Технологический процесс балансировки

дипломная работа

- Разработка циклограммы работы установки

- Выбор аппаратной части Системы управления (контроллера, датчиков, исполнительных устройств).

- Разработка математической модели

- Разработка алгоритма управления

- Разработка программы работы установки

- Расчёт экономической эффективности.

- Разработка мероприятий по технике безопасности и пожарной безопасности.

2. Разработка участка

2.1 Разработка технологического процесса

В новом техпроцессе работу, выполнявшуюся раннее сварщиком выполняет Устройство набора и установки грузиков, а так же сварочный робот.

а) Передать балансируемый узел на рабочее место сварки. Узел поступает на сварку в автоматическом цикле.

б) Установить узел в удобное для сварки положение. Узел становится в вертикальное положение в автоматическом цикле.

в) Отсчитать балансировочные грузики поз.2, 3,4 из отсеков бункера в различных сочетаниях по сигналам светового табло балансировочного станка. Допустимый дисбаланс 1 кг·см , дисбаланс устранить приваркой необходимого количества грузиков массой 60, 90, 180 грамм. Грузики отсчитываются в автоматическом цикле.

г) Уложить балансировочные грузики по диаметру барабана грузик на грузик. Грузики устанавливаются на барабан в автоматическом цикле.

д) Приварить грузики к ступице с тормозным барабаном электродуговой сваркой в среде СО2 электрозаклепочным швом по Ш 15 мм по ГОСТ14776-79-УП-Н5 (допускается вогнутость шва до 2мм) и по необходимости другими типами швов по ГОСТ 14771-76 -УП в различных сочетаниях:

1) 3 грузика по 180 грамм плюс 3 грузика по 90 грамм;

2) 2 грузика по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

3) 1 грузик по 180 грамм плюс 2 грузика по 90 грамм;

4) 1 грузик по 180 грамм плюс 1 грузика по 90 грамм плюс 1 грузик по 60 грамм;

5) 3 грузика по 90 грамм плюс 3 грузика по 60 грамм;

6) грузиков по 90 грамм и т.д. в различных сочетаниях.

е) Грузики привариваются промышленным роботом в автоматическом цикле.

ж) Опустить узел для транспортировки. Опускание производится в автоматическом режиме.

з) Отправить узел на следующую операцию. Отправка узла происходит в автоматическом режиме.

2.2 Разработка устройства набора грузиков

В кабине сварщика находятся тары с маленькими и большими грузиками. При устранении дисбаланса сварщик по показаниям табло набирает необходимый набор грузиков из тар с грузиками. Берет их в руки и раскладывает по ободу тормозного барабана. Затем берет в руки сварочную горелку и приваривает. Нам в дипломном проекте необходимо автоматизировать работу сварщика. Для автоматизации набора и установки грузиков необходимо разработать устройство для набора и установки грузиков. Общий вид механизма набора грузиков показан на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.01.00 ВО.

Маленькие и большие грузики находятся в таре с маленькими и большими грузиками соответственно. Внизу тары не имеется днища, а устанавливается толкатель грузиков. Толкатель грузиков выдвигается вперед на роликах, двигаясь по направляющим роликов, выталкивая грузик из тары. Доходя до конечной точки направляющих роликов грузик выходит за пределы тары и следующий по порядку грузик падает с тары на его место, тем самым не давая грузику вернуться в тару при движении толкателя в обратном направлении и грузик падает в каретку. Толкатели грузиков приводятся в действие пневмоцилиндрами.

Грузики на обод устанавливаются в трех местах, поэтому каретка имеет три секции, в которые поочередно накладываются грузики, каретка движется на роликах, которые двигаются по направляющим. Каретка приводится в движение двумя пневмоцилиндрами. Когда оба пневмоцилиндра втянуты каретка находится в крайнем левом положении и грузики падают в правую секцию. Когда первый пневмоцилиндр втянут, а второй вытянут каретка перемещается в среднее положение. Грузики падают в среднюю секцию каретки. Если оба пневмоцилиндры каретки вытянуты, каретка находится в крайнем правом положении и грузики падают в левую секцию каретки.

Когда необходимый набор грузиков помещен в каретку, контейнер, а вместе с ним и каретка с направляющими и пневмоцилиндры каретки, выдвигается вперед. Контейнер движется на роликах по направляющим. Контейнер приводится в действие пневмоцилиндром.

Когда контейнер с необходимым набором грузиков выдвинут вперед, грузики необходимо взять из контейнера, для этой цели используется манипулятор, состоящий из пневмоцилиндра с захватным устройством. Захватное устройство представляет электромагнит и переходную пластину. Манипулятор захватывает набор грузиков, контейнер задвигается в исходное положение. Затем манипулятор опускает грузики на обод тормозного барабана. Грузики на тормозном барабане должны быть зафиксированы, для этой цели применяем электромагнит, который при помощи пневмоцилиндра заводится во внутреннюю полость тормозного барабана и, включаясь, притягивает грузики к барабану до окончания процесса сварки во избежании перемещения грузиков. Когда грузики зафиксированы на барабане, электромагнит манипулятора отключается и манипулятор поднимается в исходное положение.

2.3 Выбор оборудования

Обоснование выбора и описание технических средств автоматизации. При выборе производителя технических средств автоматизации необходимо руководствоваться следующими основными принципами, предъявляемые к средствам автоматизации:

- надёжность средств автоматизации;

- простота обслуживания;

- опыт работы на российском рынке фирмы - производителя;

- поддержка различных протоколов передачи данных;

Для выполнения приварки грузиков нам необходим промышленный робот. [2] Технические характеристики промышленного робота Irb 140 приведены в таблице 3. Промышленный робот при сварке перемещает при сварке горелку сварочного полуавтомата Super synergic 600 pulse R.A. [3] Технические характеристики сварочного полуавтомата Super synergic 600 pulse R.A приведены в таблице 4.

IRB 140 - компактный и эффективный промышленный робот с шестью степенями свободы, способный работать с загрузкой до 5 кг при большом рабочем пространстве (810 мм). Возможны разные способы установки: напольное, настенное, потолочное. Выпускается в разных исполнениях: стандартном, для литейных производств, «чистая комната» и с возможностью мойки. Весь манипулятор соответствует степени защиты IP67, что облегчает применение IRB 140 в самых различных областях. Робот имеет уникально расширенный радиус рабочей зоны благодаря загибающемуся назад механизму плеча и возможности поворотов по 1-ой оси на углы до 360° даже при потолочном креплении.

Компактный прочный дизайн со скрытой кабельной разводкой дополняет внешнюю гибкость. А опция защиты от столкновений с полным отведением делает робот надежным и безопасным.

Если в процессе преимущественно используются 1-я и 2-я оси, то использование IRB 140T существенно сокращает время цикла. Если применяются перемещения только по двум данным осям, до удается увеличивать производительность на 15-20%. Более скоростная версия хорошо подходит для процессов укладки при управлении системой PickMaster.

Версии IRB Foundry Plus и Wash применимы в экстремальной среде литьевых процессов и прочих приложениях с агрессивной окружающей средой, где требуется повышенная коррозийная стойкость и герметичность. Замечательный поверхностный доступ вместе со степенью защиты IP67 делает возможным мойку робота паром высокого давления. Роботы белого цвета в исполнении «чистая комната» принадлежат к классу 10 соответствующего регламентирующего соглашения, что делает их особенно применимыми в обстановке строжайших стандартов чистоты.

Основные преимущества:

-Надежный - Длительный период безотказной работы. С 1999 года, когда IRB 140 был успешно внедрен на рынок, и по сей день он известен как робот с длительным периодом безотказной работы.

-Быстрый - Короткое время цикла. Самый быстрый робот в своем классе, время цикла IRB 140 значительно уменьшено благодаря сочетанию высоких скоростей и ускорений с уникальной системой контроля движения компании АББ - QuickMove.

-Точный - Постоянное качество работы. Потрясающая характеристика позиционной повторяемости (± 0.03 мм) и отличная точность следования по заданному пути.

-Мощный - Максимальное использование. Комбинация грузоподъемности в 5 кг и радиусу действия 810 мм делает этот робот лучшим в своем классе.

-Выносливый - Работает в тяжелых условиях. Доступен в Страндартной, Foundry Plus, Clean Room (Класс 10) и Wash версиях, все механические части манипулятора имеют класс защиты IP 67.

Таблица 3 Технические характеристики промышленного робота

Параметр

Значение

Спецификация

Версии робота

Грузоподъемность, кг

Вылет 5-ой оси, мм

Примечания

Irb 140/irb 140t

5

810

Irb 140f/irb 140tf

5

810

Для литейных производств

Irb 140cr/ irb 140tcr

5

810

«Чистая комната»

Irb 140w/ irb 140tw

5

810

С защитой для мойки

Продолжение таблицы 3

Параметр

Значение

Дополнительная нагрузка плеча, кг

1

Дополнительная нагрузка запястья, кг

0.5

Число степеней подвижности

Манипулятор робота

6

Внешние устройства

6

Внешние сигналы

12 сигналов на плече

Сжатый воздух, бар

Макс. 8 на плече

Производительность

Стабильность позиционирования, мм

0.03 (средний результат в соответствии с тестом ISO)

Движение по осям

Ось

Рабочий диапазон

1,C Вращение, градусы

360

2,B Рука, градусы

200

3,A Рука, градусы

208

4,D Запястье, градусы

Неограниченно (400 по умолчанию)

5,E Сгибание, градусы

240

6,P Поворот, градусы

Неограниченно

(800 по умолчанию)

Макс. Скорость инструмента, м/с

2.5

Макс. ускорение инструмента, м/с2

20

Ном. Скорость инструмента, м/с

2.3

Время ускорения от 0 до 1 м/с, с

0.15

Скорость

Ось

Угловая скорость

Продолжение таблицы 3

Параметр

значение

1, градусы/с

200

2, градусы/с

200

3, градусы/с

260

4, градусы/с

360

5, градусы/с

360

6 , градусы/с

450

Время Цикла

Цикл перемещения 5 кг объекта

25*300*25 мм, с

0.85

Электрические соединения

Напряжение питания, В при 50-60 Гц

200-600

Номинальная мощность

Номинал трансформатора, кВА

4.5

Типичная потребляемая мощность, кВт

0.4

Физические Параметры

Крепление робота

Любой угол

Габариты

Основание робота, мм

400*450

Контроллер робота В*Ш*Г, мм

950*800*620

Масса

Манипулятор робота, кг

98

Окружающая Среда

Внешняя температура для манипулятора робота, °С

5 - 45

Окончание таблицы 3

Параметр

Значение

Степень защиты манипулятора

IP67

Мойка

Паром высокого давления

« Чистая комната »

Класс 10(Федеральный стандарт)/Класс 4 (ISO)

Макс уровень шума, дБ

70

Излучение

ЭМС/ЭМП-экранирование

Сварочный полуавтомат Super synergic 600 pulse R.A.

Трехфазные передвижные сварочные полуавтоматы с водяным охлаждением для непрерывной сварки самозащитной порошковой проволокой (без газа), непрерывной и импульсной сварки типа PULSED MIG-MAG, а также TIG и MMA сварки.

- комплектуются блоком подачи проволоки с 4-роликовым подающим механизмом

- рекомендованы к промышленному применению

- возможно использование с широким диапазоном материалов, таких как сталь, нержавеющая сталь и алюминий

- поставляется с принадлежностями для сварки типа MIG-MAG

- микропроцессорное управление

- 38 заданных программ сварки

- память на 27 индивидуальных программ сварки

- регулировка времени подачи газа после выключения тока, спада сварочного тока, начальной скорости подачи проволоки, продолжительности плавления проволоки.

Таблица 4 Технические характеристики полуавтомата сварочного

Параметр

Значение

Напряжение питания, В

1x220

Напряжение питания 2, В

3x380

Мощность при нагрузке 60%, кВт

18

Максимальная мощность, кВт

25

Сварочный ток min, A

5

Сварочный ток max, A

600

Нагрузка в % от максимальной

40

Сварочный ток при нагрузке в % от максимального

500

Максимальный ток при нагрузке 60%

410

Диаметр проволоки, газ , min, Al

0.8

Диаметр проволоки, газ , max, Al

1.6

Диаметр проволоки, без газа , min

0.6

Диаметр проволоки, без газа , max

1.6

Длина, мм

1000

Ширина, мм

590

Высота, мм

1580

Масса, кг

216

- выбор между 2-, 4-тактным режимами работы или режимом сварки точками в зависимости от свариваемого материала

- термозащита, защита от перегрузок тока, повышенного и пониженного напряжения, отсутствия фазы автоматический

- тест-контроль всех функций при запуске

2.4 Планировка участка

Установка балансировки тормозных барабанов со ступицей в сборе входит в состав автоматической линии MORANDO. Сразу за установкой находится кабина сварщика, где происходит устранение дисбаланса. В данном дипломном проекте мы оставляем ту же кабину сварщика, заменяя сварщика на промышленного робота и устанавливаем туда же устройство набора грузиков. Общий вид установки показан на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.00.00 ВО.

3. Разработка системы управления установкой

3.1 Построение структурной схемы системы управления

Взаимодействие сварочного робота, устройства набора грузиков, транспортов, балансировочной установки обеспечивает контроллер OMRON CJ1M [4]. Структурная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.00.00 Э1.

Система управления состоит из контроллера, входного модуля и выходного модуля. Сигналы с датчиков поступают на входной модуль, обрабатываются в процессорном модули и в соответствии с программной через выходной модуль передаются сигналы исполнительные механизмы. Сигналы от датчиков поступают в модули дискретного ввода CJ1W-ID211. Сигналы от датчиков контролируемых параметров сначала проходят через MUB, где происходит преобразование сигнала тока 20 мА в сигнал напряжения 1-5 В. Затем он поступает на мультиплексорный модуль ввода ААМ 12T.

В модулях ввода сигналы масштабируются и по шине RIO передаются в процессоры станции управления участком. Процессоры обрабатывает сигналы по алгоритму, заданному в соответствии с технологической схемой управления. Для регулируемых параметров в процессоре рассчитывается величина управляющего воздействия, которая после проверки на пределы передается в модуль вывода CJ1W-OD211, затем на исполнительные механизмы.

3.2 Разработка функциональной схемы системы управления

Функциональная схема является основным проектным документом, определяющим структуру и уровень автоматизации технологического процесса, проектируемого объекта и оснащение его приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема представляет собой чертеж, на котором при помощи условных изображений показывают технологическое оборудование, органы управления, приборы и средства автоматизации, и другие агрегатные комплексы с указанием связи между приборами и средствами автоматизации.

Функциональная схема автоматизации разрабатывается на основе действующих инструкций и технологического регламента, заказной спецификации на приборы и средства автоматизации, контроллера и сигналов ввода/вывода, соблюдая нормы и требования, предъявляемых к проектированию функциональных схем. Проанализировав технологический процесс, устанавливаются параметры контроля, регулирования, сигнализации и блокировки.

Функциональная схема объединяет одинаковые функции системы в модули. Глобально система состоит из трёх модулей: ввод, обработка, вывод.

Для реализации системы детализирую их.

Перечень модулей:

- Входной модуль контроллера. На вход его поступают сигналы с датчиков с различными электрическими уровнями. Здесь они преобразуются в унифицированные значения тока и напряжения необходимые для подачи на вход следующего модуля. Этот модуль реализуется аппаратно;

- модуль гальванической развязки сигналов. Является аппаратным модулем. Применяются оптроны. Выполняет две функции: защищает от помех микропроцессорную систему и формирует на выходе сигнал ТТЛ уровня;

- модуль связи с контроллером робота. Реализован аппаратно. Предназначается для коммутации контроллера с контроллером робота;

- модуль ввода данных - программный модуль выполняет чтение данных из модулей, запись в память;

Функциональная схема системы управления показана на чертеже ДП 1.22030165.17.11.29.00.00 Д2. Модули разделяются на программные и аппаратные. Существуют функции, которые выполняются или только программно, или только аппаратно. Проблемы разделения не существует. Существуют функции, которые могут быть выполнены альтернативным путем. Они могут быть выполнены программно, аппаратно либо программно-аппаратно. При выборе реализации функций используют следующие критерии:

- качество исполнения данной функции (точность, надежность и т.д.);

- стоимость реализации функции.

Вопросы качества либо рассчитываются, либо определяются методом эксперимента. Наиболее дешевый способ реализации функции - это программный. Поэтому всё, что можно сделать программным путём, необходимо реализовать в программе.

Делись добром ;)