avtomatizacija uČnega modela pnevmatiČnega …

of 87 /87
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Milan Bukšek AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA Diplomsko delo Maribor, avgust 2016

Author: others

Post on 19-Nov-2021

3 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Diplomsko delo
Diplomsko delo
Elektrotehnika
Lektor(ica): Natalija Furman, prof. slov.
Maribor, avgust 2016
vodenje pri izdelavi diplomskega dela.
Vodstvu Šolskega centra Ptuj in Višje
strokovne šole Ptuj za monost uporabe
opreme in prostorov, potrebnih pri nastajanju
diplomskega dela.
obdobja študija pomagali z dobro, vzpodbudno
besedo.
Hvala.
ii
iii
Kljune besede: avtomatizacija, pnevmatika, SIEMENS Simatic, FESTO, programiranje
industrijskega krmilnika, modularna produkcijska postaja
UDK: 681.523.5(043.2)
Povzetek
V diplomskem delu je predstavljen del opreme, ki bo študentom na Višji strokovni šoli Ptuj
v okviru izobraevalnega procesa sluila kot uilo pri laboratorijskih vajah na podroju
mehatronike. Uni model je modularen, kar pomeni, da je sestavljen iz treh manjših postaj
oz. manjših delovnih enot proizvajalca FESTO, med sabo zdruenih v funkcionalno enoto.
Na teh postajah so industrijske komponente in elementi, ki jih študenti spoznajo v unem
procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v razlinih industrijskih panogah. To so: pnevmatske
komponente, senzorji, elektrini pogoni, transportne linije, prijemala, skladiša, zalogovniki
in programirljivi logini krmilniki. Vsaka postaja predstavlja del realnega procesa v industriji,
vendar v pomanjšani verziji. V priujoem delu so podane teoretine osnove, ki so potrebne
za razumevanje delovanja opisanega problema. Tako je predstavljena metodologija
nartovanja in realizacije programskega krmilja, izvedenega s programirljivim loginim
krmilnikom proizvajalca SIEMENS.
industrial controller, modular production station
UDK: 681.523.5(043.2)
Abstract
The thesis presents the piece of equipment, which will serve the students of Vocational
College Ptuj within the educational process as a teaching tool for laboratory work in the field
of mechatronics. The learning model is modular, which means that it consists of three
smaller stations or smaller working units manufactured by FESTO. These parts are joined
to a functional unit. At these stations there are the industrial components and elements that
the students get familiar with during the educational process and are used daily in variety
of industries. Some of them are: pneumatic components, sensors, electric drives, conveyor
lines, clamps, warehouses, containers and programmable logic controllers. Each station
represents a part of a real industrial process, but in a smaller version. The thesis provides
the theoretical basis necessary for understanding of the described problem. This is how the
methodology of the planning and realization of programming controller, realized by the
means of the programmable logic controllers manufactured by SIEMENS, is presented.
v
KAZALO
1.3 Opis strukture diplomskega dela .................................................................................................... 5
2 OPREMA .................................................................................................................................. 6
2.12 Pnevmatski razdelilec ................................................................................................................... 18
2.13 Zapirni ventil ................................................................................................................................ 18
2.14 Elektrine komponente ................................................................................................................ 19
2.17 Centralno procesna enota (CPE) ................................................................................................... 21
2.18 Komunikacijski modul ................................................................................................................... 22
2.21 Induktivni senzor .......................................................................................................................... 26
2.22 Optini senzor ............................................................................................................................... 27
2.29 Elektrine tipke ............................................................................................................................. 34
2.31 Programska oprema ..................................................................................................................... 37
3.1 Izhodiše za diplomsko delo ......................................................................................................... 39
3.2 Ideja za tematiko diplomskega dela .............................................................................................. 39
3.3 Opis delovanja manipulatorja in njegove zahteve ........................................................................ 40
3.4 Splošen povzetek delovanja ......................................................................................................... 40
3.5 Opis delovanja .............................................................................................................................. 41
3.8 Skladiše ...................................................................................................................................... 43
3.12 Narti ........................................................................................................................................... 49
3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja ................................................................................................... 56
3.16 Zaetni pogoji in pomanjkljivosti manipulatorja ........................................................................... 57
3.17 Zaslon, obutljiv na dotik ............................................................................................................. 58
3.18 Predlagane izboljšave ................................................................................................................... 63
6.3 Priloga C – Program krmilja v lestvini obliki (LAD) ....................................................................... 69
viii
Slika 1.2: Proizvodna linija – pnevmatski manipulator. ........................................... 4
Slika 2.1: Kompresor. ............................................................................................. 7
Slika 2.6: Osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal. ............................................... 13
Slika 2.7: Pnevmatski ventili. ................................................................................ 14
Slika 2.8: Ventilski otok. ........................................................................................ 16
Slika 2.9: Dušilni element s protipovratnim ventilom. ............................................ 17
Slika 2.10: Pnevmatski razdelilec. ........................................................................ 18
Slika 2.11: Zapirni ventil........................................................................................ 18
Slika 2.13: Krmilnik SIEMENS S7-1200. .............................................................. 20
Slika 2.14: Modularna zgradba krmilja. ................................................................. 21
Slika 2.15: Komunikacijski modul SIEMENS CSM 1277. ..................................... 22
Slika 2.16: Primer uporabe komunikacijskega modula. ........................................ 23
Slika 2.17: Magnetni senzor (reedov kontakt)....................................................... 24
Slika 2.18: Princip delovanja magnetnih senzorjev. .............................................. 25
Slika 2.19: Induktivni senzor. ................................................................................ 26
Slika 2.20: Princip delovanja induktivnega senzorja. ............................................ 26
Slika 2.21: Optini senzor. .................................................................................... 27
Slika 2.22: Princip delovanja optinega senzorja. ................................................. 28
Slika 2.23: Zadrevalnik. ...................................................................................... 29
Slika 2.28: Vmesni elektrini vodniki. .................................................................... 33
ix
Slika 2.30: Izklop v sili. ......................................................................................... 35
Slika 2.31: Zaslon, obutljiv na dotik. ................................................................... 36
Slika 2.32: Zgradba TIA Portala. .......................................................................... 37
Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13. ................................................................... 38
Slika 3.1: Osnovni sklopi pnevmatinega manipulatorja. ...................................... 43
Slika 3.2: Komponente postaje Skladiše. ........................................................... 44
Slika 3.3: Komponente postaje Transportni trak. .................................................. 45
Slika 3.4: Komponente postaje Prekladna postaja. .............................................. 47
Slika 3.5: Inicializacija manipulatorja. ................................................................... 53
Slika 3.6: Sortiranje plastinih obdelovancev. ...................................................... 55
Slika 3.7: Sortiranje eleznih obdelovancev. ........................................................ 56
Slika 3.8: Zaslon na dotik – osnovni meni. ........................................................... 59
Slika 3.9: Zaslon na dotik – meni transport........................................................... 60
Slika 3.10: Zaslon na dotik – meni statistika. ........................................................ 61
Slika 3.11: Zaslon na dotik – meni graf. ............................................................... 62
KAZALO TABEL
x
UPORABLJENI SIMBOLI Q – oznaka za koliinski, masni pretok (quantity [m3/h])
p – oznaka za tlak (pressure [bar])
pmax – najveji, maksimalni dovoljeni tlak
mm/s – oznaka za hitrost (milimeter na sekundo)
mm – oznaka za razdaljo (milimeter, 10-3 m, 0,001 m)
N – enota za silo (njuton)
bar – enota za zrani tlak
V – enota za elektrino napetost (volt)
A – enota za elektrini tok (amper)
mA – miliamper, okrajšava enote za elektrini tok (miliamper)
kB – kilobajt, enota za koliino podatkov oz. velikost pomnilnika (kilobyte)
MB – megabajt, enota za koliino podatkov oz. velikost pomnilnika (megabyte)
μs – mikrosekunda, okrajšava za mikrosekundo (10-6 s ali 0,000001 s)
Imax – maksimalni tok, najveji dovoljeni tok
ms – milisekunda, okrajšava za milisekundo (10-3 s ali 0,001 s)
W – enota za elektrino mo (watt)
Nm – enota za moment oz. navor (njutonmeter)
xi
MPS – modularna produkcijska postaja (Modular Production Station)
NC – normalno zaprt (Normaly Closed)
NO – normalno odprt (Normaly Open)
cca – izraz priblino (circa)
PROFIBUS – hitro in odprto vodilo za procesni nivo in nivo tehnoloških celic oz. visoko
zmogljiva mrea za nivo proizvodnih obratov in tehnoloških celic (PROFIBUS – PROcess
FIeld BUS)
CPE – centralno procesna enota
UTP – neoklopljena sukana parica ali neoplašena parova vodica (Unshielded Twisted
Pair)
HMI – vmesnik med strojem in lovekom, napravo (Human Machine Interface)
TIA – popolnoma integrirano programsko okolje za avtomatizacijo (Totally Integrated
Automation)
DI – digitalni vhod (Digital Input)
DQ – digitalni izhod (Digital Output)
AI – analogni vhod (Analog Input)
I/O – vhod-i/izhod-i (Input-s/Output-s)
max. – maksimalno, najve
xii
1B1 – oznaka brezdotinega senzorja
K3 – navitje elektromagnetnega zadrevalnika
FC – funkcije (Functions)
1
1.1 Opredelitev podroja
Opisana oprema v diplomskem delu bo študentom na Višji strokovni šoli Ptuj (v
nadaljevanju VSŠ Ptuj) v okviru izobraevalnega procesa sluila kot uilo pri laboratorijskih
vajah na podroju mehatronike. Gre za didaktino opremo proizvajalca FESTO in
SIEMENS v skupni vrednosti 6.500 €. Njen namen je vzpodbujanje izobraevanja dijakov
in študentov ter s tem posledino dviganje ravni kakovosti znanja v tehniško naravnanih
programih.
Opisana oprema je modularna. Sestavljena je iz treh manjših mobilnih postaj oz.
treh manjših delovnih enot proizvodne linije, ki so med sabo zdruene v funkcionalno
samostojno enoto. Na teh postajah so komponente, ki jih študenti spoznajo v unem
procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v razlinih industrijskih panogah. Mednje spadajo:
pnevmatske komponente, senzorji, elektrini pogon, transportna linija, prijemalo,
zalogovnik, skladiše in programirljivi logini krmilnik. Vsaka postaja predstavlja del
realnega procesa v industriji, vendar v pomanjšani verziji. Postaje v taki sestavi se
imenujejo modularne produkcijske (proizvodne) postaje (v nadaljevanju MPS postaje).
Krmilnik ali programirljivi logini kontroler (PLK, PLC) s svojo periferijo predstavlja
krmilje oz. tisti del proizvodne linije, v katerem se odvija vsa procesna (programska) logika
kakega industrijskega postroja. Namenjeni in prilagojeni so izkljuno za krmiljenje strojev in
naprav v proizvodnih procesih. Njihova glavna lastnost je, da imajo zraven napajalnih
prikljukov še višje število vhodno/izhodnih prikljukov, preko katerih so priklopljeni v
proces; posredno zaznavajo oz. zajemajo stanja v procesu samem, prav tako vanj pošiljajo
krmilne signale. Na vhode krmilnika so povezani dajalniki signalov (razne tipke, stikala,
senzorji …), na izhode pa posredno razni proilni in preklopni elementi ter aktuatorji (releji,
elektrini motorji (motorki), krmilna navitja pnevmatskih ventilov …), ki jih krmilnik s svojimi
izhodnimi signali v skladu z napisano programsko logiko aktivira. Zelo pomembni podatki
za krmilnike v industrijski avtomatizaciji so: zanesljivost, stabilnost, enostavnost,
povezljivost in hitrost [23]. Krmilnik, ki z vidika vhodno/izhodnih prikljukov zadostuje
potrebam delovanja našega krmilja, mora imeti 10 digitalnih vhodov in 10 digitalnih izhodov.
Navedeno število vhodno/izhodnih prikljukov zadostuje delovanju naprave (pnevmatskega
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
2
manipulatorja) v okviru, kot smo si ga zamislili, tj. v tono taki izbiri strojne opreme, kakor
je v diplomskem delu opisana.
1.2 Namen in cilj diplomskega dela
Namen priujoega diplomskega dela je predstavitev in opis tako strojne opreme
(elektrine in pnevmatske) kot tudi programske opreme, uporabljene za izvedbo in dosego
cilja, ki je sestava posameznih MPS-postaj v konno delujoo proizvodno linijo. Glavni cilj
in prispevek v tej nalogi je realizacija lastnega programskega krmilja s programirljivim
loginim krmilnikom proizvajalca SIEMENS na strojni opremi proizvajalca FESTO.
Namenska uporabnost te linije je podajanje plastinih ali kovinskih obdelovancev (ohišja
enosmernih pnevmatskih valjev, posodice …) iz skladiša ter sortiranje le-teh po vrsti
materiala in odlaganje na ustrezno odstavno drsno dro, po kateri se obdelovanec spusti v
ustrezen zalogovnik. Tako bo lahko diplomsko delo sluilo kot literatura in hkrati uilo oz.
uni model za izvajanje laboratorijskih vaj na podroju mehatronik; s tem bo študentom
omogoalo podrobnejše poznavanje sestavnih komponent in njihovo delovanje ter
funkcionalni namen, prav tako podajanje novih predlogov za izboljšave in izvedbo le-teh na
omenjeni opremi. Sestavnih mehanskih delov, kot so konstrukcija in nosilci, ne bomo
opisovali, saj niso predmet teme za to diplomsko delo.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
3
Transportni trak in Prekladna postaja. Njihovo medsebojno povezavo prikazuje blokovna
shema (slika 1.1).
4
Celotno proizvodno linijo, sestavljeno iz mini MPS-postaj FESTO, lahko vidimo na sliki 1.5
[1].
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
5
Diplomsko delo je razdeljeno na tri poglavja.
Za uvodnim poglavjem je v drugem poglavju predstavljena strojna in programska
oprema. V podpoglavju Strojna oprema so predstavljene vse sestavne komponente
(pnevmatske, elektrine), uporabljene na MPS-postajah, ki so nujno potrebne za
funkcionalno delovanje slednjih. Opisani so pnevmatski valji, pnevmatski potni ventili,
optini in induktivni senzorji, elektrini motor kot pogon in programirljivi logini krmilnik.
Podana so teoretska izhodiša za boljše razumevanje delovanja in namen uporabe
komponent. Podpoglavje Programska oprema se osredini na uporabljeno programsko
opremo, potrebno za izvedbo avtomatizacije celotne proizvodne linije.
V tretjem poglavju se osredotoimo na potek razvoja proizvodne linije – predstavlja
jedro diplomskega dela. lenjeno je na podpoglavja, ki predstavljajo:
osnovne zahteve za delovanje linije (startni pogoji, koraki krmilnega dela),
osnovne sklope linije in njihove funkcije (skladiše, transportna linija, sortiranje
in prekladanje obdelovanca),
lestvinega diagrama).
V etrtem, sklepnem poglavju podamo lastno oceno opravljenega dela pri izvedbi
avtomatizacije celotne proizvodne linije. Predlagamo izboljšave in nadgradnje doloene
MPS-postaje in s tem posledino celotne proizvodne linije. Zaradi teh izboljšav postane z
vidika obsega kompleksnosti dela in s poveanjem pestrosti opreme za študente delo z
MPS-postajami v unem procesu še zanimivejše in kakovostnejše. Posledino morajo
obvladati in uporabiti širši nabor poznavanja specifinih lastnosti, delovanja in smiselne
uporabe sestavnih komponent ter njihovo implementacijo pri realizaciji programskega
krmilja. S tem jim je ponujena monost za širjenje lastnega obzorja znanj in pridobivanja
izkušenj pri nartovanju ter realizaciji avtomatizacije tehnoloških sklopov v industriji.
Sledi zadnje poglavje, v katerem je navedena literatura, uporabljena pri izvedbi
diplomskega dela.
6
2 OPREMA
Pri nartovanju proizvodne linije kot tudi pozneje ob posodobitvi ali pri odpravljanju
napak na njej ima zelo velik pomen dobro poznavanje njenih sestavnih komponent. Iz tega
razloga v tem poglavju predstavimo vso strojno in programsko opremo, ki je uporabljena pri
realizaciji proizvodne linije in je za njeno delovanje nujno potrebna.
To poglavje se deli na podpoglavje o uporabljeni strojni in programski opremi.
Podpoglavje o strojni opremi pa bo podano po sklopih sorodnih komponent (pnevmatske,
elektrine).
2.1 Strojna oprema
Podane bodo tehnine lastnosti in opisane osnovne izvedbe ter principi delovanja
posameznih komponent na doloeni MPS-postaji. Vendar le v takem obsegu, da bo na
podlagi navedenega mogoe razumeti in si predstavljati osnovno delovanje vsake postaje.
V nadaljevanju opisa so strojne sestavne komponente predstavljene tako, da
besedilnemu opisu sledi slika, iz katere sta razvidna videz in simbol komponente.
2.2 Pnevmatske komponente
Izraz pnevmatika, ki slui za poimenovanje elementov tega podpoglavja, izhaja iz grške
besede "pneuma" in pomeni dah, dih ali dušo. S tem pojmom obravnavamo vse elemente,
naprave kakor tudi celotne industrijske postroje, ki za opravljanje svojega dela uporabljajo
stisnjen (komprimiran) zrak – nadtlak ali pozitiven tlak. V drugem primeru uporabe pa lahko
predstavlja stisnjen (komprimiran) zrak – podtlak ali negativen tlak (vakuum).
Torej so to komponente, ki so v našem primeru uporabljene na 1. postaji Skladiše in
3. postaji Prekladna postaja. Imajo funkcijo izvršilnih lenov oz. aktuatorjev, ki opravljajo
funkcijo linearnih pomikov v horizontalni in vertikalni smeri, tudi funkcijo prijemanja
obdelovancev (prijemalo). Naj omenimo, da je mona tudi funkcija obraanja ali zasuka, a
v našem primeru ni bila uporabljena.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
7
2.3 Kompresor
Kompresor (slika 2.1) [3] je delovni stroj, ki zunanji okoliški zrak stiska v rezervoar in s
tem ustvarja zalogo stisnjenega (komprimiranega) zraka. Predstavlja vir napajanja, ki ga
pnevmatske komponente potrebujejo za svoje delovanje. Glede na osnovni princip
delovanja in podroje uporabe kompresorje delimo na ve vrst in tipov. Njihov nabor
uporabe je širok. Najdemo jih na domovih, raznih servisih, zavodih, zlasti pa v industrijskih
panogah. V industriji so pogosto uporabljena pnevmatska orodja in naprave, ki delujejo na
stisnjen zrak. Pri nartovanju pnevmatskih sistemov je treba paziti, da je izbira kompresorja
ustrezna, saj mora biti dovolj zmogljiv, da zagotovi ob doloenem volumskem ali masnem
pretoku zraka – Q [m3/h] zadostno kapaciteto stisnjenega zraka ob doloenem tlaku – p
[bar] [2].
Slika 2.1: Kompresor.
2.4 Pripravna skupina
Pripravna skupina (slika 2.2) [4] je enota za pripravo zraka. Njena naloga je, da stisnjen
zrak iz kompresorja regulira in iz njega odstrani neistoe (vlaga, mehanski – prašni delci).
Neistoe so tiste, ki vplivajo na ivljenjsko dobo pnevmatskih naprav. Tako pripravljen zrak
je suh in ist ter primeren za uporabo. V doloenih primerih (teji obratovalni pogoji:
servisne delavnice, industrija) mora za zmanjšanje trenj in posledino obrab vsebovati tudi
mazalno sredstvo, tj. olje v obliki oljne meglice. Izjeme, pri katerih uporaba naoljenega zraka
iz zdravstvenih, higienskih in ekoloških razlogov ni dovoljena, so prehrambena in
kozmetina industrija ter zdravstvo [4].
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
8
vhodni prikljuek (dovaja tlak iz kompresorja),
izhodni prikljuek (odvaja regulirani in oišen tlak do porabnikov),
filter (iz stisnjenega zraka odstrani neistoe: vlago, mehanske – prašne
delce),
regulator tlaka (vzdruje eleni izhodni delovni tlak neodvisno od porabe zraka
in nihanja tlaka v omreju),
manometer (prikazuje vrednost elenega delovnega tlaka),
zaporni ventil (odpre ali zapre izhodni prikljuek iz pripravne skupine oz.
dovaja pripravljeni tlak do pnevmatinih porabnikov).
Slika 2.2: Pripravna skupina.
Imenujemo jih lahko tudi pnevmatski delovni valji ali pnevmatski delovni cilindri. To so
komponente, ki potencialno energijo stisnjenega zraka spreminjajo v mehansko delo, ta pa
se izraa s premortnim oz. z linearnim gibanjem batnice. Potisna sila batnice je odvisna
od napajalnega delovnega tlaka. Po funkciji, ki jo izvajajo, so to aktuatorji ali izvršilni leni
in opravljajo doloeno delo (podajanje, stiskanje, zadranje, izmetavanje). So najpogosteje
uporabljeni izvršilni leni pnevmatskih naprav ter sklopov in jih najdemo v razlinih oblikah
ali izvedbah. Te se med sabo razlikujejo po dolini hoda, dimenzijah ter sili, ki so jo pri
doloenem tlaku sposobne ustvariti [5].
Poznamo dve osnovni izvedbi:
9
2.6 Enosmerni valji
Enosmerni valji (slika 2.3) [4] se imenujejo zato, ker lahko ob aktivaciji z gibanjem
batnice opravljajo delo samo v eno smer (delovni gib ali + gib). Imajo en dovodni prikljuek,
na katerega se prikljui napajalni delovni tlak, na drugi strani pa odprtinico (odzraevalna
šoba), ki slui odzraevanju valja. Ko se delovni gib kona, vgrajena povratna vzmet potisne
batnico nazaj v zaetni poloaj (povratni gib ali – gib). Vraanje valja lahko povzroi tudi
zunanja sila ali breme, katerega sila je veja od potisne sile valja.
Pri tem pomeni:
iztegovanje valja: delovni gib ali + gib,
uvleenje valja – povratni gib ali – gib.
Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na prikljuek na eni strani valja in
obvezno odzraevanje na odzraevalni odprtinici, imenovani odzraevalna šoba, na drugi
strani valja. Odzraevalno šobo imajo samo enosmerni valji [5].
Slika 2.3: Enosmerni valj.
Poznamo dve osnovni izvedbi:
valj v osnovnem poloaju zaprt, batnica uvleena (NC – Normaly Closed),
valj v osnovnem poloaju odprt, batnica izvleena (NO – Normaly Open).
Tehnine lastnosti standardnih izvedb:
10
Pnevmatsko prijemalo lahko deluje na principu enosmernega (FESTO HGPC-..-G2) ali
dvosmernega (FESTO HGPC-..-A) pnevmatskega valja, ki je v prijemalo vgrajen [1]. To ni
standardna izvedba enosmernega ali dvosmernega valja, pa pa specialna izvedba. Rabi
se kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala najdaljšo dolino giba 6 mm. V primeru, da bi v
sklopu diplomskega dela uporabili prijemalo, ki deluje na principu enosmernega valja, bi
tehnini podatki bili enaki kot prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem. Razlika je samo v
tem, da prijemalo z enosmernim valjem v osnovni poloaj vraa vgrajena povratna vzmet.
Prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem pa v osnovni poloaj vraa tlak, doveden na drugi
prikljuek valja. Pri izvedbi naloge se lahko uporabita oba tipa prijemala.
Tehnini podatki prijemala FESTO HGPC-12-G2 z vgrajenim enosmernim pnevmatskim
valjem so:
Funkcija v postroju: pnevmatsko prijemalo.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.7 Dvosmerni valji
Dvosmerni valji (slika 2.4) [4] lahko za razliko od enosmernih ob aktivaciji z gibanjem
batnice opravljajo delo v obe smeri. Z dovajanjem delovnega tlaka na enega od dveh
dovodnih prikljukov se batnica pomakne v eno smer, v katero opravlja delo. Z dovodom
delovnega tlaka na drugi prikljuek se batnica premakne v drugo smer, torej se tudi delo
opravlja v drugo smer. Iz tega je razvidno, da smer gibanja ali premikanja batnice pomeni
smer opravljanja dela.
Glede na to, kako bomo kateri gib dvosmernega valja imenovali (delovni, povratni),
izhajamo iz tega, v katero smer batnica valja opravlja delo oz. funkcijo valja, ko se ta ob
trenutku prikljuitve delovnega tlaka na doloen prikljuek, zane premikati od zaetnega
proti konnemu poloaju.
Pri tem pomeni:
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
11
Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na prikljuek na eni strani valja in
obvezno odzraevanje na prikljuku (ali odzraevalni odprtinici – enosmerni valji) na drugi
strani valja.
Ker je delovna površina bata v dvosmernem valju na strani, kjer je na bat pritrjena
batnica, za presek površine batnice manjša, je posledino potisna sila za doloen faktor
manjša in s tem tudi delo, ki ga valj opravlja [5].
Slika 2.4: Dvosmerni valj.
Tehnine lastnosti standardnih izvedb:
Tehnini podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO DSNU-10-50-P-A, 19186 X908
v nalogi:
Funkcija v postroju: podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika na trak.
Lokacija: postaja 1 – Skladiše.
X708 v nalogi:
tlak: 10 bar,
gib: 60 mm.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
12
X708 v nalogi:
tlak: 10 bar,
gib: 40 mm.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.8 Pnevmatsko prijemalo
Namen pnevmatskih prijemal (slika 2.5) [1] je prijemanje razlinih predmetov. Delujejo
na enak nain kakor enosmerni in dvosmerni pnevmatski valji, zato je tudi nain krmiljenja
enak. Dimenzije in tehnine izvedbe prijemal so odvisne od predmetov (oblika, tea,
material, tip površine), ki jih s tem prijemalom elimo prijemati oz. prenašati. Torej se
izvedbe med sabo razlikujejo po namenu uporabe [4].
Slika 2.5 : Pnevmatsko prijemalo.
v nalogi so:
Funkcija v postroju: pnevmatsko prijemalo.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
13
Pnevmatsko prijemalo deluje na principu enosmernega (FESTO HGPC-..-G2) ali
dvosmernega (FESTO HGPC-..-A) pnevmatskega valja, ki je v prijemalo vgrajen. To ni
standardna izvedba enosmernega ali dvosmernega valja, marve specialna izvedba,
uporabljena v poseben namen kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala najvejo dolino giba
6 mm. Te podatke smo za laje razumevanje in predstavo navedli e v podpoglavju 2.6 pri
opisu enosmernega valja.
Naslednja slika (slika 2.6) [1] prikazuje osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal:
a) paralelno prijemalo
b) kotno prijemalo
c) radialno prijemalo
d) tritokovno prijemalo
2.9 Pnevmatski ventili
Pnevmatski ventili (slika 2.7) [1], imenovani tudi potni ventili ali krmilni ventili,
predstavljajo pnevmatske krmilne komponente, ki krmilijo aktuatorje in so bistveni del vsake
pnevmatske naprave [5].
14
potni ventili – krmilniki poti,
Potni ventili ali krmilni ventili, vasih imenovani tudi krmilniki poti, usmerjajo pretok zraka
(odpirajo, zapirajo). Uporabljamo jih za pridobivanje in generiranje pnevmatskih signalov ter
krmiljenje pnevmatskih aktuatorjev (enosmerni in dvosmerni valj, linearni pogon, tandemski
dvosmerni valj, pnevmatska mišica, pnevmatske komponente za rotacijske gibe).
V osnovi jih loimo glede na:
fizino izvedbo (sedeni/drsni),
število prikljukov in stanj (primer: 3/2 potni ventil pomeni – trije prikljuki/dve
stanji),
stanje mirovnega poloaja (NC – Normaly Closed oz. normalno zaprt, NO –
Normaly Open oz. normalno odprt),
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
15
dve stabilni stanji).
Ve o zgradbi in oznaevanju pnevmatskih ventilov najdemo v [5].
Tehnini podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535
XO02 v nalogi:
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje podajalca obdelovancev.
Lokacija: postaja 1 – Skladiše.
X902 v nalogi:
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje horizontalnega pomika pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Tehnini podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535
X902 v nalogi:
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje vertikalnega pomika pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Tehnini podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-M42-AZD-QX-1C1,
537534 X902 v nalogi:
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
16
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.10 Ventilski otok
Ventilski otok (slika 2.8) [8] predstavlja sklop ventilov, ki so na pnevmatski napravi
namešeni na enem mestu. Zasnovani so tako, da imajo v konstrukciji skupen dovod in
odvod zraka ter odzraevanje. S tako grajenim sklopom ventilov prihranimo na prostoru in
napravo poenostavimo ter naredimo bolj urejeno. e bi se za krmiljenje pnevmatskega
aktuatorja odloili z uporabo posameznega ventila kot samostojnega pnevmatskega
elementa, bi to na napravi pomenilo ve zavzetega prostora oz. potrato prostora na njej.
Zato iz tega razloga, ko imamo pnevmatsko krmilje naprave e preizkušeno, sestavimo za
njo namenski sklop ventilov (ventilski otok).
isti pnevmatski ventilski otok je lahko krmiljen s pnevmatskimi krmilnimi signali reda
2–4 bar, elektropnevmatski ventilski otok pa z enosmernimi elektrinimi napetostnimi signali
reda 24 V DC. Elektrini krmilni signali so lahko na krmilne prikljuke dovedeni neposredno
iz digitalnih izhodov krmilnika ali preko komunikacijskega vmesnika (PROFINET). V primeru
uporabe komunikacijskega vmesnika moramo na ventilskem otoku obiajno glavo
zamenjati s takšno, ki podpira elen komunikacijski protokol. Uporaba komunikacijskih
vmesnikov pride v poštev v primerih, ko so med ventilskimi otoki in krmilniki daljše razdalje
ter v primerih, ko elimo zmanjšati koliino oienja [4], [8].
Slika 2.8: Ventilski otok.
17
Ventilski otok je sklop zgoraj opisanih pnevmatskih potnih ventilov. Ve o tehninih podatkih
ventilov lahko preberemo v podpoglavju 2.9 Pnevmatski ventili.
2.11 Dušilni element s protipovratnim ventilom
Ta pnevmatski element spada v skupino tokovnih ventilov kot dušilni element (slika 2.9)
[1]. V razlinih virih ga najdemo pod razlinimi imeni (dušilni element s protipovratnim
ventilom, dušilno protipovratni ventil, dušilno nepovratni ventil, ventil za regulacijo hitrosti)
ali posplošeno dušilka s protipovratnim ventilom. Uporabljamo jih za regulacijo hitrosti
(gibanja batnic) pnevmatskih valjev. Namešeni so na aktuatorje (pnevmatski valji), in sicer
tako, da vedno dušijo iztekajoi zrak [4,5].
Slika 2.9: Dušilni element s protipovratnim ventilom.
Dušilni elementi s protipovratnimi ventili so namešeni na vseh pnevmatskih valjih.
Tehnine podatki uporabljenih dušilnih elementov FESTO v nalogi so:
tlak: 10 bar,
prikljuek: 4 mm.
18
2.12 Pnevmatski razdelilec
Naloga pnevmatskega razdelilca (slika 2.10) [1] je, da dovodni napajalni tlak oz.
pnevmatsko prikljuno mesto razdeli na ve prikljunih mest. Pnevmatske razdelilce
poznamo v T- (slika 2.9) in Y-izvedbi.
Slika 2.10: Pnevmatski razdelilec.
tlak: 10 bar,
prikljuek: 6 mm.
2.13 Zapirni ventil
Zapirni ventili (slika 2.11) [1] odpirajo (popolnoma prepušajo) ali zapirajo (popolnoma
prepreujejo) pretok zraka v obe strani enako. Lahko bi jim rekli tudi "pnevmatsko stikalo",
saj je njihova funkcija dejansko vklop in izklop pretoka zraka (delovnega tlaka) v posamezen
pnevmatski sklop naprave ali gledano kot celoto, v doloen pnevmatski sistem (proizvodna
linija).
19
tlak: 10 bar,
prikljuek: 6 mm.
2.14 Elektrine komponente
V tem poglavju so predstavljene elektrine komponente, ki se rabijo pri izvedbi
avtomatizacije pnevmatinega manipulatorja. Te komponente so: napajalnik, industrijski
krmilnik, senzorji, zadrevalnik, enosmerni motor in na dotik obutljiv zaslon.
2.15 Napajalnik
senzorji, zadrevalnik, enosmerni motor, na dotik obutljiv zaslon) potrebujemo vir
enosmernega napajanja, ki ga zagotovimo z namenskim napajalnikom proizvajalca
SIEMENS PM 1207 (6EP1332-1SH71), (slika 2.12) [9]. Izdelan je namensko za uporabo v
industriji za montao na montano letev.
Osnovni tehnini podatki napajalnika SIEMENS PM 1207 so [6]:
vhodna napetost: 120/230 V AC,
izhodna napetost: 24 V DC,
vhodni tok: 1,20/0,67 A AC,
izhodni tok: 2,5 A DC.
Slika 2.12: Napajalnik SIEMENS PM 1207.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
20
Glavni del pnevmatskega manipulatorja predstavlja industrijski krmilnik (slika 2.13) [10].
S kratico so obiajno oznaeni kot PLK (programirljiv logini krmilnik), v industrijskem okolju
jih najdemo tudi pod oznako PLC (Programmable Logic Conntroler), v pogovornem argonu
pa se uporablja kar posplošen izraz krmilnik.
Slika 2.13: Krmilnik SIEMENS S7-1200.
Krmilnik je enota, v kateri se odvija vsa programska logika. V našem primeru je krmilje
izvedeno s krmilnikom SIEMENS SIMATIC S7-1200 CPU 1214C (6ES7 232-4HA30-0XB0)
in je modularno. To pomeni, da je sestavljeno iz ve samostojnih modulov, ki jih lahko po
potrebi dodamo ali odvzamemo in s tem krmilje sestavimo po svojih eljah. To je tudi bistvo
in prednost modularno grajenih krmilj.
Moduli so namešeni na montano letev in med seboj povezani z e vgrajenimi
namenskimi vodili. Pri sestavljanju modularno grajenih krmilj se moramo drati naela
postavitve modulov na tono doloeno mesto (slika 2.14) [11]. Vrstni red mora biti naslednji:
skrajno levo napajalnik, komunikacijski moduli, krmilnik s CPE in vhodno/izhodni moduli.
Osnovni tehnini podatki krmilnika SIEMENS S7-1200 CPU 1214C so:
delovni pomnilnik: 75 KB,
digitalni vhodi: DI14 × 24 V DC,
digitalni izhodi: DQ10 × 24 V DC,
analogni vhodi: AI2,
hitri števci: 6,
pulzni izhodi: 4,
21
komunikacijski moduli: 3 (serijska komunikacija),
razširitveni vhodno/izhodni moduli: 8,
vmesnik za programiranje: PROFINET,
V tej nalogi je celotno krmilje sestavljeno iz naslednjih modulov:
napajalnik SIEMENS PM 1207,
krmilnik z integriranimi vhodi in izhodi SIEMENS S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC,
komunikacijski modul CSM 1277 SIMATIC NET.
2.17 Centralno procesna enota (CPE)
Centralno procesna enota (v nadaljevanju CPE), predstavlja osrednji oz. centralni del
krmilnika. Po njenem jedru je krmilnik poimenovan. V našem primeru ima oznako CPU
1214C (6ES7 232-4HA30-0XB0) ter ima integrirane vhode in izhode.
CPE je integrirana v ohišje krmilnika in je njegov sestavni del. Zato se njene tehnine
lastnosti ujemajo z lastnostmi krmilnika, naštetimi v prejšnjem podpoglavju (2.16 Krmilnik).
Osnovni tehnini podatki CPE 1214C so:
delovni pomnilnik: 75kB, razširljivi pomnilnik, SD-kartica do 4 MB;
digitalni vhodi/izhodi: 14/10;
analogni vhodi/izhodi: 2/0;
število monih razširitvenih signalnih modulov (SB):1;
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
22
as izvajanja osnovnega ukaza: 0,08 μs;
poraba moi: 12 W;
1600 mA (5 V DC);
najvišji tok prikljuenih senzorjev na vhodih: 400 mA (24 V DC);
tokovna poraba digitalnih vhodov: 4 mA (24 V DC);
komunikacijski vmesnik PROFINET: 1.
2.18 Komunikacijski modul
Komunikacijski modul ali komunikacijski vmesnik (slika 2.15) [15], [16] je komponenta,
ki slui za medsebojno povezovanje naprav in komunikacijo med njimi. Modul, uporabljen
v našem primeru, nosi oznako CSM 1277 SIMATIC NET in ima 4 prikljune vtinice tipa
RJ45 8/8. To pomeni, da omogoa medsebojno komunikacijo štirih naprav, med sabo
povezanih s PROFINET-vodnikom (standardni UTP-podatkovni vodnik s prikljukom RJ45
8/8, PROFINET-povezava).
Slika 2.15: Komunikacijski modul SIEMENS CSM 1277.
V diplomskem delu je modul bil uporabljen za medsebojno vzpostavitev povezave med
krmilnikom, zaslonom obutljivim na dotik in osebnim raunalnikom, kar pomeni uporabo
treh prikljukov na modulu. Omogoa pa tudi povezavo z drugimi krmilnimi linijami (slika
2.16) [17], [18].
23
Osnovni tehnini podatki komunikacijskega modula CSM 1277 so:
napajalna napetost: DC 24 V (19,2–28,8 V),
poraba pri 24 V DC: 1,6 W,
tokovna poraba pri nazivni napetosti: 70 mA,
prenapetostna varovalka: 0,5 A/60 V,
prikljuki: 4xRJ45 10/100 Mbit/s,
napajalni prikljuek: 3-polni blok-prikljuek.
2.19 Senzorji
Povsod v industriji, kjer se odvija proces, odvisen od stanj izvršilnih lenov (aktuatorjev),
pozicije obdelovancev ali prisotnosti raznih predmetov uporabimo elemente za zaznavanje.
Sluijo kot dajalniki signalov, zato so v literaturi imenovani tudi kot signalniki ali tipala.
Zaznavanje je lahko izvedeno mehansko (mehanski mejni signalniki) ali brezdotino
(brezdotini mejni signalniki). Slednjim reemo senzorji. Njihovo aktiviranje (zaznavanje)
poteka posredno preko drugega signala (magnetni signal, elektrina indukcija,
kapacitivnost, svetloba). Imajo funkcijo stikal, ki jih ne aktivira lovek, ampak druge
komponente v procesu, in predmeti, prisotni v njem.
Senzorji so torej elementi, ki brezdotino zaznavajo predmete in ob zaznavi na svojem
izhodu dajo elektrini krmilni signal.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
24
Glede na princip delovanja in nain aktiviranja (zaznavanja) poznamo ve vrst senzorjev:
magnetni senzor (reedov kontakt),
Za zaznavanje zaetnih in konnih poloajev pnevmatskih valjev se najpogosteje
uporabljajo senzorji, ki delujejo na principu magnetnega polja (slika 2.17) [4]. Tovrstni
senzorji so sestavljeni iz dveh kontaktov, ki sta namešena v stekleno cevko, napolnjeno z
zašitnim plinom. Vse to je zalito v ohišje iz umetne mase (umetna smola) ter tako zašiteno
pred morebitnimi poškodbami. V to ohišje je lahko vstavljen elektronski element, ki doloa
tip izvedbe senzorja (NPN, PNP).
Slika 2.17: Magnetni senzor (reedov kontakt).
Delujejo tako, da se ob prehodu bata z vgrajenim trajnim magnetom mimo
namešenega senzorja na pnevmatskem valju, kontaktna jezika senzorja skleneta in tako
ta na svojem izhodu posreduje signal (slika 2.18) [1]. Ko se batnica z vgrajenim trajnim
magnetom umakne, se kontaktna jezika razkleneta, s tem pa se ukine izhodni signal
senzorja.
25
Slika 2.18: Princip delovanja magnetnih senzorjev.
Magnetne senzorje poznamo v dvoini in triini izvedbi. Pri dvoini izvedbi na eno
stran senzorja prikljuimo vir napajanja (24 V ali 0 V), na drugi strani pa ob aktiviranju
dobimo krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika. Pri triini izvedbi moramo na senzor
pripeljati vir napajanja (24 V in 0 V), na tretjem prikljuku pa dobimo krmilni signal, ki ga
spet poveemo na vhod krmilnika. Triini senzorji imajo izhod v tranzistorski izvedbi, zato
je takšen senzor lahko tipa NPN ali PNP.
Prednosti magnetnih senzorjev so majhne dimenzije in brezdotina aktivacija. Ob
njihovi prikljuitvi pa moramo biti zelo pozorni, da ne preseemo maksimalne tokovne
omejitve senzorja (Imax), saj ga lahko trajno poškodujemo oz. uniimo.
Osnovni tehnini podatki uporabljenih magnetnih senzorjev SME-8M so:
napajalna napetost: 5–30 V AC/DC,
najveji dovoljeni tok: 80 mA,
najveja dovoljena mo: 2,4 W,
obratovalno podroje: –20 … +70 °C,
vrsta zašite: IP65/IP68,
26
Induktivni senzorji (slika 2.19) [4] se uporabljajo za zaznavanje kovinskih predmetov. V
veini primerov imajo valjasto obliko telesa. Zgrajeni so iz navitja, oscilatorja, proilnega
vezja in ojaevalca.
Delujejo tako, da oscilator na elni strani senzorja ustvarja visokofrekvenno magnetno
polje. e se v tem polju pojavi kovinski predmet (objekt), ta zaradi vrtinnih tokov povzroi
vrtinne izgube in s tem oscilatorju odvzame energijo. To zmanjšanje energije povzroi
znianje napetosti na oscilatorju, ki jo zazna proilno vezje. Slednje odda signal, katerega
ojaevalnik ojaa in na svojem izhodu da krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika
(slika 2.20) [1].
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
27
NO X3 B so:
najveji dovoljeni tok: 200 mA pri ≤ 070 °C,
najvišja frekvenca: 3000 Hz,
vrsta zašite: IP67,
2.22 Optini senzor
Optini senzorji (slika 2.21) [1] [4] delujejo na principu oddajanja vidne ali nevidne
svetlobe in sprejemanja le-te, zato imajo vgrajen optini oddajnik in sprejemnik. Senzorji z
vidno svetlobo se uporabljajo za kontrolo prisotnosti predmetov v polju senzorskega arka.
Senzorji z nevidno svetlobo (infrardea svetloba – IR), imenovani infrardei senzorji, pa se
uporabljajo za doloanje oz. prepoznavanje barve predmetov. Ti senzorji niso obutljivi na
druge svetlobne motnje iz okolice (dnevna – sonna svetloba, lui), saj njihovi sprejemni
senzorji zaznavajo le IR-svetlobo [4].
Slika 2.21: Optini senzor.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
28
Osnovni tehnini podatki optinega senzorja FESTO, SOOF-P-FL-ST-C50-P, 553563 X3
so:
vrsta svetlobe: rdea,
funkcija vklopnega elementa: nepreklopljiv,
obratovalno podroje: –20 … +70 °C,
vrsta zašite: IP67,
29
2.23 Zadrevalnik
Zadrevalnik (slika 2.23) [1] za razliko od do sedaj opisanih elektrinih komponent, med
katere spada tudi sam, svoje delo ali funkcijo izraa z mehanskim gibanjem. Sestavljen je
iz kovinskega ohišja, elektrinega navitja, povratne vzmeti in kotve, na katero je pritrjen
kovinski profil (zadrevalnik), ki fizino opravlja funkcijo zadrevanja.
Slika 2.23: Zadrevalnik.
Osnovni princip delovanja
Ko skozi elektrino navitje zadrevalnika stee elektrini tok, ta povzroi
elektromagnetno polje. To polje zaradi magnetizma, ki ga ustvari, pritegne kovinsko kotvo
z zadrevalnikom in ta se uvlee. Posledino se v smer gibanja kotve posredno preko
mehanske zveze med kotvo in profilom za zadrevanje (zadrevalnikom) premakne tudi
zadrevalnik.
Po prekinitvi elektrinega toka skozi navitje izgine tudi elektromagnetno polje.
Elektromagnetne sile, ki je prej delovala na kovinsko kotvo, ve ni. Zdaj na kotvo z
namešenim zadrevalnikom deluje sila povratne vzmeti, ki zadrevalnik vrne v prvotni
izvleen poloaj.
napajalna napetost: 24 V DC,
stanje preklopa: 100 %,
30
dolina hoda, dviga: 10 mm,
ivljenjska doba: ca. 100,000 preklopov,
vrsta zašite: IP00,
2.24 Enosmerni motor
Kot pogon za premikanje transportnega traku je uporabljen enosmerni motor (slika
2.24) [1]. Takšen motor za svoje delovanje potrebuje vir enosmerne napajalne napetosti, ki
se preko krtak prenaša na rotor motorja. S spreminjanje velikosti napetosti jim
spreminjamo hitrost vrtenja, z zamenjavo polaritete napajalnega vira pa na prikljunih
sponkah obrnemo (zamenjamo) smer vrtenja motorja. Sestavni deli enosmernega motorja
so: rotor, stator (trajni magnet), komutator, šetke (krtake) in vzbujevalno navitje.
Slika 2.24: Enosmerni motor.
napajalna napetost: 24 V DC,
delovni tok: 1,5 A,
monost spremembe smeri: Da,
31
prikljuek: 2 natina konektorja,
tea: 450 g.
2.25 Enosmerni rele
Naloga enosmernega releja (slika 2.25) [1] je, da na enosmerni motor posredno preko
svojih kontaktov dovaja enosmerno napajalno napetost, ki poganja motor v doloeno smer
in s tem posledino transportni trak.
V tej diplomskem delu imamo dve smeri gibanja transportnega traku (desno in levo). Iz
tega razloga potrebujemo rele, ki bo s preklopom svojih kontaktov sposoben preklopiti oz.
zamenjati polariteto napajanja na prikljunih sponkah motorja. Ker imamo na razpolago dva
releja, moramo za napajanje motorja uporabiti oba releja. Prikljuiti ju moramo tako, da
bosta delovala kot preklopno ali menjalno stikalo, ki ob preklopu zamenja polariteto na
šetkah motorja in s tem spremeni smer vrtenja.
Slika 2.25: Enosmerni rele.
32
12 je mirovni kontakt ali normalno zaprt kontakt (NC);
14 je delovni kontakt ali normalno odprt kontakt (NO).
Tehnini podatki releja Finder, tip 40.52S:
delovna napetost: 24 V DC,
napetost kontaktov: 250 V AC,
nazivni tok: 8 A,
tip kontaktov: NO.
2.26 Vepolni razdelilec
Naloga vepolnega razdelilca (slika 2.26) [1] je, da posreduje elektrine krmilne signale
med krmilnikom, senzorji, navitji na ventilih in releji. Torej slui kot posredni len v
komunikaciji v odnosu krmilnika s preostalimi elektrinimi komponentami.
Slika 2.26: Vepolni razdelilec.
2.27 Komunikacijski vmesnik
Komunikacijski vmesnik (slika 2.27) [8] s pomojo vepolnega razdelilca in vmesnih
elektrinih vodnikov vzpostavlja komunikacijo med krmilnikom in vsemi tremi postajami
(Skladiše, Transportni trak, Prekladna postaja).
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
33
Slika 2.27: Komunikacijski vmesnik.
Komunikacijski vmesnik je bil predhodno e narejen, zato ga podrobno ne bomo opisovali.
Ve informacij o njem je mo prebrati v [8].
2.28 Vmesni elektrini vodniki
Vmesne elektrine vodnike (slika 2.28) [8] lahko imenujemo tudi komunikacijski ali
povezovalni elektrini vodniki, saj povezujejo komunikacijski vmesnik z vepolnim
razdelilcem na vsaki postaji. Preko njih poteka komunikacija med krmilnikom in preostalimi
elektrinimi napravami.
34
Vmesni elektrini vodniki so bili predhodno e narejeni, zato jih podrobno ne bomo
opisovali. Ve informacij o njih lahko najdemo v [8].
2.29 Elektrine tipke
Kot roni dajalniki signalov za zagon funkcij Start, Stop, preklop v reim delovanja
Rono/Avtomatsko so uporabljene elektrine tipke (slika 2.29) [1]. Za Izklop v sili pa je
uporabljena namenska tipka (slika 2.30) [25].
Za funkcijo Start je bila uporabljena tipka z delovnimi kontakti, ki so v normalnem stanju
odprti (NO). Za funkcijo Stop je bila uporabljena tipka z mirovnimi kontakti, ki so v
normalnem stanju zaprti (NC). Za preklop v reim delovanja Rono/Avtomatsko pa je
uporabljeno preklopno ali menjalno stikalo (imenovano tudi zaskono ali zasuno stikalo).
Delovni kontakti (NO) se oznaujejo s številkama 3–4, mirovni kontakti (NC) pa s
številkama 1–2. Kontakti menjalnega oz. preklopnega stikala so oznaeni s številkami 12–
14, pri emer 12 pomeni mirovni in 14 delovni kontakt.
Tehnini podatki tipke Start in Stop:
delovna napetost: 660 V AC,
nazivni tok: 12 A,
nazivni tok: 4,5 A,
35
Slika 2.30: Izklop v sili.
Tehnini podatki tipke Izklop v sili:
delovna napetost: 660 V AC,
nazivni tok: 10 A,
36
Namenjeni so prikazovanju procesnih podatkov uporabniku in nadzor oz. kontrolo nad
procesom samim. Zasloni, obutljivi na dotik, so vhodno/izhodne enote, ki se uporabljajo v
industriji. Njihova površina je obutljiva v tolikšni meri, da zazna dotik uporabnikovega prsta
(operaterja) in s tem sproi direktno interakcijo z grafinimi elementi na zaslonu. Poznamo
jih kot HMI-vmesnike (HMI – Human Machine Interface); torej so vmesniki med
uporabnikom (operaterjem) in strojem (proizvodno linijo, procesom).
V diplomskem delu je uporabljen zaslon, obutljiv na dotik, tj. SIEMENS SIMATIC KTP600
Basic color PN (slika 2.31) [21], in sicer z naslednjimi tehninimi lastnostmi [20]:
napajalna napetost: 24 V DC,
loljivost zaslona: 320 × 240 tok,
vmesniki: 1 × RS 485, 1 × RJ45 Ethernet povezava za PROFINET,
velikost pomnilnika: 512 kB,
6 prosto programirljivih tipk.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
37
Za pisanje programskega dela krmilja je uporabljena programska oprema SIEMENS
TIA Portal v13 (TIA Portal – Totally Integrated Automation Portal). TIA Portal pomeni
popolnonoma integrirano programsko okolje za avtomatizacijo verzije 13. To je celovita
rešitev programskega okolja, v katerem so vsi potrebni programi zbrani na enem mestu ter
tako uporabniku omogoajo enostavno oblikovanje in konfiguracijo avtomatiziranega
modularnega sistema. Vkljuuje programsko opremo za programiranje, vodenje,
nadziranje, razhroševanje avtomatiziranih procesov in migracijo projektov (slika 2.32) [22].
V diplomskem delu sta v okviru TIA Portala bila uporabljena STEP7 Professional v13 in
WinCC Professional v13.
Slika 2.32: Zgradba TIA Portala.
TIA-okolje je na podroju avtomatizacije in vodenja procesov v samem svetovnem vrhu.
Podjetje SIEMENS je to okolje razvilo izkljuno za njihovo strojno opremo in s tem postavilo
visok mejnik konkurennim podjetjem, kot denimo Omron, Mitsubishi in drugi.
SIEMENS je z uvedbo TIA-okolja zelo poenostavil delo s krmilniki in drugo strojno
opremo, saj so vmesnik naredili zelo prijazen do uporabnika (slika 2.33). Uporabniku
omogoa prijazen grafini prikaz celotne strukture avtomatiziranega sistema kot tudi
skladno programiranje in konfiguriranje naprav znamke SIEMENS. Omogoa enotno
dostopno toko za povezavo oz. dostop do celotnega projekta ali samo doloene aplikacije
tako na lokalnem kakor tudi oddaljenem (daljinskem) nivoju. Na ta nain lahko s katere koli
oddaljene toke nadzorujemo, konfiguriramo in posegamo v proces. To je še posebej
dobrodošlo pri vzdrevanju in servisiranju, torej pri osebju za tehnino podporo, saj jim
monost daljinskega dostopa in konfiguriranja ter odpravljanja napak iz naslanjaa v
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
38
pisarne prihrani veliko asa in potnih stroškov, ki bi nastali ob potrebnem premiku (vonji)
na kraj nastalega problema.
Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13.
Podjetje SIEMENS redno tei k podpori svojih izdelkov in njihovim nadgradnjam, ki so
dostopne kar na spletu. Tako ohranja in vzdruje aurnost ter je v koraku s svetom.
Pri pisanju diplomskega dela smo uporabljali naslednjo programsko opremo:
SIEMENS TIA Portal v13 za pisanje programa krmilja,
Eplan Education za risanje pnevmatskega narta,
SEE Electrical V7R2 za risanje elektrinega narta,
Microsoft Office Word 2013 za pisanje diplomskega dela (urejanje besedila),
Microsoft Windows 7 Enterprise x64 je osnova, na kateri so tekli vsi programi.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
39
3.1 Izhodiše za diplomsko delo
To opremo, a ne v celoti, je pred leti študent Višje strokovne šole Ptuj uporabil za
izdelavo svojega diplomskega dela. Za razliko od priujoega diplomskega dela je celotno
krmiljenje izvedel s krmilnikom proizvajalca OMRON in k temu krmilniku pripadajoim
Omronovim zaslonom, obutljivim na dotik. Tako predstavljajo skupno opremo, ki je bila
uporabljena v predhodni diplomskem delu, vse tri mini MPS FESTO-postaje. Omenjeni
avtor je prav tako za izvedbo svoje naloge nartoval in naredil komunikacijski vmesnik
(podpoglavje 2.27) in tri vmesne elektrine (komunikacijske) vodnike (podpoglavje 2.28), ki
sluijo za prikljuitev komunikacijskega vmesnika na vepolni razdelilec na vsaki postaji.
Iz tega razloga, kot e omenjeno v drugem poglavju, ne bom podajali podrobnih opisov
izdelave in nartov komunikacijskega vmesnika in vmesnih povezovalnih vodnikov, saj je
to bilo delo študenta Višje strokovne šole Ptuj. Navajamo pa jih v drugem poglavju, saj smo
jih uporabili pri izvedbi tega diplomskega dela. Vse podrobnosti o teh dveh komponentah
so v [8].
3.2 Ideja za tematiko diplomskega dela
V asu trajanja obvezne študijske prakse, ki je bila opravljena v podjetju Gorenje, d. d.,
poslovna enota MEKOM Rogatec, sem imel obasno pod nadzorom mentorja na vpogled
razne krmilne omare proizvodnih linij, katerih krmilja so bila izvedena s krmilniki SIEMENS
SIMATIC. Ker je proizvodnja potekala v treh delovnih izmenah, torej 24 ur na dan, zaradi
linij v obratovanju (teku) ni bilo monosti fizinega priklopa v krmilje in uenja programiranja
na tej opremi, kar je predstavljalo prvo oviro. Druga ovira, ki je prepreevala dostop, je bila
takrat še neizkušenost v programiranju tovrstnih krmilnikov oz. tako kompleksnim
procesom. V primeru, da bi povzroil izpad krmilja v krmilni omari in posledino proizvodnje,
bi to pomenilo velike izgube za podjetje, esar pa si z ekonomskega vidika nihe ne eli in
ne more privošiti. Tako je takrat ostala samo elja po uenju programiranja in preizkušanju
tovrstne, zgoraj omenjene opreme.
40
V okviru opravljanja slubenih obveznosti pri delodajalcu je omogoen dostop do
prostorov, v katerih se izvajajo laboratorijske vaje za študente Višje strokovne šole Ptuj.
Tako imamo na vpogled razno tehnino opremo, ki je v uporabi, kot tudi tisto, ki jo je treba
za uporabo še pripraviti. Zasledili smo tri mini MPS-postaje proizvajalca FESTO, ki so
akale na sestavo in pripravo v une namene. Na razpolago so bile samo postaje brez
komponent za izvedbo krmilja, zato smo se pozanimali tudi o teh, ki so bile pozneje tudi na
razpolago za uporabo. Tako smo s strani nadrejenih in zadolenih za to opremo dobili
dovoljenje za uporabo pri izdelavi priujoega diplomskega dela. Izdelana in pripravljena
naloga bo namre primerna za uporabo kot uilo pri izvajanju laboratorijskih vaj.
Po odobritvi za uporabo smo prouili delovanje celotne naprave ter napisali seznam
vseh potrebnih komponent, ki jih potrebujemo za zamišljeno izvedbo delovanja.
3.3 Opis delovanja manipulatorja in njegove zahteve
V tem podpoglavju opišemo delovanje pnevmatinega manipulatorja (naprave oz.
proizvodne linije) in zahteve za njegovo delovanje. Delovanje in namen naprave smo na
grobo omenili e v podpoglavju 1.2, ki pa ne zadostuje za celostno razumevanje delovanja
naprave, tj. kot sklopa treh postaj, med sabo povezanih v funkcionalno enoto.
3.4 Splošen povzetek delovanja
Pnevmatini manipulator je sestavljena iz treh manjših enot – mini MPS-postaj FESTO,
ki so med seboj povezane in tvorijo celoto ali proizvodno linijo. Na zaetku linije imamo prvo
postajo, imenovano skladiše, na kateri se nahaja skladovni zalogovnik, v katerega
prihajajo po materialu razlini obdelovanci (plastien ali nekovinski PVC, kovinski Fe).
Obdelovanci so naloeni v sklad eden na drugega oz. navpino. Te obdelovance iz
skladovnega zalogovnika potiskamo na drugo postajo, imenovano Transportni trak. S
trakom pa jih transportiramo proti zadnji/tretji postaji, imenovani Prekladna postaja. Med
samim transportiranjem po traku s senzorjem razpoznavamo vrsto materiala in s tem
ugotovimo, ali gre za plastien ali kovinski obdelovanec. Tako se plastini (PVC, nekovinski)
obdelovanci transportirajo na prvo, tj. levo odstavno dro, kovinske pa pnevmatsko
prijemalo na tretji postaji s transportnega traku prestavi na drugo, tj. desno odstavno dro.
Tako je sortiranje plastinih in kovinskih obdelovancev konano.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
41
3.5 Opis delovanja
S pritiskom na tipko Start in predhodno izpolnjenimi zaetnimi pogoji se zane delovni
cikel. Ta poteka tako, da dvosmerni pnevmatski valj iz skladovnega zalogovnika na postaji
Skladiše potisne obdelovanec na zaetek transportnega traku.
Optini senzor na zaetku traku zazna prisotnost obdelovanca, s imer sproi števec,
ki odšteva as trajanja 4 s, kolikor traja pomikanje – transportiranje zaznanega obdelovanca
s skrajne leve v skrajno desno pozicijo na transportnem traku. Na polovici transportnega
traku, neposredno pred zadrevalnikom, je namešen induktivni senzor, ki zaznava
kovinske obdelovance. e je obdelovanec plastien, induktivni senzor ne zazna predmeta.
To za linijo po vneseni programski logiki pomeni, da mora transportni trak po asu trajanja
4 s spremeniti smer gibanja v levo za as trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrevalnik
spusti in plastien obdelovanec dovede do spušenega zadrevalnika, ki s pomojo
preusmerjevalnega profila, namešenega na gibajoi se mehanizem zadrevalnika,
preusmeri obdelovanec na odstavno dro, namenjeno za spust nekovinskih oz. plastinih
obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor le-tega zazna. Po asu trajanja
4 s, ki ga doloa asovnik, tega pa sproi optini senzor po zaporedni zaznavi drugega
obdelovanca, transportni trak dosee skrajno desno pozicijo in se ustavi. Izpolnjeni so
pogoji za zagon podprograma za prekladanje kovinskih obdelovancev. Pnevmatsko
prijemalo prime obdelovanec in ga prestavi na odstavno dro, namenjeno za spust
kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
42
3.6 Zahtevane funkcije
Start Funkcijo Start zaenemo s pritiskom na tipko Start. Programski del
starta oz. zagona manipulatorja se izvede ob pogojih, ko so vsi aktuatorji v
zaetnih poloajih in izpolnjeni vsi ostali pogoji.
Stop Funkcijo Stop zaenemo s pritiskom na tipko Stop. Ustavi delovanje
manipulatorja, ko se trenutni cikel, ki se izvaja, izvede do konca. Ponovni
zagon je moen, ko so vsi aktuatorji uvleeni in ponastavljena vsa stanja.
Rono/Avtomatsko S to funkcijo lahko preklapljamo med reimom delovanja
manipulatorja med Rono ali Avtomatsko. V ronem reimu s tipko
Start sproimo samo en cikel, tj. transport in sortiranje samo enega
obdelovanca. V reimu Avtomatsko pa se cikli sortiranja
obdelovancev vršijo neprekinjeno, vse dokler v skladovnem
zalogovniku na prvi postaji (skladiše) ne zmanjka obdelovancev.
Reim delovanja lahko preklapljamo kar med samim delovanjem
naprave.
Ponastavitev Izbira te funkcije je mona samo na zaslonu, obutljivem na dotik.
Uporabimo jo vedno, kadar elimo ponastaviti vsa stanja in zagnati
inicializacijo celotnega sistema. To je v primeru, ko napravo prvi
prikljuimo na napajalno omreno napetost ali po uporabi tipke Izklop v sili.
Izklop v sili Tipka Izklop v sili nam nemudoma in trajno izklopi celotno napravo.
Uporablja se iz varnostnih razlogov za varovanje pred poškodbami in
varovanje ivljenj.
V tem podpoglavju so podrobneje predstavljeni osnovni sestavni sklopi pnevmatskega
manipulatorja. To so e vekrat omenjene mini MPS-postaje z namešeno strojno opremo,
opisano v drugem poglavju. Za razumevanje delovanja je pomembno, da natanno vemo,
kje se katera komponenta nahaja (slika 3.1) [8].
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
43
Sklopi (postaje) od leve proti desni so:
Skladiše,
skladovni zalogovnik,
protipovratnim ventilom,
magnetni (reedov) senzor za zaznavanje konnega – iztegnjenega poloaja
dvosmernega valja.
44
Delovanje postaje Skladiše:
Skladovni zalogovnik prejme 6 po materialu razlinih obdelovancev (PVC, Fe), ki so v
zalogovniku postavljeni eden na drugega v poljubnem vrstnem redu. Dvosmerni pnevmatski
valj, ki slui kot podajalec, podaja obdelovance iz zalogovnika na naslednjo postajo
(Transportni trak) tako, da izpodrine najnije leei obdelovanec. Izpodrivanje
obdelovancev zaradi izvedbe kovinske konstrukcije skladovnega zalogovnika poteka
posamino, kar pomeni, da podajalec naenkrat poda samo en obdelovanec v nadaljnjo
obdelavo. Pnevmatski valj za podajanje je krmiljen z bistabilnim 4/2 pnevmatskim potnim
ventilom, ki se nahaja na ventilskem otoku postaje. Magnetni senzor pa slui za zaznavanje
konnega – iztegnjenega poloaja podajalnega valja, ki ob zaznavi krmilniku pošlje signal.
Opomba:
Na sliki 3.2 je zraven valja za podajanja obdelovancev namešen še eden enosmerni
pnevmatski valj. Ta valj za izvedbo krmilja v tem diplomskem delu ni namešen in ne
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
45
uporabljen. Razlog prikaza na sliki je dokumentacija mini MPS-postaj, ki predstavlja vir e
narejene slike in prikazuje monost razširitve postaje Skladiše.
3.9 Transportni trak
enosmerni elektrini motor (DC-motor),
Slika 3.3: Komponente postaje Transportni trak.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
46
Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladiše prispe na transportni trak, prisotnost
le tega na zaetku traku zazna optini senzor, ki starta števec za odštevanje asa v trajanju
4s, kolikor traja pomikanje – transportiranje zaznanega obdelovanca s skrajne leve v
skrajno desno pozicijo na transportnem traku. Na polovici transportnega traku neposredno
pred zadrevalnikom, je namešen induktivni senzor, ki zaznava kovinske obdelovance. V
kolikor je obdelovanec plastien, induktivni senzor ne zazna predmeta. Izpolnjeni so pogoji
za zagon podprograma za sortiranje plastinih obdelovancev. To za linijo po vneseni
programski logiki pomeni, da mora transportni trak po asu trajanja 4 s spremeniti smer
gibanja v levo za as trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrevalnik spusti in plastien
obdelovanec se dovede do spušenega zadrevalnika, ki s pomojo kovinskega
preusmerjevalnega profila, namešenega na gibajoi se mehanizem zadrevalnika, potisne
oz. preusmeri obdelovanec na odstavno dro, namenjeno za spust nekovinskih oz.
plastinih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Opomba:
Na sliki 3.3 je induktivni senzor namešen na drugi – nasprotni strani traku, kot je
realizirano v priujoem delu. Dejansko se nahaja na nasprotni strani neposredno pred
zadrevalnikom. Razlog prikaza namešenega senzorja na drugi strani je dokumentacija
mini MPS-postaj, ki predstavlja vir e narejene slike in prikazuje monost druge postavitve
senzorja. Postavitev, prikazana na sliki, ne vpliva na opis delovanja transportnega traku v
tem diplomskem delu.
3.10 Prekladna postaja
pnevmatski valj za horizontalni premik prijemala,
pnevmatski valj za vertikalni premik prijemala,
pnevmatsko prijemalo,
ventilski otok s potnimi ventili za krmiljene dvosmernih valjev in prijemala,
magnetni (reedov) senzorji za zaznavanje poloajev dvosmernih valjev,
odstavna dra za plastine obdelovance.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
47
Delovanje postaje Prekladna postaja:
V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor na transportnem traku le-tega
zazna. Po asu trajanja 4 s, ki ga doloa asovnik, tega pa sproi optini senzor po
zaporedni zaznavi drugega obdelovanca, transportni trak dosee skrajno desno pozicijo in
se ustavi. Izpolnjeni so pogoji za zagon podprograma za prekladanje kovinskih
obdelovancev. Valj za horizontalni pomik pnevmatsko prijemalo iztegne, valj za vertikalni
pomik pa spusti nad kovinski obdelovanec. Ko je prijemalo v skrajni spodnji legi, prime
obdelovanec. Valj za vertikalni pomik prijemalo z obdelovancem dvigne, valj za horizontalni
pomik ga premakne na obmoje Prekladne postaje nad drsno dro. Valj za vertikalni pomik
se iztegne oz. spusti in s tem tudi prijemalo z obdelovancem. Prijemalo odloi obdelovanec
na odstavno dro, namenjeno za spust kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
48
V tem podpoglavju je podan kratek pregled delovanja pnevmatinega manipulatorja z
vidika krmilnih signalov.
tipko Start in izvedeni inicializaciji, je naprava pripravljena za sortiranja obdelovancev po
vrsti materiala.
Opis delovanja z vidika krmilnih signalov:
Po pritisku na tipko Start da krmilnik na izhodu Q0.1 krmilni signal na tuljavico
1Y1 bistabilnega ventila 1V1, ki preko pnevmatskih prikljukov 14 aktivira
pnevmatski delovni valj 1A1 – podajalni valj potisne obdelovanec iz
skladovnega zalogovnika s skladiša na transportni trak.
Optini senzor 2B1 na zaetku transportnega traku obdelovanec zazna in na
vhod krmilnika I0.1 pošlje signal. Krmilnik na izhodu Q0.3 da signal, ki starta
elektro motorek in s tem transportni trak v desno za as trajanja 4 s.
e induktivni senzor 2B2 v tem asu na traku ne zazna kovinskega
obdelovanca, se traku po 4 s spremeni smer gibanja v levo za as trajanja 1,7
s; zadrevalnik se spusti in preusmeri plastien obdelovanec na odstavno dro
za plastine obdelovance.
v primeru, da induktivni senzor 2B2 zazna kovinski obdelovanec, se trak po 4 s
ustavi in s tem obdelovanec dostavi v skrajno desno pozicijo pod pnevmatsko
prijemalo.
Krmilnik na izhodu Q0.6 da na tuljavico 3Y1 ventila 2V1 signal, ki ventil preklopi
v 14 in s tem aktivira valj 2A1, ki prijemalo horizontalno iztegne.
Iztegnjen poloaj 2A1 se zazna z magnetnim (reedovim) senzorjem 3B1, ki na
vhod krmilnika I0.4 pošlje signal.
Posledino krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki
ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 in posledino prijemalo vertikalno spusti.
Spušen poloaj 2A2 zazna magnetni senzor 3B3, ki na vhod krmilnika I0.5
pošlje signal.
Krmilnik na izhod Q1.1 da na tuljavico 3Y5 ventila 2V3 signal, ki ventil v
prijemalu preklopi v 14, kar povzroi prijem kovinskega obdelovanca.
Ob danem signalu na Q1.1 in signalu senzorja 3B3, je izpolnjen pogoj za dvig
prijemala. Krmilnik da na izhodu Q0.7 na tuljavico 3Y4 ventila 2V2 signal, ki
ventil preklopi v 12 in vertikalno dvigne prijemalo.
Dvignjeno prijemalo zazna magnetni senzor 3B4, ki krmilniku na vhod I0.6
posreduje signal.
49
Krmilnik na izhodu Q0.5 na tuljavico 3Y2 ventila 2V1 da signal, ki ventil preklopi
v 12 in s tem prijemalo horizontalno uvlee.
Uvleeno prijemalo zazna magnetni senzor 3B2, ki krmilniku na vhod I0.3 pošlje
signal.
Posledino krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki
ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 ter posledino prijemalo vertikalno spusti
nad odstavno dro za kovinske obdelovance.
Spušen poloaj 2A2 zazna magnetni senzor 3B3, ki na vhod krmilnika I0.5
pošlje signal.
Posledino krmilnik na izhodu Q1.1 odvzame na tuljavici 3Y5 ventila 2V3 signal,
ki ventil v prijemalu preklopi v 12, kar povzroi spust kovinskega obdelovanca
na odstavno dro za kovinske obdelovance.
Ob danem signalu na Q1.1 in signalu senzorja 3B3 je izpolnjen pogoj za dvig
prijemala. Krmilnik da na izhodu Q0.7 na tuljavico 3Y4 ventila 2V2 signal, ki
ventil preklopi v 12 in vertikalno dvigne prijemalo.
S tem je postopek razvršanja oz. loevanja plastinih in kovinskih obdelovancev
konan. Dokler so v skladišu v skladovnem zalogovniku prisotni obdelovanci, tako dolgo
poteka avtomatiziran proces razvršanja. Ta se samodejno prekine, ko podajalni valj 1A1
dvakrat izvede gib podajanja, optini senzor pa na traku ne zazna obdelovanca. V tem
primeru se manipulator samodejno ustavi. Za ponoven zagon moramo ponastaviti krmilnik.
To storimo na ta nain, da pritisnemo tipko Start ali pa na zaslonu, obutljivem na dotik
pritisnemo tipko Ponastavitev. Reim delovanja manipulatorja Rono/Avtomatsko je mono
spreminjati tudi med samim delovanjem manipulatorja.
3.12 Narti
Za risanje pnevmatskih nartov smo uporabili programsko orodje Eplan Education, za
risanje elektrinih nartov pa programsko orodje SEE Electrical. Vsi narti so narisani po
standardih in vsebujejo oznake elementov, ki izraajo dejansko stanje oz. lokacijo elementa
na napravi sami.
Vsi narti so podani v prilogah (Priloga A, Priloga B).
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
50
3.13 Nartovanje programskega krmilja
Najprej smo pregledali vso strojno opremo in s tem dobili splošno oceno, kaj nam
oprema omogoa. Nato smo narisali blokovno shemo, ki nam je vkljuno s krmiljem in z
zaslonom na dotik ponazarjala celotno sestavo. Sledila je prouitev zahtev glede
potrebnega števila vhodov in izhodov krmilnika (tabela 3.1, tabela 3.2). Na podlagi tabele
vhodov in izhodov smo narisali simbolno tabelo, v katero smo vnesli vse potrebne vhode in
izhode ter jih na kratko in logino poimenovali. Sledilo je risanje grobe sheme poteka, iz
katere je e razvidna medsebojna odvisnost vhodih in izhodnih signalov. Ko je shema bila
konana, smo se lotili pisanja programa (programiranja) v programskem okolju SIEMENS
TIA Portal.
Najprej smo se lotili pisanja programa za osnovno delovanje posamezne postaje. To
pomeni, da smo lahko delovanje postaje zagnali s pritiskom na tipko Start in ustavili s
pritiskom na tipko Stop. Ob uspešno napisanem programu prve postaje (Skladiše), smo
predhodni postaji dodali postajo za transportiranje obdelovancev (Transportni trak) in se
lotili dopolnjevanja programa za delovanje obeh zdruenih postaj. Seveda smo v program
doloene postaje, predvsem predhodne, morali vkljuiti pogoje dodane postaje, ki
medsebojno vplivajo na delovanje obeh. Nato smo dodali še zadnjo, tretjo postajo
(Prekladna postaja), ki slui prekladanju kovinskih obdelovancev na odstavno dro. V e
napisan program smo vkljuili še pogoje tretje postaje in program dopolnili tako, da je
delovanje vseh treh zdruenih postaj skupaj delovalo kot ena samostojna enota, ki ji reemo
pnevmatini manipulator. Po uspešno izvedenem programu z delujoima osnovnima
funkcijama tipk Start in Stop smo vnesli še monost izbire reima delovanja
Rono/Avtomatsko. Med pisanjem programa smo vnesene spremembe sproti preizkušali
na pnevmatskem manipulatorju in naredili potrebne popravke. Nazadnje smo dodali še
monost nadzora in kontrole s pomojo zaslona, obutljivega na dotik. Ta monost najprej
ni bila v nartu. Ideja o vkljuitvi zaslona se je porajala pozneje, ko je delovanje
manipulatorja s potrebnimi funkcijami bilo e konano.
Programirali smo v e omenjenem programskem okolju SIEMENS TIA Portal. Nain
programiranja pa je bil lestvini diagram, saj je pisanje programa v tej obliki najpreglednejše
in tudi odkrivanje napak vzame manj asa.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
51
Oznake vhodov in izhodov krmilnika SIEMENS S7-1200 so podane v tabeli 3.1 in tabeli 3.2.
Tabela 3.1: Vhodi krmilnika S7-1200
Zap.
št.
Prikljuek
krmilnik
2. I0.1 Digitalni
9. I1.0 Digitalni
vhod Start S1
10. I1.1 Digitalni
vhod Stop S2
11. I1.2 Digitalni
Zap.
št.
Prikljuek
krmilnik
52
7. Q0.6 Digitalni
8. Q0.7 Digitalni
9. Q1.0 Digitalni
10. Q1.1 Digitalni
Uporabljeni programski bloki v TIA Portalu
Pri pisanju programa krmilja, smo se v programskem okolju TIA posluevali
naslednjih blokov [26]:
Organizacijski blok Main [OB1]
OB1 je glavni organizacijski blok, v katerem se izvaja programski cikel (program cycle),
e je krmilnik v stanju RUN. V tem bloku je napisan program, ki krmili proces in dodatne
uporabniške bloke. Krmilnik obravnava OB-je glede na njihovo prioriteto, tako da OB-je z
višjo prioriteto izvaja pred OB-ji z nijo prioriteto. Najnijo prioriteto ima glavni programski
cikel, najvišjo pa asovno prekinitveni.
Funkcijski bloki [FB]
Funkcijski bloki so bloki, ki svoje parametre shranijo v podatkovne bloke (DB) tudi po
tem, ko se proces v njih ve ne odvija. Funkcijske bloke lahko kliemo iz organizacijskih
blokov ali drugih funkcijskih blokov ter iz razlinih mest programa.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
53
Funkcije [FC]
Funkcije so programski bloki, ki nimajo spomina, zato se podatki po izvedeni funkciji
zbrišejo. e hoemo podatke shraniti, jih lahko shranimo v podatkovne bloke. Funkcije
lahko kliemo iz organizacijskih ali funkcijskih blokov.
3.14 Opis delovanja programa krmilja
To podpoglavje opisuje program krmiljenja s stališa blokov, uporabljenih pri pisanju
programa. Deloma je razviden tudi program v lestvini obliki. Zaradi svoje preobsenosti je
program v celoti podan kot priloga k diplomskemu delu.
Izvajanje inicializacije manipulatorja (slika 3.5)
V OB1 program aka na prvi pritisk na ukaz Start, s tem aktiviramo funkcijski blok Init
[FB5] bodisi s strani tipke na komandnem pultu ali interaktivne tipke na zaslonu, obutljivem
na dotik. S tem aktiviramo zaetek inicializacije oz. postavitev pnevmatskih valjev v zaetne
definirane poloaje. Ob vseh izvršenih komandah in inicializiranih poloajih se postavi bit
oz. merker Init_end. S tem je proces inicializacije konan.
Slika 3.5: Inicializacija manipulatorja.
54
Ko se kona inicializacija, se zane izvajanje podprograma Run [FB1]. Vendar program
še vedno aka na ponovni pritisk tipke Start za zagon zaetka sortiranja obdelovancev.
Izvajanje programa Sortiranje
Z aktivacijo oz. s pritiskom tipke Start se v funkcijskem bloku Run [FB1] zaganjajo
podprogrami: Count [FB4], Sort_PVC [FB2] in Sort_Fe [FB3] ter preostali pogoji, ki so
potrebni za sortiranje obdelovancev (sledi nadaljevanje spodaj*).
Podprogram Count [FB4] ima prioritetno nalogo izvajanja štetja obdelovancev in
izvajanje ukaza KUPO (Komanda uvleci podajalec obdelovanca – valj 1A1) in KIPO
(Komanda izvleci podajalec obdelovanca – valj 1A1) vsakih 1600 ms. V samem bloku Count
se vrši filtriranje nekaterih vhodnih digitalnih signalov, in sicer optini senzor 2B1 in izvleen
podajalec obdelovanca (IPO)1B1, ki morata zaradi zagotavljanja stabilnosti oz.
verodostojnosti signala biti prisotna najmanj 50 ms (slika 3.5). V podprogramu Count se
izvaja še štetje število iztegov – podajanj obdelovanca, štetje vseh obdelovancev, lokalno
štetje za lokalno logiko, seštevek vseh PVC-obdelovancev in seštevek vseh Fe-
obdelovancev.
Podprogram Sort_PVC [FB2] ima nalogo zagona transportne linije v levo za as trajanja
1700 ms in prišteje dodaten as (as vrtenja v levo) obdelovancu za njim.
Podprogram Sort_Fe [FB3] ima nalogo krmiljenja pnevmatskega prijemala za sortiranje
kovinskih obdelovancev na odstavno dro. To pomeni ukaze: horizontalni pomik prijemala,
vertikalni pomik prijemala ter stisk kleš oz. prijem obdelovanca.
*Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladiše prispe na transportni trak, prisotnost
le-tega na zaetku traku zazna optini senzor (vhod CS), ki starta asovnik 1
(IEC_Timer_0_DB_0) za odštevanje asa v trajanju 4 s, kolikor traja pomikanje –
transportiranje zaznanega obdelovanca 1 s skrajne leve v skrajno desno pozicijo na
transportnem traku. Nadaljnji obdelovanec, ki prispe na transportni trak in ga zazna optini
senzor, starta asovnik 2 (IEC_Timer_0_DB_1) prav tako z odštevalnim asom 4 s. Na
polovici transportnega traku neposredno pred zadrevalnikom je namešen induktivni
senzor (vhod OK), ki zaznava kovinske obdelovance. e je obdelovanec plastien,
induktivni senzor ne zazna predmeta in izpolnjeni so pogoji za zagon podprograma za
sortiranje plastinih obdelovancev (Sort_PVC [FB2]). To za linijo po vneseni programski
logiki pomeni, da mora transportni trak po asu trajanja 4 s spremeniti smer gibanja v levo
za as trajanja 1,7 s (slika 3.6).
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
55
Slika 3.6: Sortiranje plastinih obdelovancev.
Hkrati se prej dvignjen zadrevalnik spusti in plastien obdelovanec se dovede do
spušenega zadrevalnika, ki s pomojo kovinskega preusmerjevalnega profila,
namešenega na gibajoi se mehanizem zadrevalnika, potisne oz. preusmeri
obdelovanec na odstavno dro, namenjeno za spust nekovinskih (plastinih) obdelovancev
v ustrezen zalogovnik. Istoasno pa se naslednjemu obdelovancu prišteje v asovniku
premik v levo v trajanju 1700 ms.
V primeru, da induktivni senzor zazna kovinski obdelovanec (slika 3.7), se zaene
podprogram za sortiranje kovinskih obdelovancev (Sort_Fe [FB3]). To za linijo po vneseni
programski logiki pomeni, da se mora trak po asu trajanja 4 s ustaviti. Prijemalo kovinski
obdelovanec prime in ga preloi na odstavno dro za kovinske obdelovance.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
56
Ve informacij o podrobnejšem delovanju programa najdemo v prilogi 6.3.
3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja
Pred nartovanjem krmilja smo si zastavili vrstni red ali zaporedja dejanj, po katerem
se bo proces oz. sortiranje obdelovancev izvajalo.
Zaporedje dejanj je sledee:
na transportni trak in vklop traku.
2. Zaznava obdelovanca na traku in uvlek podajalnega valja prve postaje.
3. Transportiranje obdelovanca mimo induktivnega senzorja na konec traku (skrajno
desno) in zaznavanje (prepoznavanje) vrste materiala.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
57
4. Zaznan plastien obdelovanec:
ustavi trak in spremeni smer gibanja traku v levo, spusti zadrevalnik in preusmeri
obdelovanec na odstavno dro, namenjeno plastinim obdelovancem.
5. Zaznan kovinski obdelovanec:
ustavi trak in s pnevmatskim prijemalom preloi obdelovanec na odstavno dro,
namenjeno kovinskim obdelovancem.
6. Ob praznem skladovnem zalogovniku ustavi manipulator po dveh "praznih
podajanjih" obdelovanca.
Ob prvem ali ponovnem vklopu pnevmatinega manipulatorja morajo biti za delovanje
izvedeni naslednji zaetni pogoji:
Na zaetku programiranja prve postaje (Skladiše) smo opazili pomanjkljivost oz.
pomanjkanje enega dela strojne opreme. Ta je bila, da je imel dvosmerni pnevmatski valj
za podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika namešen samo en magnetni
(reedov) senzor za zaznavanje konnega poloaja batnice valja v iztegnjenem poloaju. Pri
pisanju programa torej nismo imeli podatka, kdaj je batnica valja dejansko uvleena. Ta
podatek bi lahko dobili na podlagi dodatnega namešenega magnetnega senzorja na
omenjenem valju, in sicer na strani uvleenega bata. V tem primeru bi signal senzorja za
zaznavanje uvleenega stanja podajalnega valja uporabili pri inicializaciji krmilja. Ta
problem smo rešili tako, da krmilje ob vklopu naprave za zelo kratek as pošlje posredno
po pnevmatskih potnih ventilih na ustrezen prikljuek aktuatorjev pnevmatski signal, ki vse
aktuatorje uvlee. S tem smo zagotovili, da so vsi valji v zaetnih stanjih.
Na drugi postaji (Transportni trak) smo za potrebe spreminjanja smeri vrtenja traku
uporabili asovnik, ki je v primeru prisotnosti plastinega obdelovanca na traku po 4 s
spremenil smer vrtenja enosmernega pogonskega motorka in posledino traku za as 1,7
s v levo. Namesto asovnika bi lahko na skrajnem desnem koncu traku za zaznavanje
poloaj obdelovancev skrajno desno uporabili optini senzor, ki bi krmilniku na ustrezen
vhod poslal signal, s katerim bi programska logika krmilnika poznala pozicijo obdelovanca.
Tako delovanje bi bilo bolj zanesljivo v primeru, e na traku pride do nehotenega zdrsevanja
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
58
med obdelovancem in površino traku ter morebitne ovire, ki bi obdelovanec zadrala ali
upoasnila njegovo gibanje po traku. Gibanje mora biti tono in usklajeno, saj je vezano na
as trajanja 4 s transporta v desno in 1,7 s v levo. Ob kakršni koli spremembi poloaja
obdelovanca na traku – po zaznavi z optinim in induktivnim senzorjem – premiki traku in
pnevmatskega prijemala ne bi ve bili usklajeni, zato bi lahko prišlo do poškodb tako
prijemala kot tudi manipulatorja.
Tudi na tretji postaji (Prekladna postaja) predstavlja pomanjkljivost pomanjkanje
dveh magnetnih senzorjev, ki bi bila namešena na pnevmatskem prijemalu. Sluila bi za
zaznavanje konnih poloajev kleš prijemala in s tem poveala zanesljivost delovanja
manipulatorja. Trenutno je aktiviranje in deaktiviranje kleš prijemala izvedeno na osnovi
zaznanih stanj in poloajev pnevmatskih valjev.
3.17 Zaslon, obutljiv na dotik
Ideja o uporabi zaslona, obutljivega na dotik, je nastala tekom izvajanja avtomatizacije
pnevmatinega manipulatorja in sprva ni bila predvidena. Vzrok za dodatni del te strojne
opreme je bila elja po kontroli manipulatorja, tj. ne samo s pomojo fizinih tipk Start, Stop
in Rono/Avtomatsko, pa pa tudi posredno preko zaslona, obutljivega na dotik, ki
omogoa interaktivnost med uporabnikom in napravo tudi z oddaljenega mesta (npr. iz
komandne sobe, v kateri je namešen zaslon). Tako smo v sistem vkljuili zaslon SIEMENS
KTP600 Basic color PN, ki je sicer, kot e ime pove, osnovni model, a za naše potrebe
vodenja manipulatorja ve kot dovolj zadoša.
Kot smo omenili, zaslon sprva ob snovanju krmilja ni bil predviden, zato se tudi ne bomo
osredotoali na delo z njim. V diplomsko delo smo ga vkljuili zgolj iz eksperimentalnih
razlogov. Predstavljene bodo samo slike zaslonov (screenov) ter funkcije za kontrolo
manipulatorja, ki smo jih z uporabo zaslona omogoili. Za programiranje zaslona je bilo prav
tako uporabljeno programsko orodje TIA Portal, katerega predstavitev sledi v naslednjem
podpoglavju.
osnovni meni,
meni transport,
meni statistika,
meni graf.
59
Osnovni meni (slika 3.8) nam zraven informacij o zaslonu in gumba za izklop zaslona s
pritiskom na interaktivni gumb Pnevmatini manipulator omogoa preklop na zaslon Meni
transport, kjer imamo kontrolne gumbe za vodenje manipulatorja.
Slika 3.8: Zaslon na dotik – osnovni meni.
Meni transport (slika 3.9) vsebuje gumbe: Start, Stop in gumb Ponastavi. Funkciji prvih
dveh gumbov poznamo e od prej. Torej gumb Start slui za start oz. zagon manipulatorja;
gumb Stop slui za ustavitev; gumb Ponastavitev pa za "reset" oz. ponastavitev, tj. ponovno
inicializacijo manipulatorja, ki jo moramo uporabiti, kadar v skladovnem zalogovniku na
postaji Skladiše zmanjka obdelovancev. Prikazuje pa nam tudi število obdelovancev na
transportnem traku in skupno število vseh obdelovancev.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
60
Meni statistika (slika3.10) nam prikazuje statistiko manipulatorja z naslednjimi podatki:
skupno število plastinih obdelovancev,
skupno število kovinskih obdelovancev,
gumb za ponastavitev (reset) krmilnika.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
61
Slika 3.10: Zaslon na dotik – meni statistika.
Meni graf (slika 3.11) nam grafino prikazuje število vseh plastinih in kovinskih
obdelovancev, ki so bili dostavljeni na trak in sortirani v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija unega modela pnevmatinega manipulatorja
62
Teave pri realizaciji avtomatizacije pnevmatinega manipulatorja
Teave s krmilnikom SIEMENS S7-1200
Ko smo krmilnik prvi priklopili na osebni raunalnik s programskim okoljem TIA
Portal, nam ni uspelo vzpostaviti povezave oz. komunikacije med TIA Portalom in
krmilnikom. Vzrok je bil ta, da je predhodno pred nami ta krmilnik nekdo e