31.Автоматизированные системы проектирования технологического оснащения. Прикладные пакеты сапр тп.

Для автоматизированного проектирования технологической оснастки эффективно применение системы TECHCARD как в технологических подразделениях и технических отделах крупных предприятий, так и в небольших организациях, производящих технологическую подготовку производства с применением автономных персональных компьютеров и локальных сетей.

Относительная простота, доступность и гибкость системы в сочетании с мощным интерфейсом позволяют удовлетворять самые разнообразные требования пользователей:

• создание новых и редактирование имеющихся форм бланков ТД;

• включение в состав одного бланка текста и графических изображений;

• ввод в технологическую карту данных с клавиатуры или из базы данных;

• управление оформлением и выводом на печать документов;

• сопровождение базы данных для различных видов производств с возможностью графической иллюстрации классификаторов, справочников и т. п.;

• создание и сопровождение технологических таблиц и формул для их последующего использования при проектировании ТП;

• создание графических библиотек типовых элементов, стандартных нормализованных деталей с обеспечение редактирования любых текстов полей из базы данных;

• проектирование ТП обработки деталей в диалоговом режиме с использованием базы данных, формул и таблиц;

• оперативная настройка вида и состава комплекта ТД для различных видов производств;

• взаимосвязь с системой ведения архива конструкторской документации SEARCH для организации и ведения архива технологических документов;

• взаимосвязь с системой разработки конструкторской документации CADMECH для проектирования и оформления операционных эскизов и карт наладок.

Изучение и освоение системы TECHCARD позволит будущим специалистам повысить общий уровень подготовки и быстрее включиться в рабочий процесс на предприятии, куда они пойдут работать после окончания университета.

Помимо типовых технологических процессов можно использовать типовые фрагменты, представляющие собой наборы операций и переходов с оснасткой (например, для обработки типового фрагмента операция "Сверлильная" с переходами: центрировать отверстие, сверлить отверстие под резьбу, зенковать фаску, нарезать резьбу).

В системе TECHCARD можно как самостоятельно создавать новые типовые ТП и фрагменты, так и использовать базовые, поставляемые в составе системы. Типовые процессы и фрагменты создаются точно так же, как и обычные ТП (с помощью ПРОЕКТ-ТП), но для типовых процессов не требуется вводить конкретные размеры в тексты переходов

32. Роботы и робототехнологические комплексы в производстве РЭС, варианты компоновки. Рабочие зоны роботов–манипуляторов, технические характеристики. Автоматизированное технологическое оснащение и промышленные роботы в составе РТК и ГПМ. Приводы промышленных роботов и расчет усилий приводов. Захватные устройства роботов-манипуляторов.

. Роботы и робототехнологические комплексы в производстве РЭС, варианты компоновки. Рабочие зоны роботов–манипуляторов, технические характеристики.

Переход от автоматизированных поточных линий к качественно новому уровню автоматизации — автоматическим производственным системам, работающим с минимальным участием человека, осуществляется путем использования роботов. Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, обеспечить быструю переналадку автоматический линий, что является предпосылками создания гибкого автоматического производства.

В настоящее время под роботом понимают автоматический манипулятор с программным управлением. В зависимости от участия человека в процессе управления роботами их подразделяют на биотехнические, автономные, полуавтоматические и автоматические. К биотехническим относятся дистанционно управляемые роботы, копирующие движения человека и имеющие средства обратной связи. Автономный робот может длительно работать без участия человека. Полуавтоматический робот характеризуется сочетанием ручного и автоматического управления. Он снабжен устройством управления для вмешательства человека в процесс автономного функционирования путем сообщения дополнительной информации или последовательности действий. Структурная схема промышленного робота (ПР) включает ряд систем устройство: механическую, приводов, управления, связи с оператором, информационную, а также операционное. Механическую систему выполняют, как правило, в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности. Привод обеспечивает силовое воздействие на соответствующий механизм, осуществляющий заданное перемещение. Система управления координирует движение рабочих органов манипулятора, осуществляет прием сигналов от датчиков внешней информации и использует их для выбора подпрограммы работы ПР. Приведем основные технические показатели роботов.

1. Число степеней подвижности — сумма возможных координационных движений объекта манипулирования относительно опорной системы. Простые роботы-манипуляторы имеют  две степени подвижности, сложные — шесть.

2. Грузоподъемность руки — наибольшая масса груза, перемещаемого при заданных условиях, например скорости и т. д. ПР подразделяются на сверхлегкие (до 1 кг), легкие (1—10 кг), средние (10—200 кг), тяжелые (200—1000 кг).

3. Рабочая зона — пространство, в котором при работе может находиться рука манипулятора.

4. Погрешность позиционирования — отклонение заданной позиции исполнительного механизма от фактической при многократном повторении:

где ΔXi — отклонение координаты; k — количество повторений. ПР с малой точностью позиционирования и погрешностью более 1,0 мм способны выполнять транспортные операции, операции окраски, конструкционной сварки. Средняя точность позиционирования 0,1—1,0 мм при скоростях перемещений 0,5—1,0 м/с в основном удовлетворяет требованиям, предъявляемым к обслуживанию различных видов технологического оборудования. ПР с высокой точностью позиционирования (менее 0,1 мм) используют для выполнения сборочных работ.

5. Скорость перемещения конечного звена манипулятора, которая определяет быстродействие. Малое быстродействие при скорости перемещения до 0,5 м/с характерно для гидравлических ПР средней и большой грузоподъемности. Среднее быстродействие (до 1,0 м/с) соответствует средней скорости движения руки человека и основной массе ПР, используемых для автоматизации производственных процессов. Высокое быстродействие (более 1,0 м/с) используется для ограниченного типоразмера роботов вследствие значительных механических трудностей их создания и эксплуатации.

6. Системы управления ПР подразделяются на цикловые, позиционные, контурные и комбинированные. При цикловом управлении программируются последовательность движений и интервалы времени между циклами. Информация о положении исполнительных механизмов ПР задается для крайних положений рабочих органов по каждой из координат. Позиционное управление позволяет программировать независимые перемещения по осям координат в произвольные точки рабочей зоны манипулятора. Здесь движение каждой степени подвижности осуществляется в виде конечной последовательности позиций, заданных программой, с дискретной отработкой движений. При контурном управлении рабочие органы манипулятора перемещаются по заданной программой траектории в пределах рабочей зоны. Комбинированное управление объединяет возможности позиционного и контурного управления.

Эффективность работы ПР во многом определяется конструкцией захватного устройства (ЗУ). К нему предъявляются следующие требования: простота конструкции, надежность, неизменность положения заготовки при ее транспортировании, минимальное время обработки, достаточное усилие, исключение повреждения изделий. ЗУ делятся на механические, вакуумные, пневматические, магнитные, электромагнитные и др.

Применение ПР в производстве вносит определенные требования при проектировании робототехнологических комплексов (РТК), включающих робот или группу роботов, станок, агрегат или группу однотипного технологического оборудования. При организации РТК выделяют активную рабочую зону и несколько вспомогательных зон, связанных с подачей и удалением заготовок и изделий, обслуживанием робота.

Автоматизированное технологическое оснащение и промышленные роботы в составе РТК и ГПМ.

ГПМ (гибкий производственный модуль) представляет собой единицу технологического оборудования с программным управлением для производства изделий произвольной номенклатуры в установленных пределах значений их характеристик, автономно функционирующую, автоматически осуществляющую все функции, связанные с изготовлением изделий, и имеющую возможность встраивания в ГПС.

Под РТК понимается совокупность единицы технологического оборудования, ПР и средств оснащения, автономно функционирующих и осуществляющих многократные циклы.

Главная идея роботизированного технологического комплекса заключается в том, что промышленный робот должен использоваться в сочетании с определенным технологическим оборудованием, как, например, пресс, металлорежущий станок, сварочная установка, установка для нанесения покрытий и т.д., и предназначен для выполнения одной или нескольких конкретных технологических операций. Применение промышленных роботов можно подразделить на выполнение роботами непосредственно основных технологических операций, и выполнение вспомогательных операций по обслуживанию основного технологического оборудования. К первым относится автоматическое выполнение роботами процессов сварки, сборки, окраски, нанесения покрытий, пайки, проведение контрольных операций, упаковки, транспортирования и складирования. Ко второй категории относится автоматизация с помощью роботов процессов механической обработки (обслуживания различных металлорежущих станков, шлифовальных и протяжных станков), прессов холодной и горячей штамповки, кузнечного и литейного оборудования, установок для термообработки, а также загрузки-разгрузки полуавтоматов дуговой сварки и контактных сварочных машин, при автоматизации операций сборки.

В настоящее время под роботом понимают автоматический манипулятор с программным управлением. В зависимости от участия человека в процессе управления роботами их подразделяют на биотехнические, автономные, полуавтоматические и автоматические. К биотехническим относятся дистанционно управляемые роботы, копирующие движения человека и имеющие средства обратной связи. Автономный робот может длительно работать без участия человека. Полуавтоматический робот характеризуется сочетанием ручного и автоматического управления. Он снабжен устройством управления для вмешательства человека в процесс автономного функционирования путем сообщения дополнительной информации или последовательности действий.

Роботы первого поколения (программные роботы) имеют жесткую (как правило цикловую) программу действий и элементарную обратную связь с окружающей средой или не имеют ее.

Роботы второго поколения (адаптивные роботы) обладают координацией движений с восприятием. Они пригодны для малоквалифицированного труда при изготовлении изделий. Программа работы робота требует для реализации движений управляющей ЭВМ и программного обеспечения для обработки сенсорной информации и выработки управляющих воздействий.

Роботы третьего поколения обладают способностью к обучению и адаптации в процессе решения производственных задач и способны вести диалог с человеком, формировать модель внешней среды, распознавать и анализировать сложные ситуации.

Эффективность работы ПР во многом определяется конструкцией захватного устройства (ЗУ). К нему предъявляются следующие требования: простота конструкции, надежность, неизменность положения заготовки при ее транспортировании, минимальное время обработки, достаточное усилие, исключение повреждения изделий. ЗУ делятся на механические, вакуумные, пневматические, магнитные, электромагнитные и др.

РТК в общем случае включает: автоматическое технологическое оборудование (автоматы); робототехническое транспортное оборудование (роботы-манипуляторы, траспортные роботы и др.); автоматические загрузочные и разгрузочные устройства; управляющие устройства (пульты управления, микроЭВМ). При компоновке РТК возможные два варианта:

1) ПР встраивается в существующую технологическую линию, когда требуется большая универсальность робота и наличие у него элементов адаптации;

2) ПР проектируется как составная часть сборочного технологического оборудования.

Второй вариант наиболее рационален и перспективен, поскольку позволяет в максимальной степени использовать преимущества модульного принципа построения ПР. При этом варианте оборудование может располагаться вокруг ПР или устанавливаться в линию.

Рис. 16.15. Компоновка РТК по дуге окружности (а) и по линейке оборудования (б)

Компоновка РТК по дуге окружности (рис.16.15, а) предусматривает расстановку оборудования 1, 2, 3 по дуге, описываемой захватом робота 4. Такая компоновка применяется для выполнения последовательных технологических операций: лужения, отмывки, рихтовки, гибки, контроля параметров ЭРЭ.

Компоновка РТК  по линейке (рис. 16.15, б) предусматривает размещение оборудования в линию, а робот должен быть снабжен модулем перемещения между транспортными конвейерами 5. Транспортные операции перемещения сборочных единиц по позициям сборки реализуются с помощью транспортного робота, а операции загрузки и разгрузки отдельных видов технологического оборудования — с помощью роботов-манипуляторов.

Приводы промышленных роботов

Исполнительные элементы являются одним из последних звеньев в системах автоматического регулирования и обычно используются для управления (через механические передачи) органами регулирования. В исполнительный элемент входит серводвигатель и источники питания. В зависимости от вида серводвигателя исполнительные элементы делят на электрические, механичекие, гидравлические, пневматические. По конструктивному признаку различают серводвигатели поршневые с поступательным и вращательным движением поршня, электромагнитные, мембранные, электромоторные и комбинированные. Основными показателями серводвигателей, характеризующими их регулирующую способность, является их коэффициент усиления по мощности, а также частота вращения, развиваемое усилие, линейное или угловое перемещение на их выходе. Требования к исполнительным элементам заключаются в следующем:

1 – мощность серводвигателя при всех режимах должна обеспечивать перестановку регулирующего органа с заданной скоростью;

2 – линейное или угловое перемещение на выходе должно быть согласовано с соответствующим перемещением регулирующего органа;

3 – характеристика серводвигателя должна быть пропорциональной входному сигналу;

4 – отношение кинетической энергии движущихся частей к мощности серводвигателя должно быть минимальным.

Линейные шаговые двигатели. Принцип их работы, устройство и характеристики

Координатные системы, реализующие перемещения объекта обработки по нескольким координатам одновременно без кинематических элементов, преобразования вращательного движения в поступательное, строятся на основе линейных шаговых двигателей (ЛШД).

ЛШД представляют собой ШД с развернутыми подвижной и неподвижной частями. Один из вариантов ЛШД (рисунок 4.25) содержит якорь, состоящий из двух жестко закрепленных электромагнитных модулей А и В, и безобмоточный зубчатый пассивный статор, выполненный из магнитомягкого материала.

Каждый из модулей А и В состоит из двух П–образных магнитопроводов, объединенных постоянным магнитом. Зубцовые зоны полюсов каждого магнитопровода ориентированы относительно зубцов статора со взаимным линейным сдвигом в половину зубцового деления τ_z.. Обмотки управления охватывают соседние полюсы А2, А3 и соответственно В2, В3 модулей А и В. Электромагнитные модули якоря ЛШД расположены со взаимным линейным сдвигом, равным 4/zzkττ+, где k=0,1,2….выбирается из конструктивных соображений

Якорь расположен над статором с зазором δ. Движение якоря с шагом 4/zxτ=Δ осуществляется разнополярной коммутацией обмоток А и В аналогично активному ШД вращательного типа. Порядок коммутации определяет на-правление движения.

ЛШД обеспечивает линейные перемещения по одной координате перпендикулярно линиям нарезки зубцов статора. Для обеспечения перемещения координатного стола в плоскости конструктивно объединяются по меньшей мере три ЛШД: один – по одной координатной оси, два – по другой.

Подвижная каретка 1, имеющая в качестве основания пару модулей ЛШД 2, предназначенных для движения по оси Х, и две пары модулей 3 для переме-щения по оси Y, скользит по статору 4 на воздушной подушке, образуемой сжатым воздухом, подаваемым в зазор между статором и кареткой через жик-леры 5, расположенные по периметру якорей ЛШД.

33. Системы управления технологическими процессами. Классификация, структура, технические средства АСУТП. Микропроцессорные АСУ ТП, схемы построения и основные характеристики. Технологические датчики и блоки сбора данных для систем управления оборудованием.

Управление – совокупность на основе определенной информации, направленная на поддержание функционирования технологических систем. Объектами управления является технологическое и транспортное оборудование. Субъектом – оператор.

Функция управления может осуществляться непосредственно оператором либо через технические средства.

Принципы управления зависят от:

• Организации процессов.

• Используемого технологического оборудования.

1. Принцип управления ходом ТП по результатам контроля параметра изделия на выходе. Вход – исходные материалы, комплектующие, технологическое оборудование, нормативно-техническая документация. Выход – параметры готового изделия, удовлетворяющие заданным требованиям. Схема а используется, если выходные параметры изделия связаны с входными параметрами процесса функциональными или корреляционными зависимостями (воздействие на параметры ТП не оказывается).

Управление сложными процессами зависит от информации, получаемой от каждой операции ТП и обработки этой информации в виде, удобном для принятия решения. Такие АСУТП применяются в производстве из-за простоты эксплуатации и экономичности.

Недостатки: низкое быстродействие, кол-во и сложность управления операциями (субъективные факторы оператора и т.д.)

АСУ подразделяются на системы с жесткой связью, программного и оптимального управления.

Система с жесткой связью: основной задачей является стабилизация параметров ТП на заранее установленном уровне с помощью эталонных значений. Эталонные значения вводятся по нескольким каналам и поддерживают режимы технолог. операций, вых. пар-ры изделий в заданных пределах.

Недостатки: ограничение технолог. функций для числа технолог. пар-ров и технолог. операций; отсутствие гибкости управления.

Программное управление: осуществляется с помощью систем задания программ (СЗП) и позволяет изменять параметры технологических операция в соответствии с изменяющимися условиями производства.

Системы оптимального управления: позволяют обеспечивать наилучшие режимы выполнения операций для заданного качества изделия, что достигается за счет математического описания процесса и оптимизации его по одной или нескольким целевым функциям в системе оптимизации программы (СОП).

АСУТП на базе мини ЭВМ: в ее состав входят ветви сбора информации, передачи управляющих воздействий и связи с оператором. В качестве первичных источников информации могут использоваться простейшие датчики и цифровые измерительные приборы. Система предназначена для контроля технологических режимов, сортировки изделий в пределах поля допуска и регулировки технологических режимов.

Недостатки: невысокое быстродействие и уменьшение выхода годных изделий в результате возможных сбоев.

Микропроцессорные АСУТП

Для создания микропроцессорных АСУТП необходимы специальные технические средства управления — микропроцессорные комплексы (МПК). Микропроцессор — программно-управляемое устройство, осуществляющее прием, обработку и выдачу цифровой информации. В состав МПК входят: базовый процессор, БИС памяти (ПЗУ), БИС устройства ввода-вывода, системный контроллер, генератор тактов. Минимальное количество МПК образует простейший модуль — микроконтроллер (рис. 17.8), состоящий из дешифратора состояний (ДшС), формирователя команд сигналов (ФКС), устройства управления (УУ), формирователя управляемых сигналов (ФУС).

Благодаря высокой автономности, малым габаритам и небольшой потребляемой мощности микроконтроллеры встраиваются прямо в технологическое оборудование. МПК классифицируют:

•	по числу БИС — на однократные, многократные, секционные;
•	по назначению — на специализированные (один тип оборудования) и универсальные (в виде отдельного блока);

•	по разрядности формата чисел на 2,  4,  8,  12,  16,  32-разрядные;
•	по набору команд: 50—120;

•	по времени цикла выполнения команды — 2—10 мс (МОП-технология) и 50—200 нс (биполярная технология).

Для создания АСУТП необходима компоновка МПК в единую локальную сеть управления. Такая сеть включает блоки сбора данных и центральный микропроцессорный модуль, имеющий устройство внешней памяти. Блок сбора данных состоит из мультиплексора, микропроцессорного модуля, интерфейса, АЦП и буфера (рис. 17.9). Аналоговый мультиплексор позволяет по программе опрашивать первичные преобразователи и вводить информацию через АЦП в микропроцессорный модуль.

Рис. 17.10. Кольцевая (а) и ”звездная” (б) схемы построения микропроцессорных АСУТП

 

Назначение основного блока — представление информации в программированной последовательности в локальную сеть управления, которая строится по трем схемам: кольцевая, "звездная" и комбинированная. Кольцевая схема (рис. 17.10, а) использует устройство связи, которое управляет работой отдельных блоков сбора данных и формирует информацию для центрального микропроцессорного модуля. Ее достоинства — минимальная длина связи между БСД и центральным МПМ, а недостатки — малое быстродействие, сложность обмена информацией между отдельным блоком сбора данных и центральным МПМ.

"Звездная" схема (рис. 17.10, б) устраняет недостатки кольцевой схемы, при этом каждый БСД замыкается непосредственно на центральный МПМ. На практике часто используют комбинированные схемы, когда для оборудования, требующего быстрой реакции, используют "звездную" схему, а для медленно работающего оборудования — кольцевую. При построении сетей необходимо учитывать проблемы, связанные с организацией передачи данных на более протяженное расстояние и помехозащищенностью каналов.

Вычислительные сети древовидной или звездообразной конфигурации характерны в большей степени для верхних уровней ГАП, имеющих следующие количественные характеристики: объем данных 106—1010 бит/с, длина сети 1—5 км, скорость передачи данных 10 Мбит/с.

Технологические датчики и блоки сбора данных для систем управления оборудованием.

Для реализации систем управления требуется наличие универсальных технологических датчиков и регуляторов. Технологический датчик — это устройство, преобразующее контролируемый технологический (физический) параметр в нормализованный выходной сигнал постоянного тока или напряжения. В зависимости от назначения датчики могут быть одно- или двухуровневыми.

Одноуровневая структура датчика применяется в случае использования информации о технологическом процессе в непосредственной близости от технологического оборудования (например, в локальной автоматике) и строится в зависимости от назначения по одной из схем, приведенных на рис. 17.6. В качестве вторичных преобразователей могут использоваться датчики емкостного и индуктивного типов, фото-приемники, кондуктомеры и др.

Двухуровневые датчики применяют в тех случаях, когда информационный сигнал о состоянии технологического процесса необходимо передать на значительное расстояние (например, в помещение, где установлена ЭВМ) от технологического оборудования в условиях промышленных электропомех. Выходной сигнал от одноуровневого датчика 1 преобразуется в частотный сигнал модулем ПНЧ 2 и передается по длинной линии на вход модуля ПЧН 3, где происходит гальваническое разделение входных и выходных цепей, демодуляция и усиление сигнала до нормализованного значения 0—5 В (рис.17.7).