Upload
vonhan
View
226
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Universitatea Politehnica Bucureşti
Facultatea de Automatică şi Calculatoare
Departamentul de Automatică şi Ingineria Sistemelor
LUCRARE DE LICENŢĂ
Automatizare unei masini de calcare
carcasa anvelopa(aplicare banda de rulare)
Absolvent
Purcaroiu Adrian
Coordonator
As. Dr. Inginer Bogdan-Adrian Hanchevici
Bucureşti, 2013
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
2
Cuprins
Lista de figuri...............................................................................................................3
Lista de simboluri.......................................................................................................27
Introducere..................................................................................................................29
Capitolul 1...................................................................................................................30
Automate programabile...........................................................................................30
1.1 Introducere in automatele programabile.........................................................30
1.2 Automate programabile Allen-Bradely Rockwell Automation.....................32
1.3 Conexiune PC-PLC...........................................................................................34
1.4 Limbajul GRAFCET.........................................................................................36
1.5 Limbajul LADDER DIAGRAM.......................................................................37
Capitolul 2...................................................................................................................39
Tipuri de actionari pneumatice si electrice . Elemente de feedback...................39
2.1 Echipamente pneumatice : control , comanda si reglaj................................39
2.1.1 2.1.1 Echipamente pentru reglarea si controlul puterii pneumatice....39
2.1.2 Motoare ca si sisteme de actionare . Cilindri pneumatici..................44
2.2 Echipamente electrice...........................................................................................47
2.2.1 Structura unei porniri de actionare .............................................................47
2.2.2 Echipamente de actionare: Convertizorul de frecventa........................48
2.2.3 Motorul de curent alternativ..............................................................49
2.2.4 Transformatorul...........................................................................50
2.2.5 Elemente de comanda...........................................................51
2.3 Elemente de feedback ..........................................................52
2.3.1 Senzori................................................................................52
2.3.2 Encodere...................................................................54
CAPITOLUL 3
Implementare masina unealta ..........................................55
3.1 Descriere functionalitate masina........................55
3.2 Componente necesare realizare masina unealta. Echipamente de intrare/iesire..56
3.3 Implementare schema Grafcet si soft ladder masina unealta................60
CAPITOLUL 4
4.1 Concluzii..........................................61
4.2 Bibliografie .....................................61
4.3 Anexe................................................62
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
3
Lista cu figuri
Figură 1 SLC 5/04 .............................................................................................................. 5
Figură 2 ..................................................................................................................................................... 5
Figură 3 ..................................................................................................................................................... 5
Figură 4 RSLogix 500 ......................................................................................................... 6
Figură 5 Structura unui automat programabil .................................................................. 6
Figură 6 CompactLogix ....................................................................................................... 7
Figură 7 ControlLogix ......................................................................................................... 7
Figură 8 Cablu coaxial ......................................................................................................... 7
Figură 9 Cablu DEviceNET ................................................................................................... 7
Figură 10 exemplu GRAFCET ................................................................................................ 8
Figură 11 Divergenta GRAFCET ............................................................................................. 8
Figură 12 Subansamblu distribuitor ..................................................................................... 8
Figură 13 Distribuitor cu supapa ......................................................................................... 9
Figură 14 Drosel FESTO ........................................................................................................ 9
Figură 15 Electrovalva FESTO .............................................................................................. 9
Figură 16 Supapa de sens .................................................................................................. 10
Figură 17 Supapa NI ........................................................................................................... 10
Figură 18 Comutator si sesizor de cursa ............................................................................. 10
Figură 19 Releu electromecanic ........................................................................................ 11
Figură 20 Presostat pneumatic FESTO ............................................................................... 11
Figură 21 Motor liniar FESTO ............................................................................................. 11
Figură 22 Sectiune pe motor cu palete............................................................................. 12
Figură 23 Cilindru pneumatic FESTO ................................................................................. 13
Figură 24 Releu magnetic .................................................................................................. 13
Figură 25 Codare binara ..................................................................................................... 14
Figură 26 Codare Gray ....................................................................................................... 14
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
4
Figură 27 Schema senzor inductiv .................................................................................... 14
Figură 28 Schema senzor capacitiv ................................................................................... 15
Figură 29 Senzor de proximitate....................................................................................... 15
Figură 30 Senzor optic de prezenta .................................................................................. 15
Figură 31 Disc encoder ..................................................................................................... 16
Figură 32 Encodere Allen Bradely ..................................................................................... 16
Figură 33 Siguranta fuzibila ............................................................................................... 16
Figură 34 Disjunctor ........................................................................................................... 16
Figură 35 Motor liniar cu carcasa fixa si piston mobil ....................................................... 17
Figură 36 Montare senzor pneumatic ............................................................................... 17
Figură 37 Montare senzor pneumatic ............................................................................... 18
Figură 38 Sistem de actionare pneumatic ......................................................................... 18
Figură 39 Motor de curent alternativ ................................................................................ 19
Figură 40 Sistem role calcare .............................................................................................. 20
Figură 41 Schema logica pentru realizare pozitie home RC ............................................... 21
Figură 42 Schema logica sistem calcare ............................................................................ 22
Figură 43 Role calcare .......................................................................................... ......23
Figură 44 Toba SHAPER.....................................................................................................23
Figură 45 Carcasa anvelopa cu banda de rulare aplicata..................................................23
Figură 46 Ansamblu de functionare..................................................................................24
Figură 47 Scheme pneumatice...........................................................................................25
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
5
Figură 1 SLC 5/04
Figură 2
Figură 3
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
6
Figură 4 RSLogix 500
Figură 5 Structura unui automat programabil
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
7
Figură 6 CompactLogix
Figură 7 ControlLogix
Figură 8 Cablu coaxial
Figură 9 Cablu DEviceNET
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
8
Figură 10 exemplu GRAFCET
Figură 11 Divergenta GRAFCET
Figură 12 Subansamblu distribuitor
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
9
Figură 13 Distribuitor cu supapa
Figură 14 Drosel FESTO
Figură 15 Electrovalva FESTO
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
10
Figură 16 Supapa de sens
Figură 17 Supapa NI
Figură 18 Comutator si sesizor de cursa
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
11
Figură 19 Releu electromecanic
Figură 20 Presostat pneumatic FESTO
Figură 21 Motor liniar FESTO
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
12
Cilindru cu franare reglabila la ambele capete si dubla actionare
Figură 22 Sectiune pe motor cu palete
1 2 3
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
13
Figură 23 Cilindru pneumatic FESTO
Figură 24 Releu magnetic
Sector Contact 1 Contact 2 Contact 3 Unghi
0 off off off 0° to 45°
1 off off ON 45° to 90°
2 off ON off 90° to 135°
3 off ON ON 135° to 180°
4 ON off off 180° to 225°
5 ON off ON 225° to 270°
6 ON ON off 270° to 315°
7 ON ON ON 315° to 360°
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
14
Figură 25 Codare binara
Sector Contact 1 Contact 2 Contact 3 Unghi
0 off off off 0° to 45°
1 off off ON 45° to 90°
2 off ON ON 90° to 135°
3 off ON off 135° to 180°
4 ON ON off 180° to 225°
5 ON ON ON 225° to 270°
6 ON off ON 270° to 315°
7 ON off off 315° to 360°
Figură 26 Codare Gray
Figură 27 Schema senzor inductiv
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
15
Figură 28 Schema senzor capacitiv
Figură 29 Senzor de proximitate
Figură 30 Senzor optic de prezenta
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
16
Figură 31 Disc encoder
Figură 32 Encodere Allen Bradely
Figură 33 Siguranta fuzibila
Figură 34 Disjunctor
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
17
Figură 35 Motor liniar cu carcasa fixa si piston mobil
Figură 36 Montare senzor pneumatic
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
18
Figură 37 Montare senzor pneumatic
Figură 38 Sistem de actionare pneumatic
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
19
Figură 39 Motor de curent alternativ
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
20
Figură 40 Sistem role calcare
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
21
Figură 41 Schema logica pentru realizare pozitie home RC
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
22
Figură 42 Schema logica sistem calcare
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
23
2
Figură 43 Role calcare 1
4
3 Figură 44 Toba SHAPER
5
6
Figură 45 Carcasa anvelopa cu banda de rulare KM aplicata
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
24
Figură 46 Ansamblu de functionare
7
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
25
U=24 V
Cilindru Distribuitor pneumatic 5/2 cu arc
Compresor aer
Figură 47 Scheme pneumatice
Regulator de presiune normal
Drosel
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
26
Figură 48 Configurare canal 0 pentru driverul DH+ al automatului
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
27
Lista simboluri
Distribuitor 3/2 Arbore rotatie Bobina
Cilindru cu doua tije Cilindru cu dublu efect Comanda manuala
Cu franare la ambele capete
Contact actionat cu releu termic Contact ND Contact NI
Contactor Convertor de semnal Dispozitiv de blocare
electro-pneumatic
Drosel nereglabil Drosel reglabil actionat Drosel reglabil
actionat manual actionat mecanic
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
28
Supapa de presiune reglabila Supapa de sens cu arc Supapa de sens fara arc
Motor asincron Motor oscilant Senzor de proximitate cu reflexie
cu rotorul bobina
Senzor de proximitate Senzor de proximitate Separator
Actionate cu magnet permanen cu magnet permanent
Sigurante fuzibile
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
29
INTRODUCERE
Controlul sistemelor automate este un domeniu ce s-a dezvoltat foarte mult pe plan
mondial in ultimul timp , majoritatea fabricilor , industriilor de productie , proceselor
industriale tinzand catre un grad din ce in ce mai ridicat de automatizare. Avand posibilitatea
sa lucrez un scurt timp in domeniul automatizarilor , mai precis cu controlere logice
programabile (PLC) in cadrul companiei SC Michelin SA , am ales ca si tema pentru acest
proiect automatizarea unei masini ce participa la una din etapele de realizare a unei anvelope.
Motivatia alegerii acestei teme se regaseste in posibilitatea de a face legatura intre partea
hardware (masina de automatizat in cazul de fata) si partea software (programul ladder) ce va
duce la punerea in miscare a partii hardware.
Lucrarea este structurata in 6 capitole:
Capitolul I va face o introducere in domeniul automatelor programabile .Voi prezenta
informatii generale despre automatele programabile , apoi in particular despre automatele
Allen Bradely de la Rockwell Automation , informatii despre conexiunea PLC-PC dar si
despre limbajul de programare in care va fi realizat acest proiect.
Capitolul II prezinta echipamente pneumatice si echipamente electrice de reglare , control si
comanda , precum si elemente de feedback : senzori , enncodere.
Capitolul III prezinta functionalitatea masinii , principalele componente , detalii despre tipul
de PLC folosit , module de intrare/iesire ale automatului si despre procesul de automatizare.
Capitolul IV prezinta cateva concluzii , la finalul procesului de automatizare.
Automatizarea a fost realizata prin colaborare cu personal de la Michelin SA , iar
masina prezinta unele modificari fata de cazul real , ca urmare a termenilor de
confidentialitate.Tot in introducere voi prezenta pe scurt pasii din ciclul de productie a unei
anvelope in fabrica Michelin , precum si cateva detalii despre masina din cazul de fata.
Pana a ajunge in stadiul final , o anvelopa trece prin urmatoarele etape:
1. procesul de amestecare in malaxoare de mari dimensiuni a diferite substante
chimice si tipuri diferite de cauciuc , de unde se obtine practic materia
bruta.Sectia in care are loc acest proces se numeste AMESTECARE. Procesul se
realizeaza la temperaturi si presiuni foarte ridicate.
2. urmeaza procesul de extrudare , in care se obtin diverse componente necesare
pentru realizarea anvelopei. Cauciucul este racit , apoi sunt decupate placi si
transportate catre extrudere pentru modelare. Placile sunt transportate pe un
conveior catre extruder , iar in masinile de preincalzire placile sunt despicate in
fasii si se formeaza componente precum banda de rulare KM sau flancuri , ce vor
intra in componenta anvelopei. Sunt folosite numeroase materiale textile . Astfel ,
se creaza corpul anvelopei
3. urmatorul pas este procesul in care se creaza talonul , acesta asigurand pozitionarea
si mentinerea anvelopei pe jeanta. Taloanele sunt confectionate prin aplicarea unui
material de umplutura pe un inel.
4. urmatorul pas consta in aplicarea a doua straturi de material textil pliat si doua fasii
de panza , ce vor impiedica desprinderea anvelopei de jeanta.
5. urmeaza pasul in care se aplica banda de rulare KM.Sunt aplicate mai intai centuri
de otel ce ofera protectie la perforare si stabilizeaza banda de rulare . Toate aceste
componente vor fi presate cu ajutorul unui sistem de role si se obtine astfel
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
30
anvelopa „cruda”. Acest proces pe care il voi si analiza in cadrul proiectului se
realizeaza in sectia numita „CONFECTII”.
6. se ajunge in sectia de VULCANIZARE , unde anvelopa cruda este introdusa in
interiorul unor matrite la temperaturi foarte ridicate (peste 300 grade Celsius) si
tinute acolo un timp. Aceste matrite vor da si forma de exterior a anvelopei , ele
contintand modelul benzii de rulare precum si diferite inscriptii . Odata scoase de
acolo , ele vor fi transportate pe un conveior pentru a asigura procesul de racire
7. ultimul pas il reprezinta verificarea anvelopei de posibile defecte. Anvelopele
trebuie sa respecte anumite standarde pentru a putea fi scoase in productie.
Neexistand proces de reesapare , anvelopele ce nu respecta normele nu mai pot fi
folosite.
Astfel , in cadrul acestei lucrari voi prezenta procesul de automatizare a unei masini ce
participa la cicul de productie a unei anvelope , si anume partea de aplicare a benzii de rulare
KM pe carcasa (presare a tuturor elementelor componente). Lucrarea va contine atat unele
rezultate experimentale cat si o descriere din punct de vedere al functionalitatii si elementelor
componente.Voi lua in considerare doua aspecte importante in realizarea automatizarii:
1. partea de aplicare a benzii de rulare KM (banda de rulare ce reprezinta practic
ultimul strat aplicat pe anvelopa) pe carcasa anvelopei cu ajutorul unei prese cu
role.
2. sistemul de incarcare a carcasei si pregatirea pentru actiunea prezentata anterior.
Pentru elementele de executie , am avut la dispozitie automate programabile de la Allen
Bradely . Procesorul folosit este un SLC 5/04 iar din puncte de vedere al comunicatiei
automat programabil – PC sunt utilizate porturile seriale RS232 si DH + /DH 485 ,
prezentate in figurile 1.2 si 1.3. Procesorul SLC poate fi vazut in figura 1.1 , prezenta in lista
de figuri.
Schema logica functionala este realizata in Grafcet , iar limbajul de programare folosit
este Ladder Diagram. Programul ladder este scris utilizand softul RSLogix 500 de la
Rockwell Automation , program ce va fi descarcat in memoria procesorului. Pentru a putea
face posibil acest transfer , avem nevoie de RSLinx , prin care vom configura driverele de
comunicatie intre PLC si PC. Odata trasnsferat , executia pasilor programului poate fi vazut in
timp real , dar modificata in modul OFFLINE.
CAPITOLUL 1
Automate programabile
1.1. Introducere in automate programabile
Automatul programabil , Programable Logic Controller este un controler utilizat in toate
ramurile industriale , in mod obisnuit in aplicatiile de comanda si a inlocuit , in mare parte ,
vechiile solutii de automatizare realizate cu circuite logice cablate sau controlere
electromecanice.Vom analiza informatii generale in legatura cu functiile si configuararea
familiei de automate Allen Bradely.Desi sunt utilizare intr-un cadru larg de aplicatii si
automatizeaza un proces sau o masina , toate PLC-urile monotorizeaza intrarile , iau decizii
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
31
pe baza unui program si stabilesc comenzi catre iesiri.Un automat programabil este compus
din module de intrare, o unitate centrala (CPU), module de iesire si un dispozitiv de
programare.Modulele de intrare corespund diferitelor tipuri de dispozitive de intrare. Unele
module corspund semnalelor analogice (sau intrari discrete : on/off, 0 sau 1), alte module sunt
de semnale analogice (tensiune , curent ).Un modul de intrare al unui PLC are ca principala
functie convertirea semnalelor oferite de butoane , senzori in semnale logice ce pot fi
utilizate de unitatea centrala.Automatele programabile funcţionează prin scanarea continua a
unui program , iar un astfel de ciclu de scanare este compus din trei paşi importanţi,
reprezentaţi de testare, execuţie şi activare. CPU trimite semnale pentru a actualiza starea
iesirilor , in urma evaluarii starilor de intrare , iesire si in urma executiei programului.Astfel ,
in urma acestui proces, modulele de iesire convertesc semnalele de control de la unitatea
centrala in valori fie digitale , fie analogice care pot fi folosite pentru controlarea
dispozitivelor de iesire.Exista un echipament de programare , soft , ce poate fi utilizat pentru a
modifica , descarca programul PLC-ului sau pentru a monitoriza , modifica valorile unor
variabile. Modificarile se fac in modul offline ,iar dupa trasfer , atat programul cat si
variabilele vor fi stocate in memoria CPU.
Un automat programabil are printre component un PLC , a carui iesiri calculate in urma
programului vor comanda iesirile , elemente de executie , senzori (foto-electrici ,
proximitate). Componentele din urma sunt conectate la PLC , ce vede valorile curente ale
senzorilor si , in functie de instructiunile din programul ladder va trece in “0” sau “1” starea
elementului de executie.Astfel , un automat programabil este compus din PLC , elemente de
executie , semnale date de senzori , si echipament de automatizare.
Echipamentul de automatizare este conectat de automatul programabil si este compus din
module de intrare/iesire , modul de alimentare , modul processor , o magistrala de sistem ,
optional un modul de memorie EEPROM pentru progamul software .
Pasii din cadrul ciclului de functionare din figura 1.5:
Pasul 1 este testarea intrarilor , cercetarea starii lor : activ/inactiv sau o anumita valoare
pentru semnale analogice si copierea in format binar in registrii asociati intrarilor.
Pasul 2 este executarea programului , fiecare instructiune si va duce la schimbarea registrilor
asociati starilor de iesire in functie de logica programului.
Pasul 3 reprezinta momentul activarii iesirilor , automatul actualizand starea iesirilor fizice.
Automatul , pe langa aceste elemente de baza prezentate , mai poate incorpora un dispozitiv
de monitorizare si comanda operator , simplifacand astfel sistemul de monitorizare al
procesului , masinii.Astfel , PLC-urile duc la o depanare mai usoara , solutiile sunt usor
modificabile si au o dimensiune redusa a instalatiei fata de sistemele de control precedente(de
exemplu logica cablata).
La realizarea unei solutii de automatizare , orice proces trebuie impartit in mai multe
taskuri , existand anumite cerinte hardware si software , pe care sistemul trebuie sa le
indeplineasca .
Cerinte hardware:
1. Numar si tipul de module
2. Numarul de I/O corespunzatoare
3. Numarul de module al sasiului
4. Tipul procesorului si specificatii referitoate la acesta
5. Sisteme HMI de monitorizare , respective comanda
6. Tipuri de comunicatii
Cerinte software:
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
32
Structura programului ladder cu subroutine si instructiuni
Configurarea si administrarea datelor in cadrul solutiei de automatizare.
Asigurarea datelor de comunicatie pentru fiecare tip de comunicatie
Eventuale solutii de optimizare pentru a atinge obiectivul masinii
Realizare unei documentatii pentru masina automatizata ce va include modul de
utlizare, scheme electrice , programul software realizat.
1.2. Controlere programabile Allen-Bradely –Rockwell Automation
Intrucat majoritatea componentelor si softurilor utilizate in desfasurarea acestui proiect apartin
de Rockwell Automation , voi face o scurta prezentare a automatelor Allen Bradely , automate
produse de Rockwell.Rockwell Automation se gaseste printre principalele branduri ce ofera
solutii de automatizare la nivel mondial , printre produsesele lor se numara diverse tipuri de
automate , componente de comunicatie , dar si produse software:
1. PLC: SLC , MicroLogix , ControlLogix
2. module de input/output : FlexIO , CompactIO
3. ServoDrivere: Kinetix (unul dintre cele mai avansate produse , adaugand
flexibilitate la nivel de element de executie).
4. Produse software:RSLogix 500/5000 , RSLinx, RSNetWorx
5. Senzori inductivi , capacitivi , fotoelectrici
Sistemele de control Allen Bradely de la Rockwell Automation sunt impartite in sisteme
de control de nivel restrans la nivel de complexitate , ce ofera soltuii de automatizare si
flexibilitatea necesara.Printre ele putem enumera familia SLC 500 , ce se afla printre primele
controlere complete aparute pe piata automatelor programabile si ce ofera diverse module de
intrare/iesire sau posibilitati multiple de alimentare . Procesorul , modulele I/O si modulele de
comunicatie sunt fixate pe un sasiu , cu propria sursa de curent si sloturi de marimi
corespunzatoare.Pentru instalarea procesorului pe sasiu trebuie tinut cont in primul rand daca
procesorul respectiv are baterie (cum este cazul procesorului mai vechi SLC 5/01) , inainte de
montare trebuie sa ne asiguram ca bateria este conectata , fapt ce asigura un back-up in caz de
intrerupere a alimentarii controlerului.Alt aspect important este pozitia si slotul in care va fi
montat procesorul.Acesta trebuie introdus in slotul 0 , incepand din partea stanga , dupa cum
se poate observa si in figura 1.7.
Modulele de comunicatie ale automatului sunt urmatoarele: RS232 , DH485 , ControlNet ,
DeviceNet , module de comunicare directa cu un controler de supraveghere , module de
comunicare SCANport. In ceea ce priveste alimentarea , fiecare sasiu necesita o sursa de
alimentare , iar selectia voltajului 120/240 V pentru sursele de current continuu se face cu
ajutorul unui jumper. Exista si un LED ce pentru a ne alarma la o eventuala problema de
alimentare. Monitorizarea anumitor statusuri ale aplicatiei (de exemplu nivelul citit de un
sensor ) , dar si controlul unor valori se poate realiza , asa cum va fi si in cazul de fata cu un
PanelView , dat tot de Rockwell Automation. Acesta suporta comunicare DF1 sau DH485 ce
permite conectarea directa pe canalul 0 al tipurilor de procesoare din familia SLC 500.
Tot pentru aceasta familie mai exista posibilitatea conectarii unui modul de memorie
EEPROM optional , ce ofera o memorie non-volatila pe care se poate salva programul din
memoria procesorului prin optiunea de download din soft. Ca si date exacte , memoria
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
33
procesorului poate fi de la 1K la 64K , iar procesorul poate suporta pana la 4096 de I/O si
peste 60 de module diferite de I/O (analogice , digitale). La nivel de scanare al programului,
pentru o instructiune mixta poate dura intr e 0.9 ms/K si 8.0 ms/K , iar la nivel de I/O poate
dura intre 0.25ms si 2.6ms .Odata incarcat programul ladder , si setat controlerul in modul
RUN , pasii ciclului sunt urmatorii:
Input scan : se scaneaza toate datele de intrare(cateva ms)
Program scan : timpul in care procesorul va executa instructiunile
Output scan : procesorul va scana si scrie toate datele de iesire
Serviciu de comunicatii : partea de comunicare cu alte device-uri
HouseKeeping si OverHead: timpul utlilizat pe consumul de memorie.
Instructiunile suportate de PLC-uri Allen Bradely depind de tipul de processor. Pentru
procesorul SLC 500 putem intalni urmatoarele tipuri de instructiuni :
1 jump-uri si subrutine
2 move , paste , copy
3 timere
4 FIFO , LIFO
5 PID
6 BIT , ASCI
7 basic math
8 secvente
9 comparatii
10 messaging
11 adresare indirecta
CompactLogix presupune o integrare stransa intre modulele de comunicatie , controler si
softul de programare corespunzator . Utilizeaza un motor de control comun si asigura
caracteristici de actionare, siguranta la nivelul unui singur controler. De asemenea , modulele
de tip analogic si digital , sasiul DIN cu posibilitati flexibile de instalare, asigura
functionalitate larga la nivel de aplicatii , precum si la platforme CompactLogix prin
Ethernet/IP.Alte automate programabile din aceasta clasa sunt CompactGuardLogix Safety
System si controlere SmartGuard 600.
De cealalta parte , avem sisteme de control ce ofera posibilitati de automatizare , de
comunicare la un nivel mult mai complex.Ofera diverse arhitecturi modulare , performanta si
fiabilitate , ce corespund cerintelor mai avanasate la nivel de automatizare.Astfel putem
mentiona urmatoarele sisteme:ControlLogix , sistem de securitate integrat GuardLogix ,
sistem de control SoftLogix , sistem de control PLC-5.
Ca si produse software , familia RSLogix din pachetele de programare ladder logic ajuta la
maximizarea performantelor, salvarea proiectului in timp si la imbunatatirea productivitatii.
Aceasta familie de produse a fost dezvoltata pentru a opera pe sisteme Microsoft Windows.
Sprijina procesoarele Allen Bradely SLC 500 si familia MicroLogix de procesoare, RSLogix
500 fiind primul software de programare ce a oferit o productivitate imbatabila, cu o interfata
de varf la niveulul industriei. RSLogix 500/5000 suporta familia Allen-Bradley de controlere
programabile. Ofera fiabiliatate la nivel de comunicatii , functionalitate puternica si metode
superioare de diagnoza.[1]
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
34
1.3. Conexiune PLC-PC
In urmatoarele paragrafe voi prezenta informatii despre modurile de comunicatii
PLC-PC : Ethernet/IP , ControlNet , DeviceNet atat din punct de vedere hardware cat si
software , precum si modul de conectare prin RSLinx Classic.
Cablaj utilizat pentru Ethernet/IP:
Cupru : este utilizat in majoritatea aplicatiilor , fiind necesar pentru diverse standarde
Ethernet .Este mai putin scump si usor de utilizat.Exista doua tip de cablaj coaxial
sau tip de conductor izolat de un scut ce transporta semnale la frecvente ridicate , cu
doua fire rasucite la intervale regulate (poate fi STP , UTP).
Fibra optica : acopera distante mult mai mari si nu sufera modificari la aparitia unor
eventuale interferente . Contine sticla sau miez de plastic , straturi protective si un strat
reflectorizant.
Ca si componente hardware reteaua Etherneth/IP are in compozitie: Ethernet
BackBone , ce controleaza intreg traficul de retea ; pachete de date ce contin adresa
destinatarului si un tool bazat pe adrese MAC ce filtreaza datele inainte de a fi transmise
numit bridge ; hub ce transmite date intre doua device-uri ( repeater multi-port) ; un router ce
traduce date in diferite formate numit gateway ; router-ul propriu zis ce conecteaza diferie
secvente de retea in functie de o tabela de rutare ; web server ; transceivers ; VLAN si
switch.
In cadrul tipologiilor de retea Ethernet/IP , distingem trei tipuri:
tipologie bus , in care fiecare componenta este conectata la cablul principal numit bus.
tipologie de tip „stea” reprezentand un device central la care sunt conectate restul
de componente. Aceasta duce la peformante mai ridicate , este mai simpla si asigura
si izolarea componentelor.
tipologia de tip „mesh” in care fiecare nod se poate comporta ca un router independent
, lucru ce duce la o conexiune continua.
Pentru conexiunea PLC-PC avem nevoie de softul RSLinx si de configurarea unui
driver de tip Ethernet.Prin RSLinx putem vizualiza nodurile active , retelele configurate si
putem utiliza metode de comunicare cu procesorul: download , upload , go online , send
message.
Configurarea unei adrese IP a unui modul se poate face in fereastra “RSWho” a programului
RSLinx din “Module Configuration”. Acolo putem complete adresa IP a device-ului pe care
il configuram , adresa de gateway (router) si masca de retea.
Comunicarea prin Ethernet/IP la un sistem ControlLogix se poate realiza prin cablaj direct sau
crossover. Pot aparea si probleme de conectivitate in cadrul modului de comunicare
Ethernet/IP , fie din cauza zgomotului electric indus in cablu , fie din cauza unei diferente de
potential sau o functionalitate slaba a partii hardware. Pentru aceasta situatie RSLinx ofera
posibilitatea unei monitorizari a modululuii: Station – Data Monitor.
Aparitia unei probleme la nivel de retea poate fi detectata si din softul RSLogix 500/5000 ,
mai précis din “I/O Configuration folder ”, “Quick View Panel” , “The connection tab” , “Tag
database”.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
35
ControlNet este o retea in timp real cu o rata de transfer a datelor mai ridicata , ce
permite schimburi de date in mod repetat , dar si un control la nivel de I/O fara a introduce
un timp critic. Totodata are urmatoarele avantaje :
propune o retea flexibila ce se poate integra cu diferite produse de la Allen Bradely
inlatura costurile necesare pentru mentenanta prin inlocuirea automata a device-urilor
permite conectarea directa a componentelor la PLC fara a mai necesita cablaj
suplimentar
nu prevede o distanta minima intre noduri si nu suporta mai mult de 99
pemite o depanare mai usoara , fiin posibila accesarea retelei din orice nod.
Ca si cablaj intalnim avem de tip coaxial si fibra optica , cel mai utilizat fiind cel
coaxial RG-6 .Acesta ofera o distanta maxima intre doua segmente de 1000 m. De cealalta
parte , cablul din fibra optica are aceleasi specificatii , oferind izolare electrica la
interferente si comunicarea pe distante lungi. Pentru a indeplini cerintele legate de distanta ,
un repetor poate fi utilizat in retea.
O retea ControlNet este compusa din mai multe elemente:
o compoenta centrala ce serveste ca si comunicatie intre doua puncte ale retelei,
numita “trunk cable”.
un conector de cablu pentru conexiunea dintre diferite device-uri.
un repetor ce recepteaza un semnal pe un cablu , il amplifica iar apoi retransmite
semnalul pe urmatoarea portiune de cablu.
un terminal atasat la punctele de final ale retelei ce va “absorbi” semnalele , pentru a
evita relfectarea lor , si deci anumite interefrente.
taps-uri: componenta hardware ce extrage o parte a semnalului din cablu si se
comporta ca o legatura intre retea si device.
Conectarea prin RSLinx Classic la ControlNet :
Modulele ControlNet pot fi conectate la module DeviceNet si Ethernet/IP , nu necesita
tabele de rutare si ofera interfata pentru operator , dar si detalii despre configurarea datelor .
Ca si in cazul Ethernet/IP intalnim optiunile de download si upload din programul RSLogix
500/500.Pentru upload sau download , trebuie configurat driverul de comunicare USB
ControlNet. Backplane-ul de la ControlBus permite conectarea de la o retea la alta.
DeviceNet este un tip de retea ce furnizeaza retele flexibile , asigura conexiuni directe la
controlere si functioneaza cu diferite produse , ca si in cazul ControlNet.
O retea DeviceNet cuprinde componente hardware:
sursa de alimentare : este necesara propria sursa de alimentare DC de 24 V si cu limita
de curent ca si element de protectie.
cablu DeviceNet : un cablu specific , de tip round sau flat.
conectori
modul de scanare : localizat in sasiu cu procesorul
noduri : pentru compabilitatea DeviceNet , este neovie de cirucite de comunicare
specifice.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
36
taps-uri : sunt utilizate cu cablu de tip round , ca si conectoare
rezistente terminale: reduc reflexia semnalului la nivel de comunicare.
si software:
soft de programare (RSLogix) , soft de conexiune (RSLinx)
soft de configurare retea (RSNetWorx)
DH485 –Familia de procesoare SLC 500 , mai exact procesoarele SLC 5/01 , SLC 5/02
si SLC 5/03 detin un canal dedicat pentru acest tip de comunicatie. Protocolul permite
monitorizarea datelor si statusul procesorului , upload si download , precum si transfer de
date intre procesoare . La configurarea unei retele DH485 , pentru a evita aparitia unor factori
ce pot afecta perfomanta se vor lua in considerare urmatoarele aspecte:
-numarul de noduri al retelei si adresele acestora
- numarul maxim de device-uri ce comunica intre ele .
Fata de DH485 , Data Highway Plus (DH+) este folosit de procesorul SLC 5/04 si este un
protocol ce poate suporta pana la 64 de noduri si comunica mai rapid.
RS232- Protocol asincron de comunicare seriala ce permite conexiunea PC-PLC . Este un
protocol utilizat pentru primele tipuri din familia SLC 500 , iar ulterior s-a facut trecerea la
DH/485 si Ethernet/IP. Putem crea conexiuni in mod facil intre PLC si PC , protocolul
RS232 avand proprietatea de a se sincroniza in mod automat.[2]
1.4. Limbajul Grafcet
Limbajul Grafcet este un mod logic secvential de a gandi o solutie de automatizare si
este derivat din modelul retelelor Petri. In cazul de fata , prin grafcet vom defini ciclul de
functionare al masinii automatizate, dar si conditiile de functionare. Diagrama Grafcet ne va
permite o mai buna intelegere a functionalitatii masinii , o depanare usoara pe viitor dar si
posibilitatea de a gandi solutii de optimizare a masinii. Totodata , diagrama Grafcet usureaza
realizarea programului in ladder corespunzator automatului. Prin grafcet se poate reprezenta o
descriere grafica de ansamblu a unui sistem , cu secvente parelele si are urmatoarele
componente principale:
Etape : corespund unor stari si sunt indicate prin numere , iar actiunile associate pot fi
afisate literal intr-un dreptunghi in dreapta starii respective. Ele pot fi initiale si
normale , cele normale avad posibilitatea de a fi activate.Starile pot fi active sau
inactive . Un pas poate fi activ daca este pas initial sau daca , in urma unui ciclu , a
fost activat. Daca etapa precedenta starii curente este inca activa , etapa curenta nu va
fi activata. Odata cu verificarea conditiei de trecere , etapa anterioara va fi
dezactivata , iar etapa urmatoare va fi activata.
Tranzitii : au valori logice asociate si desemneaza trecerea dintr-o stare in alta stare .
Aceasta conditie logica este numita “receptivitate” . Conditia tranzitiei poate fi valida
doar daca etapa precedenta este activa.
Legaturi directe intre stari si tranzitii ce desemneaza evolutia unui grafcet.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
37
In diagrama Grafcet putem intalni termenul de “divergente” , ce presupune ramificatia
atunci cand mai multe secvente sunt posibile.Alegerea uneia dintre secvente se face in
functie de comanda data.Un exemplu de divergenta este prezentat in figura urmatoare.
Termenul de “paralelism” apare atunci cand mai multe secvente pot fi activate simultan.
1.5. Limbajul Ladder Diagram
Pentru punerea in functiune a masinii , automatul programabil va executa programul
software corespunzator.Acest limbaj de programare se numeste ladder diagaram , este
foarte raspandit la nivel de PLC-uri si poate fi construit in RSLogix500 sau
RSLogix5000. Programul corespunzator solutiei de automatizare are la baza diagrama
grafcet explicata in subcapitolul anterior. Programul ladder va contine mai multe rung-uri ,
iar acestea la randul lor contin instructiuni de intrare si iesire , cu simboluri specifice.
Este obligatorie existenta unei instructiuni de iesire pe fiecare rung. Ca si mod de
functionare , automatul va scana ciclic programul , ramura cu ramura . Evaluarea unui
rung incepe de la stanga , prin stabilirea expresiei logice a instructiunilor de intrare.
In urma rezultatului , se va executa sau nu instructiunea de iesire.Se pot folosi instructiuni
de intrare simple sau blocuri de functii , subrutine , branches(blocuri paralele) ce duc la o
complexitatea mai ridicata.
Ca si prim pas este nevoie de identificarea intrarilor si iesirilor.Intrarile ar putea fi
senzori , buton de start , buton de stop iar ca iesiri am putea avea comanda cilindru ,
bobina , motor.Sunt introduse sub forma de biti si pot fi adaugate in programul nostru din
“Data Files”, dupa cum se poate vedea in figura urmatoare.
In limbajul Ladder Diagaram intalnim mai multe tipuri de fisiere si instructiuni.Astfel ,
structura unui program poate avea in component fisiere de input/output (O0: , I1,:) , fisiere de
status (S2:) , fisiere de data bit folosite pentru instructiuni sau secvente (B3:) , fisiere pentru
instructiuni de tip timer (T4:) , fisiere pentru instructiuni de tip counter (C5:) sau fisiere
pentru date float sau integer (F8: , N7: ) .
In urmatoarea parte voi prezenta o parte din instructiunile de baza , instructiuni ce vor fi
folosite si in realizarea partii de software pentru solutia de automatizare.Cele mai multe din
instructiuni sunt de tip bit , iar in timpul executarii programului , procesorul poate seta sau
reseta bitul in functie de desfasurarea logica de pe fiecare rung.
1. Examine if Closed (XIC) : verifica daca un bit este ON. La executarea unei
instructiuni , daca bitul respective este 0 instructiunea corespunzatoarea este evaluate
drept false si true in caz contrar.
2. Examine if Open (XIO) : este opusul instructiunii XIC , verifica daca un bit este OFF
, iar cand instructiunea este executata , daca bitul este 0 va fi evaluata drept true.
3. Output Energize (OTE) : cu aceasta instructiune se poate activa un bit daca ramura
contine conditii adevarate.
4. Output Latch (OTL) , Output Unlatch (OTU) : sunt instructiuni de iesire . OTL
poate activa un bit, iar OTL poate seta un bit pe OFF. In mod obisnuit ambele sunt
folosite cu referire la acelasi bit , in pereche. Practic , OTL va activa astfel o iesire
fizica setand bitul pe ON , iar aceasta va ramane activa pana cand bitul va fi setat pe
OFF cu instructiunea opusa OTU.
5. One Shot Rising (OSR) : poate fi folosita atunci cad se doreste activarea unui
eveniment la schimbarea unei ramuri din true in false , fiind o instructiune care
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
38
declanseaza un eveniment ce apare o singura data. Dupa o scanare completa OSR va
fi setat pe false indifferent de conditia de adevar a ramurii . In exemplul urmator , cand
instructiunea de input trece din fals in adevarat , OSR va conditiona executarea iesirii
la o singura scanare a programului.
6. Timer On Delay(TON): este folosit pentru a activa iesirea dupa un anumit interval
setat de timer.Astfel cand valoarea curenta (ACC) va ajunge la valoarea setatata
(PRE) , iesirea va fi activata.
7. Timer Off Delay (TOF) : este folosit pentru a seta o iesire pe OFF , atat timp cat
rung-ul respectiv este fals pentru un interval de timp setat in timer.
1. Counter Up (CTU) , Counter Down (CTD):
CTU numara tranzitiile false-true ale ramurii in care este folosit . La o
schimbare a valorii de adevar a ramurii , valoarea acumulata creste cu 1 . In
cazul CTD , valoarea acumulata scade cu 1 la aparitia unei astfel de tranzitii.
2. High-Speed Counter (HSC): reprezinta un tip
special de CTU , este folosit cu controlere fixe 24 VDC SLC . Astfel , poate
numara la viteze foarte ridicate pentru controlere I/O fixe cu intrari de 24
VDC. Este permisa o instructiune HSC per controler. In cazul de fata , voi
folosi un HSC pentru un encoder incremental.
Mai putem intalni instructiuni de comparatie , instructiuni matematice sau instructiuni de
flow al programului (Jump , Label , Subroutine).
Instructiunile din urma sunt instructiuni de control al flow-ului prin care se poate modifica
ordinea de scanare a programului ladder de catre procesor. Astfel pot fi create programe mult
mai eificiente , dar pot duce si la solutii de marire a randamentului prin ascunderea unpor
operatii.Prin instructiunea JMP automatul va neglija rung-ul si va sari la un label creat
anterior. Instructiunile JSR, SBR si RET sunt utilizate pentru a directa controlerul catre
diverse subrutine din cadrul programului .
La executia instructiunii JSR , controlerul face un jump la inceputul subrutinei , mai
exact la instructiunea SBR , iar executia programului se reia din acel punct. SBR reprezinta o
instructiune fara biti de control si este plasata la inceput de subrutina servind drept
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
39
identificator. Este ecvaluata ca fiind true .Instructiunea RET este cea care marcheaza sfarsitul
de subrutina si totodata intoarcerea la instructiunea ce urmeaza instructiunii JSR.[3]
CAPITOLUL 2
Tipuri de actionari pneumatice si electrice
Elemente de feedback
2.1 Echipamente pneumatice : control , comanda si reglaj
Sisteme de actionare pneumatice au dat dovada intotdeauna de robustete , fiabilitate , o mare
simplitate si cost redus in ceea ce priveste partea constructive. Ele sunt in unele sisteme de
imposibil de inlocuit si sunt recomandate in cazul in care:
1. controlam forte de valori medii
2. pozitionarea si viteza de deplasare a sarcinii nu au anumite retrictii foarte severe
Structura sistemului pneumatic:
motorul pneumatic : transforma energia pneumatica primita la intrare in lucru mecanic
util
elemente de control si reglare : controleaza viteza de miscare a sarcinii , sensul de
miscare.
generatorul de energie ce are rolul de a produce energia pneumatica pentru intreg
sistemul
unitatea de comanda ce poate avea la baza dispositive electromagnetice, electronice
elemente de interfata : trasnsforma semnale de putere joasa in semnale de putere inalta
(Exemplu: electrovalva ce trasnforma semnale electrice de la UC in semnale
pneumatice)
senzori , limitatoare de cursa : electromecanice
elemente de intrare : electrice sau pneumatice
Pentru sistemele de automatizare ce au nevoie de forte mari se folosesc in general sistemele
de actionare hidraulice . Intrucat in cazul meu , nu avem nevoie de forte mari la nivel de
element de executie , sistemele de actionare pneumatica vor fi cel mai des folosite.Astfel , voi
prezenta in continuare cateva elemente esentiale ce tin de domeniul pneumatic , mai precis de
actionari pneumatice.[4]
2.1.1 Echipamente pentru reglarea si controlul puterii pneumatice
Se clasifica in echipamente pentru controlul directional si avem distribuitoare si supape de
sens, echipamente pentru reglarea debitului (drosel) , echipamente pentru reglarea presiunii
din care fac parte supapele de presiune si echipamente pentru reglare automata a debitului si
presiunii : supape proportionale si distribuitoare proportionale.
a)Distribuitoare pneumatice
Tipuri de distribuitoare pneumatice si simbolizare.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
40
In simbolizarea distribuitoarelor pneumatice este importanta mentionarea anumitor
caratcerstici , precum :
1. numarul de pozitii , pozitia de comutare: normal inchis , normal deschis
2. modul de comanda : manuala sau electrica
3. numarul de cai: 2/2, 3/2, 4/2, 4/3, 5/2, 5/3, 5/4
Prima cifra semnifica numarul de cai , a doua numarul de pozitii. Spre exemplu , distribuitorul
3/2 , avand ca simbol un dreptunghi cu numarul de casete egal cu numarul de pozitii pe care
poate comuta (vezi lista figuri) , dispune de 3 cai si poate fi comutat pe 2 pozitii. Putem
observa si schema de conectare la racordurile corespunzatoare( prin noatrea cailor ) , orificiile
infudnate („T”) si sagetile ce ne indica sensul de curgere prin distribuitor .
Distribuitoarele sunt elemente principale in cadrul sistemelor de actiune pneumatica ,
distribuind energeia pneumatica pe diverse cirucite in functie de comenzile primite.
Distribuitoarele ocupa un rol foarte important in solutiile de automatizare din ziua de azi ,
aproape fiecare sistem pneumatic avand in componenta un astfel de distribuitor pneumatic.
Distribuitoarele penumatice au rolul de inversa sensul de miscare al organului de iesire al
motorului si de oprire a acestuia , dirijand aerul comprimat pe anumite trasee stabilite prin
comenzi din exterior. In cadrul unui distribuitor pneumatic , tipul elementului mobil poate fi
de tip sertar (conic, cilindric,plan) sau de tip supapa (sferica , plana , conica) iar miscarea
poate fi de translatie sau rotatie . Cele mai intalnite tipuri de distribuitoare pneumatice au
miscare de trasnlatie si sertar cilindric. Se mai tine cont si de numarul de pozitii stabile de
functionare , de numarul de orificii si de tipul comenzii.Structura unui distributior se poate
observa in figura urmatoare , unde putem vedea in figura 1.15 ca este format din doua
subansambluri : de comanda si distributie.
In subansamblul de distributie sunt prelucrate orificiile de legatura 1, 2 , 3 , 4 , 5 si
camerele interioare conectate la aceste orificii si partea mobila (elementul de distributie 2).
Subansamblul de comanda are rolul de a transforma semnalele externe de comanda in forte
sub a caror actiune se va ajunge la o noua pozitie a sertarului. In structura prezentata avem ca
element mobil un sertar , miscare de translatie , 5 orificii si urmatoarele tipuri de comenzi
specifice: manuala , mecanica , electrica sau pneumatica. Comanda este de cele mai multe
ori pneumatica in sistemele de automatizare.In cazul comenzii pneumatice , comanda A1 va
pozitiona sertarul ca in figura prezentata , iar comanda A2 in cealalta pozitie de functionare .
Pentru a obtine una din aceste doua pozitii semnalale A1 si A2 nu au voie sa existe
concomitent , bineinteles.
Distribuitoare cu supape
Inchiderea si deschiderea circuitelor se va face prin intermediul unor supape in acest caz , cu
pozitie impusa de anumite forte ce actioneaza asupra lor.Un astfel de exemplu este prezentat
in figura 1.22 , in care , prin supapa sferica 3 se controleaza un circuit.In prima prima figura
avem un circuit blocat , in care arcul mentine pozitia de home a supapei , iar pentru
deblocarea circuitului se actioneaza cu o forta asupra tijei metalice 1. Se pot utiliza si o supapa dubla la un distribuitor , de unde rezulta si doua posibilitati de
miscare intre scaunele create in interiorul corpului. Comanda distribuitorului poate fi manuala
sau electrica.
Exista si o categorie speciala de astfel de distribuitoare , cu supapa si membrana , la
care circuitele din interiorul corpului sunt controlate prin membrane , supape si tije. Pentru
realizarea unei etansari perfecte si neintroducerea fortelor de frecare se introduc membranele
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
41
(spre deosebire de sertar unde etansarea se face cu inele). Exista totusi si un dezavantaj
important: o parte din forta se pierde prin deformarea membranei. Comanda la acest tip de
distribuitoare este penumatica , pozitiile preferentiale obtinandu-se cu presiune de alimentare.
Astfel , o analiza a celor doua tipuri de distribuitoare duce la urmatoarele concluzii:
Distribuitoarele cu sertar cilindric si miscare de translatie au o etansare prin elemente
nemetalice(inele , garnituri) , se poate obtine schema dorita de distributie prin
modificarea sertarului si necesita forte mari de actionare , sertarul intampinand forte de
frecare.
Distribuitoarele cu supape si membrane au o etansare mai buna obtinuta prin
intermediul supapelor , nu sunt dezvoltate forte de freacre in timpul miscarii , sunt
limitate in ceea ce priveste complexitatea structurii de distributie , necesita la fel ca si
in cazul distributioarelor cu sertar forte mari de actionare , pot avea comenzi pe
ambele echipaje (simultan).
Electrovalvele Distribuitoarele pneumatice pot fi comandate electric si poarta denumirea de electrovalve.
Sunt foarte intalnite in cadrul sistemelor automatizate pneumatice si pot fi cu actionare
directa sau indirecta. In general sunt utilizate cele cu actionare indirecta , pentru debite mari.
Cele cu actionare directa sunt de dimensiuni mici si sunt utilizate pentru controlul debitelor
mici. Ele sunt folosite ca piloti in sistemele cu actionare indirecta.Reprezinta un fel de
interfata (pilotul realizeaza aceasta interfata) intre unitatea de comanda si subsistemul de
putere pneumatic si faptul ca sunt realizate in constructie modulara , adica se poate
interschimba subsistemul de comanda , duce la facilizarea obtinerii unor electrovalve in care
elemetul mobil actioneaza la nivel de susbsistem de distributie cu ajutorul pilotilor.
b) Supape de sens
Controleaza sensul de curgere a aerului pe circuite avand o functionare discreta , permitand
astfel trecerea fluidului intr-un singur sens.Astfel de supape pot avea si functii suplimentare ,
pot indeplini functii logice sau divizare/insumare a debitelor de aer.In cadrul actionarilor
pneumatice , din punct de vedere constructiv , supapele de sens prezinta anumite
particularitati:
Nu este permisa etansare cu metale , etansarea se face cu elemente nematalice sau
supapa este din cauciuc (se pot utiliza si alte elemente cu proprietati bune de
etansare).
Presiunea de contact la nivelul materialului nemetalic si presiunea admisibila de
contact decid dimensionarea supapei.
Presiunea de deschidere a supapei este pana in 0.6 bari iar pierderea de presiune admisibila
este pana in 0.2 bari. Mai putem intalni supapae de evacuare rapida , cu caracteristici foarte
bune de evacuare , ce permit o descarca rapida a camerelor sub presiune[5]
c) Echipamente pentru reglarea debitului
Reglarea debitului poate fi manuala sau mecanica si se recurge la modificarea unei
rezistente de curgere , ceea ce conduce la o schimbare la nivel local a sectiunii de curgere.
Echipamentele ce sunt folosite pentru acest lucru se numesc drosele , ce vor fi montate pe
circuitele ce se doresc a fi controlate , pe cilindri sau distribuitoare , in locul racordurilor.
Valoarea reglata se va pastra daca nu apar modificari fata de conditiile initiale la momentul
reglajului.Din punct de vedere constructiv putem avea :
Drosele simple
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
42
Drosele combinate : de sens unic si de cale
Droselele simple prezinta doua orificii si desi sennsul de curgere poate fi oricare , au in
general un sens preferat. De cealalta parte , un drosel de cale cu supapa de sens deblocabila se
poate obtine printr-o constructie modulara , in care un drosel simplu este legat in paralel cu o
supapa de sens unic . Astfel , sensul de curgere va fi unic , pe sens opus droselul fiind
scurtcircuitat de supapa de sens.Totusi , sensul de curgere poate fi deblocat printr-o comanda
externa , sectiunea de curgere fiind reglata cu ajutorul droselului.
Un alt tipa de drosel este cel de evacuare cu amortizor fonic , care , odata montate pe
orificiile de evacuare ale distributiorului reduce zgomotul de evacuare. Din punct de vedere
constructiv , in toate aceste tipuri de drosele se impiedica desurubarea completa pentru a evita
pierderea ventilului.
Debitul masic controlar de un drosel este :
m=
11
1 ****
P
PN
T
PAK cdr
1T – temperatura aerului in amonte de drose
drc APP ,,1 reprezinta presiunile din amonte si aval de drosel , respectiv sectiunea de curgere
reglata prin drosel.
K este o constanta , K=0.004042 pentru aer iar este coeficientul de debit[6]
d) Echipamente pentru controlul si reglarea presiunii
Reglarea presiunii agentului de lucru intr-un circuit se realizeaza cu ajutorul supapelor de
presiune pneumatice , astfel fiind posibila si conectarea sau deconectarea circuitului in cauza
prin comenzi externe. Dupa cum se poate vedea in figura 1.21 din lista de figuri ,
echipamentul este prevazut cu doua orificii P si A , curgerea avand loc totdeauna de la P la A.
Daca presiunea echipajului mobil este inexistenta , supapa se numeste normal inchis , iar in
caz contrar normal deschisa.Se poate recruge la montarea in paralel cu o supapa de sens unic ,
daca presiunea de la nivelul orificului A este mai mare decat presiunea de la nivelul orificiului
B.
Din punct de vedere constructiv , echipametele pneumatice pentru reglarea si controlul
presiunii sunt similare cu cele hidraulice , la supapele penumatice lipsind circuitul de
drenaj.Spre deosebire de supapele de sens unic , la supapele normal inchise se poate regla
tensiunea din arcul 4 la o valoare dorita , cu ajutorul surubului 6 si pistonului 5.Fortele ce
actioneaza asupra circuitului sunt forta de pretensionare din arc si forta de presiune de la
nivelul orificiului P. Forta de pretensionare este stabilita la valoarea dorita , astfel , controlul
presiunii se va realiza prin compararea acestor doua forte.
SpF xP * , unde xp reprezinta presiunea de la nivelul orificiului P , iar S este sectiunea
supapei.
Daca xp nu este presiunea de la orificiul P , ci provine din alt circuit , supapa este comandata
extern, fapt in care este necesara prezenta unui al treilea orificiu , cu o presiunea ce va
comanda supapa.Acest lucru duce si la o separare a circuitului de comanda de cel controlat.[7]
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
43
In categoria elementelor de comanda mai putem mentiona:
Butoane si limitatatoare de cursa
Reprezinta distribuitoare de mici dimensiuni(comandate manual:buton sau mecanic: limitator
de cursa) , specifice sistemelor de actionare pneumatica , ce lucreaza cu semnale penumatice
la nivel de comanda . Pot fi considerate si ca elemente de protectie , oferind avantaje
importante in conditii de lucru dificile : fiabilitate si siguranta.
Butoanele pot genera un semnal pneumatic , necesar pentru a pune in functiune sau a
stopa un sistem de actionare automat , iar limitatorele de cursa specifica prezenta in spatiu de
lucru (stabilesc limite a spatiului mobil).
Limitatoarele de cursa pot avea forta de actionare de-a lungul axei exhipamentului (in
general este perpendiculara pe axa echipamentului) si se numesc in acest caz
intrerupatoare.Putem intalni constructii cu sertar cilindric si miscare de translatie sau
constructii cu supape , in cazul din urma insa echipamentele au dimensiuni reduse datorita
faptului ca se lucreaza cu semnale penumatice.Totodata sunt prevazute cu orificii de legatura
filetate.
Temporizatoare
Prin intermediul temporizatoarelor , semnalele pot fi transmie cu intarzieri de cateva secunde
sau chiar zeci de minute. Astfel , releele de temporizatoare pot simplifca schemele de
comanda si pot transforma secventele functionale de durata in secvente mult mai sigure.
Exemple: daca se doreste racirea unor piese sau aplicarea presei pe anvelopa pentru o
perioada de timp , situatie intalnita in cazul sistemului automatizat din cazul de fata.
Din punct de vedere constructiv , temporizatorul este format dintr-un distribuitor si
bineinteles dintr-un circuit de intarziere R-C. Prin rezistenta reglabila R , va fi introdus un
semnal de comanda in camera distribuitorului , care impreuna cu capacitatea pneumatica a
distribuitorului va decide perioada de temproziare. Distribuitorul va atinge valoarea
comandata atunci cand presiunea din camera de comanda ajunge la valoarea de
comutare.Cand camera de comanda se descarca prin supapa de sens unic , distributorul
ajunge din nou in pozitia preferentiala.
Intrerupatoare , comutatoare electrice si sesizoare de cursa
Intrucat la multe din sistemele pneumatice de actionare este folosita energie electrica , vom
intalni elemente precum intrerupatoare , comutatoare electrice sau sesizoare de cursa.
Intrerupatoarele pot inchide sau deschide un circuit electric si pot fi comandate manual ,
mecanic sau magnetic prin butoane , limitatoare de cursa , respectiv electro-magnetice.
Ele pot fi normal inchise sau normal deschise in functie de pozitia initial a contactelor. Un
contact deschis nu permite trecerea curentului electric , iar un contact inchis permite trecerea
curentului . Intrerupatoarele pot avea un singur contact (NI sau ND) sau mai multe contacte
in care se pot folosi mai multe combinatii de contacte.
Comutatatoarele sunt intrerupatoare cu doua contacte , unul normal deschis si celalat
normal inchis. In figura urmatoare se poate observa modul de functionare al comutatorului .
Sesizorul de cursa reprezinta un comutator comandat mecanic . O cama atasata pe
ansamblul mobil produce semnalul de comanda , in momentul in care intre cama si rola
sesizorului are loc contact. La producerea acestui contact , cama apasa pe tija sesizorului si va
inchide sau deschide contactul electric.
Relee de comutatie , relee de timp si presostate
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
44
Releele de comutatie: prin releele de comutatie pot fi controlate doua contacte si sunt
folosite in aplicatiile simple , locul lor fiind luat treptata de programatoare electronice.
In figura 1.23 este prezentat ciclul de functionare al unui astfel de releu electromecanic.
Corpul 5 din figura reprezinta bobina , care , in cazul in care nu este excitata avem contactul
1-2 inchis si contactul 1-4 deschis. Alimentarea cu curent a bobinei duce la inversarea
situatiei . Astfel , bobina fiind excitata , prin forta magnetica exercitata asupra armaturii
mobile va deschide contactul 1-2 si inchide contactul 1-4 .
Dezactivarea bobinei duce la revenirea in pozitia initiala si anume : contactul 1-2 inchis ,
contactul 1-4 deschis
Releele de timp sunt echipamente electrice similare cu cele pneumatice , semnalul de
comanda fiind electric , si introduc o intarziere controlata in cadrul semnalului transmis.
Inchiderea caii prin care circula curentul este realizata de bobina releului electro-magnetic ,
bobina ce va fi alimentata prin intermediul unei diode. Tot in acelasi timp , se incarca si
condensatorul montat in paralel cu bobina.Actiunile se petrec la comanda manuala a unui
buton. Prin urmare , la dezactivarea butonului se intrerupe alimentarea circuitului de
temporizare , iar condensatorul va incepe procesul de descarcare prin bobina , ce va ramane
activata cat timp valoarea tensiunii din borne nu depaseste pragul limita admis.
Presostatele sunt componente de tip digital , ce genereaza un semnal electric cand
presiunea corespunzatoare ajunge la o valoare dorita.[8]
2.1.2 Motoare ca si sisteme de actionare . Cilindri pneumatici
Motoarele pneumatice au rolul de a transforma energia aerului comprimat in energie
mecanica si o transmit catre elementele de executie.Odata pus in functiune , organul de iesire
va avea o miscare limitata de doua pozitii limita , definind astfel termenul de cursa a
motorului.
a) Motoarele pneumatice liniare de constructie sunt compuse din doua ansambluri :
Carcasa : camasa 1 si capacele 2 si 5
Piston: pistonul 3 si tija 4
Putem avea astfel motoare cu carcasa mobila si piston fix , dar si motoare cu carcasa fixa si
piston mobil , iar dupa modul de separare al camerelor functionale putem avea cilindri si
camere cu membrana.
Cilindri pneumatici
La cilindri separarea se face prin piston iar etansarea se face prin garnituri nemetalice , in timp
ce la camere cu membrana pistonul este inlocuit de o membrana nemetalica. In cazul
motoarelor penumatice , etansarea nu se poate realiza cu segmenti metalici , ci se prefera
segmenti nemetalici datorita vascozitatii reduse a fluidului de lucru.
Cilindri penumatici se gasesc printre echipamentele utilizate la solutia de automatizare a
masinii . Ca si mod de functionare , prin gazul comprimat se produce o forta liniara cu piston.
Aceasta forta este transferat printr-o tija spre obiectul ce trebuie actionat , iar pistonul poate fi
un disc sau cilindru. Astfel , odata actionat , aerul comprimat patrunde la capatul pistonului si
se dezvolta forta necesara pentru a deplasa psitonul. In majoritatea cazurilor , sunt preferate
solutiile pneumatice pentru ca ofera o comportare silentioasa , nu pot avea loc curgeri de
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
45
lichid intrucat acesta este de fapt un gaz ce nu necesita canititai mari din punct de vedere al
spatiului .
Tipuri de cilindri :
In functie de modul constructiv , clindri se pot clasifica in mai multe tipuri:
Cilindri cu simplu efect :
o Cu revenire cu arc
o Cu revenire din forta rezistenta
Cilindri cu dublu efect :
Tija unilaterala
Tija bilaterala
Cilindri in tandem :
Cu amplificare de forta
Cursa in doua drepte
Mai intalnim si dupa tipul de franare la cap de cursa
1.1 cu franare la cap de cursa
cu franare reglabila
cu franare fixa
1.2 fara franare la cap de cursa
O problema semnificativa intalnita in cadrul motoarelor pneumatice liniare(cilindri
pneumatici) este blocarea ansamblului la capat de cursa din cauza impactului dintre capace si
ansamblul mobil. Ca si solutii , se poate apela la o franare pe cale pneumatica , solutie
preferata in majoritatea cazurilor , sau daca viteza sarcinii nu este foarte mare se poate apela la
montarea unor inele pe piston cu scop de amortizare. Pozitiile limita ale cursei pot fi
modificate prin opritori mecanici controlati din exterior , ceea ce este insa mai dificil este
oprirea in pozitii intermediare , viteza si acceleratia fiind doua marimi greu de controlat in
acest caz. Pentru alegerea cilindrilor se poate apela la diverse firme producatoare , dar este
nevoie de cunoasterea catorva elemente esentiale inainte cum ar fi:
Viteza de deplasare
Cursa
Modul de angrenare si montare motor
Forta de care avem nevoie
In cazul meu , sistemele de actionare alese au fost fabricate de FESTO , iar in figura 1.23 se
poate observa schema unui motor pneumatic liniar Festo fara frane la capetele de cursa.
Tot pentru alegerea cilindrului se poate alege si o alta cale:
Pornind de la forta dezvoltata de care avem nevoie , calculam diametrul pistonului . Se va
tine cont si de eventualele forte de frecare existente. Acestea pot fi reduse prin ungere si
depind de tipul de garnitura folosit.
Ca si date exacte in cadrul sistemelor de automatizare , presiunea relativa de lucru este
de aproximatiuv 6 bari , iar cursa de lucru la cilindrii cu simpla actiune in jur de 100-200
mm.Viteza de deplasare a sarcinii este intre 0.2-2 m/s . Bineinteles , in functie de cerinte si
sistemul ce va trebui automatizat , se pot alege motoare speciale ce corespund unor structui
diverese : motoare fara tija , motoare cu cursa scurta , motoare antirotatie , motoare cu
pistoane solidarizate.
Cilindri pneumatici cu dubla actionare si sistem franare:
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
46
Acesti cilindri includ o tijă piston extinsă și un sistem de frânare pneumatic-hidraulic, ce este
montat pe clindru. Sistemul de franare este proiectat pentru a mentine pozitia cilindrului prin
prinderea tijei pistonului. Franarea nu trebuie aplicata in orice conditii , ci doar daca viteza
tijei pistonului este sub 0.2 m/s. Franarea poate fi activa sau psiva. Clemele active elibereaza
tija pistonului cand asupra portului pilotului este aplicata o presiune , iar in cazul franarii
pasive clemele raman prinse de tija pistonului si o elibereaza abia dupa ce este aplicata
presiunea. Ambele cazuri pot avea in constructie un switch de presiune pentru obtinerea unui
semnal de iesire electric. In figura 1.24 se poate observa un cilindru cu franare reglabila la
ambele capete si dubla actionare.
b)Motoare penumatice oscilante
Este stabilita ca si in cazul motoarelor pneumatice liniare o cursa a motorului intre doua
pozitii limita , iar organul de iesire are o miscare de rotatie. Din punct de vedere constructiv
sunt similare cu cele pneumatice liniare si pot fi impartite in motoare cu clindru si mecanism
ce trasnforma miscarea de translatie alternativa in miscare de rotatie alternativa (mecanisme
de tip pinion , piulita) si motoare cu constructie speciala. Pentru o valoarea a fortei utile mult
mai mare (dubla) se poate opta pentru utilizarea a doi cilindri .
Ca si in cazul celor pneumatice , apare o problema de luat in considerare , si anume fortele
radiale ce apar in angrenaj pot duce la deformarea tijei. Prevenirea acestei situatii se
realizeaza prin ghidarea tijei in zona de angrenare cu ajutorul a doi rulmenti radfiali. Se poate
folosi si un traductor (cuplat cu arborele, fara joc mecanic) ce va urmari pozitia unghiulara a
arborelui .
Categoria motoarelor de constructie speciala cuprinde motoare cu paleta , motoare cu
membrane , motoare cu burdufuri.Ca exemplu , motorul cu paleta , de la firma producatoare
FESTO are unghiul maxim de rotatie de 180 de grade , un moment util de pana la 20Nm si
o presiune de aproximativ 6 bar. In componenta motorului apar limitatorii de cursa ce vor
oferi o reglare precisa a unghiului de rotatie maxim. In acest caz , oprirea la capat de cursa
are loc prin amortizare elastica.
c)Motoare pneumatice rotative
Sunt folosite mai ales sisteme de actionare ce lucreaza in medii periculoase , iar organul
de iesire in acest caz prezinta o miscare de rotatie avand un unghi nelimitat , miscare ce poate
fi continua sau pas cu pas. In cadrul motoarelor cu miscare continua putem enumera motoare
cu pistoane , cu roti dintate , cu palete . La alegerea unui astfel de motor pentru o solutie de
automatizare trebuie sa tinem cont de turatia nominala(turbinele sunt pentru turatii foarte
mari iar cele cu palete pentru turatii mici) , apoi de alti factori cum ar fi:
Randament motor
Cost
Greutate si posibiliate de miniaturizare
Complexitate din punct de vedere constructiv
Totusi , desi sunt folosite pentru turatii mici , motoarele cu palete sunt cele mai utilizate in
sistemele de automatizare datorita simplitatii constructive , greutate mica , dezvolta puteri
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
47
intre 70 W si 10 KW. In figura 1.25 se poate observa o sectiune pe un motor cu palete . In
constructie apare un rotor 1 , paletele 2 , corpul cilindric 3 , capacele laterale 4 si 5.
Se folosesc in general intre pana in 10 palete , cresterea numarului de palete duce la o crestere
a cuplului motorului dar complica motanjul si executia acestuia.[9]
2.2 Echipamente electrice
2.2.1 Structura unei porniri de actionare
1.Rolul si alacatuirea
Orice pornire de actionare grupeaza la un loc materialul necesar comenzii si protectiei
actionarii. Functiile pe care trebuie sa le asigure sunt urmatoarele:
a)Sectionarea : pentru a putea interveni in deplina siguranta in instalatii , masini sau
echipmanetele lor electrice , este necesar sa se dispuna de mijloace de izolare electrica a
circuitelor prin raport cu reteaua generala de alimentare. Aceasta functie este asigurata de
sectionator usa siguranta si intrerupator sectionator.
b)Protectia : orice receptor poate fi locul unor incidente de origine electrica sau mecanica.
Pentru a se putea evita ca aceste incidente sa antreneze deteriorarea materialului , orice
pornire are in mod obligatoriu:
- o protectie impotriva scurt-circuitelor
- o protectie impotriva suprasarcinii
Protectiile sunt asigurate prin siguranta scurt-circuit si/sau suprasarcina , releu de
protectie , disjunctor scurtcircuit si suprasarcina . Voi prezenta cateva din elementele de
protectie ce le voi utiliza in cadrul solutiei de automatizare.
Separatorul reprezinta un element de protectie contra cresterilor de curent. Asigura o
distanta de izolare prin separarea a doua circuite neparcurse de curent , dar ce se afla sub
tensiune.Separatoarele pot fi de joasa , medie si inalta tensiune. Din categoria celor de joasa
tensiune putem mentiona si comutatoarele si intrerupatoarele , ce au ca utilitate conectarea /
deconectarea cirucitelor de current continuu sau de current alternativ.Din punct de vedere
constructiv un separator are urmatoarele componente:
Sistemul de contacte : cuprinde doua contacte , unul fix si unul mobil numit cutit
Sistemul isolator : cuprinde izolatoarele support ale contactelor atat fix cat si mobil ,
precum si o tija cu rol de transmitere a a miscarii de la dispozitivul de actionare la
elemental mobil.
Dispozitivul de actionare : asigura inchiderea sau deschiderea separatorului .
Separatoarele de sarcina au la baza ca mod constructiv separatorul normal , la care se adauga
un dispozitiv de stingere si contacte de rupere , intrucat fata de separatorul normal ,
separatoarele de sarcina comuta circuite aflate sub tensiune , parcurse de curent.
Releul magnetic are ca scop protectia impotriva supraintensitatilor si este alcatuit din:
Electromagnet
Contacte
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
48
Circuit cu magnet mobil
Moleta de reglaj
Principiu de functionare: Cand curentul controlat atinge pragul de reglaj , electromagnetul
atrage circuitul magnetic mobil care schimba starea contactelor.
Disjunctorul este un ansamblu care cuprinde un detector de curent , care atunci cand
intensitatea curentului depaseste o valoare de reglaj , provoaca deschiderea contactelor
circuitului.Detectarea supra-intensitatii este asigurata de de relee sau declansatoare magneto-
termice:
Declansator magnetic alcatuit dintr-o bobina care comanda – atunci cand intensitatea
curentului atinge o anumita valoare – deplasarea unui miez mobil ce antreneaza in
mod direct sau indirect deschiderea contactelor . Aceste detecoare functioneaza pentru
orice current mai mare decat pragul de functionare admis.
Declansatoare termice alcatuite din lame duble ce se deformeaza sub efectul caldurii
produse de trecerea curentului si care sunt solidare cu o paleta mobile , a carei
deplasare antreneaza direct sau indirect deschiderea contactelor.
Sigurante fuzibile
Sigurantele fuzibile sunt elemente de comutatie , cu rolul de a deschide un circuit atunci cand
curentul ce strabate circuitul respetciv depasete un prag dat . Spre deosebire de alte elemente
safety , siguranta fuzibila realizeaza acest lucru prin fuziunea dintre mai multe component. Se
poate utiliza la protectia transformatoarelor , la protectia motoarelor sau la diverse circuite
electrice.Contine un filament numit fuzibil , care la incalzire duce la intreruperea curentului
in circuitul respectiv.Ca si parametri nominali putem mentiona:
Tensiune nominala
Curent nominal
Caracteristica de protectie
Current minim de topire
Carateristica de liniaritate
c)Comutarea
Consta in stabilirea sau intreruperea energiei dintr-un receptor si este asigurata prin :
-intrerupator
-contactor
2.2.2 Echipamente de actionare: Convertizorul de frecventa.
Convertizorul de frecventa este folosit in actionarea motoarelor electrice si
reprezinta un echipament electronic ce comanda si controleaza variatia turatiei motorului de
CA prin reglarea frecventei , in cadrul sistemelor in care aceasta variatie este necesara.
In sistemele automatizate , convertizoarele sunt utilizate in principal pentru controlul si
variatia vitezei in functie de diferiti parametri ai sistemului.
Din punct de vedere constructiv , convertizoul este compus din 3 etaje integrate logic printr-
un circuit de comanda si control :
Etaj redresor: conectat la o retea de alimentare ; furnizeaza la iesire o tensiune de
current continuu pulsatorie catre etajul intermediar
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
49
Etaj intermediar: filtreaza tensiunea primita printr-un circuit condensator si unul
inductiv; netezeste pulsatile si impulsurile distorsionate.
Etajul unde are loc conversia din current continuu in curent alternativ , furnizand o
tensiune alternativa de diferite frecvente.
Avantaje ale utilizarii convertizoarelor de frecventa:
1. Au in componenta functii hardware si software cu diverse utilitati , economisind
astfel nevoia de alte echipmanete:
Controller pentru cascada: montarea in cascada a mai multor pompe
Controlere de tip PID
Functia sleep
Optiuni de comunicatie
Cartel pentru intrari/iesiri
2. Mententanta redusa
3. Economisesc energie prin faptul ca se poate obtine exact turatia dorita
Ca si principale component putem enumera circuitul invertor format din 6 tranzistoare ce
comuta in functie de comanda , circuitul de protectie pentru a realiza o incarcare lenta cu
energie si evita o supratensiune , driverul ce comanda tranzistoarele din circuitul invertor si el
de protectie , modulatorul sinusoid ace ofera modelul de obtinere a tensiunii dorite de la motor
si procesorul. Alt element important este interfata cu utilizatorul , ca si protocoale de
comunicatie avem DeviceNet , Ethernet/IP , Profibus .
2.2.3 Motorul de curent alternativ
Motoarele de curent alternativ functioneaza in general pe baza principiului campului
magnetic invartitor si sunt de doua tipuri : sinscron si asincron.
Motorul sincron – principiu de functionare
figura
Ca urmare a figurii de mai sus si a proprietatilor campului magnetic , rotirea magnetului
deasupra unui ac magnetic , duce la antrenarea acului in rotatie de catre magnet in acelasi sens
si cu aceeasi viteza ca si campul rotativ creat de magnet.La viteze mari , acul va fi solicitat
alternativ in doua sensuri dar inertia sa il va face imobil.
Motorul asincron
Daca inlocuim acul magnetic cu o spira inchisa ce se poate roti in jurul unei axe , la rotirea
magnetului se roteste si cadrul in acelasi sens ca si campul rotativ , dar putin mai
repede.Campul rotativ produce o variatie de flux prin spira si se produce un current indus
relative imens. Astfel , avem o rotatie a spirei la o viteza mai mica decat cea a campului
rotativ , deoarece in aceasta spira se creaza mereu un current indus.
Alcatuire motor asincron trifazat:
Statorul : produce campul rotativ ;este o carcasa cilindrica cu talpi de fixare si
un circuit magnetic in interior
Rotorul : este numit si indus si este de doua feluri , rotor bobina si rotor in
scrut-crcuit
Ventilatia
Un alt element important din punct de vedere ethnic este placa de identificare ce prezinta
caracterisiticle motorului:
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
50
1. Tipul motorului
2. Puterea motorului
3. Viteza reala a rotorului
4. Numarul de fabricatie
5. Indicele de protectie
6. Tensiunea de alimentare
7. Intensitatile in functie de tensiunea de alimentare
Carateristici complementare:
1. Cuplarea: reprezentarea placii cu borne , aceste motoare putand fi alimentate sub doua
tensiuni
2. Demarajul:Pana la o anumita putere , aceste motoare demareaza direct dar absorb in
timpul fazei de luare a vitezei o intensitate de 5-10 ori mai mare decat intensitatea
nominal.De la o anumita putere trebuie sa instalam un demaraj in mai multi timpi ,
pentru a reduce la minimum acest varf de intensitate.Cea mai mare parte a procedeelor
constau in aplicarea unei tensiuni reduse in momentul punerii in functiune si marirea ei
cand viteza nomainala este aproape atinsa.
2.2.4 Transformatorul
Transformatorul are scopul de a modifica marimea tensiunii care i se aplica si este alcatuit
din:
Carcasa : alcatuita la randul ei din tole subtiri si izolate unele de altele si
intercalare pentru a reduce incalzirea datorata curentilor si a evita pierderile
magnetice.
Bobinajele cu infasurare primara pentru bransare la retea si infasurare secundara
destinata sa debiteze in receptori.Aceste bobinaje sunt realizate pe carcasa sau
circuitul magnetic care serveste la canalizarea fluxului.Aceste doua bobinaje nu
sunt niciodata separate si sunt bine izolate intre ele si fata de circuitul magnetic.
Principiu de functionare:
Infasurarea primara alimentata cu curent alternativ produce un camp magnetic variabil .
Infasurarea secundara este supusa acestei variatii si la bornele ei se constata o diferenta de
potential.
1N numarul de spire ale infasurarii primare , 2N numarul de spire ale infasurarii
secundare , iar m este raportul de transformare.Vom avea urmatoarea relatie , adica tensiunea
pe spira la infasurarea primara este egala cu tensiunea pe spira la infasurarea secundara.Pe de
alta parte puterea aparenta absorbita de infasurarea primara este theoretic , aceeasi cu cea care
este restituita de infasurarea secundara.
mI
I
N
N
U
U
2
1
1
2
1
2
2.2.5 Elemente de comanda
Ca si echipamente de comanda electrice utilizate avem contactoarele.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
51
In sistemele electrice de automatizare , releele si contactoarele se folosesc in mare parte
pentru comandare , dar si pentru protectie. Astfel , contactorul reprezinta un echipament de
comutatie (poate avea actionare electromagnetica , pneumatica sau mecanica ) ce are o pozitie
stabila si are rolul de a intrerupe sau suporta curentii unui circuit. Inchiderea , respectiv
deschiderea unui circuit se realizeaza in urma unei comenzi date de un releu sau operator din
butonul de comanda. Practic , la schimbarea unei cantitati mari de energie este folosit releul
pentru a face posibil acest lucru prin contactele sale .Releul termic contine un bimetal , iar la
trecerea unui supracurent prin el bimetalul se indoaie (unul din metale are un factor de
inconvoiere mare) in sensul respectiv , actionand o tija si determinand astfel ruperea unui
contact , deci oprirea curentului prin el .Include si elemente de izolare si fixare: carcasa.
Din punct de vedere constructiv , un contactor are contactele principale normal deschise (se
numesc ruptoare in cazul in care contactele sunt normal inchise ) si are urmatoarele principale
component:
Circuit principal de curent ce include borne de racitor , contacte fixe si
mobile
Circuitul de comanda ce include butonul de comanda si bobina
electromagnetului
Circuite auxiliare ce include circuite de blocare sau semnalizare
La momentul actual , in sistemele electrice automate , contactoarele si ruptoarele sunt extrem
de folosite. Voi prezenta o scurta clasificare a contactoarelor electromagnetice.
Contactoarele electromagentice sunt actionate prin intermediul electromagnetilor si se
clasifica in mai multe tipuri:
In functie de tipul curentului din circuitul comutat in contactoare avem
contactoare de current continuu si current alternative
Dupa tipul curentului din circuitul de comanda avem contactoare
comandate in cc si ca
Contactoare monopolare si multipolare in functie de numarul de poli
Contactoare cu miscare de rotatie sau translatie
Dupa cum se poate vedea in figura 1.26 , avem 4 contacte. Primele 3 contacte comuta fazele
CA de intrare . Ultimul contact este contactul auxiliar , cu o rata de current cu mult sub cea a
contactelor motoarelor mari de current si este adesea utilizat in circuite logice releu ,
comutand de pe tensiunea de current alternativ a motorului pe 120 V CA. In continuarea
contactelor se pot observa 3 sarcini de supraincalzire cu rol de protectie si reprezentand
caracteristicile termice ale motorului. Fiecare astfel de element se incalzeste la trecerea
curentului prin el iar odata ajuns la punctul critic un contact normal inchis se deschide .
Bobina este conectata in serie cu contactul normal inchis , astfel ca la comutarea contactului
bobina va opri tensiunea si opri motorul in mod automat.[10]
2.3 Elemente de feedback
2.3.1 Senzori
Senzorii au rolul de a trasnforma marimea mecanica primita in semnal fie electric , fie
pneumatic. Mai precis , trimit catre unitatea de comanda date ce vor ajuta la desfasurarea
coclului automat. In cadrul sistemelor automate , cei mai intalniti senzori sunt cei care
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
52
detecteaza miscarea unui obiect sau ansamblu mobil si cei ce sesizeaza aparitia unui
obiect(ansamblu) in campul lor de actiune. Intrucat datele trimise catre unitatea de comanda
trebuie sa fie foarte precise , alegerea tipului de senzor corespunzator reprezinta un lucru
dificil si de cele mai multe ori se apeleaza la specialisti in acest domeniu.Voi descrie in
continuare tipuri de senzori ce vor fi folositi pentru proiectarea solutiei de automatizare:
a)Senzori inductivi
Sunt senzori electronici de proximitate ce detecteaza obiecte metalice. Ca si principiu de
functionare , senzorul prezinta urmatoarele componente:
Circuit LC oscilant
Evaluator de semnal
Amplificator de comutatie
Principiu de functionare:Are la baza variatia inductantei unei bobine alimentate in CA. Astfel
, pe partea senzoriala a echipamentului , bobina va emite un camp electromagnetic de inalta
frecventa . Aparitia obiectului in zona de actiune a dispozitivului duce la aparitia unor curenti
ce se intensifica odata cu apropierea lui , lucru ce duce la reducerea oscilatiilor . Aici apare
rolul circuitului evaluator care va converti informatia in semnal clar.
Tipuri : Pentru a detecta distanta sau verifica daca un obiect este prezent sau nu , sunt folositi
in majoritatea cazurilor senzorii de proximitate.
Avantaje si dezavantaje: Sunt extrem de robusti si au durata de viata ridicata datorita faptului
ca nu fac contact fizic cu obiectul urmarit.Totusi robustetea reprezinta si un dezavantaj , fiind
voluminosi.
b)Senzori capacitivi de proximitate
Senzorii capacitivi difera de senzorii inductivi printr-un singur aspect . In locul bobinei se va
utiliza un electrod in forma de placa cilindrica , iar intre electrod si pamant se va dezvolta un
camp capacitiv. Absenta obiectului respectiv duce la mentinerea stabilitatii campului
format.La apropierea obiectului de senzorul capcitiv are loc separarea sarcinilor acestuia in
sarcini pozitive si sarcini negative. Astfel , va avea loc urmatorul proces : sarcinile pozitive
ale electrodului atrag sarcinile negative ale obiectului , sarcinile pozitive ale obiectului vor fi
atrase de pamant.Faptul ca sarcinile negative sunt mai aproape de electrod duce la o crestere
electrostatica a electrodului.
c)Senzori de prezenta
Senzorii de prezenta (de miscare) sunt componente prin intermediul carora se poate determina
cantitatea unor proproetati fizice sau chimice (temperatura , umiditate , presiune , sunet) ,
convertind masurile mentionate in semnale electrice .
Principiu de functionare : Senzorii de prezenta sunt formati din dispozitive optice ce emit
lumina rosie. Senzorul va perce lumina reflectata la aparitia obiectului si in functie de culoare
, material va da un raspuns analogic. Dispozitivul optic are nevoie de o sursa de alimentare si
are in compozitie si un cablu de fibra optica. Senzorul este conectat la PLC si transmite
valoarea digitala 0 sau 1 ce va fi folosita in schema de automatizare.
d) Senzori fotoelectrici
Senzorii fotoelectrici intercepteaza semnalul provenit de la o sursa luminoasa prin intermediul
receptorului , iar prin intermediul emitatorului transmite semnalul luminos in semnal electric.
O a treia componenta este celula fotoelectrica , cu rol de a interpreta semnalul
receptat.Tehnologia folosita poate clasifica senzorii in doua categorii:
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
53
Cu reflexie-difuza : Emitatorul si receptorul se afla in componenta aceluiasi senzor .
Semnalul emis se va reflecta la intalnirea suprafetei de detectie si va fi receptat.
Retro reflexie –cu catadioptru : In acest caz semnalul luminos se va reflecta intr-un
catadioptru si va fi interceptat de catre receptor .Astfel , aparitia unui obiect intre
catadioptru si senzor duce la intreruperea semnalului luminos, informatie ce va fi
interpretata de senzor.Permite detectarea obiectelor la distante intre 1-15 metri si
utilizeaza semnal emis in infrarosu pentru evitarea posibilelor interferente cu alti
senzori aflati in apropiere.
Cu transmisie de fascicol luminos : Emitatorul si receptorul sunt separate fata de
cazurile precedente. Semnalul va fi interceptat direct de catre receptor prin reflexie
indirecta , fapt ce duce la posibilitatea detectarii la distante mai mari.[9]
e) Senzori pentru cilindri pneumatici
Domeniul lor este detectarea pozitiei pistonului in interiorul cilindrilor pneumatici , atat a
pozitiei de home cat si a pozitiei de sfarsit de cursa. Dificultatea consta in detectarea acestei
pozitii in interiorul carcasei cilindrului . Senzorii din seria BMF cu camp magnetic sau
senzorii electronici detecteaza astfel pozitia pistonului in cadrul cilindrilor pneumatici si
hidraulici . Din punct de vedere constructiv , au carcasa din aluminiu , otel inoxidabil sau
material plastic si ofera diverse suporturi de montaj.
Principiu de functionare al senzorilor pneumatici:
In segmentul de piston al cilindrului pneumatic sunt montati magneti permanenti , ce vor fi
sesizati de senzorul de camp magnetic prin peretele cilindrului . La apropierea pistonului ,
senzorul isi schimba valoarea de iesire a semnalului. Senzorii magnetici detecteaza prezenta
campurilor magnetice prin diverse tehnici , cum ar fi :magnetic inductiva , magnetic rezistiva.
Ca si avantaje putem mentiona durata de viata lunga , poate detecta pozitia pistonului chiar si
prin peretele cilindrului , sursa de alimentare intre 10-30 V DC , insensibili la vibratii ,
protectie la scrut-circutit , utilizand suportul potrivit pot fi montati pe marea majoritate a
tipurile de cilindri.
Setare a distantelor , montare si instalare:
Transmiterea semnalului de la un senzor cu camp magnetic este independenta de intensitatea
campului magnetic din piston , astfel acest principiu de proiectare pemite montarea senzorilor
chiar si unul langa altul , ca in imaginea urmatoare.
Instalare si ajustare:
1. Setarea pistonului la pozitia de END
2. Glisare senzor pana LEDUL este pe ON
3. Continuarea glisarii pana LEDUL ajunge pe OFF
4. Glisarea senzorului pana al doilea punct de ON. Se va marca extremitatea senzorului
pe clindru.
5. Se fixeaza senzorul de jos cu extremitatea intre cele doua puncte marcate.
Pasii se pot urmarii in figura ce urmeaza.[11]
2.3.2 Encodere
Encoderul este un dispozitiv ce converteste informatii dintr-un format in altul pentru diferite
scopuri :viteza , reducere a dimensiunilor , standardizare . Ele pot monitoriza din punct de
vedere electronic pozitia unui ax de rotatie si sunt de doua tipuri:
Encoder absolute
Encoder incrementale
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
54
Encoderele absolute de la Allen Bradely sunt dispositive electro-mecanice ce ofera
informatii de feedback in sistemele in bucla inchisa : pozitia de control in sistemele de
actionare , controlul vitezei.Astfel , pozitia unghiulara a unui arbore sau osie poate fi
convertita in valori analogice sau digitale. Encoderele absolute pot fi considerate si
traductoare unghiulare , iesirea lor indicand pozitia actuala a arborelui. In cazul producerii
unei pierderi de putere , pozitia ansamblului va fi salvata , iar la revenirea puterii de
alimentare procesul se va relua din punctual in care a ramas. Din acest motiv , ele reprezinta
solutii excelente si in ceea ce priveste mecanismul de siguranta. Din punct de vedere
constructiv , ele produc un cod unic pentru fiecare unghi distinct din miscarea de rotatie a
arborelui si pot fi de doua tipuri : mecanice si optice.
Encodere absolute mecanice: Un disc de metal ce contine un set de inele concentrice
este fixat de un disc izolant , care la randul lui este fixat de arbore.Un rând de contacte
glisante este montat de un obiect fix , iar fiecare contact actioneaza impotriva discului de
metal la o distanță diferită de arbore. In timp ce discul se roteste cu arborele, o parte din
contacte ating metalul , în timp ce altele se fixeaza în golurile unde metalul a fost
decupat.Tablă de metal este conectată la o sursă de curent electric, iar fiecare contact este
conectat la un senzor electric separat. Modelul de metal este conceput astfel încât fiecare
poziție posibilă a axei creează un cod unic binar, în care unele din contacte sunt conectate la
sursa de curent , iar altele nu sunt (adică dezactivat).Totusi , encoderele ce folosesc astfel de
contacte nu sunt folosite in general decat la aplicatii ce necesita viteze joase de
functionare.Din punct de vedere al conexiunii , encoderele absolute de la Allen Bradely ofera
functionalitati avansate , conectandu-se direct la DeviceNET
Encodere absolute optice:
La encoderele optice , discul este format din sticla sau plastic , cu portiuni de zona opaca , ce
permit citirea modelului optic la orice moment utlizand o sursa de lumina si o matrice foto
detectoare . Astfel , modelul rezultat va fi interpretat de catre un microprocessor determinand
pozitia unghiulara a arborelui. Pentru convertirea codului analogic in unghi se utilizeaza
algoritmi speciali. Tipuri de encodare a pozitiei:
Codare binara : Daca avem un numar de n contacte , numarul de pozitii distincte al
discului va fi 2 la n
Codare Gray : codarea Gray adduce o imbunatatire , pozitiile adiacente diferind cu
doar 1 pozitie
Exemplu de codare binara cu n=3 (3 contacte) : Figura 1.27 a
Exemplu de codare Gray : Figura 1.27 b
Encodere incrementale
Encoderele optice incrementale ofera, ca si in cazul celor absolute iesirea digitala
corespunzatoare pozitiei axului de rotatie , drept element de feedback . Sunt utilizate atunci
cand nu este necesara retinerea pozitiei axului de rotatie la o eventuala pierdere de putere ,
avand nevoie de intoarcere la pozitia de home pentru reinitializare. Acesta reprezinta
principala diferenta fata de encoderele absolute. Ca si mod de functionare , in timp ce
encoderele absolute contin inele de cod cu diferite valori binare ce furnizeaza pozitia absoluta
la o rotatie complete a axului , la encoderele incrementale furnizeaza doua impulsuri de iesire
fara a tine cont de numaratoare.Aceasta numaratoare se face in exterior , cu dispositive
electronice si este necesara o referentiere a pozitiei encoderului de device-ul la care este atasat
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
55
(se folosete de obicei un index).Astfel , encoderul incremental transmite o modificare
incrementala a pozitiei catre dispozitivul electronic corespunzator[12]
CAPITOLUL 3
Implementare masina unealta
3.1 Descriere functionalitate masina
Masina unealta se numeste „Masina aplicare banda de rulare KM” , face parte din sectorul
„Confectii” si dupa cum am netionat si in introducere , aplica banda de rulare KM pe carcasa
anvelopei. Banda de rulare KM este ultimul element component ce se aplica pe exteriorul
anvelopei . In componenta masinii avem urmatorele elemente de baza , ce se pot vedea si in
figurile 43-45 din lista de figuri:
1 Calcator
2 Role Calcare
3 Caps-uri
4 Toba SHAPER
5 Carcasa anvelopa
6 Banda de rulare KM
7 Sistem de incarcare anvelopa
Sistemul de incarcare al anvelopei consta in doua mase suprapuse si doi cilindri A si B. Sub
prima masa se afla cilindrul pneumatic A ce da miscarea pe pozitia Y , iar sub a doua se afla
cilindrul pneumatic B ce va da miscarea pe pozitia X. Acest sistem de incarcare ne asigura
transportul anvelopei catre toba SHAPER si fixarea ei intre cele doua caps-uri , unde va avea
loc procesul de calcare propriu-zis. In acest sistem de incarcare apare si rolul operatorului. El
va comanda manual startul ciclului prin apasarea butonului de START ce va duce la avansul
incarcatorului .Atunci cand incarcatorul avanseaza catre toba SHAPER , toba trebuie sa isi
faca pozitia de HOME . Odata fixata anvelopa pe toba SHAPER intre cele doua caps-uri ,
incarcatorul se va retrage in pozitia lui initiala , iar caps-urile se umfla prin aplicarea unei
presiuni de 2 bari pentru a fixa pozitia carcasei pe toba. Operatorul va aplica apoi manual
banda de rulare KM pe carcasa . Dupa aplicare , operatorul va parasi perimetrul iar presiunea
caps-urilor va fi marita la 5 bari . Odata primit feedback ca : presiunea maxima din caps-uri
estes etata la 5 bari , calcatorul este retras , asigurarea ca toba este in pozitia de HOME
operatorul va comanda manual din buton actiunea de rotire a tobei.
Un element important in cadrul sistemului de automatizare al masinii il reprezinta covorul
safety . Acesta este montat in zona sistemului de incarcare si nu va permite continuarea
ciclului atat timp cat operatorul este perimetrul respectiv . Totodata , la patrunderea unei
persoane in acel perimetru ciclul se va opri , evitand astfel posibile accidente.
Urmeaza procesul de calcare ce se va realiza cu ajutorul unui sistem de role calcare , deplasat
printr-un cilindru pneumatic C . Sistemul de calcare este format din calcator si role de calcare
la una din extremitati. Rolele de calcare sunt actionate de un motor ce roteste un arbore
melcat cu doua tipuri de filet pe el: un filet intr-un sens pana la jumatate iar apoi se schimba
in opusul lui. La actionarea motorului bratele rolelor se vor deplasa mai intai spre exterior , iar
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
56
mai apoi spre interior pana isi vor realiza pozitia de HOME. Motorul are encoder pentru a stii
pozitia bratelor , mai exact distanta dintre ele. Odata realizata pozitia de HOME a rolelor si
asigurarea ca toba se roteste , distribuitorul comandat electric (electrovalva) va comanda
avansul cilindrului si inclusiv a sistemului RC spre toba SHAPER unde se afla anvelopa.
Actiunea de calcare are urmatoarea desfasurare:
- calcatorul va avansa continuu
- bratele rolelor vor intalni banda de rulare a anvelopei si o vor aplica pe carcasa cu o anumita
presiune
-carcasa va avea o forma ovala ca urmare a umflarii capsurilor , astfel bratelele rolelor se vor
deschide pana la pozitia P1 , apoi P2 pentru a completa procesul de calcare a intregii
suprafete.
- toba se va opri din actiunea de rotire dupa un timp de 90 de secunde , calcatorul se va retrage
iar sistemul de calcare va reveni la pozitia initiala.
Intreg anasamblul de functionare poate fi vazut in figura 43 , tansportul carcasei si fixarea lui
pe toba , aplicare banda de rulare KM si avansul sistemului de calcare pentru a presa banda si
celelalte materiale textile pe anvelopa.
3.2 Componente necesare realizare masina unealta. Echipamente de
intrare/iesire
Pentru realizarea sistemului fizic vom tine cont de urmatoarele elemente:
a) Automatizare
Hardware :
Rack de 10 sloturi 174-A10 cu sursa de alimentare
Procesor SLC 5/04
2 module HSCE2(High Speed Counter) pentru encoderele corespunzatoare
1 modul cu 32 de intrari 1746-IB32
2 module a cate 16 iesiri pe releu (1746 – OW 16)
1 modul de intrare analogic (1746 – NI4)
1 modul de iesiri analogice (1746 – NO4I)
Software:
RSLogix 500
RSLinx Classic
Interfata cu calculatorul se realizeaza prin protocolul DH+ folosind modulul 1784-
U2DHP
PanelBuilder pentru realizarea programului de PanelView
Fluid Draw
b) Panou electric
Separator de forta
Disjunctoare (6A)
Contactoare / relee cu bobina comandata la 24 V
2 convertizoare de frecventa (PowerFlex 70)
Riglete
Relee safety
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
57
c) Panou control
PanelView (Allen-Bradely PanelView 550 2711-K5A5 comunicatie prin RS232 )
Buton stop urgenta
Buton start ciclu
Buton reset masina
Cheie selectoare MANUAL/AUTOMAT cu retinere
d)Pe teren
2 encodere incrementale
3 cilindri pneumatici cu doua tije si frane la ambele capete
2 motoare de curent continuu cu frana : SEW
Distribuitoare pneumatice cu arc ( FESTO)
6 senzori de prezenta
Senzor safety cu catadioptru
Regulator proportional presiune
Regulator de presiune normal
Covoare / bare safety
Sick safety
Echipamente de intrare / iesire:
Input:
S1= senzor prezenta cilindru A retras
S2=senzor prezenta cilindru A avansat
S3=senzor prezenta cilindru B retras
S4=senzor prezenta cilindru B avansat
S5=senzor prezenta carcasa pe capsuri
S6=senzor prezenta carcasa la incarcare
Ouput:
Din punct de vedere al procesului de automatizare avem in componenta , dupa cum se
poate vedea si mai sus un procesor SLC 5/04 de la Allen Bradely. Acesta este plasat in panoul
electric si montat pe sina in rack-ul de 10 sloturi alaturi de modulele de intrare si iesire .
Modulele de intrare si iesire analogice utilizate sunt 1764-NI4 , respectiv 1764-NOI4.Toate
elementele de input (in cazul meu cele mai utilizate sunt senzorii) vor fi legate fizic la blocul
de borne al modulului de intrare.Modulul ales citeste valori in intervalul 0-5 V si converteste
in biti.De cealalta parte , modulul de iesire analogic asigura comenzile din program spre
elementele de executie.
Intrucat procesorul este de tip mai vechi (seria 500) comunicatia se va face prin
protocolul Data Highway Plus , deci nu vom avea nevoie de montarea unui modul de
comunicatie DeviceNet sau ControlNet. Tot in rack vom monta cele doua module de
HSC(High Speed Counter) ce vor fi conectate fizic la encoderele mentionate mai sus : unul
pentru actionarea bratelor ce ofera feedback cu distanta dintre role (pozitia lor) , celalalt
pentru rotirea tobei.
Tot la punctul acesta avem softurile dedicate in care s-a realizat softul : RSLogix 500 , pentru
conectarea de la PC la automat : RSLinx Classic , pentru realizarea panoului de comanda:
PanelBuilder si pentru realizarea schemelor pneumatice ale comandarii celor trei cilindri :
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
58
avans calcator , miscare pe axa Y a incarcatorului , respectiv miscarea pe axa X a
incarcatorului. Schemele pneumatice de comanda a cilindrilor pot fi vazute in figura 47 din
lista cu figuri. Aerul este furnizat de compresorul de aer , trece printr-un grup de preparare aer
, apoi printr-un regulator normal de presiune . Presiunea reglata va intra in distribuitor pe
intrarea 1 si vom controla astfel forta de actionare a clindrului. Distribuitorului i se aplica o
tenisune de 24 V. Acesta poate fi comandat si manual. Iesirile 2 si 4 ale distribuitorului duc la
cilindrul pneumatic , cilindru cu dublu efect si frane la ambele capete de cursa.
Tot in aceeasi figura putem vedea si un echipament de reglare a debitului , droselul.
Prin drosel se controleaza viteza cilindrului , regland vitezele necesare demarajului si franarii
pentru fiecare sens
Astfel , putem nota doua elemente importante ce trebuie luate in calcul in cazul cilindrilor:
Regulatorul de presiune normal prin care controlam forta
Drosele prin care controlam viteza
In PanelBuilder se va realiza panoul de comanda: Panel View . Este folosit un Panel View
de la Allen-Bradely 550 2711-K5A5 ce va aduce facilitati in desfasurarea ciclului.
Acesta va avea implementat buton de stop urgenta , buton de start ciclu , buton de reset
masina si cheie selectoare mod manual / automat cu retinere. Tot din PanelView se poate
regla presiunea din capsuri , sau alte marimi precum viteza sau timpul de rotire al tobei.Un
astfel de exemplu va fi prezentat in prezentarea softului ladder.
La nivel de panou electric avem elementele de protectie impotriva unor cresteri mari de
curent : disjunctoare , sigurante fuzibile , separator de forta.Tot in panoul electric sunt
localizate si cele doua convertizoare de frecventa PowerFlex 70 de la Allen Bradely. Unul este
utilizat pentru actionarea bratelor rolelor spre interior si exterior , iar celalalt pentru rotirea
tobei.Convertizorul reprezinta practic turatia motorului si are in dotare comenzile de Start,
Stop , Forward , Reverse si parametrii:viteza in cazul de fata.
Ca si echipamente de teren avem cele doua encodere reprezentand elemente de
feedback.Acestea sunt legate fizic la modululele de HSC din panou , precum si la o sursa de
alimentare si ofera pozitia la un moment dorit de timp a bratelor rolelelor , respectiv a
pozitiei tobei. Valorile obtinute de la encoder vor fi utilizate in softul ladder al masinii prin
implementarea unor blocuri HSC.Astfel , vom stii pozitia in orice moment si totodata cand
toba , respectiv rolele au facut un ciclu complet. Un aspect important este faptul ca , atat toba
SHAPER si cat sistemul de calcare sunt controlate in bucla inchisa deoarece primim feedback
de pozitie din partea celor doua encodere.
Alte componente importante sunt senzorii. Avem 6 senzori de detectare prezenta pentru a
detecta daca cilindrul calcatorului este avansat sau retras , daca cilindrii A si B ai sistemului
de incarcare sunt retrasi sau avansati , daca anvelopa(carcasa) este fixata pe capsuri si daca
anvelopa se afla in incarcator. Toti acesti senzori sunt legati fizic la modul de intrare analogic
dupa cum am mentionat mai sus si in fuctie de valoarea lor „0” sau „1” se va decide un anumit
flow in program.
Deplasarea rolelor si rotirea tobei se realizeaza cu doua motoare de curent continuu trifazic
de 50 Hz .Motoarele utilizate sunt SEW EuorDrive .Acest tip de motor are discuri de frane
montate si propune un sistem de franare cu doua bobine ce asigura acuratete in pozitionare si
o frecventa de pornire ridicata.
Ca si echipamente pneumatice avem distribuitoarele FESTO pentru comanda celor trei
cilindri , drosele si regulator de presiune pentru reglaj viteza respectiv forta dupa am
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
59
mentionat si mai sus , un presostat ce ne va genera semnalul electric cand presiunea provenita
de la sursa de aer va ajunge la valoarea dorita si senzori pneumatici de prezenta ce vor fi
montati pe fiecare cilindru. Principiul de montare al senzorilor pneumatici poate fi vazut in
figura 37 din lista cu figuri. Distribuitoarele sunt cu arc si sunt comandate electric
(electrovalve), iar cilindrii sunt cu dublu efect si franare la ambele capete de cursa dupa cum
se poate vedea in schema pneumatica. Tot la echipamente pneumatice avem si regulatorul
proprotional de presiune pentru comandarea presiunii din capsuri.
Un aspect important in cadrul realizararii unei automatizari este cel de safety , pentru
evitarea posibilelor accidente la locul de munca. Vom utiliza un covor safety in zona
sistemului de incarcare pentru a stopa ciclul masinii in caz de acces in acel perimetru si un
sick optic-electronic de detectare tot pentru a proteja accesul la masina unealta. Sick-ul optic
poate avea puncte de reper si poate fi programat sa functioneze doar pe anumite zone.
3.3 Implementare schema Grafcet si soft ladder masina unealta
Schema logica sistem role calcare
Odata cu stabilirea functionalitatii masinii unealta si a elementelor componente , urmatorul
pas este realizarea schemei logice (GRAFCET) ce va furniza apoi un ciclu complet de
functionare al masinii si va face realizarea softului in ladder o misiune mult mai usoara.
Ca prima analiza a sistemului meu voi prezenta partea de calcare a carcasei anvelopei ,
aplicarea benzii de rulare KM cu ajutorul sistemului de role. Masina unealta are in
componenta un calcator cu sistem de role la una din extremitati. La sistemul de role calcare
avem un motor ce roteste un arbore melcat ( cu filet ) ce are la randul sau 2 tipuri de filet pe
el: un filet intr-un sens pana la jumatate iar apoi se schimba in opusul lui. Astfel atunci cand
se actioneaza motorulul , bratele se misca amandoua in acelasi timp dar din cauza filetelor se
misca la exterior apoi la interior. Motorul are encoder pentru a stii pozitia bratelor , distanta
dintre ele.Ca prim obiectiv in realizarea ciclogramei o reprezinta aducerea rolelor de calcare
la pozitia HOME. Astfel odata cu comanda de pornire a sistemului si verificarea daca au
fost transferati parametri(viteza, acceleratie role) , in cazul in care aceste doua conditii sunt
indeplinite se va comanda deplasarea rolelor spre exterior (START FW) pentru a verifica
pozitia lor fata de pozitia ce o vom numi „Home”. Aducerea rolelor in pozitia home va fi
realizata cu ajutorul a trei senzori de prezenta: doi pentru detectarea pozitiei la capetele de
cursa pe care ii vom nota SN OUT si unul pentru detectarea pozitiei home , notat SN HOME .
Principiul de deplasare si asezarea senzorilor pot fi observate in desenul prezentat in anexa.
Astfel , dupa cum se poate vedea in schema logica completa din anexa , daca SN OUT=0
(senzor capat de cursa ) si SN HOME=0 inseamna ca rolele nu au facut nici un senzor si se
revine in pasul precedent , de deplasare a rolelor spre exterior(START FW). In schimb , daca
SN OUT=0 si SN HOME=1 inseamna ca rolele au facut senzorul Home si se trece in pasul de
schimbarea a sensului de deplasare si reducere a vitezei , pas pe care l-am numit RV VITEZA
MICA. Cand SN HOME=0 se da comanda Stop masina si se considera ca pozitia de Home a
fost realizata. Daca SN OUT=1 si SN HOME=0 inseamna ca rolele au facut senzorul din
exterior si se comanda oprirea deplasarii si schimbarea sensului de deplasare.In pasul urmator,
cand senzorul de Home este facut se ajunge din noul in pasul RV VITEZA MICA.
Aducerea rolelor de calcare in pozitia HOME este foarte importanta , reprezentand un
element safety si asigurand contactul corect dintre sistemul de role si toba pe care se afla
carcasa de anvelopa.
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
60
Odata asigurata pozitia de home si comanda de rotire a tobei pe care se afla carcasa ,
calcatorul va avansa , altfel daca nu sunt indeplinite conditiile de trecere in pasul urmator se
intra intr-o subrutina WAIT MODE. Astfel daca :
datele din reteta (copy retetar to mem operativa) au fost transferate
senzorul de prezenta din spatele calcatorului , notat RC , ne asigura ca acesta este in
pozitia de back (comanda calcator back)
sistemul de role se afla in pozitia home
a fost data comanda de rotire a tobei
se trece in pasul urmator , pas in care se comanda avansarea calcatorului pentru un timp.
Daca timp de avans a fost facut si sensor RC=0 (calcatorul a avansat) se trece in pasul
urmator , si anume desfacerea rolelor de calcare.Deplasarea rolelor spre exterior se va face in
functie de o pozitie P data de encoder.Cand rolele (pozitia P) trec de pozitia P1 deplasarea se
opreste pentru un timp stabilit.In pasul urmator se reia comanda deplasare role exterior .In
pozitia P2 rolele vor intra din nou in stop pentru un timp dupa care isi vor continua deplasarea
tot spre exterior.ln stepul 5 avem actiunea stop desfacere role si retragere calcator precum si
revenirea rolelor in pozitia home. Schema completa este prezentata in anexe.
3.3 Conexiune PC-PLC
La nivel fizic , conexiunea se face prin protocolul DataHighway Plus , specific
procesoarelor SLC din seria 500. Cablul poate fi observat in figura 3.
Astfel , odata avut programul ladder vom utiliza softurile RSLogix si RSLinx Classic pentru
conectarea la PLC. Prin softul RSLinx vom configura driverele necesare urmand urmatorii
pasi:
deschidere RSLinx Classic
se acceseasza tabul „Communicatis” de unde se intra in „Configure Drivers”
se cauta driverul corespunzator , „DH+” apoi Add New – OK – Start
Pot aparea anumite conflicte seriale . Se recomanda inchiderea conexiunii si adaugarea si
configurarea din noua a driverului.Verificarea conexiunii se poate face din Configure Drivers
– RSWho .Din meniul aparut se alege conexiunea creata si se poate vedea procesorul SLC
5/04 daca totul s-a realizat cu succes.
Odata configurat driverul se deschide softul RSLogix ce contine programul . Din tabul
„Comms” se deschide meniul „Communications” unde se poate vedea conexiunea PC-PLC
precum si componentele sasiului: procesor , softul RSLogix , RSLinx , dar si canalul pe care
este realizata conexiunea prin DH+.Configurarea canalului se face din meniul din stanga , mai
exact din „Channel Configuration” de unde se aleg driverul DH+ si celelalte elemente
caracteristice. Din „Channel status” se poate verifica daca au fost primite sau trimise date pe
canalul configurat , monitorizand astfel buna functiune a conexiunii PC – PLC.Descarcarea
programului in memoria procesorului se face prin „Download” din acelasi meniu , iar prin
optiunea „Upload ” operatia inversa: descarcarea programului din memoria automatului in
RSLogix. Tot din RSLogix este permisa si resetarea memoriei PLC-ului. Pentru resetarea
trebuie intrat in modul „Online” , iar din tabul „Comms” se alege „Clear Processor
Memory”. Modul „Online ” permite monitorizarea in timp real a ciclului masinii , fiecare
etapa parcursa si executia tuturor instructiunilor in timp real . Este o buna metoda de depanare
, pot fi facute modificari si in timpul ciclului dar nu sunt recomandate. In general modificarile
se fac in modul „Offline”, se descarca din nou programul in PLC , iar apoi se trece din nou in
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
61
„Online” pentru a urmari din nou secventele de pasi. Interfata programului RSLogix 500 si
meniul „Communications” pot fi vazute in lista de figuri , precum si datele de configurare ale
canalului 0 (figura 4 si respectiv 48).
CAPITOLUL 4
4.1 Concluzii
Dupa cum se poate observa este nevoie de parcurgerea mai multor pasi pentru un proces
complet de automatizare si implica un anume grad de experienta .In cursul acestui proiect am
prezentat atat echipamente fizice : echipamente pneumatice , electrice , automate Allen
Bradely cat si echipamente software : RSLogix , RSLinx Classic . Scurta experienta din cadul
comapaniei Michelin si cunostintele dobandite in timpul facultatii le-am aplicat pentru
realizarea solutiei de automatizare pe masina unealta aleasa : Aplicare banda de rulare KM pe
anvelopa. Odata realizata automatizarea se cauta metode de optimizare si imbunatatire ,
masina avand de atins inca de la inceput anumite obiective la nivel de productie. Pentru
realizarea acestor obiective , dar si imbunatatirea lor pe parcurs se vor cauta astfel de solutii
de optimizare , ceea ce va duce in cazul de fata realizarea unui numar mai mare de anvelope
pe zi. Posibile imbunatatiri pot fi aduse prin mascarea anumitor secvente din ciclu de
functionare al masinii , mai exact executarea lor in acelasi timp cu alti pasi principali . Se pot
gasi si solutii de automatizare complete prin inlocuirea efortului depus de operator cu o
instalatie de aplicare a bandei de rulare.
4.2 Bibliografie
Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
Allen Bradely SLC 500 Instruction Set Reference Manual – Rockwell Automation
NetLinx System Maintenace and TroubleShooting User Manual
Sensors for Pneumatics Cylinders – Balluff
Sisteme de Actionare .Aplicatii - Referent Profesor dr. Ing. Inocentiu Maniu
http://www.ab.com/en/
Allen Bradely User Manuals
http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_5/2.html
Pneumatic cylinders series XL with brake system -AIRTEC
4.3 Anexe
[1] http://www.ab.com/en/epub/catalogs/
[2] Allen Bradely SLC 500 Instruction Set Reference Manual – Rockwell Automation
Capitolul 13 –SLC Communication Channels
NetLinx System Maintenace and TroubleShooting User Manual
[3] Allen Bradely SLC 500 Instruction Set Reference Manual – Rockwell Automation
Capitolul 2- Basic Instructions , Capitolul 6 –Program Flow Instructions
[4] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
4.2 Structura unui sistem de actionare pneumatic
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
62
[5] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram ; Sisteme de actionare.Aplicatii –
Referent Profesor dr. Inginer Inocentiu Maniu
4.6.1 Echipamente pentru controlul directiei de curgere
[6] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
4.6.2 Echipamente pentru reglarea debitului
[7] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
4.6.3 Echipamente pentru controlul si reglarea presiunii
[8] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
4.7 Echipamente componente ale subsistemului de comanda
[9] Actionari Hidraulice si Pneumatice – Mihai Avram
4.5 Motoare pneumatice
[10] http://www.allaboutcircuits.com/vol_4/chpt_5/2.html
[11] http://www.ghidelectric.ro/stire-1642-Cum-functioneaza-senzorii-inductivi.html
http://www.electronica-azi.ro/articol/5019
http://www.electromatic.ro/ro/senzori/item/32-senzorideproximitatecapacitivi
[12] http://www.ab.com/en/
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
63
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
64
Softul ladder pentru realizarea pozitiei de Home a rolelor de calcare
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
65
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
66
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
67
Softul ladder pentru intreg sistemul de calcare
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
68
Automatizare masina calcare carcasa anvelopa (aplicare banda de rulare)
69