Дипломная работа: Разработка АСУ процессом производства конической шестерни среднего и заднего моста 6520-2402017

SIMATIC S7-400 является универсальным контроллером. Он отвечает самым жестким требованиям промышленных стандартов, обладает высокой степенью электромагнитной совместимости, высокой стойкостью к ударным и вибрационным нагрузкам. Установка и замена модулей контроллера может производиться без отключения питания ("горячая замена").

Конструкция

Система автоматизации S7-400 имеет модульную конструкцию. Она может комплектоваться широким спектром модулей, устанавливаемых в монтажных стойках в любом порядке. Система включает в свой состав:

Модули блоков питания (PS): используются для подключения SIMATIC S7-400 к источникам питания =24/ 48/ 60/ 120/ 230В или ~120/ 230В.

Модули центральных процессоров (CPU): в составе контроллера могут использоваться центральные процессоры различной производительности.

Все центральные процессоры оснащены встроенными интерфейсами PROFIBUS-DP. При необходимости, в базовом блоке контроллера может быть использовано до 4 центральных процессоров.

Сигнальные модули (SM): для ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов.

Коммуникационные модули (CP): для организации последовательной передачи данных по PtP интерфейсу, а также сетевого обмена данными.

Функциональные модули (FM): для решения специальных задач управления, к которым можно отнести счет, позиционирование, автоматическое регулирование и т.д.

При необходимости в составе S7-400 могут быть использованы:

Интерфейсные модули (IM): для связи базового блока контроллера со стойками расширения. К одному базовому блоку контроллера SIMATIC S7-400 может подключаться до 21 стойки расширения.

Модули SIMATIC S5: все модули ввода-вывода контроллеров SIMATIC S5-115U/-135U/-155U могут устанавливаться в соответствующие стойки расширения SIMATIC S5. Кроме того, модули специального назначения IP и WF могут использоваться как в стойках SIMATIC S5, так и в базовом блоке контроллера SIMATIC S7-400. В последнем случае подключение модулей к внутренней шине контроллера S7-400 выполняется через адаптер.

Простота конструкции S7-400 существенно повышает его эксплуатационные характеристики:

Простота установки модулей. Модули устанавливаются в свободные разъемы монтажных стоек в произвольном порядке и фиксируются в рабочих положениях винтами. Фиксированные места занимают только блоки питания, первый центральный процессор и некоторые интерфейсные модули.

Внутренняя шина, встроенная в монтажные стойки. Во все монтажные стойки встроена параллельная шина (Р-шина) для скоростного обмена данными с сигнальными и функциональными модулями. Все стойки, за исключением ER1 и ER2 имеют последовательную коммуникационную шину (К-шину) для скоростного обмена большими объемами данных с функциональными модулями и коммуникационными процессорами.

Центральные процессоры

Программируемые контроллеры S7-400 могут комплектоваться различными типами центральных процессоров, которые отличаются вычислительными возможностями, объемами памяти, быстродействием, количеством встроенных интерфейсов и т.д.

При построении сложных систем управления S7-400 позволяет использовать в своем составе до 4 центральных процессоров, выполняющих параллельную обработку информации.

Большинство параметров центральных процессоров может быть настроено с помощью Hardware Configuration STEP 7.

Для программирования и конфигурирования контроллеров SIMATIC S7-400 используется пакет STEP 7, весь спектр инструментальных средств проектирования и программное обеспечение Runtime.

Сигнальные модули, широкая гамма модулей ввода-вывода дискретных и аналоговых сигналов позволяет максимально адаптировать S7-400 к требованиям решаемой задачи.

Коммуникационные процессоры

Коммуникационные процессоры - это интеллектуальные модули, выполняющие автономную обработку коммуникационных задач для промышленных сетей AS-Interface, PROFIBUS, Industrial Ethernet, PROFINET и интерфейса PtP.

Функциональные модули

Интеллектуальные модули ввода-вывода, оснащенные встроенным микропроцессором и способные выполнять задачи автоматического регулирования, позиционирования, скоростного счета, управления перемещением и т.д. Целый ряд функциональных модулей способен продолжать выполнение возложенных на них задач даже в случае остановки центрального процессора.

Интерфейсные модули Интерфейсные модули предназначены для организации связи между базовым блоком контроллера и его стойками расширения, а также для подключения S7-400 к сети PROFIBUS-DP.

Блоки питания Каждый центральный процессор S7-400 имеет встроенный блок питания с входным напряжением =24В. Для питания центрального процессора и других модулей контроллера используются блоки питания PS 405 и PS 407. PS 405 используют для своей работы входное напряжение постоянного тока, PS 407 - входное напряжение переменного тока промышленной частоты. Возможна установка двух блоков питания в корзину для дублирования питания стойки.

Монтажные стойки являются конструктивной основой контроллера и позволяют размещать от 4 до 18 модулей контроллера.

Новые функциональные возможности

Центральные процессоры S7-400 с операционной системой от версии 3.1 и выше обеспечивают поддержку изохронного режима работы систем распределенного ввода-вывода и технологии CiR (Configuration in Run).

Изохронный режим

В традиционных системах распределенного ввода-вывода на основе PROFIBUS-DP существует множество несогласованных циклов: цикл выполнения программы центрального процессора, циклы обмена данными через PROFIBUS-DP, циклы обслуживания входов-выходов станций распределенного ввода-вывода и т.д. В результате этого считываемые в память центрального процессора значения входных сигналов системы распределенного ввода-вывода относятся к различным моментам времени, что вносит погрешности в работу системы автоматического управления.

Изохронный режим позволяет синхронизировать все перечисленные циклы и исключить погрешности, обусловленные временным рассогласованием считываемой информации.

Поддержка изохронного режима позволяет успешно решать задачи построения распределенных систем управления движением, распределенных измерительных систем, распределенных систем автоматического регулирования и т.д.

Технология CiR

Технология CiR позволяет вносить изменения в конфигурацию существующей системы управления без остановки производственного процесса.

Технология CiR позволяет:

Добавлять новые или удалять существующие станции распределенного ввода-вывода и приборы полевого уровня, выполняющие функции ведомых устройств на шине PROFIBUSDP/PA.

Добавлять новые или удалять существующие модули в станциях распределенного ввода-вывода ET 200M.

Отменять введенные конфигурации.

Основные технические данные центральных процессоров S7-400 представлены в таблице 18.

Таблица 18

Области применения:

SIMATIC S7-400 - это мощный программируемый контроллер для построения систем управления средней и высокой степени сложности.

Модульная конструкция, работа с естественным охлаждением, гибкие возможности расширения, мощные коммуникационные возможности, простота создания распределенных систем управления и удобство обслуживания делают SIMATIC S7-400 идеальным средством для решения практически любых задач автоматизации.

Основными областями применения SIMATIC S7-400 являются:

Машиностроение.

Автомобильная промышленность.

Складское хозяйство.

Технологические установки.

Системы измерения и сбора данных.

Текстильная промышленность.

Упаковочные машины и линии.

Производство контроллеров.

Автоматизация машин специального назначения.

Несколько типов центральных процессоров различной производительности и широкий спектр модулей с множеством встроенных функций существенно упрощают разработку систем автоматизации на основе SIMATIC S7-400.

Если алгоритмы управления становятся более сложными и требуют применения дополнительного оборудования, контроллер позволяет легко нарастить свои возможности установкой дополнительного набора модулей.

Программируемый контроллер SIMATIC S7-400H разработан для построения систем автоматического управления, отличающихся повышенной надежностью функционирования. Наличие резервированной структуры позволяет продолжать работу в случае возникновения одного или нескольких отказов в его компонентах. Как правило, такие системы управляют производствами, простой которых вызывает большие экономические потери.

Благодаря своей высокой надежности SIMATIC S7-400H может использоваться:

В системах с высокими затратами на перезапуск производства в случае отказа контроллера.

В системах с высокой стоимостью простоя. В процессах обработки ценных материалов.

В системах без постоянного контроля со стороны обслуживающего персонала.

В системах с небольшим количеством обслуживающего персонала.

Программируемые контроллеры S7-400F/FH предназначены для построения систем безопасного управления, в которых возникновение отказов не влечет за собой появление опасности для жизни обслуживающего персонала и не приводит к загрязнению окружающей природной среды. На основе программируемых контроллеров S7-400F/FH могут создаваться системы безопасного управления, отвечающие требованиям:

Классов AK1 … AK6 по DIN V 19250/ DIN V VDE 0801.

Классов SIL 1 … SIL 3 по IEC 61508.

Категорий 1 … 4 по EN 954-1.

DIN, EN, IEC.

FM класс 1, раздел 2, группы A, B, C и D.

Температурная группа T4 (до 134°C).

Описание промышленного контроллера MELSEC FX3U. Изображение контроллера Mitsubishi Electric MELSEC FX3U изображено на рисунке 8.

Рисунок 8

Современный результат развития и совершенствования проверенной временем концепции FX3U.

Дополнен новой высокоскоростной шиной расширения (в сумме до 8 FX3U - ADP модулей):

FX3U-4DA-ADP - аналоговый выход 12 бит 4 канала;

FX3U-4AD-ADP - аналоговый вход 12 бит 4 канала;

FX3U-4AD-TC-ADP - 4 канала ввода с термопар (12 бит);

FX3U-4AD-PT-ADP - 4 канала ввода с термосопротивлений Pt100 (12 бит);

FX3U-4HSX-ADP - заменяет 4 стандартные входа на импульсные (дифференциальная витая пара до 200кГц);

FX3U-2HSY-ADP - заменяет 2 стандартных выхода (открытый коллектор до 100кГц) на улучшенные для задач позиционирования (импульсное задание по дифференциальной витой паре до 200 кГц);

FX3U-232ADP - порт RS232 на разъем DB9;

FX3U-485ADP - порт RS422\485.

Можно установить не более 4-х любых аналоговых ADP модулей в сумме; не более 2-х импульсных ADP модулей каждой модели; не более 2-х последовательных портов (с учетом FX3U - BD).

Для подключения FX3U - ADP модулей к ПЛК необходимо установить один из интерфейсных модулей:

FX3U-232-BD - порт RS232;

FX3U-485-BD - порт RS422\485;

FX3U-422BD - порт RS422 с разъемом Minidin-8F;

FX3U-CNV-BD - переходник для подключения ADP модулей FX3U-USB-BD.

Расширяемый в сумме до 384 дискретных входов/выходов: до 256 удаленных и до 256 подключенных к базовому модулю.

Встраиваемый (вынос на кабеле) 4-х кнопочный текстовый дисплей FX3U-7DM.

Сохранена возможность расширения спецмодулями от серий FX0N и FX2N. Кроме того, добавились FX3U модули аналогового выхода 16 бит, Profibus-DP (Master), полнофункциональный модуль Ethernet, управление сервоприводами по сети SSCNETIII.

Программа хранится в RAM (литиевой батареи FX3U-32BL для резервирования хватает на 5 лет).

8 встроенных cчётных входов до 80 кГц суммарно (при вводе с энкодеров есть учетверение).

3 встроенных импульсных выхода до 100 кГц.

Два дополнительных порта RS232 или RS422/RS485. USB-связь с ПК через FX3U-USB-BD.

Расширенный набор инструкций для работы с плавающей точкой, тригонометрией, инструкция для связи по последовательному каналу с преобразователями частоты Mitsubishi Electric.

Усовершенствованная инструкция ПИД-регулирования с возможностью самонастройки, и т.д. (ограничение на суммарное количество ПИД-регуляторов в программе FX3U снято).

Монтаж на DIN-рейку или винтами.

Программирование с помощью GX IEC Developer (FX), GX Developer (FX). При расширении только спецмодулями серии FX3U, шина-шлейф работает в высокоскоростном режиме, но могут применяться и модули расширения от серий FX0N и FX2N, тогда шина переводится в стандартный режим.

Технические характеристики контроллера изображены на рисунке 9.

Рисунок 9

Электрические параметры изображены на рисунке 10

Рисунок 10

Программные характеристики изображены на рисунке 11.

Рисунок 11

Модули расширения, применяемые в сериях FX1N, FX2N, FX2NC, FX3U

"обычными" модулями расширения считаются модули с дискретными входами (=24В) или выходами (транзистор =30В, 0,5А или реле ~240В, 2А). Не имеют ограничений по совместимости с различными сериями ПЛК FX. С питанием от шины выпускаются группами по 8 и по 16 каждого типа. Также есть модуль FX2N-8ER: 4 входа и 4 выхода-реле. С встроенными блоками питания (от =24B или от ~110…220B) выпускаются модули FX0N-40E - (24 вх. \ 16 вых.), FX2N-32E - (16 вх. \ 16 вых.) и FX2N48E - (24 вх. \ 24 вых.).

Все аналоговые модули работают в стандартных диапазонах 0…10В и 0.20мА (4.20мА). Как расширение этих диапазонов многие модули работают и с отрицательной частью шкалы: - 10…10В и - 20.20мА.

Основные проверки на допустимость конфигурации базового модуля ПЛК с разнообразными модулями расширения:

o совместимость по присоединительным разъемам (актуально для всех модулей присоединяемых не на "правую шлейф-шину": мини-дисплеев, кассет памяти, модулей FX - ADP и FX - BD). За несколькими исключениями определяется по совпадению кода серии в обозначении модуля.

o отсутствие перегрузки внутренних источников по суммарному току потребления с шин 5В и 24В (актуально для всех модулей расширения, плюс карманные программаторы и даже несколько типов панелей оператора, питающихся от 5В внутри ПЛК)

o заполнение адресного пространства шины расширения (актуально для всех модулей присоединяемых на "правую шлейф-шину"). Измеряется в "точках ввода\вывода" ("I \ O points"). Cуммируются отдельно дискретные входа и отдельно дискретные выхода с округ лением до 8 по каждому модулю, включая базовый. Например в системе из FX1N-60MR-DS (36 входов \ 24 выхода) и FX2N-8ER (4 входа \ 4 выхода) будет занято 40+24+8+8=80 точек ввода\вывода. Емкость адресного пространства у FX1N равна 128, у FX2N, FX2NC, FX3U равна 256. Спецмодули расширения обычно занимают по 8 точек. Для некоторых спецмодулей удаленного ввода\вывода, например FX2N-16LNK-M, все удаленные входы\ выходы должны суммироваться наряду с обычными дискретными модулями расширения. Для серии FX3U адресное пространство удаленного ввода\вывода рассчитывается отдельно по специальному правилу.

Проведя анализ выбора промышленных контроллеров, выбираем контроллер по ниже перечисленным критериям:

Технические характеристики:

количество каналов ввода/вывода;

быстродействие;

уровни напряжения входов/выходов;

напряжение изоляции.

Эксплуатационные характеристики:

диапазон рабочих температур;

относительная влажность воздуха.

Потребительские свойства:

а) производительность:

1) время выполнения операции;

2) функциональность.

б) Надежность:

1) наработка на отказ;

2) среднее время восстановления.

в) Затраты

1) Стоимость приобретения;

2) Стоимость эксплуатации.

г) Массогабаритные характеристики

При этом критериями выбора следует считать потребительские свойства, т.е. соотношение показателей затраты/ производительность/ надежность, а технические и эксплуатационные характеристики ограничениями для процедуры выбора. Т.к. характеристики между собой конфликтны, т.е. улучшение одной характеристики почти всегда приводит к ухудшению другой, необходимо оценивать их применительно к решаемым задачам управления.

Из анализа достоинств и недостатков технических средств управления дискретными технологическими процессами наиболее подходящим систем является программируемый контроллер MELSEC FX3U фирмы Mitsubishi Electric Этот выбор основан на следующих основных факторах:

простоте данного средства автоматизации;

относительно небольшой стоимости контроллера;

довольно хорошем быстродействии процессорного модуля;

достаточном количестве дискретных и аналоговых входов-выходов при возможности их расширения;

понятном для пользователей программном обеспечении, которое поставляется вместе с контроллером и является относительно недорогим;

существует широкий спектр модулей для максимальной адаптации к требованиям решаемой задачи;

есть возможность свободного наращивания функциональных возможностей при модернизации системы управления;

простое включение контроллера в сетевые конфигурации;

удобная конструкция и работа с естественным охлаждением.

Контроллер будет следить за:

наличием заготовки в устройствах ориентации и склизе. При необходимости сообщать об этом ПР.

запуска/окончания цикла обработки станков,

управлять координатами ПР.

Электрическая схема соединений разработанной системы управления состоит из датчиков перемещения ПР (SQ1. SQ14), датчиков наличия деталей (ДП-1, ДП-2, ДП-3), датчиков зажима/разжима, опускания/поднятие руки ПР (Y1…Y55).

Для передачи информации с датчиков на более высокий уровень используем канал связи Modbus RTU - RS 232. Так как он обеспечивает более высокую надёжность, позволяет использовать более длинные линии связи и подключать к одной линии несколько устройств. Сбор информации от датчиков осуществляется через контроллер MITSUBISHI ELECTRIC MELSEC FX3U. Он предназначен для сбора и передачи телемеханической информации, необходимой для диспетчерского и автоматического контроля и управления автоматической линии.

Для запуска электромагнита устройства ориентации используется реле нагрузки. Для запуска электродвигателей в ПР используется электромагнитный пускатели. (КМ1, КМ2, КМ3). Для запуска пнемоцилиндров ПР использутся электромагнитные клапана (КЛ1 … КЛ45). Все станки на участке поддерживают последовательный интерфейс RS-232 (MODBUS RTU).

Алгоритм для данной системы управления разработан.

Описание программы

Программное обеспечение для данной микропроцессорной системы управления строим согласно спроектированной выше функциональной модели и дереву вызова процедур.

В программе реализованы следующие процедуры:

Процедура инициализации. Производим установку начальных значений переменных, проверка оборудования.

Процедура ввода данных из портов. С портов последовательно считывается и инвертируется информация от датчиков, после чего сохраняется в ячейках оперативной памяти.

Процедура расчета математической модели. В соответствии с математической моделью рассчитываются управляющие воздействия. Данные берутся из ВПД записанных ранее из порта (считывание состояния датчиков). Формируется два управляющих слова и записываются в регистры РПД.

Процедура вывода данных в порт (регистр). Процедура выводит последовательно сформированные управляющие воздействия в порт BUS, Р0 микропроцессора для их дальнейшего использования. В случае наличия сигнала ошибки процедура обнуляет сигналы для остановки системы.

Листинг программы на языке RS-Logix приведен в приложении Г.

Характеристика предприятия

Дипломная работа по разработке автоматической линии разрабатывается на основе одного из участков цеха по производству деталей конической шестерни среднего и заднего моста “Агрегатного завода”.

Общие сведения о производственном предприятии, в состав которого входит автоматизированный производственный комплекс:

санитарный класс предприятия. На основании СанПиН 2.2.1/21.1.1200-03, который разделяет все промышленные предприятия на пять классов, данное предприятие можно отнести к I классу и поэтому санитарно защитная зона должна быть не менее 1000 м.;

категория пожарной опасности участка - согласно СНиП II-90-81 [1] можно отнести к категории Д, так как обрабатываются материалы в холодном состоянии;

характеристика участка по условиям окружающей среды. Данный участок, характеризующийся незначительными выделением теплоты и категорией работ средней тяжести, удовлетворяет нормам метеорологических условий. В холодный период температура воздуха 15-18 градусов, относительная влажность воздуха не более 80 %, скорость движения воздуха не превышает 0,5 м/с. В теплый период соответственно 22-25 градусов, 60-75 %, не более 0,7 м/с;

отопление и вентиляция. В холодное время для поддержания нормальной температуры используется водяное отопление. Вентиляция применяется приточно-вытяжная принудительная, искусственного типа;

источники шума. Источниками шума являются электродвигатели станков и вспомогательного оборудования;

освещение участка местное на самом оборудовании и общее над всем участком, цехом и т.д.;

вибрации в пределах нормы 80 дб в основном возникающие при больших силах резания.

При работе на станках с ЧПУ, оснащенных инструментальными магазинами и системами автоматической смены инструмента, существует опасность травмирования рабочих-операторов или наладчиков инструментом при транспортировании его из магазина к посадочному гнезду. Опасную зону могут создать также открытые вращающиеся или перемещающиеся детали машин или обрабатываемые изделия, она может быть даже на расстоянии от источника опасности - от отлетающей стружки, частиц абразива, смазочно-охлаждающей жидкости (СОЖ) и т.п.

Цветовое решение производственного интерьера, сигнальные цвета и знаки безопасности

Цвета широко используются в качестве закодированного носителя информации об опасности. Принятая в СССР система сигнальных цветов безопасности ГОСТ 12.4.026-76* определяет характеристики сигнальных цветов, размеры, формы и цвета знаков безопасности. Установлены следующие сигнальные цвета и их значения:

красный - запрещение, непосредственная опасность, средства пожаротушения;

желтый - предупреждение, возможная опасность;

зеленый - безопасность, предписание;

синий - указание, информация, места для курения, средства защиты.

Оборудование оформлено в зеленом и желтом цвете это рациональное цветовое оформление производственного интерьера является действенным средством улучшения условий труда, создания благоприятной эстетической обстановки. Поэтому при оформлении интерьера цвет используют: как композиционное средство, обеспечивающее гармоничное единство производственного помещения и технологического оборудования; как фактор, создающий оптимальные условия для зрительной работы и способствующий повышению работоспособности. На шумных производствах теплая гамма цветов оказывается более благоприятной, чем холодная. Разностороннее эмоциональное воздействие цвета на человека позволяет широко использовать его в гигиенических целях.

В качестве вспомогательных цветов приняты белый и черный - для усиления контраста сигнальных цветов. Белый цвет применяется также для обозначения габаритов внутрицеховых проездов, пешеходных дорожек и рабочих мест.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13