Разработка модернизированного блока управления электроавтоматикой станка модели 16А20Ф3С39 - Дипломная работа

В современном производстве оборудование с ЧПУ все больше вытесняет традиционное оборудование, для управления рабочими органами которого требуется специалист с высокой квалификацией. Основная причина этого - один человек может управлять только одним станком, скорость реакции человека и возможности по сравнению с компьютером гораздо ниже, что значительно снижает производительность труда. Начиная от мелкосерийного производства, актуальность применения станков с ЧПУ все больше возрастает с увеличением объемов выпускаемой продукции, а также с увеличением требований к качеству. Современные станки могут обеспечивать точность обработки, исчисляемую единицами микрометров, при этом скорость обработки гораздо выше, чем на универсальных станках. Также применение числового программного управления открывает множество возможностей, недоступных при использовании универсальных станков.В простейших реализовано только управление перемещением по координатам X и Z, все остальное (выбор скорости шпинделя, зажим/разжим шпинделя, подвод отвод пиноли, смена инструмента) делается вручную. Рассмотрим структуру токарного станка с ЧПУ на примере станка 16А20Ф3 [2].Общий вид станка показан на рисунке 1.1. Станок широко распространен на многих предприятиях изза своей простоты и в то же время достаточного функционала. Независимо от управляющей системы, структуру станка можно представить двумя основными группами: 1) Управление перемещением в системе рабочих координат: - вращение шпинделя (координата S); Связано это обычно с тем, что система ЧПУ является универсальным устройством, устанавливаемым на различные типы станков, а функция сопряжения ЧПУ и станка ложится на производителя станка.Для создания управляющей программы существует специальная среда разработки, которая позволяет создать и отладить управляющую программу, а также подключиться к работающему контроллеру и проследить за работой программы и состоянием всех сигналов в реальном времени. Блок управления предназначен для обработки сигналов с ЧПУ, робота (при его наличии), комплектного электропривода главного движения и подач, органов управления и конечных выключателей на станке, а также выдачи управляющих сигналов на УЧПУ, робот, на аппаратуру станка, а также коммутации цепей управления магнитными пускателями. Сигнал от УЧПУ «Готовность ЧПУ» уровнем логической единицы сбрасывает триггеры револьверной головки, главного привода, смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ), блокирует импульсный сигнал от УЧПУ «Импульс смазки» и сигнал включения приводов подач, а также размыкает герконовое реле управления смазкой шпиндельной бабки. Сигнал «Готовность ЧПУ» уровнем логического нуля снимает блокировку с сигнала «Импульс смазки», переводит в проводящее состояние оптрон, выдающий сигнал включения на привод подач и замыкает герконовое реле К5, тем самым включая двигатель смазки шпиндельной бабки через пускатель КМ2. Если ограждение будет открыто во время выполнения управляющей программы, то сигнал «Ограждение» будет передан в УЧПУ как сигналы «Прерывание подачи» и «Блокировка главного привода», на вход УЧПУ будет подан импульсный сигнал «Готовность станка» (на пульте оператора появится код ошибки 77X1XX), в БУ будут сброшены триггеры СОЖ и главного привода.Как видно из описания принципа работы, реализация алгоритма электроавтоматики на жесткой логике потребовала создания довольно громоздкой схемы (39 корпусов микросхем серии К511). Наиболее часто выходят из строя герконовые реле К1-К6, а также микросхемы К511ЛИ1, выходы которых нагружены на обмотки герконовых реле. 2) Сбои в работе блока управления, связанные с пульсациями питающего напряжения 15В, вызванные высыханием электролитического конденсатора С16. Так же в процессе эксплуатации возникали проблемы с выходом из строя элементов стабилизатора напряжения и участка печатной платы, на которой он смонтирован вследствие короткого замыкания в цепях станка, т.к. питающее напряжение 15В выводится на конечные выключатели исполнительных механизмов и контрольные цепи включения магнитных пускателей. В таком случае неисправность блоком управления не обнаруживается, смена инструмента происходит, на УЧПУ выдается сигнал РВК, что свидетельствует об успешном выполнении команды, однако в позиции физически установлен инструмент, не соответствующий заданному.В общей сложности имеется 59 входных линий и 19 выходных. Учитывая то, что входные сигналы имеют логические уровни не соответствующие уровням микроконтроллера необходимо произвести их согласование, а также гальваническую развязку от внешних цепей с целью повышения надежности и помехоустойчивости устройства. Поскольку микроконтроллер, как правило имеет ограниченное число линий ввода-вывода понадобится схема, обеспечивающая мультиплексирование входных линий, для обеспечения возможности их последовательного опроса микроконтроллером. Также необходимо выполнить гальваническую развязку выходных сигналов от внешних цепей, а также организовать группу релейных выходов и выход для подключения индикаторной лампы. Входные с

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ОСОБЕННОСТЕЙ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

1.1 Станки с системой ЧПУ 2Р22

1.2 Станки с системой ЧПУ Siemens Sinumerik 840D

1.3 Станок 16А20Ф3С39 с системой ЧПУ «Электроника НЦ31-02»

2. АНАЛИЗ БЛОКА УПРАВЛЕНИЯ 16А20Ф3.192501.000

2.1 Обоснование необходимости модернизации блока управления и ее основные направления

3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

4. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА

4.1 Схема входной гальванической развязки

4.2 Блок мультиплексоров

4.3 Управляющий микроконтроллер

4.4 Блок регистров

4.5 Блоки выходной гальванической развязки

4.6 Схема логики аварийного останова

5. РАЗРАБОТКА УПРАВЛЯЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

5.1 Подпрограмма инициализации контроллера

5.2 Подпрограмма опроса входных сигналов

5.3 Подпрограмма обработки команды

5.4 Подпрограмма анализа состояний

5.5 Подпрограмма установки выходных сигналов

5.6 Подпрограмма обслуживания прерывания таймера

6. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

6.1 Расчет затрат на стадии НИОКР

6.2 Расчет годовых эксплуатационных расходов

6.3 Технико-экономические показатели проекта

7. ОХРАНА ТРУДА. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С ХИМИЧЕСКИМИ ИСТОЧНИКАМИ ТОКА

7.1 Техника безопасности при работе с гальваническими элементами

7.2 Техника безопасности при работе с аккумуляторами

8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ

8.1 Мероприятия по уменьшению энергопотребления схемы

8.2 Расчет блока питания

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ