МОДЕРНІЗАЦІЯ ОБЛАДНАННЯМ ФІРМИ VIPA ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА З МАНІПУЛЯТОРОМ М10П

Аннотация

Орловський И.А., Храпаль Т.С., Сердюк М.В. - МОДЕРНІЗАЦІЯ ОБЛАДНАННЯМ ФІРМИ VIPA ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА З МАНІПУЛЯТОРОМ М10П Розроблено програмне забезпечення лабораторного стенда-маніпулятора М10П на базі обладнання фірми VIPA. Сформульовано й розглянуто основні задачі системи керування. Проаналізовано способи позиціонування робочого органа маніпулятора, функції для позиціонування за допомогою аналогових входів, функцій абсолютно-покрокового переміщення. Розроблено алгоритм керування маніпулятором М10П та програма його керування на мовах середовища Step7. Виконано запуск обладнання, його налагодження та перевірку роботи. Доведено доцільність виконаної модернізації для покращення якості навчання студентів та можливість подальшого вдосконалення системи керування маніпулятора.

АКТУАЛЬНІСТЬ РОБОТИ.

Розвиток сучасних технологій підвищує вимоги до систем керування технологічного обладнання, що обумовлює застосування нових комп’ютерних систем керування, внаслідок чого виникає необхідність підготовки фахівців високого рівня, які здатні проектувати такі системи, виконувати їх монтаж, налагоджування і підтримувати працездатність при експлуатації.

Якісне навчання студентів системам автоматизації технологічних процесів можливо за наявністю сучасних лабораторних стендів. Вартість нових таких стендів дуже висока. Модернізація стендів власними силами з використанням їх існуючої складної електромеханічної частини суттєво знижує кошторис, при цьому також поглиблюються практичні навички студентів.

МАТЕРІАЛ І РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ

У Запорізькому національному технічному університеті за підтримки ТОВ СВ Альтера (головний офіс у Києві, директор Ткаченко В.В.; запорізьке відділення – директор Дужий Ю.М.) модернізовано лабораторний стенд з вивчення сучасних комп’ютерних систем автоматизації та електропривода промислового робота-маніпулятора (далі маніпулятора) М10П. Такими маніпуляторами були оснащені більшість кафедр електропривода та підйомнотранспортних машин у СРСР. Штатно маніпулятор М10П укомплектований системою числового програмного керування «Контур 1», яка складна, морально й фізично застаріла, що часто вимушує списання усього обладнання.

Метою модернізації стенда є підвищення якості навчального процесу у частині отримання професійних знань і навичок роботи на сучасному обладнанні провідних фірм, зокрема VIPA, обладнання якої широко використовується у всьому світі в системах автоматизації, для навчання студентів спеціальності електромеханічні системи автоматизації та електропривод.

Допомогу у придбанні електротехнічного обладнання (табл. 1) та консультації при його підключенні й налагодженні надано фірмою ТОВ «ДП СВ Альтера–Запоріжжя». Часткову оплату вартості наведеного обладнання здійснено Запорізьким національним технічним університетом. Для забезпечення керування маніпулятором М1ОП та візуалізації процесу стенд обладнаний сучасним комп’ютером.

Модернізація маніпулятора полягала у наступному: заміна «Контур 1» на контролери VIPA; підмикання ПК для програмування контролерів та візуалізації; встановлення енкодерів замість індуктосинів, для яких необхідні додаткові блоки живлення та оцифровування сигналів; розробка та виготовлення нового пульта оператора; розробка програми керування.

Таблиця 1 – Перелік обладнання для модернізації

Саме проектування модернізації та її впровадження виконується студентами при підготовці дипломних проектів та випускних кваліфікаційних робіт магістрів, при цьому отримуються навички застосування теоретичних знань та практичної роботи на сучасному обладнанні.

Маніпулятор М10П призначений для обслуговування металорізальних верстатів, зокрема, для автоматичного завантаження–розвантаження заготівок та деталей типу вал до верстатів з числовим програмним керуванням. Особливістю цього маніпулятора є рух його робочого органа у сферичній системі координат. Конструкцією забезпечується позиціонування робочого органа за шістьома координатними осями. Загальний вигляд маніпулятора М10П приведено на рис. 1. Переміщення за трьома координатами здійснюється одним регульованим електроприводом постійного струму «КЕМЕК» з використанням комутатора. Операції обертання, стиснення, рух руки вперед–назад реалізуються пнемоприводами.

Після модернізації система керування маніпуля- тором повинна забезпечувати просту й зручну його роботу при виконанні позиціонування. Робота сис- теми керування передбачена у трьох режимах: ручному режимі без контролера; ручному режимі через контролер та автоматичному.

Автоматичний режим може реалізовуватися:

– від контролера VIPA;

– від контролера VIPA і SCADA системи TRACE MODE;

– від контролера VIPA і SCADA системи SIMATIC STEP 7.

В автоматичному режимі система керування, відповідно до заздалегідь написаної програми, повністю відпрацьовує заданий технологічний цикл, при цьому обчислюються інтервали переміщень і відбувається корекція похибок.

У процесі модернізації розроблено принципову електричну схему системи керування, в якій передбачена можливість різних способів керування обладнанням від різних джерел живлення за різними режимами роботи. Схематично вирішені завдання ідентифікації готовності привода, скидання помилки привода, підмикання кінцевих та проміжних вимикачів, реалізована можливість з’їзду з кінцевого вимикача. Здійснено підключення інкрементальних енкодерів Autonics E40S8-1000-3-T-24 й елементів комутатора з трьох реле серії РЭП11 для послідовного підключення двигунів з відповідними тахогенераторами до привода та п’яти реле серії РП – для кіл логіки.

Розроблено програмне забезпечення лабораторного стенда маніпулятора М10П на базі обладнання фірми VIPA. Для цього сформульовано й розглянуто основні задачі системи керування: структура системи керування Simatic S7-300, набір функцій, що підтримує контролер, система вводу–виводу інформації, вбудований інтерфейс промислового Ethernet. Проаналізовано способи позиціонування робочого органа маніпулятора, функції для позиціонування за допомогою аналогових входів, функцій абсолютнопокрокового переміщення. Розроблено алгоритм керування маніпулятором М10П та програма його керування на мовах середовища Step7. Виконано запуск обладнання, його налагодження та перевірку роботи.

Для ручного завдання різних режимів розроблено пульт оператора (рис. 2).

На панелі оператора встановлені тумблери «Аско 1322», ТВ1-2, кнопки серії ХВ2, світлодіоди, лампочки, потенціометр ППБ-3А для завдання швидкості двигуна, кнопка з’їзду з кінцевих давачів. Сигнальна індикація у вигляді відповідних світлодіодів NXD-211 та AD16-16D3 сигналізує стан роботи кожного з двигунів.

На маніпуляторі встановлено такі давачі та виконавчі органи:

– давачі положення при русі по осям Х, У, Z – усього 12 штук;

– давачі положення при русі по осям Х, У, Z – усього 12 штук;

– електромагнітні клапана пневмомеханізмів – 6.

Вимірювання переміщень за трьома напрямками проводиться за допомогою інкрементальних енкодерів, які встановлені на вали двигунів. Для встановлення енкодерів розроблено перехідники (рис. 3).

Внутрішній вигляд переобладнаної шафи системи керування «Контур 1»наведено на рис. 4.

Визначено основні напрями навчання студентів сучасним системам автоматизації на модернізованому лабораторному стенді маніпулятора М10П:

– вивчення модульного програмованого контролера SPEED7-300 фірми VIPA, призначеного для побудови систем автоматизацій низького та середнього ступенів складності, а саме: системи вводу–виводу інформації, принципові схеми під’єднання до технологічного об’єкту та внутрішня будова контролера;

– застосування пакета для програмування контролера STEP7, з можливістю вивчення та практичного використання мови програмування, структури пакета і його можливостей;

– знайомство із SCADA-системами та алгоритмами реалізації систем керування, практичне використання SCADA-систем;

– опрацювання принципових схем будови виконавчих органів, кінематичних схем маніпулятора, електричної схеми комутатора, схеми підмикання давачів і виконавчих органів;

– ознайомлення з принципом з`єднання ПК із програмовним контролером SPEED7-300 за протоколом Ethernet;

– ознайомлення з комплектним електроприводом «КЕМЕК», призначеним для переміщення руки маніпулятора послідовно за трьома координатами, при цьому вивчення структурних, функціональних, принципових схем, схем під`єднання електропривода до контролера, пульта оператора та комутатора.

У перспективі наявність сучасного контролера та ПК дає можливість підвищення точності позиціювання, додавання давачів зображення об’єктів з використанням інтелектуальних технологій дозволить формувати завдання переміщення та оптимальні траєкторії руху руки маніпулятора.

Автори вдячні ректору Запорізького національного технічного університету професору Бєлікову С.Б., директору ТОВ «ДП СВ Альтера-Запоріжжя» Дужию Ю.М, завідувачу кафедри ЕПА Бондаренку В.І., доценту Пирожку А.В., старшим викладачам Кулиничу Е.М. та Осадчому В.В., старшому лаборанту Нечаєву В.Є. за підтримку та активну участь у створенні стенда.

ВИСНОВКИ.

У ході експериментальної перевірки роботи стенда доведено доцільність виконаної модернізації для покращення якості навчання студентів та можливість подальшого вдосконалення системи керування маніпулятора.