Шурков Виталий Николаевич
ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВА
И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ
*** 1989 ***
|
ФPAГMEHT КНИГИ (...) Трассу следования робокаров выбирают в соответствии с технологическими маршрутами. Одни робокары могут обслуживать оборудование только в пределах заранее проложенной трассы, а другие могут съезжать с трассы, чтобы осуществить стыковку с погрузочно-разгрузочной станцией, выполнить команду оператора или объехать препятствие.
Одна из важнейших задач при создании автоматических транспортных систем на базе робокаров — разработка системы слежения, обеспечивающей движение по заданной трассе. Наиболее простой системой слежения за направлением движения является электромеханическая, в котором исподьзуется направляющая шина или паз в дорожном покрытии. Направляющий ролик, закрепленный на датчике-кронштейне тележки, перемещается по шине или пазу. При отклонении тележки от трассы движения датчик через механические передачи воздействует либо непосредственно на управляемые колеса, либо через сервопривод. Широко распространенные индуктивные системы слежения выполняют с движением по пассивной и активной трассе. В первом варианте тележка перемещается вдоль полосы, проложенной по трассе на поверхности дорожного покрытия. При симметричном расположении относительно полосы тележки и датчиков, установленных под передней частью тележки, индуктивность катушек одинакова и сигнал рассогласования отсутствует. При отклонении положения тележки относительно трассы датчики выдают сигнал рассогласования, который через следящий привод управляет колесами. Датчики слежения получают питание от высокочастотного генератора, установленного на тележке. Во втором варианте индуктивная система отслеживает переменное магнитное поле направляющего проводника электрического тока. Этот проводник (кабель) проложен ниже уровня дорожного покрытия. В программировании используют как позиционные, так и счетно-импульсные методы. Разработаны системы, в которых информация о направлении движения, поворотах и остановах передается от системы управления по кабелю, вдоль которого движется тележка. Оптоэлектронные (оптические) системы отслеживают нанесенную на дорожное покрытие светоотражающую полосу, которая контрастно выделяется на фоне основного покрытия. В качестве осветительного устройства для слежения за полосой применяют стробоскоп, расположенный в нижней части тележки, что позволяет с помощью телевизионной камеры получить стабильное изображение полосы при движейии. На робокаре расположен также гироскопический компас для регистрации направления движения, когда тележка временно сходит с заданной трассы. Например, если два робокара встречаются на одной трассе, то один должен сойти с нее и пропустить второй, а затем снова вернуться на заданную траекторию движения. 1 Блок управления робокара определяет его положение по изображению полосы и кодовым меткам различных типов, расположенным вдоль трассы движения. В тех зонах, где нет полосы, этот блок обрабатывает информацию о направлении движения от гирокомпаса. Вспышки стробоскопа синхронизированы с циклом управления микроЭВМ. В более простых конструкциях вместо телевизионной камеры устанавливают матрицу из 16 фототранзисторов, разность выходных сигналов которых при отражении света от полосы и пола преобразуется блоком управления в двоичные коды. Алгоритм обработки кодов позволяет при движении робокара отслеживать светоотражающую полосу. На боковых сторонах робокара расположены устройства связи, предназначенные для передачи и приема информации с помощью инфракрасных лазерных сигналов. Аналогичные устройства установлены на рабочих позициях оборудования ГПС, что обеспечивает бесконтактную передачу отдельных управляющих команд и рабочих инструкций во время остановки робокара на этих позициях. Используют также системы слежения, состоящие из комплекса световых маяков, которые расположены в определенной последовательности на потолке производственного помещения, и оптических датчиков на приборах с зарядовой связью, установленных на робокарах. При движении робокары ориентируются на световые маяки, а при точном позиционировании на рабочих местах с помощью специальных (штриховых, магнитных и др.) меток. Задания-программы на маршрут следования и адреса назначения объектов транспортирования вводятся в память бортовой микроЭВМ с пульта, расположенного на робокаре, или по каналам связи на станциях останова. В случае использования радиосвязи задания-программы можно передавать при любом месте нахождения робокара на трассе. Возможности безрельсовых грузонесущих робокаров чрезвычайно широки прежде всего за счет простоты реализации любых необходимых маршрутов обслуживания оборудования ГПС и широких функциональных возможностей роботов. Выполнив заданные транспортные операции, робокар автоматически следует на станцию подзаряда аккумуляторов. Для экономии электроэнергии применяется рекуперативное торможение, что позволяет увеличить время автономной работы робокаров. Конструкция шасси позволяет им перемещаться не только вперед и назад по трассе, но и разворачиваться на месте, двигаться под любым углом к своей оси. Высокоманевренными делает робокары ромбовидное размещение колес шасси. Всегда робокары оборудованы устройствами безопасности: круговой проблесковой сигнализацией, мигающими световыми сигналами, боковыми контактными щупами, бамперами, отключающими привод колес при наезде на препятствия. Для межоперационного транспортирования изделий применяют монорельсовые транспортные роботы, состоящие из электротележки, перемещающейся по монорельсу, и установленного на ней ПР. Такие транспортные роботы отличаются от монорельсовых подвесных дорог с тележками автоматического адресования тем, что имеют возможность манипулировать заготовками, полуфабрикатами и готовыми изделиями (выполнять ориентацию, укладку, перенос по программируемой траектории, загрузку и разгрузку подвесок грузонесущих конвейеров, загрузку технологического оборудования). Монорельсовые транспортные роботы хорошо вписываются в производственные планировки, транспор- тируют груз над проходами, проездами и оборудованием ГПС, что исключает помехи в работе напольного транспорта. Обширная область использования и типаж ПР в АТСС рассмотренными примерами не ограничиваются. При создании автоматизированных производств «квалификация» роботов непрерывно возрастает. 8.4. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АТСС Системы управления АТСС обеспечивают выполнение следующих типовых функций: прием запросов на обслуживание; прием различной информации от оператора и оборудования; выполнение алгоритмов информационной модели; формирование и передача информации оператору; учет выполнения заданий; выполнение процедур обмена информацией с ЭВМ верхнего уровня; определение рациональной последовательности перемещения грузов, подготовка и выдача соответствующих команд и адресов на исполнительные механизмы транспортных средств; редактирование информационных массивов; диагностирование состояния оборудования и системы управления; контроль и регистрация срабатывания блокирующей, защитной и сигнальной аппаратуры; анализ срабатывания блокировок и защит. Эти системы обычно имеют иерархическую структуру уровней обработки информационных потоков. На первом уровне находятся локальные устройства управления транспортным и складским оборудованием. В их состав входят: программируемые контроллеры, датчики положения транспортного оборудования, датчики заполнения накопителей, датчики для определения наличия или отсутствия груза, датчики сил, измерительные приборы, пульты управления, устройства силовой электроавтоматики, системы блокировки и сигнализации, индукционные, емкостные, фотоэлектрические, тензометрические, датчики безопасности и другие элементы автоматики. С помощью управляющих ЭВМ второго уровня осуществляется управление грузопотоками, учет перемещения грузов, контроль за работой оборудования АТСС и его диагностирование. Этот уровень непосредственно реализует система управления ГПС. Все оборудование АТСС может функционировать в автоматическом, полуавтоматическом дистанционном и наладочном режимах. В автоматическом режиме АТСС работает без участия человека. В полуавтоматическом дистанционном режиме работа оборудования осуществляется автоматически, а задание программ производится оператором с центрального диспетчерского пульта. Наладочный режим осуществляется со специальных наладочных пультов оборудования АТСС и предназначен для проведения пусконаладочных и ремонтных работ, а также вывода транспортных машин в исходное положение и управления вручную оборудованием в аварийных случаях. Текст задания на обслуживание технологического оборудования ГПС содержит обслуживаемый адрес и характеристики грузов. Задание может сопровождать дополнительная информация, регламентирую- щая последовательность перемещения грузов. Состояние загрузки буферных накопителей и рабочих мест определяется либо с помощью датчиков, либо по алгоритмам, учитывающим сигналы окончания обработки очередных заготовок на станках и положения механизмов загрузки-выгрузки. Наличие информационной модели предполагает хранение в энергозащищенной памяти ЭВМ данных о грузах, находящихся на всех стадиях перемещения и хранения в АТСС. Например, возможен такой набор данных: стадия обработки, код детали, количество деталей в транспортной партии, номер партии, местонахождение груза. Информационная модель позволяет упорядочить информацию учетного характера как о выполненной, так и о невыполненной частях заданий на обслуживание. Изменения в производственном процессе, связанные с выполнением срочных внеочередных заказов, обслуживанием и ремонтом оборудования, требуют изменения заданий и информационных массивов. Для этого системы управления должны обеспечивать возможность выполнения редактирующих функций: последовательного просмотра, вставки, удаления и замены записей в памяти ЭВМ. Наиболее распространенным способом адресования грузов стало кодирование собственно объектов транспортирования (штучных грузов или тары), а также распознавание объектов. В качестве примера рассмотрим систему автоматического адресования с распознавателем, который определяет типоразмер детали путем дешифрации сигналов от фотоэлементов и преобразования этих сигналов в адресный код. Система имеет матрицы из фотоэлементов и осветителей, расположенных с разных сторон конвейера, формирователь кодов деталей, дешифратор и усилители. При прохождении детали ее контур перекрывает определенное сочетание фотоэлементов. Неосвещенному фотоэлементу соответствует выходное напряжение 0,4 В, освещенному — напряжение 5 В. Комбинация выходных напряжений содержит в себе информацию о типе распознаваемой детали. Идентификация детали системой адресования происходит при строго фиксированном относительном положении матриц и детали. Это положение задается датчиком, вырабатывающим сигнал на считывание кода детали, после чего устройство возвращается в исходное состояние. Фотоэлементы (фоторезисторы) и осветители закреплены на горизонтальных направляющих, которые могут устанавливаться в нужном положении на вертикальных стойках. В результате можно разместить их в любом положении в плоскости матрицы. Для защиты от посторонних источников света матрица фотоэлементов снабжена экраном. Используют также распознаватель с телевизионной камерой. При перемещении груза объектив камеры передает изображение на фотоматрицу. С помощью схем развертки по горизонтали и вертикали усиленные сигналы поступают на устройство сравнения. Одновременно из памяти ЭВМ в это же устройство поступают закодированные изображения всех объектов, которые могут проходить по конвейеру. В ходе поочередного сравнения закодированных изображений с комбинацией сигналов от фотоматрицы фиксируется их совпадение, после чего система управления получает код поступившего груза. В управлении робокарами участвуют стационарная ЭВМ, бортовые микропроцессорные устройства и средства путевой автоматики (датчики положения). Программирование обеспечивает изменение направления движения робокаров, прохождение разветвлений трассы, выполнение в соответствии с технологическим процессом остановок. Датчики положения размещены и на робокарах, и в дорожном покрытии вдоль трассы движения. Счетно-импульсный метод программирования траектории перемещения объектов транспортирования предусматривает присвоение остановкам и ответвлениям порядковых номеров в зависимости от порядка их прохождения по трассе. Бортовое устройство управления получает импульс от датчиков положения при прохождении остановки или ответвления и сравнивает содержимое счетчика с заданной программой. В зависимости от результата сравнения выполняется заданная операция. Такая система программирования проста по исполнению, но при возникновении хотя бы одной ошибки при движении по трассе дальнейшая ее работа невозможна. Кроме того, необходимо каждый раз при изменении порядка движения или производственного цикла присваивать новые номера всем датчикам трассы и вновь программировать остановки и ответвления. Поэтому применение этой системы оправдано для простых трасс движения при постоянном порядке и направлении движения. Позиционный метод программирования использует постоянные коды, присвоенные остановкам и ответвлениям. Датчик положения на робокаре получает однозначное сочетание сигналов (код) при прохождении датчика на трассе. Этот код сравнивается с очередным кодом программы, после чего выполняется заданная операция. В местах разветвлений трассы приходится располагать не один, как при счетно-импульсном методе, а несколько более сложных датчиков положения в зависимости от числа ответвлений. В результате позиционная система программирования более сложна по исполнению, но имеет более высокую надежность и гибкость. Она эффективна на сложных трассах движения при часто изменяющихся производственных циклах. Управление транспортными средствами циклического действия (штабелерами, кранами, трансманипуляторами подвесного типа) обычно реализуется в виде позиционного числового программного управления с датчиками обратной связи по положению. Последовательность перемещений транспортных средств ГПС определяется алгоритмами анализа текста заданий на обслуживание рабочих позиций, поступивших запросов на обслуживание и состояния информационной модели. Оптимизация транспортных операций способствует сокращению производственного цикла, выполнению его в соответствии с реальным протеканием производственных процессов, устраняет возможность простоя ГПМ из-за несвоевременного транспортирования объектов и позволяет наиболее эффективно использовать оборудование АТСС. Например, можно выбрать кратчайшую трассу и рациональный режим движения для робокаров в соответствии с управляющей программой и реальными условиями производственного цикла. После разрядки аккумуляторных батарей до определенного предела робокары могут самостоятельно возвращаться на зарядную станцию. Повышает эффективность использования транспортного оборудования возможность изменения управляющей программы в любых или определенных пунктах трассы, готовность системы управления к повторению заданной программы при условии прохождения всей трассы движения в цикле, возвращение робокаров к началу трассы в тех случаях, когда они ранее использовались на временных маршрутах. Контроль и диагностирование работы АТСС обеспечивают бесперебойное функционирование оборудования грузопереработки и его эксплуатационную надежность путем оперативного обнаружения критических и аварийных ситуаций. При этом осуществляется сбор информации о состоянии наиболее ответственных узлов АТСС и элементов системы управления, обработка этой информации по специальным алгоритмам и вывод результатов на пульт оператора. В режиме диагностирования начального состояния определяется готовность всего комплекса оборудования АТСС к началу работы. Перед пуском АТСС необходим контроль цепей управления и электропитания, достоверности сигналов от датчиков и правильности исходного состояния всех компонентов. Диагностирование текущего состояния оборудования АТСС заключается в контроле правильности выполнения управляющих программ в наиболее информативных и характерных случаях. В память управляющих ЭВМ и локальных подсистем контроля вводятся программы, содержащие информацию о заданных состояниях оборудования и элементов системы управления для отдельных шагов (элементов цикла) управления. В момент перехода к последующему шагу происходит сравнение текущих и задаваемых параметров с одновременным измерением времени отработки предыдущего шага. По соответствию набора параметров и своевременности отработки шагов можно анализировать состояние АТСС. Задачами тестового диагностирования являются проверка работоспособности компонентов АТСС при воздействии тестовых программ и профилактическое выявление таких компонентов, функциональные параметры которых близки к отказу. В частности, выполняется контроль за прохождением технологических команд с проверкой уровня ответных сигналов (эхосигналов), их последовательности и времени получения. В результате отработки тестовых программ на дисплее высвечиваются результаты диагностирования. Большое внимание при разработке и эксплуатации АТСС уделяется безопасности функционирования всех транспортных средств. Прежде всего обеспечиваются: автоматическое отключение питания электродвигателей передвижения и срабатывание тормозных систем при столкновении подвижных устройств с препятствиями, отклонении робокаров от трасс следования сверх допустимых пределов, отсутствии электропитания или неисправности системы слежения; возможность ручной остановки и пуска подвижных устройств в любой момент времени; защита силовых и контрольных электрических, гидравлических и пневматических сетей от перегрузок; предупредительная сигнализация. Вопросы для самопроверки 1. Какие объекты транспортирования и складирования имеются в ГПС? 2. Укажите производственные функции каждого из технических средств АТСС. 3. Чем определяется оптимальная вместимость автоматизированных буферных накопителей и центральных складов? 4. В каких условиях функционирования ГПС используют непрерывные, периодические и комбинированные грузопотоки? 5. Для каких разновидностей ГПС характерна работа технологического оборудования в режиме взаимодополнения? 6. Что влияет на выбор маршрута следования робокаров в ГПС? 7. Когда в системах управления АТСС необходимы алгоритмы, оптимизирующие последовательность перемещения грузов? 8. Какие параметры измеряют датчики в АТСС? 9. Почему АТСС считают организационной основой автоматизированного производства? 10. Какова цель диагностирования работы АТСС? |
