Организация управления гибким производственным комплексом на основе системы ЧПУ

Организация управления гибким производственным комплексом на основе системы ЧПУ

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
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
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.

«