6.3.6. Побудова структури одного модуля
Хоча механотронная система й складається із систем меншої розмірності, але збирати ми їх будемо з окремих пристроїв, агрегатів, пристосувань і інших технічних засобів, які системами не є, але їх можна знайти в каталогах випускається продукции, що. Наступний крок на шляху від постановки завдання до практичного використання її рішення - підбор пристроїв і їхнє об'єднання в модульні станції. Цей процес деталізації окремої дії за певними правилами поступово наповнює схему дії технічним змістом (мал. 6.35 - 6.39).
Не забуваємо, що ми розробляємо таку технічну систему, що:
складається з виконавчих пристроїв із циклічним алгоритмом роботи а) виконати дія «X», б) підготуватися до повторного виконання дії «X»;
діє по заданому алгоритмі, найчастіше - відповідно до технологічного або експлуатаційного циклу.
При підборі встаткування (у тому числі - проектуванні нестандартних елементів) ураховуємо їхні властивості й особливості. Це дозволить не використовувати зайвого встаткування й будувати систему під конкретний проект, звівши до мінімуму завдання мінімізації состава й тестування поводження системи. Найбільш очевидні з особливостей наведені нижче.
Виконавчі пристрої й приводи: широкий розкид часу виконання дій; наявність альтернативних фізичних процесів і технологічних операцій; порівнянна тривалість перехідних і стаціонарних станів; неявне виконання логічних функцій пристроями й приводами; сполучення функцій обробки інформації й керування в устройст вах.
Циклічність: циклічність дій кожного привода й виконавчого пристрою; циклічність як наслідок періодичного випуску продукції; циклічність як критерій необхідних переходів при побудові технологічного процесу.
Система: «непереинсталлируемость» енергоємних си стем; заміна завдання структурного синтезу на структурну модернізацію; фізична різнорідність елементного состава; асинхронность приводів і пристроїв, викликана технологічним процесом.
Як приклад переходу від однієї функції (виділеної в модульній станції), до техніки, що виконує цю функцію, розглянемо третю молекулу модульної станції №3 - схват маніпулятори.
Він забезпечує виконання дій: захват продукту, утримання продукту під час переміщення від однієї позиції до іншої позиції, відпускання продукту. Крім властиво виконавчого привода кожний агрегат або молекула оснащені сенсорами, датчиками положення (герконами), що управляє контролером і електропневматичними засобами керування - розподільними клапанами.
При деталізації функції або дії, вибираються засоби контролю за виконанням (сенсори, датчики, реле) і настроювання параметрів (тиск, швидкість і ін.). Для обраних виконавчих пристроїв (привод, фіксатор, мотор) підбираються засоби включення й вимикання (реле, клапан, регулятор). При цьому ми переходимо від дії в технологічному процесі (мал. 6.36а) до елементарних функцій, з яких дія складається (мал. 6.366), і до груп технічних засобів, які елементарні функції виконують (мал. б.Збв). При формуванні состава модулів розглядаємо весь цикл їхньої роботи - виконання основної дії - виконання зворотної дії - повторення основної дії. Якщо технолог визначив дію як захват продукції, то він задав і зусилля втримання. Фахівець із автоматизації запропонував використовувати пневматичний схват (циліндр + важільний механізм).
Спочатку розглядаємо пряме (основне) дія. Дія «утримання» займе позицію «i» на дузі (мал. 6.36а). Перша група поки залишиться незаповненої, на ній лежить зв'язок з роботою інших модулів. Пневматичний циліндр увійде в групу 2 - виконавчих пристроїв і регулюючої апаратури мал. 6.366. Оскільки хід привода обмежений твердою перешкодою -продуктом, виберемо циліндр, оснащений дроселем зі зворотним клапаном. У цю же групу ввійде редукційний клапан, для настроювання зусилля втримання. Формування 3-й групи на цьому етапі тільки починається - розподільний клапан - для керування циліндром, увійде в групу 3. У групу 4 увійде реле тиску, по його сигналі система довідається, що заготівля зафіксована.
Потім розглядаємо другу дію модуля (відпускання продукту) і уточнюємо состав груп.
Група 1. Залишається без змін.
Група 2. Особливих вимог до відпускання продукції ні, тому додаткові засоби настроювання параметрів відсутні. Щоб уникнути удару при відпусканні схвата, вибираємо циліндр із демпфером.
Група 3. Для виконання зворотного ходу циліндра уточнюємо тип розподільного клапана - 5/2 з моностабильным керуванням. З огляду на специфіку дії схвата, клапан підключаємо так, що по сигналі команди він відпускає продукцію, при відсутності (або зникненні) сигналу продукція 1 утримується.
Група 4. Для контролю повернення схвата у вихідний стан застосуємо кінцевий вимикач, якщо вдасться підібрати циліндр із магнітним кільцем на поршні, те замінимо вимикач на геркон.
Попередня конфігурація модуля визначена (мал. 6.37). Оскільки застосовано клапан 5/2 з моностабильным керуванням, то сигнал керуючої команди основної дії прийнятий рівним інверсії сигналу команди зворотної дії. До остаточного виду не вистачає схеми керування, що задає взаємодія із системою. Формування структури молекул супроводжується «прогоном» схеми по всіх дугах розгорнутого циклу роботи (мал. 6.35).
Перевіряється відповідність основній і зворотній дії виконавчих пристроїв і приводів.
Перевіряються й уточнюються засоби контролю за виконанням дій.
Перевіряється погодженість керуючих пристроїв і виконавчих пристроїв. Перевіряється відповідність типу керуючих пристроїв складеним логічним вираженням (число позицій, бистабильный, моностабильный, число входів і виходів і ін.).
Перевіряється забезпеченість логічних виражень сигналами стану інших модулів і їхня відповідність за рівнем, виду й типу енергоносія (пневматичні, гідравлічні, електричні, дискретні, імпульсні, аналогові й ін.).
Доповнюється модуль перетворювачами сигналів від датчиків і сенсорів відповідно до вимог інших модулів.
Аналізується здатність модуля до збереження свого стану під час продовження техпроцесса (установка керованих зворотних клапанів у гідросистемі, відключення сигналів команд для бистабильных пристроїв і ін.).
Доповнюємо чотири структурні групи молекули (мал. 6.36). Група «Датчики й сенсори» - (1) входи контролера (мал. 6.38). Група «Виконавчий пристрій» - (6) привод, (5) демпфер, (10) дросель, (13) редукційний клапан. Група «Керування» - (2) логіка керування, (11) розподільний клапан, (12) моностабильное керування. Група «Контроль» - (3) реле тиску, (4) магнітне кільце, (7) геркон, (8) виходи модуля, (9) кінцевий вимикач.
У відповідності зі схемою програється робота модуля в робочих і позаштатних ситуаціях - при втраті сигналу команди, при відсутності сигналу контролю, при перериванні виконання дії й інших, типових для застосованих технічних засобів і виконуваних ними дій.
Наприклад, можлива поява сигналу від реле тиску, якщо заготівля відсутня або її розмір не відповідає пристосуванню схвата, а він зробив повний хід. Тоді привод зробить повний хід і тиск досягне рівня, установленого в реле. Для дозволу цієї невідповідності пропонується контролювати тиск за умови, що привод не зробив повний хід. Для контролю втримання продукту вводимо геркон і логічну функцію інверсії від його сигналу для контролю не кінцевого положення. Сигнал стану молекули обчислюється по функції х3 = х3р * x3s. Оскільки застосовано варіант клапана з електричним керуванням, вносимо вимоги по виду сигналу до модулів 3, 4 і 13, сигнали яких використовуються в команді керування y3<=x13*x4+x3*x13*x4. Обидва сигнали стану отримані у вигляді електричного дискретного виходу. Якщо по вимогах інших модулів необхідні інші варіанти сигналу, то внесемо відповідні перетворювачі: електрогідравлічні, електропневматичні, або встановимо пневматичні датчики тиску й положення.
Переходимо до побудови монтажних схем, схем керування й складанню алгоритмів програм для контролерів. Схеми можуть бути побудовані для окремих «молекул» із вказівкою зв'язків між ними, з'єднань із контролерами, з'єднань із енергетичним рівнем.
Электрорелейные, гідравлічні, пневматичні схеми або алгоритми керуючих програм заміняють блоки реалізації логіки (мал. 6.38, позиції 2 і 8). Для інформаційних входів і виходів (позиції 1 і 14) вказується комутація із входами й виходами PLC і інших «молекул». Для входів і виходів енергетичних потоків (позиції 15 і «+») вказується з'єднання з агрегатами енергетичного рівня. Вносяться зміни в схему, уточнюється комутація суміжних «молекул», контролерів, енергетичних агрегатів.
Для схвата, перехід від сигналів датчиків тиску й положення до сигналів виходів, реалізований за допомогою электрорелейной схеми (мал. 6.396). Якщо керування здійснюється за допомогою контролера, то формування сигналу входу представляється шаблоном для алгоритму керуючої програми (мал. 6.39в).
Інформація для комутації входів і виходів контролера із входами й виходами пристроїв контролю й керування заноситься в ALLOCATION LIST проекту. На схемі виконавчого пристрою вказуються з'єднання з виходами енергетичного рівня, наприклад, пневмосистемы (Р 3-3: 6,0 Мпа) і електричних джерел постійного струму (+, -).
Одержавши перелік устаткування у відповідності зі схемою, можемо звернутися до каталогів фірм-виробників або заглянути в наявні на складі запаси. Тип устаткування нам відомий, параметри порахуємо відповідно до технічного завдання (зусилля, тиск, хід, швидкість, напруга й інші). Можемо оформити замовлення на придбання стандартних пристроїв, почати проектувати нестандартні елементи й перейти до складання алгоритму керуючої програми.