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.