avtomatizacija uČnega modela pnevmatiČnega …
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Milan Bukšek
AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA
Diplomsko delo
Maribor, avgust 2016
UNIVERZA V MARIBORU
FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,
RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO
Milan Bukšek
AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA
Diplomsko delo
Maribor, avgust 2016
AVTOMATIZACIJA UČNEGA MODELA
PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA
Diplomsko delo
Študent(ka): Milan Bukšek
Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program
Elektrotehnika
Smer: Avtomatika
Mentor(ica): viš. pred. mag. Janez Pogorelc
Lektor(ica): Natalija Furman, prof. slov.
Maribor, avgust 2016
i
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorju viš. pred. mag.
Janezu Pogorelcu za pomoč, nasvete in
vodenje pri izdelavi diplomskega dela.
Vodstvu Šolskega centra Ptuj in Višje
strokovne šole Ptuj za možnost uporabe
opreme in prostorov, potrebnih pri nastajanju
diplomskega dela.
Sorodnikom, prijateljem in vsem, ki so tekom
obdobja študija pomagali z dobro, vzpodbudno
besedo.
Hvala.
ii
iii
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
Ključne besede: avtomatizacija, pnevmatika, SIEMENS Simatic, FESTO, programiranje
industrijskega krmilnika, modularna produkcijska postaja
UDK: 681.523.5(043.2)
Povzetek
V diplomskem delu je predstavljen del opreme, ki bo študentom na Višji strokovni šoli Ptuj
v okviru izobraževalnega procesa služila kot učilo pri laboratorijskih vajah na področju
mehatronike. Učni model je modularen, kar pomeni, da je sestavljen iz treh manjših postaj
oz. manjših delovnih enot proizvajalca FESTO, med sabo združenih v funkcionalno enoto.
Na teh postajah so industrijske komponente in elementi, ki jih študenti spoznajo v učnem
procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v različnih industrijskih panogah. To so: pnevmatske
komponente, senzorji, električni pogoni, transportne linije, prijemala, skladišča, zalogovniki
in programirljivi logični krmilniki. Vsaka postaja predstavlja del realnega procesa v industriji,
vendar v pomanjšani verziji. V pričujočem delu so podane teoretične osnove, ki so potrebne
za razumevanje delovanja opisanega problema. Tako je predstavljena metodologija
načrtovanja in realizacije programskega krmilja, izvedenega s programirljivim logičnim
krmilnikom proizvajalca SIEMENS.
iv
Automation of the learning model of a pneumatic manipulator
Keywords: automation, pneumatics, SIEMENS Simatic, FESTO, programming of the
industrial controller, modular production station
UDK: 681.523.5(043.2)
Abstract
The thesis presents the piece of equipment, which will serve the students of Vocational
College Ptuj within the educational process as a teaching tool for laboratory work in the field
of mechatronics. The learning model is modular, which means that it consists of three
smaller stations or smaller working units manufactured by FESTO. These parts are joined
to a functional unit. At these stations there are the industrial components and elements that
the students get familiar with during the educational process and are used daily in variety
of industries. Some of them are: pneumatic components, sensors, electric drives, conveyor
lines, clamps, warehouses, containers and programmable logic controllers. Each station
represents a part of a real industrial process, but in a smaller version. The thesis provides
the theoretical basis necessary for understanding of the described problem. This is how the
methodology of the planning and realization of programming controller, realized by the
means of the programmable logic controllers manufactured by SIEMENS, is presented.
v
KAZALO
1 UVOD ........................................................................................................................................ 1
1.1 Opredelitev področja ..................................................................................................................... 1
1.2 Namen in cilj diplomskega dela ...................................................................................................... 2
1.3 Opis strukture diplomskega dela .................................................................................................... 5
2 OPREMA .................................................................................................................................. 6
2.1 Strojna oprema .............................................................................................................................. 6
2.2 Pnevmatske komponente .............................................................................................................. 6
2.3 Kompresor ..................................................................................................................................... 7
2.4 Pripravna skupina .......................................................................................................................... 7
2.5 Pnevmatski valji ............................................................................................................................. 8
2.6 Enosmerni valji ............................................................................................................................... 9
2.7 Dvosmerni valji ............................................................................................................................ 10
2.8 Pnevmatsko prijemalo ................................................................................................................. 12
2.9 Pnevmatski ventili ........................................................................................................................ 13
2.10 Ventilski otok ............................................................................................................................... 16
2.11 Dušilni element s protipovratnim ventilom .................................................................................. 17
2.12 Pnevmatski razdelilec ................................................................................................................... 18
2.13 Zapirni ventil ................................................................................................................................ 18
2.14 Električne komponente ................................................................................................................ 19
2.15 Napajalnik .................................................................................................................................... 19
vi
2.16 Krmilnik SIEMENS S7-1200 ............................................................................................................ 20
2.17 Centralno procesna enota (CPE) ................................................................................................... 21
2.18 Komunikacijski modul ................................................................................................................... 22
2.19 Senzorji ......................................................................................................................................... 23
2.20 Magnetni senzor (reedov kontakt) ............................................................................................... 24
2.21 Induktivni senzor .......................................................................................................................... 26
2.22 Optični senzor ............................................................................................................................... 27
2.23 Zadrževalnik ................................................................................................................................. 29
2.24 Enosmerni motor .......................................................................................................................... 30
2.25 Enosmerni rele ............................................................................................................................. 31
2.26 Večpolni razdelilec ........................................................................................................................ 32
2.27 Komunikacijski vmesnik ................................................................................................................ 32
2.28 Vmesni električni vodniki ............................................................................................................. 33
2.29 Električne tipke ............................................................................................................................. 34
2.30 Zaslon, občutljiv na dotik .............................................................................................................. 36
2.31 Programska oprema ..................................................................................................................... 37
3 NAČRTOVANJE IN RAZVOJ PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA...................... 39
3.1 Izhodišče za diplomsko delo ......................................................................................................... 39
3.2 Ideja za tematiko diplomskega dela .............................................................................................. 39
3.3 Opis delovanja manipulatorja in njegove zahteve ........................................................................ 40
3.4 Splošen povzetek delovanja ......................................................................................................... 40
3.5 Opis delovanja .............................................................................................................................. 41
vii
3.6 Zahtevane funkcije ....................................................................................................................... 42
3.7 Opis sestavnih sklopov manipulatorja .......................................................................................... 42
3.8 Skladišče ...................................................................................................................................... 43
3.9 Transportni trak ........................................................................................................................... 45
3.10 Prekladna postaja......................................................................................................................... 46
3.11 Opis delovanja manipulatorja z vidika krmilnih signalov .............................................................. 48
3.12 Načrti ........................................................................................................................................... 49
3.13 Načrtovanje programskega krmilja............................................................................................... 50
3.14 Opis delovanja programa krmilja ................................................................................................. 53
3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja ................................................................................................... 56
3.16 Začetni pogoji in pomanjkljivosti manipulatorja ........................................................................... 57
3.17 Zaslon, občutljiv na dotik ............................................................................................................. 58
3.18 Predlagane izboljšave ................................................................................................................... 63
4 ZAKLJUČEK .......................................................................................................................... 65
5 VIRI ........................................................................................................................................ 66
6 PRILOGE ............................................................................................................................... 69
6.1 Priloga A – Pnevmatični načrt ....................................................................................................... 69
6.2 Priloga B – Električni načrt ............................................................................................................ 69
6.3 Priloga C – Program krmilja v lestvični obliki (LAD) ....................................................................... 69
viii
KAZALO SLIK
Slika 1.1: Blokovna shema manipulatorja. .............................................................. 3
Slika 1.2: Proizvodna linija – pnevmatski manipulator. ........................................... 4
Slika 2.1: Kompresor. ............................................................................................. 7
Slika 2.2: Pripravna skupina. .................................................................................. 8
Slika 2.3: Enosmerni valj. ....................................................................................... 9
Slika 2.4: Dvosmerni valj. ..................................................................................... 11
Slika 2.5 : Pnevmatsko prijemalo. ......................................................................... 12
Slika 2.6: Osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal. ............................................... 13
Slika 2.7: Pnevmatski ventili. ................................................................................ 14
Slika 2.8: Ventilski otok. ........................................................................................ 16
Slika 2.9: Dušilni element s protipovratnim ventilom. ............................................ 17
Slika 2.10: Pnevmatski razdelilec. ........................................................................ 18
Slika 2.11: Zapirni ventil........................................................................................ 18
Slika 2.12: Napajalnik SIEMENS PM 1207. .......................................................... 19
Slika 2.13: Krmilnik SIEMENS S7-1200. .............................................................. 20
Slika 2.14: Modularna zgradba krmilja. ................................................................. 21
Slika 2.15: Komunikacijski modul SIEMENS CSM 1277. ..................................... 22
Slika 2.16: Primer uporabe komunikacijskega modula. ........................................ 23
Slika 2.17: Magnetni senzor (reedov kontakt)....................................................... 24
Slika 2.18: Princip delovanja magnetnih senzorjev. .............................................. 25
Slika 2.19: Induktivni senzor. ................................................................................ 26
Slika 2.20: Princip delovanja induktivnega senzorja. ............................................ 26
Slika 2.21: Optični senzor. .................................................................................... 27
Slika 2.22: Princip delovanja optičnega senzorja. ................................................. 28
Slika 2.23: Zadrževalnik. ...................................................................................... 29
Slika 2.24: Enosmerni motor. ................................................................................ 30
Slika 2.25: Enosmerni rele. ................................................................................... 31
Slika 2.26: Večpolni razdelilec. ............................................................................. 32
Slika 2.27: Komunikacijski vmesnik. ..................................................................... 33
Slika 2.28: Vmesni električni vodniki. .................................................................... 33
ix
Slika 2.29 Električne tipke Start, Stop, Ročno/Avtomatsko. ................................. 35
Slika 2.30: Izklop v sili. ......................................................................................... 35
Slika 2.31: Zaslon, občutljiv na dotik. ................................................................... 36
Slika 2.32: Zgradba TIA Portala. .......................................................................... 37
Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13. ................................................................... 38
Slika 3.1: Osnovni sklopi pnevmatičnega manipulatorja. ...................................... 43
Slika 3.2: Komponente postaje Skladišče. ........................................................... 44
Slika 3.3: Komponente postaje Transportni trak. .................................................. 45
Slika 3.4: Komponente postaje Prekladna postaja. .............................................. 47
Slika 3.5: Inicializacija manipulatorja. ................................................................... 53
Slika 3.6: Sortiranje plastičnih obdelovancev. ...................................................... 55
Slika 3.7: Sortiranje železnih obdelovancev. ........................................................ 56
Slika 3.8: Zaslon na dotik – osnovni meni. ........................................................... 59
Slika 3.9: Zaslon na dotik – meni transport........................................................... 60
Slika 3.10: Zaslon na dotik – meni statistika. ........................................................ 61
Slika 3.11: Zaslon na dotik – meni graf. ............................................................... 62
KAZALO TABEL
Tabela 3.1: Vhodi krmilnika S7-1200 .................................................................... 51
Tabela 3.2: Izhodi krmilnika S7-1200 ................................................................... 51
x
UPORABLJENI SIMBOLI Q – oznaka za količinski, masni pretok (quantity [m3/h])
p – oznaka za tlak (pressure [bar])
pmax – največji, maksimalni dovoljeni tlak
mm/s – oznaka za hitrost (milimeter na sekundo)
mm – oznaka za razdaljo (milimeter, 10-3 m, 0,001 m)
N – enota za silo (njuton)
bar – enota za zračni tlak
V – enota za električno napetost (volt)
A – enota za električni tok (amper)
mA – miliamper, okrajšava enote za električni tok (miliamper)
kB – kilobajt, enota za količino podatkov oz. velikost pomnilnika (kilobyte)
MB – megabajt, enota za količino podatkov oz. velikost pomnilnika (megabyte)
μs – mikrosekunda, okrajšava za mikrosekundo (10-6 s ali 0,000001 s)
Imax – maksimalni tok, največji dovoljeni tok
ms – milisekunda, okrajšava za milisekundo (10-3 s ali 0,001 s)
W – enota za električno moč (watt)
Nm – enota za moment oz. navor (njutonmeter)
xi
UPORABLJENE KRATICE VSŠ – višja strokovna šola
MPS – modularna produkcijska postaja (Modular Production Station)
NC – normalno zaprt (Normaly Closed)
NO – normalno odprt (Normaly Open)
cca – izraz približno (circa)
PROFIBUS – hitro in odprto vodilo za procesni nivo in nivo tehnoloških celic oz. visoko
zmogljiva mreža za nivo proizvodnih obratov in tehnoloških celic (PROFIBUS – PROcess
FIeld BUS)
AC – izmenični tok (Alternating Current)
DC – enosmerni tok (Direct Current)
CPE – centralno procesna enota
SD – razširljivi pomnilnik (Secure Digital)
UTP – neoklopljena sukana parica ali neoplaščena parova vodica (Unshielded Twisted
Pair)
IR – infrardeča svetloba (Infrared)
HMI – vmesnik med strojem in človekom, napravo (Human Machine Interface)
TIA – popolnoma integrirano programsko okolje za avtomatizacijo (Totally Integrated
Automation)
PLK – programabilni logični kontroler
PLC - programabilni logični kontroler (Programmable Logic Controller)
DI – digitalni vhod (Digital Input)
DQ – digitalni izhod (Digital Output)
AI – analogni vhod (Analog Input)
I/O – vhod-i/izhod-i (Input-s/Output-s)
max. – maksimalno, največ
I0.0–I1.1 – digitalni vhodi (I0.0 – Input 0.0)
xii
Q0.0-Q1.1 – digitalni izhodi (Q0.0 – Output 0.0)
1B1 – oznaka brezdotičnega senzorja
S1 – stikalo, tipka
1Y1 – oznaka tuljavice na elektropnevmatskem ventilu
K1, K2 – navitji releja enosmernega motorja
K3 – navitje elektromagnetnega zadrževalnika
OB1 – organizacijski blok (Organization block)
FB – funkcijski blok (Function block)
FC – funkcije (Functions)
DB – podatkovni blok (Data block)
LAD – lestvični diagram (Ladder Diagram)
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
1
1 UVOD
1.1 Opredelitev področja
Opisana oprema v diplomskem delu bo študentom na Višji strokovni šoli Ptuj (v
nadaljevanju VSŠ Ptuj) v okviru izobraževalnega procesa služila kot učilo pri laboratorijskih
vajah na področju mehatronike. Gre za didaktično opremo proizvajalca FESTO in
SIEMENS v skupni vrednosti 6.500 €. Njen namen je vzpodbujanje izobraževanja dijakov
in študentov ter s tem posledično dviganje ravni kakovosti znanja v tehniško naravnanih
programih.
Opisana oprema je modularna. Sestavljena je iz treh manjših mobilnih postaj oz.
treh manjših delovnih enot proizvodne linije, ki so med sabo združene v funkcionalno
samostojno enoto. Na teh postajah so komponente, ki jih študenti spoznajo v učnem
procesu in so tudi vsakodnevno v rabi v različnih industrijskih panogah. Mednje spadajo:
pnevmatske komponente, senzorji, električni pogon, transportna linija, prijemalo,
zalogovnik, skladišče in programirljivi logični krmilnik. Vsaka postaja predstavlja del
realnega procesa v industriji, vendar v pomanjšani verziji. Postaje v taki sestavi se
imenujejo modularne produkcijske (proizvodne) postaje (v nadaljevanju MPS postaje).
Krmilnik ali programirljivi logični kontroler (PLK, PLC) s svojo periferijo predstavlja
krmilje oz. tisti del proizvodne linije, v katerem se odvija vsa procesna (programska) logika
kakega industrijskega postroja. Namenjeni in prilagojeni so izključno za krmiljenje strojev in
naprav v proizvodnih procesih. Njihova glavna lastnost je, da imajo zraven napajalnih
priključkov še višje število vhodno/izhodnih priključkov, preko katerih so priklopljeni v
proces; posredno zaznavajo oz. zajemajo stanja v procesu samem, prav tako vanj pošiljajo
krmilne signale. Na vhode krmilnika so povezani dajalniki signalov (razne tipke, stikala,
senzorji …), na izhode pa posredno razni prožilni in preklopni elementi ter aktuatorji (releji,
električni motorji (motorčki), krmilna navitja pnevmatskih ventilov …), ki jih krmilnik s svojimi
izhodnimi signali v skladu z napisano programsko logiko aktivira. Zelo pomembni podatki
za krmilnike v industrijski avtomatizaciji so: zanesljivost, stabilnost, enostavnost,
povezljivost in hitrost [23]. Krmilnik, ki z vidika vhodno/izhodnih priključkov zadostuje
potrebam delovanja našega krmilja, mora imeti 10 digitalnih vhodov in 10 digitalnih izhodov.
Navedeno število vhodno/izhodnih priključkov zadostuje delovanju naprave (pnevmatskega
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
2
manipulatorja) v okviru, kot smo si ga zamislili, tj. v točno taki izbiri strojne opreme, kakor
je v diplomskem delu opisana.
1.2 Namen in cilj diplomskega dela
Namen pričujočega diplomskega dela je predstavitev in opis tako strojne opreme
(električne in pnevmatske) kot tudi programske opreme, uporabljene za izvedbo in dosego
cilja, ki je sestava posameznih MPS-postaj v končno delujočo proizvodno linijo. Glavni cilj
in prispevek v tej nalogi je realizacija lastnega programskega krmilja s programirljivim
logičnim krmilnikom proizvajalca SIEMENS na strojni opremi proizvajalca FESTO.
Namenska uporabnost te linije je podajanje plastičnih ali kovinskih obdelovancev (ohišja
enosmernih pnevmatskih valjev, posodice …) iz skladišča ter sortiranje le-teh po vrsti
materiala in odlaganje na ustrezno odstavno drsno drčo, po kateri se obdelovanec spusti v
ustrezen zalogovnik. Tako bo lahko diplomsko delo služilo kot literatura in hkrati učilo oz.
učni model za izvajanje laboratorijskih vaj na področju mehatronik; s tem bo študentom
omogočalo podrobnejše poznavanje sestavnih komponent in njihovo delovanje ter
funkcionalni namen, prav tako podajanje novih predlogov za izboljšave in izvedbo le-teh na
omenjeni opremi. Sestavnih mehanskih delov, kot so konstrukcija in nosilci, ne bomo
opisovali, saj niso predmet teme za to diplomsko delo.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
3
Proizvodno linijo (pnevmatski manipulator) sestavljajo naslednje tri postaje: Skladišče,
Transportni trak in Prekladna postaja. Njihovo medsebojno povezavo prikazuje blokovna
shema (slika 1.1).
Slika 1.1: Blokovna shema manipulatorja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
4
Celotno proizvodno linijo, sestavljeno iz mini MPS-postaj FESTO, lahko vidimo na sliki 1.5
[1].
Slika 1.2: Proizvodna linija – pnevmatski manipulator.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
5
1.3 Opis strukture diplomskega dela
Diplomsko delo je razdeljeno na tri poglavja.
Za uvodnim poglavjem je v drugem poglavju predstavljena strojna in programska
oprema. V podpoglavju Strojna oprema so predstavljene vse sestavne komponente
(pnevmatske, električne), uporabljene na MPS-postajah, ki so nujno potrebne za
funkcionalno delovanje slednjih. Opisani so pnevmatski valji, pnevmatski potni ventili,
optični in induktivni senzorji, električni motor kot pogon in programirljivi logični krmilnik.
Podana so teoretska izhodišča za boljše razumevanje delovanja in namen uporabe
komponent. Podpoglavje Programska oprema se osredini na uporabljeno programsko
opremo, potrebno za izvedbo avtomatizacije celotne proizvodne linije.
V tretjem poglavju se osredotočimo na potek razvoja proizvodne linije – predstavlja
jedro diplomskega dela. Členjeno je na podpoglavja, ki predstavljajo:
osnovne zahteve za delovanje linije (startni pogoji, koraki krmilnega dela),
osnovne sklope linije in njihove funkcije (skladišče, transportna linija, sortiranje
in prekladanje obdelovanca),
načrte linije (električni, pnevmatični),
realizacijo programskega krmilja linije (realizacija programskega krmilja v obliki
lestvičnega diagrama).
V četrtem, sklepnem poglavju podamo lastno oceno opravljenega dela pri izvedbi
avtomatizacije celotne proizvodne linije. Predlagamo izboljšave in nadgradnje določene
MPS-postaje in s tem posledično celotne proizvodne linije. Zaradi teh izboljšav postane z
vidika obsega kompleksnosti dela in s povečanjem pestrosti opreme za študente delo z
MPS-postajami v učnem procesu še zanimivejše in kakovostnejše. Posledično morajo
obvladati in uporabiti širši nabor poznavanja specifičnih lastnosti, delovanja in smiselne
uporabe sestavnih komponent ter njihovo implementacijo pri realizaciji programskega
krmilja. S tem jim je ponujena možnost za širjenje lastnega obzorja znanj in pridobivanja
izkušenj pri načrtovanju ter realizaciji avtomatizacije tehnoloških sklopov v industriji.
Sledi zadnje poglavje, v katerem je navedena literatura, uporabljena pri izvedbi
diplomskega dela.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
6
2 OPREMA
Pri načrtovanju proizvodne linije kot tudi pozneje ob posodobitvi ali pri odpravljanju
napak na njej ima zelo velik pomen dobro poznavanje njenih sestavnih komponent. Iz tega
razloga v tem poglavju predstavimo vso strojno in programsko opremo, ki je uporabljena pri
realizaciji proizvodne linije in je za njeno delovanje nujno potrebna.
To poglavje se deli na podpoglavje o uporabljeni strojni in programski opremi.
Podpoglavje o strojni opremi pa bo podano po sklopih sorodnih komponent (pnevmatske,
električne).
2.1 Strojna oprema
Podane bodo tehnične lastnosti in opisane osnovne izvedbe ter principi delovanja
posameznih komponent na določeni MPS-postaji. Vendar le v takem obsegu, da bo na
podlagi navedenega mogoče razumeti in si predstavljati osnovno delovanje vsake postaje.
V nadaljevanju opisa so strojne sestavne komponente predstavljene tako, da
besedilnemu opisu sledi slika, iz katere sta razvidna videz in simbol komponente.
2.2 Pnevmatske komponente
Izraz pnevmatika, ki služi za poimenovanje elementov tega podpoglavja, izhaja iz grške
besede "pneuma" in pomeni dah, dih ali dušo. S tem pojmom obravnavamo vse elemente,
naprave kakor tudi celotne industrijske postroje, ki za opravljanje svojega dela uporabljajo
stisnjen (komprimiran) zrak – nadtlak ali pozitiven tlak. V drugem primeru uporabe pa lahko
predstavlja stisnjen (komprimiran) zrak – podtlak ali negativen tlak (vakuum).
Torej so to komponente, ki so v našem primeru uporabljene na 1. postaji Skladišče in
3. postaji Prekladna postaja. Imajo funkcijo izvršilnih členov oz. aktuatorjev, ki opravljajo
funkcijo linearnih pomikov v horizontalni in vertikalni smeri, tudi funkcijo prijemanja
obdelovancev (prijemalo). Naj omenimo, da je možna tudi funkcija obračanja ali zasuka, a
v našem primeru ni bila uporabljena.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
7
2.3 Kompresor
Kompresor (slika 2.1) [3] je delovni stroj, ki zunanji okoliški zrak stiska v rezervoar in s
tem ustvarja zalogo stisnjenega (komprimiranega) zraka. Predstavlja vir napajanja, ki ga
pnevmatske komponente potrebujejo za svoje delovanje. Glede na osnovni princip
delovanja in področje uporabe kompresorje delimo na več vrst in tipov. Njihov nabor
uporabe je širok. Najdemo jih na domovih, raznih servisih, zavodih, zlasti pa v industrijskih
panogah. V industriji so pogosto uporabljena pnevmatska orodja in naprave, ki delujejo na
stisnjen zrak. Pri načrtovanju pnevmatskih sistemov je treba paziti, da je izbira kompresorja
ustrezna, saj mora biti dovolj zmogljiv, da zagotovi ob določenem volumskem ali masnem
pretoku zraka – Q [m3/h] zadostno kapaciteto stisnjenega zraka ob določenem tlaku – p
[bar] [2].
Slika 2.1: Kompresor.
2.4 Pripravna skupina
Pripravna skupina (slika 2.2) [4] je enota za pripravo zraka. Njena naloga je, da stisnjen
zrak iz kompresorja regulira in iz njega odstrani nečistoče (vlaga, mehanski – prašni delci).
Nečistoče so tiste, ki vplivajo na življenjsko dobo pnevmatskih naprav. Tako pripravljen zrak
je suh in čist ter primeren za uporabo. V določenih primerih (težji obratovalni pogoji:
servisne delavnice, industrija) mora za zmanjšanje trenj in posledično obrab vsebovati tudi
mazalno sredstvo, tj. olje v obliki oljne meglice. Izjeme, pri katerih uporaba naoljenega zraka
iz zdravstvenih, higienskih in ekoloških razlogov ni dovoljena, so prehrambena in
kozmetična industrija ter zdravstvo [4].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
8
Sestavni deli pripravne skupine so:
vhodni priključek (dovaja tlak iz kompresorja),
izhodni priključek (odvaja regulirani in očiščen tlak do porabnikov),
filter (iz stisnjenega zraka odstrani nečistoče: vlago, mehanske – prašne
delce),
regulator tlaka (vzdržuje želeni izhodni delovni tlak neodvisno od porabe zraka
in nihanja tlaka v omrežju),
manometer (prikazuje vrednost želenega delovnega tlaka),
zaporni ventil (odpre ali zapre izhodni priključek iz pripravne skupine oz.
dovaja pripravljeni tlak do pnevmatičnih porabnikov).
Slika 2.2: Pripravna skupina.
2.5 Pnevmatski valji
Imenujemo jih lahko tudi pnevmatski delovni valji ali pnevmatski delovni cilindri. To so
komponente, ki potencialno energijo stisnjenega zraka spreminjajo v mehansko delo, ta pa
se izraža s premočrtnim oz. z linearnim gibanjem batnice. Potisna sila batnice je odvisna
od napajalnega delovnega tlaka. Po funkciji, ki jo izvajajo, so to aktuatorji ali izvršilni členi
in opravljajo določeno delo (podajanje, stiskanje, zadržanje, izmetavanje). So najpogosteje
uporabljeni izvršilni členi pnevmatskih naprav ter sklopov in jih najdemo v različnih oblikah
ali izvedbah. Te se med sabo razlikujejo po dolžini hoda, dimenzijah ter sili, ki so jo pri
določenem tlaku sposobne ustvariti [5].
Poznamo dve osnovni izvedbi:
enosmerni valji,
dvosmerni valji.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
9
2.6 Enosmerni valji
Enosmerni valji (slika 2.3) [4] se imenujejo zato, ker lahko ob aktivaciji z gibanjem
batnice opravljajo delo samo v eno smer (delovni gib ali + gib). Imajo en dovodni priključek,
na katerega se priključi napajalni delovni tlak, na drugi strani pa odprtinico (odzračevalna
šoba), ki služi odzračevanju valja. Ko se delovni gib konča, vgrajena povratna vzmet potisne
batnico nazaj v začetni položaj (povratni gib ali – gib). Vračanje valja lahko povzroči tudi
zunanja sila ali breme, katerega sila je večja od potisne sile valja.
Pri tem pomeni:
iztegovanje valja: delovni gib ali + gib,
uvlečenje valja – povratni gib ali – gib.
Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na priključek na eni strani valja in
obvezno odzračevanje na odzračevalni odprtinici, imenovani odzračevalna šoba, na drugi
strani valja. Odzračevalno šobo imajo samo enosmerni valji [5].
Slika 2.3: Enosmerni valj.
Poznamo dve osnovni izvedbi:
valj v osnovnem položaju zaprt, batnica uvlečena (NC – Normaly Closed),
valj v osnovnem položaju odprt, batnica izvlečena (NO – Normaly Open).
Tehnične lastnosti standardnih izvedb:
hitrost: cca. 30–500 mm/s,
gib: cca. 1–50 mm,
sila: cca. 10–4000 N.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
10
Pnevmatsko prijemalo lahko deluje na principu enosmernega (FESTO HGPC-..-G2) ali
dvosmernega (FESTO HGPC-..-A) pnevmatskega valja, ki je v prijemalo vgrajen [1]. To ni
standardna izvedba enosmernega ali dvosmernega valja, pač pa specialna izvedba. Rabi
se kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala najdaljšo dolžino giba 6 mm. V primeru, da bi v
sklopu diplomskega dela uporabili prijemalo, ki deluje na principu enosmernega valja, bi
tehnični podatki bili enaki kot prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem. Razlika je samo v
tem, da prijemalo z enosmernim valjem v osnovni položaj vrača vgrajena povratna vzmet.
Prijemalo z vgrajenim dvosmernim valjem pa v osnovni položaj vrača tlak, doveden na drugi
priključek valja. Pri izvedbi naloge se lahko uporabita oba tipa prijemala.
Tehnični podatki prijemala FESTO HGPC-12-G2 z vgrajenim enosmernim pnevmatskim
valjem so:
tlak: 2–8 bar,
gib: 6 mm,
število klešč: 2,
premikanje klešč: vzporedno,
frekvenca: < 4,
temperaturno področje delovanja: +5 … +60 °C.
Funkcija v postroju: pnevmatsko prijemalo.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.7 Dvosmerni valji
Dvosmerni valji (slika 2.4) [4] lahko za razliko od enosmernih ob aktivaciji z gibanjem
batnice opravljajo delo v obe smeri. Z dovajanjem delovnega tlaka na enega od dveh
dovodnih priključkov se batnica pomakne v eno smer, v katero opravlja delo. Z dovodom
delovnega tlaka na drugi priključek se batnica premakne v drugo smer, torej se tudi delo
opravlja v drugo smer. Iz tega je razvidno, da smer gibanja ali premikanja batnice pomeni
smer opravljanja dela.
Glede na to, kako bomo kateri gib dvosmernega valja imenovali (delovni, povratni),
izhajamo iz tega, v katero smer batnica valja opravlja delo oz. funkcijo valja, ko se ta ob
trenutku priključitve delovnega tlaka na določen priključek, začne premikati od začetnega
proti končnemu položaju.
Pri tem pomeni:
iztegovanje valja: delovni gib ali + gib,
uvlečenje valja – povratni gib ali – gib.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
11
Pogoj za izvajanje giba valja je doveden delovni tlak na priključek na eni strani valja in
obvezno odzračevanje na priključku (ali odzračevalni odprtinici – enosmerni valji) na drugi
strani valja.
Ker je delovna površina bata v dvosmernem valju na strani, kjer je na bat pritrjena
batnica, za presek površine batnice manjša, je posledično potisna sila za določen faktor
manjša in s tem tudi delo, ki ga valj opravlja [5].
Slika 2.4: Dvosmerni valj.
Tehnične lastnosti standardnih izvedb:
hitrost: cca. 30–2000 mm/s,
gib: cca. 1–2000 mm,
sila: cca. 10–48000 N.
Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO DSNU-10-50-P-A, 19186 X908
v nalogi:
tlak: 10 bar,
gib: 50 mm.
Funkcija v postroju: podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika na trak.
Lokacija: postaja 1 – Skladišče.
Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO ADNGF-20-60-P-A, 537125
X708 v nalogi:
tlak: 10 bar,
gib: 60 mm.
Funkcija v postroju: horizontalno pomikanje pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
12
Tehnični podatki uporabljenega dvosmernega valja FESTO ADNGF-12-40-P-A, 537123
X708 v nalogi:
tlak: 10 bar,
gib: 40 mm.
Funkcija v postroju: vertikalno pomikanje pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.8 Pnevmatsko prijemalo
Namen pnevmatskih prijemal (slika 2.5) [1] je prijemanje različnih predmetov. Delujejo
na enak način kakor enosmerni in dvosmerni pnevmatski valji, zato je tudi način krmiljenja
enak. Dimenzije in tehnične izvedbe prijemal so odvisne od predmetov (oblika, teža,
material, tip površine), ki jih s tem prijemalom želimo prijemati oz. prenašati. Torej se
izvedbe med sabo razlikujejo po namenu uporabe [4].
Slika 2.5 : Pnevmatsko prijemalo.
Tehnični podatki uporabljenega pnevmatskega prijemala FESTO HGPC-12-A, 539267 X3
v nalogi so:
tlak: 2–8 bar,
gib: 6 mm,
število klešč: 2,
premikanje klešč: vzporedno,
frekvenca: < 4,
temperaturno področje delovanja: +5 … +60 °C.
Funkcija v postroju: pnevmatsko prijemalo.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
13
Pnevmatsko prijemalo deluje na principu enosmernega (FESTO HGPC-..-G2) ali
dvosmernega (FESTO HGPC-..-A) pnevmatskega valja, ki je v prijemalo vgrajen. To ni
standardna izvedba enosmernega ali dvosmernega valja, marveč specialna izvedba,
uporabljena v poseben namen kot prijemalo, zato ima ta tip prijemala največjo dolžino giba
6 mm. Te podatke smo za lažje razumevanje in predstavo navedli že v podpoglavju 2.6 pri
opisu enosmernega valja.
Naslednja slika (slika 2.6) [1] prikazuje osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal:
a) paralelno prijemalo
b) kotno prijemalo
c) radialno prijemalo
d) tritočkovno prijemalo
Slika 2.6: Osnovne izvedbe pnevmatskih prijemal.
2.9 Pnevmatski ventili
Pnevmatski ventili (slika 2.7) [1], imenovani tudi potni ventili ali krmilni ventili,
predstavljajo pnevmatske krmilne komponente, ki krmilijo aktuatorje in so bistveni del vsake
pnevmatske naprave [5].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
14
Slika 2.7: Pnevmatski ventili.
Po njihovi funkciji jih delimo na pet skupin:
potni ventili – krmilniki poti,
protipovratni ventili,
tlačni ventili,
tokovni ventili,
zapirni ventili.
Potni ventili ali krmilni ventili, včasih imenovani tudi krmilniki poti, usmerjajo pretok zraka
(odpirajo, zapirajo). Uporabljamo jih za pridobivanje in generiranje pnevmatskih signalov ter
krmiljenje pnevmatskih aktuatorjev (enosmerni in dvosmerni valj, linearni pogon, tandemski
dvosmerni valj, pnevmatska mišica, pnevmatske komponente za rotacijske gibe).
V osnovi jih ločimo glede na:
fizično izvedbo (sedežni/drsni),
število priključkov in stanj (primer: 3/2 potni ventil pomeni – trije priključki/dve
stanji),
način proženja (ročno, mehansko, pnevmatsko, električno),
stanje mirovnega položaja (NC – Normaly Closed oz. normalno zaprt, NO –
Normaly Open oz. normalno odprt),
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
15
stabilnost preklopljenega položaja (monostabilni – eno stabilno stanje, bistabilni –
dve stabilni stanji).
Več o zgradbi in označevanju pnevmatskih ventilov najdemo v [5].
Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535
XO02 v nalogi:
tip ventila: bistabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje podajalca obdelovancev.
Lokacija: postaja 1 – Skladišče.
Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535
X902 v nalogi:
tip ventila: bistabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje horizontalnega pomika pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-B42-ZD-QX-1C1, 537535
X902 v nalogi:
tip ventila: bistabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Funkcija v postroju: krmiljenje vertikalnega pomika pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
Tehnični podatki uporabljenega potnega ventila FESTO VUVB-S-M42-AZD-QX-1C1,
537534 X902 v nalogi:
tip ventila: monostabilni 4/2 pnevmatski potni ventil,
tlak: 1: -0,9–8 bar,
tlak: 12, 14: 2–8 bar,
el. krmilni signal: U = 24 V DC.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
16
Funkcija v postroju: krmiljenje pnevmatskega prijemala.
Lokacija: postaja 3 – Prekladna postaja.
2.10 Ventilski otok
Ventilski otok (slika 2.8) [8] predstavlja sklop ventilov, ki so na pnevmatski napravi
nameščeni na enem mestu. Zasnovani so tako, da imajo v konstrukciji skupen dovod in
odvod zraka ter odzračevanje. S tako grajenim sklopom ventilov prihranimo na prostoru in
napravo poenostavimo ter naredimo bolj urejeno. Če bi se za krmiljenje pnevmatskega
aktuatorja odločili z uporabo posameznega ventila kot samostojnega pnevmatskega
elementa, bi to na napravi pomenilo več zavzetega prostora oz. potrato prostora na njej.
Zato iz tega razloga, ko imamo pnevmatsko krmilje naprave že preizkušeno, sestavimo za
njo namenski sklop ventilov (ventilski otok).
Čisti pnevmatski ventilski otok je lahko krmiljen s pnevmatskimi krmilnimi signali reda
2–4 bar, elektropnevmatski ventilski otok pa z enosmernimi električnimi napetostnimi signali
reda 24 V DC. Električni krmilni signali so lahko na krmilne priključke dovedeni neposredno
iz digitalnih izhodov krmilnika ali preko komunikacijskega vmesnika (PROFINET). V primeru
uporabe komunikacijskega vmesnika moramo na ventilskem otoku običajno glavo
zamenjati s takšno, ki podpira želen komunikacijski protokol. Uporaba komunikacijskih
vmesnikov pride v poštev v primerih, ko so med ventilskimi otoki in krmilniki daljše razdalje
ter v primerih, ko želimo zmanjšati količino ožičenja [4], [8].
Slika 2.8: Ventilski otok.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
17
Ventilski otok je sklop zgoraj opisanih pnevmatskih potnih ventilov. Več o tehničnih podatkih
ventilov lahko preberemo v podpoglavju 2.9 Pnevmatski ventili.
2.11 Dušilni element s protipovratnim ventilom
Ta pnevmatski element spada v skupino tokovnih ventilov kot dušilni element (slika 2.9)
[1]. V različnih virih ga najdemo pod različnimi imeni (dušilni element s protipovratnim
ventilom, dušilno protipovratni ventil, dušilno nepovratni ventil, ventil za regulacijo hitrosti)
ali posplošeno dušilka s protipovratnim ventilom. Uporabljamo jih za regulacijo hitrosti
(gibanja batnic) pnevmatskih valjev. Nameščeni so na aktuatorje (pnevmatski valji), in sicer
tako, da vedno dušijo iztekajoči zrak [4,5].
Slika 2.9: Dušilni element s protipovratnim ventilom.
Dušilni elementi s protipovratnimi ventili so nameščeni na vseh pnevmatskih valjih.
Tehnične podatki uporabljenih dušilnih elementov FESTO v nalogi so:
tlak: 10 bar,
priključek: 4 mm.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
18
2.12 Pnevmatski razdelilec
Naloga pnevmatskega razdelilca (slika 2.10) [1] je, da dovodni napajalni tlak oz.
pnevmatsko priključno mesto razdeli na več priključnih mest. Pnevmatske razdelilce
poznamo v T- (slika 2.9) in Y-izvedbi.
Slika 2.10: Pnevmatski razdelilec.
Tehnične podatki uporabljenih pnevmatskih razdelilcev FESTO v nalogi:
tlak: 10 bar,
priključek: 6 mm.
2.13 Zapirni ventil
Zapirni ventili (slika 2.11) [1] odpirajo (popolnoma prepuščajo) ali zapirajo (popolnoma
preprečujejo) pretok zraka v obe strani enako. Lahko bi jim rekli tudi "pnevmatsko stikalo",
saj je njihova funkcija dejansko vklop in izklop pretoka zraka (delovnega tlaka) v posamezen
pnevmatski sklop naprave ali gledano kot celoto, v določen pnevmatski sistem (proizvodna
linija).
Slika 2.11: Zapirni ventil.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
19
Tehnične podatki uporabljenih zapirnih ventilov FESTO v nalogi:
tlak: 10 bar,
priključek: 6 mm.
2.14 Električne komponente
V tem poglavju so predstavljene električne komponente, ki se rabijo pri izvedbi
avtomatizacije pnevmatičnega manipulatorja. Te komponente so: napajalnik, industrijski
krmilnik, senzorji, zadrževalnik, enosmerni motor in na dotik občutljiv zaslon.
2.15 Napajalnik
Za napajanje električnih komponent celotne linije (krmilnik, komunikacijski modul,
senzorji, zadrževalnik, enosmerni motor, na dotik občutljiv zaslon) potrebujemo vir
enosmernega napajanja, ki ga zagotovimo z namenskim napajalnikom proizvajalca
SIEMENS PM 1207 (6EP1332-1SH71), (slika 2.12) [9]. Izdelan je namensko za uporabo v
industriji za montažo na montažno letev.
Osnovni tehnični podatki napajalnika SIEMENS PM 1207 so [6]:
vhodna napetost: 120/230 V AC,
izhodna napetost: 24 V DC,
vhodni tok: 1,20/0,67 A AC,
izhodni tok: 2,5 A DC.
Slika 2.12: Napajalnik SIEMENS PM 1207.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
20
2.16 Krmilnik SIEMENS S7-1200
Glavni del pnevmatskega manipulatorja predstavlja industrijski krmilnik (slika 2.13) [10].
S kratico so običajno označeni kot PLK (programirljiv logični krmilnik), v industrijskem okolju
jih najdemo tudi pod oznako PLC (Programmable Logic Conntroler), v pogovornem žargonu
pa se uporablja kar posplošen izraz krmilnik.
Slika 2.13: Krmilnik SIEMENS S7-1200.
Krmilnik je enota, v kateri se odvija vsa programska logika. V našem primeru je krmilje
izvedeno s krmilnikom SIEMENS SIMATIC S7-1200 CPU 1214C (6ES7 232-4HA30-0XB0)
in je modularno. To pomeni, da je sestavljeno iz več samostojnih modulov, ki jih lahko po
potrebi dodamo ali odvzamemo in s tem krmilje sestavimo po svojih željah. To je tudi bistvo
in prednost modularno grajenih krmilj.
Moduli so nameščeni na montažno letev in med seboj povezani z že vgrajenimi
namenskimi vodili. Pri sestavljanju modularno grajenih krmilj se moramo držati načela
postavitve modulov na točno določeno mesto (slika 2.14) [11]. Vrstni red mora biti naslednji:
skrajno levo napajalnik, komunikacijski moduli, krmilnik s CPE in vhodno/izhodni moduli.
Osnovni tehnični podatki krmilnika SIEMENS S7-1200 CPU 1214C so:
delovni pomnilnik: 75 KB,
napajalna napetost: 24 V DC,
digitalni vhodi: DI14 × 24 V DC,
digitalni izhodi: DQ10 × 24 V DC,
analogni vhodi: AI2,
hitri števci: 6,
pulzni izhodi: 4,
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
21
možna razširitev s "Signal-boardi" (razširitveni vhodno/izhodni modulček I/O, na čelni strani krmilnika:
komunikacijski moduli: 3 (serijska komunikacija),
razširitveni vhodno/izhodni moduli: 8,
čas obdelave ukazov: 0,04 ms/1000 ukazov,
vmesnik za programiranje: PROFINET,
komunikacija: HMI, PLC-to-PLC.
Slika 2.14: Modularna zgradba krmilja.
V tej nalogi je celotno krmilje sestavljeno iz naslednjih modulov:
napajalnik SIEMENS PM 1207,
krmilnik z integriranimi vhodi in izhodi SIEMENS S7-1200 CPU 1214C DC/DC/DC,
komunikacijski modul CSM 1277 SIMATIC NET.
2.17 Centralno procesna enota (CPE)
Centralno procesna enota (v nadaljevanju CPE), predstavlja osrednji oz. centralni del
krmilnika. Po njenem jedru je krmilnik poimenovan. V našem primeru ima oznako CPU
1214C (6ES7 232-4HA30-0XB0) ter ima integrirane vhode in izhode.
CPE je integrirana v ohišje krmilnika in je njegov sestavni del. Zato se njene tehnične
lastnosti ujemajo z lastnostmi krmilnika, naštetimi v prejšnjem podpoglavju (2.16 Krmilnik).
Osnovni tehnični podatki CPE 1214C so:
delovni pomnilnik: 75kB, razširljivi pomnilnik, SD-kartica do 4 MB;
digitalni vhodi/izhodi: 14/10;
analogni vhodi/izhodi: 2/0;
število možnih razširitvenih vhodno/izhodnih modulov (SM): 8;
število možnih razširitvenih signalnih modulov (SB):1;
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
22
število možnih razširitvenih komunikacijskih modulov (CM): 3;
čas izvajanja osnovnega ukaza: 0,08 μs;
poraba moči: 12 W;
najvišji dovoljeni tok vhodno/izhodnih in komunikacijskih modulov (SM, CM):
1600 mA (5 V DC);
najvišji tok priključenih senzorjev na vhodih: 400 mA (24 V DC);
tokovna poraba digitalnih vhodov: 4 mA (24 V DC);
komunikacijski vmesnik PROFINET: 1.
Podrobnejše informacije so v [12], [13] in [14].
2.18 Komunikacijski modul
Komunikacijski modul ali komunikacijski vmesnik (slika 2.15) [15], [16] je komponenta,
ki služi za medsebojno povezovanje naprav in komunikacijo med njimi. Modul, uporabljen
v našem primeru, nosi oznako CSM 1277 SIMATIC NET in ima 4 priključne vtičnice tipa
RJ45 8/8. To pomeni, da omogoča medsebojno komunikacijo štirih naprav, med sabo
povezanih s PROFINET-vodnikom (standardni UTP-podatkovni vodnik s priključkom RJ45
8/8, PROFINET-povezava).
Slika 2.15: Komunikacijski modul SIEMENS CSM 1277.
V diplomskem delu je modul bil uporabljen za medsebojno vzpostavitev povezave med
krmilnikom, zaslonom občutljivim na dotik in osebnim računalnikom, kar pomeni uporabo
treh priključkov na modulu. Omogoča pa tudi povezavo z drugimi krmilnimi linijami (slika
2.16) [17], [18].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
23
Slika 2.16: Primer uporabe komunikacijskega modula.
Osnovni tehnični podatki komunikacijskega modula CSM 1277 so:
napajalna napetost: DC 24 V (19,2–28,8 V),
poraba pri 24 V DC: 1,6 W,
tokovna poraba pri nazivni napetosti: 70 mA,
prenapetostna varovalka: 0,5 A/60 V,
priključki: 4xRJ45 10/100 Mbit/s,
napajalni priključek: 3-polni blok-priključek.
Podrobnejše informacije so v [24].
2.19 Senzorji
Povsod v industriji, kjer se odvija proces, odvisen od stanj izvršilnih členov (aktuatorjev),
pozicije obdelovancev ali prisotnosti raznih predmetov uporabimo elemente za zaznavanje.
Služijo kot dajalniki signalov, zato so v literaturi imenovani tudi kot signalniki ali tipala.
Zaznavanje je lahko izvedeno mehansko (mehanski mejni signalniki) ali brezdotično
(brezdotični mejni signalniki). Slednjim rečemo senzorji. Njihovo aktiviranje (zaznavanje)
poteka posredno preko drugega signala (magnetni signal, električna indukcija,
kapacitivnost, svetloba). Imajo funkcijo stikal, ki jih ne aktivira človek, ampak druge
komponente v procesu, in predmeti, prisotni v njem.
Senzorji so torej elementi, ki brezdotično zaznavajo predmete in ob zaznavi na svojem
izhodu dajo električni krmilni signal.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
24
Glede na princip delovanja in način aktiviranja (zaznavanja) poznamo več vrst senzorjev:
magnetni senzor (reedov kontakt),
induktivni senzor,
optični senzor,
kapacitivni senzor.
2.20 Magnetni senzor (reedov kontakt)
Za zaznavanje začetnih in končnih položajev pnevmatskih valjev se najpogosteje
uporabljajo senzorji, ki delujejo na principu magnetnega polja (slika 2.17) [4]. Tovrstni
senzorji so sestavljeni iz dveh kontaktov, ki sta nameščena v stekleno cevko, napolnjeno z
zaščitnim plinom. Vse to je zalito v ohišje iz umetne mase (umetna smola) ter tako zaščiteno
pred morebitnimi poškodbami. V to ohišje je lahko vstavljen elektronski element, ki določa
tip izvedbe senzorja (NPN, PNP).
Slika 2.17: Magnetni senzor (reedov kontakt).
Delujejo tako, da se ob prehodu bata z vgrajenim trajnim magnetom mimo
nameščenega senzorja na pnevmatskem valju, kontaktna jezička senzorja skleneta in tako
ta na svojem izhodu posreduje signal (slika 2.18) [1]. Ko se batnica z vgrajenim trajnim
magnetom umakne, se kontaktna jezička razkleneta, s tem pa se ukine izhodni signal
senzorja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
25
Slika 2.18: Princip delovanja magnetnih senzorjev.
Magnetne senzorje poznamo v dvožični in trižični izvedbi. Pri dvožični izvedbi na eno
stran senzorja priključimo vir napajanja (24 V ali 0 V), na drugi strani pa ob aktiviranju
dobimo krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika. Pri trižični izvedbi moramo na senzor
pripeljati vir napajanja (24 V in 0 V), na tretjem priključku pa dobimo krmilni signal, ki ga
spet povežemo na vhod krmilnika. Trižični senzorji imajo izhod v tranzistorski izvedbi, zato
je takšen senzor lahko tipa NPN ali PNP.
Prednosti magnetnih senzorjev so majhne dimenzije in brezdotična aktivacija. Ob
njihovi priključitvi pa moramo biti zelo pozorni, da ne presežemo maksimalne tokovne
omejitve senzorja (Imax), saj ga lahko trajno poškodujemo oz. uničimo.
Osnovni tehnični podatki uporabljenih magnetnih senzorjev SME-8M so:
napajalna napetost: 5–30 V AC/DC,
največji dovoljeni tok: 80 mA,
največja dovoljena moč: 2,4 W,
obratovalno področje: –20 … +70 °C,
vrsta zaščite: IP65/IP68,
sila privijanja: max. 0,6 Nm.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
26
2.21 Induktivni senzor
Induktivni senzorji (slika 2.19) [4] se uporabljajo za zaznavanje kovinskih predmetov. V
večini primerov imajo valjasto obliko telesa. Zgrajeni so iz navitja, oscilatorja, prožilnega
vezja in ojačevalca.
Slika 2.19: Induktivni senzor.
Delujejo tako, da oscilator na čelni strani senzorja ustvarja visokofrekvenčno magnetno
polje. Če se v tem polju pojavi kovinski predmet (objekt), ta zaradi vrtinčnih tokov povzroči
vrtinčne izgube in s tem oscilatorju odvzame energijo. To zmanjšanje energije povzroči
znižanje napetosti na oscilatorju, ki jo zazna prožilno vezje. Slednje odda signal, katerega
ojačevalnik ojača in na svojem izhodu da krmilni signal, ki ga peljemo na vhod krmilnika
(slika 2.20) [1].
Slika 2.20: Princip delovanja induktivnega senzorja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
27
Osnovni tehnični podatki induktivnega senzorja FESTO 150371, SIEN-M5B-PS-S-L, PNP
NO X3 B so:
napajalna napetost: 10–30 V DC,
največji dovoljeni tok: 200 mA pri ≤ 070 °C,
najvišja frekvenca: 3000 Hz,
obratovalno področje: –25 … +70 °C,
vrsta zaščite: IP67,
tip: PNP.
2.22 Optični senzor
Optični senzorji (slika 2.21) [1] [4] delujejo na principu oddajanja vidne ali nevidne
svetlobe in sprejemanja le-te, zato imajo vgrajen optični oddajnik in sprejemnik. Senzorji z
vidno svetlobo se uporabljajo za kontrolo prisotnosti predmetov v polju senzorskega žarka.
Senzorji z nevidno svetlobo (infrardeča svetloba – IR), imenovani infrardeči senzorji, pa se
uporabljajo za določanje oz. prepoznavanje barve predmetov. Ti senzorji niso občutljivi na
druge svetlobne motnje iz okolice (dnevna – sončna svetloba, luči), saj njihovi sprejemni
senzorji zaznavajo le IR-svetlobo [4].
Slika 2.21: Optični senzor.
Princip delovanja optičnih senzorjev prikazuje slika 2.22 [1].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
28
Slika 2.22: Princip delovanja optičnega senzorja.
Osnovni tehnični podatki optičnega senzorja FESTO, SOOF-P-FL-ST-C50-P, 553563 X3
so:
širina 50 mm,
minimalni premer objekta: 0,2 mm,
vrsta svetlobe: rdeča,
tip preklopa izhoda: PNP,
maksimalni izhodni tok: 100 mA,
maksimalna preklopna frekvenca: 2000 Hz,
funkcija vklopnega elementa: nepreklopljiv,
napajalna napetost: 10–30 V DC,
obratovalno področje: –20 … +70 °C,
vrsta zaščite: IP67,
električni priključek: M8x1 tripolni.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
29
2.23 Zadrževalnik
Zadrževalnik (slika 2.23) [1] za razliko od do sedaj opisanih električnih komponent, med
katere spada tudi sam, svoje delo ali funkcijo izraža z mehanskim gibanjem. Sestavljen je
iz kovinskega ohišja, električnega navitja, povratne vzmeti in kotve, na katero je pritrjen
kovinski profil (zadrževalnik), ki fizično opravlja funkcijo zadrževanja.
Slika 2.23: Zadrževalnik.
Osnovni princip delovanja
Ko skozi električno navitje zadrževalnika steče električni tok, ta povzroči
elektromagnetno polje. To polje zaradi magnetizma, ki ga ustvari, pritegne kovinsko kotvo
z zadrževalnikom in ta se uvleče. Posledično se v smer gibanja kotve posredno preko
mehanske zveze med kotvo in profilom za zadrževanje (zadrževalnikom) premakne tudi
zadrževalnik.
Po prekinitvi električnega toka skozi navitje izgine tudi elektromagnetno polje.
Elektromagnetne sile, ki je prej delovala na kovinsko kotvo, več ni. Zdaj na kotvo z
nameščenim zadrževalnikom deluje sila povratne vzmeti, ki zadrževalnik vrne v prvotni
izvlečen položaj.
Osnovni tehnični podatki zadrževalnika TDS-10A R 85090 so:
napajalna napetost: 24 V DC,
stanje preklopa: 100 %,
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
30
poraba moči: 5 W,
delovna temperatura: 100 °C (pri 100 % preklopljenosti),
dolžina hoda, dviga: 10 mm,
življenjska doba: ca. 100,000 preklopov,
vrsta zaščite: IP00,
priključek: vodnik 0,25 mm2, 180 mm dolžine.
2.24 Enosmerni motor
Kot pogon za premikanje transportnega traku je uporabljen enosmerni motor (slika
2.24) [1]. Takšen motor za svoje delovanje potrebuje vir enosmerne napajalne napetosti, ki
se preko krtačk prenaša na rotor motorja. S spreminjanje velikosti napetosti jim
spreminjamo hitrost vrtenja, z zamenjavo polaritete napajalnega vira pa na priključnih
sponkah obrnemo (zamenjamo) smer vrtenja motorja. Sestavni deli enosmernega motorja
so: rotor, stator (trajni magnet), komutator, ščetke (krtačke) in vzbujevalno navitje.
Slika 2.24: Enosmerni motor.
Osnovni tehnični podatki enosmernega motorja Nidec 404.603 Th so:
napajalna napetost: 24 V DC,
delovni tok: 1,5 A,
število obratov: 65/min,
stanje preklopa: 10 %,
stopnja prenosa: 1,
delovni moment – navor: 1 Nm,
možnost spremembe smeri: Da,
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
31
zagonski moment – navor: 7 Nm,
priključek: 2 natična konektorja,
teža: 450 g.
2.25 Enosmerni rele
Naloga enosmernega releja (slika 2.25) [1] je, da na enosmerni motor posredno preko
svojih kontaktov dovaja enosmerno napajalno napetost, ki poganja motor v določeno smer
in s tem posledično transportni trak.
V tej diplomskem delu imamo dve smeri gibanja transportnega traku (desno in levo). Iz
tega razloga potrebujemo rele, ki bo s preklopom svojih kontaktov sposoben preklopiti oz.
zamenjati polariteto napajanja na priključnih sponkah motorja. Ker imamo na razpolago dva
releja, moramo za napajanje motorja uporabiti oba releja. Priključiti ju moramo tako, da
bosta delovala kot preklopno ali menjalno stikalo, ki ob preklopu zamenja polariteto na
ščetkah motorja in s tem spremeni smer vrtenja.
Slika 2.25: Enosmerni rele.
Sestavni deli releja:
1 železno jedro navitja
2 povratna vzmet kotve
3 navitje releja
4 kotva releja
5 izolator preklopnega jezička
6 preklopni jeziček
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
32
Opis kontaktov releja:
A1, A2 sta anodi releja, priključni sponki navitja;
12 je mirovni kontakt ali normalno zaprt kontakt (NC);
14 je delovni kontakt ali normalno odprt kontakt (NO).
Tehnični podatki releja Finder, tip 40.52S:
delovna napetost: 24 V DC,
napetost kontaktov: 250 V AC,
nazivni tok: 8 A,
tip kontaktov: NO.
2.26 Večpolni razdelilec
Naloga večpolnega razdelilca (slika 2.26) [1] je, da posreduje električne krmilne signale
med krmilnikom, senzorji, navitji na ventilih in releji. Torej služi kot posredni člen v
komunikaciji v odnosu krmilnika s preostalimi električnimi komponentami.
Slika 2.26: Večpolni razdelilec.
2.27 Komunikacijski vmesnik
Komunikacijski vmesnik (slika 2.27) [8] s pomočjo večpolnega razdelilca in vmesnih
električnih vodnikov vzpostavlja komunikacijo med krmilnikom in vsemi tremi postajami
(Skladišče, Transportni trak, Prekladna postaja).
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
33
Slika 2.27: Komunikacijski vmesnik.
Komunikacijski vmesnik je bil predhodno že narejen, zato ga podrobno ne bomo opisovali.
Več informacij o njem je moč prebrati v [8].
2.28 Vmesni električni vodniki
Vmesne električne vodnike (slika 2.28) [8] lahko imenujemo tudi komunikacijski ali
povezovalni električni vodniki, saj povezujejo komunikacijski vmesnik z večpolnim
razdelilcem na vsaki postaji. Preko njih poteka komunikacija med krmilnikom in preostalimi
električnimi napravami.
Slika 2.28: Vmesni električni vodniki.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
34
Vmesni električni vodniki so bili predhodno že narejeni, zato jih podrobno ne bomo
opisovali. Več informacij o njih lahko najdemo v [8].
2.29 Električne tipke
Kot ročni dajalniki signalov za zagon funkcij Start, Stop, preklop v režim delovanja
Ročno/Avtomatsko so uporabljene električne tipke (slika 2.29) [1]. Za Izklop v sili pa je
uporabljena namenska tipka (slika 2.30) [25].
Za funkcijo Start je bila uporabljena tipka z delovnimi kontakti, ki so v normalnem stanju
odprti (NO). Za funkcijo Stop je bila uporabljena tipka z mirovnimi kontakti, ki so v
normalnem stanju zaprti (NC). Za preklop v režim delovanja Ročno/Avtomatsko pa je
uporabljeno preklopno ali menjalno stikalo (imenovano tudi zaskočno ali zasučno stikalo).
Delovni kontakti (NO) se označujejo s številkama 3–4, mirovni kontakti (NC) pa s
številkama 1–2. Kontakti menjalnega oz. preklopnega stikala so označeni s številkami 12–
14, pri čemer 12 pomeni mirovni in 14 delovni kontakt.
Tehnični podatki tipke Start in Stop:
delovna napetost: 660 V AC,
nazivni tok: 12 A,
tip kontaktov: NO.
Tehnični podatki stikala Ročno/Avtomatsko:
delovna napetost: 24 V AC/DC,
nazivni tok: 4,5 A,
tip kontaktov: NC/NO.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
35
Slika 2.29 Električne tipke Start, Stop, Ročno/Avtomatsko.
Slika 2.30: Izklop v sili.
Tehnični podatki tipke Izklop v sili:
delovna napetost: 660 V AC,
nazivni tok: 10 A,
tip kontaktov: NC.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
36
2.30 Zaslon, občutljiv na dotik
Namenjeni so prikazovanju procesnih podatkov uporabniku in nadzor oz. kontrolo nad
procesom samim. Zasloni, občutljivi na dotik, so vhodno/izhodne enote, ki se uporabljajo v
industriji. Njihova površina je občutljiva v tolikšni meri, da zazna dotik uporabnikovega prsta
(operaterja) in s tem sproži direktno interakcijo z grafičnimi elementi na zaslonu. Poznamo
jih kot HMI-vmesnike (HMI – Human Machine Interface); torej so vmesniki med
uporabnikom (operaterjem) in strojem (proizvodno linijo, procesom).
V diplomskem delu je uporabljen zaslon, občutljiv na dotik, tj. SIEMENS SIMATIC KTP600
Basic color PN (slika 2.31) [21], in sicer z naslednjimi tehničnimi lastnostmi [20]:
napajalna napetost: 24 V DC,
ločljivost zaslona: 320 × 240 točk,
vmesniki: 1 × RS 485, 1 × RJ45 Ethernet povezava za PROFINET,
velikost pomnilnika: 512 kB,
velikost zaslona: 6"/14.7 cm TFT,
vrsta zaščite: IP65 (spredaj)/IP20 (zadaj),
6 prosto programirljivih tipk.
Slika 2.31: Zaslon, občutljiv na dotik.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
37
2.31 Programska oprema
Za pisanje programskega dela krmilja je uporabljena programska oprema SIEMENS
TIA Portal v13 (TIA Portal – Totally Integrated Automation Portal). TIA Portal pomeni
popolnonoma integrirano programsko okolje za avtomatizacijo verzije 13. To je celovita
rešitev programskega okolja, v katerem so vsi potrebni programi zbrani na enem mestu ter
tako uporabniku omogočajo enostavno oblikovanje in konfiguracijo avtomatiziranega
modularnega sistema. Vključuje programsko opremo za programiranje, vodenje,
nadziranje, razhroščevanje avtomatiziranih procesov in migracijo projektov (slika 2.32) [22].
V diplomskem delu sta v okviru TIA Portala bila uporabljena STEP7 Professional v13 in
WinCC Professional v13.
Slika 2.32: Zgradba TIA Portala.
TIA-okolje je na področju avtomatizacije in vodenja procesov v samem svetovnem vrhu.
Podjetje SIEMENS je to okolje razvilo izključno za njihovo strojno opremo in s tem postavilo
visok mejnik konkurenčnim podjetjem, kot denimo Omron, Mitsubishi in drugi.
SIEMENS je z uvedbo TIA-okolja zelo poenostavil delo s krmilniki in drugo strojno
opremo, saj so vmesnik naredili zelo prijazen do uporabnika (slika 2.33). Uporabniku
omogoča prijazen grafični prikaz celotne strukture avtomatiziranega sistema kot tudi
skladno programiranje in konfiguriranje naprav znamke SIEMENS. Omogoča enotno
dostopno točko za povezavo oz. dostop do celotnega projekta ali samo določene aplikacije
tako na lokalnem kakor tudi oddaljenem (daljinskem) nivoju. Na ta način lahko s katere koli
oddaljene točke nadzorujemo, konfiguriramo in posegamo v proces. To je še posebej
dobrodošlo pri vzdrževanju in servisiranju, torej pri osebju za tehnično podporo, saj jim
možnost daljinskega dostopa in konfiguriranja ter odpravljanja napak iz naslanjača v
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
38
pisarne prihrani veliko časa in potnih stroškov, ki bi nastali ob potrebnem premiku (vožnji)
na kraj nastalega problema.
Slika 2.33: SIEMENS TIA Portal v13.
Podjetje SIEMENS redno teži k podpori svojih izdelkov in njihovim nadgradnjam, ki so
dostopne kar na spletu. Tako ohranja in vzdržuje ažurnost ter je v koraku s svetom.
Pri pisanju diplomskega dela smo uporabljali naslednjo programsko opremo:
SIEMENS TIA Portal v13 za pisanje programa krmilja,
Eplan Education za risanje pnevmatskega načrta,
SEE Electrical V7R2 za risanje električnega načrta,
Microsoft Office Word 2013 za pisanje diplomskega dela (urejanje besedila),
Microsoft Windows 7 Enterprise x64 je osnova, na kateri so tekli vsi programi.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
39
3 NAČRTOVANJE IN RAZVOJ PNEVMATIČNEGA MANIPULATORJA
3.1 Izhodišče za diplomsko delo
To opremo, a ne v celoti, je pred leti študent Višje strokovne šole Ptuj uporabil za
izdelavo svojega diplomskega dela. Za razliko od pričujočega diplomskega dela je celotno
krmiljenje izvedel s krmilnikom proizvajalca OMRON in k temu krmilniku pripadajočim
Omronovim zaslonom, občutljivim na dotik. Tako predstavljajo skupno opremo, ki je bila
uporabljena v predhodni diplomskem delu, vse tri mini MPS FESTO-postaje. Omenjeni
avtor je prav tako za izvedbo svoje naloge načrtoval in naredil komunikacijski vmesnik
(podpoglavje 2.27) in tri vmesne električne (komunikacijske) vodnike (podpoglavje 2.28), ki
služijo za priključitev komunikacijskega vmesnika na večpolni razdelilec na vsaki postaji.
Iz tega razloga, kot že omenjeno v drugem poglavju, ne bom podajali podrobnih opisov
izdelave in načrtov komunikacijskega vmesnika in vmesnih povezovalnih vodnikov, saj je
to bilo delo študenta Višje strokovne šole Ptuj. Navajamo pa jih v drugem poglavju, saj smo
jih uporabili pri izvedbi tega diplomskega dela. Vse podrobnosti o teh dveh komponentah
so v [8].
3.2 Ideja za tematiko diplomskega dela
V času trajanja obvezne študijske prakse, ki je bila opravljena v podjetju Gorenje, d. d.,
poslovna enota MEKOM Rogatec, sem imel občasno pod nadzorom mentorja na vpogled
razne krmilne omare proizvodnih linij, katerih krmilja so bila izvedena s krmilniki SIEMENS
SIMATIC. Ker je proizvodnja potekala v treh delovnih izmenah, torej 24 ur na dan, zaradi
linij v obratovanju (teku) ni bilo možnosti fizičnega priklopa v krmilje in učenja programiranja
na tej opremi, kar je predstavljalo prvo oviro. Druga ovira, ki je preprečevala dostop, je bila
takrat še neizkušenost v programiranju tovrstnih krmilnikov oz. tako kompleksnim
procesom. V primeru, da bi povzročil izpad krmilja v krmilni omari in posledično proizvodnje,
bi to pomenilo velike izgube za podjetje, česar pa si z ekonomskega vidika nihče ne želi in
ne more privoščiti. Tako je takrat ostala samo želja po učenju programiranja in preizkušanju
tovrstne, zgoraj omenjene opreme.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
40
V okviru opravljanja službenih obveznosti pri delodajalcu je omogočen dostop do
prostorov, v katerih se izvajajo laboratorijske vaje za študente Višje strokovne šole Ptuj.
Tako imamo na vpogled razno tehnično opremo, ki je v uporabi, kot tudi tisto, ki jo je treba
za uporabo še pripraviti. Zasledili smo tri mini MPS-postaje proizvajalca FESTO, ki so
čakale na sestavo in pripravo v učne namene. Na razpolago so bile samo postaje brez
komponent za izvedbo krmilja, zato smo se pozanimali tudi o teh, ki so bile pozneje tudi na
razpolago za uporabo. Tako smo s strani nadrejenih in zadolženih za to opremo dobili
dovoljenje za uporabo pri izdelavi pričujočega diplomskega dela. Izdelana in pripravljena
naloga bo namreč primerna za uporabo kot učilo pri izvajanju laboratorijskih vaj.
Po odobritvi za uporabo smo proučili delovanje celotne naprave ter napisali seznam
vseh potrebnih komponent, ki jih potrebujemo za zamišljeno izvedbo delovanja.
3.3 Opis delovanja manipulatorja in njegove zahteve
V tem podpoglavju opišemo delovanje pnevmatičnega manipulatorja (naprave oz.
proizvodne linije) in zahteve za njegovo delovanje. Delovanje in namen naprave smo na
grobo omenili že v podpoglavju 1.2, ki pa ne zadostuje za celostno razumevanje delovanja
naprave, tj. kot sklopa treh postaj, med sabo povezanih v funkcionalno enoto.
3.4 Splošen povzetek delovanja
Pnevmatični manipulator je sestavljena iz treh manjših enot – mini MPS-postaj FESTO,
ki so med seboj povezane in tvorijo celoto ali proizvodno linijo. Na začetku linije imamo prvo
postajo, imenovano skladišče, na kateri se nahaja skladovni zalogovnik, v katerega
prihajajo po materialu različni obdelovanci (plastičen ali nekovinski PVC, kovinski Fe).
Obdelovanci so naloženi v sklad eden na drugega oz. navpično. Te obdelovance iz
skladovnega zalogovnika potiskamo na drugo postajo, imenovano Transportni trak. S
trakom pa jih transportiramo proti zadnji/tretji postaji, imenovani Prekladna postaja. Med
samim transportiranjem po traku s senzorjem razpoznavamo vrsto materiala in s tem
ugotovimo, ali gre za plastičen ali kovinski obdelovanec. Tako se plastični (PVC, nekovinski)
obdelovanci transportirajo na prvo, tj. levo odstavno drčo, kovinske pa pnevmatsko
prijemalo na tretji postaji s transportnega traku prestavi na drugo, tj. desno odstavno drčo.
Tako je sortiranje plastičnih in kovinskih obdelovancev končano.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
41
3.5 Opis delovanja
S pritiskom na tipko Start in predhodno izpolnjenimi začetnimi pogoji se začne delovni
cikel. Ta poteka tako, da dvosmerni pnevmatski valj iz skladovnega zalogovnika na postaji
Skladišče potisne obdelovanec na začetek transportnega traku.
Optični senzor na začetku traku zazna prisotnost obdelovanca, s čimer sproži števec,
ki odšteva čas trajanja 4 s, kolikor traja pomikanje – transportiranje zaznanega obdelovanca
s skrajne leve v skrajno desno pozicijo na transportnem traku. Na polovici transportnega
traku, neposredno pred zadrževalnikom, je nameščen induktivni senzor, ki zaznava
kovinske obdelovance. Če je obdelovanec plastičen, induktivni senzor ne zazna predmeta.
To za linijo po vneseni programski logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja
4 s spremeniti smer gibanja v levo za čas trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik
spusti in plastičen obdelovanec dovede do spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo
preusmerjevalnega profila, nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika,
preusmeri obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih oz. plastičnih
obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor le-tega zazna. Po času trajanja
4 s, ki ga določa časovnik, tega pa sproži optični senzor po zaporedni zaznavi drugega
obdelovanca, transportni trak doseže skrajno desno pozicijo in se ustavi. Izpolnjeni so
pogoji za zagon podprograma za prekladanje kovinskih obdelovancev. Pnevmatsko
prijemalo prime obdelovanec in ga prestavi na odstavno drčo, namenjeno za spust
kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
42
3.6 Zahtevane funkcije
Start Funkcijo Start zaženemo s pritiskom na tipko Start. Programski del
starta oz. zagona manipulatorja se izvede ob pogojih, ko so vsi aktuatorji v
začetnih položajih in izpolnjeni vsi ostali pogoji.
Stop Funkcijo Stop zaženemo s pritiskom na tipko Stop. Ustavi delovanje
manipulatorja, ko se trenutni cikel, ki se izvaja, izvede do konca. Ponovni
zagon je možen, ko so vsi aktuatorji uvlečeni in ponastavljena vsa stanja.
Ročno/Avtomatsko S to funkcijo lahko preklapljamo med režimom delovanja
manipulatorja med Ročno ali Avtomatsko. V ročnem režimu s tipko
Start sprožimo samo en cikel, tj. transport in sortiranje samo enega
obdelovanca. V režimu Avtomatsko pa se cikli sortiranja
obdelovancev vršijo neprekinjeno, vse dokler v skladovnem
zalogovniku na prvi postaji (skladišče) ne zmanjka obdelovancev.
Režim delovanja lahko preklapljamo kar med samim delovanjem
naprave.
Ponastavitev Izbira te funkcije je možna samo na zaslonu, občutljivem na dotik.
Uporabimo jo vedno, kadar želimo ponastaviti vsa stanja in zagnati
inicializacijo celotnega sistema. To je v primeru, ko napravo prvič
priključimo na napajalno omrežno napetost ali po uporabi tipke Izklop v sili.
Izklop v sili Tipka Izklop v sili nam nemudoma in trajno izklopi celotno napravo.
Uporablja se iz varnostnih razlogov za varovanje pred poškodbami in
varovanje življenj.
3.7 Opis sestavnih sklopov manipulatorja
V tem podpoglavju so podrobneje predstavljeni osnovni sestavni sklopi pnevmatskega
manipulatorja. To so že večkrat omenjene mini MPS-postaje z nameščeno strojno opremo,
opisano v drugem poglavju. Za razumevanje delovanja je pomembno, da natančno vemo,
kje se katera komponenta nahaja (slika 3.1) [8].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
43
Slika 3.1: Osnovni sklopi pnevmatičnega manipulatorja.
Sklopi (postaje) od leve proti desni so:
Skladišče,
Transportni trak,
Prekladna postaja.
3.8 Skladišče
Pomembne komponente skladišča (slika 3.2) [1] so:
skladovni zalogovnik,
dvosmerni pnevmatski valj s prigrajenima dušilnima elementoma s
protipovratnim ventilom,
ventilski otok s potnim ventilom za krmiljene dvosmernega valja,
magnetni (reedov) senzor za zaznavanje končnega – iztegnjenega položaja
dvosmernega valja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
44
Slika 3.2: Komponente postaje Skladišče.
Delovanje postaje Skladišče:
Skladovni zalogovnik prejme 6 po materialu različnih obdelovancev (PVC, Fe), ki so v
zalogovniku postavljeni eden na drugega v poljubnem vrstnem redu. Dvosmerni pnevmatski
valj, ki služi kot podajalec, podaja obdelovance iz zalogovnika na naslednjo postajo
(Transportni trak) tako, da izpodrine najnižje ležeči obdelovanec. Izpodrivanje
obdelovancev zaradi izvedbe kovinske konstrukcije skladovnega zalogovnika poteka
posamično, kar pomeni, da podajalec naenkrat poda samo en obdelovanec v nadaljnjo
obdelavo. Pnevmatski valj za podajanje je krmiljen z bistabilnim 4/2 pnevmatskim potnim
ventilom, ki se nahaja na ventilskem otoku postaje. Magnetni senzor pa služi za zaznavanje
končnega – iztegnjenega položaja podajalnega valja, ki ob zaznavi krmilniku pošlje signal.
Opomba:
Na sliki 3.2 je zraven valja za podajanja obdelovancev nameščen še eden enosmerni
pnevmatski valj. Ta valj za izvedbo krmilja v tem diplomskem delu ni nameščen in ne
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
45
uporabljen. Razlog prikaza na sliki je dokumentacija mini MPS-postaj, ki predstavlja vir že
narejene slike in prikazuje možnost razširitve postaje Skladišče.
3.9 Transportni trak
Pomembne komponente transportnega traku (slika 3.3) [1] so:
enosmerni električni motor (DC-motor),
optični senzor,
induktivni senzor,
transportni trak,
zadrževalnik – preusmerjevalnik,
odstavna drča za plastične obdelovance.
Slika 3.3: Komponente postaje Transportni trak.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
46
Delovanje postaje Transportni trak:
Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladišče prispe na transportni trak, prisotnost
le tega na začetku traku zazna optični senzor, ki starta števec za odštevanje časa v trajanju
4s, kolikor traja pomikanje – transportiranje zaznanega obdelovanca s skrajne leve v
skrajno desno pozicijo na transportnem traku. Na polovici transportnega traku neposredno
pred zadrževalnikom, je nameščen induktivni senzor, ki zaznava kovinske obdelovance. V
kolikor je obdelovanec plastičen, induktivni senzor ne zazna predmeta. Izpolnjeni so pogoji
za zagon podprograma za sortiranje plastičnih obdelovancev. To za linijo po vneseni
programski logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja 4 s spremeniti smer
gibanja v levo za čas trajanja 1,7 s. Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik spusti in plastičen
obdelovanec se dovede do spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo kovinskega
preusmerjevalnega profila, nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika, potisne
oz. preusmeri obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih oz.
plastičnih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Opomba:
Na sliki 3.3 je induktivni senzor nameščen na drugi – nasprotni strani traku, kot je
realizirano v pričujočem delu. Dejansko se nahaja na nasprotni strani neposredno pred
zadrževalnikom. Razlog prikaza nameščenega senzorja na drugi strani je dokumentacija
mini MPS-postaj, ki predstavlja vir že narejene slike in prikazuje možnost druge postavitve
senzorja. Postavitev, prikazana na sliki, ne vpliva na opis delovanja transportnega traku v
tem diplomskem delu.
3.10 Prekladna postaja
Pomembne komponente skladišča (slika 3.4) [1] so:
pnevmatski valj za horizontalni premik prijemala,
pnevmatski valj za vertikalni premik prijemala,
pnevmatsko prijemalo,
ventilski otok s potnimi ventili za krmiljene dvosmernih valjev in prijemala,
magnetni (reedov) senzorji za zaznavanje položajev dvosmernih valjev,
odstavna drča za plastične obdelovance.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
47
Slika 3.4: Komponente postaje Prekladna postaja.
Delovanje postaje Prekladna postaja:
V primeru, da je obdelovanec kovinski, induktivni senzor na transportnem traku le-tega
zazna. Po času trajanja 4 s, ki ga določa časovnik, tega pa sproži optični senzor po
zaporedni zaznavi drugega obdelovanca, transportni trak doseže skrajno desno pozicijo in
se ustavi. Izpolnjeni so pogoji za zagon podprograma za prekladanje kovinskih
obdelovancev. Valj za horizontalni pomik pnevmatsko prijemalo iztegne, valj za vertikalni
pomik pa spusti nad kovinski obdelovanec. Ko je prijemalo v skrajni spodnji legi, prime
obdelovanec. Valj za vertikalni pomik prijemalo z obdelovancem dvigne, valj za horizontalni
pomik ga premakne na območje Prekladne postaje nad drsno drčo. Valj za vertikalni pomik
se iztegne oz. spusti in s tem tudi prijemalo z obdelovancem. Prijemalo odloži obdelovanec
na odstavno drčo, namenjeno za spust kovinskih obdelovancev v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
48
3.11 Opis delovanja manipulatorja z vidika krmilnih signalov
V tem podpoglavju je podan kratek pregled delovanja pnevmatičnega manipulatorja z
vidika krmilnih signalov.
Po priključitvi pnevmatičnega manipulatorja na omrežno napajalno napetost, pritisku na
tipko Start in izvedeni inicializaciji, je naprava pripravljena za sortiranja obdelovancev po
vrsti materiala.
Opis delovanja z vidika krmilnih signalov:
Po pritisku na tipko Start da krmilnik na izhodu Q0.1 krmilni signal na tuljavico
1Y1 bistabilnega ventila 1V1, ki preko pnevmatskih priključkov 14 aktivira
pnevmatski delovni valj 1A1 – podajalni valj potisne obdelovanec iz
skladovnega zalogovnika s skladišča na transportni trak.
Optični senzor 2B1 na začetku transportnega traku obdelovanec zazna in na
vhod krmilnika I0.1 pošlje signal. Krmilnik na izhodu Q0.3 da signal, ki starta
elektro motorček in s tem transportni trak v desno za čas trajanja 4 s.
Če induktivni senzor 2B2 v tem času na traku ne zazna kovinskega
obdelovanca, se traku po 4 s spremeni smer gibanja v levo za čas trajanja 1,7
s; zadrževalnik se spusti in preusmeri plastičen obdelovanec na odstavno drčo
za plastične obdelovance.
v primeru, da induktivni senzor 2B2 zazna kovinski obdelovanec, se trak po 4 s
ustavi in s tem obdelovanec dostavi v skrajno desno pozicijo pod pnevmatsko
prijemalo.
Krmilnik na izhodu Q0.6 da na tuljavico 3Y1 ventila 2V1 signal, ki ventil preklopi
v 14 in s tem aktivira valj 2A1, ki prijemalo horizontalno iztegne.
Iztegnjen položaj 2A1 se zazna z magnetnim (reedovim) senzorjem 3B1, ki na
vhod krmilnika I0.4 pošlje signal.
Posledično krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki
ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 in posledično prijemalo vertikalno spusti.
Spuščen položaj 2A2 zazna magnetni senzor 3B3, ki na vhod krmilnika I0.5
pošlje signal.
Krmilnik na izhod Q1.1 da na tuljavico 3Y5 ventila 2V3 signal, ki ventil v
prijemalu preklopi v 14, kar povzroči prijem kovinskega obdelovanca.
Ob danem signalu na Q1.1 in signalu senzorja 3B3, je izpolnjen pogoj za dvig
prijemala. Krmilnik da na izhodu Q0.7 na tuljavico 3Y4 ventila 2V2 signal, ki
ventil preklopi v 12 in vertikalno dvigne prijemalo.
Dvignjeno prijemalo zazna magnetni senzor 3B4, ki krmilniku na vhod I0.6
posreduje signal.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
49
Krmilnik na izhodu Q0.5 na tuljavico 3Y2 ventila 2V1 da signal, ki ventil preklopi
v 12 in s tem prijemalo horizontalno uvleče.
Uvlečeno prijemalo zazna magnetni senzor 3B2, ki krmilniku na vhod I0.3 pošlje
signal.
Posledično krmilnik na izhodu Q1.0 da signal na tuljavico 3Y3 ventila 2V2, ki
ventil preklopi v 14 in s tem valj 2A2 ter posledično prijemalo vertikalno spusti
nad odstavno drčo za kovinske obdelovance.
Spuščen položaj 2A2 zazna magnetni senzor 3B3, ki na vhod krmilnika I0.5
pošlje signal.
Posledično krmilnik na izhodu Q1.1 odvzame na tuljavici 3Y5 ventila 2V3 signal,
ki ventil v prijemalu preklopi v 12, kar povzroči spust kovinskega obdelovanca
na odstavno drčo za kovinske obdelovance.
Ob danem signalu na Q1.1 in signalu senzorja 3B3 je izpolnjen pogoj za dvig
prijemala. Krmilnik da na izhodu Q0.7 na tuljavico 3Y4 ventila 2V2 signal, ki
ventil preklopi v 12 in vertikalno dvigne prijemalo.
S tem je postopek razvrščanja oz. ločevanja plastičnih in kovinskih obdelovancev
končan. Dokler so v skladišču v skladovnem zalogovniku prisotni obdelovanci, tako dolgo
poteka avtomatiziran proces razvrščanja. Ta se samodejno prekine, ko podajalni valj 1A1
dvakrat izvede gib podajanja, optični senzor pa na traku ne zazna obdelovanca. V tem
primeru se manipulator samodejno ustavi. Za ponoven zagon moramo ponastaviti krmilnik.
To storimo na ta način, da pritisnemo tipko Start ali pa na zaslonu, občutljivem na dotik
pritisnemo tipko Ponastavitev. Režim delovanja manipulatorja Ročno/Avtomatsko je možno
spreminjati tudi med samim delovanjem manipulatorja.
3.12 Načrti
Za risanje pnevmatskih načrtov smo uporabili programsko orodje Eplan Education, za
risanje električnih načrtov pa programsko orodje SEE Electrical. Vsi načrti so narisani po
standardih in vsebujejo oznake elementov, ki izražajo dejansko stanje oz. lokacijo elementa
na napravi sami.
Vsi načrti so podani v prilogah (Priloga A, Priloga B).
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
50
3.13 Načrtovanje programskega krmilja
Najprej smo pregledali vso strojno opremo in s tem dobili splošno oceno, kaj nam
oprema omogoča. Nato smo narisali blokovno shemo, ki nam je vključno s krmiljem in z
zaslonom na dotik ponazarjala celotno sestavo. Sledila je proučitev zahtev glede
potrebnega števila vhodov in izhodov krmilnika (tabela 3.1, tabela 3.2). Na podlagi tabele
vhodov in izhodov smo narisali simbolno tabelo, v katero smo vnesli vse potrebne vhode in
izhode ter jih na kratko in logično poimenovali. Sledilo je risanje grobe sheme poteka, iz
katere je že razvidna medsebojna odvisnost vhodih in izhodnih signalov. Ko je shema bila
končana, smo se lotili pisanja programa (programiranja) v programskem okolju SIEMENS
TIA Portal.
Najprej smo se lotili pisanja programa za osnovno delovanje posamezne postaje. To
pomeni, da smo lahko delovanje postaje zagnali s pritiskom na tipko Start in ustavili s
pritiskom na tipko Stop. Ob uspešno napisanem programu prve postaje (Skladišče), smo
predhodni postaji dodali postajo za transportiranje obdelovancev (Transportni trak) in se
lotili dopolnjevanja programa za delovanje obeh združenih postaj. Seveda smo v program
določene postaje, predvsem predhodne, morali vključiti pogoje dodane postaje, ki
medsebojno vplivajo na delovanje obeh. Nato smo dodali še zadnjo, tretjo postajo
(Prekladna postaja), ki služi prekladanju kovinskih obdelovancev na odstavno drčo. V že
napisan program smo vključili še pogoje tretje postaje in program dopolnili tako, da je
delovanje vseh treh združenih postaj skupaj delovalo kot ena samostojna enota, ki ji rečemo
pnevmatični manipulator. Po uspešno izvedenem programu z delujočima osnovnima
funkcijama tipk Start in Stop smo vnesli še možnost izbire režima delovanja
Ročno/Avtomatsko. Med pisanjem programa smo vnesene spremembe sproti preizkušali
na pnevmatskem manipulatorju in naredili potrebne popravke. Nazadnje smo dodali še
možnost nadzora in kontrole s pomočjo zaslona, občutljivega na dotik. Ta možnost najprej
ni bila v načrtu. Ideja o vključitvi zaslona se je porajala pozneje, ko je delovanje
manipulatorja s potrebnimi funkcijami bilo že končano.
Programirali smo v že omenjenem programskem okolju SIEMENS TIA Portal. Način
programiranja pa je bil lestvični diagram, saj je pisanje programa v tej obliki najpreglednejše
in tudi odkrivanje napak vzame manj časa.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
51
Oznake vhodov in izhodov krmilnika SIEMENS S7-1200 so podane v tabeli 3.1 in tabeli 3.2.
Tabela 3.1: Vhodi krmilnika S7-1200
Zap.
št.
Priključek
krmilnik
Opis Funkcija Oznaka
1. I0.0 Digitalni
vhod Podajalec obdelovanca izvlečen 1B1
2. I0.1 Digitalni
vhod
Obdelovanec zaznan z optičnim
senzorjem 2B1
3. I0.2 Digitalni
vhod
Obdelovanec zaznan z
induktivni senzorjem 2B2
4. I0.3 Digitalni
vhod
Horizontalni položaj prijemala
uvlečen 3B2
5. I0.4 Digitalni
vhod
Horizontalni položaj prijemala
izvlečen 3B1
6. I0.5 Digitalni
vhod
Vertikalni položaj
prijemala izvlečen 3B3
7. I0.6 Digitalni
vhod
Vertikalni položaj
prijemala uvlečen 3B4
8. I0.7 Digitalni
vhod Ročni režim delovanja S3
9. I1.0 Digitalni
vhod Start S1
10. I1.1 Digitalni
vhod Stop S2
11. I1.2 Digitalni
vhod REZERVA /
12. I1.3 Digitalni
vhod REZERVA /
13. I1.4 Digitalni
vhod REZERVA /
14. I1.5 Digitalni
vhod REZERVA /
Tabela 3.2: Izhodi krmilnika S7-1200
Zap.
št.
Priključek
krmilnik
Opis Funkcija Oznaka
1. Q0.0 Digitalni
izhod Uvleci podajalec 1Y2
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
52
2. Q0.1 Digitalni
izhod Izvleci podajalec 1Y1
3. Q0.2 Digitalni
izhod Motor levo K2
4. Q0.3 Digitalni
izhod Motor desno K1
5. Q0.4 Digitalni
izhod Dvig zadrževalnika K3
6. Q0.5 Digitalni
izhod Uvleci horizontalni položaj 3Y2
7. Q0.6 Digitalni
izhod Izvleci horizontalni položaj 3Y1
8. Q0.7 Digitalni
izhod Uvleci vertikalni položaj 3Y4
9. Q1.0 Digitalni
izhod Izvleci vertikalni položaj 3Y3
10. Q1.1 Digitalni
izhod Stisni klešča prijemala 3Y5
Uporabljeni programski bloki v TIA Portalu
Pri pisanju programa krmilja, smo se v programskem okolju TIA posluževali
naslednjih blokov [26]:
Organizacijski blok Main [OB1]
OB1 je glavni organizacijski blok, v katerem se izvaja programski cikel (program cycle),
če je krmilnik v stanju RUN. V tem bloku je napisan program, ki krmili proces in dodatne
uporabniške bloke. Krmilnik obravnava OB-je glede na njihovo prioriteto, tako da OB-je z
višjo prioriteto izvaja pred OB-ji z nižjo prioriteto. Najnižjo prioriteto ima glavni programski
cikel, najvišjo pa časovno prekinitveni.
Funkcijski bloki [FB]
Funkcijski bloki so bloki, ki svoje parametre shranijo v podatkovne bloke (DB) tudi po
tem, ko se proces v njih več ne odvija. Funkcijske bloke lahko kličemo iz organizacijskih
blokov ali drugih funkcijskih blokov ter iz različnih mest programa.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
53
Funkcije [FC]
Funkcije so programski bloki, ki nimajo spomina, zato se podatki po izvedeni funkciji
zbrišejo. Če hočemo podatke shraniti, jih lahko shranimo v podatkovne bloke. Funkcije
lahko kličemo iz organizacijskih ali funkcijskih blokov.
3.14 Opis delovanja programa krmilja
To podpoglavje opisuje program krmiljenja s stališča blokov, uporabljenih pri pisanju
programa. Deloma je razviden tudi program v lestvični obliki. Zaradi svoje preobsežnosti je
program v celoti podan kot priloga k diplomskemu delu.
Izvajanje inicializacije manipulatorja (slika 3.5)
V OB1 program čaka na prvi pritisk na ukaz Start, s tem aktiviramo funkcijski blok Init
[FB5] bodisi s strani tipke na komandnem pultu ali interaktivne tipke na zaslonu, občutljivem
na dotik. S tem aktiviramo začetek inicializacije oz. postavitev pnevmatskih valjev v začetne
definirane položaje. Ob vseh izvršenih komandah in inicializiranih položajih se postavi bit
oz. merker Init_end. S tem je proces inicializacije končan.
Slika 3.5: Inicializacija manipulatorja.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
54
Ko se konča inicializacija, se začne izvajanje podprograma Run [FB1]. Vendar program
še vedno čaka na ponovni pritisk tipke Start za zagon začetka sortiranja obdelovancev.
Izvajanje programa Sortiranje
Z aktivacijo oz. s pritiskom tipke Start se v funkcijskem bloku Run [FB1] zaganjajo
podprogrami: Count [FB4], Sort_PVC [FB2] in Sort_Fe [FB3] ter preostali pogoji, ki so
potrebni za sortiranje obdelovancev (sledi nadaljevanje spodaj*).
Podprogram Count [FB4] ima prioritetno nalogo izvajanja štetja obdelovancev in
izvajanje ukaza KUPO (Komanda uvleci podajalec obdelovanca – valj 1A1) in KIPO
(Komanda izvleci podajalec obdelovanca – valj 1A1) vsakih 1600 ms. V samem bloku Count
se vrši filtriranje nekaterih vhodnih digitalnih signalov, in sicer optični senzor 2B1 in izvlečen
podajalec obdelovanca (IPO)1B1, ki morata zaradi zagotavljanja stabilnosti oz.
verodostojnosti signala biti prisotna najmanj 50 ms (slika 3.5). V podprogramu Count se
izvaja še štetje število iztegov – podajanj obdelovanca, štetje vseh obdelovancev, lokalno
štetje za lokalno logiko, seštevek vseh PVC-obdelovancev in seštevek vseh Fe-
obdelovancev.
Podprogram Sort_PVC [FB2] ima nalogo zagona transportne linije v levo za čas trajanja
1700 ms in prišteje dodaten čas (čas vrtenja v levo) obdelovancu za njim.
Podprogram Sort_Fe [FB3] ima nalogo krmiljenja pnevmatskega prijemala za sortiranje
kovinskih obdelovancev na odstavno drčo. To pomeni ukaze: horizontalni pomik prijemala,
vertikalni pomik prijemala ter stisk klešč oz. prijem obdelovanca.
*Ko obdelovanec s predhodne postaje Skladišče prispe na transportni trak, prisotnost
le-tega na začetku traku zazna optični senzor (vhod CS), ki starta časovnik 1
(IEC_Timer_0_DB_0) za odštevanje časa v trajanju 4 s, kolikor traja pomikanje –
transportiranje zaznanega obdelovanca 1 s skrajne leve v skrajno desno pozicijo na
transportnem traku. Nadaljnji obdelovanec, ki prispe na transportni trak in ga zazna optični
senzor, starta časovnik 2 (IEC_Timer_0_DB_1) prav tako z odštevalnim časom 4 s. Na
polovici transportnega traku neposredno pred zadrževalnikom je nameščen induktivni
senzor (vhod OK), ki zaznava kovinske obdelovance. Če je obdelovanec plastičen,
induktivni senzor ne zazna predmeta in izpolnjeni so pogoji za zagon podprograma za
sortiranje plastičnih obdelovancev (Sort_PVC [FB2]). To za linijo po vneseni programski
logiki pomeni, da mora transportni trak po času trajanja 4 s spremeniti smer gibanja v levo
za čas trajanja 1,7 s (slika 3.6).
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
55
Slika 3.6: Sortiranje plastičnih obdelovancev.
Hkrati se prej dvignjen zadrževalnik spusti in plastičen obdelovanec se dovede do
spuščenega zadrževalnika, ki s pomočjo kovinskega preusmerjevalnega profila,
nameščenega na gibajoči se mehanizem zadrževalnika, potisne oz. preusmeri
obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno za spust nekovinskih (plastičnih) obdelovancev
v ustrezen zalogovnik. Istočasno pa se naslednjemu obdelovancu prišteje v časovniku
premik v levo v trajanju 1700 ms.
V primeru, da induktivni senzor zazna kovinski obdelovanec (slika 3.7), se zažene
podprogram za sortiranje kovinskih obdelovancev (Sort_Fe [FB3]). To za linijo po vneseni
programski logiki pomeni, da se mora trak po času trajanja 4 s ustaviti. Prijemalo kovinski
obdelovanec prime in ga preloži na odstavno drčo za kovinske obdelovance.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
56
Slika 3.7: Sortiranje železnih obdelovancev.
Več informacij o podrobnejšem delovanju programa najdemo v prilogi 6.3.
3.15 Zaporedje dejanj manipulatorja
Pred načrtovanjem krmilja smo si zastavili vrstni red ali zaporedja dejanj, po katerem
se bo proces oz. sortiranje obdelovancev izvajalo.
Zaporedje dejanj je sledeče:
1. Podajanje – izpodrivanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika prve postaje
na transportni trak in vklop traku.
2. Zaznava obdelovanca na traku in uvlek podajalnega valja prve postaje.
3. Transportiranje obdelovanca mimo induktivnega senzorja na konec traku (skrajno
desno) in zaznavanje (prepoznavanje) vrste materiala.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
57
4. Zaznan plastičen obdelovanec:
ustavi trak in spremeni smer gibanja traku v levo, spusti zadrževalnik in preusmeri
obdelovanec na odstavno drčo, namenjeno plastičnim obdelovancem.
5. Zaznan kovinski obdelovanec:
ustavi trak in s pnevmatskim prijemalom preloži obdelovanec na odstavno drčo,
namenjeno kovinskim obdelovancem.
6. Ob praznem skladovnem zalogovniku ustavi manipulator po dveh "praznih
podajanjih" obdelovanca.
3.16 Začetni pogoji in pomanjkljivosti manipulatorja
Ob prvem ali ponovnem vklopu pnevmatičnega manipulatorja morajo biti za delovanje
izvedeni naslednji začetni pogoji:
uspešno izvedena inicializacija,
pritisk na tipko Start,
režim delovanja preklopljen v Ročno/Avtomatsko.
Na začetku programiranja prve postaje (Skladišče) smo opazili pomanjkljivost oz.
pomanjkanje enega dela strojne opreme. Ta je bila, da je imel dvosmerni pnevmatski valj
za podajanje obdelovancev iz skladovnega zalogovnika nameščen samo en magnetni
(reedov) senzor za zaznavanje končnega položaja batnice valja v iztegnjenem položaju. Pri
pisanju programa torej nismo imeli podatka, kdaj je batnica valja dejansko uvlečena. Ta
podatek bi lahko dobili na podlagi dodatnega nameščenega magnetnega senzorja na
omenjenem valju, in sicer na strani uvlečenega bata. V tem primeru bi signal senzorja za
zaznavanje uvlečenega stanja podajalnega valja uporabili pri inicializaciji krmilja. Ta
problem smo rešili tako, da krmilje ob vklopu naprave za zelo kratek čas pošlje posredno
po pnevmatskih potnih ventilih na ustrezen priključek aktuatorjev pnevmatski signal, ki vse
aktuatorje uvleče. S tem smo zagotovili, da so vsi valji v začetnih stanjih.
Na drugi postaji (Transportni trak) smo za potrebe spreminjanja smeri vrtenja traku
uporabili časovnik, ki je v primeru prisotnosti plastičnega obdelovanca na traku po 4 s
spremenil smer vrtenja enosmernega pogonskega motorčka in posledično traku za čas 1,7
s v levo. Namesto časovnika bi lahko na skrajnem desnem koncu traku za zaznavanje
položaj obdelovancev skrajno desno uporabili optični senzor, ki bi krmilniku na ustrezen
vhod poslal signal, s katerim bi programska logika krmilnika poznala pozicijo obdelovanca.
Tako delovanje bi bilo bolj zanesljivo v primeru, če na traku pride do nehotenega zdrsevanja
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
58
med obdelovancem in površino traku ter morebitne ovire, ki bi obdelovanec zadržala ali
upočasnila njegovo gibanje po traku. Gibanje mora biti točno in usklajeno, saj je vezano na
čas trajanja 4 s transporta v desno in 1,7 s v levo. Ob kakršni koli spremembi položaja
obdelovanca na traku – po zaznavi z optičnim in induktivnim senzorjem – premiki traku in
pnevmatskega prijemala ne bi več bili usklajeni, zato bi lahko prišlo do poškodb tako
prijemala kot tudi manipulatorja.
Tudi na tretji postaji (Prekladna postaja) predstavlja pomanjkljivost pomanjkanje
dveh magnetnih senzorjev, ki bi bila nameščena na pnevmatskem prijemalu. Služila bi za
zaznavanje končnih položajev klešč prijemala in s tem povečala zanesljivost delovanja
manipulatorja. Trenutno je aktiviranje in deaktiviranje klešč prijemala izvedeno na osnovi
zaznanih stanj in položajev pnevmatskih valjev.
3.17 Zaslon, občutljiv na dotik
Ideja o uporabi zaslona, občutljivega na dotik, je nastala tekom izvajanja avtomatizacije
pnevmatičnega manipulatorja in sprva ni bila predvidena. Vzrok za dodatni del te strojne
opreme je bila želja po kontroli manipulatorja, tj. ne samo s pomočjo fizičnih tipk Start, Stop
in Ročno/Avtomatsko, pač pa tudi posredno preko zaslona, občutljivega na dotik, ki
omogoča interaktivnost med uporabnikom in napravo tudi z oddaljenega mesta (npr. iz
komandne sobe, v kateri je nameščen zaslon). Tako smo v sistem vključili zaslon SIEMENS
KTP600 Basic color PN, ki je sicer, kot že ime pove, osnovni model, a za naše potrebe
vodenja manipulatorja več kot dovolj zadošča.
Kot smo omenili, zaslon sprva ob snovanju krmilja ni bil predviden, zato se tudi ne bomo
osredotočali na delo z njim. V diplomsko delo smo ga vključili zgolj iz eksperimentalnih
razlogov. Predstavljene bodo samo slike zaslonov (screenov) ter funkcije za kontrolo
manipulatorja, ki smo jih z uporabo zaslona omogočili. Za programiranje zaslona je bilo prav
tako uporabljeno programsko orodje TIA Portal, katerega predstavitev sledi v naslednjem
podpoglavju.
Zaslon, občutljiv na dotik, omogoča 4 različne poglede:
osnovni meni,
meni transport,
meni statistika,
meni graf.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
59
Osnovni meni (slika 3.8) nam zraven informacij o zaslonu in gumba za izklop zaslona s
pritiskom na interaktivni gumb Pnevmatični manipulator omogoča preklop na zaslon Meni
transport, kjer imamo kontrolne gumbe za vodenje manipulatorja.
Slika 3.8: Zaslon na dotik – osnovni meni.
Meni transport (slika 3.9) vsebuje gumbe: Start, Stop in gumb Ponastavi. Funkciji prvih
dveh gumbov poznamo že od prej. Torej gumb Start služi za start oz. zagon manipulatorja;
gumb Stop služi za ustavitev; gumb Ponastavitev pa za "reset" oz. ponastavitev, tj. ponovno
inicializacijo manipulatorja, ki jo moramo uporabiti, kadar v skladovnem zalogovniku na
postaji Skladišče zmanjka obdelovancev. Prikazuje pa nam tudi število obdelovancev na
transportnem traku in skupno število vseh obdelovancev.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
60
Slika 3.9: Zaslon na dotik – meni transport.
Meni statistika (slika3.10) nam prikazuje statistiko manipulatorja z naslednjimi podatki:
skupno število plastičnih obdelovancev,
skupno število kovinskih obdelovancev,
gumb za ponastavitev vseh števcev v programu krmilnika,
gumb za ponastavitev (reset) krmilnika.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
61
Slika 3.10: Zaslon na dotik – meni statistika.
Meni graf (slika 3.11) nam grafično prikazuje število vseh plastičnih in kovinskih
obdelovancev, ki so bili dostavljeni na trak in sortirani v ustrezen zalogovnik.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
62
Slika 3.11: Zaslon na dotik – meni graf.
Težave pri realizaciji avtomatizacije pnevmatičnega manipulatorja
Težave s krmilnikom SIEMENS S7-1200
Ko smo krmilnik prvič priklopili na osebni računalnik s programskim okoljem TIA
Portal, nam ni uspelo vzpostaviti povezave oz. komunikacije med TIA Portalom in
krmilnikom. Vzrok je bil ta, da je predhodno pred nami ta krmilnik nekdo že uporabljal in mu
spremenil že vnaprej industrijsko nastavljen IP-naslov na drugo vrednost. Na podlagi IP-
naslova se vrši komunikacija med računalnikom (instalirano programsko opremo TIA Portal)
in krmilnikom. Ker je bil IP-naslov v krmilniku napačen, tudi povezava z njim ni delovala. Ta
naslov je sicer podan v navodilih krmilnika, ki pa ob vnosu ni odpravila težav. Povezavo
smo poskusili vzpostaviti tudi po metodi poizkušanj, a nam ni uspelo.
Rešitev smo našli tako, da smo o omenjeni težavi pobrskali po spletu na raznih
forumih. Odgovor je bil, da je ob tovrstni težavi kriv vnesen napačen IP-naslov krmilnika oz.
ni enak privzetim industrijskim vrednostim, ki se v krmilnike vpiše ob njihovi izdelavi in prvi
konfiguraciji. Naveden je bil spletni naslov, ki nas je usmeril na spletno stran proizvajalca
opreme Siemens. S SIEMENS-ove spletne strani smo sneli programsko orodje, s katerim
smo ponastavili stanje krmilnika na privzete industrijske vrednosti in nato iz navodil
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
63
krmilnika razbrali pravilen, industrijsko določen oz. privzeti IP-naslov, ki je bil 192.168.0.1.
Po vnosu tega naslova v programsko okolje TIA je komunikacija nemudoma stekla.
Težave z zaslonom, občutljivim na dotik KTP600 Basic color PN
V TIA Portalu sta na seznamu razpoložljive strojne opreme za zaslon KTP600 Basic
na izbiro dve programski različici, verzija 11 in verzija 12. Težavo je predstavljala informacija
o tem, katera verzija programske opreme (Firmware) je nameščena na omenjenem
zaslonu. Ta podatek na zaslonu samem ni podan.
Rešitev je bila, da smo na zaslonu morali po navedenem vrstnem redu priti v
naslednje menije:
Shutdown,
Control Panel,
OP,
Zavihek Device,
nato se na zaslonu prikaže verzija programske opreme zaslona v obliki: Image
v11.xxx.
3.18 Predlagane izboljšave
Zavedamo se, da izvedena avtomatizacija manipulatorja še zdaleč ni najboljša ali
popolna. Izvedena je v zmožnostih, ki nam jih je omogočala razpoložljiva strojna oprema.
Zato v tem podpoglavju navajamo pomanjkljivosti oz. predlagamo izboljšave, ki smo jih
opazili in ki bi vplivale na stabilnejše, zanesljivejše delovanje pnevmatičnega manipulatorja.
Predlagane izboljšave so:
Postaja Skladišče, na kateri je treba namestiti dodatni magnetni senzor na
podajalni valj za zaznavo uvlečenega stanja batnice. Trenutno je nameščen samo
senzor za zaznavo izvlečenega stanja.
Postaja Skladišče, na kateri bi bilo treba namestiti dodatni optični senzor v
skladovni zalogovnik za zaznavanje prisotnosti obdelovancev v zalogovniku.
Postaja Transportni trak, na kateri je treba namestiti dodatni optični senzor na
koncu transportnega traku oz. njegovi skrajni desni poziciji, s čimer bi zaznavali
prisotnost obdelovancev.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
64
Postaja Transportni trak, pri kateri je v trenutni izvedbi programa zadrževalnik ves
čas dvignjen. To pomeni, da skozi električno navitje zadrževalnika ves čas teče
električni tok, ki segreva navitje, kar bi lahko pripeljalo do okvare zadrževalnika.
Tudi električna obremenitev enosmernega napajalnika je posledično večja.
Postaja Transportni trak, na kateri je treba namestiti centrirni profil na koncu
transportnega traku (včasih obdelovanec ne zavzame točne pozicije na traku, kar
lahko privede do poškodbe pnevmatskega prijemala, ki bi lahko zadelo v
obdelovanec).
Stabilnejša spojitev postaj, pri čemer bi se trenutni spojni elementi, ki povezujejo
posamezne postaje, ob pogostejši ter predvsem dolgotrajnejši uporabi obrabili ali
poškodovali. To bi privedlo do razklopitve postaj in nedelovanje manipulatorja ali
poškodbe nekaterih elementov.
V programu krmilja je treba dodelati funkcijo Stop tipke, V trenutni izvedbi
programa tipka Stop namreč ustavi napravo šele, ko se konča cikel, ki se trenutno
ob pritisku tipke izvaja. Izboljšava bi bila, če bi se naprava ob pritisku na tipko Stop
nemudoma ustavila, sicer pa ima v trenutni izvedbi to funkcijo varnostno stikalo
Izklop v sili.
Tipka Ponastavitev je dosegljiva samo na zaslonu, občutljivem na dotik. Izboljšava
bi bila, če bi v krmilje dodali eno fizično oz. električno tipko Ponastavitev,
nameščeno ob tipkah Start, Stop in Ročno/Avtomatsko.
Z vidika varnosti, je na pnevmatični manipulator potrebno namestiti svetlobno
zaveso, ki ob morebitnem posegu v območje delovanja manipulatorja izklopi
celotni sistem.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
65
4 ZAKLJUČEK
Kot že omenjeno, je povod za tematiko tega diplomskega dela bilo opravljanje obvezne
študijske prakse v podjetju Gorenje, d. d., ter pozneje v okviru zaposlitve omogočen dostop
do opreme same. V diplomskem delu smo predstavili svoj postopek avtomatizacije
miniproizvodne linije, imenovane pnevmatični manipulator. Z realizacijo zadanega
problema smo dosegli cilj, ki smo si ga zadali na začetku. Spoznali smo opremo
proizvajalcev SIEMENS in FESTO, ki je namenjena zlasti avtomatizaciji industrijskih naprav
in postrojev.
Diplomsko delo pokriva področje avtomatike in mehatronike, ki je v svetu zelo
razširjeno. Tako obravnava področje krmiljenja splošno uporabnih pnevmatičnih in
električnih aktuatorjev ter daje predstavo o poteku avtomatizacije realnega proizvodnega
procesa ali naprave.
Po naši oceni je uporabljena oprema zelo primerna za uporabo v izobraževalnem
procesu v učne namene. V svetu je namreč zelo razširjena, nudi dobro tehnično podporo
in drži korak z vodilnimi proizvajalci tovrstne opreme na svetu. Dijakom in študentom ŠC
Ptuj bo oprema opisana v tej nalogi omogočala izvajanje laboratorijskih vaj,
eksperimentiranje z opremo in spoznavanje industrijskih komponent med samim
delovanjem. Omogočena jim bo tudi možnost strojne in programske nadgradnje ter
realizacija avtomatizacije po lastnih idejah.
Naša želja je, da bi to diplomsko delo predstavljalo vzpodbudo dijakom in študentom
za večje zanimanje in udejstvovanje na tem področju. Tako upamo in si želimo, da bi se
študentje v okviru zaključevanja študija na VSŠ Ptuj, na podlagi že pripravljene
dokumentacije v tej nalogi, odločali za izvajanje zaključnega diplomskega dela na tej
opremi.
Na začetku se je diplomsko delo zdelo enostavnejše, a se je čez čas pokazalo, da je
glede na predvidevanja veliko kompleksnejše in obsežnejše. Kljub nekaterim težavam, na
katere smo naleteli med delom, smo ugotovili, da je bila odločitev za delo z omenjeno
opremo koristna. Pridobili smo mnogo novega znanja, zlasti pa dragocenih izkušenj, ki nam
bodo v prihodnje še kako koristile.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
66
5 VIRI
[1] FESTO. MecLab Teachware Version 1.1. Festo Didactic GmbH & Co. KG, 2009.
Dokumentacija MPS-postaj na zgoščenki.
[2] Wikipedija. Kompresor. Dostopno na:
https://sl.wikipedia.org/wiki/Kompresor [11. 8. 2016].
[3] MGF Compressors S.r.l. Dental unit compressor. Dostopno na:
http://www.bpress.cn/im/tag/MGF-Compressors-Srl/page/4/ [11. 8. 2016].
[4] Brečko, B., Laboratorij za mehatroniko na VSŠ Ptuj. Ptuj: Višja strokovna šola
Ptuj, 2007.
[5] Harb, R., Brečko, B. Bionski sistemi. Višja strokovna šola Ptuj, 2012.
[6] SIEMENS. PM 1207 Betriebsanleitung. Dostopno na: www.eandm.com
[11. 8. 2016].
[7] Dostopno na: http://docs-
europe.electrocomponents.com/webdocs/117f/0900766b8117fb77.pdf
[11. 8. 2016].
[8] Pivec, L., Avtomatizacija in nadzor proizvodne linije. Višja strokovna šola Ptuj,
2011.
[9] Dostopno na:
http://www.conrad.com/medias/global/ce/5000_5999/5100/5130/5130/5130
85_LB_00_FB.EPS_1000.jpg [11. 8. 2016].
[10] Dostopno na:
http://www.conrad.com/medias/global/ce/1000_1999/1900/1970/1973/1973
81_RB_00_FB.EPS_1000.jpg [11. 8. 2016].
[11] Dostopno na: http://emt-systems.pl/images/s7-
1200_6_modules_10001.jpg [11. 8. 2016].
[12] Dostopno na:
http://www.nes.sk/documents/product/original/733/katalog_6ES7214_1AG3
1_0XB0.pdf [11. 8. 2016].
[13] Dostopno na:
http://www.siemens.fi/pool/products/industry/iadt_is/tuotteet/automaatiotekn
iikka/ohjelmoitavat_logiikat/s7_1200/simatic_s7-1200_broshure.pdf
[11. 8. 2016].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
67
[14] Dostopno na:
https://www.sahkonumerot.fi/2702074/doc/technicalinfodoc/ [11. 8. 2016].
[15] Dostopno na:
http://media.automation24.com/Artikelbilder/Shop800px/101656_3.jpg
[11. 8. 2016].
[16] Dostopno na:
http://www.ikhds.com/media/catalog/product/cache/2/thumbnail/800x/9df78
eab33525d08d6e5fb8d27136e95/c/s/csm_1277_montage.jpg [11. 8. 2016].
[17] Dostopno na:
https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/34/JPG/G_ST70_XX_006
09j.JPG [11. 8. 2016].
[18] Dostopno na:
https://mall.industry.siemens.com/collaterals/files/33/JPG/G_IK10_EN_102
71j.JPG [11. 8. 2016].
[19] Dostopno na: http://docs-
europe.electrocomponents.com/webdocs/0dba/0900766b80dbaa93.pdf
[11. 8. 2016].
[20] Dostopno na: http://www.conrad.com/ce/en/product/197884/Siemens-
6AV6647-0AD11-3AX0-SIMATIC-KTP600-HMI-Basic-Panel-Resolution-
320-x-240-pix-Interfaces-1-x-RS-485-1-x-RJ45-Eth [11. 8. 2016].
[21] Dostopno na: http://shop.softwerk.at/images/6AV6647-0AB11-
3AXx.jpg [11. 8. 2016].
[22] Dostopno na: https://encrypted-
tbn0.gstatic.com/images?q=tbn:ANd9GcRsJAi0SHnXQP1R0I85PXTifQBVCNHtO
kqxVobI7Vf4_WdyATQrXg [11. 8. 2016].
[23] Dostopno na: https://serverway.files.wordpress.com/2010/07/diploma-v29-
fin3c.pdf [11. 8. 2016].
[24] Dostopno na:
https://cache.industry.siemens.com/dl/files/313/36087313/att_74874/v1/BA_S7-
1200-CSM1277_0.pdf [11. 8. 2016].
[25] Dostopno na:
http://img.enaa.com/oddelki/conrad/assets/product_images/najvecje/tipka_za_izklo
p_v_sili_idec_hw1x_bv401_r_CO706817.JPG [11. 8. 2016].
[26] Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=61896 [11. 8. 2016].
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
68
[27] Evropska knjižnica stroke. MEHATRONIKA 2. izdaja. Založba Pasadena,
2013.
Avtomatizacija učnega modela pnevmatičnega manipulatorja
69
6 PRILOGE
Priloge si sledijo po naslednjem vrstnem redu:
6.1 Priloga A – Pnevmatični načrt
6.2 Priloga B – Električni načrt
6.3 Priloga C – Program krmilja v lestvični obliki (LAD)