ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ
Serie s AUTOMATYKA z. B6
-____
Nr kol, 89o
Doo. dr inż. Jan Wójolkowski Dr inż0 Janusz Madejski Politeohnika Śląska
MIKROPROCESOROWY PULPIT OPERATORA MAŁEGO ZROBOTYZOWAHEGO SYSTEMU OBRÓBKOWEGO
Streszozenie. Omawia się architekturę opracowanego w Instytuoie Budowy Maszyn i wdrożonego mikroprocesorowego pulpitu operatora oraz podstawowe algorytmy jego oprogramowania użytkowego.
1. Wątąp
Integraoja robota z obrabiarkami niezbędna dla stworzenia z tyoh ele
mentów sprawnie funkcjonującego systemu wymaga zaprojektowania i wykona
nia sieci połąozeń pomiędzy ich układami sterowań. Szozególna rola w tym względzie przypada pulpitowi operatora systemu, dzięki któremu operator może skuteoznie śledzić praoę systemu składająoego się z szeregu gniazd.
Pulpit taki eliminuje potrzebę oiągłego śledzenia prooesu praoy gniazd przez człowieka redukując jego bezpośrednią ingerencję w ioh pracę tylko do etanów awaryjnyoh i ewentualnie planowej wymiany narzędzi. Użyoie do nadzoru praoy systemu obwodu telewizji przemysłowej i taniego, specjali
zowanego programowalnego mikrokomputerowego pulpitu operatora pozwala na uwolnienie operatora gniazd odi
- śledzenia postępująoego zużycia narzędzi, - kontroli Jakośoi przedmiotów obrabianyoh,
- prowadzenia bieżąoej ewidenoji przebiegu produkoji, - ooeny stopnia wykorzystania ozasu praoy przez system, - śledzenia stanu systemu 1 wykrywania sytuaoji awaryjnyoh.
Istotnym - jak wykazały nasze doświadczenia - ozynnikLem warunkująoym optymalizację działań pulpitu operatora z punktu widzenia zakresu Jego nożliwośoi funkojonalnyoh, wymiarów i pola możliwych zastosowań - Jest eiaatyoznośó tego układu. Elastyoznośó taką można osiągnąć jedynie drogą budowy programowalnych pulpitów mikroprocesorowych,
2. Architektura układu pulpitu
Celem pirojektu było zminimalizowanie części hardwareWej układu pulpi
tu z powierzeniem wszelkich możliwyoh funkoji ozęśoi software’owej pulpi
104 J. Wó.loikowski. J. Madeiski
tu, którego usytuowanie w zrobotyzowenym systemie obróbkowym przedsta
wiono na rys.1, a bliższe dane na temat gniazda w jakim zastosowano oma
wiany dalej pulpit podaje tablica 1.
Tablica 1. Modelowe gniazdo tokarskie w LOOS Instytutu Budowy Maszyn Politechniki Śląskiej .
Rysunek 2 ilustruje architekturę układu pulpitu, dzięki której ozęśó mik
roprocesorowa pulpitu zredukowana została w zasadzie jedynie Co pakietu mikrokomputera ZbO, a wszelkie funkcje, łącznie z generatorem migotania diod sygnalizacyjnych, sterowania wyświetlaczami cyfrowymi ozy komutacja obrazów z kamer TV zrealizowane zostały programowo. Oprogramowanie tó mieśoi się w pamięci EPROM /rys.3/, a składają się na nie trzy główne moduły:
- program główny /rys.4/, którego zadaniem jest analiza stanu systemu zrobotyzowanego /"obiektu"/ i podejmowanie stosownych działań,
- 2 programy obsługi przerwań /rys. 5,6 /, które co 1 ms lub co 1 s doko
nują przesłań pomiędzy jednostką oentralną systemu, a jej otoczeniem /do którego zalicza się w tym przypadku także np, klawiatura samego pulpitu/.
Taka organizaoja pulpitu pozwala w razie potrzeby na łatwe rozszerzenie zakresu jego zadań /rezerwa pamięci/ lub/oraz na szybką i tanią modyfi-
Mikroprocesorowy pulpit operatora..
105
kaoję systemu w przypadku kolejnyoh aplikacji.
USN<
-E53
O S H ,
-frgn
IH
USNg
Rb
\M
PO
nc< p ncs fic3
0S/V2
E5Z>
E D -
nues
fi*Z<Xcr&rtt'o l Og-tlr^
PO
Rys.1. Sohemat zroboty zowanego modelowego gniazda tokarskiego, oznaozeniaj
USH^ - układ sterowania numerycznego OSK^
USHr - układ sterowania numeryoznego robota Rb - robot ASFA lRb-60
PO - pulpit operatora /składa sig z dwu kaset - I i II/
MWe^ - magazyn z surówkami do obróbki na OSH^
ifńy^ - magazyn detali po obróbce na OSE^
MC1 2 j - magazyny wymienny oh chwytaków
TVj_’ - kamery TV , R - stanowieko reorientaoji detali 1S - monitor telewizyjny
Fig. 1. Connection diagram of the robotized model turning work- oentre, where:
USE^ — numerical oontrol of the OSN^ /NC lathe/
USKr - numerical oontrol of the robot Rb - ASEA IRb-60 robot
PO - operatorka panel /it oonsists of the two oasaettea - I and 11/
HBe^ - input oonveyor with blanka for machining on the OSM^
MWy^ - output conveyor with workpieces machined on the 051!^
MC i 2 3 - raok with interchangeable grippere
TV^* - TV oaneraa , R - post for reorientation of workpieces K - TV monitor
106 J« WÓjoikowski. J. Madejski
Rys.2. .Arohi tektura układu pulpitu operatora systemu Fig.2. Blook diagram of the operator's panel system
EPROM zawiera
Program główny Obsługa
przer
wania 1
Obsługa przer
wania 2 /co 1ms/ /oo 1sek/
Eeźbrwa1 pamięoii
_____ i
R A M zawiera!
Tablice:
- wejściowa - wyjściowa wskaźniki lio zniki
Rys.3. Struktura pamięoi systemu mikroprocesorowego pulpi
tu
Fig.3. Memory strućture of the panel mioroprooessor system
Mikroprocesorowy pulpit operatora... 1Q7
Rys.4. Algorytm pracy programu głównogo Fig.4. Algorithm of the main program
1C£L 0.Wójcikowski. 0
UÓTAN KOLĘD/J^ KOLUrJAAf Ltf-Tl)
--- --- --- --- fi
siL ii
ijrsuj zanaktoSć ta sue * /k7- /
ś c / D i-jrC H t-jyśu/łBTLA Czr, z*d d /
O&EkTU /
CY*L K/KJŚC/Ou/ r
h
¡O C Z Y T A O Z A Y J A K T O iCtyrs'chu ¡j s j ś c/o u y c h
7
U S T A L N U S K A Z N t K l O A N Y C H N E I Ś C I C N Y C H
CYKL EJEOŚęiONf
KONT KOLA A K T Y N NOSC!
KLAHtSZr
Rys.5. Algorytm programu obsługi przerwania 1 Fig.5. Algorithm of the interrupt 1 servioing
. Madejski
Rye.6. Algorytm programu obsługi przerwania 2 Fig.6. Algorithm of the interrupt 2 servicing
Mikroprooesorowy pulpit operatora . 109
3. budowa pulpitu
Pulpit jest w swej, aktualnie wdrożonej, wersji przewidziany do nadzo
ru nad praoą gniazda obrabiarek o następującej konfiguraoji sprzętowej«
- 1 robot
- 2 obrabiarki SU - 4 kamery TV.
Całość aparatury dzieli się konstrukcyjnie i funkoJonalnie na dwie części /kasety/ - rys, 7, 8.
A N A P j e e BŁĄD ^-OSrJ-M-CPAS £t£fV 0 A / -O S A / JJY Tt. N A R g . D O - D t . ś f e n
0
i-i-N&wep.-pwrL.cer ¿u-as//-c*j-l.supóu£^'i o o o o 2 o o o o
** o ©
<5© o -f 2
□
AHf*.
□
H n
s SP 2 n 7 8
N Y1P A K 46 6 © o o O CA c •f 2 3
7 PS?p V -
Rys,7» Płyta ozołowa kasety I pulpitu operatora Fig.7, Cassette I of the operator's panel front view
.— , ,— , ¿TAPT PP —
□ □ □ □ □
AulO eą a . I\=J ) t FA v s PORT
□ □ 3TOZ ^ ^ , r o p ^ R A ^ v . F
STOPh.SKO*<P*. J w
□ r\
jcpy \ J
pi n ^ °*N
i— i i— * jrop auap. -i p
FAS. FAS- c
„ STOP
ROBOT — AhiARva/JY
Rys.a. Płyta ozołowa kasety II pulpitu operatora Fig.8, Casette II of the operator's panel front view
W kaaeoie I znajduje się cała elektronika pulpitu, tznj - pakiet mikroprocesora,
- pakiet
WE/WY,
- pakiet pulpitu,
- p ły t ki wy ś w i e t l B O z y i klawiatury k o n t a k t r o n o w ej.
Ea płyoie czołowej kasety I znajdują się*
- wyświetlaoze, - klawiatura oyfrowa,
110 J.Wójcikowski, J. Madejski
- klawiatura funkoyjna,
- diody elektroluminesoenoyjne.
Kaseta II zawiera zasilacz dla całego pulpitu oraz płytkę kontaktronów.
Ra jej płycie ozołowej znajdują się przyciski; stop awaryjny gniazda, stop OSN^, praca automatyczna i ręczna robota, stop warunkowy robota, skok programu robota, start i stop programu robota oraz jego stop awaryj
ny.
Klawiatura funkcyjna daje operatorowi możliwość wykorzystania 18 różnych funkcji, do których należą między innymi;
- wprowadzanie zadanej długości serii detali,
- wprowadzanie danyoh o konkretnym narzędziu obróbkowym, - potwierdzenie informaoji o awarii, itp.
Istotną funkoją pulpitu jest śledzenie stanu systemu obróbkowego i sygna
lizowanie jego stanów awaryjnych, do których zaliozono:
- brak surówek w magazynach wejściowych HWe^, - zapełnienie magazynów wyjściowych MWy^, - sygnał awaryjny z USR - PRUS 1 - 720 /ALARM/, - przeciążenie robota /STOP AWARYJNY/,
- sygnały układu BHP oraz
- zbyt niskie ciśnienie powietrza zasilająoego zmieniacz chwytaków i wy
mienne chwytaki / p < 0 . 4 MPa/.
4. 5 k s p l o B t a o j a pulpitu
Zasadniczym celem opracowania i zastosowania pulpitu było uwolnienie operatora od bezpośredniej oiągłej kontroli pracy podległych mu gniazd.
Cele te zostały osiągnięte, jak wskazuje na to doświadczenie eksploata
cyjne uzyskane w warunkach przemysłowych. Szczególnie przydatny okazał się on na przykład na etapie testowania pracy doświadczalnego systemu ob
róbkowego w jednym z zakładów przemysłu maszyn górniczych w Zabrzu.
Uruchomienie pracy systemu obróbkowego wymaga podania układowi pulpitu szeregu informaoji na temat serii przedmiotów, jakie mają być wykonywene, Do informaoji tych zaliczają się;
- długość serii detali dla każdej z obrabiarek,
- kody narzędzi, ich pozycji w głowicach narzędziowych i trwałość * poda
wana jako liczba sztuk części jakie możno nimi obrobić do momentu stę
pienia , oraz
- dopuszczalna odchyłka wskazanego wymiaru obrabianego.
Układ pulpitu śledzi poprawność formalną wprowadzonyoh doń informacji sygnalizując natychmiast wszelkie błędy.
Mikroprocesorowy pulpit operatora... ;
5. Wnioski
W oparciu o Identyfikację obiektu i przyjęte kryteria:.
1. minimalna liczba funkcji zapewniająca pracę systemu, 2. prostota obsługi wymagana ze względu na poziom operatora, 3. możliwie mały k0 6zt pulpitu,
skonstruowano pulpit operatora małych zrobotyzowanych systemów produk- cyjnych.
5.1. Uznaó należy, że przyjęta koncepcja integracji funkcji kontrolnych w małych systemach obróbkowych drogą tworzenia programowalnych, mi
krokomputerowych pulpitów operatora okazała się w praktyce trafna.
■5.2. Analiza wykazuje, że dla większych systemów uzasadnione i konieczno jest zastosowanie większego komputera mogącego w pełni realizować niezbędne funkcje systemu DNC.
LITERATURA
[1] Wójcikowski J. i in.s -Ocena aktualnego stanu techniki oraz opracowa
nia programu w zakresie zastosowania robotów w przemyśle maszyn gór
niczych , Spraw, pracy n-b real. na zlecenie CMG KOMAG Gliwice, Gli
wice 1985 - niepubl,
{21 Madejski J., Wójoikowski J.: 'Zrobotyzowane systemy obróbki ubytko
wej , Nowoczesne Technologie w Fabrykach Maszyn Górniczych 1/2 - 1985, str. 20 - 32.
Recenzent« Doc.dr h.inż.Stanisław Kaczanowski Wpłynęło do Redakcji do 19B6.04.30
MZKPOUPOHECCOPEŁia OHKPATOPCKiffl m B T M A M I POEOTH30POBAHHŁII nPOHSBOiCTBEHHlil CKCTEM
F e 1 1 u l
B CTan>e npejcraBJieHa h o b m m a s npocToro iacsponpqeooopEoro onaperop- osoro nyjBta w Haj3opa Hajc $ y s K m oraposaHE en im jot poóoraaoBaHmct npo- H3BonoTBeHma oacTeM . Hokasana Ójiok oieua npmuButHoił cicrenu 1 omcaHa po® nyjŁTa. DpiBenann Hesoropee «Hrepecme laparTepioraci nporpaiaiHoro oóeoneseHHs nyjn>Ta a b tom ’manę Tp* raaBma &xropn$ua h cippcrypa bxok- Bfflc gaHmnc. Hyjo>T Bnojme noKa3aji obob npHroflHocTŁ onapaTopy bo nora Tejb- Hkfl opras b npoisBOflCTBeHHur ycjtoBnaz BROluyaTaim.
112 J;W6.1cIkowski. j.Hade.Iski
:'.ICROPROCESSOR OPERATOR PANEL OF SHALL ROBOTIZED SYSTEM
S u m m a r y
The paper presents a completely new.idea of simple microcomputer based , programmable, operator panel for supervision of small robotized machining cells functioning.The network of connections of an exemplary cell is given a role of the panel is described.The most important features of the panel. . software are presented e.g. three main algorithms as well as.the.input data structure. The panel being tested in industry cbnditions has fully proved its usefulness as an aid of the system operator.
