Курсовая работа (т): Проект системы управления роботизированным технологическим комплексом штамповки

Контроль проекта осуществляется на каждом этапе его разработки. Прием проекта должен осуществляться руководителем проекта. При этом следует предоставить расчетно-пояснительную записку, управляющую программу, чертежи схемы планировки, принципиальной электрической схемы, структурной схемы, циклограммы работы РТК.

2. Разработка системы логико-программного управления

.1 Разработка структурной системы управления

Схемы структурные определяют основные функциональные части изделия, их назначение и взаимосвязи и служат для общего ознакомления с изделием. На структурной схеме раскрывается не принцип работы отдельных функциональных частей изделия, а только взаимодействие между ними. Поэтому составные части изделия изображают упрощенно в виде прямоугольников произвольной формы. Допускается применять условные графические обозначения. На структурной схеме должны быть указаны взаимосвязи между управляющими устройствами и объектами управления, расположения объектов автоматизации, а также, необходимо указать какие параметры необходимо контролировать для получения информации. Ввиду того, что поставленной задачей является управление дискретным технологическим процессом, в качестве управляющего модуля применим программируемый логический контроллер.

Для осуществления операций управления, в контроллер необходимо вводить сигналы с устройств, контролирующих состояние исполнительных механизмов. Структура контроллера должна поддерживать возможность ввода информации с дискретных датчиков. На дискретные входы контроллера должны подаваться сигналы с датчиков, передающих такие параметры объекта управления, как положение промышленного робота, наличие детали в накопителе.

Для того чтобы контроллер мог управлять исполнительными механизмами в последовательности, определенной циклом программы управления, необходимо чтобы в состав структуры контроллера входил блок дискретных выходов. В случае недостаточного количества дискретных входов или выходов, необходимо включить в состав системы управления, так называемые модули расширения, представляющие собой устройства, в составе которых содержаться дополнительные входы и выходы, сигналы с которых обрабатываются контроллером.

Таким образом, функции этих блоков сводятся лишь к увеличению числа входов и выходов, а все логические операции выполняются центральным модулем - контроллером. Для монтажа различного рода силовых блоков и блоков управления используются электрические шкафы. Это удобно и безопасно, так как все силовые части изолированы от контакта с человеком.

Для запуска и остановки цикла должен быть создан пульт оператора, в состав которого входит тумблера запуска и остановки.

Для операций выдвижения, задвижения, а также выполнения захвата деталей целесообразно использовать гидроприводы, состоящие из гидроцилиндров и гидрораспределителей, управляемых электромагнитами.

Программируемый контроллер должен управлять дискретно включением/отключением исполнительных устройств. Модуль дискретного вывода должен выдавать управляющие сигналы на магнитные пускатели поворота промышленных роботов влево, на магнитные пускатели поворота промышленных роботов вправо, на системы управления прессов, на магнитные пускатели гидропривод выдвижения руки промышленных роботов 1 и 2, гидропривод руки промышленного робота 1 и 2, гидропривод зажима детали схватам руки ПР1 и ПР2, гидропривод разжима детали схватам руки ПР1 и ПР2.

Управляющее устройство должно также получать информацию о ходе технологического процесса. Для этой цели служит модуль дискретного ввода, куда должны приходить сигналы с датчиков, кнопок и т.д. На модуль дискретного ввода должны приходить сигналы с датчиков положения BQ1-BQ15, с кнопок запуска цикла SB1 и остановки SB2, от устройства управления прессом.

Промышленные роботы будут содержать электроприводы поворота ПР1 и ПР2, гидроприводы выдвижения рук ПР1 и ПР2, гидроприводы рук ПР1 и ПР2, гидроприводы зажима деталей схватами рук ПР1 и ПР2, гидроприводы разжима деталей схватами руки ПР1 и ПР2, датчики наличия деталей на накопителях 1-3, датчики положения рук ПР1 и ПР2, датчики выдвижения рук и датчики рук ПР1 и ПР2. Структурная схема системы управления приведена в графической части курсовой работы [лист 1].

.2 Выбор технических средств системы управления

.2.1 Управляющее устройство

При выборе ПЛК необходимо учитывать следующие основные факторы:

) Характер применения (автономно, в качестве станции в распределенной сети, в качестве удаленной станции)

) Количество входов/выходов (цифровых и аналоговых)

) Требуемая скорость передачи данных

) Наличие автономного счетчика времени

) Условия регистрации и хранения данных

) Требования к панели оператора

) Язык программирования

) Интерфейс

) Каналы связи (проводной, беспроводной)

) Режим и условия эксплуатации

Выбор промышленного контроллера осуществляем исходя из классификации:

. Категории промышленных контроллеров:

.1. программируемые логические контроллеры (ПЛК)

.2. распределенные управляющие системы

.3. контроллеры на базе РС

Программируемый логический контроллер, ПЛК - микропроцессорное устройство, предназначенное для управления технологическими процессами в промышленности и другими сложными технологическими объектами (например, системы управления микроклиматом). Принцип работы ПЛК заключается в сборе сигналов от датчиков и их обработке по прикладной программе пользователя с выдачей управляющих сигналов на исполнительные устройства.

. Используемый язык программирования:

.1. релейно-контактных схем

.2. функционально-блоковых диаграмм

В нашем случае необходим ПЛК, соответствующий следующим параметрам:

. Число дискретных входов - 21;

. Число дискретных выходов - 14.

По заданию выбираем контроллер марки Овен [8]. По выбору можно взять Овен100-24РМ или Овен110-60.

Программируемое реле с дискретным вводом/выводом Овен100-24РМ имеет 8 дискретных входов и 6 выхода, дополнительно к управляющему модулю, выбираем 2 блока расширения ввода/вывода MДВВ (имеет 12 дискретных входов и 8 выхода).Если выберем контроллер Овен110-60, то потребуется один модуль, имеющий 36 дискретных входа и 24 выхода. С более быстрыми входами/выходами, надежностью и меньшей ценой.

Исходя из вышеизложенных параметров, была выбрана марка ПЛК: Овен110-60 представленный на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - ПЛК фирмы Овен

Технические характеристики

Напряжение питания : от 22 до 28 В постоянного тока, от 90 до 264 В переменного тока

Встроенный источник питания: 24 В, 600 мА

Температура окружающей среды: от -20 до +55

Потребляемая мощность: 45 ВА

Степень защиты: IP20

Характеристики входов управляющего контроллера :

Напряжение питания дискретных входов:24 ± 3 В

Напряжение «логического нуля», В : -3…5

Максимальный ток «логического нуля», мА: 1,5

Напряжение «логической единицы», В 15…30

Максимальный ток «логической единицы», мА 4…9

.2.2 Электромагнитные пускатели

Пускатели электромагнитные серии КМ предназначены для дистанционного пуска непосредственным подключением к сети, остановки и реверсирования трехфазных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором при напряжении до 660В переменного тока частотой 50Гц.

В качестве электромагнитных пускателей выбраны КМ ПМЛ 2100-25 24В 25А 1з [9] фирмы "ТЕХЭНЕРГО " (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Электромагнитный пускатель КМ ПМЛ 2100-25 24В 25А 1з

Технические характеристики:

.2.3 Путевые выключатели

В качестве информационных устройств используются путевые выключатели (бесконтактные индуктивные датчики) фирмы «Сенсор»[5,11] представленные на рисунке 2.3. Индуктивные бесконтактные датчики (выключатели) серии ВБИ применяются там, где важна надежная работа оборудования. В системах управления технологическими процессами они, как правило, выполняют функции датчиков обратной связи, сигнализируя о завершении выполнения конкретным элементом оборудования команды на перемещение в определенное положение. Но этим их применение не ограничивается.

Основные характеристики семейства:

Номинальное расстояние срабатывания         2 мм

Диапазон рабочих напряжений     10-30 В

Схема выхода     PNP общий (-)

Функция выхода НО замыкающий

Подключение      Кабель 2 м (ПВС ХЛ 3х0,35 мм2)

Частота переключения 800 Гц

Индикация срабатывания     есть

Защита коммутационного элемента Есть бистабильная

Падение напряжения   не более 2 В

Остаточный ток  менее 0,01 мА

Температура окружающей среды -25…+80ºС

Степень защиты корпуса      IP67

Материал корпуса       Латунь никелированная

Материал чувствит. элемента        Армамид

Рисунок 2.3 - Индуктивный датчик ВБИ-Д12-34У-1111-З

.2.4 Кнопка

Для подачи команд Пуск и Стоп с пульта управления используются кнопки фирмы MOELLER модели M22-DRL-G и M22-DRL-R [17] соответственно (рисунок 2.4). Скрытая кнопка c фиксацией, с подсветкой (зеленая - кнопка Пуск, красная - Стоп).

Рисунок 2.4 - Кнопка M22-DRL-G

.2.5 Гидрораспределители

Для реализации данного курсового проекта необходимо использовать гидрораспределители [14] : для зажима/разжима детали схватом руки ПР1 и ПР2, для выдвижения/задвижения руки промышленного робота. Электромагниты, входящие в состав золотников, должны срабатывать при подаче постоянного напряжения 24В. Данное условие исключает опасность поражения человека электрическим током при обрыве провода .Выберем гидрораспределители ВЕ10 14 г24 [7] с двухсторонним электромагнитным управлением трехпозиционные (с двумя магнитами). Гидрораспределители предназначены для изменения направления или пуска и останова потока рабочей жидкости в гидравлических системах станков, прессов и других машин с давлением до 320 кгс/см2 . В зависимости от исполнения гидрораспределители могут иметь различные схемы распределения потока рабочей жидкости и применяться с электрическим, гидравлическим, пневматических, ручным и механическим видом управления. Внешний вид гидрораспределителя приведён на рисунке 2.5

Рисунок 2.5 - Гидрораспределитель ВЕ10 14 Г24

Основные параметры гидрораспределителя :

- условный проход 10 мм;

- схема открывания-закрывания рабочих каналов - 24;

- напряжение:, 24 В

- тип управления золотником: двухстороннее электромагнитное, пружинный возврат в исходное положение;

- расход рабочей жидкости до 120 л/мин;

- номинальное давление на входе 32 МПа;

- климатическое исполнение - для районов с умеренным и холодным климатом;

- масса не более 6,3 кг.

температура катушки не более 125°С.

.2.6 Блок питания

Для обеспечения питающими напряжениями входных и выходных цепей, а также питания самого управляющего контроллера необходимо подобрать источник питания постоянного тока.

Для исключения влияния помех выходных цепей на входные необходимо выбрать два отдельных источника питания постоянного тока.

Выбираем источники питания постоянного тока серии Овен

БП60Б-Д4-24 [8]. Внешний вид блока питания представлен на рисунок 2.6

Блок питания БП60 предназначен для питания стабилизированным напряжением постоянного тока различных широкого спектра радиоэлектронных устройств (релейной автоматики, контроллеров, датчиков и т.п.).

Рисунок 2.6 - Источник питания постоянного тока Овен БП60Б-Д4-24

Технические характеристики

Входное напряжение: - переменного тока 90...264 В

постоянного тока 110...370 В

Частота входного переменного напряжения 47...63 Гц

Порог срабатывания защиты по ток не более 1,5 Imax

Максимальная выходная мощность 60 Вт

Нестабильность выходного напряжения при изменении напряжения питания ±0,2 %

Нестабильность выходного напряжения при изменении тока нагрузки от 0,1 Imax до Imax:

для выходного напряжения 5 или 9 В±0,5 %

для выходного напряжения, 24В ±0,25 %

Рабочий диапазон температур -20...+50 °C

Коэффициент температурной нестабильности выходного напряжения в рабочем диапазоне температур ±0,025 % / °C

Электрическая прочность изоляции:

вход - выход (действующее значение)3 кВ

вход - корпус (действующее значение)1,5 кВ

Уровень радиопомехпо ГОСТ Р 51527 группа С

Тип и габаритные размеры корпусаД4, 72х90х58 мм

Степень защиты корпуса (со стороны передней панели)IP20

Для обеспечения питающим напряжением выходных цепей примем некоторый источник питания постоянного тока с напряжением сети 220В и выходным напряжением 24В. Поскольку электромагниты, входящие в состав гидрораспределителей, имеют ток катушки I=34 Вт/ 24В = 1,4А (где Р=34 Вт - это потребляемая мощность электромагнитов), следовательно необходим достаточной блок питания.

.2.7 Автоматический выключатель

Для предотвращения токов короткого замыкания во входной и выходной цепи источника питания необходимо поставить автоматически выключатели.

Выбираем автоматический выключатель из серии ВА47-29 2Р 1А [11]электротехнической компании «Elevel@». Внешний вид выключателя представлен на рисунке Рисунок 2.7.

Рисунок 2.7 - Автоматический выключатель ВА47-29 2Р 1А

Разработка электрической схемы