Manuál k obsluze simulátoru KKK ELO 2011 pro studenty, popis laboratorní úlohy 1. Koncepce simulátoru a řídicího systému Uspřádání testovacího zařízení je navrženo tak, aby bylo možné nezávisle ovládat jednotlivé řídicí osy. Konkrétně na jednom testovacím zařízení jsou 2 rotační motory (pohyb flexe/extenze, vnitřní/vnější rotace), 1 lineární motor (posuv anterior/posterior) a jeden hydromotor pro řízení přítlačné síly. (obr. 1).
Obrázek 1 Řízené stupně volnosti simulátoru
Obrázek 2 Schematický přehled pohybů a sil
Řídící okruh, kde na počátku je vstupní požadovaná hodnota a na konci realizovaný pohyb, je řešen v tomto uspořádání: 1. Průmyslový počítač Simotion P350 (obr.3)
Zde jsou nainstalovány podpůrné programy pro řízení. K programování chodu zařízení slouží software Simotion Scout 4.1.1.6 a jako uživatelské rozhraní byl použit Microsoft Excel 2003. K přímému řízení chodu (rychloposuv, najetí do libovolné polohy atd.) a ke spouštění naprogramovaného cyklu bylo použito uživatelské rozhraní Simotion WinCC flexible.
2. Komunikační průmyslová sběrnice Profibus. (obr.3)
Slouží k přenosu dat mezi počítačem (viz. bod 1.) a komponenty v rozvodné skříni (viz. bod 3.). Rychlost komunikace je 12 Mb/s.
3. Rozvaděčová skříň. (obr.3). 4. Komponenty realizující požadovaný pohyb (motory, snímače polohy a síly).
Počítač Simotion P350 Sběrnice Profibus Rozvaděčová skříň
Simulátor KKK ELO 2011 Obrázek 3 Koncepce uspořádání celého řídicího systému KKK ELO 2011
2. Manuál řízení KKK ELO 2011 Celý systém řízení funguje tak, že se nejprve v programu nadefinují průběhy pohybů v závislosti na procentech cyklu ve všech osách (rotace, posuvy a síly). Jedná se o tzv. vačky. Před spuštěním zátěžového programu se ještě nastaví požadovaný počet cyklů a frekvence. Průběhy pohybů a zatížení (vačky) se nadefinují v programu Microsoft Excel a následně překopírují (ctrl-c, ctrl-v) do programu Simotion Scout. Zde spuštěním příkazu „download“ se vačky načtou z počítače do řídícího systému. Volba počtu cyklů, volba frekvence a následné spuštění testovacího procesu se provádí v prostředí Simotion WinCC flexible. 1. Uživatelské prostředí Simotion Scout Legenda: 1: Project tree - hierarchické zobrazení struktury projektu. 2: Hlavní pracovní okno - zde se zobrazují editory a konfigurační dialogy ke všemu, co vybereme v okně 1. 3: Informační okno - zde se objevují výpisy o úspěšnosti kompilace, diagnostické informace a chybové zprávy. Také tady najdeme tabulky pro editaci globálních proměnných, vstupně-výstupních proměnných a "watch tables" (seznamy pro sledování hodnot proměnných).
2. Uživatelské prostředí Simotion WinCC flexible
okamžitá hodnota nastaveného a skutečného přítklaku
ruční polohování motorů
ruční nastavení přítlaku Okamžitá poloha motorů a jejich zatížení (síly, momenty)
3. Popis laboratorní úlohy Studenti provedou cyklickou otěrovou zkoušku vzorků kulička-jamka pomocí simulátoru KKK ELO 2011 v laboratoři biotribologie. Před zatěžováním a po něm s pomocí obsluhy 3D měřícího souřadnicového stroje naskenují plochy vzorků. Vyhodnotí opotřebení vzorků a jeho případný dopad na tribologické vlastnosti kontaktních ploch. a) Před zahájením experimentu bude za pomoci dozoru 3D měřícího souřadnicového stroje naskenována geometrie nepoškozených kontaktních ploch vzorků. b) Na zařízení KKK ELO 2011 v prostředí programu Simotion Scout studenti nastaví parametry zatěžovacího cyklu, frekvenci a počet cyklů. Zatěžovací cyklus bude kombinací dvou vzájemných kolmých rotací a jednoho posuvu s konstantním přítlakem. c) Studenti upnou vzorky do simulátoru a spustí experiment. d) Během chodu simulátoru studenti v prostředí Simotion Scout zkontrolují kinematické parametry (křivky požadované a skutečné polohy motorů v čase) a uloží si silové charakteristiky na začátku a na konci experimentu. e) V průběhu zbylé doby chodu simulátoru bude prověřena teoretická připravenost studentů (druhy opotřebení, způsoby vyhodnocení opotřebení a analýza uvolněných mikročástic, typické opotřebení strojní součásti v čase, co je reálný klinický problém spojený s opotřebením u endoprotéz velkých kloubů, technologické operace snižující opotřebení). f) Po skončení experimentu studenti vzorky opět naskenují pomocí 3D měřícího souřadnicového stroje. g) Studenti ve skupině vyhodnotí a odevzdají výsledky experimentu, tj. závislost počet cyklů / míra (kvalita) opotřebení, tj. objemový úbytek materiálu srovnáním profilu před a po testu. Dále studenti srovnají silové přenosy (ze začátku a z konce testu) a pokusí se ohodnotit vliv opotřebení na tribologické vlastnosti vzorků, bude-li rozdíl měřitelný. Hodnoceny budou i události za záznamu elektrochemického potenciálu v průběhu zatěžování. Tyto události dokládají změny pasivní vrstvy na povrchu sledovaného vzorku. Předpokládá se odevzdání referátu s vyhodnocenými výsledky o rozsahu cca 5 str. (včetně obrázků a grafů) Metodické pokyny: Počet studentů – maximálně 4 (z kapacitních důvodů), optimálně 2-3. Předpokládaná celková doba cvičení 120-150 minut. V rámci souboru zkušebních vzorků mohou být variovány následující parametry: 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7)
Velikost (průběh) přítlačné síly Rozsahy pohybů Rychlost (frekvence) a doba cyklování Materiálové kombinace, případně modifikace povrchů Předchozí korozivní působení na vzorky Složení lubrikantu (případně úplná absence lubrikantu) Teplota, pH, ….
