UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Matjaž Šojat
MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:
ZASNOVA IN IZDELAVA
Diplomsko delo
Maribor, oktober 2017
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Matjaž Šojat
MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:
ZASNOVA IN IZDELAVA
Diplomsko delo
Maribor, oktober 2017
i
MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:
ZASNOVA IN IZDELAVA
Diplomsko delo
Študent: Matjaž Šojat
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje
Elektrotehnika
Smer: Avtomatika in robotika
Mentor: Izr. prof. dr. Marjan Golob
Lektorica: Erna Zajamšek, prof. sl. in nem. j. s knjiž.
ii
iii
MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM: ZASNOVA IN IZDELAVA
Ključne besede: transporter, programiranje, končna stikala, avtomatizacija, pnevmatski
cilindri
UDK: 004.4'24:629.01/.08(043.2)
Povzetek
V mojem zaključnem delu je predstavljeno načrtovanje, izdelava, programiranje,
vizualizacija ter testiranje transportnega vozička oz. modularnega produkcijskega sistema.
V vsebini so natančnejši opisi komponent, njihova izdelava in montaža. Namen dela je
ustvariti učno napravo, ki avtomatsko prelaga poljubne elemente iz ene pozicije v drugo
ter v realnosti simulirati avtomatsko transportno napravo za učenje. Delo se nanaša na
uporabo znanja iz aktuatorske tehnike, vezave elektrokomponent ter plk programiranja.
Ugotovljeno je, da izdelek zelo koristno vpliva na učence. Z njegovo pomočjo si lažje
predstavljajo, kako v praksi deluje neka naprava iz njihove stroke, ki jo sami
sprogramirajo.
iv
MODULAR PRODUCTION SYSTEM: DESIGN AND CONSTRUCTION
Key words: conveyor, programming, end switches, automation, pneumatic cylinders
UDK: 004.4'24:629.01/.08(043.2)
Abstract
In my final work there is presented the design, production, programming, visualization
and testing of the transport trolley or of modular production system. My work contains
detailed destription of the components, descriptions of the construction and assembly. The
purpose of the work is to create a learning device that automatically transfers any
element from one position to another posistion. Objective is to simulate a tranpsort device
for learning in reality. The work refers to the use of knowledge from actuator technique,
electro wiring of components and plc programming. It is found that the product has a very
beneficial effect on pupils. With this device, they can easily represent to theirself how an
device from their profession works in real life, which is programmed by themself.
v
ZAHVALA
Za uspešno opravljeno diplomsko nalogo bi se rad
zahvalil svojemu mentorju dr. Marjanu Golobu, ki
me je ustrezno usmerjal in mi s svojim strokovnim
znanjem svetoval pri pisanju diplomske naloge.
Zahvaljujem se tudi g. Zvonetu Cencnu ter g. Vladu
Seitlu za sodelovanje ter pomoč pri izvedbi izdelka.
Največja zahvala pa grem mojim staršem, ki so me
spodbujali med študijem in mi finančno omogočili
šolanje.
vi
Kazalo
1. Uvod ................................................................................................................ 1
1.1 Namen in obrazložitev izbire teme ........................................................................ 1
1.2 Opis splošnega področja v zaključnem delu.......................................................... 1
1.3 Struktura poglavij .................................................................................................. 2
2. Zasnova modularnega produkcijskega sistema .............................................. 3
2.1 Načrtovanje delovanja celotnega procesa ........................................................... 3
2.2 Opis MPS ............................................................................................................ 4
2.3 Opis komponent .................................................................................................. 5
2.3.1 Kompresor ................................................................................................... 5
2.3.2 Pripravna skupina ........................................................................................ 6
2.3.3 Ventilski otok ............................................................................................... 7
2.3.4 Pnevmatski potni ventili .............................................................................. 8
2.3.5 Pnevmatski linearni cilinder ........................................................................ 9
2.3.6 Pnevmatski dvosmerni cilinder .................................................................. 10
2.3.7 Pnevmatsko magnetno prijemalo ............................................................... 11
2.3.8 Pnevmatski cevi in priključki .................................................................... 12
2.3.9 Električni napajalnik .................................................................................. 13
2.3.10 Programirljivi logični krmilnik .............................................................. 14
2.3.11 Reed stikala ............................................................................................ 15
2.3.12 Tipke in priključne sponke ..................................................................... 16
2.3.13 Vmesne komponente .............................................................................. 17
2.3.14 Zaslon na dotik ....................................................................................... 18
2.3.15 Strojni elementi ...................................................................................... 19
vii
2.3.16 Kosovnica ............................................................................................... 20
2.3.17 Programska oprema ................................................................................ 21
2.4 Zasnova sistema vodenja ................................................................................... 22
3. Izdelava modularnega produkcijskega sistema ............................................. 23
3.1 Sestava vozička .......................................................................................... 23
3.2 Izdelava nosilca za dvosmerni cilinder ...................................................... 25
3.3 Izdelava nosilca za linearni cilinder ........................................................... 26
3.4 Izdelava nosilca za pripravno grupo .......................................................... 27
3.5 Izdelava nosilca za prijemalo ..................................................................... 28
3.6 Montaža sestavnih delov ............................................................................ 29
3.7 Montaža in vezava elektro komponent ...................................................... 32
3.8 Sestavljen modularni produkcijski sistem ................................................. 34
3.9 Risanje pnevmatske sheme ........................................................................ 35
3.10 Risanje elektro sheme vezave ................................................................ 36
4. Programiranje krmilnika in sistema za grafično predstavitev ......................... 37
4.1 Zamisel programa ................................................................................... 37
4.2 Oznake komponent in pomnilniški naslovi ............................................ 38
4.3 Pisanje programa .................................................................................... 39
4.4 Vizualizacija programa .......................................................................... 44
5. Ideje za nadaljnje delo................................................................................... 48
6. Sklep ............................................................................................................. 49
7. Viri ................................................................................................................. 50
viii
Kazalo slik
SLIKA 2.1 PRIKAZ UPORABE ................................................................................................................ 3
SLIKA 2.2 FESTO VOZIČEK ................................................................................................................... 4
SLIKA 2.3 KOMPRESOR ....................................................................................................................... 5
SLIKA 2.4 PRIPRAVNA SKUPINA .......................................................................................................... 6
SLIKA 2.5 SIMBOL PRIPRAVNE SKUPINE ............................................................................................. 6
SLIKA 2.6 VENTILSKI OTOK ELEKTRO PROŽENJE ................................................................................. 7
SLIKA 2.7 VENTILSKI OTOK PROFIBUS PROŽENJE ............................................................................... 7
SLIKA 2.8 SIMBOL 5/2 VENTILA .......................................................................................................... 8
SLIKA 2.9 IZHODA 5/2 VENTILA .......................................................................................................... 8
SLIKA 2.10 LINEARNI CILINDER ........................................................................................................... 9
SLIKA 2.11 LINEARNI CILINDER SIMBOLNA SHEMA ........................................................................... 9
SLIKA 2.12 DVOSMERNI CILINDER SIMBOLNA SHEMA .................................................................... 10
SLIKA 2.13 DVOSMERNI CILINDER .................................................................................................... 10
SLIKA 2.14 PNEVMATSKO PRIJEMALO.............................................................................................. 11
SLIKA 2.15 PNEVMATSKE CEVI ......................................................................................................... 12
SLIKA 2.16 PNEVMATSKI PRIKLJUČKI ................................................................................................ 12
SLIKA 2.17 ELEKTRIČNI NAPAJALNIK ................................................................................................ 13
SLIKA 2.18 SIEMENS KRMILNIK......................................................................................................... 14
SLIKA 2.19 MAGNETNO STIKALO ...................................................................................................... 15
SLIKA 2.20 TIPKE ............................................................................................................................... 16
SLIKA 2.21 ELEKTRO SPONKE............................................................................................................ 16
SLIKA 2.22 VMESNA POSTAJA .......................................................................................................... 17
SLIKA 2.23 VMESNI PRIKLJUČKI ........................................................................................................ 17
SLIKA 2.24 ZASLON NA DOTIK .......................................................................................................... 18
SLIKA 2.25 ALU PROFIL ..................................................................................................................... 19
SLIKA 2.26 NAREBRENA PLOŠČA ...................................................................................................... 19
SLIKA 2.27 KOLESA ........................................................................................................................... 19
SLIKA 3.1 ODREZANE NAREBRENE PLOŠČE ...................................................................................... 23
SLIKA 3.2 SKICA VOZIČKA ................................................................................................................. 23
SLIKA 3.3 VIJAČNA ZVEZA ................................................................................................................. 24
ix
SLIKA 3.4 OKVIR ................................................................................................................................ 24
SLIKA 3.5 PLASTIČNI VSTAVKI ........................................................................................................... 24
SLIKA 3.6 KONSTRUKCIJA ................................................................................................................. 24
SLIKA 3.7 NOSILEC V SOLIDWORKS .................................................................................................. 25
SLIKA 3.8 NOSILEC PRI LAKIRANJU ................................................................................................... 26
SLIKA 3.9 NOSILEC V SOLIDWORKS .................................................................................................. 26
SLIKA 3.10 PRITRDITEV NOSILCA ...................................................................................................... 26
SLIKA 3.11 NOSILEC PRIPRAVNE SKUPINE ........................................................................................ 27
SLIKA 3.12 NOSILEC V IZVEDBI ......................................................................................................... 27
SLIKA 3.13 NOSILEC PRIJEMALA V SOLIDWORKS ............................................................................. 28
SLIKA 3.14 NOSILEC PRIJEMALA ....................................................................................................... 28
SLIKA 3.15 SESTAVLJEN VOZIČEK ...................................................................................................... 29
SLIKA 3.16 SKUPNI NOSILEC CILINDROV .......................................................................................... 29
SLIKA 3.17 PRIKAZ MONTAŽE ........................................................................................................... 30
SLIKA 3.18 NAMEŠČANJE CEVI ......................................................................................................... 30
SLIKA 3.19 KOTNI PRIKLJUČKI ........................................................................................................... 31
SLIKA 3.20 CELOTA CEVI ................................................................................................................... 31
SLIKA 3.21 NAPELJEVANJE CEVI V KANAL ......................................................................................... 31
SLIKA 3.22 MONTAŽA ZASLONA IN NAPAJALNIKA ........................................................................... 31
SLIKA 3.23 POVEZAVA Z ZASLONOM ................................................................................................ 32
SLIKA 3.24 MONTAŽA KRMILNIKA .................................................................................................... 32
SLIKA 3.25 VMESNE SPONKE ............................................................................................................ 32
SLIKA 3.26 VMESNA POSTAJA 2 ....................................................................................................... 33
SLIKA 3.28 PRIKLJUČKI POTNIH VENTILOV ....................................................................................... 33
SLIKA 3.27 PRIKLJUČEK MAGNETNEGA STIKALA .............................................................................. 33
SLIKA 3.29 TIPKE ............................................................................................................................... 33
SLIKA 3.30 PRIKAZ SESTAVLJENEGA MPS-A ..................................................................................... 34
SLIKA 3.31 PNEVMATSKA SHEMA .................................................................................................... 35
SLIKA 3.32 NAČRT VEZAVE ............................................................................................................... 36
SLIKA 4.1 PREDSTAVITEV OZNAK ..................................................................................................... 38
SLIKA 4.2 ČELNA PLOŠČA .................................................................................................................. 39
SLIKA 4.3 IME PROGRAMA ............................................................................................................... 40
SLIKA 4.4 KONFIGURACIJA ................................................................................................................ 40
x
SLIKA 4.5 KRMILNIKI ......................................................................................................................... 40
SLIKA 4.6 PROJECT VIEW .................................................................................................................. 41
SLIKA 4.7 DODAJANJE OPERACIJSKEGA PANELA .............................................................................. 44
SLIKA 4.8 POVEZAVA Z KRMILNIKOM ............................................................................................... 45
SLIKA 4.9 ŠTEVILO ZASLONOV .......................................................................................................... 45
SLIKA 4.10 ZAČETNI ZASLON ............................................................................................................ 46
SLIKA 4.11 ZAČETNA POZICIJA .......................................................................................................... 46
SLIKA 4.12 VMESNA POZICIJA .......................................................................................................... 47
SLIKA 4.13 PRENOS ........................................................................................................................... 47
SLIKA 4.14 ROČNO AKTIVIRANJE ...................................................................................................... 47
xi
Seznam uporabljenih kratic
MPS – modularni produkcijski sistem (Modular production system)
NO – normalno odprt (Normal open)
DC – enosmerni tok (Direct current)
AC – izmenični tok (Alternative current)
PLK – programabilni logični krmilnik
MPI – večtočkovni vmesnik (Multi-point interface)
Profibus – odprto vodilo za obsežno uporabo v procesih, industriji in avtomatizaciji
ALU – aluminij
HMI – vmesnik med strojem in človekom (Human machine interface)
TIA – totalno integrirani program za avtomatizacijo (Totally integrated automation)
V14 – verzija programa 14 (Version 14)
OB – organizacijski blok (Organization block)
FB – funkcijski blok (Function block)
FC – funkcija (Function)
CPU – centralna procesna enota (Central processing unit)
RS-485 – standardna serijska komunikacija
I – vhodi (Inputs)
Q – izhodi (outputs)
Max. – maksimalno (Maximum)
S313 – tip krmilnika
PC – osebni računalnik (Personal computer)
1
1. Uvod
1.1 Namen in obrazložitev izbire teme
Moji odločitvi za izbiro in izdelavo tega zaključnega dela je botrovala zamisel, da lahko
znanje in izkušnje, ki sem jih pridobil med študijem, samostojno prenesem v praktični
izdelek. Prav tako me je ta smer tehnike zelo zanimala, zato sem se odločil za sodelovanje
z lokalnim podjetjem, ki mi je omogočilo, da izdelek izdelam do konca. Namen mojega
zaključnega dela je bil, da izdelam učni pripomoček, ki ga bodo uporabljali dijaki v času
praktičnega pouka. Za njegovo izdelavo smo se s podjetjem odločili predvsem zaradi
razpoložljivih komponent, ki so se nabrale v preteklih letih, in zaradi precej visoke cene
takšnega izdelka na trgu.
1.2 Opis splošnega področja v zaključnem delu
Izdelal bom modularni produkcijski sistem (MPS). Izhajal bo iz vozička, ki ga bom naredil iz
aluminijastih profilov. Na njem bodo potekale vse operacije. Sestavljen bo iz pnevmatskih
cilindrov (levo-desno, gor-dol), prijemala (odprto-zaprto) ter senzorjev za končne pozicije.
Cilindre bomo krmilili preko ventilskega otoka. Senzorji bodo povezani s krmilnikom
Siemens. Krmilnik bo omogočal električno aktiviranje cilindrov, prav tako pa bo
zagotovljeno fizično aktiviranje s tipkami. Nadzor procesa bo možen preko zaslona. V
krmilnik bom zapisal tudi program za avtomatsko delovanje sistema, ki bo opravljal
funkcijo prelaganja kosov. Moja naloga bo tudi izris načrta vozička ter izbira ustrezne in
dovolj kakovostne opreme za uspešno delovanje, kot so cilindri, prijemala, senzorji,
napajalnik. S pomočjo svojega znanja bom lahko vse te komponente sestavil, povezal ter
sprogramiral. Cilj izdelave je bil, da s pomočjo MPS-vozička avtomatiziramo industrijski
proces. Z izdelavo tega zaključnega dela sem izpopolnil znanje iz aktuatorske tehnike in
veščine programiranja ter dokazal, da sem med študijem pridobil dovolj teoretičnega in
praktičnega znanja za uspešno izdelavo izdelka.
2
1.3 Struktura poglavij
Zaključno delo je vsebinsko razdeljeno na posamezna poglavja in podpoglavja. Takoj za
uvodom sledi poglavje zasnove modularnega produkcijskega sistema. Razdeljeno je na
načrtovanje delovanja celotnega procesa, opis strojnih komponent ter zasnove sistema
vodenja. Podrobneje bom opisal zahteve strojnih in elektrokomponent ter izbire
ustreznega programa za risanje in programiranje. Nato sledi poglavje izdelave
modularnega produkcijskega sistema, ki bo temeljilo na izdelavi oziroma sestavi samega
vozička, montaži strojnih in elektrokomponent z vsemi njihovimi povezavami ter
predstavitvijo s pnevmatskimi in elektro shemami. Naslednje poglavje obravnava
programiranje krmilnika in sistema za grafično upodobitev in bo zajemalo opis izbire
krmilnika ter programske opreme. Predstavljen bo program za avtomatsko delovanje ter
izdelavo grafičnega vmesnika za prikaz in upravljanje. Ostane še poglavje zagona in
testiranje opreme. V tem poglavju bodo izvedeni vsi varnostni testi ter pregled uspešnega
avtomatskega delovanja naprava. Na koncu sledi še sklep z ugotovitvami.
3
2. Zasnova modularnega produkcijskega sistema
2.1 Načrtovanje delovanja celotnega procesa
Na začetku sem moral zasnovati, kako bo sistem deloval, katere komponente bom
potreboval in kako jih bom povezal v celoto. Modularni produkcijski sistem je izdelek, ki
ga izdeluje podjetje Festo pneumatic. Njihov koncept je zasnovan tako, da je na
transportnem vozišču sestavljen sklop cilindrov in prijemal, ki so povezana s
pnevmatskimi komponentami. Dodan je električni del z vključenim krmilnikom, na
katerega so vezani vhodi, kot so tipke, in izhodi, kot so tuljave ventilskega otoka. Sestavil
sem spisek vseh potrebnih komponent. Izdelal sem načrte za izdelavo nosilcev cilindrov,
prijemal ter vozička. V programu Eplan sem narisal elektro shemo povezav vhodnih in
izhodnih enot na krmilnik ter zaslon. V programu Festo didactic sem narisal pnevmatsko
shemo za proženje cilindrov. Ta dva programa sem dobro spoznal med študijem, tako da
mi nista povzročala težav. Paziti sem moral na izbiro pravilne tehnike načrtovanja risb, da
so bile narisane skladno z zahtevami standardov.
Slika 2.11 Prikaz uporabe
1http://www.expo21xx.com/automation21xx/15665_st3_industrial_research/default.htm
4
2.2 Opis MPS
Modularni produkcijski sistem je naprava, ki predstavlja industrijo 4.0. Z njo lahko
simuliramo in rešujemo realne probleme, ki se pojavljajo v industriji, kjer sledijo trendom
avtomatizacije linij za sestavljanje, kontrolo, prenos. Kot je razvidno s slike, voziček, ki je
sestavljen iz aluminijaste profilne tehnike, omogoča, da lahko obstoječemu izdelku
dodamo skoraj kakršnokoli napravo ali komponento. Omogoča hitro menjavo komponent,
kar je ključno za vzdrževanje. Na prenosni voziček so z nosilci pritrjeni cilindri in prijemala,
ki so povezana z ventilskim otokom. Ventilski otok je povezan z dovodom zraka iz
pripravne grupe ter krmilniki, ki sprožijo elektro tuljave posameznega izhoda na
ventilskem otoku. Za končne pozicije nam služijo reed stikala, ki so povezana s
krmilnikom. Uporabljajo se krmilniki znamke Siemens, in sicer se na njih preko vhodnih
digitalnih enot povezujejo tipke, kot sta npr. tipki start ali stop. Prav tako pa krmilnik
omogoča Profibus vezavo na prikazovalni zaslon, kjer se preko njega lahko upravlja s
celotnim sistemom ter nadzoruje prikaz trenutnih stanj pozicij.
Slika 2.22 Festo voziček
2http://edutelsa.com/festo/?added-to-cart=2530
Krmilna plošča
plošča
Krmilnik
plošča
Priključne
sponke
plošča
Brezbatni cilinder
plošča
Enosmerni
cilinder
plošča Pripravna grupa
plošča
Reed stikala
plošča
Ventilski
otok
plošča
5
2.3 Opis komponent
Za dobro razumevanje celotnega sklopa sistema ter zaradi glavnega namena te zaključne
naloge, da se ustvari učni model ter tudi možnost kasnejše preureditve ali dograditve
izdelka, je zato v tem podpoglavju podrobno opisana vsaka vgrajena ter izdelana
komponenta. Podane so splošne informacije kot zgradba, delovanje, tehnični podatki,
dimenzije, vse skupaj pa je opremljeno z vizualnimi podobami. Ti podatki bodo na voljo za
nadaljnje delo.
2.3.1 Kompresor
Kompresor je delovni stroj, ki s pomočjo elektromotorja pretvarja okoliški zrak približno
1,2 bara v energijo zraka pod pritiskom okoli 6 barov v tlačno posodo za uporabo v
pnevmatskem okolju. Uporaba kompresorjev je v današnjem času zelo priljubljena, saj
omogoča pridobiti stisnjen zrak, ki je čist ter poceni. Zmogljivost kompresorja mora biti
takšna, da v sistemu vedno zagotavlja zadostno količino in dovolj visok tlak, ki se meri v
enoti volumski tok Q [m3/h]. Glede na zahteve vgrajenih komponent, kot je to v mojem
primeru, cilindru izberemo ustrezno dovolj močan kompresor.
Tehnični podatki: Lincos
- Batni kompresor
- Moč 2,2 kW
- Rezervoar: 100 l
- Delovni tlak: 10 barov
- Število vrtljajev: 1570 rpm
Slika 2.33 Kompresor
3http://www.lincos.si/batni-kompresorji/batni-kompresor-100ltr-10bar-cb-10023
6
2.3.2 Pripravna skupina
Za zagotavljanje dolgotrajnega, učinkovitega ter zanesljivega delovanja pnevmatskega
sistema se uporablja pripravna grupa, ki ji na vhod priključimo pridobljeni stisnjeni zrak iz
kompresorja. Za optimalno delovanje pnevmatskih naprav je treba zagotoviti, da je zrak
čist (brez mehanskih primesi), brez vlage (kondezata) ter brez olja. Sestavljena je iz filtra,
tlačnega regulatorja z merilnikom tlaka in naoljevalnika.
Slika 2.4 Pripravna skupina
Slika 2.54 Simbol pripravne skupine
Tehnični podatki: UNI-AIR CL.12G3/8
- Obratovalni tlak: 0–12 bara
- Možnost regulacije tlaka, naoljevanja in filtriranja
4Harb, R. Krmilna tehnika: Tehniška založba Slovenije, 2008.
Regulator tlaka
Merilnik tlaka
Filter zraka
Naoljevalnik
Vhodni priključek
Izhodni
priključek
7
2.3.3 Ventilski otok
Ventilski otok je vmesni člen med električnim ter pnevmatskim delom sistema. Sestavljen
je iz sklopa razdelilnih ventilov, s čimer prihrani prostor, sicer bi za vsak aktuator
uporabljali potne ventile. Krmiljen je lahko s signali pnevmatskega krmilja ali pa
električnimi signali. Ti se delijo na povezavo s Profibusom ter z navadnim elektro
ožičenjem iz krmilnika. Povezava Profibus se uporablja, če je ventilski otok na oddaljeni
lokaciji. Tako se zmanjšajo stroški ožičenja. Z navadnim ožičenjem pa aktiviramo ventilski
otok neposredno z digitalnimi izhodi enosmerne napetosti 24 V programirljivega
logičnega krmilnika. Na ventilskem otoku so električne tuljave, ki ob prisotnosti napetosti
aktivirajo izbrani izhod.
Tehnični podatki: Festo CPV10-VI (18200)
- Napajanje: 24 V DC
- Število ventilov: 8
- Vrsta ventilov: 4/2 potni ventil
- Obratovalni tlak: 10 barov
- Povezava: Profibus, elektrosignal
Slika 2.7 Ventilski otok profibus proženje Slika 2.6 Ventilski otok, elektro proženje
Proženje ventila
8
2.3.4 Pnevmatski potni ventili
Za napravo smo uporabili pnevmatske delovne potne ventile. Krmilnih ventilov nismo
uporabili, ker celotni sistem krmilimo z ventilskim otokom, ki pa je povezan s
programirljivim logičnim krmilnikom. Prav tako ima ventilski otok skupno odzračevanje. S
potnimi ventili odpiramo, zapiramo in izpuščamo pretok stisnjenega zraka. Aktiviramo jih
lahko s pomočjo mehanske sile, kot so tipke in stikala, ali pa z električnimi signali, kjer z
napetostjo sprožimo tuljavi ventila za odpiranje ali zapiranje.
Uporabili smo potni ventil 5/2.
Tehnični podatki: Festo CPV10-VI 384-163 J
- Maksimalni obratovalni tlak: 10 barov
- Dolžina 30x80x80 mm
- Teža: 0,09 kg
- Električno aktiviranje
Slika 2.8 Simbol 5/2 ventila
Slika 2.9 Izhoda 5/2 ventila
2. Izhod ventila
1. Izhod ventila
9
2.3.5 Pnevmatski linearni cilinder
Linearni ali brezbatni cilinder je pnevmatska komponenta, katere glavna lastnost je, da ne
vsebuje batnice. Ima zelo velik izkoristek zraka ter dolgo življenjsko dobo. Na njegovo
vodilo se montirajo različni nosilci, ki prenašajo breme ali pa opravljajo določeno funkcijo.
Tehnični podatki: Festo DGC-K-25-450-PPV-A-GK
- Dolžina: 650x45x45 mm
- Obratovalni tlak: 10 barov
- Premer odprtine: 25 mm
- Dolžina giba: 450 mm
- Integrirani vbod za senzorje
Slika 2.10 Linearni cilinder
Slika 2.115 Linearni cilinder, simbolna shema
5https://www.smc.eu/portal_ssl/WebContent/main/index_restyling.jsp?is_main=yes
Vpenjalo cilindra
10
2.3.6 Pnevmatski dvosmerni cilinder
Pnevmatski dvosmerni cilindri so mehanske naprave, ki uporabljajo moč stisnjenega
zraka, da dobimo silo v batu, kar povzroči linearno gibanje. Bat ali cilinder preneseta silo
na predmet, ki se premika. Pnevmatski cilindri se uporabljajo namesto hidravličnih, ker so
tišji, čistejši in ne zahtevajo velikega prostora za shranjevanje tekočin ter vzdrževalna
dela. V obe smeri deluje sila zraka pod pritiskom. Za bolj natančno delovanje pri večjih
silah bi morali uporabiti hitro odzračevalni ventil, ki zmanjša vpliv zračne blazine (pri
preklopu ventila se tlak ne utegne dovolj hitro izprazniti v atmosfero).
Tehnični podatki: Festo DZF-25-100-A-P-A
- Dolžina: 160x55x15 mm
- Dolžina giba: 100 mm
- Obratovalni tlak: 10 barov
- Premer bata: 25 mm
- Integrirani vbod za senzor
Slika 2.126 Dvosmerni cilinder, simbolna shema
Slika 2.13 Dvosmerni cilinder
6http://egradiva.scng.si/strojnistvo/Kazalo/pnevmatini_delovni_valji2.html
11
2.3.7 Pnevmatsko magnetno prijemalo
Prijemalo je pnevmatska komponenta, ki se uporablja za prenos obdelovanca. Pritrjuje se
na predhodno montirani cilinder ter je na ta način povezano v sklop sistema. Dodajo se
mu tudi različni senzorji, kot je fotosenzor ali pa reed stikalo za zaznavanje odprtosti
oziroma zaprtosti klešč. V našem primeru deluje kot vmesni člen med enosmernim
cilindrom ter obdelovancem (kocki). Zagotavlja varen prenos obdelovanca med operacijo.
Tehnični podatki: Pneumax 6310.20.D
- Maksimalna širina vpenjala: 26 mm
- Minimalna širina vpenjala: 10 mm
- Obratovalni tlak: 10 barov
- Obratovalna temperatura: -5 °C do +50 °C
- Magnetne klešče
Slika 2.14 Pnevmatsko prijemalo
12
Slika 2.16 Pnevmatski priključki
2.3.8 Pnevmatske cevi in priključki
Za pnevmatsko povezavo vseh komponent med seboj smo uporabili polietilensko
plastično cev.
Tehnični podatki: Festo
- Maksimalni tlak obremenitve pri 20 °C: 10 barov
- Premer cevi: 4 mm
- Dolžina: 3000 mm
- Material: plastika – polietilen
Slika 2.15 Pnevmatske cevi
Za povezavo komponent smo uporabili pnevmatske priključke, ki smo jih predhodno
načrtovali glede na število potreb in velikost pri posameznih komponentah. Ločimo jih
glede na razvod, priklop, obliko in funkcijo. Uporabili smo kotne ter ravne spojne
priključke.
Tehnični podatki: Festo
- Premer 4 mm
- Premer 6 mm
- Material: plastika
- Maksimalna obremenitev: 20 barov
- Temperaturni razpon: -20 °C do +80 °C
13
2.3.9 Električni napajalnik
Na MPS postaji je več različnih električnih komponent, ki za delovanje potrebujejo
električno priključitev enosmerne napetosti 24 V. Odločili smo se za Festo napajalnik, ki
izmenično električno napetost 220 V pretvarja v enosmerno napetost 24 V.
Osnovni tehnični podatki za napajalnik: Festo Edutrainer
- Vhodna napetost: 120/230 V AC
- Izhodna napetost: 24 V DC
- Vhodni tok: 1,20/0,67 A AC
- Izhodni tok: 4,5 A DC
Slika 2.17 Električni napajalnik
Vhodna
napetost:
230 V
AC
Izhodna
napetost:
24 V DC
14
2.3.10 Programirljivi logični krmilnik
PLK dobiva vhodne signale senzorjev, tipk, stikal, inkrementalnih dajalnikov v obliki
električnih signalov tipa napetosti ali toka. Na podlagi vrednosti teh signalov, ki jih
obravnava centralna procesna enota, sproža ali preklaplja izhode, na katere so vezani
izvršilni členi. Za svoj projekt smo izbrali Siemensov krmilnik iz družine S300, ki ima že v
osnovi integrirano vhodno/izhodno kartico. Kartica vsebuje 16 digitalnih vhodov in 16
digitalnih izhodov.
Tehnični podatki krmilnika: Siemens CPU313C – 2 DP
- Integrirano napajanje: 24 V DC
- Digitalni vhodi: DI 16 x 24 V DC
- Digitalni izhodi: DQ 16 x 24 V DC
- Delovni pomnilnik: 128 KB
- Vmesnik za programiranje: MPI
- Hitri števci: 3
- Povezava: RS 485 (MPI, Profibus)
Slika 2.18 Siemensov krmilnik
Vhodno/izhodna
kartica
Krmilnik
Povezava RS 485
15
2.3.11 Reed stikala
V proizvodnji, kjer poteka proces, ki ga krmili PLK, so prisotni senzorji. Ti zagotavljajo
konstanto informacijo o stanju krmiljenega sistema. Z njimi lahko ustrezno reagira
zapisani program v krmilniku in sproži ustrezen izhod. Delimo jih na digitalne ter analogne
signale (napetostni in tokovni). Osnovna naloga senzorja je zaznavanje merjenega signala,
obdelave ter oddajanja.
V zaključnem delu smo izbrali magnetno stikalo reed, ki omogoča enostavno montažo,
priključitev ter programiranje. Sestavljeno je iz 2 feromagnetnih jezičkov, ki sta vgrajena v
hermetično zaprto stekleno cevko. Če na ti dve plošči vplivamo s trajnim magnetom, se
skleneta in oddata signal krmilniku. Se pravi, da se nasprotno polarizirata in skleneta
tokokrog. V našem primeru je trajni magnet vgrajen v batu cilindra.
Tehnični podatki magnetnega stikala: Festo SME-8-S-LED-24
- Napajalna napetost: 10–30 V AC/DC
- Največji dovoljeni tok: 500 mA
- Maksimalna moč: 10 VA
- Obratovalno področje: -40 °C … +60 °C
- Stopnja zaščite: IP65, IP67
- Sila privijanja: max. 0,6 Nm
- Kontakt: delovni in mirovni
Slika 2.197 Magnetno stikalo
7http://khinentienphat.com/San-pham/Cam-bien-Festo--Sensors-ac1633.html
16
2.3.12 Tipke in priključne sponke
Program je zasnovan tako, da ročno s tipkami aktiviramo začetek avtomatiziranega
sistema.
Uporabljata se dve tipki, in sicer Start ter Reset (Ponastavitev), ki sta vezani na digitalni
vhod krmilnika.
Tehnični podatki obeh tipk, Start in Reset: Schneider
- Delovna napetost: 12 V DC
- Nazivni tok: 4,5 A DC
- Tip kontaktov: NO
Slika 2.208 Tipke
Za lažjo povezavo smo se odločili, da so vhodi in izhodi krmilnika vezani na vmesne
električne sponke. S tem smo omogočili naknadno spreminjanje vezav ter lažje
vzdrževanje.
Slika 2.21 Elektrosponke
8http://www.elektrotrgovina.si/tipke-stikala-svetilke
17
2.3.13 Vmesne komponente
Zaradi kratkih dolžin priključnih žic smo vključili vmesno komponento, da smo na
priključne sponke pripeljali vse električne komponente, namenjene na digitalne vhode in
izhode. To vmesno komponento smo uporabili zato, da smo standardizirali priključitev
vseh komponent po Festo načinu. S tem smo dosegli, da lahko s katerimkoli drugim Festo
MPS izdelkom komunicira tudi ta izdelek.
Slika 2.229 Vmesna postaja
Da je vmesna postaja uspešno komunicirala s krmilnikom, smo izbrali vmesni električni
vodnik, ki ni nič drugega kot sklop žic, ki vodijo od vmesne postaje do vhoda krmilnika.
Slika 2.23 Vmesni priključki
9http://www.festo-didactic.com/int-en/learning-systems/mps-the-modular-production-system/system-description/ideal-interfaces.htm?fbid=aW50LmVuLjU1Ny4xNy4xOC42NDQuNDIyOQ
18
2.3.14 Zaslon na dotik
Zaslon na dotik je grafični vmesnik, preko katerega je v industriji omogočeno upravljanje
različnih funkcij, kot je nadzor celotnega procesa ter ročno aktiviranje posameznih vhodov
in izhodov. Je človeku prijazna naprava, s katero upravljamo z dotikom prsta na zaslonu.
Spada med vhodno/izhodno enoto krmilnika. Izraz HMI (Human machine interface) jih
opisuje kot vmesni člen med strojem in človekom. Za komunikacijo med zaslonom in
krmilnikom smo uporabili Profibus.
Tehnični podatki: Siemens Simatic TOUCHPANEL TP1771
- Napajalna napetost: 24 V DC
- Ločljivost zaslona: 320x240 točk
- Vmesniki: 1 x RS422, 1xRS485 (max. 1,5 Mbit/s)
- Velikost zaslona: 5,7''
- Velikost pomnilnika: 512 kB
- Vrsta zaščite: IP65 (spredaj), IP20 (zadaj)
Slika 2.24 Zaslon na dotik
19
Slika 2.26 Narebrena plošča
2.3.15 Strojni elementi
Za sestavo MPS sistema smo izbrali aluminijasto ALU profilno tehniko. Ti profili s svojimi
utori omogočajo enostavno sestavo, prav tako pa hitro namestitev komponent na celoten
sistem. Z različnimi pritrdilnimi elementi, vključno z nosilci in kotniki, omogočajo
enostavno sestavo kompletnih konstrukcij. S tem smo dosegli nižjo ceno celotnega izdelka
in prihranili čas pri montaži. Njihova površina je anodizirana, tako da ni potrebe po
barvanju za zaščito.
- Izbrali smo ALU profila mer: 40x40 mm in 45x45 mm.
Slika 2.25 ALU profil
Za dokončno sestavo, kot smo si jo zamislili, smo uporabili tudi kolesa za lažji transport,
ter plošči, kjer potekajo operacije. Vsi materiali so iz aluminija.
Slika 2.27 Kolesa
Spredaj 2x stabilna Zadaj 2x vrtljiva
20
2.3.16 Kosovnica
Za lažji pregled in načrtovanje smo izdelali kosovnico, ki prikazuje točno določeno število
uporabljenih materialov, kot so različni vijaki, nosilci, matice in sestavne komponente.
Material Mere Kos
Aluminijasti profil 40x40x700 6
40x40x270 6
40x40x1000 4
45x45x200 2
45x45x100 2
45x45x560 1
Festo plošča 350x30x700 1
Vrtljivo kolo / 2
Stabilno kolo / 2
Ročaj vozička Premer 20 mm 350 1
Narebrena aluminijasta plošča
350x5x700 2
Ventilski otok / 1
Pripravna grupa / 1
Brezbatni cilinder / 1
Enosmerni cilinder / 1
Prijemalo / 1
Kanal 30x40x400 1
Kotnik / 8
Imbus vijak M4 15
Imbus vijak M5 5
Imbus vijak M8 25
Matica M4 5
Matic M8 25
Distančnik 15x30x50 1
Pnevmatska cev Premer 4 mm 3,5 m
Pnevmatska cev Premer 8 mm 30 cm
Pnevmatski priključek-kotni Premer 4 mm 4
Pnevmatski priključek Premer 6 mm 2
Reed stikalo / 4
Nosilec cilindra 70x8x160 1
Nosilec profila 50x8x100 2
Nosilec prijemala 40x10x25 1
Nosilec pripravne grupe 50x3x95 1
Dušilka / 10
21
2.3.17 Programska oprema
- Za programiranja krmilnika Siemens S313 smo izbrali programsko okolje Siemens TIA
portal V14, program, ki se uporablja za nadzor in upravljanje procesov v industriji.
Omogoča avtomatsko delovanje delovnih strojev in procesov. Odvisno od zahtev je
treba napisati in naložiti program na krmilnik za avtomatsko delovanje strojev.
- Za vizualno ponazoritev delovanja pnevmatskega sistema in aktiviranje cilindrov smo
uporabili program za načrtovanje pnevmatike FLUIDSIM. Omogoča povezovanje točno
takšnih elementov, kot so bili uporabljeni v nalogi, od pripravne grupe do aktuatorja
cilindra.
- Za izdelavo vezalnega načrta smo izbrali program za risanje elektroshem Eplan.
Omogoča vezavo tipk, sponk, krmilnika ter komunikacijskih žic. V tem primeru smo
predstavili vezavo vhodov in izhodov na krmilniku.
22
2.4 Zasnova sistema vodenja
Spodnja slika prikazuje zasnovo celotnega sistema, tj. povezave med posameznimi
komponentami, ki so bile opisane.
Blokovna shema delovanja:
Napajalnik 24 V DC
Krmilnik
Siemens
Ventilski otok
aktiviranje
ventilov
Zaslon na
dotik
Računalnik
PC
Tipka start
Tipka reset
23
Slika 3.1 Odrezane narebrene plošče
3. Izdelava modularnega produkcijskega sistema
Po opravljenem teoretičnem delu smo začeli s praktičnim delom. Dela je bilo veliko, saj je
bilo treba izdelati nosilce za komponente, preden smo lahko sestavili celoten voziček.
Nosilce je bilo treba načrtovati in narisati v programu Solidworks.
3.1 Sestava vozička
Odločili smo se, da bo voziček sestavljen iz profilov velikosti 40x40x40 mm. S pomočjo
žage smo jih nažagali na točne mere. Žaganje je bilo dokaj enostavno, saj je bilo veliko
delov iste velikosti. Poudarek je bil predvsem na natančnosti. Ko smo imeli vse želene dele
narezane, smo jih začeli sestavljati. Izbrali smo imbus vijake velikosti M8 ter matice, ki
smo jih vstavili v utore profilov. Z laserjem smo odrezali 2 narebreni aluminijasti plošči, ki
služita kot nosilni plošči. Ko smo vse sestavili, smo dodali še kolesa, in sicer 2 stabilni
kolesi ter 2 gibljivi kolesi. Za ročaj vozička smo uporabili kovinsko palico ter jo pričvrstili.
Celoten voziček je bil zamišljen na osnovi FESTO plošče.
Slika 3.2 Skica vozička
24
Slika 3.3 Vijačna zveza
Slika 3.4 Okvir
Slika 3.5 Plastični vstavki
Slika 3.6 Konstrukcija
25
3.2 Izdelava nosilca za dvosmerni cilinder
Izdelali smo nosilec, ki je pritrjen na brezbatni cilinder, na katerega smo potem lahko
pritrdili dvosmerni cilinder. Odrezali smo aluminijasti kos mer 70x160 mm, debeline 8
mm. Po načrtu, ki smo ga narisali v Solidworksu, je sodelavec postružil za 4 mm in izdelal
radiuse 8 mm. Zatočkali smo mere za luknje in z vrtalnim strojem izvrtali luknje s svedrom
5,2 mm. Izvrtane luknje smo pogreznili ter vse luknje in nosilec peskali. Na koncu smo ga
še zaščitili z lakom. Na cilinder smo ga pričvrstili z dvema imbus vijakoma M8. Na ta
nosilec smo nato s štirimi vijaki M5 pritrdili še dvosmerni cilinder.
Slika 3.7 Nosilec v Solidworksu
26
Slika 3.9 Nosilec v Solidworksu Slika 3.8 Nosilec pri lakiranju
Slika 3.10 Pritrditev nosilca
3.3 Izdelava nosilca za linearni cilinder
Izdelati je bilo treba 2 nosilca, ki povezujeta brezbatni cilinder z aluminijastimi profili.
Najprej smo konstruirali in izmerili razdalje med luknjami in narisali načrt v Solidworksu. V
skladišču so bili ravno prav dolgi kosi aluminija, zato smo uporabili kar te. S pomočjo
načrta smo zarisali točke, kjer bodo luknje, ter jih nato zatočkali in zvrtali s svedroma 8,2
in 4,2. Izvrtane luknje smo nato pogreznili ter s pilo posneli in speskali. Nato smo oba
nosilca zaščitili z lakom, posušili in ju z navoji pričvrstili na luknje cilindra. Uporabili smo 8
vijakov velikosti M5. V aluminijaste profile smo na vsaki strani vstavili po 2 matici M8 in ju
pričvrstili z imbus vijaki M8.
27
3.4 Izdelava nosilca za pripravno grupo
Da smo lahko pripravno skupino pričvrstili na voziček, smo izdelali preprost nosilec. S
pomočjo industrijskih škarij smo na mero 94x50 mm odrezali aluminijasto pločevino,
debelo 3 mm. Potem smo s pomočjo pile pobrusili robove in zgladili ostre dele. Z risalno
iglo smo s pomočjo pomičnega merila zarisali točke za vrtanje in jih tudi zatočkali. S
svedroma 3,2 in 8,2 smo izvrtali luknje. Na sliki se vidi, da smo pri tem nosilcu uporabili
vijake imbus M8 in navadne vijake M3, ki imajo na drugi strani matice M3.
Slika 3.11 Nosilec pripravne skupine
Slika 3.12 Nosilec v izvedbi
28
Slika 3.13 Nosilec prijemala v Solidworksu
3.5 Izdelava nosilca za prijemalo
Nosilec za prijemalo smo izdelali, da smo ga lahko pritrdili na dvosmerni cilinder. Najprej
smo iz aluminija izrezali kos z merami 40x10x25 mm. Nanj smo narisali mere za luknje, jih
izvrtali in pogreznili. Nosilec z vijakoma M4 smo pritrdili na prijemalo in potem vse skupaj
na cilinder. Nosilec smo pred tem še speskali ter ga zaščitili z lakom.
Slika 3.14 Nosilec prijemala
29
3.6 Montaža sestavnih delov
Voziček smo sestavili toliko, da smo lahko nanj začeli montirati sestavne komponente ter
jih povezali električno in pnevmatsko.
Slika 3.15 Sestavljeni voziček
Na brezbatni cilinder smo s pomočjo nosilca namestili dvosmerni cilinder. Nato smo z
drugim nosilcem pritrdili prijemalo in vse to namestili na glavni nastavljivi nosilec.
Problem je nastal zaradi teže cilindra, zato smo dodali plastični distančnik, ki omogoča
neovirano delovanje.
Slika 3.16 Skupni nosilec cilindrov
30
Na Festo ploščo smo ob strani s pomočjo nosilca pritrdili pripravno grupo, na vrh plošče
pa pričvrstili ventilski otok. V profilno tehniko smo vstavili senzorje. Na oba cilindra in
prijemalo smo namestili priključke za pnevmatske cevi. S pnevmatskimi cevmi smo
povezali ventilski otok s cilindri in prijemalom. Vse cevi in kable smo napeljali v električni
kanal. V ventile na pnevmatskem otoku, ki jih nismo uporabili, smo namestila dušilke.
Slika 3.17 Prikaz montaže
Slika 3.18 Nameščanje cevi
Vstavljanje magnetnih
stikal v utore cilindra
Pnevmatski priklop
cilindra
31
Slika 3.19 Kotni priključki Slika 3.20 Celota cevi
Slika 3.21 Napeljevanje cevi v kanal
Slika 3.22 Montaža zaslona in napajalnika
Priklop
prijemala
Nosilci
za
montažo
32
Slika 3.23 Povezava z zaslonom
3.7 Montaža in vezava elektrokomponent
Krmilnik Siemens S313 smo montirali na montažno letev, ki je izdelana prav za takšne
primere. Njegove vhode in izhode smo povezali z vmesnimi sponkami, povezavo Profibus
pa neposredno vzpostavili z zaslonom na dotik.
Slika 3.24 Montaža krmilnika
Slika 3.25 Vmesne sponke
Pričvrščeni
krmilnik
Priključitev vhodov in
izhodov ter napajanja
krmilnika na vmesne
sponke, ki se nahajajo na
isti montažni plošči kot
krmilnik.
Povezava krmilnika z
zaslonom (Profibus) ter
poveza krmilnika z
računalnikom za
programiranje.
33
Slika 3.27 Priključek magnetnega stikala
Slika 3.29 Tipke
Imeli smo dvojne vmesne priključne sponke. Prve vmesne sponke smo montirali na
montažno ploščo, na kateri je tudi krmilnik, iz katerega so vezani vhodi in izhodi. Druga
vmesna postaja sponk pa je na samem vozičku in predstavlja povezavo med senzorji,
tipkami in ventilskim otokom ter vmesno postajo. Vmesni postaji sta med seboj povezani
z vmesnimi priključki, ki pa smo jih že opisali v prejšnjem poglavju. Ventilski otok je pri
tem predstavljal aktuatorje. Krmilnik je imel na svoje izhode povezane potne ventile. Vsak
potni ventil smo povezali s krmilnikom. Ob aktiviranju določenega izhoda je dobil potni
ventil napetost 24 V DC.
Slika 3.26 Vmesna postaja 2
Slika 3.28 Priključki potnih ventilov
Vmesni priključek za povezavo z vmesno postajo sponk 2.
Sponke, na katere so priključeni spodaj Prikazani elementi.
34
3.8 Sestavljeni modularni produkcijski sistem
Ostalo nam je še programiranje ter vizualizacija in nadzor sistema. Na spodnji sliki se vidi
prikaz sestavljenega končnega izdelka od sestave alu profilov do vezave krmilnika. V
naslednjem poglavju je predstavljeno programiranje za avtomatsko delovanje
transportnega sistema.
Slika 3.30 Prikaz sestavljenega MPS-a
PC, povezan in pripravljen za programiranje.
Kompresor za napajanje. Krmilnik, povezan
z vhodi in izhodi.
Cilindri, povezani v celoto za opravljanje funkcij.
35
3.9 Risanje pnevmatske sheme
V programu Fluidsim smo simulirali delovanje ventilov in aktuatorjev. Kot je razvidno, smo
izbrali 5/2 potne ventile z elektroaktiviranjem.
Slika 3.31 Pnevmatska shema
36
3.10 Risanje elektrosheme vezave
V programu Eplan smo narisali elektroshemo vezave vhodov (tipk in senzorjev) ter vezave
izhodov (potni ventili). Prikazane so vse oznake, ki omogočajo hitrejše programiranje za
nadaljnje delo.
Slika 3.32 Načrt vezave
37
4. Programiranje krmilnika in sistema za grafično predstavitev
4.1 Zamisel programa
Po končanem montažnem delu smo se lotili programiranja krmilnika Siemens. Celotna
postavitev tega sistema cilindrov je omogočala različne opcije delovanja programa v
avtomatskem režimu. Odločili smo se, da bo program deloval tako, da bo sklop cilindrov
služil in simuliral transportno roko, kakršno lahko najdemo v pravi industriji. Se pravi, da
bo prenašal obdelovanec oziroma izdelek iz ene pozicije v drugo.
Delovanje korakov:
- Korak 1: odpre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzdol
- Korak 2: zapre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzgor
- Korak 3: cilinder 1 opravi gib naprej
- Korak 4: cilinder 2 opravi gib navzdol
- Korak 5: odpre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzgor
- Korak 6: cilinder 1 opravi gib v levo smer za postavitev v začetno pozicijo
Korak 1
Korak 2
Korak 3 Korak 4
Korak 6
Korak 5
Zamisel avtomatskega delovanja
38
4.2 Oznake komponent in pomnilniški naslovi
Ime oznake Naslov Tip Funkcija
Tipka_start I 0.0 boolean Zagon programa
Tipka_reset I 0.1 boolean Reset programa
Senzor_desno I 0.2 boolean Prisotnost desno
Senzor_levo I 0.3 boolean Prisotnost levo
Senzor_gor I 0.4 boolean Prisotnost gor
Senzor_dol I 0.5 boolean Prisotnost dol
Cilinder_desno Q 0.2 boolean Pomik v desno
Cilinder_levo Q 0.3 boolean Pomik v levo
Prijemalo_zaprto Q 0.4 boolean Zapiranje prijemala
Prijemalo_odprto Q 0.5 boolean Odpiranje prijemala
Cilinder_gor Q 0.6 boolean Pomik gor
Cilinder_dol Q 0.7 boolean Pomik dol
Slika 4.1 Predstavitev oznak
Cilinder levo-desno
Cilinder gor-dol
Senzor desno
Senzor levo
Senzor gor-dol
Prijemalo Odprto-zaprto
39
4.3 Pisanje programa
Za pisanje programa smo izbrali TIA PORTAL V14, ki omogoča zapis programov na
krmilnike Siemens. Programirali smo v lestvičnem jeziku. V tem poglavju sem predstavil
potek programiranja za avtomatsko delovanje našega modularnega produkcijskega
sistema. Za pisanje programa smo uporabili programske bloke, ki nam jih nudi TIA
PORTAL.
Organizacijski blok OB1: ko je krmilnik v RUN načinu, se začne izvajati ta blok. Izvaja se
zaporedno, vrstica za vrstico, dokler ne pride do konca programa, kjer začne znova. Ta
blok povzema dodatne napisane bloke, ki sestavljajo celoten program, kot so različne
funkcije.
Funkcijski blok FB: za njih je značilno, da svoje pridobljene vrednosti hranijo v podatkovne
bloke (data blocks) tudi po končanem izvajanju. To je prednost, saj lahko te posamezne
bloke uporabljamo za programiranje funkcij, kjer ta vrednost predstavlja pomemben člen.
Funkcije FC: to so podatkovni bloki, ki se izvedejo 1x in se jim načeloma rezultat ne
shranjuje. Lahko ga shranjujemo posebej v podatkovne bloke. Povezani so z
organizacijskimi in funkcijskimi bloki, tako da je omogočena komunikacija.
Začetek:
Ob zagonu TIA PORTALA se prikaže čelna plošča, kjer smo ustvarili nov projekt z imenom
Diploma.
Slika 4.2 Čelna plošča
40
Slika 4.3 Ime programa
Slika 4.4 Konfiguracija
V okviru strojne konfiguracije smo iz nabora različnih družin krmilnikov izbrali krmilnik, s
katerim bomo lahko zapisovali program. V našem primeru je bil to CPU 313. Paziti je bilo
treba, da izberemo ustrezno verzijo tega krmilnika, ki ga definira točno določena številka
produkta.
Slika 4.5 Krmilniki
Izbira kreiranja novega programa
Izbira konfiguracije naprave
Izbira krmilnika za projekt
41
Ko smo izbrali krmilnik, nam je program samodejno odprl okno Project view. V tem oknu
krmilniku iz možnega nabora v konfiguraciji dodamo preostale module, ki jih potrebujemo
za izvedbo naloge. V našem primeru tega ni bilo treba storiti, saj ima naš krmilnik
integriran napajalnik in vhodno izhodno enoto. Drugače pa to storimo s funkcijo
"drag&drop" tako, da bi jih v katalogu povlekli z miško na ustrezno mesto vodila
krmilnika.
Slika 4.6 Project view
Na podlagi zasnovanega načina, od koder se bo izvajal avtomatski cikel, je bilo treba na
začetku samega programa nastaviti oziroma pozicionirati komponente na točno določeno
začetno točko. Uporabil sem funkcijo, kjer sem preveril, na katerem mestu so trenutno
komponente, in jih aktiviral zato, da se postavijo v začetno pozicijo in se ponastavijo.
Upošteval sem tudi tipko Reset, s katero se vse to opravlja.
42
V mreži 11 se s tipko Start aktivira cikel programa.
V mreži 12 se s tipko Reset izklopi cikel programa.
Na začetku je bilo treba ugotoviti pozicijo prijemala. Primer pozicije
prijemala:
Po ugotovitvi trenutne pozicije je bilo treba postaviti prijemalo na začetno
pozicijo.
43
Program smo razdelili v sekcije, kjer predhodna sekcija aktivira naslednjo in
s tem aktivira naslednje ukaze:
Po končanem 1 ciklu se vse sekcije postavijo na 0.
Ukaz za ponavljanje ciklov:
44
4.4 Vizualizacija programa
Po končanem pisanju programske kode za avtomatsko delovanje transportnega sistema
smo se lotili še vizualizacije celotnega sistema. Želja je bila, da bi lahko s pomočjo
operacijskega panela Siemens InTouch ročno upravljali posamezne izhode ter opravili
kontrolo nad trenutnimi pozicijami komponent transportnega vozička. Povezava med
operacijskim sistemom in krmilnikom je bila opravljena s Profibus sistemom, napajanje pa
iz vgrajenega napajalnika napetosti 24V DC. Serija našega zaslona na dotik je bila že
barvna, tako da smo lahko uporabili rdeče-zeleno signalizacijo za ugotovitev stanja
vhodov in izhodov.
Začetek:
V projektu, ki smo ga predstavili v prejšnjem poglavju, smo nadaljevali z vstavljanjem
komponent oziroma naprav, in sicer z vključitvijo operacijskega sistema na naslednji
način:
Slika 4.7 Dodajanje operacijskega panela
Izbira zaslona za vizualizacijo
1
2
3
45
Povezava operacijskega panela s krmilnikom preko Profibus vodila.
Slika 4.8 Povezava s krmilnikom
V nadaljevanju smo vizualizacijo pripravili tako, da imamo začetni zaslon, iz njega pa se
potem vključujemo v zaslon grafičnega prikaza ter v zaslon vhodov/izhodov. Tipki Start in
Stop smo povezali z vizualizacijskimi gumbi, ki so vidni na naslednjih slikah. Aktivirajo in
ugasnejo se z dotikom na njihovi poziciji na zaslonu, se pravi set_bit in reset_bit. Vhode
oziroma senzorje smo povezali z barvnimi indikatorji (zelena: ON, rdeča: OFF) in s tem
vzpostavili prikaz pozicije cilindrov. Izhode smo povezali s set_bit ter reset_bit gumbi, tako
da je možna njihova ročna sprožitev.
Slika 4.9 Število zaslonov
Zaslon ter 2 notranja zaslona
46
Pozdravni zaslon, kjer je možno sprožiti ter prekiniti program avtomatskega delovanja, in
sicer s tipkama Start (zelena) ter Stop (rdeča). Za realni čas omogoča prikaz trenutne
pozicije zaslon številka 2, in sicer Grafični prikaz. Oddaljeno ročno proženje izhodov
omogoča zaslon številka 3 I/O.
Slika 4.10 Začetni zaslon
Zaslon številka 2: Grafični prikaz
Slika 4.11 Začetna pozicija
Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder zgoraj
47
Slika 4.12 Vmesna pozicija
Slika 4.13 Prenos
Zaslon številka 3: I/O
Slika 4.14 Ročno aktiviranje
Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder spodaj
Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder desno
Oddaljeno proženje izhodov na elektroventilu
48
5. Ideje za nadaljnje delo
Med izdelavo celotnega zaključnega dela, predvsem pa v fazi montaže, se nam je
naknadno porajala kopica izboljšav in novih idej. Zavedamo se, da izdelek ni popoln in da
ga je možno še dograditi, predvsem pa izboljšati na področju varnosti. Zato so v naslednjih
alinejah zapisane konkretne ideje.
Ideje za razmislek:
Celotnemu sistemu dograditi transportni tekoči trak, ki bo odloženi izdelek iz
pnevmatskega prijemala popeljal na drugo pozicijo. Možnosti povezave s sedanjim
krmilnikom za uspešno komunikacijo.
Zamenjava magnetnih stikal, ki so problematična zaradi nenatančnosti pozicioniranja,
z induktivnimi stikali. Treba bi jih bilo narisati in zanje izdelati nosilce.
Dograditev senzorja za nadzor prisotnosti odprtih in zaprtih klešč prijemala.
Vgraditev kamere za zaznavanje različnih barv izdelkov in izločanje izbranih.
Dograditev sistema varnosti z uporabo fotosenzorjev, predvsem ob situaciji, kadar se z
roko posega v območje delovanja.
Možnost aktiviranja posameznega ventila preko zaslona na dotik.
Izdelava vizualizacije in nadzora za oddaljeno proženje preko PC.
Po strojni plati bi bilo treba mehansko zaščititi območje krmilnika, da bi se izognili
morebitnim udarcem.
Dograditev sistema, ki bi s pomočjo magnetnega ali induktivnega stikala zaznaval
velikost izdelka, ki se prenaša, in tako sporočil njegove dimenzije prijemalu za
ustrezno odprtost klešč.
49
6. Sklep
Po testiranju celotnega izdelka smo prišli do sklepa, da sistem, kakršnega smo si zamislili,
deluje, kot smo predvideli. V bistvo smo to tudi pričakovali, saj obseg komponent ni velik
in smo se lahko osredotočili na natančno izdelavo. Ugotovili smo, da sistem deluje
popolnoma avtomatsko. Dovedena energija stisnjenega zraka je zadovoljiva. S
programom smo simulirali transportno roko, ki prenaša obdelovanec ali izdelek iz ene
pozicije v drugo. Delovanje je neovirano. Program, ki smo ga zapisali v krmilnik, smo
testirali in prišli do zaključka, da vsi vhodi in izhodi delujejo tako, kot morajo in da se
program ne cikla nikoli. Kar se tiče varnosti, smo testirali tipki Start ter Reset. Tipka Reset
v celoti deluje, tako da v primeru zaciklanja programa ali neke ovire celoten sistem
obstane.
Za odločitev izdelave modularnega produkcijskega sistema, mi ni niti malo žal. Med
izdelavo zaključnega dela sem namreč pridobil dragocene izkušnje na področju, za katero
sem se šolal. Spoznal sem vse delovne procese, od načrtovanja celotnega procesa pa do
vizualizacije. S tem mislim predvsem pravilen nabor komponent in iskanje le-teh,
načrtovanje montaže in risanje strojnih načrtov. Seznanil sem se tudi z delom na stružnici
in laserskim rezalnikom. S podjetjem smo odlično sodelovali, tako da je zadovoljstvo
obojestransko. Podjetje je s tem pridobilo nov učni pripomoček, ki bo dijakom predvsem
olajšal predstavo nekega proizvodnega izdelka.
Modularni produkcijski sistem je praktičen način spoznavanja proizvodnih procesov. Z
njim lahko upravljamo različne industrijske procese. Naš sistem je izdelan v obliki makete
in je namenjen predvsem za uporabo pri učenju. Znanje, ki sem ga pridobil na fakulteti,
sem izkoristil pri tem projektu. S tem pa sem pridobil nove delovne izkušnje. Tega
projekta sem se zelo veselil in ga z veseljem opravljal. Upam, da bo še dolgo služil svojemu
namenu ali spodbudil druge za nadaljnje izboljšave izdelka.
50
7. Viri
[1]. Noe Herakovič, Prijemala. Dostopno na: http://studentski.net/gradivo/vis_scv_meh_tpr_sno_avtomatizacija__prijemala_01 [19. 7. 2017]. [2]. Wikipedija. Kompresor. Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Air_compressor [20. 7.2017]. [3]. Harb, R., Krmilna tehnika: Tehniška založba Slovenije, 2008. [4]. Pivec, L., Avtomatizacija in nadzor proizvodnje linije: Višja strokovna šola Ptuj, 2011. [5]. Harb, R., Brečko, B., Bionski sistemi: Višja strokovna šola Ptuj, 2012. [6]. J. Bartenschlager. Prevod dela: Fachkunde Mechatronik. MEHATRONIKA. Založba Pasadena, 2009. [7]. Siemens. Dostopno na: https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-GB [24. 7. 2017]. [8]. Tuli. Ljubljana. Dostopno na: http://www.tuli.si/si/ [25. 7. 2017]. [9]. Wikipedija. Dostopno na: https://simple.wikipedia.org/wiki/SIMATIC [25. 7. 2017]. [10]. Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=100345 [26. 7. 2017]. [11]. Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=61896 [26. 7. 2017]. [12]. Poročilo prakse. TAB. Dostopno na: http://praksa.feri.um.si/akt/P.asp [26. 7. 2017]. [13]. Dostopno na: http://www.smar.com/en/profibus [28. 7. 2017]. [14]. Dostopno na: http://www.fbselektronik.com/delovanje-reed-senzorjev.html [28. 7. 2017]. [15]. Festo. Dostopno na: https://www.festo.com/net/sl_si/SupportPortal/InternetSearch.aspx [28. 7. 2017]. [16]. Wikipedija. Pneumatic cylinder. https://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_cylinder[28. 7. 2017].