Download - AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA …

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Milan Bukšek

AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA

Diplomsko delo

Maribor, avgust 2016

AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA

PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA

Diplomsko delo

Študent(ka): Milan Bukšek

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program

Elektrotehnika

Smer: Avtomatika

Mentor(ica): viš. pred. mag. Janez Pogorelc

Lektor(ica): Natalija Furman, prof. slov.

Maribor, avgust 2016

i

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju viš. pred. mag.

Janezu Pogorelcu za pomoč, nasvete in

vodenje pri izdelavi diplomskega dela.

Vodstvu Šolskega centra Ptuj in Višje

strokovne šole Ptuj za možnost uporabe

opreme in prostorov, potrebnih pri nastajanju

diplomskega dela.

Sorodnikom, prijateljem in vsem, ki so tekom

obdobja študija pomagali z dobro, vzpodbudno

besedo.

Hvala.

iii

Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja

Ključne 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 izobraževalnega procesa služila kot učilo pri laboratorijskih vajah na področju

mehatronike. Učni model je modularen, kar pomeni, da je sestavljen iz treh manjših postaj

oz. manjših delovnih enot proizvajalca FESTO, med sabo združenih v funkcionalno enoto.

Na teh postajah so industrijske komponente in elementi, ki jih študenti spoznajo v učnem

procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v različnih industrijskih panogah. To so: pnevmatske

komponente, senzorji, električni pogoni, transportne linije, prijemala, skladišča, zalogovniki

in programirljivi logični krmilniki. Vsaka postaja predstavlja del realnega procesa v industriji,

vendar v pomanjšani verziji. V pričujočem delu so podane teoretične osnove, ki so potrebne

za razumevanje delovanja opisanega problema. Tako je predstavljena metodologija

načrtovanja in realizacije programskega krmilja, izvedenega s programirljivim logičnim

krmilnikom proizvajalca SIEMENS.

iv

Automation of the learning model of a pneumatic manipulator

Keywords: automation, pneumatics, SIEMENS Simatic, FESTO, programming of the

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 UVOD ........................................................................................................................................ 1

1.1 Opredelitev področja ..................................................................................................................... 1

1.2 Namen in cilj diplomskega dela ...................................................................................................... 2

1.3 Opis strukture diplomskega dela .................................................................................................... 5

2 OPREMA .................................................................................................................................. 6

2.1 Strojna oprema .............................................................................................................................. 6

2.2 Pnevmatske komponente .............................................................................................................. 6

2.3 Kompresor ..................................................................................................................................... 7

2.4 Pripravna skupina .......................................................................................................................... 7

2.5 Pnevmatski valji ............................................................................................................................. 8

2.6 Enosmerni valji ............................................................................................................................... 9

2.7 Dvosmerni valji ............................................................................................................................ 10

2.8 Pnevmatsko prijemalo ................................................................................................................. 12

2.9 Pnevmatski ventili ........................................................................................................................ 13

2.10 Ventilski otok ............................................................................................................................... 16

2.11 Dušilni element s protipovratnim ventilom .................................................................................. 17

2.12 Pnevmatski razdelilec ................................................................................................................... 18

2.13 Zapirni ventil ................................................................................................................................ 18

2.14 Električne komponente ................................................................................................................ 19

2.15 Napajalnik .................................................................................................................................... 19

vi

2.16 Krmilnik SIEMENS S7-1200 ............................................................................................................ 20

2.17 Centralno procesna enota (CPE) ................................................................................................... 21

2.18 Komunikacijski modul ................................................................................................................... 22

2.19 Senzorji ......................................................................................................................................... 23

2.20 Magnetni senzor (reedov kontakt) ............................................................................................... 24

2.21 Induktivni senzor .......................................................................................................................... 26

2.22 Optični senzor ............................................................................................................................... 27

2.23 Zadrževalnik ................................................................................................................................. 29

2.24 Enosmerni motor .......................................................................................................................... 30

2.25 Enosmerni rele ............................................................................................................................. 31

2.26 Večpolni razdelilec ........................................................................................................................ 32

2.27 Komunikacijski vmesnik ................................................................................................................ 32

2.28 Vmesni električni vodniki ............................................................................................................. 33

2.29 Električne tipke ............................................................................................................................. 34

2.30 Zaslon, občutljiv na dotik .............................................................................................................. 36

2.31 Programska oprema ..................................................................................................................... 37

3 NAČRTOVANJE IN RAZVOJ PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA...................... 39

3.1 Izhodišče 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

vii

3.6 Zahtevane funkcije ....................................................................................................................... 42

3.7 Opis sestavnih sklopov manipulatorja .......................................................................................... 42

3.8 Skladišče ...................................................................................................................................... 43

3.9 Transportni trak ........................................................................................................................... 45

3.10 Prekladna postaja......................................................................................................................... 46

3.11 Opis delovanja manipulatorja z vidika krmilnih signalov .............................................................. 48

3.12 Načrti ........................................................................................................................................... 49

3.13 Načrtovanje programskega krmilja............................................................................................... 50

3.14 Opis delovanja programa krmilja ................................................................................................. 53

3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja ................................................................................................... 56

3.16 Začetni pogoji in pomanjkljivosti manipulatorja ........................................................................... 57

3.17 Zaslon, občutljiv na dotik ............................................................................................................. 58

3.18 Predlagane izboljšave ................................................................................................................... 63

4 ZAKLJUČEK .......................................................................................................................... 65

5 VIRI ........................................................................................................................................ 66

6 PRILOGE ............................................................................................................................... 69

6.1 Priloga A – Pnevmatični načrt ....................................................................................................... 69

6.2 Priloga B – Električni načrt ............................................................................................................ 69

6.3 Priloga C – Program krmilja v lestvični obliki (LAD) ....................................................................... 69

viii

KAZALO SLIK

Slika 1.1: Blokovna shema manipulatorja. .............................................................. 3

Slika 1.2: Proizvodna linija – pnevmatski manipulator. ........................................... 4

Slika 2.1: Kompresor. ............................................................................................. 7

Slika 2.2: Pripravna skupina. .................................................................................. 8

Slika 2.3: Enosmerni valj. ....................................................................................... 9

Slika 2.4: Dvosmerni valj. ..................................................................................... 11

Slika 2.5 : Pnevmatsko prijemalo. ......................................................................... 12

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 2.12: Napajalnik SIEMENS PM 1207. .......................................................... 19

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: Optični senzor. .................................................................................... 27

Slika 2.22: Princip delovanja optičnega senzorja. ................................................. 28

Slika 2.23: Zadrževalnik. ...................................................................................... 29

Slika 2.24: Enosmerni motor. ................................................................................ 30

Slika 2.25: Enosmerni rele. ................................................................................... 31

Slika 2.26: Večpolni razdelilec. ............................................................................. 32

Slika 2.27: Komunikacijski vmesnik. ..................................................................... 33

Slika 2.28: Vmesni električni vodniki. .................................................................... 33

ix

Slika 2.29 Električne tipke Start, Stop, Ročno/Avtomatsko. ................................. 35

Slika 2.30: Izklop v sili. ......................................................................................... 35

Slika 2.31: Zaslon, občutljiv na dotik. ................................................................... 36

Slika 2.32: Zgradba TIA Portala. .......................................................................... 37

Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13. ................................................................... 38

Slika 3.1: Osnovni sklopi pnevmatičnega manipulatorja. ...................................... 43

Slika 3.2: Komponente postaje Skladišče. ........................................................... 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 plastičnih obdelovancev. ...................................................... 55

Slika 3.7: Sortiranje železnih 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

Tabela 3.1: Vhodi krmilnika S7-1200 .................................................................... 51

Tabela 3.2: Izhodi krmilnika S7-1200 ................................................................... 51

x

UPORABLJENI SIMBOLI Q – oznaka za količinski, masni pretok (quantity [m3/h])

p – oznaka za tlak (pressure [bar])

pmax – največji, 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 zračni tlak

V – enota za električno napetost (volt)

A – enota za električni tok (amper)

mA – miliamper, okrajšava enote za električni tok (miliamper)

kB – kilobajt, enota za količino podatkov oz. velikost pomnilnika (kilobyte)

MB – megabajt, enota za količino podatkov oz. velikost pomnilnika (megabyte)

μs – mikrosekunda, okrajšava za mikrosekundo (10-6 s ali 0,000001 s)

Imax – maksimalni tok, največji dovoljeni tok

ms – milisekunda, okrajšava za milisekundo (10-3 s ali 0,001 s)

W – enota za električno moč (watt)

Nm – enota za moment oz. navor (njutonmeter)

xi

UPORABLJENE KRATICE VSŠ – višja strokovna šola

MPS – modularna produkcijska postaja (Modular Production Station)

NC – normalno zaprt (Normaly Closed)

NO – normalno odprt (Normaly Open)

cca – izraz približno (circa)

PROFIBUS – hitro in odprto vodilo za procesni nivo in nivo tehnoloških celic oz. visoko

zmogljiva mreža za nivo proizvodnih obratov in tehnoloških celic (PROFIBUS – PROcess

FIeld BUS)

AC – izmenični tok (Alternating Current)

DC – enosmerni tok (Direct Current)

CPE – centralno procesna enota

SD – razširljivi pomnilnik (Secure Digital)

UTP – neoklopljena sukana parica ali neoplaščena parova vodica (Unshielded Twisted

Pair)

IR – infrardeča svetloba (Infrared)

HMI – vmesnik med strojem in človekom, napravo (Human Machine Interface)

TIA – popolnoma integrirano programsko okolje za avtomatizacijo (Totally Integrated

Automation)

PLK – programabilni logični kontroler

PLC - programabilni logični kontroler (Programmable Logic Controller)

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, največ

I0.0–I1.1 – digitalni vhodi (I0.0 – Input 0.0)

xii

Q0.0-Q1.1 – digitalni izhodi (Q0.0 – Output 0.0)

1B1 – oznaka brezdotičnega senzorja

S1 – stikalo, tipka

1Y1 – oznaka tuljavice na elektropnevmatskem ventilu

K1, K2 – navitji releja enosmernega motorja

K3 – navitje elektromagnetnega zadrževalnika

OB1 – organizacijski blok (Organization block)

FB – funkcijski blok (Function block)

FC – funkcije (Functions)

DB – podatkovni blok (Data block)

LAD – lestvični diagram (Ladder Diagram)


1

1 UVOD

1.1 Opredelitev področja

Opisana oprema v diplomskem delu bo študentom na Višji strokovni šoli Ptuj (v

nadaljevanju VSŠ Ptuj) v okviru izobraževalnega procesa služila kot učilo pri laboratorijskih

vajah na področju mehatronike. Gre za didaktično opremo proizvajalca FESTO in

SIEMENS v skupni vrednosti 6.500 €. Njen namen je vzpodbujanje izobraževanja dijakov

in študentov ter s tem posledično 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 združene v funkcionalno

samostojno enoto. Na teh postajah so komponente, ki jih študenti spoznajo v učnem

procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v različnih industrijskih panogah. Mednje spadajo:

pnevmatske komponente, senzorji, električni pogon, transportna linija, prijemalo,

zalogovnik, skladišče in programirljivi logični 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 logični 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 izključno za krmiljenje strojev in

naprav v proizvodnih procesih. Njihova glavna lastnost je, da imajo zraven napajalnih

priključkov še višje število vhodno/izhodnih priključkov, 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 prožilni in preklopni elementi ter aktuatorji (releji,

električni motorji (motorčki), 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 priključkov zadostuje

potrebam delovanja našega krmilja, mora imeti 10 digitalnih vhodov in 10 digitalnih izhodov.

Navedeno število vhodno/izhodnih priključkov zadostuje delovanju naprave (pnevmatskega


2

manipulatorja) v okviru, kot smo si ga zamislili, tj. v točno taki izbiri strojne opreme, kakor

je v diplomskem delu opisana.

1.2 Namen in cilj diplomskega dela

Namen pričujočega diplomskega dela je predstavitev in opis tako strojne opreme

(električne in pnevmatske) kot tudi programske opreme, uporabljene za izvedbo in dosego

cilja, ki je sestava posameznih MPS-postaj v končno delujočo proizvodno linijo. Glavni cilj

in prispevek v tej nalogi je realizacija lastnega programskega krmilja s programirljivim

logičnim krmilnikom proizvajalca SIEMENS na strojni opremi proizvajalca FESTO.

Namenska uporabnost te linije je podajanje plastičnih ali kovinskih obdelovancev (ohišja

enosmernih pnevmatskih valjev, posodice …) iz skladišča ter sortiranje le-teh po vrsti

materiala in odlaganje na ustrezno odstavno drsno drčo, po kateri se obdelovanec spusti v

ustrezen zalogovnik. Tako bo lahko diplomsko delo služilo kot literatura in hkrati učilo oz.

učni model za izvajanje laboratorijskih vaj na področju mehatronik; s tem bo študentom

omogočalo 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.


3

Proizvodno linijo (pnevmatski manipulator) sestavljajo naslednje tri postaje: Skladišče,

Transportni trak in Prekladna postaja. Njihovo medsebojno povezavo prikazuje blokovna

shema (slika 1.1).

Slika 1.1: Blokovna shema manipulatorja.


4

Celotno proizvodno linijo, sestavljeno iz mini MPS-postaj FESTO, lahko vidimo na sliki 1.5

[1].

Slika 1.2: Proizvodna linija – pnevmatski manipulator.


5

1.3 Opis strukture diplomskega dela

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, električne), uporabljene na MPS-postajah, ki so nujno potrebne za

funkcionalno delovanje slednjih. Opisani so pnevmatski valji, pnevmatski potni ventili,

optični in induktivni senzorji, električni motor kot pogon in programirljivi logični krmilnik.

Podana so teoretska izhodišča 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 osredotočimo na potek razvoja proizvodne linije – predstavlja

jedro diplomskega dela. Členjeno je na podpoglavja, ki predstavljajo:

osnovne zahteve za delovanje linije (startni pogoji, koraki krmilnega dela),

osnovne sklope linije in njihove funkcije (skladišče, transportna linija, sortiranje

in prekladanje obdelovanca),

načrte linije (električni, pnevmatični),

realizacijo programskega krmilja linije (realizacija programskega krmilja v obliki

lestvičnega diagrama).

V četrtem, sklepnem poglavju podamo lastno oceno opravljenega dela pri izvedbi

avtomatizacije celotne proizvodne linije. Predlagamo izboljšave in nadgradnje določene

MPS-postaje in s tem posledično celotne proizvodne linije. Zaradi teh izboljšav postane z

vidika obsega kompleksnosti dela in s povečanjem pestrosti opreme za študente delo z

MPS-postajami v učnem procesu še zanimivejše in kakovostnejše. Posledično morajo

obvladati in uporabiti širši nabor poznavanja specifičnih lastnosti, delovanja in smiselne

uporabe sestavnih komponent ter njihovo implementacijo pri realizaciji programskega

krmilja. S tem jim je ponujena možnost za širjenje lastnega obzorja znanj in pridobivanja

izkušenj pri načrtovanju ter realizaciji avtomatizacije tehnoloških sklopov v industriji.

Sledi zadnje poglavje, v katerem je navedena literatura, uporabljena pri izvedbi

diplomskega dela.


6

2 OPREMA

Pri načrtovanju 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,

električne).

2.1 Strojna oprema

Podane bodo tehnične lastnosti in opisane osnovne izvedbe ter principi delovanja

posameznih komponent na določeni MPS-postaji. Vendar le v takem obsegu, da bo na

podlagi navedenega mogoče 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 služi 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 Skladišče in

3. postaji Prekladna postaja. Imajo funkcijo izvršilnih členov oz. aktuatorjev, ki opravljajo

funkcijo linearnih pomikov v horizontalni in vertikalni smeri, tudi funkcijo prijemanja

obdelovancev (prijemalo). Naj omenimo, da je možna tudi funkcija obračanja ali zasuka, a

v našem primeru ni bila uporabljena.


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 področje uporabe kompresorje delimo na več 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 načrtovanju pnevmatskih sistemov je treba paziti, da je izbira kompresorja

ustrezna, saj mora biti dovolj zmogljiv, da zagotovi ob določenem volumskem ali masnem

pretoku zraka – Q [m3/h] zadostno kapaciteto stisnjenega zraka ob določenem 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 nečistoče (vlaga, mehanski – prašni delci).

Nečistoče so tiste, ki vplivajo na življenjsko dobo pnevmatskih naprav. Tako pripravljen zrak

je suh in čist ter primeren za uporabo. V določenih primerih (težji obratovalni pogoji:

servisne delavnice, industrija) mora za zmanjšanje trenj in posledično 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

kozmetična industrija ter zdravstvo [4].


8

Sestavni deli pripravne skupine so:

vhodni priključek (dovaja tlak iz kompresorja),

izhodni priključek (odvaja regulirani in očiščen tlak do porabnikov),

filter (iz stisnjenega zraka odstrani nečistoče: vlago, mehanske – prašne

delce),

regulator tlaka (vzdržuje želeni izhodni delovni tlak neodvisno od porabe zraka

in nihanja tlaka v omrežju),

manometer (prikazuje vrednost želenega delovnega tlaka),

zaporni ventil (odpre ali zapre izhodni priključek iz pripravne skupine oz.

dovaja pripravljeni tlak do pnevmatičnih porabnikov).

Slika 2.2: Pripravna skupina.

2.5 Pnevmatski valji

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 izraža s premočrtnim oz. z linearnim gibanjem batnice. Potisna sila batnice je odvisna

od napajalnega delovnega tlaka. Po funkciji, ki jo izvajajo, so to aktuatorji ali izvršilni členi

in opravljajo določeno delo (podajanje, stiskanje, zadržanje, izmetavanje). So najpogosteje

uporabljeni izvršilni členi pnevmatskih naprav ter sklopov in jih najdemo v različnih oblikah

ali izvedbah. Te se med sabo razlikujejo po dolžini hoda, dimenzijah ter sili, ki so jo pri

določenem tlaku sposobne ustvariti [5].

Poznamo dve osnovni izvedbi:

enosmerni valji,

dvosmerni valji.


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 priključek,

na katerega se priključi napajalni delovni tlak, na drugi strani pa odprtinico (odzračevalna

šoba), ki služi odzračevanju valja. Ko se delovni gib konča, vgrajena povratna vzmet potisne

batnico nazaj v začetni položaj (povratni gib ali – gib). Vračanje valja lahko povzroči tudi

zunanja sila ali breme, katerega sila je večja od potisne sile valja.

Pri tem pomeni:

iztegovanje valja: delovni gib ali + gib,

uvlečenje valja – povratni gib ali – gib.

Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na priključek na eni strani valja in

obvezno odzračevanje na odzračevalni odprtinici, imenovani odzračevalna šoba, na drugi

strani valja. Odzračevalno šobo imajo samo enosmerni valji [5].

Slika 2.3: Enosmerni valj.

Poznamo dve osnovni izvedbi:

valj v osnovnem položaju zaprt, batnica uvlečena (NC – Normaly Closed),

valj v osnovnem položaju odprt, batnica izvlečena (NO – Normaly Open).

Tehnične lastnosti standardnih izvedb:

hitrost: cca. 30–500 mm/s,

gib: cca. 1–50 mm,

sila: cca. 10–4000 N.


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, pač pa specialna izvedba. Rabi

se kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala najdaljšo dolžino giba 6 mm. V primeru, da bi v

sklopu diplomskega dela uporabili prijemalo, ki deluje na principu enosmernega valja, bi

tehnični podatki bili enaki kot prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem. Razlika je samo v

tem, da prijemalo z enosmernim valjem v osnovni položaj vrača vgrajena povratna vzmet.

Prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem pa v osnovni položaj vrača tlak, doveden na drugi

priključek valja. Pri izvedbi naloge se lahko uporabita oba tipa prijemala.

Tehnični podatki prijemala FESTO HGPC-12-G2 z vgrajenim enosmernim pnevmatskim

valjem so:

tlak: 2–8 bar,

gib: 6 mm,

število klešč: 2,

premikanje klešč: vzporedno,

frekvenca: < 4,

temperaturno področje delovanja: +5 … +60 °C.

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 priključkov se batnica pomakne v eno smer, v katero opravlja delo. Z dovodom

delovnega tlaka na drugi priključek 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 priključitve delovnega tlaka na določen priključek, začne premikati od začetnega

proti končnemu položaju.

Pri tem pomeni:

iztegovanje valja: delovni gib ali + gib,

uvlečenje valja – povratni gib ali – gib.


11

Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na priključek na eni strani valja in

obvezno odzračevanje na priključku (ali odzračevalni 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 posledično potisna sila za določen faktor

manjša in s tem tudi delo, ki ga valj opravlja [5].

Slika 2.4: Dvosmerni valj.

Tehnične lastnosti standardnih izvedb:

hitrost: cca. 30–2000 mm/s,

gib: cca. 1–2000 mm,

sila: cca. 10–48000 N.

Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO DSNU-10-50-P-A, 19186 X908

v nalogi:

tlak: 10 bar,

gib: 50 mm.

Funkcija v postroju: podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika na trak.

Lokacija: postaja 1 – Skladišče.

Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO ADNGF-20-60-P-A, 537125

X708 v nalogi:

tlak: 10 bar,

gib: 60 mm.

Funkcija v postroju: horizontalno pomikanje pnevmatskega prijemala.



12

Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO ADNGF-12-40-P-A, 537123

X708 v nalogi:

tlak: 10 bar,

gib: 40 mm.

Funkcija v postroju: vertikalno pomikanje pnevmatskega prijemala.


2.8 Pnevmatsko prijemalo

Namen pnevmatskih prijemal (slika 2.5) [1] je prijemanje različnih predmetov. Delujejo

na enak način kakor enosmerni in dvosmerni pnevmatski valji, zato je tudi način krmiljenja

enak. Dimenzije in tehnične izvedbe prijemal so odvisne od predmetov (oblika, teža,

material, tip površine), ki jih s tem prijemalom želimo prijemati oz. prenašati. Torej se

izvedbe med sabo razlikujejo po namenu uporabe [4].

Slika 2.5 : Pnevmatsko prijemalo.

Tehnični podatki uporabljenega pnevmatskega prijemala FESTO HGPC-12-A, 539267 X3

v nalogi so:

tlak: 2–8 bar,

gib: 6 mm,

število klešč: 2,

premikanje klešč: vzporedno,

frekvenca: < 4,

temperaturno področje delovanja: +5 … +60 °C.

Funkcija v postroju: pnevmatsko prijemalo.



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, marveč specialna izvedba,

uporabljena v poseben namen kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala največjo dolžino giba

6 mm. Te podatke smo za lažje razumevanje in predstavo navedli že 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) tritočkovno prijemalo

Slika 2.6: Osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal.

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

Slika 2.7: Pnevmatski ventili.

Po njihovi funkciji jih delimo na pet skupin:

potni ventili – krmilniki poti,

protipovratni ventili,

tlačni ventili,

tokovni ventili,

zapirni ventili.

Potni ventili ali krmilni ventili, včasih 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 ločimo glede na:

fizično izvedbo (sedežni/drsni),

število priključkov in stanj (primer: 3/2 potni ventil pomeni – trije priključki/dve

stanji),

način proženja (ročno, mehansko, pnevmatsko, električno),

stanje mirovnega položaja (NC – Normaly Closed oz. normalno zaprt, NO –

Normaly Open oz. normalno odprt),


15

stabilnost preklopljenega položaja (monostabilni – eno stabilno stanje, bistabilni –

dve stabilni stanji).

Več o zgradbi in označevanju pnevmatskih ventilov najdemo v [5].

Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535

XO02 v nalogi:

tip ventila: bistabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,

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 – Skladišče.


X902 v nalogi:


tlak: 1: -0,9–8 bar,

tlak: 12, 14: 2–8 bar,


Funkcija v postroju: krmiljenje horizontalnega pomika pnevmatskega prijemala.



X902 v nalogi:


tlak: 1: -0,9–8 bar,

tlak: 12, 14: 2–8 bar,


Funkcija v postroju: krmiljenje vertikalnega pomika pnevmatskega prijemala.


Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-M42-AZD-QX-1C1,

537534 X902 v nalogi:

tip ventila: monostabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,

tlak: 1: -0,9–8 bar,

tlak: 12, 14: 2–8 bar,



16

Funkcija v postroju: krmiljenje pnevmatskega prijemala.


2.10 Ventilski otok

Ventilski otok (slika 2.8) [8] predstavlja sklop ventilov, ki so na pnevmatski napravi

nameščeni na enem mestu. Zasnovani so tako, da imajo v konstrukciji skupen dovod in

odvod zraka ter odzračevanje. S tako grajenim sklopom ventilov prihranimo na prostoru in

napravo poenostavimo ter naredimo bolj urejeno. Če bi se za krmiljenje pnevmatskega

aktuatorja odločili z uporabo posameznega ventila kot samostojnega pnevmatskega

elementa, bi to na napravi pomenilo več zavzetega prostora oz. potrato prostora na njej.

Zato iz tega razloga, ko imamo pnevmatsko krmilje naprave že preizkušeno, sestavimo za

njo namenski sklop ventilov (ventilski otok).

Čisti pnevmatski ventilski otok je lahko krmiljen s pnevmatskimi krmilnimi signali reda

2–4 bar, elektropnevmatski ventilski otok pa z enosmernimi električnimi napetostnimi signali

reda 24 V DC. Električni krmilni signali so lahko na krmilne priključke dovedeni neposredno

iz digitalnih izhodov krmilnika ali preko komunikacijskega vmesnika (PROFINET). V primeru

uporabe komunikacijskega vmesnika moramo na ventilskem otoku običajno glavo

zamenjati s takšno, ki podpira želen komunikacijski protokol. Uporaba komunikacijskih

vmesnikov pride v poštev v primerih, ko so med ventilskimi otoki in krmilniki daljše razdalje

ter v primerih, ko želimo zmanjšati količino ožičenja [4], [8].

Slika 2.8: Ventilski otok.


17

Ventilski otok je sklop zgoraj opisanih pnevmatskih potnih ventilov. Več o tehničnih 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 različnih virih ga najdemo pod različnimi 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. Nameščeni so na aktuatorje (pnevmatski valji), in sicer

tako, da vedno dušijo iztekajoči zrak [4,5].

Slika 2.9: Dušilni element s protipovratnim ventilom.

Dušilni elementi s protipovratnimi ventili so nameščeni na vseh pnevmatskih valjih.

Tehnične podatki uporabljenih dušilnih elementov FESTO v nalogi so:

tlak: 10 bar,

priključek: 4 mm.


18

2.12 Pnevmatski razdelilec

Naloga pnevmatskega razdelilca (slika 2.10) [1] je, da dovodni napajalni tlak oz.

pnevmatsko priključno mesto razdeli na več priključnih mest. Pnevmatske razdelilce

poznamo v T- (slika 2.9) in Y-izvedbi.

Slika 2.10: Pnevmatski razdelilec.

Tehnične podatki uporabljenih pnevmatskih razdelilcev FESTO v nalogi:

tlak: 10 bar,

priključek: 6 mm.

2.13 Zapirni ventil

Zapirni ventili (slika 2.11) [1] odpirajo (popolnoma prepuščajo) ali zapirajo (popolnoma

preprečujejo) 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 določen pnevmatski sistem (proizvodna

linija).

Slika 2.11: Zapirni ventil.


19

Tehnične podatki uporabljenih zapirnih ventilov FESTO v nalogi:

tlak: 10 bar,

priključek: 6 mm.

2.14 Električne komponente

V tem poglavju so predstavljene električne komponente, ki se rabijo pri izvedbi

avtomatizacije pnevmatičnega manipulatorja. Te komponente so: napajalnik, industrijski

krmilnik, senzorji, zadrževalnik, enosmerni motor in na dotik občutljiv zaslon.

2.15 Napajalnik

Za napajanje električnih komponent celotne linije (krmilnik, komunikacijski modul,

senzorji, zadrževalnik, enosmerni motor, na dotik občutljiv 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 montažo na montažno letev.

Osnovni tehnični 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.


20

2.16 Krmilnik SIEMENS S7-1200

Glavni del pnevmatskega manipulatorja predstavlja industrijski krmilnik (slika 2.13) [10].

S kratico so običajno označeni kot PLK (programirljiv logični krmilnik), v industrijskem okolju

jih najdemo tudi pod oznako PLC (Programmable Logic Conntroler), v pogovornem žargonu

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 več samostojnih modulov, ki jih lahko po

potrebi dodamo ali odvzamemo in s tem krmilje sestavimo po svojih željah. To je tudi bistvo

in prednost modularno grajenih krmilj.

Moduli so nameščeni na montažno letev in med seboj povezani z že vgrajenimi

namenskimi vodili. Pri sestavljanju modularno grajenih krmilj se moramo držati načela

postavitve modulov na točno določeno mesto (slika 2.14) [11]. Vrstni red mora biti naslednji:

skrajno levo napajalnik, komunikacijski moduli, krmilnik s CPE in vhodno/izhodni moduli.

Osnovni tehnični podatki krmilnika SIEMENS S7-1200 CPU 1214C so:

delovni pomnilnik: 75 KB,

napajalna napetost: 24 V DC,

digitalni vhodi: DI14 × 24 V DC,

digitalni izhodi: DQ10 × 24 V DC,

analogni vhodi: AI2,

hitri števci: 6,

pulzni izhodi: 4,


21

možna razširitev s "Signal-boardi" (razširitveni vhodno/izhodni modulček I/O, na čelni strani krmilnika:

komunikacijski moduli: 3 (serijska komunikacija),

razširitveni vhodno/izhodni moduli: 8,

čas obdelave ukazov: 0,04 ms/1000 ukazov,

vmesnik za programiranje: PROFINET,

komunikacija: HMI, PLC-to-PLC.

Slika 2.14: Modularna zgradba krmilja.

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 tehnične

lastnosti ujemajo z lastnostmi krmilnika, naštetimi v prejšnjem podpoglavju (2.16 Krmilnik).

Osnovni tehnični 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 možnih razširitvenih vhodno/izhodnih modulov (SM): 8;

število možnih razširitvenih signalnih modulov (SB):1;


22

število možnih razširitvenih komunikacijskih modulov (CM): 3;

čas izvajanja osnovnega ukaza: 0,08 μs;

poraba moči: 12 W;

najvišji dovoljeni tok vhodno/izhodnih in komunikacijskih modulov (SM, CM):

1600 mA (5 V DC);

najvišji tok priključenih senzorjev na vhodih: 400 mA (24 V DC);

tokovna poraba digitalnih vhodov: 4 mA (24 V DC);

komunikacijski vmesnik PROFINET: 1.

Podrobnejše informacije so v [12], [13] in [14].

2.18 Komunikacijski modul

Komunikacijski modul ali komunikacijski vmesnik (slika 2.15) [15], [16] je komponenta,

ki služi za medsebojno povezovanje naprav in komunikacijo med njimi. Modul, uporabljen

v našem primeru, nosi oznako CSM 1277 SIMATIC NET in ima 4 priključne vtičnice tipa

RJ45 8/8. To pomeni, da omogoča medsebojno komunikacijo štirih naprav, med sabo

povezanih s PROFINET-vodnikom (standardni UTP-podatkovni vodnik s priključkom 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 občutljivim na dotik in osebnim računalnikom, kar pomeni uporabo

treh priključkov na modulu. Omogoča pa tudi povezavo z drugimi krmilnimi linijami (slika

2.16) [17], [18].


23

Slika 2.16: Primer uporabe komunikacijskega modula.

Osnovni tehnični 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,

priključki: 4xRJ45 10/100 Mbit/s,

napajalni priključek: 3-polni blok-priključek.

Podrobnejše informacije so v [24].

2.19 Senzorji

Povsod v industriji, kjer se odvija proces, odvisen od stanj izvršilnih členov (aktuatorjev),

pozicije obdelovancev ali prisotnosti raznih predmetov uporabimo elemente za zaznavanje.

Služijo kot dajalniki signalov, zato so v literaturi imenovani tudi kot signalniki ali tipala.

Zaznavanje je lahko izvedeno mehansko (mehanski mejni signalniki) ali brezdotično

(brezdotični mejni signalniki). Slednjim rečemo senzorji. Njihovo aktiviranje (zaznavanje)

poteka posredno preko drugega signala (magnetni signal, električna indukcija,

kapacitivnost, svetloba). Imajo funkcijo stikal, ki jih ne aktivira človek, ampak druge

komponente v procesu, in predmeti, prisotni v njem.

Senzorji so torej elementi, ki brezdotično zaznavajo predmete in ob zaznavi na svojem

izhodu dajo električni krmilni signal.


24

Glede na princip delovanja in način aktiviranja (zaznavanja) poznamo več vrst senzorjev:

magnetni senzor (reedov kontakt),

induktivni senzor,

optični senzor,

kapacitivni senzor.

2.20 Magnetni senzor (reedov kontakt)

Za zaznavanje začetnih in končnih položajev 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 nameščena v stekleno cevko, napolnjeno z

zaščitnim plinom. Vse to je zalito v ohišje iz umetne mase (umetna smola) ter tako zaščiteno

pred morebitnimi poškodbami. V to ohišje je lahko vstavljen elektronski element, ki določa

tip izvedbe senzorja (NPN, PNP).

Slika 2.17: Magnetni senzor (reedov kontakt).

Delujejo tako, da se ob prehodu bata z vgrajenim trajnim magnetom mimo

nameščenega senzorja na pnevmatskem valju, kontaktna jezička senzorja skleneta in tako

ta na svojem izhodu posreduje signal (slika 2.18) [1]. Ko se batnica z vgrajenim trajnim

magnetom umakne, se kontaktna jezička razkleneta, s tem pa se ukine izhodni signal

senzorja.


25

Slika 2.18: Princip delovanja magnetnih senzorjev.

Magnetne senzorje poznamo v dvožični in trižični izvedbi. Pri dvožični izvedbi na eno

stran senzorja priključimo vir napajanja (24 V ali 0 V), na drugi strani pa ob aktiviranju

dobimo krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika. Pri trižični izvedbi moramo na senzor

pripeljati vir napajanja (24 V in 0 V), na tretjem priključku pa dobimo krmilni signal, ki ga

spet povežemo na vhod krmilnika. Trižični senzorji imajo izhod v tranzistorski izvedbi, zato

je takšen senzor lahko tipa NPN ali PNP.

Prednosti magnetnih senzorjev so majhne dimenzije in brezdotična aktivacija. Ob

njihovi priključitvi pa moramo biti zelo pozorni, da ne presežemo maksimalne tokovne

omejitve senzorja (Imax), saj ga lahko trajno poškodujemo oz. uničimo.

Osnovni tehnični podatki uporabljenih magnetnih senzorjev SME-8M so:

napajalna napetost: 5–30 V AC/DC,

največji dovoljeni tok: 80 mA,

največja dovoljena moč: 2,4 W,

obratovalno področje: –20 … +70 °C,

vrsta zaščite: IP65/IP68,

sila privijanja: max. 0,6 Nm.


26

2.21 Induktivni senzor

Induktivni senzorji (slika 2.19) [4] se uporabljajo za zaznavanje kovinskih predmetov. V

večini primerov imajo valjasto obliko telesa. Zgrajeni so iz navitja, oscilatorja, prožilnega

vezja in ojačevalca.

Slika 2.19: Induktivni senzor.

Delujejo tako, da oscilator na čelni strani senzorja ustvarja visokofrekvenčno magnetno

polje. Če se v tem polju pojavi kovinski predmet (objekt), ta zaradi vrtinčnih tokov povzroči

vrtinčne izgube in s tem oscilatorju odvzame energijo. To zmanjšanje energije povzroči

znižanje napetosti na oscilatorju, ki jo zazna prožilno vezje. Slednje odda signal, katerega

ojačevalnik ojača in na svojem izhodu da krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika

(slika 2.20) [1].

Slika 2.20: Princip delovanja induktivnega senzorja.


27

Osnovni tehnični podatki induktivnega senzorja FESTO 150371, SIEN-M5B-PS-S-L, PNP

NO X3 B so:

napajalna napetost: 10–30 V DC,

največji dovoljeni tok: 200 mA pri ≤ 070 °C,

najvišja frekvenca: 3000 Hz,


vrsta zaščite: IP67,

tip: PNP.

2.22 Optični senzor

Optični senzorji (slika 2.21) [1] [4] delujejo na principu oddajanja vidne ali nevidne

svetlobe in sprejemanja le-te, zato imajo vgrajen optični oddajnik in sprejemnik. Senzorji z

vidno svetlobo se uporabljajo za kontrolo prisotnosti predmetov v polju senzorskega žarka.

Senzorji z nevidno svetlobo (infrardeča svetloba – IR), imenovani infrardeči senzorji, pa se

uporabljajo za določanje oz. prepoznavanje barve predmetov. Ti senzorji niso občutljivi na

druge svetlobne motnje iz okolice (dnevna – sončna svetloba, luči), saj njihovi sprejemni

senzorji zaznavajo le IR-svetlobo [4].

Slika 2.21: Optični senzor.

Princip delovanja optičnih senzorjev prikazuje slika 2.22 [1].


28

Slika 2.22: Princip delovanja optičnega senzorja.

Osnovni tehnični podatki optičnega senzorja FESTO, SOOF-P-FL-ST-C50-P, 553563 X3

so:

širina 50 mm,

minimalni premer objekta: 0,2 mm,

vrsta svetlobe: rdeča,

tip preklopa izhoda: PNP,

maksimalni izhodni tok: 100 mA,

maksimalna preklopna frekvenca: 2000 Hz,

funkcija vklopnega elementa: nepreklopljiv,

napajalna napetost: 10–30 V DC,



električni priključek: M8x1 tripolni.


29

2.23 Zadrževalnik

Zadrževalnik (slika 2.23) [1] za razliko od do sedaj opisanih električnih komponent, med

katere spada tudi sam, svoje delo ali funkcijo izraža z mehanskim gibanjem. Sestavljen je

iz kovinskega ohišja, električnega navitja, povratne vzmeti in kotve, na katero je pritrjen

kovinski profil (zadrževalnik), ki fizično opravlja funkcijo zadrževanja.

Slika 2.23: Zadrževalnik.

Osnovni princip delovanja

Ko skozi električno navitje zadrževalnika steče električni tok, ta povzroči

elektromagnetno polje. To polje zaradi magnetizma, ki ga ustvari, pritegne kovinsko kotvo

z zadrževalnikom in ta se uvleče. Posledično se v smer gibanja kotve posredno preko

mehanske zveze med kotvo in profilom za zadrževanje (zadrževalnikom) premakne tudi

zadrževalnik.

Po prekinitvi električnega toka skozi navitje izgine tudi elektromagnetno polje.

Elektromagnetne sile, ki je prej delovala na kovinsko kotvo, več ni. Zdaj na kotvo z

nameščenim zadrževalnikom deluje sila povratne vzmeti, ki zadrževalnik vrne v prvotni

izvlečen položaj.

Osnovni tehnični podatki zadrževalnika TDS-10A R 85090 so:


stanje preklopa: 100 %,


30

poraba moči: 5 W,

delovna temperatura: 100 °C (pri 100 % preklopljenosti),

dolžina hoda, dviga: 10 mm,

življenjska doba: ca. 100,000 preklopov,


priključek: vodnik 0,25 mm2, 180 mm dolžine.

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 krtačk prenaša na rotor motorja. S spreminjanje velikosti napetosti jim

spreminjamo hitrost vrtenja, z zamenjavo polaritete napajalnega vira pa na priključnih

sponkah obrnemo (zamenjamo) smer vrtenja motorja. Sestavni deli enosmernega motorja

so: rotor, stator (trajni magnet), komutator, ščetke (krtačke) in vzbujevalno navitje.

Slika 2.24: Enosmerni motor.

Osnovni tehnični podatki enosmernega motorja Nidec 404.603 Th so:


delovni tok: 1,5 A,

število obratov: 65/min,

stanje preklopa: 10 %,

stopnja prenosa: 1,

delovni moment – navor: 1 Nm,

možnost spremembe smeri: Da,


31

zagonski moment – navor: 7 Nm,

priključek: 2 natična konektorja,

teža: 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 določeno smer

in s tem posledično 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 priključnih sponkah motorja. Ker imamo na razpolago dva

releja, moramo za napajanje motorja uporabiti oba releja. Priključiti ju moramo tako, da

bosta delovala kot preklopno ali menjalno stikalo, ki ob preklopu zamenja polariteto na

ščetkah motorja in s tem spremeni smer vrtenja.

Slika 2.25: Enosmerni rele.

Sestavni deli releja:

1 železno jedro navitja

2 povratna vzmet kotve

3 navitje releja

4 kotva releja

5 izolator preklopnega jezička

6 preklopni jeziček


32

Opis kontaktov releja:

A1, A2 sta anodi releja, priključni sponki navitja;

12 je mirovni kontakt ali normalno zaprt kontakt (NC);

14 je delovni kontakt ali normalno odprt kontakt (NO).

Tehnični 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 Večpolni razdelilec

Naloga večpolnega razdelilca (slika 2.26) [1] je, da posreduje električne krmilne signale

med krmilnikom, senzorji, navitji na ventilih in releji. Torej služi kot posredni člen v

komunikaciji v odnosu krmilnika s preostalimi električnimi komponentami.

Slika 2.26: Večpolni razdelilec.

2.27 Komunikacijski vmesnik

Komunikacijski vmesnik (slika 2.27) [8] s pomočjo večpolnega razdelilca in vmesnih

električnih vodnikov vzpostavlja komunikacijo med krmilnikom in vsemi tremi postajami

(Skladišče, Transportni trak, Prekladna postaja).


33

Slika 2.27: Komunikacijski vmesnik.

Komunikacijski vmesnik je bil predhodno že narejen, zato ga podrobno ne bomo opisovali.

Več informacij o njem je moč prebrati v [8].

2.28 Vmesni električni vodniki

Vmesne električne vodnike (slika 2.28) [8] lahko imenujemo tudi komunikacijski ali

povezovalni električni vodniki, saj povezujejo komunikacijski vmesnik z večpolnim

razdelilcem na vsaki postaji. Preko njih poteka komunikacija med krmilnikom in preostalimi

električnimi napravami.

Slika 2.28: Vmesni električni vodniki.


34

Vmesni električni vodniki so bili predhodno že narejeni, zato jih podrobno ne bomo

opisovali. Več informacij o njih lahko najdemo v [8].

2.29 Električne tipke

Kot ročni dajalniki signalov za zagon funkcij Start, Stop, preklop v režim delovanja

Ročno/Avtomatsko so uporabljene električne 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 režim delovanja Ročno/Avtomatsko pa je

uporabljeno preklopno ali menjalno stikalo (imenovano tudi zaskočno ali zasučno stikalo).

Delovni kontakti (NO) se označujejo s številkama 3–4, mirovni kontakti (NC) pa s

številkama 1–2. Kontakti menjalnega oz. preklopnega stikala so označeni s številkami 12–

14, pri čemer 12 pomeni mirovni in 14 delovni kontakt.

Tehnični podatki tipke Start in Stop:

delovna napetost: 660 V AC,

nazivni tok: 12 A,

tip kontaktov: NO.

Tehnični podatki stikala Ročno/Avtomatsko:

delovna napetost: 24 V AC/DC,

nazivni tok: 4,5 A,

tip kontaktov: NC/NO.


35

Slika 2.29 Električne tipke Start, Stop, Ročno/Avtomatsko.

Slika 2.30: Izklop v sili.

Tehnični podatki tipke Izklop v sili:

delovna napetost: 660 V AC,

nazivni tok: 10 A,

tip kontaktov: NC.


36

2.30 Zaslon, občutljiv na dotik

Namenjeni so prikazovanju procesnih podatkov uporabniku in nadzor oz. kontrolo nad

procesom samim. Zasloni, občutljivi na dotik, so vhodno/izhodne enote, ki se uporabljajo v

industriji. Njihova površina je občutljiva v tolikšni meri, da zazna dotik uporabnikovega prsta

(operaterja) in s tem sproži direktno interakcijo z grafičnimi 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, občutljiv na dotik, tj. SIEMENS SIMATIC KTP600

Basic color PN (slika 2.31) [21], in sicer z naslednjimi tehničnimi lastnostmi [20]:


ločljivost zaslona: 320 × 240 točk,

vmesniki: 1 × RS 485, 1 × RJ45 Ethernet povezava za PROFINET,

velikost pomnilnika: 512 kB,

velikost zaslona: 6"/14.7 cm TFT,

vrsta zaščite: IP65 (spredaj)/IP20 (zadaj),

6 prosto programirljivih tipk.

Slika 2.31: Zaslon, občutljiv na dotik.


37

2.31 Programska oprema

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 omogočajo enostavno oblikovanje in konfiguracijo avtomatiziranega

modularnega sistema. Vključuje programsko opremo za programiranje, vodenje,

nadziranje, razhroščevanje 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 področju avtomatizacije in vodenja procesov v samem svetovnem vrhu.

Podjetje SIEMENS je to okolje razvilo izključno za njihovo strojno opremo in s tem postavilo

visok mejnik konkurenčnim 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

omogoča prijazen grafični prikaz celotne strukture avtomatiziranega sistema kot tudi

skladno programiranje in konfiguriranje naprav znamke SIEMENS. Omogoča enotno

dostopno točko za povezavo oz. dostop do celotnega projekta ali samo določene aplikacije

tako na lokalnem kakor tudi oddaljenem (daljinskem) nivoju. Na ta način lahko s katere koli

oddaljene točke nadzorujemo, konfiguriramo in posegamo v proces. To je še posebej

dobrodošlo pri vzdrževanju in servisiranju, torej pri osebju za tehnično podporo, saj jim

možnost daljinskega dostopa in konfiguriranja ter odpravljanja napak iz naslanjača v


38

pisarne prihrani veliko časa in potnih stroškov, ki bi nastali ob potrebnem premiku (vožnji)

na kraj nastalega problema.

Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13.

Podjetje SIEMENS redno teži k podpori svojih izdelkov in njihovim nadgradnjam, ki so

dostopne kar na spletu. Tako ohranja in vzdržuje ažurnost 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 načrta,

SEE Electrical V7R2 za risanje električnega načrta,

Microsoft Office Word 2013 za pisanje diplomskega dela (urejanje besedila),

Microsoft Windows 7 Enterprise x64 je osnova, na kateri so tekli vsi programi.


39

3 NAČRTOVANJE IN RAZVOJ PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA

3.1 Izhodišče 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 pričujočega diplomskega dela je celotno

krmiljenje izvedel s krmilnikom proizvajalca OMRON in k temu krmilniku pripadajočim

Omronovim zaslonom, občutljivim 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 načrtoval in naredil komunikacijski vmesnik

(podpoglavje 2.27) in tri vmesne električne (komunikacijske) vodnike (podpoglavje 2.28), ki

služijo za priključitev komunikacijskega vmesnika na večpolni razdelilec na vsaki postaji.

Iz tega razloga, kot že omenjeno v drugem poglavju, ne bom podajali podrobnih opisov

izdelave in načrtov 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 času trajanja obvezne študijske prakse, ki je bila opravljena v podjetju Gorenje, d. d.,

poslovna enota MEKOM Rogatec, sem imel občasno 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 možnosti fizičnega priklopa v krmilje in učenja programiranja

na tej opremi, kar je predstavljalo prvo oviro. Druga ovira, ki je preprečevala dostop, je bila

takrat še neizkušenost v programiranju tovrstnih krmilnikov oz. tako kompleksnim

procesom. V primeru, da bi povzročil izpad krmilja v krmilni omari in posledično proizvodnje,

bi to pomenilo velike izgube za podjetje, česar pa si z ekonomskega vidika nihče ne želi in

ne more privoščiti. Tako je takrat ostala samo želja po učenju programiranja in preizkušanju

tovrstne, zgoraj omenjene opreme.


40

V okviru opravljanja službenih obveznosti pri delodajalcu je omogočen dostop do

prostorov, v katerih se izvajajo laboratorijske vaje za študente Višje strokovne šole Ptuj.

Tako imamo na vpogled razno tehnično 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

čakale na sestavo in pripravo v učne 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 zadolženih za to opremo dobili

dovoljenje za uporabo pri izdelavi pričujočega diplomskega dela. Izdelana in pripravljena

naloga bo namreč primerna za uporabo kot učilo pri izvajanju laboratorijskih vaj.

Po odobritvi za uporabo smo proučili 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 pnevmatičnega manipulatorja (naprave oz.

proizvodne linije) in zahteve za njegovo delovanje. Delovanje in namen naprave smo na

grobo omenili že 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

Pnevmatični manipulator je sestavljena iz treh manjših enot – mini MPS-postaj FESTO,

ki so med seboj povezane in tvorijo celoto ali proizvodno linijo. Na začetku linije imamo prvo

postajo, imenovano skladišče, na kateri se nahaja skladovni zalogovnik, v katerega

prihajajo po materialu različni obdelovanci (plastičen ali nekovinski PVC, kovinski Fe).

Obdelovanci so naloženi v sklad eden na drugega oz. navpično. 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 plastičen ali kovinski obdelovanec. Tako se plastični (PVC, nekovinski)

obdelovanci transportirajo na prvo, tj. levo odstavno drčo, kovinske pa pnevmatsko

prijemalo na tretji postaji s transportnega traku prestavi na drugo, tj. desno odstavno drčo.

Tako je sortiranje plastičnih in kovinskih obdelovancev končano.


41

3.5 Opis delovanja

S pritiskom na tipko Start in predhodno izpolnjenimi začetnimi pogoji se začne delovni

cikel. Ta poteka tako, da dvosmerni pnevmatski valj iz skladovnega zalogovnika na postaji

Skladišče potisne obdelovanec na začetek transportnega traku.

Optični senzor na začetku traku zazna prisotnost obdelovanca, s čimer sproži števec,

ki odšteva čas 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 zadrževalnikom, je nameščen induktivni senzor, ki zaznava

kovinske obdelovance. Če je obdelovanec plastičen, induktivni senzor ne zazna predmeta.

To za linijo po vneseni programski logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja

4 s spremeniti smer gibanja v levo za čas trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik

spusti in plastičen obdelovanec dovede do spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo

preusmerjevalnega profila, nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika,

preusmeri obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih oz. plastičnih

obdelovancev v ustrezen zalogovnik.

V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor le-tega zazna. Po času trajanja

4 s, ki ga določa časovnik, tega pa sproži optični senzor po zaporedni zaznavi drugega

obdelovanca, transportni trak doseže 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 drčo, namenjeno za spust

kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.


42

3.6 Zahtevane funkcije

Start Funkcijo Start zaženemo s pritiskom na tipko Start. Programski del

starta oz. zagona manipulatorja se izvede ob pogojih, ko so vsi aktuatorji v

začetnih položajih in izpolnjeni vsi ostali pogoji.

Stop Funkcijo Stop zaženemo s pritiskom na tipko Stop. Ustavi delovanje

manipulatorja, ko se trenutni cikel, ki se izvaja, izvede do konca. Ponovni

zagon je možen, ko so vsi aktuatorji uvlečeni in ponastavljena vsa stanja.

Ročno/Avtomatsko S to funkcijo lahko preklapljamo med režimom delovanja

manipulatorja med Ročno ali Avtomatsko. V ročnem režimu s tipko

Start sprožimo samo en cikel, tj. transport in sortiranje samo enega

obdelovanca. V režimu Avtomatsko pa se cikli sortiranja

obdelovancev vršijo neprekinjeno, vse dokler v skladovnem

zalogovniku na prvi postaji (skladišče) ne zmanjka obdelovancev.

Režim delovanja lahko preklapljamo kar med samim delovanjem

naprave.

Ponastavitev Izbira te funkcije je možna samo na zaslonu, občutljivem na dotik.

Uporabimo jo vedno, kadar želimo ponastaviti vsa stanja in zagnati

inicializacijo celotnega sistema. To je v primeru, ko napravo prvič

priključimo na napajalno omrežno 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 življenj.

3.7 Opis sestavnih sklopov manipulatorja

V tem podpoglavju so podrobneje predstavljeni osnovni sestavni sklopi pnevmatskega

manipulatorja. To so že večkrat omenjene mini MPS-postaje z nameščeno strojno opremo,

opisano v drugem poglavju. Za razumevanje delovanja je pomembno, da natančno vemo,

kje se katera komponenta nahaja (slika 3.1) [8].


43

Slika 3.1: Osnovni sklopi pnevmatičnega manipulatorja.

Sklopi (postaje) od leve proti desni so:

Skladišče,

Transportni trak,

Prekladna postaja.

3.8 Skladišče

Pomembne komponente skladišča (slika 3.2) [1] so:

skladovni zalogovnik,

dvosmerni pnevmatski valj s prigrajenima dušilnima elementoma s

protipovratnim ventilom,

ventilski otok s potnim ventilom za krmiljene dvosmernega valja,

magnetni (reedov) senzor za zaznavanje končnega – iztegnjenega položaja

dvosmernega valja.


44

Slika 3.2: Komponente postaje Skladišče.

Delovanje postaje Skladišče:

Skladovni zalogovnik prejme 6 po materialu različnih obdelovancev (PVC, Fe), ki so v

zalogovniku postavljeni eden na drugega v poljubnem vrstnem redu. Dvosmerni pnevmatski

valj, ki služi kot podajalec, podaja obdelovance iz zalogovnika na naslednjo postajo

(Transportni trak) tako, da izpodrine najnižje ležeči obdelovanec. Izpodrivanje

obdelovancev zaradi izvedbe kovinske konstrukcije skladovnega zalogovnika poteka

posamično, 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 služi za zaznavanje

končnega – iztegnjenega položaja podajalnega valja, ki ob zaznavi krmilniku pošlje signal.

Opomba:

Na sliki 3.2 je zraven valja za podajanja obdelovancev nameščen še eden enosmerni

pnevmatski valj. Ta valj za izvedbo krmilja v tem diplomskem delu ni nameščen in ne


45

uporabljen. Razlog prikaza na sliki je dokumentacija mini MPS-postaj, ki predstavlja vir že

narejene slike in prikazuje možnost razširitve postaje Skladišče.

3.9 Transportni trak

Pomembne komponente transportnega traku (slika 3.3) [1] so:

enosmerni električni motor (DC-motor),

optični senzor,

induktivni senzor,

transportni trak,

zadrževalnik – preusmerjevalnik,

odstavna drča za plastične obdelovance.

Slika 3.3: Komponente postaje Transportni trak.


46

Delovanje postaje Transportni trak:

Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladišče prispe na transportni trak, prisotnost

le tega na začetku traku zazna optični senzor, ki starta števec za odštevanje časa 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 zadrževalnikom, je nameščen induktivni senzor, ki zaznava kovinske obdelovance. V

kolikor je obdelovanec plastičen, induktivni senzor ne zazna predmeta. Izpolnjeni so pogoji

za zagon podprograma za sortiranje plastičnih obdelovancev. To za linijo po vneseni

programski logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja 4 s spremeniti smer

gibanja v levo za čas trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik spusti in plastičen

obdelovanec se dovede do spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo kovinskega

preusmerjevalnega profila, nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika, potisne

oz. preusmeri obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih oz.

plastičnih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.

Opomba:

Na sliki 3.3 je induktivni senzor nameščen na drugi – nasprotni strani traku, kot je

realizirano v pričujočem delu. Dejansko se nahaja na nasprotni strani neposredno pred

zadrževalnikom. Razlog prikaza nameščenega senzorja na drugi strani je dokumentacija

mini MPS-postaj, ki predstavlja vir že narejene slike in prikazuje možnost druge postavitve

senzorja. Postavitev, prikazana na sliki, ne vpliva na opis delovanja transportnega traku v

tem diplomskem delu.

3.10 Prekladna postaja

Pomembne komponente skladišča (slika 3.4) [1] so:

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 položajev dvosmernih valjev,

odstavna drča za plastične obdelovance.


47

Slika 3.4: Komponente postaje Prekladna postaja.

Delovanje postaje Prekladna postaja:

V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor na transportnem traku le-tega

zazna. Po času trajanja 4 s, ki ga določa časovnik, tega pa sproži optični senzor po

zaporedni zaznavi drugega obdelovanca, transportni trak doseže 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 območje Prekladne postaje nad drsno drčo. Valj za vertikalni pomik

se iztegne oz. spusti in s tem tudi prijemalo z obdelovancem. Prijemalo odloži obdelovanec

na odstavno drčo, namenjeno za spust kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.


48

3.11 Opis delovanja manipulatorja z vidika krmilnih signalov

V tem podpoglavju je podan kratek pregled delovanja pnevmatičnega manipulatorja z

vidika krmilnih signalov.

Po priključitvi pnevmatičnega manipulatorja na omrežno napajalno napetost, pritisku na

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 priključkov 14 aktivira

pnevmatski delovni valj 1A1 – podajalni valj potisne obdelovanec iz

skladovnega zalogovnika s skladišča na transportni trak.

Optični senzor 2B1 na začetku transportnega traku obdelovanec zazna in na

vhod krmilnika I0.1 pošlje signal. Krmilnik na izhodu Q0.3 da signal, ki starta

elektro motorček in s tem transportni trak v desno za čas trajanja 4 s.

Če induktivni senzor 2B2 v tem času na traku ne zazna kovinskega

obdelovanca, se traku po 4 s spremeni smer gibanja v levo za čas trajanja 1,7

s; zadrževalnik se spusti in preusmeri plastičen obdelovanec na odstavno drčo

za plastične 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 položaj 2A1 se zazna z magnetnim (reedovim) senzorjem 3B1, ki na

vhod krmilnika I0.4 pošlje signal.

Posledično krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki

ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 in posledično prijemalo vertikalno spusti.

Spuščen položaj 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 povzroči 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 uvleče.

Uvlečeno prijemalo zazna magnetni senzor 3B2, ki krmilniku na vhod I0.3 pošlje

signal.

Posledično krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki

ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 ter posledično prijemalo vertikalno spusti

nad odstavno drčo za kovinske obdelovance.

Spuščen položaj 2A2 zazna magnetni senzor 3B3, ki na vhod krmilnika I0.5

pošlje signal.

Posledično krmilnik na izhodu Q1.1 odvzame na tuljavici 3Y5 ventila 2V3 signal,

ki ventil v prijemalu preklopi v 12, kar povzroči spust kovinskega obdelovanca

na odstavno drčo 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 razvrščanja oz. ločevanja plastičnih in kovinskih obdelovancev

končan. Dokler so v skladišču v skladovnem zalogovniku prisotni obdelovanci, tako dolgo

poteka avtomatiziran proces razvrščanja. Ta se samodejno prekine, ko podajalni valj 1A1

dvakrat izvede gib podajanja, optični senzor pa na traku ne zazna obdelovanca. V tem

primeru se manipulator samodejno ustavi. Za ponoven zagon moramo ponastaviti krmilnik.

To storimo na ta način, da pritisnemo tipko Start ali pa na zaslonu, občutljivem na dotik

pritisnemo tipko Ponastavitev. Režim delovanja manipulatorja Ročno/Avtomatsko je možno

spreminjati tudi med samim delovanjem manipulatorja.

3.12 Načrti

Za risanje pnevmatskih načrtov smo uporabili programsko orodje Eplan Education, za

risanje električnih načrtov pa programsko orodje SEE Electrical. Vsi načrti so narisani po

standardih in vsebujejo oznake elementov, ki izražajo dejansko stanje oz. lokacijo elementa

na napravi sami.

Vsi načrti so podani v prilogah (Priloga A, Priloga B).


50

3.13 Načrtovanje programskega krmilja

Najprej smo pregledali vso strojno opremo in s tem dobili splošno oceno, kaj nam

oprema omogoča. Nato smo narisali blokovno shemo, ki nam je vključno s krmiljem in z

zaslonom na dotik ponazarjala celotno sestavo. Sledila je proučitev 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 logično poimenovali. Sledilo je risanje grobe sheme poteka, iz

katere je že razvidna medsebojna odvisnost vhodih in izhodnih signalov. Ko je shema bila

končana, 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 (Skladišče), smo

predhodni postaji dodali postajo za transportiranje obdelovancev (Transportni trak) in se

lotili dopolnjevanja programa za delovanje obeh združenih postaj. Seveda smo v program

določene postaje, predvsem predhodne, morali vključiti pogoje dodane postaje, ki

medsebojno vplivajo na delovanje obeh. Nato smo dodali še zadnjo, tretjo postajo

(Prekladna postaja), ki služi prekladanju kovinskih obdelovancev na odstavno drčo. V že

napisan program smo vključili še pogoje tretje postaje in program dopolnili tako, da je

delovanje vseh treh združenih postaj skupaj delovalo kot ena samostojna enota, ki ji rečemo

pnevmatični manipulator. Po uspešno izvedenem programu z delujočima osnovnima

funkcijama tipk Start in Stop smo vnesli še možnost izbire režima delovanja

Ročno/Avtomatsko. Med pisanjem programa smo vnesene spremembe sproti preizkušali

na pnevmatskem manipulatorju in naredili potrebne popravke. Nazadnje smo dodali še

možnost nadzora in kontrole s pomočjo zaslona, občutljivega na dotik. Ta možnost najprej

ni bila v načrtu. Ideja o vključitvi zaslona se je porajala pozneje, ko je delovanje

manipulatorja s potrebnimi funkcijami bilo že končano.

Programirali smo v že omenjenem programskem okolju SIEMENS TIA Portal. Način

programiranja pa je bil lestvični diagram, saj je pisanje programa v tej obliki najpreglednejše

in tudi odkrivanje napak vzame manj časa.


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.

Priključek

krmilnik

Opis Funkcija Oznaka

1. I0.0 Digitalni

vhod Podajalec obdelovanca izvlečen 1B1

2. I0.1 Digitalni

vhod

Obdelovanec zaznan z optičnim

senzorjem 2B1

3. I0.2 Digitalni

vhod

Obdelovanec zaznan z

induktivni senzorjem 2B2

4. I0.3 Digitalni

vhod

Horizontalni položaj prijemala

uvlečen 3B2

5. I0.4 Digitalni

vhod

Horizontalni položaj prijemala

izvlečen 3B1

6. I0.5 Digitalni

vhod

Vertikalni položaj

prijemala izvlečen 3B3

7. I0.6 Digitalni

vhod

Vertikalni položaj

prijemala uvlečen 3B4

8. I0.7 Digitalni

vhod Ročni režim delovanja S3

9. I1.0 Digitalni

vhod Start S1

10. I1.1 Digitalni

vhod Stop S2

11. I1.2 Digitalni

vhod REZERVA /

12. I1.3 Digitalni

vhod REZERVA /

13. I1.4 Digitalni

vhod REZERVA /

14. I1.5 Digitalni

vhod REZERVA /

Tabela 3.2: Izhodi krmilnika S7-1200

Zap.

št.

Priključek

krmilnik

Opis Funkcija Oznaka

1. Q0.0 Digitalni

izhod Uvleci podajalec 1Y2


52

2. Q0.1 Digitalni

izhod Izvleci podajalec 1Y1

3. Q0.2 Digitalni

izhod Motor levo K2

4. Q0.3 Digitalni

izhod Motor desno K1

5. Q0.4 Digitalni

izhod Dvig zadrževalnika K3

6. Q0.5 Digitalni

izhod Uvleci horizontalni položaj 3Y2

7. Q0.6 Digitalni

izhod Izvleci horizontalni položaj 3Y1

8. Q0.7 Digitalni

izhod Uvleci vertikalni položaj 3Y4

9. Q1.0 Digitalni

izhod Izvleci vertikalni položaj 3Y3

10. Q1.1 Digitalni

izhod Stisni klešča prijemala 3Y5

Uporabljeni programski bloki v TIA Portalu

Pri pisanju programa krmilja, smo se v programskem okolju TIA posluževali

naslednjih blokov [26]:

Organizacijski blok Main [OB1]

OB1 je glavni organizacijski blok, v katerem se izvaja programski cikel (program cycle),

če 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 nižjo prioriteto. Najnižjo prioriteto ima glavni programski

cikel, najvišjo pa časovno prekinitveni.

Funkcijski bloki [FB]

Funkcijski bloki so bloki, ki svoje parametre shranijo v podatkovne bloke (DB) tudi po

tem, ko se proces v njih več ne odvija. Funkcijske bloke lahko kličemo iz organizacijskih

blokov ali drugih funkcijskih blokov ter iz različnih mest programa.


53

Funkcije [FC]

Funkcije so programski bloki, ki nimajo spomina, zato se podatki po izvedeni funkciji

zbrišejo. Če hočemo podatke shraniti, jih lahko shranimo v podatkovne bloke. Funkcije

lahko kličemo iz organizacijskih ali funkcijskih blokov.

3.14 Opis delovanja programa krmilja

To podpoglavje opisuje program krmiljenja s stališča blokov, uporabljenih pri pisanju

programa. Deloma je razviden tudi program v lestvični obliki. Zaradi svoje preobsežnosti je

program v celoti podan kot priloga k diplomskemu delu.

Izvajanje inicializacije manipulatorja (slika 3.5)

V OB1 program čaka 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, občutljivem

na dotik. S tem aktiviramo začetek inicializacije oz. postavitev pnevmatskih valjev v začetne

definirane položaje. Ob vseh izvršenih komandah in inicializiranih položajih se postavi bit

oz. merker Init_end. S tem je proces inicializacije končan.

Slika 3.5: Inicializacija manipulatorja.


54

Ko se konča inicializacija, se začne izvajanje podprograma Run [FB1]. Vendar program

še vedno čaka na ponovni pritisk tipke Start za zagon začetka 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 optični senzor 2B1 in izvlečen

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 čas trajanja

1700 ms in prišteje dodaten čas (čas vrtenja v levo) obdelovancu za njim.

Podprogram Sort_Fe [FB3] ima nalogo krmiljenja pnevmatskega prijemala za sortiranje

kovinskih obdelovancev na odstavno drčo. To pomeni ukaze: horizontalni pomik prijemala,

vertikalni pomik prijemala ter stisk klešč oz. prijem obdelovanca.

*Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladišče prispe na transportni trak, prisotnost

le-tega na začetku traku zazna optični senzor (vhod CS), ki starta časovnik 1

(IEC_Timer_0_DB_0) za odštevanje časa 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 optični

senzor, starta časovnik 2 (IEC_Timer_0_DB_1) prav tako z odštevalnim časom 4 s. Na

polovici transportnega traku neposredno pred zadrževalnikom je nameščen induktivni

senzor (vhod OK), ki zaznava kovinske obdelovance. Če je obdelovanec plastičen,

induktivni senzor ne zazna predmeta in izpolnjeni so pogoji za zagon podprograma za

sortiranje plastičnih obdelovancev (Sort_PVC [FB2]). To za linijo po vneseni programski

logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja 4 s spremeniti smer gibanja v levo

za čas trajanja 1,7 s (slika 3.6).


55

Slika 3.6: Sortiranje plastičnih obdelovancev.

Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik spusti in plastičen obdelovanec se dovede do

spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo kovinskega preusmerjevalnega profila,

nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika, potisne oz. preusmeri

obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih (plastičnih) obdelovancev

v ustrezen zalogovnik. Istočasno pa se naslednjemu obdelovancu prišteje v časovniku

premik v levo v trajanju 1700 ms.

V primeru, da induktivni senzor zazna kovinski obdelovanec (slika 3.7), se zažene

podprogram za sortiranje kovinskih obdelovancev (Sort_Fe [FB3]). To za linijo po vneseni

programski logiki pomeni, da se mora trak po času trajanja 4 s ustaviti. Prijemalo kovinski

obdelovanec prime in ga preloži na odstavno drčo za kovinske obdelovance.


56

Slika 3.7: Sortiranje železnih obdelovancev.

Več informacij o podrobnejšem delovanju programa najdemo v prilogi 6.3.

3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja

Pred načrtovanjem krmilja smo si zastavili vrstni red ali zaporedja dejanj, po katerem

se bo proces oz. sortiranje obdelovancev izvajalo.

Zaporedje dejanj je sledeče:

1. Podajanje – izpodrivanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika prve postaje

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.


57

4. Zaznan plastičen obdelovanec:

ustavi trak in spremeni smer gibanja traku v levo, spusti zadrževalnik in preusmeri

obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno plastičnim obdelovancem.

5. Zaznan kovinski obdelovanec:

ustavi trak in s pnevmatskim prijemalom preloži obdelovanec na odstavno drčo,

namenjeno kovinskim obdelovancem.

6. Ob praznem skladovnem zalogovniku ustavi manipulator po dveh "praznih

podajanjih" obdelovanca.

3.16 Začetni pogoji in pomanjkljivosti manipulatorja

Ob prvem ali ponovnem vklopu pnevmatičnega manipulatorja morajo biti za delovanje

izvedeni naslednji začetni pogoji:

uspešno izvedena inicializacija,

pritisk na tipko Start,

režim delovanja preklopljen v Ročno/Avtomatsko.

Na začetku programiranja prve postaje (Skladišče) smo opazili pomanjkljivost oz.

pomanjkanje enega dela strojne opreme. Ta je bila, da je imel dvosmerni pnevmatski valj

za podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika nameščen samo en magnetni

(reedov) senzor za zaznavanje končnega položaja batnice valja v iztegnjenem položaju. Pri

pisanju programa torej nismo imeli podatka, kdaj je batnica valja dejansko uvlečena. Ta

podatek bi lahko dobili na podlagi dodatnega nameščenega magnetnega senzorja na

omenjenem valju, in sicer na strani uvlečenega bata. V tem primeru bi signal senzorja za

zaznavanje uvlečenega stanja podajalnega valja uporabili pri inicializaciji krmilja. Ta

problem smo rešili tako, da krmilje ob vklopu naprave za zelo kratek čas pošlje posredno

po pnevmatskih potnih ventilih na ustrezen priključek aktuatorjev pnevmatski signal, ki vse

aktuatorje uvleče. S tem smo zagotovili, da so vsi valji v začetnih stanjih.

Na drugi postaji (Transportni trak) smo za potrebe spreminjanja smeri vrtenja traku

uporabili časovnik, ki je v primeru prisotnosti plastičnega obdelovanca na traku po 4 s

spremenil smer vrtenja enosmernega pogonskega motorčka in posledično traku za čas 1,7

s v levo. Namesto časovnika bi lahko na skrajnem desnem koncu traku za zaznavanje

položaj obdelovancev skrajno desno uporabili optični 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, če na traku pride do nehotenega zdrsevanja


58

med obdelovancem in površino traku ter morebitne ovire, ki bi obdelovanec zadržala ali

upočasnila njegovo gibanje po traku. Gibanje mora biti točno in usklajeno, saj je vezano na

čas trajanja 4 s transporta v desno in 1,7 s v levo. Ob kakršni koli spremembi položaja

obdelovanca na traku – po zaznavi z optičnim in induktivnim senzorjem – premiki traku in

pnevmatskega prijemala ne bi več 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 nameščena na pnevmatskem prijemalu. Služila bi za

zaznavanje končnih položajev klešč prijemala in s tem povečala zanesljivost delovanja

manipulatorja. Trenutno je aktiviranje in deaktiviranje klešč prijemala izvedeno na osnovi

zaznanih stanj in položajev pnevmatskih valjev.

3.17 Zaslon, občutljiv na dotik

Ideja o uporabi zaslona, občutljivega na dotik, je nastala tekom izvajanja avtomatizacije

pnevmatičnega manipulatorja in sprva ni bila predvidena. Vzrok za dodatni del te strojne

opreme je bila želja po kontroli manipulatorja, tj. ne samo s pomočjo fizičnih tipk Start, Stop

in Ročno/Avtomatsko, pač pa tudi posredno preko zaslona, občutljivega na dotik, ki

omogoča interaktivnost med uporabnikom in napravo tudi z oddaljenega mesta (npr. iz

komandne sobe, v kateri je nameščen zaslon). Tako smo v sistem vključili zaslon SIEMENS

KTP600 Basic color PN, ki je sicer, kot že ime pove, osnovni model, a za naše potrebe

vodenja manipulatorja več kot dovolj zadošča.

Kot smo omenili, zaslon sprva ob snovanju krmilja ni bil predviden, zato se tudi ne bomo

osredotočali na delo z njim. V diplomsko delo smo ga vključili zgolj iz eksperimentalnih

razlogov. Predstavljene bodo samo slike zaslonov (screenov) ter funkcije za kontrolo

manipulatorja, ki smo jih z uporabo zaslona omogočili. Za programiranje zaslona je bilo prav

tako uporabljeno programsko orodje TIA Portal, katerega predstavitev sledi v naslednjem

podpoglavju.

Zaslon, občutljiv na dotik, omogoča 4 različne poglede:

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 Pnevmatični manipulator omogoča 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 že od prej. Torej gumb Start služi za start oz. zagon manipulatorja;

gumb Stop služi za ustavitev; gumb Ponastavitev pa za "reset" oz. ponastavitev, tj. ponovno

inicializacijo manipulatorja, ki jo moramo uporabiti, kadar v skladovnem zalogovniku na

postaji Skladišče zmanjka obdelovancev. Prikazuje pa nam tudi število obdelovancev na

transportnem traku in skupno število vseh obdelovancev.


60

Slika 3.9: Zaslon na dotik – meni transport.

Meni statistika (slika3.10) nam prikazuje statistiko manipulatorja z naslednjimi podatki:

skupno število plastičnih obdelovancev,

skupno število kovinskih obdelovancev,

gumb za ponastavitev vseh števcev v programu krmilnika,

gumb za ponastavitev (reset) krmilnika.


61

Slika 3.10: Zaslon na dotik – meni statistika.

Meni graf (slika 3.11) nam grafično prikazuje število vseh plastičnih in kovinskih

obdelovancev, ki so bili dostavljeni na trak in sortirani v ustrezen zalogovnik.


62

Slika 3.11: Zaslon na dotik – meni graf.

Težave pri realizaciji avtomatizacije pnevmatičnega manipulatorja

Težave s krmilnikom SIEMENS S7-1200

Ko smo krmilnik prvič priklopili na osebni računalnik 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 že uporabljal in mu

spremenil že vnaprej industrijsko nastavljen IP-naslov na drugo vrednost. Na podlagi IP-

naslova se vrši komunikacija med računalnikom (instalirano programsko opremo TIA Portal)

in krmilnikom. Ker je bil IP-naslov v krmilniku napačen, tudi povezava z njim ni delovala. Ta

naslov je sicer podan v navodilih krmilnika, ki pa ob vnosu ni odpravila težav. Povezavo

smo poskusili vzpostaviti tudi po metodi poizkušanj, a nam ni uspelo.

Rešitev smo našli tako, da smo o omenjeni težavi pobrskali po spletu na raznih

forumih. Odgovor je bil, da je ob tovrstni težavi kriv vnesen napačen IP-naslov krmilnika oz.

ni enak privzetim industrijskim vrednostim, ki se v krmilnike vpiše ob njihovi izdelavi in prvi

konfiguraciji. Naveden je bil spletni naslov, ki nas je usmeril na spletno stran proizvajalca

opreme Siemens. S SIEMENS-ove spletne strani smo sneli programsko orodje, s katerim

smo ponastavili stanje krmilnika na privzete industrijske vrednosti in nato iz navodil


63

krmilnika razbrali pravilen, industrijsko določen oz. privzeti IP-naslov, ki je bil 192.168.0.1.

Po vnosu tega naslova v programsko okolje TIA je komunikacija nemudoma stekla.

Težave z zaslonom, občutljivim na dotik KTP600 Basic color PN

V TIA Portalu sta na seznamu razpoložljive strojne opreme za zaslon KTP600 Basic

na izbiro dve programski različici, verzija 11 in verzija 12. Težavo je predstavljala informacija

o tem, katera verzija programske opreme (Firmware) je nameščena na omenjenem

zaslonu. Ta podatek na zaslonu samem ni podan.

Rešitev je bila, da smo na zaslonu morali po navedenem vrstnem redu priti v

naslednje menije:

Shutdown,

Control Panel,

OP,

Zavihek Device,

nato se na zaslonu prikaže verzija programske opreme zaslona v obliki: Image

v11.xxx.

3.18 Predlagane izboljšave

Zavedamo se, da izvedena avtomatizacija manipulatorja še zdaleč ni najboljša ali

popolna. Izvedena je v zmožnostih, ki nam jih je omogočala razpoložljiva strojna oprema.

Zato v tem podpoglavju navajamo pomanjkljivosti oz. predlagamo izboljšave, ki smo jih

opazili in ki bi vplivale na stabilnejše, zanesljivejše delovanje pnevmatičnega manipulatorja.

Predlagane izboljšave so:

Postaja Skladišče, na kateri je treba namestiti dodatni magnetni senzor na

podajalni valj za zaznavo uvlečenega stanja batnice. Trenutno je nameščen samo

senzor za zaznavo izvlečenega stanja.

Postaja Skladišče, na kateri bi bilo treba namestiti dodatni optični senzor v

skladovni zalogovnik za zaznavanje prisotnosti obdelovancev v zalogovniku.

Postaja Transportni trak, na kateri je treba namestiti dodatni optični senzor na

koncu transportnega traku oz. njegovi skrajni desni poziciji, s čimer bi zaznavali

prisotnost obdelovancev.


64

Postaja Transportni trak, pri kateri je v trenutni izvedbi programa zadrževalnik ves

čas dvignjen. To pomeni, da skozi električno navitje zadrževalnika ves čas teče

električni tok, ki segreva navitje, kar bi lahko pripeljalo do okvare zadrževalnika.

Tudi električna obremenitev enosmernega napajalnika je posledično večja.

Postaja Transportni trak, na kateri je treba namestiti centrirni profil na koncu

transportnega traku (včasih obdelovanec ne zavzame točne pozicije na traku, kar

lahko privede do poškodbe pnevmatskega prijemala, ki bi lahko zadelo v

obdelovanec).

Stabilnejša spojitev postaj, pri čemer bi se trenutni spojni elementi, ki povezujejo

posamezne postaje, ob pogostejši ter predvsem dolgotrajnejši uporabi obrabili ali

poškodovali. To bi privedlo do razklopitve postaj in nedelovanje manipulatorja ali

poškodbe nekaterih elementov.

V programu krmilja je treba dodelati funkcijo Stop tipke, V trenutni izvedbi

programa tipka Stop namreč ustavi napravo šele, ko se konča cikel, ki se trenutno

ob pritisku tipke izvaja. Izboljšava bi bila, če bi se naprava ob pritisku na tipko Stop

nemudoma ustavila, sicer pa ima v trenutni izvedbi to funkcijo varnostno stikalo

Izklop v sili.

Tipka Ponastavitev je dosegljiva samo na zaslonu, občutljivem na dotik. Izboljšava

bi bila, če bi v krmilje dodali eno fizično oz. električno tipko Ponastavitev,

nameščeno ob tipkah Start, Stop in Ročno/Avtomatsko.

Z vidika varnosti, je na pnevmatični manipulator potrebno namestiti svetlobno

zaveso, ki ob morebitnem posegu v območje delovanja manipulatorja izklopi

celotni sistem.


65

4 ZAKLJUČEK

Kot že omenjeno, je povod za tematiko tega diplomskega dela bilo opravljanje obvezne

študijske prakse v podjetju Gorenje, d. d., ter pozneje v okviru zaposlitve omogočen dostop

do opreme same. V diplomskem delu smo predstavili svoj postopek avtomatizacije

miniproizvodne linije, imenovane pnevmatični manipulator. Z realizacijo zadanega

problema smo dosegli cilj, ki smo si ga zadali na začetku. Spoznali smo opremo

proizvajalcev SIEMENS in FESTO, ki je namenjena zlasti avtomatizaciji industrijskih naprav

in postrojev.

Diplomsko delo pokriva področje avtomatike in mehatronike, ki je v svetu zelo

razširjeno. Tako obravnava področje krmiljenja splošno uporabnih pnevmatičnih in

električnih aktuatorjev ter daje predstavo o poteku avtomatizacije realnega proizvodnega

procesa ali naprave.

Po naši oceni je uporabljena oprema zelo primerna za uporabo v izobraževalnem

procesu v učne namene. V svetu je namreč zelo razširjena, nudi dobro tehnično podporo

in drži korak z vodilnimi proizvajalci tovrstne opreme na svetu. Dijakom in študentom ŠC

Ptuj bo oprema opisana v tej nalogi omogočala izvajanje laboratorijskih vaj,

eksperimentiranje z opremo in spoznavanje industrijskih komponent med samim

delovanjem. Omogočena jim bo tudi možnost strojne in programske nadgradnje ter

realizacija avtomatizacije po lastnih idejah.

Naša želja je, da bi to diplomsko delo predstavljalo vzpodbudo dijakom in študentom

za večje zanimanje in udejstvovanje na tem področju. Tako upamo in si želimo, da bi se

študentje v okviru zaključevanja študija na VSŠ Ptuj, na podlagi že pripravljene

dokumentacije v tej nalogi, odločali za izvajanje zaključnega diplomskega dela na tej

opremi.

Na začetku se je diplomsko delo zdelo enostavnejše, a se je čez čas pokazalo, da je

glede na predvidevanja veliko kompleksnejše in obsežnejše. Kljub nekaterim težavam, na

katere smo naleteli med delom, smo ugotovili, da je bila odločitev za delo z omenjeno

opremo koristna. Pridobili smo mnogo novega znanja, zlasti pa dragocenih izkušenj, ki nam

bodo v prihodnje še kako koristile.


66

5 VIRI

[1] FESTO. MecLab Teachware Version 1.1. Festo Didactic GmbH & Co. KG, 2009.

Dokumentacija MPS-postaj na zgoščenki.

[2] Wikipedija. Kompresor. Dostopno na:

https://sl.wikipedia.org/wiki/Kompresor [11. 8. 2016].

[3] MGF Compressors S.r.l. Dental unit compressor. Dostopno na:

http://www.bpress.cn/im/tag/MGF-Compressors-Srl/page/4/ [11. 8. 2016].

[4] Brečko, B., Laboratorij za mehatroniko na VSŠ Ptuj. Ptuj: Višja strokovna šola

Ptuj, 2007.

[5] Harb, R., Brečko, B. Bionski sistemi. Višja strokovna šola Ptuj, 2012.

[6] SIEMENS. PM 1207 Betriebsanleitung. Dostopno na: www.eandm.com

[11. 8. 2016].

[7] Dostopno na: http://docs-

europe.electrocomponents.com/webdocs/117f/0900766b8117fb77.pdf

[11. 8. 2016].

[8] Pivec, L., Avtomatizacija in nadzor proizvodne linije. Višja strokovna šola Ptuj,

2011.

[9] Dostopno na:

http://www.conrad.com/medias/global/ce/5000_5999/5100/5130/5130/5130

85_LB_00_FB.EPS_1000.jpg [11. 8. 2016].

[10] Dostopno na:

http://www.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1900/1970/1973/1973

81_RB_00_FB.EPS_1000.jpg [11. 8. 2016].

[11] Dostopno na: http://emt-systems.pl/images/s7-

1200_6_modules_10001.jpg [11. 8. 2016].

[12] Dostopno na:

http://www.nes.sk/documents/product/original/733/katalog_6ES7214_1AG3

1_0XB0.pdf [11. 8. 2016].

[13] Dostopno na:

http://www.siemens.fi/pool/products/industry/iadt_is/tuotteet/automaatiotekn

iikka/ohjelmoitavat_logiikat/s7_1200/simatic_s7-1200_broshure.pdf

[11. 8. 2016].

https://sl.wikipedia.org/wiki/Kompresor

http://www.bpress.cn/im/tag/MGF-Compressors-Srl/page/4/

http://www.eandm.com/

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/117f/0900766b8117fb77.pdf

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/117f/0900766b8117fb77.pdf

http://www.conrad.com/medias/global/ce/5000_5999/5100/5130/5130/513085_LB_00_FB.EPS_1000.jpg

http://www.conrad.com/medias/global/ce/5000_5999/5100/5130/5130/513085_LB_00_FB.EPS_1000.jpg

http://www.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1900/1970/1973/197381_RB_00_FB.EPS_1000.jpg

http://www.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1900/1970/1973/197381_RB_00_FB.EPS_1000.jpg

http://emt-systems.pl/images/s7-1200_6_modules_10001.jpg

http://emt-systems.pl/images/s7-1200_6_modules_10001.jpg

http://www.nes.sk/documents/product/original/733/katalog_6ES7214_1AG31_0XB0.pdf

http://www.nes.sk/documents/product/original/733/katalog_6ES7214_1AG31_0XB0.pdf

http://www.siemens.fi/pool/products/industry/iadt_is/tuotteet/automaatiotekniikka/ohjelmoitavat_logiikat/s7_1200/simatic_s7-1200_broshure.pdf

http://www.siemens.fi/pool/products/industry/iadt_is/tuotteet/automaatiotekniikka/ohjelmoitavat_logiikat/s7_1200/simatic_s7-1200_broshure.pdf


67

[14] Dostopno na:

https://www.sahkonumerot.fi/2702074/doc/technicalinfodoc/ [11. 8. 2016].

[15] Dostopno na:

http://media.automation24.com/Artikelbilder/Shop800px/101656_3.jpg

[11. 8. 2016].

[16] Dostopno na:

http://www.ikhds.com/media/catalog/product/cache/2/thumbnail/800x/9df78

eab33525d08d6e5fb8d27136e95/c/s/csm_1277_montage.jpg [11. 8. 2016].

[17] Dostopno na:

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/34/JPG/G_ST70_XX_006

09j.JPG [11. 8. 2016].

[18] Dostopno na:

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/33/JPG/G_IK10_EN_102

71j.JPG [11. 8. 2016].

[19] Dostopno na: http://docs-

europe.electrocomponents.com/webdocs/0dba/0900766b80dbaa93.pdf

[11. 8. 2016].

[20] Dostopno na: http://www.conrad.com/ce/en/product/197884/Siemens-

6AV6647-0AD11-3AX0-SIMATIC-KTP600-HMI-Basic-Panel-Resolution-

320-x-240-pix-Interfaces-1-x-RS-485-1-x-RJ45-Eth [11. 8. 2016].

[21] Dostopno na: http://shop.softwerk.at/images/6AV6647-0AB11-

3AXx.jpg [11. 8. 2016].

[22] Dostopno na: https://encrypted-

tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRsJAi0SHnXQP1R0I85PXTifQBVCNHtO

kqxVobI7Vf4_WdyATQrXg [11. 8. 2016].

[23] Dostopno na: https://serverway.files.wordpress.com/2010/07/diploma-v29-

fin3c.pdf [11. 8. 2016].

[24] Dostopno na:

https://cache.industry.siemens.com/dl/files/313/36087313/att_74874/v1/BA_S7-

1200-CSM1277_0.pdf [11. 8. 2016].

[25] Dostopno na:

http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/najvecje/tipka_za_izklo

p_v_sili_idec_hw1x_bv401_r_CO706817.JPG [11. 8. 2016].

[26] Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=61896 [11. 8. 2016].

https://www.sahkonumerot.fi/2702074/doc/technicalinfodoc/

http://media.automation24.com/Artikelbilder/Shop800px/101656_3.jpg

http://www.ikhds.com/media/catalog/product/cache/2/thumbnail/800x/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/c/s/csm_1277_montage.jpg

http://www.ikhds.com/media/catalog/product/cache/2/thumbnail/800x/9df78eab33525d08d6e5fb8d27136e95/c/s/csm_1277_montage.jpg

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/34/JPG/G_ST70_XX_00609j.JPG

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/34/JPG/G_ST70_XX_00609j.JPG

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/33/JPG/G_IK10_EN_10271j.JPG

https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/33/JPG/G_IK10_EN_10271j.JPG

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0dba/0900766b80dbaa93.pdf

http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0dba/0900766b80dbaa93.pdf

http://www.conrad.com/ce/en/product/197884/Siemens-6AV6647-0AD11-3AX0-SIMATIC-KTP600-HMI-Basic-Panel-Resolution-320-x-240-pix-Interfaces-1-x-RS-485-1-x-RJ45-Eth



http://shop.softwerk.at/images/6AV6647-0AB11-3AXx.jpg

http://shop.softwerk.at/images/6AV6647-0AB11-3AXx.jpg

https://encrypted-tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRsJAi0SHnXQP1R0I85PXTifQBVCNHtOkqxVobI7Vf4_WdyATQrXg



https://serverway.files.wordpress.com/2010/07/diploma-v29-fin3c.pdf

https://serverway.files.wordpress.com/2010/07/diploma-v29-fin3c.pdf

https://cache.industry.siemens.com/dl/files/313/36087313/att_74874/v1/BA_S7-1200-CSM1277_0.pdf

https://cache.industry.siemens.com/dl/files/313/36087313/att_74874/v1/BA_S7-1200-CSM1277_0.pdf

http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/najvecje/tipka_za_izklop_v_sili_idec_hw1x_bv401_r_CO706817.JPG

http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/najvecje/tipka_za_izklop_v_sili_idec_hw1x_bv401_r_CO706817.JPG

https://dk.um.si/Dokument.php?id=61896


68

[27] Evropska knjižnica stroke. MEHATRONIKA 2. izdaja. Založba Pasadena,

2013.


69

6 PRILOGE

Priloge si sledijo po naslednjem vrstnem redu:

6.1 Priloga A – Pnevmatični načrt

6.2 Priloga B – Električni načrt

6.3 Priloga C – Program krmilja v lestvični obliki (LAD)

Download - AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA …

Top Related