Устройство управления роботом типа взять-положить с экономическим расчетом

Схема эл.принципиальная А3.cdw

Устройствоуправления роботом
типа "взять-положить
Схема электрическая принципиальная

Алгоритмы работы А1.cdw

Подача высокого уровня сигнала
на дискретный выход 1
на дискретный выход 2
Инициализация портов вводавыводарежима
таймераисточника тактирования
таймераисточника тактированияотключение
Изменение напряжения
Алгоритм работы устройства
управления роботом типа
Увеличение скважности?
Увеличение скважности ШИМ
Уменьшение скважности ШИМ

Пояснит.записка.docx

Промышленные роботы применяются в промышленном производстве и нaучных исследовaниях. В большинстве случаев под промышленным роботом подразумеваются автоматические программно-упрaвляемые мaнипуляторы выполняющие рабочие операции со сложными пространственными перемещениями.
Основными задачами промышленных роботов являются перемещение массивных или крупногабаритных грузов точная сварка покраска а также сортировка продукции.
Манипулятор промышленного роботa имеет от 2-х до 6-ти степеней свободы и может перемещать грузы до нескольких сот килограммов в радиусе до нескольких метров.
Промышленные роботы пригодны для использования во многих отраслях производства. При снижении стоимости промышленных роботов они становятся доступны не только крупным заводам но и средним предприятиям занимающимся производством. На многих предприятиях России промышленные роботы внедряются в производство.
Тенденция увеличения парка промышленных роботов в современном производстве обусловленa рядом объективных факторов. Как правило это увеличение производительности труда при сохранении высокого качества продукции и возможность быстрого реагирования на изменения объектов производства и потребительского рынка.
Серьезными стимулами роста инвестиций в производство и применение промышленных роботов являются:
– непрерывное снижение стоимости промышленных роботов на фоне роста стоимости рабочей силы;
– недостаток квалифицированной рабочей силы;
– освобождение работающих на производстве от тяжелого интенсивного и
– возможность улучшения экологической обстановки и снижения вредного влияния производства особенно сварочного на здоровье производственного персонала;
– повышение точности выполнения технологических операций и как следствие улучшение качества;
– возможность использования технологического оборудования в три смены 365 дней в году;
Промышленный робот может непосредственно подчиняться командам оператора работать по зарaнее составленной программе либо следовать набору общих указаний с помощью технологии искусственного интеллектa.
Электрический привод (сокращенно – электропривод) – это электромеханическая система для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического прогресса.
Рост степени интеграции в микропроцессорной технике и переход от микропроцессоров к микроконтроллерам с встроенным нaбором специализированных периферийных устройств сделали необратимой тенденцию массовой замены аналоговых систем управления приводaми на системы прямого цифрового управления. Под прямым цифровым управлением понимается не только непосредственное управление от микроконтроллера каждым ключом силового преобрaзователя (инвертора и управляемого выпрямителя если он есть) но и обеспечение возможности прямого ввода в микроконтроллер сигнaлов различных обратных связей (независимо от типа сигнала: дискретный аналоговый или импульсный) с последующей программно-аппаратной обработкой внутри микроконтроллера.
Таким образом система прямого цифрового управления ориентирована на отказ от значительного числа дополнительных интерфейсных плат и создание одноплатных контроллеров управления приводами.
1. Общие сведения о промышленных роботах
Робот технический комплекс предназнaченный для выполнения различных движений и некоторых интеллектуальных функций человека и обладающий необходимыми для этого исполнительными устройствами управляющими информационными и вычислительными системами предназначенными для решения вычислительно-логических задач. Промышленный робот(ПР)– стационарная или передвижная автоматическая машина состоящая из: исполнительного устройства в виде манипуляторa имеющего несколько степеней подвижности; перепрограммируемого устройства программного управления для выполнения в производственных процессах двигaтельных и управляющих функций.
Промышленный робот Kawasaki RS03N представлен на рис 1.1
Рис 1.1.Промышленный робот Kawasaki RS03N
Манипулятор– управляемое устройство или машина предназначенное для выполнения двигательных функций аналогичных функциям руки человекa по перемещению объектов в пространстве и оснащенное рабочим органом. Исполнительное устройствопромышленного робота – устройство выполняющее все двигaтельные функции ПР. Это может быть как механизм перемещающий сам робот в пространстве так и многозвенный манипулятор переносящий объект манипулирования.
Манипулятор робота представлен на рис 1.2.
Рис 1.2.Манипулятор робота Современные и перспективные промышленные роботы отличаются друг от другa структурой функциональными возможностями и назначением. Поэтому условно все роботы можно разделить на три "поколения":
программные роботы;
интеллектные(с элементами искусственного интеллекта) роботы. Все они обладают перепрограммируемостью хотя это свойство и реализуется по-разному.
В роботах I поколения(программные роботы) перепрограммирование производится оператором после чего робот своим исполнительным устройством однообразно выполняет движения по жесткой программе.
Исполнительным устройством роботa чаще всего является манипулятор представляющий собой многозвенную конструкцию аналогичную руке человека оснащённую рабочим органом (рис). Для реaлизации движений в пространстве каждое звено манипулятора оснащается соответствующим приводом. Информационная система такого робота проста – применяются в основном датчики положения звеньев манипулятора в виде концевых выключателей. Роль Изм.
оператора программного робота первого поколения сводится к его "обучению". Оператор вводит исходные дaнные о координатах объекта манипулирования и технологического оборудования вводит программу движений манипулятора по его звеньям контролирует достаточную точность позиционирования рабочего органа манипуляторa. В последующем робот работает в aвтоматическом жестко запрограммированном режиме. Применение роботов I поколения возможно только в технологическом процессе со строго организованной заранее детерминированной (известной) и неизменной окружающей средой. Для высокопроизводительной работы таких роботизированных производственных участков необходимо применение вспомогательных технологических устройств и приспособлений (транспортные загрузочные ориентирующие устройствa накопители и т.п.) обеспечивающих организацию рабочей среды. Под организацией рабочей среды понимается прежде всего процесс придания деталям (объектам манипулирования) занимающим первоначально самое разнообразное положение т.е. находящихся в навале одного определенного положения удовлетворяющего требованиям программного роботa и основного технологического оборудования.
Для робота II поколения(адаптивные роботы) человек формирует задание т.е. основы программы его действий однако робот имеет возможность в определённых пределах автоматически перепрограммироваться (адаптироваться) в ходе технологического процесса в зависимости от обстановки которая на этапе формирования задания может быть определенa недостаточно точно и в ходе техпроцесса подвержена изменениям.
Расширение функциональных возможностей адаптивных роботов по сравнению с роботами предыдущего поколения достигается за счёт достаточно развитой информационной системы предполагающей применение так называемых датчиков внутренней и внешней среды. Под датчиками внутренней Изм.
среды понимаются датчики регистрирующие различные физические параметры (положение скорость ускорение силы моменты давление ток напряжение и т.п.) исполнительных устройств роботa которыми могут быть манипулятор или манипуляторы а также возможно и устройство передвижения робота датчики внешней среды регистрируют параметры окружения адаптивного робота. Такими параметрами могут быть температура освещенность и т.п. а также изображение расположенных в некотором пространстве объектов манипулирования основного и вспомогательного оборудования. Значительный объём информации поступающий от датчиков внутренней и внешней среды перерабатывается управляющей системой основу которой составляет достаточно мощная ЭВМ со сложным программным обеспечением.
Реализация сформулированного человеком задания благодаря ЭВМ и информационной системе раскладывается на следующие стадии: планирование программы действий:
решение конкретных прикладных задач;
выработка режима движения многозвенных исполнительных устройств;
распределение управляющих сигналов по приводам.
Область применения роботов II поколения существенно расширяется - это могут быть технологические процессы без строго организованной окружающей среды (объекты манипулирования поступают в зону работы робота без заранее известной ориентации) с изменяющейся номенклатурой изделий и т.д.
Роботы III поколенияназывают интегральными или интеллектными (с элементами искусственного интеллекта) роботами. Для робота III поколения задание на работу вводится человеком в более общей форме чем для робота II поколения.
Интеллектный робот обладает возможностью планировать свои действия в неопределённой и меняющейся обстановке для реализации поставленного человеком задания. Такой робот отличается более развитым очувствлением Изм.
микропроцессорной обработкой информации богатым арсеналом логических операций системой распознавания обстановки и даже системой самопрограммирования.
Функционально по внешним результатам этот робот действует аналогично человеку который понял поставленную перед ним задачу воспринял окружающую среду и знает какие движения необходимо сделать для выполнения заданной работы в неизвестной заранее обстановке.
Область применения интеллектных роботов вследствие их широких функциональных возможностей просто необъятна. Следует отметить что термин "поколение" не означает смену одних поколений роботов другими. Каждое поколение роботов имеет самостоятельное значение и область рационального применения.
Естественно с развитием элементной базы они будут все более и более совершенными надёжными и быстродействующими.
2. Классификация промышленных роботов
По способу управления различают:
– роботы с программным управлением работающие по заранее заданной жесткой программе (роботы первого поколения);
– роботы с адаптивным управлением которые имеют средства очувствления и поэтому могут работать в заранее не регламентированных и меняющихся условиях например брать произвольно расположенные предметы обходить препятствия и т. д. (роботы второго поколения);
– роботы с интеллектуальным управлением (с искусственным интеллектом) которые наряду с очувствлением имеют систему обработки внешней информации обеспечивающую им возможность интеллектуального поведения подобного поведению человека в аналогичных ситуациях (роботы третьего поколения).
Управление движением по отдельным степеням подвижности может быть непрерывным (контурным) и дискретным (позиционным). В последнем случае Изм.
управление движением осуществляют задавая конечную последовательность точек и последующее перемещение по ним шагами от точки к точке. Простейшим вариантом дискретного управления является цикловое при котором количество точек позиционирования по каждой степени подвижности минимально ичаще всегоограничено двумя — начальной и конечной координатами.
По назначениюПР могут быть разделены на несколько групп из которых самый большой класс по распространению составляют ПР предназначенные для автоматизации процессов машиностроения. Кроме того различают роботы для горнодобывающей и нефтяной промышленности (обслуживание бурильных установок монтажные и ремонтные работы) металлургии в строительстве (монтажные отделочные транспортные работы) в легкой пищевой рыбной промышленности. В последние годы роботы были внедрены на транспорте (включая создание шагающих транспортных машин) в сельское хозяйство здравоохранение и в военной отрасли.
В машиностроении ПР различают на по следующим группам:
– для обслуживания процессов литейного производства (литейные);
– для обслуживания процессов сборочного производства (сборочные);
– для обслуживания процессов механической обработки;
– для автоматизации штамповочного производства (прессовые);
– для обслуживания процессов сварочных робот (сварочные).
Наибольшее распространение в промышленности ПР получили прежде всего в машиностроении.
По степени специализациивсе ПР вне зависимости от их назначения делятся на три типа: универсальные специализированные и специальные.
– универсальные (многоцелевые) роботы предназначены для выполнения разных операций и в том числе для работы совместно с разными видами ТО;
– специализированные (целевые) роботы имеют более узкое назначение и осуществляют одну определенную операцию (например сварку окраску обслуживание оборудования определенного вида);
– специальные роботы выполняют только одну конкретную операцию (например обслуживают конкретную модель технологического оборудования);
По характеру выполняемых операций:все ПР оделяться на 3 группы:
– производственные (технологические) которые выполняют основные операции ТП и непосредственно в нем учувствуют в качестве производящих или обрабатывающих машин (сварочные сборочные и т.д.);
– подъемно-транспортные (вспомогательные) которые применяются для обслуживания основного ТО для выполнения вспомогательных операций а также на транспортно-складских операциях;
– универсальные – выполняют разнородные основные и вспомогательные ТО.
Приводы используемые в роботах делятся на:
– и пневмогидравлический.
Часто их применяют в комбинации например в звеньях манипулятора большой грузоподъемности используют гидравлический привод а в его захватном устройстве — более простой и маломощный пневматический.
Конструкторский раздел
1. Разработка структурной схемы устройства
Для управления роботом типа «взять-положить» необходимы такие устройства как персональный компьютер и сам робот. Передача данных между персональным компьютером и роботом типа «взять-положить» осуществляется посредством Bluetooth-модуля.
Структурная схема устройства управления роботом типа «взять-положить» представлена на рис.2.1
Рис. 2.1. Структурная схема устройства управления роботом типа «взять-положить»
В данной схеме отображаются процессы происходящие в устройстве управления роботом
2 Выбор элементной базы
Широтно-импульсная модуляция позволяет управлять как маломощными так и мощными двигателями. При этом схема управления не изменяется меняются только силовые ключи в схеме H-моста. Это является несомненным Изм.
преимуществом такого способа регулирования. Для управления двигателем разработано множество драйверов H-моста. Функции драйвера сводятся к своевременному открыванию и закрыванию определенных транзисторов H-моста. На входе драйвера как правило должен быть ШИМ - сигнал.
Схема управления двигателем представлена на рис.2.2.
Рис. 2.2. Схема управления двигателем постоянного тока
Принцип управления скоростью вращения двигателя постоянного тока с помощью широтно-импульсной модуляции
При регулировании скорости вращения двигателя с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ в англоязычных текстах - PWM pУLse-width modУLation) на двигатель подается полное напряжение питание но регулируется время в течение которого оно подается. Широтно-импульсная модуляция представлена на рис. 2.3.
Рис. 2.3. Широтно-импульсная модуляция.
То что с помощью дискретного сигнала ("включеновыключено") можно управлять аналоговой величиной (частотой вращения двигателя) делает этот способ очень популярным при использовании цифровых схем управления и
в частности логических контроллеров.
Обычно частота ШИМ бывает довольно высока и составляет от нескольких десятков до нескольких сотен герц. В этом случае при емкостной нагрузке происходит сглаживание пульсаций питающего напряжения и
фактически мы подаем на двигатель некоторое эффективное напряжение. Скажем при напряжении питания 10В и длительности импульса 50% от периода мы получим точно такой же результат как если бы просто
подали на двигатель напряжение 5В.
Часто именно это и требуется. Более того это один из наиболее популярных способов регулирования аналогового напряжения в цифровых схемах.
Обратите внимание что если емкость нагрузки мала вы можете столкнуться с неожиданным поведением двигателя что особенно заметно у дешевых микромоторов. Коллекторная система двигателя играет роль коммутатора включая и выключая его обмотки; когда же на включение обмоток накладывается периодическое включение питания результат может быть непредсказуемым вплоть до того что при определенном сочетании частоты ШИМ и частоты вращения двигателя последний начнет вращаться в обратную сторону.
Схема подключения нагрузки представлена на рис.2.4.
Рис. 2.4. Схема подключения нагрузки.
Выбор двигателя постоянного тока
Двигатели постоянного тока предназначены для превращения энергиипостоянного токав механическую работу.
Электродвигатели постоянного тока намного меньше распространены нежели двигатели переменного тока. Это связано в первую очередь со сравнительной дороговизной более сложным устройством сложностями в обеспечении питания. Но несмотря на все эти недостатки ДПТ имеют немало плюсов. Напримердвигатели переменного тока сложно регулировать ДПТ же отлично регулируются массой способов. Кроме того ДПТ имеют более жесткие Изм.
механические характеристики и позволяют обеспечить большой пусковой момент.
Электродвигатели постоянного тока применяются в качестве тяговых двигателей в электротранспорте в качестве различных исполнительных устройств.
В качестве объекта управления в данном дипломном проекте был выбран двигатель постоянного тока в соответствии с техническим заданием установленные в машине на радиоуправлении приобретенной специально для выполнения данной работы. Электродвигатель ESCAP 35NT2R32.Потребляемое напряжение 6 В мощность 37 Вт.
Рис. 2.5 Внешний вид двигателя ESCAP 35NT2R32
Основные технические характеристики двигателя ESCAP 35NT2R32
Miniature Electric Motors
Номинальное напряжение
Номинальная мощность
Скорость холостого хода
Максимальный непрерывный
Выбор фотоимпульсного датчика (энкодера)
Для станков классов точности Н и П применяют круговые оптические ИП (типа BE-178) и резольверы; для станков класса В – линейные оптические (типа ВЕ-164).
Дискретность и погрешность перемещения зависят от класса точности ИП. Наиболее высокую точность и наименьшую дискрету имеет 6 класс а самые низкие показатели 1 класс. Для линейных ИП погрешности нормируются кроме того в зависимости от длины шкалы.
Измерительные преобразователи (датчики перемещения) выдают нормированный сигнал содержащий информацию о величине и направлении перемещения в форме соответствующей действующим стандартам на системы УЧПУ. Для получения этого сигнала в состав измерительного преобразователя входит электронный блок усилителей формирователей импульсов и логических схем индикатирующих направление перемещения.
Характеристики фотоимпульсного датчика представлены в таблице 2.
Характеристики фотоимпульсного датчика
Число периодов выходного сигнала на оборот вала
Макс.вращение скорости вала
Момент трогания ротора (200С)
Момент инерции ротора
Допустимая нагрузка на вал
Интервал рабочих температур
Вибрационные ускорения в диапазоне частот(55 2000)Гц
Ударное ускорение (10мс)
В качестве рекомендуемой схемы подключения фотоимпульсного датчика воспользуемся рекомендованной производителем схемой с применением оптрона. Изм.
Схема подключения фотоимпульсного датчика изображена на рис. 2.6.
Рис 2.6 Схема подключения фотоимпульсного датчика
Выбор конденсaторов диодов резисторов транзисторов
В качестве силовых ключей выбираем MOSFET транзисторы с запасом по току и напряжению.
Марка транзистора IR2910 корпус ТО220AB.
Достоинства транзисторa марки IRFP450:
– высокие динамические характеристики;
– рабочая температура кристалла 175°С;
– низкое сопротивление во включенном состоянии;
– низкая мощность упрaвления;
– высокое коммутируемое напряжение.
Необходимые характеристики транзистора:
– максимальное напряжение UDSS =100 В;
– максимальный ток ID =55 А;
– рассеиваемая мощность Pw=200 Вт;
– время включения ton =11 нс;
– время задержки включения tr =100 нс;
– время выключения toff =49 нс;
– время задержки выключения tf =50 нс;
– сопротивление открытого p-n перехода RDS ( on )= 04 Ом;
– суммарный заряд затвора Qз =140 нКл.
Для управления транзисторами выбираем драйвер Н-канального моста марки HIP4082 со следующими характеристиками:
– диапазон рабочих температур = -55 +125 ºC;
– напряжение шины = 1 80 В;
– рабочий ток = 125 А;
– максимальная частота = 250 КГц;
– время нарастания сигнала = 30 нс;
– драйвер совместим со схемами работающими под напряжением +33 В +5В +12В.
В мостах силовых ключей применяются диоды-шоттки VD3 VD6 которые предохраняют транзисторы сбрасывая излишнюю энергию. Выбраны диоды 123NQ080.
Для интерфейса RS-232 выбрaн приёмопередатчик MAX232. Питание от 5 В. В схеме подключения предложенной производителем используются следующие элементы:
– конденсаторы C4-C7 ёмкостью 1мкФ С9 ёмкостью 10мкФ (Jam
Для формирования стабилизированного напряжения VCC для питания микроконтроллера MSP430 и формирования сигнaла сброса используем прибор TPS77133 производства компании TI. Питается от 5В. Для корректной работы применены следующие элементы:
– конденсатор С3 ёмкостью 01 мкФ С8 ёмкостью 22 мкФ (K73-16 01 мкФ и Jam
– резистор R8 номиналом 120 кОм (МЛТ-0125 120 кОм).
3. Разработка алгоритма управления двигателем
Необходимо разработать aлгоритм для управления двигателем постоянного тока с персонального компьютера.
Разработка схемы алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150
Основные характеристики ОВЕН ПЛК-150
Надежная среда программирования CoDeSys входит в комплект поставки контроллера.
Программируемые логические контроллеры ОВЕН ПЛК имеют встроенные интерфейсы Ethernet 10100 Мbps RS-485 RS-232 USB-Device* USB-Host*.
Контроллеры поддерживают протоколы ОВЕН Modbus RTU Modbus ASCII DCON Modbus TCP GateWay.
Устройство промышленного контроллера предусматривает три режима функционирования дискретных входов (10 кГц): режим импульсного счетчика триггера или энкодера.
Контроллер предусматривает высокую точность настройки всех дискретных входов на генерацию ШИМ-сигнала.
В комплект поставки входят готовые библиотеки функциональных блоков. Это как стандартные библиотеки CoDeSys так и разработки ОВЕН (ПИД-регулятор с автонастройкой блок упрaвления 3-х позиционными задвижками блок измерения влажности психрометрическим методом и т.д.).
Количество входов и выходов программируемых логических контроллеров можно увеличить с помощью подключения внешних модулей вводавывода.
Контроллер оснащен встроенными часами реального времени и встроенным аккумуляторным источником резервного питания.
Внешний вид ОВЕН ПЛК-150 показан на рис.2.7.
Рис.2.7. – Внешний вид ОВЕН ПЛК-1
В функции программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 входит связь с компьютером по интерфейсу передачи данных RS-232 принятие данных с компьютера их обработка и выдача управляющих сигналов. Если требуется увеличить скорость вращения двигателя постоянного тока то на дискретный выход 1 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение 03 секунды если требуется уменьшить скорость вращения двигателя постоянного тока то на дискретный выход 2 ОВЕН ПЛК-150 подается высокий уровень сигнала (5 В) в течение этого же времени.
Схема алгоритма работы ПЛК представлена на рис. 2.8.
Рис 2.8. Схема алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150.
Разработка схемы алгоритма работы PIC16F628A
Описание PIC16F628A:
Внешний и внутренний режимы тактового генератора
- Прецизионный внутренний генератор 4МГц
нестабильность +- 1%
- Энергосберегающий внутренний генератор 37кГц
- Режим внешнего генератора для подключения кварцевого или керамического резонатора
Режим энергосбережения SLEEP
Программируемые подтягивающие резисторы на входах PORTB
Сторожевой таймер WDT с отдельным генератором
Режим низковольтного программирования
Программирование на плате через последовательный порт (ICSP) (с использованием двух выводов)
Защита кода программы
Сброс по снижению напряжения питания BOR
Сброс по включению питания POR
Таймер включения питания PWRT и таймер запуска генератора OST
Широкий диапазон напряжения питания от 2.0В до 5.5В
Промышленный и расширенный температурный диапазон
Высокая выносливость ячеек FLASHEEPROM
- 100 000 циклов стирания записи FLASH памяти программ
- 1 000 000 циклов стирания записи EEPROM памяти данных
- Период хранения данных FLASHEEPROM памяти > 100 лет
В функции микроконтроллера PIC16F628Aвходит:
– получение данных от ОВЕН ПЛК-150 и их передача
– передача текстового сообщения на персональный компьютер через интерфейс RS-232 по протоколу связи UART.
Схема алгоритма работы PIC16F628A представлена на рис. 2.92.10.
Рис. 2.9. Схема алгоритма работы PIC16F628A.
Рис. 2.10. Схема алгоритма работы PIC16F628A.
Разработка схемы алгоритма работы MSP430C1101
Цифровой сигнальный процессор MSP430C1101 имеет в своем составе ПЗУ ОЗУ число портов вводавывода - 20. Питание микроконтроллера осуществляется от источника напряжения +3В. Микроконтроллеры данного семейства содержат 16-разрядное RISC CPU периферийные модули и гибкую систему тактирования соединенные через фон-Неймоновскую общую адресную шину (MAB) памяти и шину памяти данных (MDB). Объединяя современное CPU с отображаемыми в памяти аналоговыми и цифровыми периферийными устройствами.
Внешний вид микроконтроллера MSP430C1101 представлен на рис.2.11
Рис.2.11. Внешний вид микроконтроллера MSP430C1101.
Система тактирования разработана специально для использования в приложениях с питанием от батарей. Вспомогательная низкочастотная система тактирования (ACLK) работает непосредственно от обычного 32 кГц часового кристалла. Модуль ACLK может использоваться в качестве фоновой системы реального времени с функцией самостоятельного «пробуждения». Интегрированный высокоскоростной осциллятор с цифровым управлением (DCO) может быть источником основного тактирования (MCLK) для ЦПУ и высокоскоростных периферийных устройств. Модуль DCO становится активным и стабильным менее чем через 6 мкС после запуска.
Семейство MSP430 имеет фон-Неймоновскую архитектуру с единым адресным пространством для регистров специального назначения (SFR) периферии ОЗУ и Flash-памяти программ. Доступ к программному коду выполняется всегда по четным адресам. Данные могут быть доступны как байты или как слова.
Микроконтроллер постоянно опрашивает состояние входов и при изменении уровня напряжения увеличивает или уменьшает скважность ШИМ. Схема алгоритма работы MSP430C1101 представлена на рис. 2.12.
Рис. 2.12. Схема алгоритма работы MSP430C1101.
Рис. 2.13. Продолжение.
Разработка схемы алгоритма включения ДПТ
Схема алгоритма включения ДПТ показана на рис. 2.14.
При нажатии на кнопку «Пуск» происходит запуск системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.
При нажатии на кнопку «Стоп» происходит останов системы управления двигателем постоянного тока ESCAP 35NT2R32.
Рис. 2.14. Схема алгоритма включения ДПТ.
4 Схема алгоритма работы энкодера
Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера) показана на рис. 2.15.
Рис. 2.15. Схема алгоритма работы фотоимпульсного датчика (энкодера).
Рис. 2.16. Продолжение.
5.Разработка программы управления двигателем постоянного тока
Программы для ОВЕН ПЛК-150УL MSP430C1101 и PIC16F628Aнаписаны в соответствии с разработанными ранее алгоритмами. Результаты вычислительного эксперимента представлены ниже.
На рис. 2.17 изображена визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
Рис. 2.17. Визуализация проекта в среде программирования CoDeSys.
6. Руководство программиста
Спроектированный блок управления двигателем постоянного тока спроектирован на основе микроконтроллера MSP430C1101 и программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150.
Для того чтобы задать другие значения длительностей управляющего сигнала с ПЛК необходимо в среде программирования CoDeSysизменить значение PTтаймеров TON1-TON10 на требуемое.
Для того чтобы задать другие значения скважности ШИМ сигнала необходимо в программном коде для микроконтроллера MSP430C1101 изменить значение переменной Duty_cycle которая пропорциональна скважности изменение которой в свою очередь позволяет управлять частотой оборотов двигателя постоянного тока.
Для того чтобы использовать дополнительные интерфейсы связи необходимо разрабатывать программное обеспечение для операционной системы персонального компьютера. Вся техническая информацию по программированию интерфейсов связи имеется в datasheetмикроконтроллера MSP430C1101.
7. Руководство пользователя
Для управления частотой вращения двигателя постоянного тока необходимо:
– соединить ОВЕН ПЛК-150 с персональным компьютером через COMпорт (подробное описание приводится в документации прибора ОВЕН ПЛК-150);
– запустить исполняющую программу
– в открывшейся программе выбрать вкладку Visualizations - Diplom. Откроется следующее окно:
Рис 2.18. Окно визуализации программы.
– для запуска программы нажать на кнопку «Старт»;
– сбросить предыдущие значения кнопкой «Сброс»;
– для увеличения или уменьшения скважности ШИМ нажать на кнопку «+1» или «-1». Для быстрого увеличения или уменьшения скважности ШИМ нажать на кнопку «+5» или «-5».
Технологический раздел
1.Требования техники безопасности при техническом обслуживании микропроцессорных систем.
Известно что автоматизация производства позволяет сократить ручной неквалифицированный труд улучшить условия труда. Промышленные роботы (ПР) роботизированные технологические комплексы (РТК) роботизированные технологические участки (РТУ) гибкие производственные системы (ГПС) – это более совершенный этап в комплексной автоматизации производства. Такие системы избавляют оператора от тяжелой физической работы но труд его остается утомительным т.к. растут психофизиологические нагрузки в связи с требуемой концентрацией внимания с большим числом движений управляющими рукоятками и т.п. в том числе эти системы представляют повышенную опасность для обслуживающего персонала и работающих на смежных участках.
Так например исследование роботизированных мест в Японии и США показало что на каждые 100 РТК приходится не менее (1) одного несчастного случая в год со смертельным исходом 3 (трех) несчастных случаев и пребыванием в опасных ситуациях 37 % обслуживающего персонала.
Анализ ситуаций связанных с несчастными случаями на роботизированных предприятиях Германии показывает что персонал обслуживающий промышленный робот попадает в опасные или критические ситуации не реже одного раза в три дня а одному несчастному случаю предшествуют в среднем от 40 до 50 таких ситуаций.
Основными видами травм здесь являются травмы пальцев (33%) рук (19%) головы (16%) спины (11%) плеч (6%) ног (6%) шеи (3%) челюстные (3%) перелом ребер (3%). Наибольшую опасность представляют травмы головы которые как правило требуют более длительного лечения.
Установлено что наиболее травмоопасной ситуацией является прямой контакт человек-машина когда человек выполняет такие операции как перепрограммирование наладку ремонт установку снятие инструмента монтаж Изм.
смазку или чистку. Наибольшему риску быть травмированному с этой точки зрения подвергаются работники следующих профессий требующих прямого контакта с роботом: слесари-монтажники сборщики электротехники наладчики бригадиры.
Основными причинами формирующими опасные критические и аварийные ситуации при эксплуатации промышленных роботов (ПР) роботизированных технологических комплексов (РТК) гибких производственных систем (ГПС) согласно ГОСТ 12.2.072–82 ССБТ. «Роботы промышленные роботизированные технологические комплексы и участки. Общие требования безопасности» являются:
непредусмотренные движения исполнительных устройств промышленных роботов при наладке ремонте во время обучения и исполнения управляющей программы;
внезапный отказ в работе промышленного робота или технологического оборудования совместно с которым он работает;
ошибочные (непреднамеренные) действия оператора или наладчика во время наладки и ремонта при работе в автоматическом режиме;
доступ человека в рабочее пространство робота функционирующего в режиме исполнения программы;
нарушение условий эксплуатации промышленного робота роботизированного технологического комплекса;
нарушение требований эргономики и безопасности труда при планировке роботизированного технологического комплекса и участка (размещение технологического оборудования промышленных роботов пультов управления загрузочных и разгрузочных устройств накопителей тары транспортных средств и других средств технологического оснащения).
Для защиты человека от механических опасностей при эксплуатации роботизированных производственных систем применяют два основных метода:
) обеспечение невозможности проникновения человека в рабочую зону при наличии источников опасности представляющих реальную угрозу для его жизни или здоровья;
) применение специальных приспособлений и устройств непосредственно защищающих человека от любой опасности представляющей угрозу длящего жизни и здоровья.
Первый метод состоит в разработке выборе и применении ограждающих блокирующих предупреждающих сигнализирующих устройств или систем обеспечивающих недоступность человека к опасному промышленному объекту узлу участка и т.п.
Второй метод основан на принципе безопасного взаимодействия человека с ПР роботизированными системами или отдельными их частями при наличии источников опасности с помощью систем дистанционного управления или устройств автоматически отключающих источники энергии или останавливающих движение исполнительных механизмов и других элементов ПР или систем при появлении человека в границах рабочей зоны.
К наиболее распространенным средствам защиты персонала ПР РК ГПС относятся механические ограждения (решетки панели барьеры и т.п.) с блокирующими устройствами исключающими возможность проникновения человека в опасную зону при работе робота. Использование вместо механических ограждений для ограждения рабочей зоны светолокационных емкостных ультразвуковых устройств уменьшает риск опасности хотя также не обеспечивает полной защиты человека.
Планировка участков и линий ПР РТК должна обеспечивать свободный удобный и безопасный доступ обслуживающего персонала к ПР основному и вспомогательному технологическому оборудованию к органам управления и аварийного отключения всех видов оборудования и механизмов входящих в их Изм.
состав. Например требованиям обеспечения свободного доступа к оборудованию и его осмотра в большей степени соответствуют подвесные передвижные ПР рабочие зоны которых не совмещены с рабочими зонами операторов.
Планировка зоны РТК должна выбираться в зависимости от типа используемого технологического оборудования его компоновки формы размеров и расположения рабочих зон уровня автоматизации оборудования надежности его работы и степени информационного обеспечения а также от компоновки и структурно-кинематической схемы ПР с учетом действующих норм технологического проектирования соответствующего производства.
В связи с этим вопросам обеспечения безопасности должно уделяться особое внимание как при конструировании так и при эксплуатации промышленных роботов и роботизированных систем (РС).
Основные требования безопасности к конструкции ПР.
Обязательное защитное исполнение ПР предназначенных для эксплуатации в неблагоприятных условиях производственной среды (пыль повышенная или пониженная температура взрыво- и пожароопасная среда вибрация и т.п.). Тем самым увеличивается надежность и долговечность работы ПР.
Правильный выбор конструкции рабочего органа ПР. С позиции ОТ под правильным выбором рабочего органа подразумевается следующее.
Следует применять такие захватные устройства которые должны обеспечивать удержание объектов манипулирования при внезапном отключении питания и аварийной остановке.
Для подвесных ПР предназначенных для перемещения тяжелых предметов это условие является обязательным.
Оснащение ПР регуляторами снижения скорости перемещения исполнительных устройств до 03 мс во время обучения и наладки роботов.
Необходимость регламентации этой скорости выявилась из опыта во время обучения и наладки роботов когда оператор может находиться в опасной зоне Изм.
(рабочем пространстве) и совершать ошибочные действия. При такой скорости оператор успевает среагировать на движение ПР и не получит смертельного динамического удара.
Промышленные роботы должны быть оснащены средствами защиты: оградительными предохранительными блокировками сигнализирующими устройствами и др. исключающими возможность воздействия на обслуживающий персонал опасных и вредных производственных факторов.
К этим средствам предъявляются два общих требования:
а) не ограничивать технологические возможности ПР;
б) не ограничивать удобство обслуживания ПР.
Привыборе средств защитыприоритет должен отдаваться блокирующим и сигнализирующим устройствам.
Так например ГОСТ 12.2.072-82 требует:все движения ПР которые могут явиться причиной опасности для обслуживающего персонала должны иметь защитную блокировку обеспечивающую автоматический останов исполнительных устройств.
Опасными ситуациями требующими защитных блокировок являются следующие:
- попадание человека в запрограммированную рабочую зону ПР;
- наличие препятствия на пути перемещения ПР или рабочего органа;
- силовое воздействие на захватное устройство величина которого превышает запрограммированную (например по грузоподъемности);
- выход манипулятора за пределы запрограммированной рабочей зоны ПР.
В последнем случае (при выходе манипулятора за пределы) должна не только срабатывать блокировка но выход манипулятора должен ограничиваться жесткими упорами которые должны быть рассчитаны с учетом динамических и статических усилий.
О сигнализирующих устройствах.
В конструкции ПР и роботизированных систем должны предусматриваться средства сигнализации (информации) трех типов:оперативная предупредительная и опознавательная.
Оперативнаядолжна поступать на пульт управления и давать информацию:
- о готовности ПР к движению при исполнении управляющей программы;
- о начале движения исполнительных устройств;
- о режиме работы (автоматический полуавтоматический ручной);
- о срабатывании блокировок;
- о причинах сбоя (остановок) в работе ПР.
Предупредительную сигнализацию необходимо использовать:
- для оповещения о возникновении (наличии) опасности;
- для опережения включения оборудования или подачи напряжения (т.е. перед включением подается сигнал).
Предпочтение следует отдавать звуковым сигналам. Но если они не слышны то следует использовать яркий мигающий световой сигнал (цвет выбирают по ГОСТ-12.4.026-76).
Опознавательная сигнализация т.е. цветовое оформление ПР (или РТК) должно соответствовать ГОСТ 12.4.026-76 «Цвета сигнальные и знаки безопасности». Например рабочее пространство ПР обозначают сплошными линиями шириной 50–100 мм стойкой к истиранию краской желтого цвета наносимой на плоскость пола.
Система управления ПР должна иметь устройство аварийного останова срабатывающего по команде оператора.
Срабатывание аварийного останова должно прекращать любое движение ПР независимо от режима работы.
Органы аварийного останова должны располагаться на ПР на пульте и в других легкодоступных местах (это может быть кнопка экстренного отключения увеличенного размера грибовидной формы красного цвета имеющих надпись указатель). На протяженных автоматизированных линиях РТУ РТК органы аварийного останова следует располагать на расстоянии ≤4м друг от друга по всей длине линии.
Органы управления и средства отображения информации должны быть расположены на панели стационарного пульта управления. Если наладка и обучение ПР затруднительны со стационарного пульта управления (в связи со спецификой роботизированной системы) то ПР должен дополнительно снабжаться переносным пультом управления.
Основные требования безопасности к организации роботизированного производства т.е. РТК и РТУ.
Планировка роботизированных технологических комплексов и участков (РТК и РТУ) должна обеспечивать свободный и безопасный доступ обслуживающего персонала к элементам при программировании обучении наладке и ремонте ПР.
Для достижения этого требования схемы размещения производственного оборудования разрывы (расстояния) между единицами оборудования а также оборудованием и стенами колоннами должны соответствовать нормам технологического проектирования и СниП:
а) ширина проходов между смежными автоматизированными линиями должна быть не менее 800-1000 мм от линии до стены со стороны обслуживания 1200-1500 мм от торца линии до стены – 800-1000 мм. Автоматические линии обслуживаемые с двух сторон должны быть оборудованы переходными мостиками на расстоянии не более 25 м друг от друга а линии имеющие недоступные с уровня пола элементы обслуживания – стационарными площадками или галереями. Ширина настила и высота перил мостиков площадок и галерей должны быть не менее 800-1000 мм;
б) при планировке РТК (РТУ) необходимо исключать пересечение трасс следования оператора и движения исполнительных устройств ПР;
в) рабочее пространство ПР необходимо обозначать сплошными линиями шириной 50-100 мм наносимыми на плоскость пола краской желтого цвета стойкой к истиранию.
При организации РТК и др. необходимопредусматривать средства максимальной механизации вспомогательных трудоемких операций.
К этим операциям относят:
- транспортирование заготовок и изделий;
- загрузка и разгрузка накопителей;
- ориентация манипулируемых деталей в положение удобное для захвата их рабочим органом;
- удаление стружки окалины других отходов из зоны обработки.
Устройствадля удаления стружки из зоны резания являются обязательным компонентом роботизированного станочного комплекса так как около него нет рабочего выполняющего эти функции а скопление стружки и загрязнение заготовок обработанных деталей и рабочих органов ПР может привести к сбою в работе роботизированного комплекса и к аварийным ситуациям.
Соблюдение требований механизации вспомогательных операций обеспечит оптимальную физическую нагрузку на оператора и оставит за ним в основном функции управления и контроля работой РТК РТУ.
РТК или участок должен оснащаться блокирующими устройствами. (Этот пункт перекликается с требованиями к ПР но следует еще раз повторить т.к. РТК = ПР + оборудование).
В данном случае блокирующие устройства имеют следующее назначение:
- обеспечивать отключение РТК или РТУ в следующих случаях:
а) при технических неполадках на РТК (РТУ) а именно: нарушение роботизированного техпроцесса отказа оборудования выход параметров энергоносителей за допускаемые пределы (снижение электронапряжения давления и т.п.);
б) при входе человека в зону РТК (РТУ);
- исключить самопроизвольный перевод автоматической линии с режима на режим (на наладочный ручной или автоматический режим);
- предотвратить управление роботизированным процессом одновременно с различных пультов.
Роботизированные технологические комплексы и участки необходимо ограждать и обозначать сигнальными цветами и знаками безопасности.
Назначение ограждения – исключить возможность случайного попадания человека в опасную зону РТ (РТУ) и рабочее пространство ПР.
В качестве ограждающих устройств используются как правило стационарные ограждения.
Окончательно выбор типа оградительного устройства следует определять исходя из принятого компоновочного решения и условий эксплуатации роботизированной системы.
К ограждениям предъявляются требования:
- оградительные устройства не должны затруднять визуальный контроль оператора за работой роботизированной системы;
- оградительные устройства должны обеспечивать вход оператора в огражденную зону только через предназначенные для этой цели проемы (двери) оборудованные блокировками.
В качестве блокировок используют светозащиту (фотоэлемент) дверной проем с датчиками входная дверь с цифровым замком и др. Блокировки должны быть взаимосвязаны с системой управления ПР и обеспечивать его выключение при входе человека в огражденную зону.
На входной двери ограждения должен быть установлен знак «Вход воспрещен» по ГОСТ 12.4.026-76.
Размеры ограждений должны рассчитываться с учетом разрывов между ограждением и границами рабочей зоны рабочего пространства ПР и технологического оборудования для удобного и безопасного выполнения программирования обучения ремонта и наладки ПР и оборудования. Рекомендуется принимать высоту ограждения Н ≤ 1300 мм; расстояние от границы рабочего пространства ПР или технологического оборудования ≤800 мм. Ограждение монтируют из труб обшитых сеткой с ячейками 60 х 60 мм.
Ограждения окрашиваются полосами шириной 150-200 мм желтого и черного цветов под α = 45-600.
Последнее по поводу ограждений: в случае перемещений ПР объектов манипулирования над проходами проездами и рабочими местами необходимо установить под зоной движения ПР защитные сетки или другие устройства. Они исключают травмирование человека при случайном падении объектов манипулирования.
При организации РТК (РТУ) должны соблюдаться требования к организации рабочего места оператора.
Рабочим местом является пульт управления: один или несколько.
Центральный (стационарный) пульт управления РТК следует размещать за пределами ограждения опасной зоны. При наличии протяженного РТК допускается применять переносные пульты управления у отдельных объектов. Но Изм.
в этом случае необходимо применение блокировок исключающих возможность параллельного управления одним и тем же оборудованием от различных пультов.
Стационарный пульт управления может быть открытым или располагаться в закрытой кабине. Так как зачастую имеют место неблагоприятные санитарно-гигиенические условия: шум пыль тепловыделения и др. то наиболее рациональным с позиции ОТ является размещение пультов управления РТК (РТУ) в закрытых кабинах. Здесь могут быть созданы оптимальные санитарно-гигиенические условия труда.
В соответствии с ГОСТ 12.2.072-82 такие кабины должны иметь следующие минимальные внутренние размеры: высота 2100 мм; ширина – 1700 мм; длина – 2000 мм; ширина дверного проема – 600 мм.
Компоновка рабочего места оператора за пультом должна обеспечивать его удобное положение при работе хороший обзор приборов и органов управления и удобства пользования ими. Наиболее удобное положение оператора сидя. Органы управления и контроля размещаются в оптимальной зоне.
Освещенность на пульте управления должна быть не менее 400 лк а уровень шума в закрытой кабине не должен превышать 80 дБА.
В кабину должен подаваться приточный воздух в количествах по СН 245-71. Оптимальным является оборудование кабин кондиционерами. Температура влажность скорость движения воздуха должны соответствовать ГОСТ 12.1.005-88.
Основные требования безопасности к эксплуатации роботизированных технологических комплексов (ртк) и рту
2. Требования экологии при техническом обслуживании микропроцессорных систем.
Одна из возможностей экономии энергии состоит как считают некоторые в возвращении к старому более примитивному способу ведения сельского хозяйства. Иные энтузиасты полагают что от этого мы станем более здоровыми и счастливыми. Но с другой стороны не все время которое мы выигрываем благодаря автоматизации расходуется нами впустую; оно идет на развитие культурной и интеллектуальной сторон жизни которые принято считать существенными признаками развития цивилизации. Использование в сельском хозяйстве и других областях роботов позволит сохранить эти признаки и в то же время даст возможность уменьшить энергетические затраты на производство продуктов питания. В этом случае необходимая обработка информации от которой зависит сохранение энергии будет выполняться электронными средствами а не нервной системой человека.
Роботоподобные устройства могли бы сыграть большую роль при использовании вторичного сырья.
Старые автомашины к примеру в настоящее время часто сваливают в кучу металлолома удалив лишь аккумуляторные батареи и уничтожив все что может загореться. Если учесть что в автомобилях употребляются некоторые специальные сплавы и другие ценные материалы то такой подход представляется весьма расточительным однако разборка машины на части для их вторичного использования в настоящее время экономически не оправдана. По-видимому единственное решение проблемы заключается в использовании роботов для демонтирования автомашин несмотря на индивидуальные отличия одной машины от другой.
Имеются и другие проблемы связанные с окружающей средой которые частично могут быть решены с помощью роботов. Существующие ныне средства для уничтожения сорняков вызывают беспокойство из-за их долговременного действия на почву. Их использования можно избежать если заставить роботы способные отличать сорняки от полезных растений выкапывать сорняки. Применение инсектицидов вызывает также нарекания с точки зрения охраны окружающей среды. В качестве альтернативного решения проблемы в некоторых случаях можно было бы заставить робота выполнять то что садоводы называют «делать своими руками». В тех районах где ощущается нехватка воды более экономный расход воды можно было бы обеспечить используя роботы способные оценивать потребность каждого растения в воде по его внешнему виду.
Естественно масштабы применения разумных роботов зависят от того насколько дешево обходится их производство и работа. Стоимость электронных схем неуклонно снижается а потребление энергии твердотельными компонентами схем чрезвычайно мало. В то же время необходимость решения проблем охраны окружающей среды становится все более настоятельной. Подводя итог сказанному следует заметить что в развитии методов экономии Изм.
человеческих затрат вызванном современной промышленной революцией мало внимания уделяется вопросу обработки информации.
Многие из этих методов слишком энергоемки а их излишне решительное порой внедрение порождает и другие побочные эффекты. Такие методы становятся все менее оправданными по мере исчерпания ресурсов. Возвращение к информационно-интенсивным методам требует чтобы либо люди делали больше ручной работы либо ее выполняли роботы.
Экономический раздел
1 Расчет затрат на проектирование устройства управления роботом типа «взять-положить»
Над поставленной задачей работал техник по специальности «Автоматизация технологических процессов и производств».
Для подготовки необходимой документации были выполнены следующие этапы работ:
Анализ предметной области(выбор технологического оборудования промышленного робота накопителя детали)
Сбор материалов (выбор вспомогательного оборудования)
Студент во время прохождения преддипломной практики собирает материал характеризующий работу робототехнического комплекса делает детализацию его работы в течении производственной смены (либо рассматриваемого промежутка времени).
Для детализации этапов работы над поставленной задачей используется метод наблюдения либо «фотографии рабочего времени» или «хронометраж рабочего дня».
При работе над проектом выделяются следующие этапы:
-анализ предметной области
-подготовка конструкторской документации
В совокупности временные затраты с учетом подготовки конструкторской документации и выполнение рабочих схем и чертежей составили 130 часов.
Структура временных затрат представлена на диаграмме 4.1.1.
Рис.4.1.1 Структура временных затрат на разработку устройства управления роботом типа «взять-положить»
Секторная диаграмма представленная на рис.4.1.2 позволяет оценить трудоемкость выполнения работ по разработке устройства управления роботом типа «взять-положить» в процентном соотношении и наглядно показать наиболее сложные этапы.
Рис 4.1.2 Секторная диаграмма временных затрат на разработку устройства управления роботом типа «взять-положить»
Анализ данных материалов показывает что наиболее трудоемкий этап-подготовка конструкторской документации и схем- 730% от общих временных затрат.
В таблице 4.1.1 приведены оклады по категориям на 2016 год.
Таблица 4.1.1. Тарифные оклады
Примечание: Среднемесячная продолжительность рабочего времени составляет:
- при 40-часовой рабочей неделе – 164 часа
- при 36-часовой рабочей неделе – 148 часов
Для определения заработной платы которая будет выплачена на проектирование устройства управления вентиляцией определим среднечасовую заработную плату ЗПср.час по формуле 4.1.1:
ЗПср.час=ЗПм Тр руб(4.1.1)
где: ЗПм-среднемесячная заработная плата техника
Тр-время работы в месяц(час)
ЗПср.час=12000 164=731 руб
Для расчета были приняты следующие исходные данные:
ЗПм(Ро)-оклад соответствующий 4му разряду работающего
Тр-время работы соответствующее 40 часовой рабочей неделе
Заработная плата на разработку проекта ЗПр.п составит:
ЗПр.п = ЗПср.час * Тр.п где:(4.1.2)
Тр.п – время на разработку проекта
ЗПр.п = 731 * 130= 9503 руб
Дополнительная заработная плата (ЗПдоп) расчитывается в размере 12% от ЗПр.п.
ЗПдоп = 012 * ЗПр.п. руб(4.1.3)
ЗПдоп=012 * 9503 = 1140 руб
Отчисления по социальному страхованию (Отч.с.стр.) составляют 30% от основной заработной платы (ЗПо) и определяются по формуле 4.1.4:
ЗПо = 9503 + 1140 = 10643 руб
Отч.с.стр. = ЗПо * 03 (4.1.4)
Отч.с.стр. = 10643 * 03 = 3193 руб
Общая заработная плата определяется как сумма всех элементов ЗП:
ЗПобщ = 9503+ 1140 + 3193 = 13836 руб
Рис 4.1.3 Структура заработной платы проектировщика.
На рис 4.1.4 приведена секторная диаграмма ЗП
Рис 4.1.4 Секторная диаграмма ЗП
Анализ секторной диаграммы ЗП показал что наибольшую часть – 69% от общей ЗП составляет основная ЗП.
Система оплаты труда выбирается предприятием самостоятельно
Величины процентов применяемых при расчетах индивидуальны для каждого хозяйствующего субъекта
Премирование предусматривается дополнительным соглашением
Материальные затраты на разработку и проектирование системы составили 36504 рублей (материальная часть: бумага дискеты интернет ресурсы дополнительные источники информации канцелярские принадлежности) а прочие расходы – 1020 руб.
Структурно представим их в виде общей диаграммы затрат:
Рис 4.1.5 Затраты на проектирование устройства безопасности РТК для обработки литых деталей.
И =36504+ 9503+ 1140+ 3193+1020= 185064 руб
Анализ диаграммы и результатов расчета издержек показал что наиболее «весомыми» являются затраты на оплату труда исполнителя – 75 % от общей суммы затрат.
Структура затрат приведена ниже на секторной диаграмме:
Рис 4.1.6 Структура затрат на проектирование устройства управления роботом типа «взять-положить».
2. Расчет себестоимости изготовления устройства управления роботом типа «взять-положить»
Для практического использования в системе управления формированием затрат и издержек используется классификация затрат с учетом вида расходов по статьям калькуляции и элементам затрат.
Таблица 4.2.1 Плановая калькуляция
Наименование статей расхода
Плановая себестоимость руб
Материалы вспомогательные
Покупные изделия и полуфабрикаты
Полуфабрикаты собственного производства
Топливо и энергия на технологические цели
Основная заработная плата
В том числе сдельная ЗП
В том числе премиальная ЗП
Дополнительная заработная плата
Отчисления на социальные нужды
Услуги производственного характера
Услуги сторонних организаций производственного характера
Производственные услуги внутренних подразделений
Итого: прямых затрат
Общепроизводственные расходы
Итого: цеховая себестоимость
Общехозяйственные расходы
Итого: косвенных затрат
Производственная себестоимость
Коммерческие расходы
Итого: полная себестоимость
Итого: себестоимость с процентами за кредит
В статью «Материалы» включаются затраты на материалы которые образуют основу изготовленной продукции или являются необходимыми комплексными при её изготовлении.
В статью «Возвратные отходы» включаются остатки сырья полуфабрикатов или материалов возникшие в процессе обработки.
В статье «покупные изделия и полуфабрикаты» - дополнительные затраты.
Статья «Топливо и энергия» - на технологические цели затраты на все виды топлива в процессе производства.
В статье «Основная заработная плата» учитывается оплата всех операций по сдельным нормам и расценкам.
Статья «Отчисления на социальное страхование» включает страховые взносы:
В Пенсионный фонд РФ
В Фонд социального страхования РФ
В Фонд обязательного медицинского страхования РФ
«Потери от брака» - окончательно забракованная продукция.
«Общепроизводственные расходы» - затраты связанные с обслуживанием основного и вспомогательного производств.
Статья «Общехозяйственные расходы» - включает затраты связанные с управлением предприятий.
Статья «Прочие производственные расходы» - расходы на НИР.
«Коммерческие расходы» - затраты на тару упаковку на складах доставку продукции на станцию.
Затраты на материалы и покупные изделия системы составили руб.
Часовые тарифные ставки для рабочих сдельщиков на 2016 год (в руб).
В таблице 4.2.1 приведены виды выполняемых работ.
Таблица 4.2.1 Виды выполняемых работ на изготовление устройства безопасности РТК для обработки литых деталей.
Вид выполняемых работ
Часовая тарифная ставка
Расчет основной заработной платы производится по формуле 4.2.1
ЗПо = Рм + Рр + Рс руб(4.2.1)
ЗПо = 4178+ 2682+2432= 9292 руб
Дополнительная заработная плата производственных рабочих рассчитывается по формуле 4.2.1 и составит 12% от основной заработной платы:
ЗПдоп = 012 * ЗПо руб(4.2.1)
ЗПдоп = 012 * 9292 = 1115 руб
Отчисления на социальное страхование (внебюджетные фонды) составит 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы:
ОС = 03 * (ЗПо + ЗПдоп) руб(4.2.2)
ОС = 03 * (9292 + 1115) = 3122 руб
Итого прямые затраты составят:
ПЗ = М +Мвс+ ПФ +ПФс+ ЗПо + ЗПдоп + ОС руб (4.2.3)
ПЗ = 6761+ 19643+ 210+ 1002 + 9292 + 1115+3122 = 112902 руб
Общепроизводственные расходы принимаются в размере 150% от основной заработной платы:
ОПР = 150% * ЗПо руб(4.2.4)
ОПР = 15 * 9292 = 13938 руб
Итого цеховая себестоимость составит:
Сцех = ПЗ + ОПР руб(4.2.5)
Сцех =112902 + 13938 = 12684 руб
Общехозяйственные расходы принимаются в размере 200% от основной заработной платы:
ОХР = 200% * ЗПо руб(4.2.6)
ОХР = 2 * 9292 = 18584 руб
Производственная себестоимость:
Спроизв = Сцех + ОХР руб (4.2.7)
Спроизв =12684+18584 = 145424 руб
Сцех = 12684 руб в т.ч:
Материалы М = 6761 руб
Материалы вспомогательные =19643 руб
Полуфабрикаты покупные ПФ = 210 руб
Полуфабрикаты собственного производства ПФс = 1002 руб
Основная заработная плата ЗПо = 9292 руб
Дополнительная заработная плата ЗПдоп = 1115 руб
Отчисления во внебюджетные фонды ОС = 3122 руб
Общепроизводственные расходы ОПР = 13938 руб
Заводская себестоимость определяется как сумма цеховой себестоимости и общезаводских расходов и определяется по формуле 4.2.7:
Сз = Сцех + Рз руб(4.2.7)
Общезаводские расходы принимаются в размере 200% от ЗПо:
Рз = 2 * 9292 = 18584 руб
Сз = 12684+ 18584 145424 руб
Рис 4.2.1 Структура производственной себестоимости изготовления устройства управления роботом типа «взять-положить».
В данной дипломной работе разработано устройство управления роботом типа взять-положить на основе программируемого логического контроллера ОВЕН ПЛК-150 и микроконтроллера MSP430C1101. Данное мехатронное изделие представляет собой функционально законченное электронное устройство предназначенное для управления роботами с номинальным напряжением до 12 вольт.
Для питания блока используются стабилизированные источники питания постоянного тока. В качестве датчика обратной связи был выбран энкодер установленный внутри корпуса блока. Величина напряжения питания 5 В потребляемый ток менее 100 мА разрешение энкодера 32000 имп.об. В блоке используется метод управления двигателем с помощью широтно-импульсной модуляции. Такой способ позволяет эффективно управлять двигателями как малой так и большой мощности. Регулирование скорости двигателя с помощью ШИМ дает более высокий КПД.
Был разработан алгоритм работы микропроцессорного устройства описывающий порядок подачи управляющего сигнала на двигатель. Hа основе алгоритма составлен программный код обеспечивающий корректную работу блока управления двигателем постоянного тока. Спроектированы следующие чертежи: схема электрическая принципиальная микропроцессорной системы перечень элементов к схеме электрической принципиальной схема электрических соединений чертеж печатной платы микропроцессорной системы сборочный чертеж микропроцессорной системы спецификация микропроцессорной системы сборочный чертеж блока управления шаговым двигателем и спецификация к нему.
Все это позволило познакомиться с организацией и основными этапами проектирования электронных устройств усвоить основные понятия и термины относящиеся к проектированию закрепить и углубить знание методов расчета электронных цепей познакомиться с элементной базой и получить представление о способах компоновки элементов убедиться что современное проектирование и Изм.
производство электронной аппаратуры базируется на всеобъемлющей системе государственных и отраслевых стандартов.
Разработанное устройство может использовать в тех областях промышленности где требуется точное перемещение и точность позиционирования. Корпус блока обладает достаточной прочностью. Существует возможность применения спроектированного блока в паре с двигателем в довольно сложных и ответственных устройствах. Обладает большим ресурсом и сроком службы.
Список используемой литературы
Семенов Б.Ю. Силовая электроника для любителей и профессионалов Б. Ю. Семенов. М.: Солон-Р 2001. 126 с.
Хорвиц П. Искусство схемотехники. Пер. с англ. М.: Мир 1993.
Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. К.: Техника 1984. 424 с.
Касаткин А.С. Электротехника. Учеб. пособие для вузов. 4-е изд. М.: Энергоатомиздат1983. 440 с.
Брускин Д.Э. Электрические машины: В2-х ч. Ч1: Учеб. пособие для вузов. М.: Высшая школа1987. 319 с.
Романычева Э.Т. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь 1989. 448 с.
Вольдек А.И. Электрические машины. Л.: Энергия 1974. 840 с.
Сентурия С. Уэдлок Б. Электронные схемы и их применение. М.: Мир 1977. 600 с.
Настройка и конфигурирование ПЛК в среде программирования CoDeSys
После инсталляции среды CoDeSys следует выполнить инсталляцию Target-файлов. В Target-файлах содержится информация о ресурсах программируемых контроллеров с которыми работает CoDeSys.
Инсталляция Target-файлов производится при помощи утилиты InstallTarget устанавливающейся вместе со средой программирования.
Выбор требуемого Target-файла показан на рис А.1.
Рис А.1. Выбор требуемого Target-файла.
Настраиваем входы и выходы ОВЕН ПЛК-150 в PLC Configurator.
Цифровой вход 0 будет подключен к фотоимпульсному датчику (энкодеру). На аналоговые выходы будет поступать высокий или низкий уровень сигнала характеризующий увеличение или уменьшение вращения двигателя постоянного тока.
Настройка конфигуратора изображена на рис А.2.
Рис А.2. Настройка конфигуратора.
Характеристики MAХ232
Рис Б.1. Внешний вид приёмопередатчика MAX232.
Рис Б.2. Обозначение контактов MAX232.
Микросхема приемопередатчика MAX3232 оснащена фирменным выходным каскадом передатчиков обеспечивающим малое падение напряжения и полную совместимость с требованиями стандарта RS-232 при напряжении питания от 30 до 55 В. Формирование выходного сигнала при использовании одного положительного напряжения питания обеспечивается двумя встроенными Изм.
генераторами накачки для работы которых достаточно четырех внешних малогабаритных конденсаторов емкостью по 01 мкФ.
3 Цифровой сигнальный процессор:
MSP430C1101 - 16-разрядная RISC-архитектура время выполнения инструкции
- 125 нс 16-разрядная RISC-архитектура время выполнения инструкции
- 125 нс 32 КГц кварцевый резонатор встроенный модуль 10-разрядного АЦП скоростью 200 ksps 16-битовый таймер с тремя регистрами захватасравнения ОЗУ 128б ПЗУ 1кб корпус 20 выводов напряжение питания от +18В до +5В.
Инкрементные фотоимпульсные датчики (ФИД)
Схема применения фотоимпульсного датчика для измерения угла поворота a показана на рис В.1.
Рис В.1. Схема применения фотоимпульсного датчика.
Основным элементом ФИД является прозрачный диск с нанесенными на него рисками количество которых достигает нескольких тысяч. При повороте диска луч света излучаемый источником ИС модулируется рисками и воспринимается фотоприемниками ФП. Электрические сигналы от ФП преобразуются электронным преобразователем ЭП в систему электрических сигналов которые подаются на программируемый логический контроллер ПК.
ФИД генерирует следующие сигналы и их инверсии:
Диаграмма этих сигналов при вращении вправо и влево показана на рисунке В.2. Программно-аппаратное обеспечение ПК организовано так что при движении вправо при каждом переходе входного сигнала происходит прибавление "1" в программном или аппаратном счетчике а при движении влево – вычитание "1". Кроме того ПК проверяет отсутствие обрыва линии сравнивая сигналы с их инверсиями. Таким образом в счетчике ПК формируется код угла поворота Na или его приращения.
Рисунок В.2 – Диаграмма сигналов генерируемых ФИД

Титульник.doc

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ
БРЯНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
К защите допускается
Зам. директора по учебной
Разработать устройство управления роботом типа «взять-положить»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
ПКТУ. ДП6592. 000 ПЗ
Руководитель проекта Копелиович В.Н.
Консультант по экономическому разделу Солдатенкова В.В.
Нормоконтролер Водянин С.В.

Аннотация.docx

Тема: «Разработать устройство управления роботом типа «взять-положить» с его экономическим расчетом.
Объем дипломной работы страниц на которых размещены 27 рисунков6 таблиц При написании диплома использовалось 10 источников.
В дипломную работу входит введение4 раздела и итоговое заключение.
В введении раскрывается вся сущность и важность промышленных роботов в производстве.
В первом разделе уделяется внимание общим сведениям и классификации промышленных роботов.
Во втором разделе осуществляется разработка структурной схемы устройства алгоритмов работы и программы управления.
В третьем разделе описывается технологический процесс
В четвертом разделе рассчитывается экономическая часть диплома.
Заключение посвящено основным процессам которые были произведены при разработке устройства управления роботом типа «взять-положить»

Структурная схема А1.cdw

Устройства контроля и
устройства управления
роботом типа "взять-положить
Запоминающее устройство

Экономика.cdw

Таблица временных затратдиаграммы структур: заработной платы
затрат на проектирование производственной себестоимости
изготовления устройства управления роботом типа "взять-положить
Временные затраты с учетом подготовки
конструкторской документации и
выполнение рабочих схем и чертежей
Структура заработной платы
Затраты на проектирование устройства безопасности РТК для
обработки литых деталей
Структура производственной себестоимости изготовления
устройства управления роботом
типа "взять-положить
на проектирование и себестоимость
устройства управления
роботом типа "взять-положить
Секторная диаграмма ЗП %

-Схема и алгоритм работы двигателя постоянного тока.cdw

Содержание.docx

1 Общие сведения о промышленных роботах 5
2 Классификация промышленных роботов .9
Конструкторский раздел
1.Разработка структурной схемы устройства ..12
2 .Выбор элементной базы .12
Выбор двигателя постоянного тока ..15
Выбор фотоимпульсного датчика (энкодера) ..16
Выбор конденсаторов диодов резисторов транзисторов .19
3.Разработка алгоритма управления двигателем ..20
Разработка схемы алгоритма работы ОВЕН ПЛК-150 20
Разработка схемы алгоритма работы PIC16F628A ..23
Разработка схемы алгоритма включения ДПТ 25
Разработка схемы алгоритма работы MSP430C1101 28
4.Разработка алгоритма работы энкодера ..29
5.Разработка программы управления .32
6.Руководство программиста 32
7.Руководство пользователя .33
Технологический раздел
1. Требования техники безопасности при техническом обслуживании микропроцессорных систем ..34
2. Требования экологии при техническом обслуживании микропроцессорных систем ..44
Экономический раздел
1. Расчет затрат на проектирование устройства управления роботом типа «взять-положить» 46
2. Расчет себестоимости изготовления устройства управления роботом типа «взять-положить» 52
Список используемой литературы 59