Автоматические устройства на микроконтроллерах

 Введение

Цель данной контрольной работы - разработать программу управления манипулятором, основной функцией которого является транспортировка деталей от конвейера к таре.

Манипулятор - это управляемое устройство или робот для выполнения двигательных функций, аналогичным функциям человеческой руки при перемещении объектов в пространстве, оснащенное рабочим органом.

Манипулятор состоит из звеньев, соединенных между собой подвижными кинематическими парами. Последние движутся по определенной программе с помощью управляемых приводов.

В контрольной работе управление приводами будет осуществляться по сигналам, поступающим с конечных датчиков, которые фиксируют момент перемещения или поворот в начальное положение и предельное положение. Для организации каждого из движений в двух направлениях используется по два исполнительных механизма.

В реальной ситуации эту операцию может осуществлять один реверсивный привод, снабженный для организации перемещений двумя контактными и бесконтактными пускателями. В контрольной работе рабочий орган представляет собой схват, который обеспечивает захват и отпускание объекта за счет двух исполнительных механизмов (ИМ).

Манипуляционная система промышленных роботов и их двигательные возможности определяются видом и расположением кинематических пар. Выбор конкретного варианта кинематической схемы манипуляционной системы определяется конкретным условием и требованием.

Эта схема должна обеспечивать достаточную степень универсальности функционирования робота с учетом операций, которые ему предстоит выполнять во внешней среде. Для выполнения транспортных операций без ориентации объекта достаточно сочетания трех кинематических пар.

Система управления манипулятором представляет собой контроллер Simatic S5 с программой пользователя. На первом этапе проектирования следует сопоставить входные и выходные величины, которые необходимы для управления манипулятором. После составления общей схемы и присваивания адресов соответствующим входам и выходам, составляют алгоритмическое представление программы, а затем переходят к непосредственному ее написанию.

1. Постановка задачи

Манипулятор состоит из четырех кинематических пар (КП): вращательная S1, два изгиба S2 и S3, и перемещение S4.

Манипулятор снабжен рабочим органом, представляющим собой схват. По конвейеру идет поток деталей двух видов.

Задача манипулятора - транспортировка деталей 1 и 2 типа в соответствующие им тары. Для управления манипулятором по заданной траектории каждая кинематическая пара снабжена двумя исполнительными механизмами ИМ (для движения в двух направлениях) и двумя датчиками (конечными выключателями КВ начального и предельного положения).

Следует написать программу управления манипулятором на языке STEP 5 и предусмотреть следующее:

1.По кнопке "ПУСК" схват из начального положения перемещается по заданной траектории к конвейеру (точка А на траектории), где он:

1.1 Задерживается на время сек.

1.2 Захватывает деталь, и в зависимости от ее типа транспортирует ее в соответствующую тару (точки Е и Д на траектории). Для определения типа деталей на конвейере установлены фотодатчики. Из-за различной длины деталь 1 типа перекрывает один фотодатчик, деталь 2 типа - два фотодатчика.

1.3 Открывается.

1.4 Задерживается над тарой на 0,07 сек

1.5 Перемещается обратно к конвейеру, далее п.п. с 1.1 повторяются.

2.По кнопке "СТОП" манипулятор останавливается.

3.При переполнении тары хотя бы одного типа деталей на контроллер передается команда соответственно "Сменить тару 1" или "Сменить тару 2", по этой команде манипулятор переходит в начальное состояние (т.е. срабатывают КВ начального положения всех кинематических пар), и останавливается.

При смене тары оператор с пульта управления передает команду "Тара 1 сменена" или "Тара 2 сменена", по которой манипулятор повторяет действия с пункта1.

Управление работой манипулятора осуществляется с операторской панели. На панели помещены следующие кнопки и индикаторы выходных сигналов:

Манипулятор начинает работу, если нажата кнопка "ПУСК". При этом последовательно поступают команды на исполнительные механизмы и учитывают положение КВ. манипулятор перемещается по заданной траектории.

При нажатии оператором кнопки "СТОП" манипулятор останавливается.

При переполнении тары деталей 1 и 2 на панели обслуживания включается индикатор "Сменить тару 1" или "Сменить тару 2" соответственно, по этому сигналу манипулятор перемещается в начальное положение и ждет нажатия оператором кнопки "Тара 1 сменена" или "Тара 2 сменена" соотвественно.

2. Представление кинематической схемы манипулятора

Кинематическая структура рабочих органов манипулятора имеет вид:

Манипулятор состоит из четырех кинематических пар: вращательной S1, изгибов S2 и S3, перемещения S4 и схвата S5.

При проектировании программы будем использовать данные следующие значения:

Соответствующая траектория манипулятора представлена на рис. 3

Отрезок АВ - в перемещении участвует КП S3 (изгиб)

Отрезок ВС - в перемещении участвует КП S2 (изгиб)

Отрезок CD - в перемещении участвует КП S4 (перемещение)

Отрезок DE - в перемещении участвует КП S1 (вращение)

Любую n-ю КП манипулятора можно перемещать от конвейера к таре с помощью ИМn-1 и от тары к конвейеру с помощью ИМn-2. Два КВ отвечают за то, чтобы ИМ выключался, если КП достигла по траектории своего предельного положения (т.е. сигнал с КВn-2) и включался, если пришел сигнал, позволяющий начать перемещение и при этом КПn в начальном положении (т.е. сигнал с КВn-1).

3.Выбор программируемого контроллера

3.1 Выбор технических средств

Программируемый контроллер S5-100U является модульным малым устройством управления для экономичных решений простых и средних задач автоматизации.

Программируемый контроллер S5-100U состоит из:

центрального модуля

шинных модулей

периферийных модулей, которые крепятся на шинные модули

блока питания

модулей подключения

Центральные модули, шинные модули, блоки питания и модули подключения крепятся непосредственно на стандартную профильную шину.

Периферийные модули крепятся на стандартную профильную шину через шинные модули. На четырех стандартных профильных шинах можно разместить максимально 32 периферийных модуля.

Периферийными модулями являются:

модуля цифрового ввода-вывода

модуля аналогового ввода-вывода

модули подключения датчиков и исполнительных устройств для работы во взрывоопасных помещениях

модули предварительной обработки сигналов

специальные модули внешних таймеров

модули диагностики для контроля периферийной шины контроллера

модули имитации для проверки программ

интеллектуальные модули для быстропротекающих процессов предварительной обработки.

3.3 Технические характеристики контроллера S5-100U

Стандартная профильная шина

35-мм стандартная профильная шина служит для непосредственного крепления:

центральных модулей

блоков питания

модулей подключения

шинных модулей

Шины поставляются длиной от 483мм до 2м

Центральные модули

Необходимы при комплектации контроллера. Состоят из:

управляющего блока

внутреннего блока питания, предназначенного также для периферийных модулей. Максимальный выходной ток 1 А.

Внутреннее ОЗУ для программ

Разъем для подключения программатора или устройства обслуживания

Разъем для блока питания (АС 115/230В, DC 24В)

Разъемные линии шины для подключения первого шинного модуля

Отсека буферной батареи для внутреннего ОЗУ для программ

Для моего случая выберем CPU 102 со следующими характеристиками:

Блок питания

Выберем PS 931, имеющий следующие характеристики:

3.4 Выбор датчиков, определяющих длину детали

Принцип измерения длины деталей (деталь А длиннее детали В) основан на следующем принципе:

С одной стороны конвейера помещены два источника оптических излучений, а с другой стороны конвейера - два приемника этих излучений. Деталь типа В перекрывает два источника излучений, а деталь типа А - один источник.

В качестве источника излучения можно выбрать люминесцентный индикатор. Его высвечивание может осуществляться либо электрическим полем, прикладываемым к электролюминесцентному конденсатору, либо током, протекающим через люминофор. Люминесцентный конденсатор состоит из подложки, на которую наносится проводящий слой (электрод), слоя люминофора, защитного слоя и второго электрода. Если выход света осуществляется со стороны подложки, то она выполняется прозрачной.

В качестве приемника излучения выберем фоторезистор. Чувствительный элемент в фоторезисторе выполнен в виде пластинки, на которую нанесен слой полупроводникового фоточувствительного материала. Электропроводность полупроводниковых материалов обусловлена возбуждением электронов в валентной зоне и примесных уровнях.

При небольших уровнях освещенности преобразователя число возбужденных светом электронов пропорционально освещенности. Его электрическая проводимость , где - фототок, - напряжение, приложенное к преобразователю, также пропорционально освещенности.

При больших освещенностях пропорциональность нарушается.

Вольт-амперная характеристика фоторезисторов линейна, то есть их сопротивление не зависит от приложенного напряжения. Фоторезисторы имеют высокую чувствительность, но их сопротивление зависит от температуры. Для уменьшения температурной погрешности они включаются в смежные плечи моста.