Оборудование идеально предназначено для окраски изделий сложной формы: заборных секций, ворот, решеток, профилей, кованых изделий и т.п. Коэффициент переноса материала на этой установке достигает значения 98%.
Система краскораспыления Ransburg No.2 имет следующие технические характеристики:
· масса - 1,250 кг;
· длина пульверизатора - 500 мм;
· максимальный расход воздуха - 150 л/мин
· давление воздуха на входе краскопульта - 2,1 бар;
· расход лакокрасочных материалов при диаметре распыляющей чаши 69 мм - 75 см3/мин / 0,46-0,65 м2/мин, 101 мм - 120 см3/мин / 0,93-1,11 м2/мин, 152 мм 180 см3/мин /1,39-1,67 м2/мин.
В комплект системы распыления лакокрасочных материалов Ransburg No.2, представленной на рисунке 11 входит:
· краскораспылитель ручной электростатический Nо.2 с чашей 101 мм;
· контроллер высокого напряжения 9060 Classic;
· красконагнетательный бак объемом 10 л;
· кабель высокого напряжения длиной 7,5 м;
· шланги для материала и воздуха длиной по 7,5 м;
· передвижная тележка;
· фильтр-регулятор воздуха DVFR-4.
Установка в данной комплектации полностью готова к работе после подключения сжатого воздуха и электропитания 220В.
Рисунок 11 - Система распыления лакокрасочных материалов Ransburg No.2
3. Разработка системы управления
3.1 Реализация системы управления с помощью программного комплекса LabVIEW
При создании системы управления мобильной автоматизированной системы окрашивания, большое внимании уделялось следующим значительным аспектам:
1) Система управления должна была иметь простой и понятный интерфейс;
2) Выбор интерфейса и программного обеспечения должен был быть совместим с программируемыми контролерами и сервоприводами.
Исходя из того, что контроллеры Basic PRO 5A G2-(1X 2X) имеют разъем RS 232, а также вывод под CAN шину, то наиболее оптимальным способом создания системы управления стала программная среда с визуальным языком программирования LabVIEW с использованием персонального компьютера с операционной системой Windows. Несмотря на наличие специализированного программного обеспечения для контроллеров, программная среда LabVIEW была выбрана из расчета удешевления стоимости конструкции, а также наличием данного программного комплекса на ЭВМ в МИЭМ НИУ ВШЭ.
Проект системы управления включает в себя интерактивную модель конструкции МАСО-1, спроектированную с помощью САПР SolidWork. Для решения задачи связи SolidWorks и LabVIEW необходимо было установить на персональный компьютер определенные вспомогательные программы (модули и наборы инструментов). Так, LabVIEW не может работать в связке с SolidWorks без установки и подключения следующих модулей:
· Real-Time Module - модуль, отвечающий за взаимодействие реального техническго оборудования и программного комплекса LabVIEW (без использования данноо модуля система не сможет функционировать);
· Simulation Module - c помощью данного модуля LabVIEW можно имитировать динамические системы, разрабатывать сложные контроллеры и развертывать свои системы управления в режиме реального времени;
· NI SoftMotion Module - модуль, обеспечивающий графическую разработку для пользовательских приложений управления движением. С помощью LabVIEW NI SoftMotion можно использовать проект LabVIEW для настройки всех параметров осей движения, проверки конфигурации, настройки двигателей и быстрой интеграции пользовательского управления движением в приложение, позволяет интегрировать модели SolidWorks в проект LabVIEW;
· Interface Toolkit - инструментарий NI LabVIEW, который помогает интегрировать спроектированные модели и алгоритмы управления из различных программных сред в LabVIEW и в модуль Real-Time LabVIEW. Он использует структуру модели NI VeriStand, поэтому библиотека имитационных моделей будет продолжать расти. Помимо импорта имитационных моделей сторонних производителей, он позволяет использовать LabVIEW Control Design and Simulation Module для разработки и моделирования алгоритмов управления [7].
С другой стороны, программный комплекс SolidWorks не сможет связаться в LabVIEW без подключения следующих модулей:
· Simulation - это модуль интегрированный SolidWorks, способный проводить анализ конструкции по напряжению, устойчивости, оптимизации и т.д.;
· Motion - визуальный модуль, производящий анализ движения и точности моделирования движущихся частей сборки, анализируя сопряжения и привязи в модели.
Перед началом интеграции сборки конструкции мобильной автоматизированной системы окрашивания из SolidWorks в LabVIEW, были произведены исследования движения в SolidWorks, смоделировав на месте выходного вала двигателя вращательный двигатель и задав ему определенные свойства перемещения на расстояние в градусах, а также время, за которое он должен повернуться на данное значение (в нашем случае было установлено 20160 градусов, что равняется 2800 мм хода челнока по червячному валу за 30 секунд). Данные числа не имеют никакого отношения к программированию и никак не повлияют на работу контроллеров с сервоприводами, они только позволяют произвести анализ движения составных частей конструкции.
Установив в исследовании движении сборки вращательные двигатели на местах выходных валов двигателей, получилась рабочая сборка и анимированное представление движения челноков по вращающемуся червяному валу по всей длине хода вала, окно исследования движения представлено на рисунке 12.
Рисунок 12 - Исследование движения конструкции мобильной амтоматизированной системы окрашивания МАСО-1
Также, особенностью исследования движения являлась точность и правильность установки сопряжений и взаимосвязей составных частей конструкции мобильной автоматизированной системы окрашивания МАСО-1 в SolidWorks. Так, при моделировании сборки конструкции (все детали проектировались отдельно - двигатель, вал двигателя, профиль, червячный вал, челнок, подшипник, опора), важной задачей было закрепить неподвижные детали между собой. То есть, к опоре, по сопряжению в плоскостях были заблокированы профили, сверху на профилях были заблокированы двигатели. Двигатель с валом двигателя был сопряжен концентрично и выровнен по внутренней выемке плоскости двигателя и внутренней поверхности вала двигателя, установка сопряжений таким образом, позволяет вращаться валу двигателя по часовой или провой часовой стрелки относительно своего цента и центра двигателя. Подобным образом, но с условием блокировки был установлен червячный вал к валу двигателя, фиксируя его в одном положении на валу двигателя и вращая его вместе с ним, также был установлен подшипник и выровнен по нижней плоскости профиля. Челнок на червячном валу был сопряжен с помощью винтового соединения с шагом в 50 мм и ходом 3000 мм, что в точности совпадает с реальными физическими параметрами червячного вала, а также был выровнен по внешней части профиля, чтобы он перемещался только по рельсам в модели. Остальные сопряжения элементов в точности повторяют данную модель, за исключением закрепления профиля на челноках при помощи блокировки и выравниванию по всем плоскостям для точного совпадения граней [8].
Только после установки всех модулей и правильно работающей сборки в SolidWorks бала начата работа с LabVIEW. Правильная работа двух этих программ, помимо всего описанного, во многом зависила от правильной настройки LabVIEW и подключенных к ней модулей.
Так, для начала был создан новый проект в LabVIEW, к нему был подключен проект из SolidWorks для импортирования двигателей, имея те же название. В дальнейшем были задатны оси для каждого двигателя в NI SoftMotion Axis и связаны с осями, которые находятся в проекте LabVIEW. Здесь же, при необходимости, можно было добавить координатную плоскость, чтобы управлять сразу несколькими осями.
Далее был настроен проект в функции Properties, чтобы написать дополнительные данные по проекту, то же нужно было проделать во вкладке Scan Engine в My Computer для запуска сканирующего двигателя при компиляции. Задача этого двигателя состоит в том, чтобы опрашивать все время оборудование во время работы на предмет ошибки.
Для работы LabVIEW без ошибок шага расчета необходимо также настроить модель, импортированную из SolidWorks, изменив шаг расчета на 0,0001.
Следующим шагом являлась настройка осей (Axis) для схемы управления движением LabVIEW в SolidWorks, представленной на рисунке 13.
Рисунок 13 - Схема управления движением в SolidWorks
В этой схеме необходимо было включить привод при переходе в активный режим, который включает двигатель при взаимодействии с ним, если этого не сделать, то при передаче данных из LabVIEW в SolidWorks ничего бы не стало работать.
После проделанных манипуляций по настройке LabVIEW, получился готовый проект с подключенной сборкой SolidWorks с готовыми для нее аналогами осей, которые используются в создании интерфейса и системы управления.
При создании системы управления необходимо было добавить VI проект в уже существующий, в одном окне которого пишется программный код с помощью визуального языка программирования G для LabVIEW с добавлением компонентов, диаграмм и объектов, связанных между собой, на панель, а в другом окне добавляются элементы системы реального управления двигателями.
Первым делом была добавлена структура Programming - Structure - While Loop - структура цикла, которая всегда опрашивает оборудование, т.е. все, что находится внутри данной структуры, будет всегда опрашиваться данным циклом. Для реализации опрашивания всегда, внизу, к элементу Loop Condition необходимо было подключить элемент False Constant, таким образом, цикл опроса будет происходить бесконечно.
Был добавлен инструмент для работы с двигателем. По умолчанию SoftMotion Module позволяет добавить вращающийся двигатель, со сложным движением и линейные двигатели.
Так как в системе будет передаваться определенное число (число градусов будет линейным), для моделирования системы управления в LabVIEW добавлен линейный двигатель для корректной работы всех программ и модулей, изображенный на рисунке 14.
Внутри области While Loop был помещен элемент Vision and Motion - NI SoftMotion Module - Function Blocks - Line, таким образом, добавился двигатель. После добавления данного модуля, его необходимо было отредактировать, так как в этот объект добавлены поля, ненужные для использования в этой задаче (не задается скорость, ускорение, увеличение/уменьшение ускорения, переменные для коэффициента ускорения/замедления).
Если в системе происходит ошибка, то она ничего не будет выводить, а будет работать в цикле. Если будет происходить выход ошибки, она будет передаваться на вход и зацикливаться, поэтому, на диаграмме свойство error out было соединено с границей While Loop и задано свойство Replace with a Shift Register, таким образом, соединив error in с другой стороны двигателя с границей While Loop, получился замкнутый цикл, постоянно опрашивающий двигатель. После проделанной процедуры, в окне проекта LabVIEW появляется контроллер Controller с внутренним драйвером Straight Line Move для данного двигателя [9]. Таким образом, получается сообщение, обрабатывающее ошибки на входе и выходе, игнорируемое циклом.
Рисунок 14 - Линейный двигатель Line LabVIEW
Свойство done на диаграмме двигателя означает завершение операции и чтобы видеть его выходной сигнал, был добавлен индикатор, изображенный а рисунке 15, который будет загораться при выполнении.
Рисунок 15 - Свойство done на диаграмме двигателя
При этом, в поле добавления элементов системы реального управления двигателями автоматически создается индикатор done зеленого цвета, который на пульте управления будет сообщать о том, что конкретно данный двигатель закончил выполнение операции.
На выполнение execute добавлен контроллер (простыми словами - кнопка), который будет активировать или выключать данный двигатель. При добавлении данного элемента, он также, как индикатор done, добавляется в поле добавления элементов системы реального управления двигателями (рисунок 16).
Рисунок 16 - Контроллер execute на диаграмме двигателя
В свойство позиции position также был создан контроллер, автоматически генерирующийся в области управления для задачи позиции смещения двигателя.
К данному этапу создания системы был готов объект, который обрабатывает данные, может принимать данные позиции, принимать сигнал о выполнении операции и сигнализировать об успешном выполнении.
Следующим этапом являлось добавление функции resource, отправляющей данные и связывающей выполнение execute со значением позиции position и индикатором выполнения операции done. Это можно было реализовано выбором в проекте LabVIEW Project Explorer оси Axis 1, соответствующей данному конкретному двигателю, и перенесением в поле While Loop, соединив с resourse (рисунок 17).
Рисунок 17 - Функция resource на диаграмме двигателя с выбором оси
Далее, данная операция проделывалась таким же образом в той же зоне While Loop для каждого последующего двигателя с изменением оси Axis, для каждого двигателя.
Выбрав все элементы в проекте LabVIEW Project Explorer, за исключением Controller.vi, Dependencies и Build Specifications, и применив функцию Deploy, настроился SolidWorks, оси и компьютер. После всех проведенных операций, данные сигналов из LabVIEW импортировались в SolidWorks. На рисунке 18 представлена итоговая блок-диаграмма для управления всеми сервоприводами с контроллерами системы, подразумевающая под собой графический язык программирования, а на рисунке 19 представлен полностью настроенный и рабочий проект LabVIEW Project Explorer, с добавленной сборкой из SolidWorks, осями для движения двигателей, контроллером для управления драйверами управления сервоприводами.
Рисунок 18 - Блок-диаграмма управления сервоприводами и контроллерами системы