. Послеэтого робот поворачивается в пространстве на 90 град и исчезновение сигналадатчика S5 выключает привод М7. Затем включается приводперемещения робота в горизонтальном положении. Робот перемещается в крайнеелевое положение и включает датчик S3. Далее включаетсяпривод подъема робота М6 и он опускается в положение включения датчика S2. Затем включается привод захвата детали М9. Робот опускаетдеталь 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 положениявключения датчика S7. Процесс повторяется.
4. Разработка сети Петри
Таблица1 – 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
Наоснове описания алгоритма строим сеть Петри.
Способее построения опишем на примере:
/>
Рисунок1 – Участок сети Петри.
Нарисунке показан участок сети Петри а именно захват роботом детали.
Вершиныграфа в виде черточек и обозначенных «t» споследующим номером, называются переходами. Рi –позиция, в обозначении которых указывается от какого и до какого состоянияпроисходит последующий переход. На переходах указывают состояния датчиков,которые позволяют произвести переход. В данном примере переход из позиции Р3 впозицию Р4 переходит по появлению сигнала с датчика S6,после чего привод Y10 отключается, т.е. происходитзажим детали. После построения сети Петри проверяем нет ли в ней «тупиковых»ситуаций. Сеть составлена так, что переход из одного состояния в другое имеетоднозначные условия перехода, поэтому «тупиковых» ситуаций нет. Вданной сети Петри в каждой ее позиции в любой момент времени может находитьсяне более одной точки. Следовательно сеть Петри является правильной.
4.1Построение дерева иерархии
Построениедерева иерархии производим по следующему алгоритму: на верхнем уровне этогодерева находится автоматизированный комплекс, который обозначается Р0. На болеенизком уровне находятся устройства, составляющие АК, которые оберегаются Р1 …Р4. Ниже показывают операции, которые эти устройства производят и обозначают Р5… Р12.
В схемедерева 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 – загрузкастанка роботом,
Р8 –выгрузка станка роботом,
Р9 –подача детали к роботу,
Р10 –отвод детали,
Р11 –загрузка станка станочными механизмами,
Р12 –выгрузка станка станочными механизмами,
4.2Построение сложной сети Петри и расчет дублеров
Из операций,описанных выше можно построить сложную сеть Петри в виде последовательносоединенных дублеров. Сложная сеть Петри состоит из дублеров di,номер которого соответствует позиции Pi дереваиерархии. Дублеры обозначаются двойным кружком. Сложная сеть Петрисоответствует следующему алгоритму:
Покнопке «Пуск» (переход t0) происходитзагрузка станка роботом (дублер d7); затем происходитзагрузка станка станочными механизмами (дублер d11);После этого по переходу t2 происходит обработка детали(дублер d6); далее происходит выгрузка деталистаночными механизмами (дублер d12); потом происходитвыгрузка станка роботом (дублер d8); после чегопроисходит отвод детали (дублер d10); и далее циклповторяется.
5.Построение расчетно-контактной схемы
Поописанию алгоритма запишем формулы для механизмов РК.
/>
Наоснове формул строим РКС. Умножение записываем в виде последовательной цепи, асложение в виде параллельного соединения. Нормально разомкнутые контактыпоказаны на рисунке 2.1, что соответствует прямому сигналу, нормально замкнутыеконтакты показаны на рисунке 2.2, что соответствует инверсному состояниюдатчиков. Механизм обозначаем релейным объектом 2.3.
/>
Рисунок2 – Условные обозначения в РКС
6. Построениециклограммы
Наоснове сети Петри, а также алгоритма работы комплекса составляем циклограмму,которая представляет собой графическое изображение последовательности работыотдельных механизмов схемы во времени.
Работаэлемента и наличие соответствующего этому элементу сигнала изображается нациклограмме отрезком горизонтальной прямой. Толстой линией обозначаются сигналыкомандных и исполнительных элементов. Слева от отрезка, на границе циклограммыпроставляются его обозначения. Большими буквами латинского алфавитаобозначаются исполнительные механизмы. Маленькими буквами латинского алфавита –сигналы датчика.
Последовательностьработы элементов определяется положением концов отрезков, изображающих ихработу, относительно левой границы циклограммы.
Воздействиеодного элемента на другой изображается на циклограмме стрелкой указывающейнаправление воздействия.
Возможнычетыре случая:
/>
Рисунок3 – Варианты воздействия датчиков на исполнительные элементы. (3.1 – Случай,когда появление сигнала датчика а приводит к появлению сигнала сисполнительного устройства В
3.2 –Исчезновение сигнала с датчика а приводит к прекращению работы сисполнительного органа В;
3.3 –Исчезновение сигнала с датчика а приводит к началу работы исполнительногооргана В;
3.4 –Появление сигнала с датчика а приводит к прекращению работы исполнительногооргана В).
Всевременное пространство работы комплекса разбивается на такты. Под тактомподразумевается период, в течении которых в схеме не изменяется состояние ниодного из сигналов. На основе вышесказанного строится циклограмма, котораяприведена на листе 2 приложения А.
7.Проверка составления РКС
7.1Проверка по циклограмме
Даннаяпроверка включает в себя еще три проверки. При первой анализируются, существуютли записанные ранее условия срабатывания в течении всего включающего периода.
/>
Проверкупроведем по функции, составленной для главного привода.
Втечении всего цикла работы комплекса условие включения не изменилось, т.е.данная формула удовлетворяет первой проверке.
Привторой проверке анализируется, существуют ли записанные ранее условиянесрабатывания в течении всего включающего периода. Для функции главногопривода таких ситуаций, когда условие несрабатывания бы не выполнялось, нет.Следовательно, данная функция удовлетворяет и второму условию.
Третьяпроверка заключается в том, чтобы после отключения исполнительного элементаисключить возможность создания условий для его повторного (неправильного)включения. Т.к. функция главного привода представляет собой произведение всехсигналов и удовлетворяет двум предыдущим проверкам, т.е. никаких дополнительныхэлементов не вводится, то функция А однозначно определяет условия срабатыванияи несрабатывания и исключает случай неправильного включения (т.е. функция Аравна 1 только при одной комбинации датчиков), то функция А удовлетворяет итретьей проверке. Следовательно функция А составлена правильно.
7.2Проверка по таблице состояний
Проверкупроводим для привода перемещения робота К.
Таблица2 – Состояния функции К.К h d a e c 1 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
Запишемфункцию К как сумму функций 1; т.е. функций имеющих значение 1 только при однойкомбинации датчиков.
/>
Производимупрощение по законам алгебры логики.
/>
/>
формулазаписана правильно.
8.Составление бесконтактно логической схемы
Наосновании функции, составленных ранее строим бесконтактную логическую схему.
Приразработке приняты следующие обозначения:
/>
Рисунок4 – Условные графические обозначения элементов в бесконтактной логическойсхеме.
Нарисунке 4.1 представлен логический элемент «И» (умножение).
Нарисунке 4.2 представлен логический элемент «ИЛИ» (сложение).
Нарисунке 4.3 представлен логический элемент «НЕ» (инверсия илиотрицание).
Построениелогической схемы представим на примере – составим бесконтактную логическуюсхему для управления приводом перемещения роботом К.
Ранеебыла проведена проверка формулы составленной для привода К.
/>
Рисунок5 — Бесконтактная логическая схема для элемента К.
9.Составление управляющей программы
Переднаписанием программы проведем детализацию дублеров и напишем соответствиепозиций сети Петри адресом ОЗУ контроллера NS-915. Представимданную операцию в виде таблицы:
Таблица3 – 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
Наоснове 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
Списоклитературы
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.