Автоматизация и моделирование технологического процесса

Автоматизация и моделирование технологического процесса

Автоматизация и моделирование технологического процесса

1 АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА

Автоматизация - направление развития производства, характеризуемое освобождением человека не только от мускульных усилий для выполнения тех или иных движений, но и от оперативного управления механизмами, выполняющими эти движения. Автоматизация может быть частичной и комплексной.

Комплексная автоматизация характеризуется автоматическим выполнением всех функций для осуществления производственного процесса без непосредственного вмешательства человека в работу оборудования. В обязанности человека входит настройка машины или группы машин, включение и контроль. Автоматизация - это высшая форма механизации, но вместе с этим это новая форма производства, а не простая замена ручного труда механическим.

С развитием автоматизации все более широкое применение находят промышленные роботы (ПР), заменяя человека (или помогая ему) на участках с опасными, вредными для здоровья, тяжелыми или монотонными условиям труда.

Промышленный робот - перепрограммируемый автоматический манипулятор промышленного применения. Характерными признаками ПР являются автоматическое управление; способность к быстрому и относительно легкому перепрограммированию , способность к выполнению трудовых действий.

Особенно важно то, что ПР можно применять для выполнения работ, которые не могут быть механизированы или автоматизированы традиционными средствами. Однако ПР - всего лишь одно из многих возможных средств автоматизации и упрощения производственных процессов. Они создают предпосылки для перехода к качественно новому уровню автоматизации - созданию автоматических производственных систем, работающих с минимальным участием человека.

Одно из основных преимуществ ПР - возможность быстрой переналадки для выполнения задач, различающихся последовательностью и характером манипуляционных действий. Поэтому применение ПР наиболее эффективно в условиях частой смены объектов производства, а также для автоматизации ручного низкоквалифицированного труда. Не менее важным является и обеспечение быстрой переналадки автоматических линий, а также комплектация и пуск их в сжатые сроки.

Промышленные роботы дают возможность автоматизировать не только основные, но и вспомогательные операции, чем и объясняется постоянно растущий интерес к ним.

Основные предпосылки расширения применения ПР следующие:

повышение качества продукции и объемов ее выпуска при неизменном числе работающих благодаря снижению времени выполнения операций и обеспечению постоянного режима «без усталости», росту коэффициента сменности работы оборудования, интенсификации существующих и стимулированию создания новых высокоскоростных процессов и оборудования;

изменение условий труда работающих путем освобождения от неквалифицированного, монотонного, тяжелого и вредного труда, улучшения условий безопасности, снижения потерь рабочего времени от производственного травматизма и профессионально-технических заболеваний;

экономия рабочей силы и высвобождение трудящихся для решения народнохозяйственных задач.

1.1 Построение и расчет схемы модели «жесткий вывод - отверстие печатной платы»

Существенным фактором в реализации сборочного процесса является обеспечение собираемости электронного модуля. Собираемость зависит в большинстве случаев от точности позиционирования и усилий, необходимых для сборки элементов конструкции модуля, конструктивно-технологических параметров сопрягаемых поверхностей.

В варианте, когда в отверстие платы вводится жесткий вывод, можно выделить следующие характерные виды контакта сопрягаемых элементов:

бесконтактный проход вывода через отверстие;

контакт нулевого вида, когда конец вывода касается образующей фаски отверстия;

контакт первого вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия;

контакт второго вида, когда боковая поверхность вывода касается кромки фаски отверстия;

контакт третьего вида, когда конец вывода касается боковой поверхности отверстия, а поверхность вывода - кромки фаски отверстия.

В качестве классификационных признаков выделения видов контактов приняты: изменение нормальной реакции в точке контакта; сила трения; форма упругой линии стержня.

На надежную работу установочной головки значительное влияние оказывают допуски отдельных элементов. В процессах позиционирования и перемещения возникает цепочка допусков, которая в неблагоприятных случаях может привести к ошибке при установке ЭРЭ, приводя к некачественной сборке .

Собираемость изделия зависит, таким образом, от трех факторов:

размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей компонентов изделия;

размерных и точностных параметров сопрягаемых поверхностей базового элемента изделия;

размерных и точтностных параметров позиционирования исполнительного органа с расположенным в нем компонентом.

Рассмотрим случай контакта нулевого вида, схема которого изображена на рисунке 1.1.

Mг

Rг

N

Разнообразие ЗУ, пригодных для решения сходных задач, и большое число признаков, характеризующих их различные конструктивно-технологические особенности, не позволяют построить классификацию по чисто иерархическому принципу. Различают ЗУ по принципу действия: схватывающие, поддерживающие, удерживающие, способные к перебазированию объекта, центрирующие, базирующие, фиксирующие.

По виду управления ЗУ подразделяют на: неуправляемые, командные, жесткопрограммируемые, адаптивные.

По характеру крепления к руке ПР все ЗУ делят на: несменяемые, сменные, быстросменные, пригодные для автоматической смены.

Все захватные устройства приводятся в действие специальным устройством - приводом.

Привод - это система (электрическая, электромеханическая, электропневматическая и др.), предназначенная для приведения в движение исполнительных механизмов автоматизированных технологических и производственных машин.

Основные функции привода: усилие (мощность, крутящий момент), скорость (набор скоростей, диапазон скоростей); способность сохранять заданную скорость (усилие, крутящий момент) в условиях изменения нагрузки; быстродействие, конструктивная сложность; экономичность, стоимость, габариты, масса.

Основные требования, предъявляемые к приводам. Привод должен:

1) соответствовать по всем основным характеристикам заданному ТЗ;

2) позволять электрическое дистанционное автоматическое управление;

3) быть экономичным;

4) иметь малую массу;

5) обеспечивать простое согласование с нагрузкой.

По виду используемой силовой энергии различают приводы: электрический, пневматический, гидравлический механический, электромеханический, комбинированный.

В пневматических приводах используется энергия сжатого воздуха с давлением около 0,4 МПа, получаемого от цеховой пневмосети, через устройство подготовки воздуха.

1.2.1 Техническое задание на проектирование устройства

На стадии технического задания определяется оптимальное структурно-компоновочное решение и составляются технические требования к оснастке:

1) наименование и область применения - приспособление для установки ЭРЭ на печатную плату;

2) основание для разработки - задание на ККП;

3) цель и назначение оснастки - повысить уровень механизации и автоматизации технологической операции;

4) источники разработки - использование опыта внедрения средств технологического оснащения в отрасли;

5) технические требования:

a) количество ступеней подвижности не менее 5;

b) наибольшая грузоподъемность, Н 2,2;

c) статическое усилие в рабочей точке оснащения, Н не более 50;

d) наработка на отказ, ч, не менее 100;

e) абсолютная погрешность позиционирования, мм +0,1;

f) скорость движения с максимальной нагрузкой, м/с: - по свободной траектории не более 1; - по прямолинейной траектории не более 0,5;

g) рабочее пространство без оснащения сферическое с радиусом 0,92;

h) привод захватывающего устройства пневматический;

6) требования техники безопасности ГОСТ 12.1.017-88;

7) срок окупаемости 1 год .

1.2.2 Описание конструкции и принцип работы промышленного робота РМ-01

Промышленный робот (ПР) РМ-01 используется для выполнения разнообразных операций складывания, монтажа, сортировки, упаковки, загрузки - разгрузки, дуговой сварки и т.д. Общий вид робота представлен на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Промышленный робот РМ-01

Манипулятор робота имеет шесть ступеней подвижности. Звенья манипулятора соединяются одна с одной с помощью суставов, которые имитируют локтевой или плечевой сустав человека. Каждое звено манипулятора приводится в действие индивидуальным электродвигателем постоянного тока через редуктор.

Электродвигатели оснащены электромагнитными тормозами, что позволяет надежно затормозить звенья манипулятора при отключении питания. Этим обеспечивается безопасность обслуживания робота, а также возможность перемещения его звеньев в ручном режиме. ПР РМ-01 имеет позиционно-контурную систему управления, которая реализована микропроцессорной системой управления «СФЕРА-36», построенная за иерархическим принципом.

«СФЕРА-36» имеет два уровня управления: верхний и нижний. На верхнем уровне решаются такие задачи:

- расчет алгоритмов планирования траектории движения захвата манипулятора и подготовка программ движения каждого его звена;

- логическая обработка информации о состоянии устройства, из которых состоит роботехнический комплекс, и соглашение работы в составе РТК;

- обмен информацией с ЭВМ более высокого уровня;

- диалоговый режим работы оператора с помощью видеотерминала и клавиатуры;

- чтение-запись, долгосрочное сохранение программ с помощью НГМД;

- ручной режим управления манипулятором с помощью пульта ручного управления;

- диагностика работы системы управления;

- калибровка положения звеньев манипулятора.

На нижнем уровне управления решаются задачи обработки звеньями манипулятора заданных движений, которые формируются на верхнем уровне. Отработка программных положений осуществляется при заданных параметрах (скорость, ускорение) с помощью цифровых электромеханических модулей, которые приводят в движение звенья манипулятора. Система управления состоит с таких приборов: модуля центрального процессора (МЦП); ОЗУ; ПЗУ; модуля аналогового введения (МАВ), куда подаются сигналы от потенциометрических датчиков грубого вычислительного положения; модуля последовательного интерфейса (МПИ); модуля ввода-вывода (МВВ); модуля связи (МС).

Обмен информацией между модулями верхнего уровня выполняется с помощью системной магистрали.

Нижний уровень управления имеет:

- модули процессора привода (МПП);

- модули управления приводом (МУП).

Количество модулей МПП и МУП соответствует количеству звеньев манипулятора и равно 6. МПП соединяется с модулем связи с помощью системных магистралей. Управление электродвигателями звеньев манипулятора выполняется с помощью транзисторных широтно-импульсных преобразователей (ШИП), которые входят в состав блока питания (БП). МЦП выполнен на базе микропроцессора К1801 и имеет:

- однокристальный процессор;

- регистр начального запуска;

- системную ОЗУ, ёмкостью 3216 - разрядных слова; системную ПЗУ, ёмкостью 2х16 - разрядных слова;

- резидентную ПЗУ, ёмкостью 4х16 - разрядных слова;

- программируемый таймер.

Быстродействие МЦП характеризуется такими данными:

- суммирование при регистровом средстве адресации - 2.0 мкс;

- суммирование при посредственно-регистровом средстве адресации - 5.0 мкс;

- умножение с фиксированной запятой - 65 мкс.

Панель оператора предназначена для выполнения операций включения и отключение ПР, для выбора режимов его работы.

Основными элементами панели есть:

переключатель сетевого питания (СЕТЬ);

кнопка аварийного отключения (.АВАРИЯ). Сетевое питание выключается при нажатии кнопки. Возвращение кнопки в начальное положение осуществляется поворотом ее за часовой стрелкой;

кнопка включения питания системы управления (СК1);

кнопка отключения питания системы управления (СК0);

- кнопка включения питания привода (ПРИВОД 1). Нажимом кнопки
включается питание привода, одновременно с этим разблокируется электромагнитные тормоза двигателей;

- кнопка отключения питания приводов (ПРИВОД 0);

- переключатель выбора режима. Имеет три положения РОБОТА, ОСТАНОВКА, РЕСТАРТ. В режиме РОБОТА система работает нормально. В режиме ОСТАНОВКА выполнение программы остановится в конце поточного шага.

Переведение переключателя к режиму РОБОТА приведет к продолжению выполнения программы к началу следующего шага. Режим РЕСТАРТ используется для повторного запуска выполнения программы пользователя с первого ее шага;

- кнопка автоматического запуска (АВТОСТАРТ). Нажатие кнопки приводит к запуску системы так, что робот начинает выполнять программу без задачи команд из клавиатуры. Нажатие кнопки выполняется после включения питания СК. Активизация режима осуществляется после включения ПРИВОД 1.

Пульт ручного управления используется для позиционирования манипулятора при обучении и программировании. Пульт обеспечивает 5 режимов работы:

Страницы: 1, 2