Автоматизация робота сборочного конвейера автомобилей

Министерство образования и науки Российской Федерации

 

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

 

 

Кафедра Автоматизации производственных процессов и электротехники

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по курсу «Управление  техническими системами»,

на тему – Автоматизация  робота сборочного конвейера автомобилей.

 

 

 

 

 

                                                       Выполнила: студентка Тарасова  Т.В.

                                                                  группа  32 ОД

                                                            Проверил: к.т.н., доцент  Руппель А.А.

                                                           

 

 

 

 

 

 

 

Омск 2005

 

1. Описание принципиальной схемы управления приводом робота.

Принципиальная схема управления приводом робота показана на рис.1.

 

 
Рис.1.Схема промышленного робота

Пневмоцилиндр ЦП обеспечивает вертикальное перемещение руки робота. Управляется пневмоцилиндр от трехпозиционного распределителя ЗП с электромагнитным управлением. Возможно 3 случая:

Случай 1.                               К₁ = 0; К₂ = 0.

Клапаны выключены. Золотник находится в нейтральном положении, поршневая и штоковая полости пневмоцилиндра заперты, шток неподвижен, он может находиться в точках O, C, D.

Случай 2.                               К₁ = 1; К₂ = 0.

Подключена верхняя секция и воздух поступает в поршневую полость, пневмоцилиндр движется вверх.

Случай 3.                               К₁ = 0; К₂ = 1.

Подключена нижняя секция и воздух поступает в штоковую полость, пневмоцилиндр движется вниз.

Горизонтальное движение руки имеет привод от пневмоцилиндра ЦР, управляемого двухпозиционным распределителем ЗР с электромагнитным управлением. Возможно 2 случая:

Случай 1.                               К₃ = 0; 

Подключена нижняя секция. Пневмоцилиндр  движется вправо.

Случай 2.                               К₃ = 1; 

Подключена верхняя секция. Пневмоцилиндр  движется влево.                           

Конечные выключатели SI , S2 , S3, S4, S5 являются датчиками сигналов обратной связи. Конечные положения перемещающихся органов определяются упорами, не показанными на схеме.

Таким образом, состояние привода  в каждый момент времени определяется комбинацией сигналов, поступавших от конечных выключателей SI, S2, S3, S4, S5 и включением или выключением управлявших электромагнитов К1, K2 и К3 распределителей. Состояние конечных выключателей SI, S2, S3, S4, S5 преобразуется в потенциальные сигналы XI, Х2, ХЗ, Х4, X5 с помощью схемы включения, показанной на рис. 2.

 

 

Рис. 2. Схема включения

 

Электрическая цепь содержит 5 параллельные ветви, в каждой из которых установлено сопротивление Ri. При разомкнутом положении контактного выключателя Si выходной сигнал Xi подключен через сопротивление Ri к общему проводу (к земле) и потенциал на выводе Xi = 0. При замыкании контакта потенциал вывода Xi равен блоку питания.

Этим значениям переменных Xi соответствуют логические значения «0» и «1»

 Сигналы Xi подаются на вход системы управления СУ. В зависимости от значения входных сигналов и требуемой последовательности перемещений система управления СУ вырабатывает сигналы управления У1, У2 и Y3 распределителями К1, К2 и K3 .

Пусть требуется обеспечить циклические движения схвата робота по контуру OABCDE, показанному на рис. 1, тогда последовательность включения К1, К2, К3 будет следующая:

 

Название точки или  отрезка	Положения электромагнитов
	К1	К2	К3
О	0	0	1
ОА	0	0	1
А	0	1	1
АВ	0	1	1
В	0	0	0
ВС	0	0	0
С	0	1	0
CD	0	1	0
D	0	0	1
DE	0	0	1

 

 

2. Составление алгоритма  управления роботом.

 

Граф функционирования привода  робота будет иметь вид

 

     S1,S2,S3,S4,S5        S1,S2,S3,S4,S5       S1,S2,S3,S4,S5        S1,S2,S3,S4,S5       S1,S2,S3,S4,S5

        К3                        K2                        K3                      K2                        K3 

 

Применительно к системе  управления этот граф можно переписать следующим образом:

 

                   X1,X2,X3,X4,X5        X1,X2,X3,X4,X5        X1,X2,X3,X4,X5        X1,X2,X3,X4,X5         X1,X2,X3,X4,X5

         K3                        K2                        K3                         K2                      K3  

 

 

На основе графа функционирования составим дизьюнктивнонормальную функцию (ДНФ) управления приводом робота.

 

Y2 = X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5 V                                                              

V X1^X2^X3^X4^X5

 

 

Y3 = X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5 V                                                              

V X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5 V X1^X2^X3^X4^X5

 

Проведем минимизацию полученной ДНФ.

Y2 = X1^X2^X4^X5^(X3 V X3) V X1^X3^X4^X5^(X2 V X2) = X1^X2^X4^X5 V

    V X1^X3^X4^X5 = X1^(X2^X4^X5 VX3^X4^X5)

 

Y3 = X1^X2^X3^X5^(X4 V X4) V X1^X2^X4^X5 V (X3 V X3) V

V X1^X2^X3^X5 V (X4 V X4) = X1^X2^X3^X5 V X1^X2^X4^X5 V

 

V X1^X2^X3^X5 = X1^X2 V (X3^X5 V X4^X5) V X1^X2^X3^X5,

где ^ - символ операции конъюнкции;

V – символ операции дизъюнкции.

Реализовать полученные логические зависимости можно либо традиционным путем проектирования специализированной логической структуры, либо путем программирования универсальной логической структуры (микропроцессора).

На рис. 3 показан пример реализации системы управления структурным путем с использованием электронных логических элементов.

 

 

Рис. 3. Структурная реализация логики управления.

 

Эта система будет обеспечивать подачу на привод, робота сигналов, реализующих заданный цикл движений. При необходимости обеспечения другой последовательности движений в цикле или иного цикла структура должна быть изменена.

Достоинством структурной  реализации является отсутствие избыточности элементов и функций, что обеспечивает простоту и достаточно высокую надежность схемы. Однако эта простота приводит одновременно к малой гибкости (способности к перестройке) системы управления.

 

3. Микропроцессорная система управления.

 

Для обеспечения универсальности систем управления, с целью реализации различных траекторий движения схвата можно использовать микропроцессорную систему управления, в которой изменение траектории осуществляется программным путем в виде набора программ, хранящихся в памяти МПУ.

Основным  элементом микропроцессорной системы  управления является микропроцессор.

Микропроцессор оперирует с машинным словом в виде двоичного числа (кода) определенной разрядности. Значение двоичного разряда числа представляется при этом электрическим напряжением высокого (1) и низкого (0) уровня. Эти значения соответствуют значениям логических переменных «истина» и «ложь».

 Наиболее распространенные микропроцессоры имеют длину машинного слова в восемь бит (1 байт). Будем рассматривать входные сигналы системы управления XI, Х2, ХЗ, Х4, X5 как некоторый двоичный код и припишем логические значения этих сигналов битам машинного слова.

 

Бит машинного слова	P1.7	P1.6	P1.5	P1.4	P1.3	P1.2	P1.1	P1.0
Содержание бита	0	0	0	X5	X4	X3	X2	X1

 

Аналогично в виде двоичного  кода можно представить и выходные сигналы.

 

Бит машинного слова	P3.7	P3.6	P3.5	P3.4	P3.3	P3.2	P3.1	P3.0
Содержание бита	0	0	0	0	0	Y3	Y2	Y1

 

Запись единицы в  бите означает активный уровень соответствующего входного или выходного сигнала, запись нуля - отсутствие активного уровня сигнала. Двоичный код входных сигналов будем хранить в регистре ввода микропроцессора, а двоичный код выходных сигналов - в регистре вывода.

В этом случае структуру  системы управления с микропроцессором можно представить в виде, показанном на рис. 4.

 

 

                                                                                                

                                                                                              

 

Рис. 4. Структурная схема микропроцессорной

системы управления

 

Усилители выходных сигналов использованы для согласования слаботочных логических выходов микропроцессора с мощной нагрузкой (электромагниты управления распределителей). В памяти микропроцессора хранится программа, которая позволяет ему реализовать логические формулы, описывающие управление роботом. Для реализации управления рассматриваемым циклом движений робота схема алгоритма работы микропроцессора показана на рис. 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 5.  Алгоритм управления

 

 

Микропроцессор  обращается к регистру ввода и осуществляет ввод двоичного кода X состояния датчиков обратной связи (блок 1). Затем в блоках 2 и 3 вычисляется значение логических функций Y1 и Y2 ,при этом A - содержимое соответствующего бита машинного слова.

Значения вычисленных  логических функций проверяются в блоках 4 и 7, и если они равны единице, то в соответствующий бит регистра вывода также записывается единица, если же функции равны нулю, то в биты регистра вывода также записываются нули. Это обеспечит наличие на выходах системы управления управляющих сигналов, определяющих выполнение текущего элемента цикла движений робота. Задержка времени (блок 10), которая реализуется в виде подпрограммы работы микропроцессора, введена для получения требуемой периодичности опроса датчиков. Поскольку микропроцессор работает с тактовой частотой около 2 МГц, то без этой задержки ввод и вывод информации происходил бы излишне часто.