Elektropneumatický manipulátor

´ˇ ˇedn´ı ˇ Vyˇ sˇ s´ı odborna skola, Str skola, ´ pr ˇ´ıpravy Centrum odborne

´ PRACE ´ ABSOLVENTSKA Elektropneumatick´ y manipul´ ator

´ ı, 2014 Sezimovo Ust´

Autor: Pavel Zach

.

i

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou absolventskou práci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uvedené v pˇriloˇzeném seznamu.

´ ı dne V Sezimovˇe Ust´ podpis

ii

Podˇ ekov´ an´ı Rád bych touto cestou vyjádˇril podˇekován´ı Ing. Janu Fukovi za jeho trpˇelivost, cenné rady, inspiraci a diskuse nejen pˇri vypracován´ı této diplomové práce. A panu Ing. Jiˇr´ımu Roubalovi, Ph.D. za pomoc s programem LATEX.

iii

Anotace Tato absolventská práce se zab´ yvá problematikou pneumatick´ ych pohon˚ u, elektroniky a ˇr´ızen´ı pomoc´ı programovateln´ ych automat˚ u. Nejprve je vytvoˇren pˇrehled jednotliv´ ych komponent˚ u manipulátoru FESTO. Následnˇe je vytvoˇren program ˇr´ızen´ı pro elektropneumatick´ y manipulátor prostˇrednictv´ım programového prostˇred´ı Zelio soft 2 v jazyce FBD. Nakonec jsou vytvoˇrena elektrická a pneumatick´ y schémata pro manipulátor pomoc´ı program˚ u FluidDRAW a autoCAD.

Kl´ıˇ cov´ a slova: PLC, Zelio Soft 2, FluidDRAW, SFC, FBD, pneumatické systémy, elektronika, ˇr´ızen´ı.

Annotation This graduate thesis deals with pneumatic drives, electronics and control with programmer logic controller. As first overview of individual components of manipulator FESTO. Next program for controlling of electro-pneumatic manipulator created in program environment Zelio soft 2 in FBD language. Finally electrical and pneumatic schemes for manipulator are using FluidDRAW and autoCAD.

Key words: PLC, Zelio Soft 2, FluidDRAW, SFC, FBD, pneumatic systems, electronics, control.

iv

Obsah Seznam pouˇ zit´ ych symbol˚ u

vii

Seznam obr´ azk˚ u

viii

Seznam tabulek

ix

´ 1 Uvod

1

2 Sestava manipul´ atoru

3

2.1

2.2

2.3

Obecná problematika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.1.1

Pneumatické zaˇr´ızen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.1.2

Elektropneumatika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.1.3

Senzory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

Komponenty manipulátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.2.1

Stanice ˇciˇstˇen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.2.2

Rozvadˇeˇce 3/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2.2.3

6

2.2.4

Ruka manipulátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ Uchop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.2.5

Rozvadˇeˇc 5/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.2.6

Senzory Vysouvaˇce d´ılc˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

Programovateln´ y automat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

3 Program tˇ r´ıdˇ en´ı 3.1 3.2

9

13

Posloupnost programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

3.1.1

Logika programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

Pouˇzité bloky programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

v

4 Pˇ ripojen´ı manipul´ atoru 4.1 4.2

18

Elektrické pˇripojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

4.1.1

Modul pˇripojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

Pneumatické pˇripojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

5 Z´ avˇ er

23

Literatura

24

A Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD/DVD

I

B Pouˇ zit´ y software

II

ˇ C Casov´ y pl´ an absolventsk´ e pr´ ace

III

D Dokumentace

IV

vi

Seznam pouˇ zit´ ych symbol˚ u a zkratek Symbol

V´ yznam

Jednotka

DC

stejnosmˇern´ y napˇet´ı

FBD

pˇredprogramované funkˇcn´ı bloky

i

elektrick´ y proud

PLC

programovateln´ y logick´ y automat

u

elektrické napˇet´ı

vii

A V

Seznam obr´ azk˚ u 2.1

Stanice ˇciˇstˇen´ı s regulac´ı tlaku . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.2

Rozvadˇeˇc 3/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

2.3

Ruka manipulátoru se senzory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

2.4

Pohon osy x . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.5

Pohon osy c . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.6

Kleˇstˇe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

2.7

Rozvadˇeˇc 5/2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.8

Senzory vysouvaˇce d´ılc˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

2.9

Programovateln´ y automat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

3.1

Pouˇzité bloky v programu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

4.1

Propojovac´ı moduly . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

4.2

Schéma zmˇeny polarity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

viii

Seznam tabulek 3.1

Kroky manipulátoru . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

3.2

Booleovská funkce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

4.1

Tabulka vstup˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

4.2

Tabulka v´ ystup˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

ix

Kapitola 1 ´ Uvod Jiˇz od nepamˇeti si ˇclovˇek chtˇel ulehˇcit práci, zejména v posledn´ıch dvou dekádách pomoc´ı ˇr´ıd´ıc´ıch automat˚ u. Zvláˇstˇe spojen´ım stlaˇceného vzduchu, kter´ y je vhodn´ y hlavnˇe pro stˇredn´ı zat´ıˇzen´ı o vysoké ˇcetnosti opakován´ı a ˇr´ızen´ı pomoc´ı elektroniky, která je pouˇz´ıvaná zejména pro v´ ypoˇcetn´ı procesy. Vzniká tak elektropneumatick´ y systém, kter´ y by mˇel zrychlit, zpˇresnit a zefektivnit pracovn´ı proces. T´ım pádem se zlepˇsuje ekonomika firem. Elektropneumatick´ y manipulátor od Firmy Festo Didactic. Manipulátor je na naˇs´ı ˇskole bohuˇzel nevyuˇzitá uˇcebn´ı pom˚ ucka, na které lze procviˇcit programován´ı inteligentn´ıho relé, v tomto pˇr´ıpadˇe pomoc´ı programu Zelio Soft 2. C´ılem této práce bude zdokumentovat manipulátor pomoc´ı programu FluidDRAW. V programu udˇelat celkové pneumatické i elektrické schéma a zanést do v´ ykresu vˇsechny komponenty. Provést pˇr´ıpadné opravy a uvést manipulátor do funkˇcn´ıho stavu. Dále navrhnout program ˇr´ızen´ı v jazyce SFC tak, aby automaticky tˇr´ıdil obrobky podle zvolen´ ych kriteri´ı. Struktura této práce, která je napsána v LATEX 2ε 1 (Schenk, C., 2009), je následuj´ıc´ı. Kapitola 2 je vˇenována popisu jednotliv´ ych komponent˚ u manipulátoru. Kapitola 3 se zab´ yvá programem ˇr´ızen´ı, jeho logikou a popisem pˇredprogramovan´ ych blok˚ u FBD. Kapitola 4 je vˇenována pˇripojen´ı manipulátoru tj. pneumatické pˇripojen´ı, elektrické pˇripojen´ı 1 A LT

EX 2ε je rozˇs´ıˇren´ı systému LATEX, coˇz je kolekce maker pro TEX. TEX je ochranná známka American Mathematical Society.

1

´ KAPITOLA 1. UVOD

2

a propojovac´ı modul s programovateln´ ym automatem. V pˇr´ıloze se nacház´ı schéma pneumatického pˇripojen´ı, schéma elektrického pˇripojen´ı a program ˇr´ızen´ı.

Kapitola 2 Sestava manipul´ atoru Sestava manipulátoru je stavebnic´ı, kterou vlastn´ı ˇskola asi od roku 2000. Stavebnice umoˇzn ˇuje sestavit nejr˚ uznˇejˇs´ı zaˇr´ızen´ı. V´ ychoz´ımi prvky je rotaˇcn´ı osa polohovatelná v rozmez´ı 360◦ . Dokonce je moˇzné otáˇcet osu o v´ıce neˇz 360◦ . Limitem je pouze nebezpeˇc´ı délky kabel˚ u. Osa je tvoˇrena loˇziskem a velk´ ym ozuben´ ym kolem. Do nˇej zab´ırá pastorek pohánˇen´ y pˇres planetovou pˇrevodovku stejnosmˇern´ ym motorem. Na obvodovém vˇenci osy je dráˇzka do které lze vsadit kovové kameny, které mohou aktivovat bezkontaktn´ı, induktivn´ı sn´ımaˇce. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je osa rotace svislá. Nic by vˇsak nebránilo um´ıstit j´ı jakkoliv jinak. Svislá osa natáˇcen´ı na sobˇe nese pneumatick´ y válec bezp´ıstnicového motoru. Jedná se o dalˇs´ı osu (v naˇsem pˇr´ıpadˇe svislou) manipulátoru. Pˇrenos pohybu mezi p´ıstem a sanˇemi této lineárn´ı osy je zabezpeˇcen magnetickou vazbou. Problémem tohoto pohonu je nemoˇznost pˇresnˇe polohovat kdekoli uprostˇred zdvihu. Proto se vyuˇz´ıvaj´ı jen koncové polohy osy. Pouˇzit´ y motor je jednoˇcinn´ y. Tlakem vzduchu provád´ıme zdvih osy, opaˇcn´ y svisl´ y pohyb je zajiˇstˇen gravitac´ı. Zm´ınˇená svislá osa pak nese dalˇs´ı lineárn´ı osu, která je kolmá. Pohon osy obstarává dvojice ˇsroub-matice. Matice je upevnˇena na svislé ose, ˇsroub s cel´ ym mechanismem osy se posouvá. Pohon ˇsroubu zajiˇst’uje opˇet stejnosmˇern´ y motor s planetovou pˇrevodovkou. Na konci mechanismu je upevnˇen pneumatick´ yu ćhop ve formˇe kleˇst´ı. Sestaven´ y manipulátor tak pˇredstavuje takzvan´ y RTT manipulátor. S jednou rotaˇcn´ı a dvˇemi lineárn´ımi osami. Pracovn´ı oblast takového manipulátoru je válcové mezikruˇz´ı. Neˇz zaˇcneme pracovat s manipulátorem a psát program ˇr´ızen´ı, je potˇreba se seznámit s jeho funkc´ı, vlastnostmi a návaznost´ı jednotliv´ ych komponent˚ u mezi sebou. Tato kapitola bude ˇreˇsit problematiku pneumatiky, elektropneumatiky a senzory v obecném mˇeˇr´ı. Dále budou popsány jednotlivé ˇca´sti a prvky stanice. Jedná se o 3 hlavn´ı ˇca´sti manipulátoru, Zásobn´ık a vysouvaˇc d´ılce, manipulátor a elektronická ˇca´st s ˇr´ıd´ıc´ım systémem. 3

´ KAPITOLA 2. SESTAVA MANIPULATORU

2.1 2.1.1

4

Obecn´ a problematika Pneumatick´ e zaˇ r´ızen´ı

Pneumatické zaˇr´ızen´ı je mechanick´ y stroj, kter´ y vyuˇz´ıvá tlaku plynu k pˇrenesen´ı nebo zvˇetˇsen´ı s´ıly. Pneumatická zaˇr´ızen´ı vyuˇz´ıvaj´ı ˇcasto i rozd´ılu mezi atmosférick´ ym tlakem a tlakem plynu (pˇretlak nebo podtlak), pˇr´ıp. proudˇen´ı plynu. Princip pneumatick´ ych zaˇr´ızen´ı spoˇc´ıvá v tom, ˇze stlaˇcen´ım plynu v uzavˇrené nádobˇe se zvˇetˇs´ı tlak ve vˇsech m´ıstech plynu. Naopak zvˇetˇsen´ım objemu se tlak ve vˇsech m´ıstech plynu zmenˇs´ı. T´ım se s´ıla p˚ usob´ıc´ı na p´ıst na jedné stranˇe nádoby pˇrenese na p´ıst na druhé stranˇe. Pˇritom velikost´ı p´ıstu lze ovlivnit i velikost s´ıly, na vˇetˇs´ı p´ıst p˚ usob´ı vˇetˇs´ı tlaková s´ıla, na menˇs´ı p´ıst p˚ usob´ı menˇs´ı s´ıla.(Croser, P.and kol., 2002)

2.1.2

Elektropneumatika

Hlavn´ı ˇca´st eletropneumatického systému tvoˇr´ı pneumatick´ y obvod s pneupohony. Jedná ˇ ıd´ıc´ı signály jsou elektrické a dávaj´ı signál do rozvadˇeˇc˚ se vˇzdy o nepˇr´ımé ovládán´ı. R´ u. Rychlost pohyb˚ u pneumatiky se ovládá nastaven´ım jednosmˇern´ ych ˇskrt´ıc´ıch ventil˚ u, které umoˇzn ˇuj´ı nastavovat nezávisle rychlost pohybu v jednom smˇeru.

2.1.3

Senzory

Pod pojmem senzor je chápáno zaˇr´ızen´ı, které sn´ımá sledovanou fyzikáln´ı, chemickou nebo biologickou veliˇcinu a dle urˇcitého definovaného principu ji transformuje fyzikáln´ım pˇrevodem na veliˇcinu v´ ystupn´ı. Stav sledované veliˇciny sn´ımá citlivá ˇcást senzoru obˇcas oznaˇcovaná jako ˇcidlo a zpracovává vyhodnocovac´ı obvod senzoru. Na manipulátoru jsou ´mek. M., n.d.). vyuˇzity následuj´ıc´ı senzory (Ada Induktivn´ı senzor obecnˇe slouˇz´ı pro vyhodnocován´ı pˇr´ıtomnosti kovového materiálu. Sn´ımaˇc lze pouˇz´ıt jako bezdotykov´ y koncov´ y sp´ınaˇc na stroj´ıch, automatick´ ych linkách apod. V kapacitn´ıch senzorech je jako sn´ımac´ı prvek pouˇz´ıván ”otevˇren´ y kondenzátor”. Destiˇcka má vˇsak tvar kruhové elektrody (pouzdro) soustˇredné okolo tak, aby vzniklo symetrické elektrické pole a ”stˇredn´ı elektroda” je ” sn´ıman´ y prvek”. ”Aktivn´ı plocha” tohoto sn´ımaˇce odpov´ıdá kruhové elektrodˇe. Princip optického senzoru / svˇetelné závory. Jak jiˇz název napov´ıdá, je spjat´ y se


5

svˇetlem, resp. pracuje na principu detekce existence nebo mˇeˇren´ı intenzity paprsku svˇetla dopadaj´ıc´ıho na pˇrij´ımac´ı ˇca´st senzoru. Obecnˇe m˚ uˇze b´ yt zdroj paprsku oddˇelen od pˇrij´ımaˇce,ale bude se zde ˇreˇsit pouze takové senzory, pracuj´ıc´ı na principu reflexe. Tzn. zdroj paprsku svˇetla i detektor jsou um´ıstˇeny v jednom pouzdru. Ty jediné lze pak povaˇzovat jako alternativu k jin´ ym typ˚ um senzor˚ u pˇribl´ıˇzen´ı. Samotn´ y princip detekce pˇribl´ıˇzen´ı objektu je pak podobn´ y jako u ultrazvukov´ ych senzor˚ u. Tzn. mˇeˇr´ı se nebo detekuje mnoˇzstv´ı odraˇzeného svˇetla dopadaj´ıc´ı zpˇet na optick´ y detektor um´ıstˇen´ y hned vedle vys´ılaˇce. Konkrétnˇe se mˇeˇr´ı u ´roveˇ n amplitudy nebo svˇeteln´ y v´ ykon a porovnává s nastavenou, poˇzadovanou hodnotou. To umoˇzn ˇuje nejen mˇeˇrit vzdálenost, ale zpracovat jiné optické parametry jakou jsou kontrast a barva. V naˇsem pˇr´ıpadˇe na manipulátoru je senzor pouˇzit k rozpoznán´ı barvy obrobku, jelikoˇz ˇcerná barva paprsek senzoru pohlcuje a neodráˇz´ı paprsek, t´ım pádem senzor nen´ı aktivn´ı.

2.2 2.2.1

Komponenty manipul´ atoru Stanice ˇ ciˇ stˇ en´ı

Stanice ˇciˇstˇen´ı s ruˇcn´ım regulátorem vzduchu slouˇz´ı hlavnˇe k odstranˇen´ı vysráˇzené vody, která m˚ uˇze pˇrij´ıt od zdroje vzduchu. Dále je moˇzno ruˇcnˇe regulovat vstupn´ı tlak (obr. 2.1)

Obrázek 2.1: Stanice ˇciˇstˇen´ı s regulac´ı tlaku


2.2.2

6

Rozvadˇ eˇ ce 3/2

Elektromagneticky ovládané pˇr´ımo ˇr´ızené rozvadˇeˇce (obr. 2.2) jsou ve stejn´ ych proveden´ıch a tvoˇr´ı vlastnˇe rozhran´ı mezi pneumatikou a ˇr´ıd´ıc´ı elektronikou. Rozvadˇeˇce 3/2 (3 cesty, 2 polohy) Se na manipulátoru pouˇz´ıvaj´ı pro ovládán´ı kleˇst´ı a zpˇetn´ y pohyb je ˇreˇsen pomoc´ı pruˇziny. Druh´ y rozvadˇeˇc se pouˇz´ıvá ke zdvihu manipulátoru ( smˇer nahoru), zpˇet dol˚ u se vrac´ı pomoc´ı svoj´ı gravitace.

Obr´ azek 2.2: Rozvadˇeˇc 3/2

2.2.3

Ruka manipul´ atoru

Ruka manipulátoru (obr.2.3) slouˇz´ı k pˇrenesen´ı d´ılce z vysouvaˇce, um´ıst´ı jej do pˇredem zvoleného m´ısta dle druhu d´ılce. Pohyb ruky nahoru zajiˇst’uje jednoˇcinn´ y bezp´ıstnicov´ y lineárn´ı motor. Vazba mezi p´ıstem motoru a svisl´ ymi sanˇemi je magnetická. je ˇreˇsen pneumaticky. Pˇresnost polohován´ı v ose z je zajiˇstˇena koncov´ ymi polohami.


7

Obrázek 2.3: Ruka manipulátoru se senzory

Vysouván´ı ramene (osa x) a otáˇcen´ı (osa c) je ˇreˇseno jiˇz elektrick´ ym servomotorem, kter´ y má zajistit hlavnˇe pˇresnost najet´ı a vˇcasné zastaven´ı. Pˇresné zastaven´ı otáˇcen´ı a vysouván´ı je zajiˇstˇeny induktivn´ımi sn´ımaˇci. V ose c jsou 2 indukˇcn´ı sn´ımaˇce, pro najet´ı do nakládac´ı pozice, do pozice pro vykládán´ı ˇcerného d´ılce a pro vykládán´ı b´ılého d´ılce. V ose x jsou 2 indukˇcn´ı sn´ımaˇce, indikuj´ıc´ı zasunut´ı a vysunut´ı ruky. Dále je opatˇrena dvˇemi havarijn´ımi sn´ımaˇci.


Obr´ azek 2.4: Pohon osy x

Obrázek 2.5: Pohon osy c

8


2.2.4

9

´ Uchop

Slouˇz´ı k uchopen´ı d´ılce. Je ˇr´ızen rozvadˇeˇcem 3/2. Opatˇren´ y 2 induktivn´ımi senzory, které indikuj´ı zda jsou ˇcelisti otevˇreny, ˇci zavˇreny.

Obrázek 2.6: Kleˇstˇe

2.2.5

Rozvadˇ eˇ c 5/2

ˇ ıd´ı vysouvaˇc d´ılce, konkrétnˇe vyRozvadˇeˇc 5/2 pracuje na stejném principu jako 3/2. R´ souván´ı a zasouván´ı dvouˇcinného pneumatického motoru vysouvaˇce.


Obr´ azek 2.7: Rozvadˇeˇc 5/2

2.2.6

Senzory Vysouvaˇ ce d´ılc˚ u

Senzory kapacitn´ı, optick´ y a induktivn´ı slouˇz´ı k rozpoznán´ı d´ılce.

Obrázek 2.8: Senzory vysouvaˇce d´ılc˚ u

10


2.3

11

Programovateln´ y automat

Programovateln´ y automat je uˇzivatelsk´ y programovateln´ y ˇr´ıd´ıc´ı systém, prizp˚ usoben´ y pro ˇr´ızen´ı pr˚ umyslov´ ych a technologick´ ych proces˚ u. Oznaˇcuje se zkratkou PLC (Programmable Logic Controller). Jedná se o elekronick´ y systém vyuˇz´ıvaj´ıc´ı programovatelnou pamˇet’ k ukládán´ı uˇzivatelsk´ ych instrukc´ı. Pro provádˇen´ı funkc´ı jako napˇr. logické, sekvenˇcn´ı, ˇcasovac´ı a ˇc´ıtac´ı. Technické informace o Programovatelném automatu, kter´ y je pouˇzit k ˇr´ızen´ı. • Typ: SR3B261BD • Napájen´ı: 24V DC (stejnosmˇern´ y) • Umin = 19,2 V • Umax = 30V • Spotˇreba: 190 mA • 16 vstup˚ u, 10 diskrétn´ıch 24VDC + 6 sm´ıˇsen´ ych (volitelnˇe diskrétn´ıch nebo analogov´ ych 0 - 10V) • 10 v´ ystup˚ u - reléov´ ych, 8 v´ ystup˚ u 8A, 2 v´ ystupy 5A. • doba zapnut´ı: 10 ms • Doba vypnut´ı: 5 ms • Programovac´ı jazyky: LD (kontaktn´ı schéma), FBD (funkˇcn´ı bloky) • V´ yvojové prostˇred´ı pro tvorbu uˇzivatelsk´ ych program˚ u: Zelio Soft 2 verze 4.1 a vyˇsˇs´ı


12 Ovlád´ an´ı PLC: 1. dvˇe výsuvné u ćhytky 2. napájec´ı svorky 3. svorkovnice vstup˚ u I1 aˇz I9 diskrétn´ı IA aˇz IG sm´ıˇsené 4. podsv´ıcený displej 4 ˇr´ adky 5. konektor pro spojen´ı s PC nebo záloˇz. pamˇet’ 6. tlaˇc´ıtka pro programov´ an´ı, parametrizaci a ovlád´ an´ı.

Obrázek 2.9: Programovateln´ y automat

7. svorkovnice výstup˚ u

Kapitola 3 Program tˇ r´ıdˇ en´ı Profesionáln´ı software Zelio Soft v. 2 je k dispozici zdarma a v ˇceském jazyce. D´ıky kvalitn´ı simulaci vˇetˇsiny funkc´ı poskytuje jedineˇcnou moˇznost nauˇcit se programovat mal´ y ˇr´ıdic´ı systém bez nutnosti zakoupen´ı samotného pˇr´ıstroje. K vytvoˇren´ı plnˇe funkˇcn´ıho programu postaˇc´ı PC. Vyuˇz´ıt´ı Programovac´ıho jazyka FBD (Function Block Diagram) se skládá z pˇredem pˇripraven´ ych funkˇcn´ıch blok˚ u, které se vkládaj´ı do schématu zapojen´ı. Vybrat si pˇritom lze jak ze ˇsiroké ˇskály blok˚ u vstupn´ıch a v´ ystupn´ıch, tak z ˇrady logick´ ych, standardn´ıch ´, O., 2012). a sekvenˇcn´ıch funkc´ı (Laˇ zansky Jak vlastnˇe funguje program, na jakém základˇe se rozhoduje? O jak´ y druh d´ılce se jedná? Tato kapitola bude vˇenována logice programu a popisu jednotliv´ ych prvk˚ u uˇzit´ ych pˇri tvorbˇe programu tˇr´ıdˇen´ı.

13

ˇ ÍDEN ˇ Í KAPITOLA 3. PROGRAM TR

3.1

14

Posloupnost programu

V tabulce 3.1 jsou znázornˇeny u ´kony manipulátoru pˇri bˇehu programu. Tabulka 3.1: Kroky manipulátoru

3.1.1

Krok

u ´kon

Krok1

Vysunut´ı D´ılce ze zásobn´ıku

Krok2

Rozpoznán´ı druhu d´ılce pomoc´ı boleovské funkce

Krok3

Ruka jede nahoru

Krok4

Zasouván´ı ruky do nakádac´ı polohy

Krok5 Krok6

Otáˇcen´ı ruky do nakládac´ı polohy ˇ Celisti otevˇreny

Krok7

Ruka jede dolu

Krok8

Uchopit d´ılec

Krok9

Ruka jede nahoru

Krok10

Otáˇcen´ı do vykládac´ı polohy

Krok11

Vysouván´ı ruky do vykládac´ı polohy(jen u nekovov´ ych)

Krok12

Ruka jede dolu

Krok13

Otevˇren´ı ˇcelist´ı

Logika programu

Program ˇr´ızen´ı (viz pˇr´ıloha) Poté, co se vysune d´ılec ze zásobn´ıku, dostane se mezi senzory (indukˇcn´ı, optick´ y a kapacitn´ı) a pomoc´ı Booleovské funkce se dále urˇc´ı, zda je ˇcern´ y ˇci b´ıl´ y a jestli je kovov´ y ˇci nekovov´ y (tab.3.2). Tabulka 3.2: Booleovsk´ a funkce

Kapacitn´ı senzor

1

1

1

1

Induktivn´ı senzor

0

1

0

1

Optick´ y senzor

0

0

1

1

Typ d´ılce

ˇ y nekovov´ Cern´ y

ˇ y kovov´ Cern´ y B´ıl´ y nekovov´ y B´ıl´ y kovov´ y

Za kaˇzdou sekc´ı rozpoznán´ı d´ılce je um´ıstˇen ˇcasovaˇc na 2 sekundy. T´ım je zajiˇstˇeno zdrˇzen´ı signálu, aby se nespustil jin´ y krok ze 4 individuáln´ıch pˇredprogramovan´ ych krok˚ u


15

SFC pro r˚ uzn´ y d´ılce s roztˇr´ıdˇen´ım. Signál dále postupuje do urˇcité sekvence SFC krok˚ u, v kter´ ych uˇz je naprogramován cel´ y proces manipulátoru, tj. pˇrijet´ı ruky, uchopen´ı a odvezen´ı do urˇcitého odkládac´ıho m´ısta. K zajiˇstˇen´ı opakován´ı cyklu slouˇz´ı inicializaˇcn´ı SFC krok u kterého mus´ı b´ yt splnˇeny následuj´ıc´ı podm´ınky: D´ılec v zásovn´ıku, program spuˇstˇen pomoc´ı tlaˇc´ıtka Z1 na automatu a cyklus SFC je v inicializaˇcn´ım kroku.

3.2

Pouˇ zit´ e bloky programu

Obrázek 3.1: Pouˇzité bloky v programu

• Funkce ˇcasovaˇc slouˇz´ı ke zpoˇzdˇen´ı, prodlouˇzen´ı a ˇr´ızen´ı akc´ı t´ ykaj´ıc´ıch se pˇredurˇcené ˇ doby. Casovaˇ c disponuje tˇremi funkcemi: – Funkce A: zpoˇzdˇené sepnut´ı, nebo aktivn´ı ˇcasovaˇc, – Funkce C: zpoˇzdˇené vypnut´ı, nebo klidov´ y ˇcasovaˇc, – Funkce A/C: kombinace funkc´ı A a C.


16

• Booleovská funkce dává hodnotu v´ ystupu v závislosti na kombinaci vstup˚ u. Funkce má ˇctyˇri vstupy, tud´ıˇz 16 kombinac´ı. Tyto kombinace lze nalézt v pravdivostn´ı tabulce; pro kaˇzdou z tˇechto kombinac´ı lze nastavit jej´ı v´ ystup. Poˇcet konfigurovateln´ ych kombinac´ı záleˇz´ı na poˇctu vstup˚ u pˇripojen´ ych k funkci. Nepˇripojené vstupy jsou nastaveny na 0. • Funkce RS Klopn´ y obvod pracuje následovnˇe: Aktivac´ı vstupu SET se aktivuje v´ ystup, jenˇz v tomto stavu setrvá i poté, co se vstup SET deaktivuje, Aktivac´ı vstupu RESET se deaktivuje v´ ystup, • AND Jsou-li vˇsechny vstupy aktivn´ı, nebo nepˇripojené, pak je v´ ystup aktivn´ı. Je-li alespoˇ n jeden ze vstup˚ u neaktivn´ı, pak je i v´ ystup neaktivn´ı. • OR Je-li alespoˇ n jeden vstup aktivn´ı, pak je v´ ystup aktivn´ı. V´ ystup je neaktivn´ı právˇe tehdy, kdyˇz jsou vˇsechny vstupy neaktivn´ı, nebo nepˇripojené. ˇ ıtaˇc s pˇredvolbou slouˇz´ı k ˇc´ıtán´ı od 0 do hodnoty Pˇrednastaven´ı, nebo k • Funkce C´ odpoˇc´ıtáván´ı od této hodnoty do 0. Je dostupn´ ych nˇekolik funkc´ı: ˇ ıtán´ı a nastaven´ı ˇc´ıtaˇce na 0 pˇri inicializaci, – C´ ˇ ıtán´ı a nastaven´ı ˇc´ıtaˇce na 0 pˇri inicializaci a pˇri dosaˇzen´ı pˇrednastavené – C´ hodnoty, – Odpoˇc´ıtáván´ı a nastaven´ı ˇc´ıtaˇce na pˇrednastavenou hodnotu pˇri inicializaci, – Odpoˇc´ıtáván´ı a nastaven´ı ˇc´ıtaˇce na pˇrednastavenou hodnotu pˇri inicializaci a pˇri dosaˇzen´ı 0. • Funkce INIT STEP je inicializaˇcn´ım krokem SFC diagramu. Normálnˇe pracuje následovnˇe: – Je-li aktivn´ı Krok vstupu 1 nebo Krok vstupu 2, pak se aktivuje v´ ystup Krok v´ ystupu a setrvá aktivn´ı i po deaktivaci vstup˚ u, – Je-li aktivn´ı vstup Pˇrechod, pak se deaktivuje v´ ystup Krok v´ ystupu a aktivuje se v´ ystup Krok pˇrechodu v´ ystupu, – Nen´ı-li ˇzádn´ y ze vstup˚ u aktivn´ı a je-li neaktivn´ı jen v´ ystup Krok v´ ystupu, pak i v´ ystup z˚ ustává neaktivn´ı.


17

• Funkce STEP je krok SFC diagramu. Krok je symbolizac´ı operaˇcn´ı fáze ˇr´ızeného pˇr´ıstroje, nebo PLC. V´ ystup Krok v´ ystupu slouˇz´ı k vys´ılán´ı pˇr´ıkaz˚ u dalˇs´ım pˇripojen´ ym funkc´ım (diskrétn´ım v´ ystup˚ um, logick´ ym funkc´ım, standardn´ım funkc´ım). Pracuje následuj´ıc´ım zp˚ usobem: – Je-li aktivn´ı Krok vstupu 1 nebo Krok vstupu 2, pak se aktivuje v´ ystup Krok v´ ystupu a z˚ ustane aktivn´ı i po deaktivaci vstup˚ u, – Je-li aktivn´ı vstup Pˇrechod, pak se deaktivuje v´ ystup Krok v´ ystupu a aktivuje se v´ ystup Krok pˇrechodu v´ ystupu, – Nen´ı-li ˇzádn´ y ze vstup˚ u aktivn´ı a je-li neaktivn´ı jen v´ ystup Krok v´ ystupu, pak i v´ ystup z˚ ustává neaktivn´ı. • Funkce CONV OR 2 umoˇzn ˇuje proveden´ı pˇrechodu jednoho aˇz ˇctyˇr simultánn´ıch krok˚ u na jeden krok. – Je-li aktivn´ı vstup Vstup 1, nebo Vstup 2, nebo Vstup 3, nebo Vstup 4 konvergence k OR, pak je aktivn´ı V´ ystup konvergence k OR, – Nen´ı-li aktivn´ı ˇzádn´ y z tˇechto vstup˚ u, pak je V´ ystup konvergence k OR neaktivn´ı.

Kapitola 4 Pˇ ripojen´ı manipul´ atoru Manipulátor je napájen elektricky a pneumaticky. Elektrické napájen´ı zabezpeˇcuje zejména motor˚ u a následnˇe lineárn´ıch os napájen´ı akˇcn´ıch ˇclen˚ u pneumatiky (akˇcn´ıch ˇclen˚ u) a napájen´ı sn´ımaˇc˚ u. Pouˇzité napájec´ı napˇet´ı je 24 V DC, které je v automatizaˇcn´ı technice naprosto bˇeˇzné. Poˇzadavky na napájen´ı nejsou kritické. Bˇeˇznˇe je povolena tolerance v rozmez´ı 18-30V. V naˇsem pˇr´ıpadˇe by odchylné napˇet´ı od jmenovitého znamenalo pouze zmˇenu rychlosti lineárn´ıch os. Napájen´ı tlakov´ ym vzduchem je potˇrebné z d˚ uvodu pohybu jedné lineárn´ı osy z a vysouván´ı obrobku. Oba akˇcn´ı ˇcleny jsou napájeny z elektropneumatick´ ych rozvadˇeˇc˚ u. Pouˇzit´ y tlak doporuˇcujeme nastavit na 4 bary, pˇr´ıpadná odchylka také nen´ı kritická. Samozˇrejmost´ı je poˇzadavek na ˇcistotu a suchost vzduchu. Jako zdroje pouˇz´ıváme malého kompresoru Jun-air, kter´ y je pˇrenosn´ y, má dostateˇcnˇe velk´ y zásobn´ık a velmi dobrou regulaci v´ ystupn´ıho tlaku. Ze zkuˇsenosti m˚ uˇzeme ˇr´ıci, ˇze je-li pouˇzit´ y tlak velmi mal´ y (ménˇe neˇz 2 bary) funguj´ı nespolehlivˇe elektromagnetické rozvadˇeˇce a je pˇr´ıliˇs malá s´ıla svislé osy manipulátoru. Aby se manipulátor mohl pohybovat a zároveˇ n b´ yt ˇr´ızen, je potˇreba aby byly vstupn´ı a v´ ystupn´ı signály propojeny pomoc´ı modulu pˇripojen´ı. Kapitola bude vˇenována pˇripojen´ı manipulátoru. Jak pneumatiky, tak elektrické pˇripojen´ı. Funkce propojovac´ı skˇr´ıˇ nky PLC s manipulátorem.

18

ˇ Í MANIPULATORU ´ KAPITOLA 4. PRIPOJEN

4.1

19

Elektrick´ e pˇ ripojen´ı

Na následuj´ıc´ım obrázku (4.1), jsou schématicky znázornˇeny propojovac´ı moduly. Ty slouˇz´ı pro signály z manipulátoru a propojen´ı s programovateln´ ym automatem. K propojován´ı jsou pouˇzity silikonové banánky s koncovkou o pr˚ umˇeru 4 mm.

Obrázek 4.1: Propojovac´ı moduly

Pˇripojen´ı vstup˚ u (viz. tabulka 4.1), kde vstup zelio znamená vstupn´ı signál do PLC automatu od manipulátoru a pˇripojen´ı je pozice (viz. obr. 4.1) a v´ ystupu automatu se signály z manipulátoru (tabulka 4.2) vypadá následovnˇe.


20

Tabulka 4.1: Tabulka vstup˚ u

Vstup zelio

Pˇripojen´ı

I2

Signál ˇ Celisti otevˇreny ˇ Celisti zavˇreny

I3

Ruka vysunuta

X2:9

I4

Ruka zasunuta

X2:10

I5

Ruka dole

X2:11

I6

Ruka nahoˇre

X2:12

I7

Konc. pol. ot. vlevo

X2:13

I8

Konc. pol. ot. vpravo

X2:14

IA

P´ıst vysouvaˇce vysunut

X1:2

IB

P´ıst vysouvaˇce zasunut

X1:3

IC

Kapacitn´ı sn´ımaˇc

X1:4

ID

Indukˇcn´ı sn´ımaˇc

X1:5

IF

Optick´ y sn´ımaˇc

X1:6

I1

X2:7 X2:8

Tabulka 4.2: Tabulka v´ ystup˚ u

V´ ystup zelio Q1

4.1.1

Signál

Pˇripojen´ı X1:7

Q2

P´ıst vysunout ˇ Celisti zavˇr´ıt

Q3

Ruka nahor˚ u

X2:2

Q4

Rameno vysouvat

X2:3

Q5

Rameno zasouvat

X2:4

Q6

Otáˇcet doleva (k nakládán´ı)

X2:5

Q7

Otáˇcet do prava

X2:6

X2:1

Modul pˇ ripojen´ı

Nˇekteré akˇcn´ı ˇcleny manipulátoru potˇrebuj´ı pro svoji ˇcinnost zmˇenit polaritu napájec´ıho napˇet´ı. Pˇr´ıkladem je osa x v´ ysuvu ramena manipulátoru. Vysouván´ı je realizováno otáˇcen´ım motoru na jednu stranu, zasouván´ı se pak dˇeje pˇri otáˇcen´ı motoru na stranu opaˇcnou. Obdobnˇe je to s pohybem osy c - otáˇcen´ı manipulátoru.


21

V´ ystupn´ı napˇet´ı z ˇr´ıdic´ıho systému vˇsak disponuje pouze jedinou polaritou. Pˇri sepnutém v´ ystupu je jeho napˇet´ı +24V DC. Proto bylo nutno vyˇreˇsit, jak zabezpeˇcit zmˇenu polarity napájec´ıho napˇet´ı akˇcn´ıch ˇclen˚ u. Nejjednoduˇsˇs´ım zp˚ usobem, kter´ y navrhl Ing. Jan Fuka, bylo pouˇz´ıt tzv. smˇerová relé, která sv´ ymi kontakty zmˇenu polarity provedou. Potˇrebné pˇr´ıstroje jsou um´ıstˇeny v modulu pˇripojen´ı. Následuj´ıc´ı obrázek (4.2) pˇribliˇzuje fungován´ı obvodu pro zmˇenu polarity.

Obrázek 4.2: Schéma zmˇeny polarity

Uvedené zapojen´ı má nav´ıc dvˇe velké v´ yhody. Prvn´ı je, ˇze pˇri pˇriveden´ı obou signál˚ u (vysunout i zasunout) nedojde ke zkratu napájec´ıho napˇet´ı. Rozp´ınac´ı kontakty v´ ystup odpoj´ı. Tento stav m˚ uˇze nastat napˇr´ıklad pˇri chybˇe v programu. Druhou v´ yhodou je skuteˇcnost, ˇze v pˇr´ıpadˇe nepˇriveden´ı ˇza´dného vstupn´ıho signálu je kotva motoru zkratována. D´ıky tomu motor pˇri dojezdu do c´ılové polohy (signál je odpojen) intenzivnˇe zabrzd´ı a nedojde k pˇrejezdu polohy. V modulu pˇripojen´ı je dále ˇreˇsen nájezd v´ ysuvu ramena do koncov´ ych ”havarijn´ıch” poloh. Nájezdem se sepne relé, které sv´ ym kontaktem vypne pohyb motoru v daném smˇeru. Nem˚ uˇze tak doj´ıt ke zniˇcen´ı motoru, kter´ y by se v koncové poloze nemohl dále otáˇcet. Pohyb v opaˇcném smˇeru (sjet´ı z koncové polohy) je umoˇznˇen. Dalˇs´ı elektrické schéma zapojen´ı viz.pˇr´ıloha.


4.2

22

Pneumatick´ e pˇ ripojen´ı

Od zdroje vzduchu (kompresoru) je vzduch doveden ke stanici ˇciˇstˇen´ı s regulac´ı vzduchu (obr.2.1). Vzduch vedeme v´ yhradnˇe tlakov´ ymi hadicemi o pr˚ umˇeru 5 mm, které dodává firma Festo. Je potˇreba aby hadice bylo dostateˇcnˇe dlouhé s ohledem na zdvih svislé osy. Také nesm´ı doj´ıt k tomu, aby hadice byla zlomena. Pneumatické pˇripojen´ı je provedeno v´ yhradnˇe pomoc´ı rychlospojek, které dovol´ı velmi rychlé a bezpeˇcné pˇripojen´ı. To má velk´ y v´ yznam pˇri zmˇenách zapojen´ı a experimentech. Tlak je regulován na 4 bary a pokraˇcuje do jednoduchého rozboˇcovaˇce z nˇej se dostává do jednotliv´ ych elektricky ovládan´ ych rozvadˇeˇc˚ u. Technická dokumentace pneumatiky viz. pˇr´ıloha pneumatické schéma.

Kapitola 5 Z´ avˇ er D´ıky této absolventské práci jsem se seznámil se sestavou elektropneumatického manipulátoru. D´ıky nˇemuˇz jsem obohatil svoje znalosti z pneumatiky, elektroniky, dokumentac´ı a v hlavnˇe v programován´ı malé automatizace pomoc´ı inteligentn´ıho relé. V mé absolventské práci se mi podaˇrilo splnit veˇskeré zadané body. Manipulátor byl uveden do funkˇcn´ıho stavu, byla vytvoˇrena dokumentace elektroniky s pˇripojen´ım a pneumatiky. Dále byl vytvoˇren program ˇr´ızen´ı v programu Zelio Soft 2 a to v jazyce SFC. Pˇri zpracován´ı vniklo pár problém˚ u. Prvn´ım problémem bylo provést novou identifikaci vˇsech vodiˇc˚ u od manipulátoru. Dále nefungoval modul pˇripojen´ı, kde odeˇsel stabilizátor, kter´ y sniˇzoval napˇet´ı z 15V na 9V. T´ım byly zpomaleny elektrické pohony kv˚ uli pˇresnˇejˇs´ımu najet´ı. Problém byl vyˇreˇsen po otestován´ı najet´ı a vˇcasného zastaven´ı pˇri napˇet´ı 15V, které bylo i tak pˇresné, ˇze nebylo potˇreba pouˇz´ıt stabilizátor. Dalˇs´ı problém nastal u zpracován´ı dokumentace. Pneumatické schéma po dlouhém hledán´ı vhodného programu od Festa (FluidDraw 4.11 c pneumatika) se podaˇrilo vcelku snadno. Avˇsak velk´ y problém nastal u elektrického schématu, kde chybˇely snad vˇsechny schématické znaˇcky senzor˚ u. Problém byl vyˇreˇsen po dlouhé dobˇe pomoc´ı programu AutoCad, v kter´ ym byly vytvoˇreny vˇsechny schématické znaˇcky senzor˚ u a importovány do FluidDraw. Práce by mohla b´ yt pouˇzita k v´ yuce pˇredmˇetu mechatronické systémy.

23

Literatura ´ mek. M. (n.d.), Základn´ı pojmy [online]. [cit. 2014-04-10], Ada hhttp://www.umel.feec.vutbr.cz/∼adamek/uceb/DATA/s 1 1.htmi. ´ Croser, P.and kol. (2002), Uvod do pneumatiky. Uˇcebnice, Esslingen: BEN – technická literatura. ´ , O. (2012), Co je na programován´ı nejtˇeˇzˇs´ı? Zaˇc´ıt. [online]. [cit. 2014-04-10], Laˇ zansky hhttp://udrzbapodniku.cz/hlavni-menu/artykuly/artykul/article/co-je-naprogramovani-nejtezsi-zacit/i. Schenk, C. (2009), MiKTeX [online]. [cit. 2009-06-16], hhttp://www.miktex.org/i.

24

Pˇ r´ıloha A Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD/DVD K této práci je pˇriloˇzeno CD/DVD s následuj´ıc´ı adresáˇrovou strukturou. • Absolventsk´ a pr´ ace v /LaTeX • Technick´ a dokumentace – pneumatické a elektrické schéma • Program ˇ r´ ızen´ ı • Zach AP 2011 2014.pdf – absolventská práce ve formátu PDF

I

Pˇ r´ıloha B Pouˇ zit´ y software LATEX hhttp://www.miktex.org/i Zelio Soft 2 hhttp://www.schneider-electric.com/i FluiDRAW 4.11c Pneumatika hhttp://www.festo.com/i WinEdt 5.3 hhttp://www.winedt.com/i AutoCAD 2006 hhttp://www.autodesk.cz/i Software z v´ yˇse uvedeného seznamu je bud’ volnˇe dostupn´ y, nebo je toho ˇcasu jeho ´ ı, vlastn´ıkem Vyˇsˇs´ı odborná ˇskola, Stˇredn´ı ˇskola, Centrum odborné pˇr´ıpravy, Sezimovo Ust´ Budˇejovická 421, kde autor téhoˇz ˇcasu studoval a vytvoˇril tuto absolventskou práci.

II

Pˇ r´ıloha C ˇ Casov´ y pl´ an absolventsk´ e pr´ ace ˇ Cinnost

ˇ Casov´ a

Term´ın

n´ aroˇ cnost

ukonˇ cen´ı

Prvn´ı konzultace o zadán´ı AP

2 t´ ydny

15.05.2013

30.5.2013

Oficiáln´ı zadán´ı AP

0 t´ ydny

1.9.2013

1.9.2013

v´ ykresová dokumentace pneumatické schéma

2 t´ ydny

10.11.2013

25.11.2014

Hotové elektrické schéma manipulátoru

3 t´ ydny

20.12.2013

3.4.2014

Popis jednotliv´ ych souˇca´st´ı manipulátoru

2 t´ ydny

14.1.2014

28.1.2014

Popis automatu ˇr´ızen´ı - PLC

1 t´ yden

5.02.2014

2.2.2014

Oˇziven´ı manipulátoru

1 t´ yden

25.02.2014

25.2.2014

Vyhotoven´ı Programu ˇr´ızen´ı v jazyce SFC

2 t´ ydny

10.03.2014

5.3.2014

30.03.2014

15.4.2014

AP: kompletn´ı text

III

Splnˇ eno

Pˇ r´ıloha D Dokumentace Na následuj´ıc´ıch stránkách se nacház´ı v´ ykresová dokumentace pneumatiky, elektroniky vytvoˇrená v programovém prostˇred´ı FluidDRAW 4.11c Pneumatika a AutoCAD 2006. Dále je zde vloˇzen program ˇr´ızen´ı s nastaven´ım funkˇcn´ıch blok˚ u, kter´ y byl naprogramován v Zelio Soft 2.

IV

ˇ ÍLOHA D. DOKUMENTACE PR

V


VI


VII


VIII


IX


X


XI

Elektropneumatický manipulátor

Recommend Documents