РАЗРАБОТКА И МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СВЕРЛЕНИЕМ И КЛЕПКОЙ ДЛЯ САМОЛЕТОВ НА БАЗЕ ПЛК SIEMENS

DEVELOPMENT AND SIMULATION OF AIRCRAFT DRILLING AND RIVETING AUTOMATIC CONTROL SYSTEM BASED ON SIEMENS PLC

Wang Wenzhen

student, Department of Robotic Systems and Mechatronics, Moscow State Technical University named after N. E. Bauman,

Russia, Moscow

Andrey Boshlyakov

scientific adviser, candidate of technical sciences, associate professor, Deputy Head of the Department of Robotic Systems and Mechatronics, Moscow State Technical University named after N. E. Bauman,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В этой статье сложность обработки композитного материала и многофункциональный концевой эффектор автоматического сверления и клепки имеют большое количество функциональных модулей. Для решения этих проблем была разработана новая интегрированная схема управления на основе контроллера ПЛК. Результаты показывают, что контроллер ПЛК позволяет эффективно управлять различными функциональными модулями автоматического сверлильно-клепального многофункционального концевого эффектора.

Ключевые слова: контроллеры ПЛК, Автоматическое управление, Автоматическое сверление и клепка, Управление последовательностью, Конечные эффекторы.

Введение

Под влиянием реформы промышленной автоматизации технология управления ПЛК постоянно обновляется и развивается, постепенно формируя полную и эффективную систему новых технологий. Технология управления ПЛК может эффективно управлять всеми видами автоматизированного оборудования в промышленном производстве, и на этой основе может выдавать решения для различных этапов управления в производстве, что очень подходит для нужд промышленной автоматизации производства.

Технология управления ПЛК характеризуется безопасностью и стабильностью, а также модульной структурой, что делает ее идеальной для использования в различных сегментах промышленности. С дальнейшим развитием промышленной автоматизации и постоянно меняющимся рынком крайне важно, чтобы технология управления ПЛК развивалась.

ПЛК - это промышленный контроллер, который осуществляет управление посредством программирования. Как и в компьютерах, он использует центральный микропроцессор (ЦП) в качестве ядра. Исследования и разработки продуктов ПЛК охватывают связь, автоматическое управление, компьютер, дисплей для мониторинга и другие технологии управления, которые специально используются на промышленных предприятиях.

Общая структурная схема системы управления концевым эффектором для автоматического сверления и клепки самолетов

Общая структура архитектуры управления многофункциональным концевым эффектором показана на рисунке 1.

Промышленный управляющий компьютер верхнего компьютера взаимодействует с системой ПЛК в режиме реального времени через шину EtherCAT для завершения передачи команд и сбора данных ПЛК. Шина EtherCAT оптимизирована для обработки данных. На основе специального типа Ethernet они передаются непосредственно в фрейм Ethernet, который состоит из нескольких блоков данных. Блоки данных также называются пакетами, и в пакетах хранится важная информация, такая как отправляющий орган, адрес отправки и содержимое каждой инструкции. Опираясь на эту шину, широковещательная передача, многоадресная передача и связь могут осуществляться между ведомыми устройствами [23].Вся многофункциональная система управления конечным эффектором может быть разделена на модуль сервоуправления, модуль пневматического управления, модуль сбора данных с датчиков и модуль внешнего автоматического управления роботом. В то же время система использует шину Profinet в качестве шины привода сервопривода и в то же время выполняет управление каждым серводвигателем и шпинделем в режиме реального времени. А шина CANopen используется в качестве шины управления портальной системой выбора гвоздей. Шина в сочетании со зрелой портальной системой позволяет точно и быстро выполнять задачи системы по выбору гвоздя и доставке гвоздей.

Рисунок 1. Автоматическая сверлильно-клепальная многофункциональная автоматическая сверлильно-клепальная концевая система конфигурация ПЛК

Аппаратное проектирование системы управления авиационным автоматическим сверлильно-клепальным концевым эффектором

Аппаратное обеспечение автоматической системы управления сверлением и клепкой самолетов состоит из ПЛК, датчиков, главных двигателей и субдвигателей. Взаимосвязь между аппаратными средствами показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Блок-схема архитектуры системы

В аппаратном оформлении системы автоматического сверления и клепки используется ПЛК Siemens с центральным процессором 226 и сенсорным экраном HMI серии TP1200. В соответствии с требованиями к управлению всей системой автоматического сверления и клепки, управляемой ПЛК, требуется 28 аналоговых точек ввода, а соответствующие распределения входов/выходов показаны в таблице 1.

Таблица 1.

Распределения адресов ввода-вывода

Разработка программного обеспечения системы управления концевым эффектором для автоматического сверления и клепки летательных аппаратов

Эта система является конечным эффектором для реализации управления автоматическим сверлением и клепкой, здесь для управления используется Siemens S7-200, а в качестве центрального процессора выбран CPU 226.

В начале работы система инициализируется и выбирается режим, который делится на автоматический и ручной.

После начала прогона для обнаружения материала, то есть обнаружения заготовки, на этот раз запускается транспортировка, и после того, как транспортировка достигнет заданной позиции, позиционируется зажимное устройство. После позиционирования зажимного устройства эталонный блок начинает находить эталон, и эталон позиционируется вверх, вниз, влево, вправо, вперед, назад и назад.

После завершения позиционирования начинает работать электрошпиндель, который обнаруживается датчиком определения давления, и бурение завершается. Затем шпиндель сбрасывается, и запускается следующий блок управления для выполнения операции зенкования.

Затем электрический шпиндель возвращается в исходное положение, и заклепочный пистолет перемещается в предназначенное для него место.

Имеются датчики обнаружения для обнаружения сигнала просверленной зенковки, после завершения обнаружения этот блок управления системой останавливается, затем блок управления позиционированием начинает вторичное позиционирование, затем зажимное устройство зажимает и затем начинается подача заклепки, в это время имеются датчики для обнаружения диаметра заклепки, после завершения обнаружения запрос выполняется через блок запроса и затем начинается клепка, также имеются датчики для обнаружения того, что заклепка находится на месте.

После клепки процесс повторяется, как описано выше, отслеживается разрушение и затем подсчитывается количество раз, что и является таким процессом контроля.

Схема подключения процессора и модуля EM223 показана на рисунке 3,4.

Рисунок 3. Схема внешней проводки ПЛК S7-200

Рисунок 4. Модуль EM223

Основные результаты

С помощью программного обеспечения V2.7 STEP 7 MicroWIN SMART можно генерировать и редактировать лестничные диаграммы или программы таблиц инструкций непосредственно на компьютере, программы компилируются и загружаются в программу моделирования для запуска.

Сначала откройте программу эмуляции, нажмите Load в левом верхнем углу и нажмите OK, откройте файл эмуляции, настройте модель процессора и выберите 226 и модуль расширения EM223 (16I/16Q), затем нажмите Start и затем нажмите Monitor.

Синий цвет означает включение, нажмите на I0.0, чтобы запустить программу, на этот раз загорится индикатор работы, затем вот I0.1, нажмите на I0.1, загорится индикатор остановки, и остальные сигналы прекратятся. Запустите программу, затем выберите режим, выберите I0.3 автоматический режим, на этот раз срабатывает автоматический режим, дождитесь обнаружения материала, после чего происходит автоматическая работа, этот сигнал должен сработать, чтобы перейти к следующему шагу, поэтому нажмите I0.5, на этот раз система автоматически перейдет к следующему шагу.

После моделирования было установлено, что программное обеспечение работает.

Рисунок 5. Моделирование - Флаг окончания работы

Заключение

В этой главе в основном обсуждается общая схема конструкции роботизированного автоматического сверлильно-клепального многофункционального исполнительного органа. Сюда входит принцип работы системы, рабочий процесс и анализ вариантов конструкции системы обработки и интегрированной системы управления.

На основе технологии полевой шины была создана система управления для выбора гвоздей, запрессовки, определения эталона, поиска нормы, сверления и развертывания зенкеров и клепки. Был разработан более полный функциональный модуль по сравнению с аналогичными продуктами, а также предварительный проект временной последовательности обработки в соответствии с функциональными требованиями и конструктивными особенностями.

Список литературы:

1. Тан Вэй. Проектирование и реализация промышленной системы управления на базе ПЛК. Хубэй: Хуачжунский университет науки и технологии, 2007.
2. Лю Вэйпин, Ван Минцюань. Развитие и перспективы применения ПЛК. Развитие управления машинами, 2009, 24(05):78-80.
3. Пан Юн, Гао Цзюньсюн, Ван Юньбо. Применение и развитие ПЛК. Вычислительная и цифровая техника, 2007(02):76-78.
4. Лонг Земинг, Го Шицин, Ван Гуйлянь. Исследование высокоскоростного подающего стола с композитным сервоприводом[J]. Производственные технологии и станки, 2009(7):112-114.
5. Ли Дунлэй. Исследование технологии управления процессом сверления и клепки для цифровой гибкой сборки самолетов. Нанкин: Нанкинский университет аэронавтики и астронавтики, 2015.