Введение 6
1 Состояние вопроса 7
1.1 Формулирование актуальности, цель и задачи проекта 7
1.2 Обзор существующих технологий и решений 8
1.2.1 Применение промышленных манипуляторов 8
1.2.2 Классификация промышленных роботов-манипуляторов 11
1.2.3 Системы управления промышленными манипуляторами 12
1.2.4 Анализ данных по проекту и определение его концепции 14
2 Объекты управления 19
2.1 Конвейер 19
2.2 Манипулятор МП-11 20
3 Интерфейсный модуль 27
3.1 Аппаратное обеспечение интерфейсного модуля 29
3.2 Компонентная база интерфейсного модуля 32
3.2.1 Изоляционный модуль DI 35
3.2.2 Релейный модуль DO 37
3.2.3 Питание интерфейсного модуля 39
3.2.4 Ethernet sheild 40
4 Промышленный протокол связи Modbus TCP/IP 43
4.1 Настройка соединения client устройства 44
4.2 Настройка соединения server устройства 49
5 Система управления 55
5.1 Программируемый логический контроллер Siemens S7-1200 56
5.2 Система прослеживаемости 61
5.3 Оценка времени выполнения микроконтроллером Atmel
ATmega2560 команд высокого уровня 62
5.4 Первый алгоритм работы 67
5.5 Второй алгоритм работы 70
5.6 Демонстрационный режим работы 73
5.6 Режим ручного управления 75
5 Методические рекомендации по работе с лабораторным стендом 78
Заключение 80
Список используемой литературы 81
Приложение А Программный код первого алгоритма работы 84
Приложение Б Программный код второго алгоритма работы 90
Приложение В Программный код демонстрационного режима 95
Приложение Г Программный код режима ручного управления 98
Приложение Д Программный код client устройства 103
Приложение Е Примеры лабораторных работ 106
Приложение Ж Перечень элементов к схеме электрической соединений и подключения манипулятора МП-11 111
Приложение И Перечень элементов к схеме электрической соединений интерфейсного модуля 112
Приложение Л Перечень элементов к схеме электрической соединений разъемов интерфейсного модуля
В современном мире роботизация является одной из самых востребованных и быстроразвивающихся частей комплексной автоматизации производств. Практически любые автоматические линии можно оснастить или дополнить промышленными роботами, что крайне положительно скажется на качестве их функционирования и производительности.
Промышленный робот представляет собой автоматическое устройство, состоящее из манипулятора и программируемого устройства управления и используется при перемещении объектов в пространстве или выполнения более сложных функциональных операций на различных производствах. Применение таких промышленных роботов в разы упрощает процесс производства и повышает его эффективность.
Среди основных способов, позволяющих сократить ручной труд, важное место отводится промышленным роботам-манипуляторам, как составному средству комплексной автоматизации. Промышленные роботы- манипуляторы заменяют работников на тех производственных участках, где необходимо выполнение тяжелого, монотонного или наоборот очень точного и быстрого выполнения работы. Также они активно применяются в условиях агрессивной окружающей среды, условиях с повышенной влажностью и температурой, сильным производственным шумом или риском взрывоопасности и утечки токсичных веществ.
Помимо этого, промышленные роботы-манипуляторы активно используются в сфере образования, в настоящее время стоит острая потребность в квалифицированных кадрах, имеющих навыки в автоматизации, программировании и работе с роботами. Работа с учебными манипуляторы и комплексами на их основе дает весомую теоретическую и практическую базу в области автоматизации технологических процессов и управления промышленными роботами для молодых специалистов, а также рабочих кадров и инженеров, проходящих повышение квалификации.
В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были выполнены все поставленные задачи. В рамках проекта был разработан учебный лабораторный стенд, реализованный в виде транспортного роботизированного комплекса на базе ПЛК Siemens S7-1200 и ленточного транспортера.
Для данного комплекса были разработаны все необходимые электронные и электрические связи и подобраны аппаратные платформы и компонентная база. Реализовано несколько режимов работы комплекса и все необходимое программное обеспечение, а также составлены методические рекомендации по работе со стендом, включающие в себя требования безопасности при работе с роботизированным комплексом и примеры лабораторных работ, которые могут быть включены в образовательный план по дисциплинам, связанным с автоматизацией технологических процессов.
Была составлена структурная схема транспортного роботизированного комплекса на базе ПЛК Siemens, схема электрическая соединений и подключения промышленного пневматического робота манипулятора МП-11, перечень элементов, входящих в состав данной схемы представлен в приложении Ж.
Составлена схема электрическая соединений интерфейсного модуля и схема электрическая соединений разъемов интерфейсного модуля, перечни элементов, представленных в данных схемах приведены в приложениях И и К соответственно.
Для каждого из режимов работы были составлены блок-схемы алгоритмов функционирования программы и блок-схемы алгоритмов движения манипулятора. Разработанный транспортный роботизированный комплекс, при дальнейшей механической и программной настройке и отладке может быть использован в качестве учебно-лабораторного стенда при проведении плановых занятий по дисциплинам, связанным с автоматизацией технологических процессов и программируемыми контроллерами.
