Описание функциональной схемы проектируемого ГАК и обоснование выбора устройств, осуществляющих непосредственное управление

В проекте предлагается решение задачи системной интеграции устройств управления на основе сетевых решений Siemens.

Структурно-функциональная схема СУ ГАУ представлена в графической части работы. Она реализована в виде 2-х основных промышленных сетей, включающих в себя сеть полевого уровня по стандарту Profibus DP и сеть AS-интерфейса – сеть интеллектуальных исполнительных устройств и интеллектуальных датчиков. Дополнительно для решения задач загрузки управляющих программ и организации обмена информацией с цеховым уровнем используется сеть Industrial Ethernet.

Связь с полевым уровнем используется для обслуживания систем распределенного ввода-вывода, а также устройств и систем человеко-машинного интерфейса. Подключение устройств распределенного ввода-вывода к системам автоматизации производится через:

• встроенные интерфейсы центральных процессоров (CPU),

• коммуникационные процессоры (CP).

К одной системе автоматизации может подключаться несколько сетей PROFIBUS-DP, что позволяет не только увеличивать количество обслуживаемых устройств распределенного ввода-вывода, но и разделять их на группы по различным технологическим признакам.

Из анализа штатных устройств управления следует, что их можно интегрировать их в единую систему типа звезда, распространенную в настоящее время как систему управления участком в целом. Это обусловлено тем, что устройства имеют быстрый последовательный канал связи с верхним уровнем управления.

Идеология организации сетевой структуры СУ основана на том, что системы ЧПУ роботов обслуживают датчики состояния робота, датчики положения всех механизмов станков и роботов, а также имеют развитое программное обеспечение диагностики оборудования и механизмов робота. Последняя обеспечивает формирование интегральной оценки состояния оборудования, которая используется как осведомительный сигнал для контроллера 2-ого уровня управления. Кроме того, сигналы выполнения и исполнения программ станков и роботов также являются осведомительными.

В качестве устройства управления 2-ого уровня выбираем ПЛК производства Siemens Simatic S7-300.

SIMATIC S7-300 – это модульные программируемые контроллеры, работающие с естественным охлаждением. Модульная конструкция, возможность построения распределенных структур управления, наличие дружественного пользователю интерфейса позволяет использовать контроллер для экономичного решения широкого круга задач автоматического управления в различных областях промышленного производства.

Эффективному применению контроллеров способствует возможность использования нескольких типов централь - процессоров различной производительности, наличие широкой гаммы модулей ввода - дискретных и аналоговых сигналов, функциональных модулей и коммуникационных процессоров.

Нам необходимо чтобы в состав контроллера входило:

· Блок питания

· Коммуникационный процессор

· Главный процессор

· Блок дискретных входов и выходов

Контроллеры SIMATIC S7-300 используют для своей работы постоянный ток напряжением 24В. Модуль PS 307 преобразует входное напряжение ~120/230В в выходное напряжение 24В постоянного тока. Он может использоваться как для питания внутренних цепей контроллера, так и для питания его входных и выходных цепей.

Т.к. нам необходимо соединить контроллер к Profibus DP, то выбираем следующий коммуникационный процессор: CP342-5. Он предназначен для подключения контроллеров SIMATIC S7-300 и систем автоматизации SI-MATIC C7 к сети PROFIBUS-DP. Он позволяет разгрузить центральный процессор контроллера от выполнения коммуникационных задач и способен поддерживать протокол PROFIBUS-DP, S7 функции связи, интерфейс SEND/RECEIVE и PG/OP. С его помощью может осуществляться дистанционное программирование и конфигурирование контроллеров по сети PROFIBUS, осуществляться межсетевой обмен данными, поддерживаемый PG/OP функциями связи.

Коммуникационный процессор CP 342-5 обеспечивает поддержку:

• Ведущих и ведомых устройств сети PROFIBUS-DP.

• S7 функций связи для обмена данными с другими контроллерами.

• Функций связи с программаторами, устройствами и системами человеко-машинного интерфейса.

• Интерфейса приемопередатчика SEND/RECEIVE для обмена данными с контроллерами SIMATIC S5.

Т.к. нам необходимо соединить контроллер к сети Industrial Ethernet, то выбираем следующий коммуникационный процессор: CP343-1. Он позволяет производить подключение контроллеров SIMATIC S7-300 к сети Industrial Ethernet. Он разгружает центральный процессор контроллера от выполнения коммуникационных задач и обеспечивает поддержку:

• Транспортных протоколов ISO и TCP/IP.

• PG/OP функций связи (связь с программаторами и устройствами человеко-машинного интерфейса).

• S7 функций связи.

CP 343-1 позволяет выполнять дистанционное программирование контроллеров по сети, а также подключение контроллеров к офисной сети Ethernet. Конфигурирование коммуникационного процессора выполняется с помощью пакета NCM S7 для Industrial Ethernet. Этот пакет входит составной частью в STEP 7 V5 и более поздних версий.

Т.к. нам необходимо соединить контроллер к сети AS-i, то выбираем следующий коммуникационный процессор: CP342-2, являющийся стандартным ведущим устройством AS-интерфейса. Процессор CP 342–2 занимает 16 входных и 16 выходных байтов в области аналоговых значений контроллера, с помощью которых считываются входные сигналы ведомых устройств и устанавливаются выходные значения исполнительных механизмов.

В зависимости от степени сложности решаемых задач в контроллерах S7-300 может применяться 8 типов центральных процессоров. Поэтому мы выбираем процессор CPU 315 - центральный процессор для построения систем автоматизации со средним или большим объемом программы, обслуживающих системы локального и распределенного ввода – вывода, подключаемые по PROFIBUS-DP.

Подключим к контроллеру графическую панель оператора SIMATIC OP37, которая связывается с контроллером S7-300 по интерфейсу RS 232C.

Для управления роботами решено сохранить достаточно высокоточную и надежную отечественную мультипроцессорную систему СФЕРА-36.

Так же решено использовать следующие датчики: наличия заготовки на станке, наличия кассеты для готовых деталей, положение роботов. В качестве этих датчиков используются интеллектуальные датчики со встроенным AS-интерфейсом производства фирмы Siemens: индуктивные BERO 3RG4 и оптические BERO K80. Для оценки состояния ограждения используются стандартные датчики Световой Барьер  FS200, подключаемые к модулю со встроенным AS-интерфейсом.

С помощью сетевого терминала RS485 6GK1500-0AB00 осуществляется физическое подключение СЧПУ к Profibus DP.

Трансивер 6GK1901-0AA00-0AA0 служит для подключения к Industrial Ethernet на основе триаксиального кабеля 727-0.

C помощью повторителей 6GK1110-0AA00 к сети Industrial Ethernet можно подключать дополнительные сегменты. Установка каждого повторителя позволяет увеличить протяженность сети на 500 м. Повторитель может быть удален от каждого из соединяемых сегментов на расстояние до 50 м. Для подключения к сегментам необходимо применение двух трансиверов с соответствующими кабелями.

 

            Разработка HMI-интерфейса

Третий уровень управления в проектируемой СУ представлен автоматизированным рабочим местом оператора. Оператор может управлять работой всего комплекса, а также проводить мониторинг состояния оборудования.

В качестве АРМ может использоваться обычный персональный компьютер. Однако в условиях промышленного производства компьютерам предъявляются достаточно жесткие требования, такие, как: высокая производительность, круглосуточная эксплуатация в условиях высокой температуры, влажности, вибрации, загрязненности окружающей среды и т.д.

· Панельные ПК SIMATIC Panel PC 677

Панельные ПК 677/877 представляют собой полнофункциональный промышленный ПК панельного исполнения. Размеры дисплея от 10" (только PC 677) и 12" до 15" и управление посредством мембранной клавиатуры или сенсорного экрана позволяют удовлетворить широчайший спектр запросов, возникающих при организации работы пользователей.

Вариант исполнения специально разработан для максимальной надежности в условиях вибрации или ударов. К примеру, специальная вибропоглощающая подвеска жесткого диска гарантирует абсолютно надежное функционирование даже в условиях больших механических нагрузок.

В панельных ПК SIMATIC 677 и 877 имеются встроенные интерфейсы PROFIBUS DP, MPI, Industrial Ethernet, которые используются для подключения АРМ к промышленным сетям.

Панельные ПК SIMATIC 677 и 877 обладают высокой функциональностью, ориентированной на промышленные условия работы, и превосходящей возможности стандартных ПК. В так называемых распределенных конфигурациях, процессорный и операторский блоки могут функционировать на удалении друг от друга.

ПК также может использоваться в качестве программатора для написания управляющих программ для локальных систем управления и конфигурирования системы в целом.

 

 

      Выбор  основного технологического оборудования

1) Экструзионно-выдувная установка KBS2-61/60:

Высокая производительность оборудования позволяет добиваться низкой себестоимости готового изделия. Простота установки параметров посредством контроллера Simens S5. Возможность установки пресс-форм разных размеров и их быстрой смены.

2) Вырубной станок фирмы "Таурас-Феникс":

 Вырубной станок предназначен для вырубки тонколистовых пластмассовых, картонных, бумажных и тканевых деталей по контуру из плоских и трехмерных заготовок. С помощью этого станка, оснащенного вырубной матрицей, можно изготавливать детали, имеющие контур любой сложности. Отличительные особенности: максимальная простота и доступность в обслуживании; возможность вырубить детали любой сложности; простота в переналадке; обеспечена безопасность работы для обслуживающего персонала.

3) Сверлильно-фрезерный станок с ЧПУ портального типа GDC:

Колонны и балки неподвижно соединены толстолистовой сталью, чтобы избежать сварочных деформаций. Деформация, вызванная сверлением осевой силы, контролируется сильной антиизгибочной способностью балки. Импортированные шпиндельные компоненты обеспечивают высокую жесткость и хорошую точность. Принятие пневматического освобождающего инструмента и инструмента рессорной стяжки является удобным и надежным. Оси приводные шариковым винтом характеризуют высокую точность и гладкую передачу. Роликовая опора качения X и Y осей обеспечивают большую жесткость соединения.

Размеры рабочей поверхности стола, мм:	1600х400
Число Т-образных пазов	3
Наибольшее перемещение стола, мм: Продольное механическое Продольное вручную Поперечное механическое Поперечное вручную Вертикальное механическое Вертикальное вручную	1000 1000 300 320 410 420
Расстояния от торца шпинделя до стола при ручном перемещении (наименьшее – наибольшее), мм	50 –500
Расстояние от оси шпинделя до вертикальных направляющих станины, мм	420
Наибольшая масса обрабатываемой детали, кг	300
Конус шпинделя	50
Наибольшее осевое перемещение пиноли шпинделя, мм	80
Наибольший угол поворота шпиндельной головки, град.	+/-45
Двигатель привода главного движения: Тип Мощность, кВт Частота вращения, об/мин	4А160S4УЗ 15,0 1460
Всего двигателей, шт.	3
Габаритные размеры станка (длина х ширина х высота), мм	2600х2260х2430
Масса станка, кг	4270