Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Kar
SZAKDOLGOZAT Feladat címe: PLC vezérelt pneumatikus oktatórendszer kialakítása Készítette:
Juhász Tamás BSc szintű, villamosmérnök szakos Ipari automatizálás és kommunikációs hallgató
Konzulens: Dr. Trohák Attila egyetemi adjunktus
2013/2014 Tanév, 2. Félév
Feladat kiírás Cím: PLC vezérelt pneumatikus oktatórendszer kialakítása
Pontok: 1. Ismerje meg és mutassa be a használt pneumatikus és irányítástechnikai elemeket! 2. Tervezze meg a rendszer pneumatikus és villamos kapcsolását! 3. Tervezzen meg és készítsen el a gyakorlati oktatásban alkalmazható feladatokat! 4. Készítsen operátori kezelőfelületet a rendszerhez, illetve feladatokhoz!
EREDETISÉGI NYILATKOZAT
Alulírott Juhász Tamás; Neptun-kód: G5UDRW a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős villamosmérnök szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy PLC vezérelt pneumatikus oktatórendszer kialakítása című szakdolgozatom/diplomatervem saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályai szerint történt. Tudomásul veszem, hogy szakdolgozat esetén plágiumnak számít: szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén szakdolgozatom visszautasításra kerül. -
Miskolc, 2014. április 29.
Hallgató
Tartalomjegyzék 1.
Bevezetés ............................................................................................................................ 1
1.1.
Az oktató rendszer felépítésre használt elemek .............................................................. 2
1.2.
A sűrített levegő előállítása, pneumatikus elemek bemutatása ....................................... 2
1.2.1.
A sűrített levegő pozitív jellemzői [1] ......................................................................... 2
1.2.2.
A sűrített levegő negatív jellemzői [1] ........................................................................ 3
1.2.3.
A sűrített levegő előállítása az oktatórendszer számára .............................................. 3
1.2.4.
Dugattyús kompresszor ............................................................................................... 3
1.2.5.
A munkahengerek ........................................................................................................ 4
1.2.5.1.
Az egyszeres működtetésű munkahenger jellemzője és felépítése .......................... 5
1.2.5.2.
A kettősműködtetésű munkahengerek jellemzője és felépítése ............................... 7
1.2.6.
Útszelepek ................................................................................................................... 7
1.2.6.1.
Egyoldali mágnesvezérlésű útszelep........................................................................ 9
1.2.6.2.
A kétoldali mágnesvezérlésű útszelep ..................................................................... 9
1.3.
Vezérlő berendezés, elektromos elemek bemutatása .................................................... 11
1.3.1.
A PLC rövid bemutatása, kronológiai állomásai ....................................................... 11
1.3.1.1.
A kompakt PLC- k jellemzője ............................................................................... 13
1.3.1.2.
A moduláris PLC- k jellemzője ............................................................................. 14
1.3.2.
A PLC-k általános felépítése ..................................................................................... 14
1.3.3.
A PLC programozása, programnyelvek [3] ............................................................... 15
1.3.3.1.
Szöveges módszer .................................................................................................. 17
1.3.3.2.
Strukturált programnyelv ....................................................................................... 17
1.3.3.3.
Utasításlistás programnyelv ................................................................................... 17
1.3.3.4.
Grafikus módszer ................................................................................................... 18
1.3.3.5.
Létradiagramos programozási nyelv ...................................................................... 18
1.3.3.6.
Funkcióblokk diagram (Function Block Diagram-FBD) ....................................... 18
1.3.3.7.
Sorrendi folyamatábrás programozás .................................................................... 19
1.3.4. 1.3.4.1.
A Simatic S7-300 PLC legfontosabb jellemzői ......................................................... 19 Az S7-300 legfontosabb építő elemei: ................................................................... 20
1.3.5.
Reed kapcsoló ............................................................................................................ 23
1.3.6.
Érintőképernyős kezelőpanel (HMI-Human Machine Interface) .............................. 25
2.
Az elektromos összekötés ................................................................................................. 27
3.
Az oktatásban használható gyakorló feladatok ................................................................. 31
3.1.
Az első oktató feladat .................................................................................................... 32
3.2.
A második oktató feladat............................................................................................... 38
3.3.
A harmadik oktató feladat ............................................................................................. 41
3.4.
Negyedik oktató feladat ................................................................................................ 44
3.5.
Ötödik oktató feladat ..................................................................................................... 51
3.5.1. 4.
Bélyegző berendezés hibakezelése ............................................................................ 61
Operátori kezelőfelület kialakítása az oktatórendszerhez ................................................. 64
4.1.
A program szerkezeti felépítése .................................................................................... 65
4.2.
A vizualizáció programja .............................................................................................. 71
4.2.1.
A szimuláció programja............................................................................................. 71
4.2.2.
A bélyegző berendezés szimulációja ......................................................................... 75
5.
Összefoglalás .................................................................................................................... 79
6.
Summary ........................................................................................................................... 81
Irodalomjegyzék: ...................................................................................................................... 83 Linkek: ..................................................................................................................................... 83 Ábrajegyzék ............................................................................................................................. 84 Melléklet................................................................................................................................... 86
1. Bevezetés Az első, aki a sűrített levegőt munkavégzésre használta az a görög Ktesibios volt, aki egy sűrített levegővel működő katapultot készített. Az ő tanítványa Héron, gépész, matematikus, és mérnöki zseni, aki már a sűrített levegőt automatikus folyamatok készítésére használta fel (pl: önműködő-, templomkapu, szökőkút). A gépeinek megépítésekor, már programot használt az önműködő gépeinek működtetésére. A program nem volt más, mint egy hengeren elhelyezett pöckök voltak, és erre tekerte fel a köteleket. A pneumatik a görög pneuma szóból származik, és a jelentése a légmozgások tana. Az ipari alkalmazására először a bányászatban, ill. vasúti légfékeknél alkalmazták, majd a XX. század közepétől a gyártástechnikában is megjelent. A XI. században, pedig már nem létezik, olyan üzem ahol ne alkalmaznák a sűrített levegőt. A szakdolgozat elkészítéséhez az ötletet az adta, hogy az ipari automatizálási feladatok megvalósításakor igen gyakran valamilyen mozgást, vagy mozgatást kell végezni, ami történhet villamos motorok, hidraulikus, vagy pneumatikus rendszerek segítségével. Az egyetem falai közül kikerülve a nagybetűs életben, nagy valószínűséggel fogunk találkozni pneumatikus munkahengerekkel megvalósított berendezésekkel, hiszen ezeket előszeretettel alkalmazzák pl: ajtók zárására, anyagok- mozgatására, megfogására. Ezért érdemes lenne egy pneumatikus munkahenger oktató rendszert készíteni, amit az elméleti, ill. a gyakorlati oktatásban egyaránt felhasználhatnának. Fontosnak tartottam, hogy az oktató rendszer kialakítása olyan legyen, hogy a port szétválasztó modulra, az oktatásban használt bármilyen PLC-vel rá tudjanak csatlakozni, így a hallgatók megismerkedhetnek az iparban igen gyakran használt programozható logikai vezérlők típusainak fejlesztői környezetével, programozásával, és
a villamos
összekötésével. Az oktatató rendszer építésénél figyeltem arra, hogy a diáktársaim megismerkedjenek a bistabil, ill. monostabil munkahengerek működésével, és vezérlésével. Tudatosan kerültek beépítésre az eltérő mágnesvezérlésű útszelepek, ezáltal még nagyobb figyelmet kell fordítani az esetleges gyakorló feladatok elvégzésekor.
1
1.1.
Az oktató rendszer felépítésre használt elemek
Eszközök Tápegység Processzor Érintőképernyő Tápegység (technológia) Kompresszor Festo elosztó (1db) Festo-útszelep (2db) Festo-útszelep (3db) Reed-kapcsoló (8db) Pneumatikus, kettősműködtetésű munkahenger (4db) Pneumatikus, egyszeres működtetésű munkahenger (1db)
Típus PS 307 5A CPU 314C-2DP TP 177B ON/DP-6CSTN FESTO DIDACTIC 24V/5A JUN-AIR FR-8 1/8 D.ER-IMFH-5-3.3 D.ER-MFH-5-3.3 SMTO-1-PS-LED-24
Gyári szám vagy azonosító 6ES7 307-1EA00-QAAO 314-6CF02-OABO 091052
30317 30315 14034
DSNN-25-100 PPVA ESN-25-50 P 1. táblázat Oktató rendszer elemei
1.2.
A sűrített levegő előállítása, pneumatikus elemek bemutatása
1.2.1. A sűrített levegő pozitív jellemzői [1] Előfordulás:
Gyakorlatilag
a
levegő
mindenhol
korlátlan
mennyiségben
felhasználható. Szállítás: Csővezetékek segítségével nagy távolságokra is könnyen eljutatható. A felhasznált levegőt nem kell visszavezetni. Biztonság: Nincs szükség drága biztonsági berendezések használatára, hiszen az előállított sűrített levegő robbanás- és tűzbiztos. Tárolhatóság: Tartályokban tárolható, és így bármikor felhasználható. Hőmérséklettűrés:
Hőmérséklet-változásokra
nem
érzékeny,
ezért
különleges
hőmérsékleti viszonyok között is alkalmazható. Tisztaság: A sűrített levegő tiszta, ezért a kiáramló levegő nem okoz semmilyen szennyeződést a környezetben. Felépítés: Az elemek felépítése egyszerű, ebből kifolyólag olcsók. Sebesség: Az áramlási sebesség magas, ennek köszönhetőleg magas munkavégzési sebesség érhető el. Túlterhelhetőség: A sűrített levegővel működő berendezések túlterhelhetőek, és nem okoz semmilyen meghibásodást. Állíthatóság: A nyomás szabályozható, így az erőkifejtés változtatható.
2
1.2.2. A sűrített levegő negatív jellemzői [1] Előkészítés: A sűrített levegőszennyeződéseket, és nedvességet nem tartalmazhat, mert ez nagyban csökkentené az rendszer élettartalmat. Összenyomhatóság: A pneumatikus munkahengerekkel nem lehet terhelés-független, egyenletes, ill. állandó dugattyúsebességet biztosítani. Költségek: Energiaköltsége drága, de az alkatrészek olcsók, és viszonylag nagy teljesítmény érhető el velük. Kipufogás: Működés közben a kipufogó sűrített levegő zajos, de hangtompító anyagok alkalmazásával ez jelentősen csökkenthető. Előállításból származó zaj: Ha a kompresszor a felhasználás légterében van.
1.2.3. A sűrített levegő előállítása az oktatórendszer számára A kompresszorok működési elvük alapján lehetnek térfogatkiszorításos, (egyenesvonalú- ill. forgódugattyús kompresszorok.) ill. áramlásdinamikai elvűek (turbókompresszorok). Az atmoszférikus levegőt kompresszorok segítségével a megfelelő nyomásra sűrítik. Ezt úgy érik el, hogy a kompresszor tartályában a kültéri levegő térfogatát lecsökkentik. A térfogat csökkentés következtében hő keletkezik, aminek az elvezetéséről gondoskodni kell. Kisebb teljesítményű
kompresszorok
esetén
hűtőbordák
vagy külső
rásegítéses
léghűtést
alkalmaznak. A nagyobb teljesítményű kompresszorok esetén vízhűtést alkalmaznak.
1.2.4. Dugattyús kompresszor Az oktató állomás számára a sűrített levegőt egy olajkenésű dugattyús kompresszor biztosítja. A kompresszort közvetlenül az oktatórendszer mellett lett elhelyezve, ezért egy olyan kompresszor típusra esett a választás, ami kiemelkedik a csendes járásával a többi közül. A JUN-AIR kompresszor zajszintje 35dB, ami már biztosan nem fogja zavarni, a gyakorlati oktatást.
3
1. ábra Sűrített levegőt előállító kompresszor
A dugattyú kompresszor működése: „ A dugattyús kompresszor a forgattyús mechanizmus által hajtott dugattyú hengerben végez alternáló mozgást a hengerfejen egy vagy több szívó és nyomószelep helyezkedik el. A szelepek vagy a gáznyomás különbsége vagy a gőzgépekhez és dugattyús motorokéhoz hasonló vezérlés nyitja-zárja. Ha a dugattyú a felső holtponttól az alsó felé halad, a nyomószelepek zárva vannak, a szívószelepek nyitnak és a kisnyomású gáz beáramlik a hengerbe. Az alsó holtpontnál a szívószelepek bezárnak, a dugattyú felső holtpont felé haladásakor a hengerbe zárt gáz térfogata csökken, nyomása nő. Amikor a hengerben lévő gáz nyomása eléri a nyomótérben lévő gáz nyomását, a nyomószelepek nyitnak, és a gáz kiáramlik rajtuk keresztül a nyomóvezetékbe. Nagyobb nyomás elérésének érdekében a dugattyús kompresszorokkal több fokozaton keresztül történő levegősűrítés is megvalósítható. Ilyenkor az első fokozatból kiáramló elősűrített levegő szinkron módon kerül be a második fokozat dugattyúterébe, amely a kompressziós viszonynak megfelelően kisebb térfogatú, és így tovább tudja sűríteni a gázt. [9]”
1.2.5. A munkahengerek A munkahengerek olyan energia-átalakító eszközök, amelyek a beléjük áramló közeg nyomási energiáját egyenes vonalú vagy egyes típusok képesek forgómozgássá átalakítani. A közeg lehet sűrített levegő, ekkor pneumatikus munkahengerekről, ha pedig hidraulika olaj, akkor hidraulikus munkahengerekről beszélünk. A két munkahenger szerkezeti felépítése és alkalmazási területe eltér, ezért nagyon fontos, hogy a megfelelő helyre a legmegfelelőbb munkahenger típust válaszuk ki.
4
Méret Kifejthető erő Egyenletes mozgási sebesség Kenés Alkalmazási terület Ár Tetszőleges helyzetbe állítás
Dugattyúrúd anyaga Karbantartás
Pneumatikus kis méret (pici munkahengerek is kialakíthatóak) kisebb erők terheléstől és a típustól erősen függ, de általában nem levegőbe porlasztott olaj - vasút: légfék, - építőipar: légkalapács, - gyártósorok: csomagolás olcsó
Hidraulikus szerkezeti felépítéséből adódik, hogy robusztus nagy erőkifejtésre alkalmasak igen
- csak bizonyos típusoknál lehetséges, - erőtartásra alkalmas, - max 0,1 mm-es pontosság - acél, - alumínium, - műanyag. - olcsó és egyszerű, - ha esetleg olyan helyen alkalmazzák, ahol gyors mozgásnak vannak kitéve, akkor gyakrabban kell cserélni a tömítéseket
- igen, - erő tartására alkalmas, - akár µm-es pontossággal megállítható - acél
hidraulika olaj biztosítja - zsilip kapuk, - építőipar: daruk; kosaras emelők drága
- nagyon drága és nem egyszerű, - ritkábban van szükség a karbantartásra, mert a tömítések kismértékű áteresztése nem okoz hibát
2. táblázat Pneumatikus és a hidraulikus munkahengerek összehasonlítása (forrás: [2])
A pneumatikus munkahengereket működtetésük alapján lehetnek egyszeres működtetésű, ill. kettősműködtetésű munkahengerek.
1.2.5.1. Az egyszeres működtetésű munkahenger jellemzője és felépítése Az oktató állomáson az E-pneumatikus munkahenger ebbe a típusba tartozik. Az egyszeres működtetésű munkahengernél a hengertérben csak az egyik oldalon van sűrített levegő bevezetési pont, ebből a kialakításból következik, hogy munkát csak egy mozgási irányban végezhetnek (ez lesz a működtetés „kinyomás” állapota). A visszatérést rugóerő, vagy külső terhelő erő biztosítja. A rúgó úgy van méretezve, hogy megfelelő sebességgel húzza vissza a munkahengert az alaphelyzetbe. Az ilyen típusú munkahengerek rövid löketűek (kb. 100mm). Ez összeszereléskor is megmutatkozott, hiszen az „E”- munkahenger sokkal kisebb volt, mint a többi, amelyek kettősműködtetésűek voltak. Az ilyen típusú pneumatikus munkahengereket inkább kinyomásra, adagolásra, emelésre alkalmazzák.
5
2. ábra A feladatban használt „E”- pneumatikus (monostabil) munkahenger
3. ábra Egyszeres működtetésű munkahenger felépítése (forrás: [2])
1. véghelyzet-csillapítás 2. tömítés 3. csúszógyűrű 4. henger 5. dugattyúrúd 6. ajakos tömítés 7. szennylehúzó gyűrű 8. csúszógyűrű 9. első kamra 10. dugattyú 11. állandó mágnes, ami a házra erősített érzékelő számára jelzi a dugattyú helyzetét 12. hátsó kamra 13. menetes furat
6
4. ábra Egyszeres működtetésű munkahenger és szabványos rajzjele [1]
1.2.5.2. A kettősműködtetésű munkahengerek jellemzője és felépítése Az oktató állomáson az A, B, C és D munkahengerek ebbe a csoportba tartoznak. A kettősműködtetésű munkahengereknél a hengertérben mind a két oldalon van sűrített levegő bevezetési pont, tehát a sűrített levegő nem csak működtetéskor tudja mozgatni a dugattyút, hanem alaphelyzetbe állításkor is. A kialakításból következik, hogy olyan helyeken alkalmazzák ezeket a munkahengereket, ahol a dugattyúk visszafutásakor is munkát kell végezniük. Ha a munkahenger nagy tömegek mozgatását végzi, akkor a löketvéghez csillapítást építenek be, így elkerülhetik a hengerfedél károsodását.
5. ábra Kettősműködtetésű munkahenger és szabványos rajzjele [1]
1.2.6. Útszelepek Az útszelepek a pneumatikus vezérlések legfontosabb elemei, hiszen a sűrített levegő áramlásának indítására, megállására, vagy esetleg irányítására szolgálnak. A működtetésük szempontjából négy alapvető típusra lehet osztani őket, de fontos megjegyezni, hogy egy szelepet ezek kombinációi is vezérelhetik.
7
Működtetési felosztás: Manuális: emberi beavatkozás szükséges a szelep működtetéséhez (karos, pedálos, nyomógombos); Mechanikus: ilyenkor egy mechanikus impulzus működteti a szelepet (tolókar, görgős); Pneumatikus: speciális pneumatikus elemeket használnak a vezérlésre (tároló, logikai, időtag). A teljesen pneumatikus hálózatok kialakítását már nem alkalmazzák, csak speciális esetekben pl: szikramentes, robbanásveszélyes környezetben; Elektromos: szolenoid hatásúak Nagyon fontos csoportosítási szempont a helyzetstabilitás szerint: monostabil: amíg a működtető jel aktív, addig a szelep nyitva van, tehát a munkahengert működteti („kinyomja”). Ha a működtető jel megszűnik a szelep zár és a munkahengert a rúgó vissza húzza az alaphelyzetbe. A szelepnek egy stabil helyzete van. bistabil: a működtető jel hatására a szelep nyit, és a munkahengert működteti („kinyomja”). A működtető jel megszűnése esetén is kint marad a munkahenger, mind addig, amíg nem jön az alaphelyzetbe („benyomást”) működtető jel, ekkor a szelep zár és a munkahenger visszatér az alaphelyzetébe. A bistabil szelepeket impulzusszelepeknek is szokták nevezni. három-, vagy esetleg több állású: nevéből is adódik, hogy a szelepnek több állása is lehet, ez típusfüggő. A feladatban elektromosan működtetett útszelepeket használtam, amelyeket működési elvükből adódóan mágnes szelepeknek is neveznek. A munkahengerek vezérlésére kétféle útszelep típust használtam fel. Az A, B, és E munkahengereknél 5/2–es egyoldali mágnesvezérlésű útszelepeket alkalmaztam (monostabil). A C, és a D munkahengerek vezérléséhez, pedig 5/2-es kétoldali mágnesvezérlésű szelepeket használtam fel (bistabil).
8
1.2.6.1. Egyoldali mágnesvezérlésű útszelep
6. ábra Az 5/2-es szelep sűrített levegő bekötése és szabványos rajzjele
A szabványos rajzjelen lévő szimbólumok jelentése a következő, az 1 a táplevegő, 2, 4 kimenetek, a 3, 5 a kipufogás, a 14-es a mágneses működtetés. Működés szempontjából fontos megjegyezni, hogy a 14-es mágneses működtetővel szemben lévő rúgó szimbólum arra utal, hogyha a mágneses működtetés megszűnik, akkor a rúgó visszahúzza alaphelyzetbe az 5/2-es szelepet.
1.2.6.2. A kétoldali mágnesvezérlésű útszelep
7. ábra 5/2 kétoldali útszelep sűrített levegő bekötése és szabványos rajzjele
9
A szabványos rajzjelen lévő szimbólumok az előző típushoz képest annyiban módosult, hogy mind a kétoldalt 14-es, 12-es mágneses működtetés látható, és kiegészül a működtető oldalon lévő számozással 84, 82. A 84-es szám azt jelenti, hogyha a 14-es jelű mágnest működtetjük, akkor a 4-es kimenet lesz működtetve.
8. ábra 5/2-es kétoldali mágnesvezérlésű útszelep működése a 14-es tekercs működtetésével
Amikor a 14-es jelű tekercset működtetjük, akkor a táplevegő (1), a 4-es kimenetre kerül, ami a munkahengert működteti („kinyomja”). A munkahenger a 2-es kimeneten keresztül az 5-ös kivezetésen kipufog. Ha a 12-es jelű mágnest működtetjük, akkor a 82-es számnak megfelelően a 2-es kimenetünk lesz működtetve.
9. ábra ábra 5/2-es kétoldali útszelep működése a 12-es tekercs működtetésével
10
Amikor a 12-es tekercset működtetjük, akkor a táplevegő (1) a 2-es kimenetre kerül, ami a munkahengert az alaphelyzetbe állítja. A munkahenger 4-es kimenetén keresztül a 3-as kivezetésen kipufog. Nagyon fontos megjegyezni, hogy a 12-es, és a 14-es mágnes működtetőre egyidejűleg vezérlést kapcsolni szigorúan tilos, hiszen az bizonytalan működést eredményezne. Ha a tekercsekre nem érkezik működtető jel, akkor a táplevegő stabilan tartja a munkahenger előző állapotát, ezért ezeket a szelepeket bistabil működésűeknek nevezzük (elegendő egy impulzus a vezérlésükre).
1.3.
Vezérlő berendezés, elektromos elemek bemutatása
1.3.1. A PLC rövid bemutatása, kronológiai állomásai A PLC Programmable Logic Controller rövidítése, ami magyarul Programozható Logikai Vezérlőt jelent. Elsősorban az iparban használják gépek, gyártósorok vezérlésére, de a kis kategóriájú PLC az otthoni alkalmazásokban is megjelenek. A PLC-k egy speciális mikroszámítógépek, amelyek be- és kimenetekkel, kommunikációs porttal rendelkeznek. A modern PLC-k már vetekednek az asztali számítógépek teljesítményével, képesek mostoha körülmények között ellátni a feladatukat (poros, nedves, hideg-meleg, rázkódásos stb.). A programozható vezérlők a nevükből is adódik, hogy programozhatóak, így a vezérlést, ill. a szabályzást a bennük tárolt szoftverrel oldják meg. A program módosítása könnyen megvalósítható előre elkészíthető és tesztelhető. Saját belső operációs rendszerrel rendelkeznek, ami felügyeli a belső perifériákat, a bővítő modulok működését, és futtatja a felhasználó által betöltött vezérlőprogramot. Digitális és analóg be- és kimenetekkel rendelkeznek, amelyek az iparban szabványos jelek fogadására és küldésére alkalmasak. A digitális bemenetek kapcsolók, nyomógombok, végállás kapcsolók, pozícióérzékelők jeleit fogadja. A digitális kimenetek a beavatkozó szervekre adnak jelet (mágnesszelepek, szivattyúk, motorok, pneumatikus vagy hidraulikus hengereket, útszelepek stb). Az analóg bemenetek mérőjeleket fogadnak pl: áram, feszültség, hőmérséklet, nyomás, erő, áramlás, páratartalom stb. Az analóg kimenetek, pedig beavatkozó szervek működtetésére használják.
11
A programozható vezérlők szokásos elnevezései: [8] PC:
Programmable Controller (programozható vezérlő, UK);
PLC:
Programmable Logic Controller (programozható logikai vezérlő, USA);
PBS: Programmable Binary System (programozható bináris rendszer, Svéd); SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung (tárolt programú vezérlés, Német); PV:
Programozható Vezérlő (Magyar);
PLV: Programozható Logikai Vezérlő (Magyar). A PLC története [3]: 1986-ban az amerikai General Motors pályázata keltette életre a PLC-t. A pályázati kiírásában az alábbi szempontok szerepeltek: mozgó alkatrészt ne tartalmazzon; könnyű programozhatóság és újraprogramozási lehetőség; versenyképes ár; nagy megbízhatóság; minimális karbantartás (hosszú élettartam); valósidejű működés; egyszerű, moduláris felépítés, kis méret; galvanikus leválasztása a bemenetek és kimenetek között. A PLC kronológiai állomásai [3] 1968. PLC-koncepció kidolgozása; 1969. Első Modicon PLC megjelenése huzalozott CPU-val, 1K memóriával és 128 I/O-val; 1971. Első alkalmazás az autóiparban; 1973. Az első intelligens PLC, ami képernyőkijelzéssel, nyomtatóvezérléssel, mátrixműveletekkel, és aritmetikai funkcióval volt ellátva; 1974. Több processzoros PLC megjelenése, ami rendelkezett időzítő– és számlálófunkcióval; 1975. PID algoritmussal ellátott PLC; 1976. A távoli modul kezelés kidolgozása és a hierarchikus konfiguráció bevezetése; 1977. A mikroprocesszor bázisú PLC;
12
1980. Nagy sebességű– és pontosságú pozícionáló interfész, intelligens kommunikáció; 1981. A Data Highway kommunikáció alkalmazása, 16 bites mikroprocesszor bázisú PLC színes monitorral, 1983. Mini PLC- k; 1985. PLC hálózatok megjelenése. A fejlődés nem állt meg, hiszen a PLC gyártó cégek alkalmazkodtak a piaci igényekhez.
1.3.1.1. A kompakt PLC- k jellemzője A kompakt („kis”) PLC-k jellemzője, hogy meghatározott számú bemeneti és kimeneti összeköttetéssel rendelkezik, ezért a bővítés általában nem megoldható, tehát a hardverstruktúrája nem módosítható. Egyedüli kivétel, ha a bővíthető kompakt PLC-k családjába tartozik. A kompakt PLC-k egy nagyon előszeretettel alkalmazott típusa a mikro- PLC-k, amelyek programozható logikai kapcsolók/vezérlő, ill. időzítő- és számláló funkcióval ellátott modulok. Ezekkel a mikro-PLC-kel kisebb vezérlési feladatok könnyen megvalósíthatóak. Előnyük a kis méret a könnyű programozás, amely PC vagy nyomógombjuk segítségével történik, és a legfontosabb szempont az alacsony ár, ezért az otthoni alkalmazásoknál előszeretettel alkalmazzák. Készülnek kijelzővel, ill. kijelző nélküli kivitelben egyaránt. A leggyakrabban használt mikro-PLC típusok: ZEN, CP1MA (Omron); ZELIO LOGIC (Telemecanique); PICO (Allen Bradley); EASY (Moller Electric); LOGO (Siemens). Ezekkel a mikro- PLC-kel:
világításvezérlések, ajtó- és kapuvezérlések, ház- és épületgépészet, fűtés– szellőztetés- és klímatechnika, szállítószalag vezérlés, gépvezérlési feladatok, közúti jelzőlámpák vezérlése, távfelügyelet és távvezérlés is megoldható. (LOGO-val lásd 10.ábra)
13
10. ábra Távfelügyelet Logo-val (forrás: [5])
1.3.1.2. A moduláris PLC- k jellemzője A moduláris („fiók”) felépítésű PLC-k, modulokból, kártyákból épül fel, amelyek rack-be dugaszolhatók, így a konfiguráció tág határokon belül bővíthető. Tehát ilyen esetben általában külön kártyán vagy házban található a központi logikai egység, a kommunikációs egység, az I/O (be/kimeneti) egység, a tápegység stb. Az ilyen típusú PLC-k közepes, ill. nagy üzemek gyártórendszerek vagy ipari folyamatok irányítására fejlesztették ki. Előnye, hogy már egy meglévő rendszer is könnyen bővíthető, változtatható, a modulok bővítésével.
1.3.2. A PLC-k általános felépítése Fő egységei: Központi logikai és feldolgozó egység (Central Processing Unit, CPU); Ez tulajdonképpen a PLC-k agya, amely áll egy mikroprocesszorból és a szükséges segéd áramkörökből. Legfontosabb feladata a program memóriában tárolt program alapján a készülék összehangolt működtetése. A rész feladatai a felhasználói programok futatása, amelyeket RAM-ban, vagy EPROM-ban tárolnak, műveletvégzés, amit az ALU-ban hajt végre, a kommunikációs kapcsolat kezelése a folyamat és a felügyelő hálózat felé, tesztelő ciklusok végrehajtása, megszakítások kezelése, vezérlőjelek előállítása, szinkronizáció. bemeneti és kimeneti egység (I/O, ez digitális, ill. analóg);
14
Összeköti az irányítandó folyamatot a készülékkel. Fogadja a folyamattól érkező jeleket, késlelteti, szűri és minden esetben galvanikusan leválasztja a belső buszról és a CPU egységtől. Közvetíti a PLC kimeneti jeleit a beavatkozó felé. o
bemenetek lehetnek digitális (kétállapotú), vagy analóg. A digitális bemenetek lehetnek egyenáramú (+24V) vagy váltakozó áramú (230V). Az analóg bemenet fogadja a mért jeleket, amelyek lehetnek feszültség szintek (0-5V, 0-10V, -10V…+10V), vagy áram szintek (0-20mA, 4-20mA). Ezeket az analóg jeleket digitális jeleké konvertálják egy A/D átalakító segítségével.
o kimenetek esetében is kétféle lehet digitális és analóg kimenet. A digitális kimenet: univerzális, azaz relés, egyenáramú tranzisztoros, váltakozó áramú tirisztoros. Kommunikációs egység: valamilyen ipari hálózathoz való csatlakozást tesz lehetővé, így a kézi programozó csatlakoztatásával, a program betöltése vagy letöltése megoldható. Programmemória: Két részre bontható, áll egy rendszer memóriából és egy felhasználói memóriából. o rendszer memória: amelyben a gyárilag rögzített működtető algoritmusokat tárolják, tehát ez nem más, mint a PLC operációs rendszere. o felhasználói memória: az irányítási, vezérlési feladatott leíró algoritmus tárolja (EPROM, EEPROM, FLASHROM, MMC kártya). Adatmemória (RAM) működés közben ideiglenesen használt adatok változók tárolását szolgája (részeredmények, paraméterek, átmeneti változók, I/O térképek). Belső tápegység feladata: a belső áramkörök részére előállítja a megfelelő feszültség szinteket. Vezérlő pult (operátori konzol): információs kapcsolatot teremt a folyamat és a kezelő személy között, biztosítva a vezérelt berendezés indítását leállítását (nyomógomb); a vezérelt berendezés állapotainak a kijelzését (LED-ek, egyszerűbb kijelző); a programozás több esetben programozó készülékkel látja el.
1.3.3. A PLC programozása, programnyelvek [3] A kijelzővel rendelkező mikro-PLC-k programozása a PLC-én található nyomógombokkal megoldható. Igen, ám de mi a PLC-t komolyabb feladatokra használjuk, ilyenkor már a
15
programozás PC-én történik, ehhez minden gyártónak saját programozó szoftvere van, amelyet egyes típusoknál sajnos igen borsos áron lehet beszerezni. Ezek a programok képesek a megírt programot szimulálni, így a felmerült hibákat azonnal orvosolhatjuk. Az elkészült programot, majd egy programozó kábel segítségével betöltjük a PLC- be. A PLC-k rohamos fejlődésével számos programozási nyelv alakult ki, hiszen mindegyik gyártó saját programozási nyelvet dolgozott ki. A különböző programnyelvek elterjedésével, gondot okozott a különböző cégek eszközei közötti a kompatibilitás, ezért a felhasználók és a gyártók együttesen egy egységes nemzetközi szabványba rögzítették a felhasználói programnyelveket és azok jelöléseit. Kezdetben az IEC 1131-3 számú nemzetközi szabványban rögzítettek, ami most az IEC 61131-3 sz. nemzetközi szabvány foglalja magában. Fejezet
Cím
Tartalom
1.
Általános információk
PLC terminológia és koncepciók definiálása
2.
Eszközök követelmények és
Elektronikai és mechanikai
tesztek
konstrukciók és verifikációs tesztek
Programozási nyelvek 3.
Publikálás időpontja 1992
1992
PLC szoftver struktúra, nyelvek és program
1993
végrehajtás Felhasználói ajánlások 4.
PLC- k kiválasztására, installálására, karbantartására vonatkozó
1995
ajánlások 5.
Üzenetekre vonatkozó
Főként a MAP szabványú
szolgáltatások
kommunikációs ajánlások 1998
Terepi busz kommunikáció 6.
PLC- k terepi buszos kommunikációjának szoftver ajánlásai
Fuzzy irányítás 7.
Szabványos funkció blokkok a fuzzy logika PLC- n belüli kezelésre
8.
Alkalmazási ajánlások
1997
Alkalmazási ajánlások
3. táblázat Az IEC 61131 szabvány témakörei [3].
Az IEC 61131-3 számú nemzetközi szabvány nem annyira szigorú, ezért vannak jelölési eltérések, ill. léteznek az öt programnyelvtől eltérő programnyelvek is. Az IEC 61131-3 sz. nemzetközi szabvány a programnyelveket két nagy osztályba sorolja.
16
11. ábra IEC 61131-3sz. szabvány szerint definiált programnyelvek
1.3.3.1. Szöveges módszer A szöveges rendszer nyelvek esetén a megírt programot egy fordító program segítségével lefordítják és ez a lefordított program kerül a program memóriába. A nemzetköz szabvány két szöveges programnyelvet engedélyez.
1.3.3.2. Strukturált programnyelv Magas szintű, strukturált szöveges programozásról (angol: Structured Text-St-ST, német: Strukturerter Text), akkor beszélünk, amikor a programunkat egy fejlett programozási nyelven írjuk pl: Pascal vagy C, majd ezt egy fordító (compiler) segítségével lefordítjuk, és ezután történik a program bevitele. Nagyon jól használható bonyolult aritmetikai műveleteket és függvénykapcsolatokat igénylő feladatok megoldásánál. Ennek a programozás nyelvnek az elfogadása azért is előnyös, mert olyan emberek is programozhatnak PLC-t, akik csak a magasabb szintű nyelveket ismerik, ezért előszeretettel alkalmazzák az informatikusok, de egyre népszerűbb ez a programozás nyelv a felhasználók körében.
1.3.3.3. Utasításlistás programnyelv Az utasításlistás programozási nyelv (angol: Instruction List, IL; német: Anweisungsliste, AWL) a PLC megjelenésével egy idős. A gépi kódú, ill. az assembly nyelvű programozásból
17
alakult ki. Ezt a programozási nyelvet előszeretettel alkalmazzák, azok, akik a gépközeli programozást szeretik.
1.3.3.4. Grafikus módszer A PC-én futó fejlesztői környezetben a különböző menük alatt, a kész grafikus szimbólumok felhasználásával készíthető el a PLC program. Az így elkészített program nem hasonlít a számítógépes programozási nyelvekre, ezért az ilyen programozási nyelvek egyediek, kimondottan PLC- re jellemzőek. A szabvány háromféle grafikus rendszerű nyelvet definiál.
1.3.3.5. Létradiagramos programozási nyelv A létradiagramos programozás (Ladder Diagram, LD vagy LAD) a megrajzolt áramúttervből, amely hasonlít egy kapcsolási rajzhoz a fejlesztő szoftver automatikusan lefordítja gépi kódra, amit a CPU végre tud hajtani. Ezzel a programozási nyelvel, könnyen végig követhetjük a programunkat és az esetleges hibákat gyorsan feltárhatjuk, ezért a legnépszerűbb programozási nyelvek közé tartozik. A létradiagramos programozást olyan szakemberek alkalmazzák előszeretettel, akik tisztában vannak az áramútrajz készítés szabályaival. A LAD elemei: huzalozás, csatlakozók, logikai kimenetek (Merker, Output, Flag), időzítők-számlálók; különleges elemek (léptetőregiszterek).
1.3.3.6. Funkcióblokk diagram (Function Block Diagram-FBD) A huzalozott technikából jól ismert SSI-kismértékben integrált, ill. az MSI-közepes mértékben integrált áramköröket megvalósító szimbólumokat alkalmazzák. Az SSI áramköröket megvalósító FB-k a logikai kapuk, ÉS, NAND, VAGY, NOR, EXOR. Az MSI áramköri elemek a kódolók, számlálók. Ez a módszer hasonló a létradiagramos programozáshoz csak annyiban tér el a kettő egymástól, hogy itt a relék és nyomógombok
18
helyett a digitális technikából jól ismert szimbólumokat, szabványos jelöléseket (dobozokat) használjuk.
1.3.3.7. Sorrendi folyamatábrás programozás A sorendi folyamatok leírására alkalmas Grafcet 1988-ban közétették az IEC 848 sz. nemzetközi szabványban. Az IEC 61131-3 sz. nemzetközi szabvány az IEC 848-at beintegrálta, és így született meg a sorrendi funkció ábra (Sequential Flow Chart) az SFC. A számítástechnikából jól ismert folyamatábra alapján dolgozták ki. Ilyenkor az ipari technológiák menetéről egy vezérlési folyamat ábrát készítenek. A feladat végrehajtása lépésről-lépésre történik és csak az aktuális lépés (STEP) aktív. Kiválóan alkalmazható szakaszos (batch) technológiák automatizálására. Az SFC program fontos jellemzője, hogy a kész program letöltése előtt, átgenerálják LAD, FBD, IL, ST nyelvre. Hátránya, hogy sokkal nagyobb helyett foglal el a PLC memóriájában, mint a LAD nyelven történő programok. Ezért ha olyan programot készítünk, ami könnyen megvalósítható létrában, akkor célszerű azt választani, hiszen lehet, hogy tárbővítést kell végrehajtani MMC (Multimedia Card) memóriakártya alkalmazásával, amely növelheti a beruházási költségeket.
1.3.4. A Simatic S7-300 PLC legfontosabb jellemzői
gyors működés, kis helyigény, nagy a modulválaszték, így jól megoldott a moduláris bővíthetőség, jól alkalmazható ipari környezetben (poros, nedve, fagypont alatti működés), nagyfokú nyitottság: szabványos (ipari Ethernet, Process Field Bus, AS-I) és egyedi kommunikációs lehetőségekkel, sajnos a fejlesztői program családot csak drága pénzért lehet beszerezni, programozás a Step7 programcsomaggal történik, szoftver csomag lehetővé teszi, hogy az üzembe helyezés előtt a programunkat teszteljük és az esetleges hibákat javítsuk, kész, integrált kommunikációs, HMI és szoftveres redundanciafunkciók, egyszerű üzembe helyezés.
19
12. ábra S7-300 PLC külső megjelenése és felépítése (forrás: [3])
A PLC- k külső felépítése megegyezik a programozáskor a hardver konfigurációval.
1.3.4.1. Az S7-300 legfontosabb építő elemei: 1. Profilsín vagy szerelősín (mounting rail). Hardverben és a szoftverben is erre a sínre helyezik fel a modulokat. a) Egysoros elrendezésnél az alábbi szabályokat kell betartani: max. 8 modul csatlakoztatható (SM), A teljes áramfelvétel a hátlapi buszról történik, ami soronként max. 1.2 A lehet.
13. ábra Egysoros elrendezés (forrás: [3])
b) Többsoros elrendezés szabálya: Az első kártya: tápegység PS, a második kártya: CPU, a harmadik kártya: interfész modul IM. Egy sor max 8db modulból állhat. Az interfész modul mindig az első jelfeldolgozó előtt kell lennie. A teljes áramfelvétel itt is soronként max.1.2A lehet.
20
14. ábra Többsoros elrendezés (forrás: [3])
2. Az első modul a PS=Power Supply (tápegység), amely előállítja az áramkörök működéséhez szükséges 24 VDC feszültséget. Tervezéskor figyelembe kell venni a teljes áramfelvételt. A hálózati tápokhoz hasonlóan itt is találunk egy hálózati feszültség kapcsolót, amit érdemes üzemeltetés előtt ellenőrizni. 3.
A második modul a CPU, amin van egy CPU üzem állapot kapcsoló és egy PLC állapotjelző LED sor.
a) A CPU üzem állapot kapcsoló, amit a programozó szoftverben is figyelni kell a program szimulációjakor, hogy a megfelelő állásban legyen. Négy állapota lehetséges: RUN-P: program futtatható és módosítható (az újabb PLC-knél már eltűnt ez az opció , mert beolvadt a RUN-ba). RUN: program futtatható, de nem módosítható (ha nincs RUN-P üzemmód, akkor módosítható a program). Stop: a program leállítása. MRES: teljes törlés (ilyenkor a felhasználói program tárat töröljük), a kapcsoló véletlen tekerés ellen van ellátva. b) A PLC állapotjelző LED sor, amelynek fontos szerepe van, hiszen a CPU állapotáról ad felvilágosítást. A LED-ek jelentésével jó tisztában lenni, mivel üzembe helyezéskor, valamint a CPU törlésekor is nagy szerepe van. Ezért összefoglaltam egy táblázatba.
21
LED
JELENTÉS
MŰKÖDÉS
SF
System fault
Hardver- vagy szoftver hiba
BATF
Battery fault
Akkumlátor hiba
DC5V
DC 5V Ready
5V rendben
FRCE
Force
Force aktív
RUN
RUN
A CPU működik, ha fut a program 2Hz-es, álló helyzetben 0,5Hz-es villogás
STOP
Stop
A CPU áll, teljes törlésnél 0,5Hz-en, azt követően 2Hz-en villog
BUSF
Bus fault
Busz hiba
4. táblázat A PLC állapot- és hibajelző LED-ek (forrás:[3])
A felhasználó programtár törlése: Step7 programmal, CPU üzemmód választó kapcsolóval. SORREND
VÉGREHAJTANDÓ FELADAT
1
Állítsuk az üzemmód választó kapcsolót a STOP állásba
2
Az üzemmód kapcsolót kapcsoljuk MRES állásba, addig amíg a STOP LED folyamatosan nem világít. Ezután engedjük el a kapcsolót a STOP állásba.
3
3 másodpercen belül ismét kapcsoljuk vissza a kapcsolót a MRES állásba, mind addig, amíg a STOP LED villogni nem kezd. Ilyenkor a CPU felhasználói tárja teljesen üres.
5. táblázat A CPU üzem állapot kapcsolóval való törlés lépései [7]
4. Az IM=Interface Module (interfész modul) feladata a bővítő síneken lévő kártyák összekapcsolása. Lásd a többsoros elrendezés ábrát. Az IM-modulon keresztül max.4db DP csatlakoztathatunk a PLC- hez. 5. SM=Signal Module (I/O, jelfeldolgozó modul) max. 8db, lehetnek digitális I/O vagy analóg I/O-k. a) DI=Digital Input (digitális bemenet) fogadják a kapcsolók, szenzorok, digitális jeladók jeleit. Készülnek 24VDC, ill. 120/230VAC kivitelben, és a csatornák száma: 8, 16, 24, 32, 64. b) DO=Digital Output (digitális kimenet), digitális kimenet vezérléssel lámpákat, reléken keresztül kismotorokat, mágnesszelepeket vezérelhetünk.
22
c) DI/DO, egy modul látja el a digitális be és kimeneti funkciót. d) AI=Analog Input (analóg bemenet), analóg jeladók jeleinek fogadása, ezek lehetnek feszültség szintek vagy áram szintek (hőelemek, termoelemek, nyomásmérők, PID-szabályzás). e) AO=Analog Output (analóg kimenet), analóg jelek kiadása ezek szintén lehetnek feszültség, ill. áramszintek. f) AI/AO egy modul látja el az analóg be- és kimenet funkcióját 6. FM=Function Module (funkcionális modul) időkritikus vagy nagymennyiségű memória
használatot
(pozicionálás,
igénylő
léptető-
jelfeldolgozási
szervómotorok
vezérlése,
feladatoknál
alkalmazzák
hőmérséklet-;
nyomás-;
szintszabályozás, PID –szabályozás, nagyon gyors és nagyon pontos funkciókra). 7. CP=Communication
Processor
(kommunikációs
processzor)
a
CPU
kommunikációs feladatainak megvalósítása.
1.3.5. Reed kapcsoló Egymást átfedő, ferromágneses anyagból (általában vas-nikkel ötvözet) készült érintkezőkből áll, amelyet konzolosan beforrasztanak. A zárt üvegcsövet speciális inert gázzal töltik fel, hogy az érintkezőket meg óvják a korróziótól, a nedvességtől, és a szennyeződésektől. A védőgáz összetétele: 97% nitrogén és 3% hidrogén. Az érintkezők nyugalmi állapotban nem érnek össze. Külső mágneses tér hatására az érintkezők átmágneseződnek (átfedő végek ellentétes mágneses polaritásúak lesznek), köztük vonzóerő ébred és egymáshoz kapcsolódnak. A külső mágneses hatás megszűnésekor az érintkezők újra nyugalmi állapotba kerülnek (nyitni fog). A Reed relék elektromágnessel és állandó mágnessel is egyaránt működtethetőek. Működési jellemzője: nagy érintkező nyomást biztosítanak, kis működtető erő mellett, hiszen a működtető nem áll közvetlen kapcsolatban az érintkezővel; gyors és pontos működésűek; hosszú élettartam; ha a külső mágneses mező 0,5 mT értéket meghaladja, akkor árnyékolásról gondoskodni kell. külső rezgések is működésbe hozhatják, pergés hajlam.
23
15. ábra Reed közelítéskapcsoló [2]
16. ábra Munkahengerekre szerelt Reed közelítéskapcsoló
17. ábra Reed közelítéskapcsoló elvi kapcsolási rajza [2]
Kiválóan alkalmas pneumatikus munkahengerek dugattyúpozíciójának érzékelésére. A munkahengerek elhelyezésekor figyeltem, hogy a munkahengerek közötti távolság nagyobb legyen, mint 60mm. Szereléskor találkoztam, olyan problémával, hogy a szenzor nem szolgáltatott jelet, amit a szenzor pozíció változtatásával tudtam orvosolni. Ha a munkahenger az érzékelő előtt van, akkor a kapcsolási állapotot jelző dióda világit.
24
18. ábra Érzékelők elhelyezése a bistabil munkahengereken
1.3.6. Érintőképernyős kezelőpanel (HMI-Human Machine Interface) Ma már nélkülözhetetlen részét képezik az ipari folyamatok automatizálásban. A kezelőterminálok még a bonyolult termelési folyamatok esetén is biztosítják az ember és a gép közötti áttekinthető és biztonságos kommunikációt. Az automatizált folyamat grafikusan megjeleníthető, és igen látványosan animálható, ami a kezelő személy számára megkönnyíti a folyamat nyomon követését. A kezelő személy a terepi szinten lévő beavatkozók és érzékelők üzemi állapotáról információt kap, a mérési adatokat könnyen leolvashatja (és tárolhatóak), az esetleges hibajelzéseket (Alarmok, amelyek lehetnek grafikusak vagy szövegesek) észlelheti és hamarabb javíthatja őket, hogy a termelés a lehető legkevesebb ideig álljon. A HMI kezelő panel elhelyezésénél figyelembe kell venni az ergonómiai irányelveket. A programozásához a Simatic WinCC Flexible szoftver szükséges, amelyből kiválaszthatjuk a feladathoz a legmegfelelőbb panelt. A HMI egységek választéka igen nagy, a néhány karakteres kijelzőtől (OP7), a monokróm pontmátrix (OP77), monokróm nagy felbontású, és a színes nagy felbontású kijelzőkig terjed.
25
A HMI panelek működési elvük alapján lehetnek: rezisztív érintő képernyős A nevéből következik, hogy két rétegből áll, egy vezető és egy szigetelő rétegből. A két réteg közé elektromos áramot vezetnek. Amikor a kezelő megérinti, a panelt az áram megszakad, és az elektronika érzékeli az X és Y koordinátákat. A használathoz nem kell speciális ceruza. Ezzel a technikával olcsón, nagy felbontású kezelő panelok is készíthetőek. kapacitív érintő képernyős Az ilyen típusú képernyőt nem kell nyomni, hanem elég csak érinteni, hiszen az elektromos töltést érzékeli, ezért csak olyan munka állomásokon alkalmazható ahol a kezelő nem kesztyűben dolgozik. Több ponton is képes érzékelni, ezért alkalmas multitouchra. infra (optikai) érintő képernyős, az infra adó, és vevő sugár útját, az érintéskor megszakítjuk, ezt az elektronika érzékeli és képes meghatározni a megnyomás pontos koordinátáit. Kültéri alkalmazásra nem ajánlott, hiszen a napsütés befolyásolja a működést, és a nagy pontosságot igénylő grafikai alkalmazásnál sem előnyős. A panel kiválasztásánál érdemes figyelembe venni a következőket: Környezeti fényerő, ami nagyban befolyásolja a kezelő panel láthatóságát, Elektromágneses szennyezés, ilyenkor a kezelőpanelt meg kell védeni a külső elektromágneses szennyezéstől. Ez történhet árnyékolással, fémházas kivitel alkalmazása, földhurok mentesítéssel, és a tápoldalon A; B osztályú szűrővel. Hőmérséklet, a külső környezet hőmérséklete ahol használni fogják a panelt. Az általános panelek hőmérsékleti tartománya a : 0-50 celsius közé esik. IP védettségi fok figyelembe vétele, ezt általában csak akkor érdemes figyelni, ha teljesen vízálló kivitelt szeretnénk alkalmazni, mert a hagyományos panelek IP 65 kivitelben készülnek. Az IP védettségi fokozatnál az első szám a szilárd idegen testek behatolása elleni védelemre (0-6) a második szám a víz behatolása elleni védelemre utal (0-8 . Tehát az IP65 por behatolása ellen védet (teljesen védet), és a bármely irányból érkező vízsugártól védett kivitelt jelent. robbanás biztos kivitelt kell alkalmazni vagy sem. illeszthetőség, tehát a PLC és a kiválasztott HMI eszköz min fog kommunikálni egymással ( Profibus, Modbus, MPI, Ethernet, USB stb). milyen információt akarunk megjeleníteni a kezelő panelon (grafikus vagy szöveges).
26
Trendkezelés figyelembe vétele (mennyi trend definiálható az egész alkalmazás során, a menteni kívánt adatok elférnek -e a memóriájában). receptúrakezelés alarmok kezelése, mennyi alarmot tud kezelni, naplózás és nyugtázási lehetőségek. többnyelvűség, így a feliratok, az alarmok több nyelven megjeleníthetőek, de ügyelni kell, hogy a szöveg más-más nyelven különböző hosszúságúak lehetnek. Az esetleges fordításokat ellenőrizni kell, hogy ténylegesen azt jelentse, amit kell (ne legyenek fordításból származó félreértések). Web és FTP szerver, szükség van–e arra, hogy a panelt távolról elérhető legyen, és az esetleges adatok elmentésére egy FTP szervere. multimédia, ilyenkor az alarmokhoz hang effektusokat rendelhetőek pl: duda. A karbantartási folyamatokat segítő tömörített videók csatolhatóak. Az estleges hiba bekövetkezésekor képes küldeni e-mailt vagy SMS-t a megfelelő személynek. nehézipari szempontok, az előírt szabványoknak megfeleljen, robosztus, ellenálló legyen a külső környezettel szemben, és a legfontosabb szempont, hogy hosszú élettartalmú legyen. könnyűipari szempontok PLC- s üzemmód terminál kivitelek, beépíthető vagy mobilis legyen. desing, kezelhetőség
2.
Az elektromos összekötés
Az elektromos összekötés előtt készítettem egy blokkvázlatot, amely tartalmazza az összes felhasznált bemenetet-kimenetet. A Q 124.6 és 124.7 kimeneteket is felhasználtam, igaz most nincs rá szükség, hiszen az A, és B munkahengerek vezérlésére egyoldali mágnesesvezérlésű útszelepeket alkalmaztam (azaz, monostabil típusúak). De ha a közeljövőben kicserélésre kerülnek az útszelepek, akkor a kész programot nem kell kibővíteni. A programok is ennek megfelelően lettek írva, ennek okáért használtam beíró, ill. törlő tekercseket a kimenetek vezérlésére.
27
19. ábra Az oktató állomás PLC- s vezérlésének blokkvázlata
Az oktató rendszer PLC-s vezérlésének blokkvázlata alapján készült el a Simatic Managerben a rendszer hardver felépítése, ill. a szimbólum táblázat. A hardver felépítés, és a szimbólum táblázat a mellékletben található [11; 12]. A munkahengerek dugattyúpozíció érzékelése a munkahengerekre szerelt Reed relékkel történik. A pozícióérzékelők kábeleire a kapcsolási rajzon lévő jelölések kerültek fel: ABÉ: A munkahenger alaphelyzet érzékelése; AKÉ: A munkahenger kint érzékelése; BBÉ: B munkahenger alaphelyzet érzékelése; BKÉ: B munkahenger kint érzékelése; CBÉ: C alaphelyzet érzékelése; CKÉ: C munkahenger kint érzékelése; DBÉ: D munkahenger alaphelyzet érzékelése; DKÉ: D munkahenger kint érzékelése. Az elképzelés az volt, hogy a Touch Panelon elhelyezett nyomógombok segítségével választhatunk a különböző feladatok közül. De én arra is gondoltam hogyha, esetleg az operátori kezelőpanel leszerelésre kerül, akkor is működő képes legyen az oktató rendszer. Ebben az esetben a kapcsolók segítségével választhatjuk ki a futtatni kívánt programot. A megvalósított feladatokból következi, hogy az első, a második, és az ötödik feladat kézi-auto programjai közül választhatunk.
28
Az oktató rendszer PLC-s vezérlésének elektromos és pneumatikus kapcsolási rajza a mellékletben található [1; 2]. Törekedtem arra, hogy a PLC és a technológia lehetőleg külön legyen megtáplálva. A pneumatikus
munkahengerek
vezérlésére
használt
elektromágneses
szelepeket,
a
munkahengereken található Reed közelítéskapcsolókat, és a nyomógombokat, kapcsolókat külön tápláltam meg a Festo cég által gyártott Festo Didactic tápegységgel (24V, 5A). A PLC tápegységet a burkolaton látható szabványos jelöléseknek megfelelően a hálózatra kötöttem, majd a terminálok részére fenntartott 24V DC feszültséget felhasználtam a Touch Panel megtáplálására.
20. ábra PS 307 5A tápegység bekötési rajza [6]
A PLC DI16/DO16 kártyát, az adttáblájának specifikációja szerint kötöttem be, amelyet a technológiáról (Festo Didactic tápegység) tápláltam meg.
21. ábra DI16/DO16 bekötési rajza [6]
A sorkapocsba előre elvégeztem a tápfeszültség bekötést, figyelve azért a szabványos színjelölésre (piros a + 24V, a kék, amit itt lilával helyettesítettem a 0V, a banándugós összekötéseknél is törekedtem a színek nem összekeverésére. A piros +24V, a kék a 0V).
29
22. ábra Tápfeszültség áthidalás elkészítése
A munkahenger állomás moduláris elemekből épül fel, amelyek összekapcsolását banándugók segítségével oldottam meg. Külön modul van a vészleállító, a nyomógombok, a jelzőlámpák, kapcsolók és a portok számára. A portokra kötöttem a munkahengerek dugattyúpozíció érzékelőit, a munkahengereket vezérlő elektromágneses szelepeket, a nyomógombokat, kapcsolókat és a vészleállítót. A munkahengerek pozícióját érzékelő Reed közelítéskapcsolók banándugóit, (ami az elvi kapcsolásból láttam, hogy három kivezetése van) a port modulba kötöttem úgy, hogy a piros vezeték a +24V, a fekete vezeték maga a megfelelő sorszámú portba, a kék pedig a 0V–ra csatlakoztattam. A PLC program írásakor a munkahengereket a logikai eggyel vezéreltem, ezért az elektromágneses szelepek vezérlő banándugóit, ebből kifolyólag a barnát a megfelelő sorszámú portba, a kéket a 0V–ra kötöttem (ha a kéket a +24V–ra kötöttem volna, akkor pontosan fordítva működtette volna a munkahengereket). Összesen 4db port van, amelyek egy speciális Festo adatkábel (Centronics 24pin lengő csatlakozóval rendelkezett) segítségével egy port összegyűjtő modulra csatlakozott. A modult kiegészítettem egy port szétválasztó modullal, hogy a diáktársaim a közeljövőben könnyebben tudják használni, majd a gyakorlatok során.
23. ábra Port szétválasztó modul
A port szétválasztó modulon külön sorkapcsokba vezettem a különböző portokat (és megfelelő felírttal láttam el őket, P1; P2; P3; P4), így az egyes feladatok megoldása, ill. az esetleges hibák feltárás sokkal könnyebb lesz (és könnyebb is volt). A Festo adatkábel bármelyik portra csatlakoztathatóak, és a feliratozásnak köszönhetőek jól nyomon követhetőek. A sorkapocsból a portokat a feladatnak megfelelően a PLC megfelelő bemeneteire-kimeneteire kötöttem.
30
24. ábra D-SUB 37 PIN csatlakozó
A fel nem használt kivezetések sorszáma: 1; 18; 19; 20; 37. KIVEZETÉS SZÁMA
4 PORT
KIVEZETÉS SZÁMA
2 PORT
KIVEZETÉS SZÁMA
3 PORT
KIVEZETÉS SZÁMA
1 PORT
2 3 4 5 6 7 8 9
0 1 2 3 4 5 6 7
10 11 12 13 14 15 16 17
0 1 2 3 4 5 6 7
21 22 23 24 25 26 27 28
0 1 2 3 4 5 6 7
29 30 31 32 33 34 35 36
0 1 2 3 4 5 6 7
6. táblázat D-SUB 37 PIN lábkiosztása
A port szétválasztó modul forrasztási kapcsolási rajza a mellékletben: [10].
3.
Az oktatásban használható gyakorló feladatok
Ezek olyan egyszerű PLC feladatok, amelyek segítségével a tanulók megtanulhatják a különböző típusú munkahengerek vezérlését. Az oktató állomás úgy lett kialakítva, hogy az A, B, E munkahengerek monostabil, a C, D munkahengerek bistabil típusúak. A programok írásakor, ezért az A, B, E munkahengerek működtetésekor beíró tekercset (Set Coil), ill. törlő tekercset (Reset Coil) kell alkalmazni, ebből következik, hogy a vezérlésükre elég egy kimenetet használni. A többi munkahengerek esetén (C, D), viszont elegendő sima tekercsek alkalmazása is, mivel impulzusszelepek végzik a vezérlésüket. Ezért a műkötetésükhöz két kimenetet kell felhasználni, az egyik az egyik impulzusnak kell, ami a működtetéshez szükséges (kinyomás). A másik kimenet a másik impulzusnak kell, ami az alaphelyzetbe állításhoz használunk (benyomás). Ha így járunk el, akkor nagy figyelmet kell szentelni, arra hogy a tekercsekre egy időben ne érkezzen vezérlőimpulzus, amely hibás működést eredményezhetne. Ezeknek a hibáknak az elkerülése végett a gyakorlati feladatok megvalósítása esetén beíró, és törlő tekercseket használtam a munkahengerek működetéséhez.
31
Igaz így a programjaim picit hosszabbak lettek, de az esetleges hibák, figyelmetlenségek elkerülhetővé váltak. A PLC programozáskor az alapvető elemek felhasználásakor megismerkednek a szoftverben található elemek működésével, alkalmazásával. Az utolsó feladat megvalósítása már egy egyszerűbb bélyegző berendezés programozása, amelyet ki kell egészíteni a mai gépek nélkülözhetetlen részét képező hibakezelés funkcióval. A hibajelzés csak a kezelő terminálról történő vezérlés esetén működik. A megvalósított programok elkészítése után a programban felhasznált elemeket fizikailag is meg kell valósítaniuk, így a gyakorlatban is megismerkednek a PLC bekötésével, az elkészült programok installálásával, tesztelésével.
3.1.
Az első oktató feladat
Az ábrán látható gyártósor modell automatizálása, bistabil és monostabil munkahengerek segítségével. A munkadarabokat az A pontból el kell juttatni az E pontba az A, B, C, D pneumatikus munkahengerek segítségével, úgy hogy addig ne érkezzen meg újabb munkadarab az A pontba, amíg az előtte lévő munkadarab el nem éri az E pontot. Az A és a B munkahengerek monostabil a C és D munkahengerek bistabil típusúak.
25. ábra Anyagmozgató gyártósor modell felépítése
32
LÉPÉS 1 2 3 4 5
„A” munkahenger
1
„B” munkahenger
„C” munkahenger
1 1
1 1 1
„D” munkahenger 1 1 1 1
7. táblázat Az anyagmozgató gyártósor működési táblája
26. ábra Pneumatikus munkahengerek állapotdiagramja
A pneumatikus vezérléseket igen gyakran munkadiagramon (lépésdiagramon) adják meg, ezért ennek gyakorlása céljából én is felrajzoltam. A munkadiagram a munkahengerek meghatározott sorrendű dugattyúmozgásait tartalmazza.
27. ábra Gyártósor munkadiagramja
A munkadiagramot ki szokták egészíteni a vezérlő diagrammal, akkor az így kapott diagramot működési diagramnak nevezzük (lásd a mellékletben: [5]). Ennek a diagramnak az előnye, hogy az esetleges reteszelő jelenséget ki tudjuk szűrni.
33
Az anyagmozgató gyártósor programját létrában írtam meg, aminek működését a szakdolgozatom keretében részletezem. A gyakorlatban igen gyakran találkozhatunk más programozási nyelvekkel, ezért a mellékletben az anyagmozgató gyártósor programját, utasításlistás (STL), ill. sorrendi folyamatábrás (GRAPH) programozással is megoldottam (lásd: melléklet [5; 6]). Az anyagmozgató gyártósor megvalósítása létradiagramos programozással:
28. ábra Anyagmozgató gyártósor indítás hálózata
Az anyagmozgató gyártósor modell a „Start” ill. a Touch panelon lévő nyomógombbal, amihez az M 8.0 merkert rendeltem indítható. Az indításkor az M 0.0 és M 8.0 merkerek aktívvá az M 0.1 marker inaktívvá válik.
29. ábra Anyagmozgató leállítása
34
Ha „Stop” ill. a kezelő panelon lévő „Stop” gombot a kezelő működteti (amihez az M 8.1 merkert rendeltem), akkor az M 0.1; M 8.1 merkerek aktív állapotba kerülnek. A programban felhasznált összes merkert törlöm (M 0.0; M 0.2; M 0.3; M 0.4; M 0.5;), és a munkahengereket alaphelyzetbe állítom. Az alaphelyzetbe állítás a megfelelő kimenetek aktív (benyomás kimenetek aktívak: Q 124.4; Q124.5; Q124.6; Q124.5), ill. inaktív állapotba helyezéssel (töröljük az állapotukat: Q124.0; Q124.1; Q124.2; Q124.3) történik. Az anyagmozgató gyártósor modell megvalósításakor a munkahengerek vezérlését
a
kint
pozícióérzékelőinek figyelésével
oldottam
felfutó meg.
van él A
gyártósor elindítása megtörténik, akkor az alaphelyzetből elindul, és a
működési
táblázatnak
megfelelően a D munkahenger működtetése hajtódik végre először. Amikor D munkahenger eléri a kitolt állapotát, ezt érzékeli a „D kint” reed relé. Az érzékelő felfutó él hatására az M 0.7 sima tekercs egy PLC ciklusidőre aktívvá válik, 30. ábra Pozícióérzékelők felfutó él figyelése
amelynek hatására végrehajtódik a következő
lépés
fázisa
a
munkadarab mozgatása C-pontba.
31. ábra A munkadarab mozgatása a B pontba
Ha gyártósor elindítása megtörtént, akkor az M 0.0 merker aktív lesz és az összes munkahengeren elhelyezett alaphelyzet érzékelő jelei aktívak (D bent; C bent; B bent; A
35
bent), ekkor a következő lépés merkerébe egyet írunk M 0.2, és a működési táblának megfelelően a D munkahengert működtettem. Így a munkadarab elérkezett a B pontba.
32. ábra A munkadarab mozgatása a C pontba
Az M 0.2 merker, a D munkahenger kint pozícióérzékelője, a C, B, A munkahengerek alaphelyzet pozícióérzékelői aktívak, és a pozitív élfigyelés merkere (M 0.7) aktívvá válik, akkor a következő lépés merkerébe egyet írok M 0.3. Az előző lépés merkerét az M 0.2 törlöm, majd a működési táblának megfelelően a „C kinyom” kimenetet egybe állítom és a „C benyom” kimenetet törlöm, hogy véletlenül se okozzon a működésbe problémát. A munkadarabunk elérkezett a C pontba.
33. ábra A munkadarab mozgatása a D pontba
Az M 0.3 merker, a D, C munkahenger kint van pozícióérzékelőjük, a B, A munkahenger bent van reed relék jelei aktív, és a C munkahenger felfutó él figyelésének merkere (M 1.1) aktívvá válik, akkor az M 0.4 merkerbe egyet írok. Az előző lépés merkerét az M 0.2 merkert törlöm, és a működési táblának megfelelően a B munkahengert működtetem. A munkadarab a D pontba érkezik.
36
34. ábra A munkadarab mozgatása az E pontba
Az M 0.4 merker aktív és a D, C, B munkahengerek kint van reed relék jelei aktívak, az A munkahenger bent van reed relé jele aktív, és az élfigyelés merekere (M 1.3) aktívvá válik, akkor az A munkahengert működtetem. A munkadarab eléri a végállomást. Következhet a következő lépés, ami az alaphelyzetbe állítás lesz.
35. ábra Alaphelyzetbe állítás
Az M 0.5 merker aktív, az összes munkahenger kint van pozíció érzékelője aktív, és az élfigyelés merekere aktívvá válik, akkor az összes munkahengert alaphelyzetbe állítom (D, C, B, A benyomás kimenetek aktívak, és a D, C, B, A kinyomás kimeneteket törlöm), így érkezhet a következő munkadarab az A pontba. Az anyagmozgató gyártósor folyamata folytatódik elölről.
37
3.2.
A második oktató feladat
Egy 4 bites bináris előre számlálót készítettem, amit a Start nyomógomb megnyomásával indíthatunk el, és a számlálás ciklikusan folytatódik, majd elölről. A Stop nyomógomb megnyomásával az előre számlálás bármikor megállítható (törli a számlálót). Az A munkahengert választottam a legnagyobb, a D munkahengert, pedig a legkisebb helyértékűnek vettem fel. Ennek alapján készítettem el a feladat működési táblázatát. „A”
„B”
„C”
„D”
I.
munkahenger
munkahenger
munkahenger
munkahenger
DEC.
1
0
0
0
0
0
2
0
0
0
1
1
3
0
0
1
0
2
4
0
0
1
1
3
5
0
1
0
0
4
6
0
1
0
1
5
7
0
1
1
0
6
8
0
1
1
1
7
9
1
0
0
0
8
10
1
0
0
1
9
11
1
0
1
0
10
12
1
0
1
1
11
13
1
1
0
0
12
14
1
1
0
1
13
15
1
1
1
0
14
16
1
1
1
1
15
8. táblázat Négy bites előre számláló működési táblázata
A négy bites előre számláló programja: A program írásakor a munkahengereket lépésenként az állapotdiagram alapján vezéreltem, ezért a dolgozatban csak néhány lépést részletezek, de a teljes program a mellékletben a CD található.
38
36. ábra A négy bites előre számláló indító programja
A négy bites előre számláló modell a „Start” (I 124.0) ill. a Touch panelon lévő nyomógombbal, amihez az M 8.6 merkert rendeltem indítható. Ekkor az M 2.0 és M 8.6 merkerekbe beírok logikai egyet, és közben az M 2.1 merkert törlöm.
37. ábra A négy bites előre számláló leállítása
Ha a Stop (I 124.0) vagy a kezelőpanelon lévő Stop (M 8.7) gombot a kezelő működteti, akkor az M 2.1; M 8.7 merkerekbe egyet írok. A programban felhasznált összes merkert törlöm, és a munkahengereket A, B, C, D alaphelyzetbe állítom. Az alaphelyzetbe állítás a megfelelő kimenetek aktiválásával történik (benyomás kimenetek aktívak: Q 124.4; Q124.5; Q124.6; Q124.5). A többi kimenet inaktívak (töröljük az állapotukat: Q124.0; Q124.1; Q124.2; Q124.3) állapotúak.
39
38. ábra A bináris egy szerinti működtetés
A Network 3: a működési táblában az első lépés, ilyenkor az összes munkahenger alaphelyzetben van. Amikor az M 2.0 merker egy lesz, az jelenti, hogy érintőképernyős panelon a Start nyomógombbal, vagy az I 124.0 kötött Start nyomógombbal a kettes feladatot elindítottuk, akkor (a pneumatikus munkahengerek bent pozícióérzékelői is aktívak) a D munkahengert működtettem, és beírtam a következő lépés merkerébe (M 2.2), így eljutottam a kettes lépéshez, a Network 4-hez.
39. ábra A bináris kettő szerinti működtetés
Az M 2.2 aktív a D munkahenger kint van, ezért a D kint pozícióérzékelője aktív, és a többi munkahengerek bent pozícióérzékelőjük aktívak, akkor következhet a működési táblázatból a következő lépés. A D munkahengert alaphelyzetbe állítottam (Q 124.4), és a C munkahengert működtetem (Q 124.1), és ezekkel a lépésekkel egyszerre aktíválom a következő lépést (M 2.3), és törlöm az M 2.2 merkert. A lépéseket tovább folytatva készült el a kész program.
40
3.3.
A harmadik oktató feladat
Figyelembe véve, hogy az ipari automatizálási folyamatok elengedhetetlen részét képezik az operátori kezelő felületek, ezért ebben a feladatban a felhasználó az érintőképernyőn található IO Field objektum segítségével beviheti, hogy a D munkahengert hányszor szeretné egymás után működtetni. Ha
a
felhasználó
a
kezelőpanel segítségével megadta,
hogy
munkahengert szeretné
a
D
hányszor
működtetni,
akkor a Start (I 124.0) ill. az
operátori
kezelő
felületen található Start
40. ábra Indítás
nyomógombbal (M 9.0) indíthatja a munkahenger működtetését. Ekkor az M 10.0 és az M 9.0 merkerekbe egyet írok, és az M 10.1 és az M 10.4 merkereket törlöm.
41. ábra D munkahenger működtetésének leállítása
Ha a Stop (I 124.1), ill. a kezelőpanelon lévő Stop (M 9.1) gombot a kezelő működteti, akkor a Start merkereit (M 10.0; M 9.0), és a többi felhasznált merkereket (M 10.2; M 10.3;) törli. Ezzel egy időben az alaphelyzet merkereibe egyet írok (M 9.1; M 10.1; M 10.4).
41
42. ábra D munkahenger működtetője
A Network 3: elinduláskor a D munkahenger alaphelyzet érzékelője aktív. Amikor a Start ( I 124.0) vagy a terminálon lévő Start nyomógombbal elindítottuk a rendszert, akkor az M 10.0 merkerbe beírtunk egyet. Az M 10.0 merker felfutó él hatására a számláló (C 50) kimenete aktív állapotba kerül, tehát egy lesz. Ezt az egyet felhasználtam a munkahenger működtetésére. Ha M 10.3 merker aktív, akkor a D munkahengert működtető kimenetet aktíválom.
A
munkahengert
addig
működtetjük,
amíg
munkahenger
kint
van
pozícióérzékelője aktív nem lesz. Ha aktív állapotú lesz, akkor törli a felfelé számlálót, és a törlés következtében a számláló kimenete nulla lesz, aminek a hatására a munkahengert alaphelyzetbe állítja (a Reset bemenet nem élvezérelt). Végül is a számláló értékét a nulla, ill. egy értékét veszi fel a pozícióérzékelők függvényében, és ez működteti a munkahengert. A számláló addig végzi a D munkahenger működtetését, amíg a Network 8-ban lévő komparátor kimenet nulla, ha egy lesz (M1 0.2), akkor az M 10.2 merker törli a számlálót. Ez azt jelenti, hogy a pneumatikus munkahengert annyiszor működtettük, ahányszor a felhasználó szerette volna.
42
43. ábra D munkahenger működtetésének számolása
Network 6: a D munkahengeren elhelyezett Reed közelítéskapcsoló felfutó él hatására (érzékeli a munkahenger kinyomását), a C 51-es felfelé számláló aktuális értékét növeli eggyel, tehát a számláló aktuális értéke megegyezik a D munkahenger működtetés számával. A felfelé számláló pillanatnyi értékét (MW 122), a Network 8-ban lévő komparátor a felhasználó által beírt számmal (MW 124) összehasonlítja. Amikor a két szám egyenlő, akkor a komparátor kimenete egye lesz (M 10.2), és ekkor törli a D munkahengert működtető (C 50) számlálót, és beállítja az alapállapotot (Network 8: M 9.1; M 10.1; M 10.4 merkerekbe egyet ír; a többi merkert törli). Várja a kezelő által beírt működtetési számot, majd a Start nyomógombgomb megnyomásával, újra indíthatja a feladatot.
44. ábra Start nyomógomb felfutó él figyelése
A Start nyomógombok megnyomásakor keletkező felfutó élt felhasználom a munkahenger működtetését számláló, előre számláló törlésére (C 51).
43
45. ábra Összehasonlítás a működtetett és a működtetni kívánt számmal
46. ábra Alaphelyzetbe állítás
3.4.
Negyedik oktató feladat
Egy 5 bites decimális-bináris kódolót készítettem. A felhasználó a Touch panelon található decimális szám beviteli IO Field objektum felületre lép, ezután beírja azt a számot, amelyiknek szeretné tudni a bináris megfelelőjét, de ez max. 31 lehet, mert 5 biten ez a maximális szám. A kereset szám bináris megfelelője alapján vezérli a munkahengereket. Az ellenőrzés érdekében a bináris (IO Field objektum) felirat mellett is kiírja a keresett szám bináris megfelelőjét. A feladat megoldásakor azt gondoltam végig, hogy egy decimális (tízes) számot, hogyan állítok át bináris (kettes) számmá. pl.: 11 A decimális számot (pl.:11) elosztom kettővel, az eredményt a szám alá, a maradékot (1 vagy 0) pedig mellé írom. Ez a maradék a legkisebb helyértékű bit lesz. Ezután a hányadost ismét elosztom kettővel ez lesz a
44
következő helyértékű, és így tovább, mind addig, amíg az eredmény 0 nem lesz.
47. ábra Működés közben a kezelőpanel
48. ábra Működtetés elve egy bitre
A felhasználó beírja a decimális számot, amihez a 4 _f_dec_beolvasása Tag-et rendeltem, ez beíródik, az MW 60-ba. Ezt a számot osztom kettővel az eredményt a következő helyérték osztójára vezetem, ill. meg szorzom vissza kettővel. A kapott eredményt egy komparátorral összehasonlítom a beírt számmal, ha a két szám megegyezik a komparátor kimenete 1 lesz. Ez azt jelenti, hogy az osztáskor nem keletkezett maradék, tehát ennek a bitnek az értékének nullának kell lennie. Tehát a legkisebb helyértékű munkahengert („E”) nem kell működtetni, ez azt jelenti, hogy a munkahengereket a komparátor kimenetének negáltjával kell vezérelni. Ennek alapján készítettem először egy működési tömbvázlatot, ami nagy segítséget jelentett a program megírásakor.
45
49. ábra Működési tömbvázlat
A működési tömbvázlat alapján kezdtem el a program megírásához.
50. ábra Decimális-bináris kódoló indítása
46
Ha a felhasználó a kezelőpanel segítségével megadta a decimális számot, amelynek szeretné tudni a bináris megfelelőjét, akkor a Start (I 124.0), ill. az operátori kezelő felületen található Start nyomógombbal (M 9.2) indíthatja a decimális-bináris átalakítást. Ekkor az M 20.0 és az M 9.2 merkerekbe egyet írok, és az M 20.1 és az M 20.7 merkereket törlöm.
51. ábra Számlálás engedélyezése
Network 3: Itt oldottam meg, hogyha a felhasználó megnyomja a Stop gombot, akkor a C 60 előre számlálót törli (merker word 58 értéke nulla lesz). A nullával való szorzás nulla lesz ezért az összes munkahengert visszahúzza az alaphelyzetbe, ennélfogva a leállítás hálózatában elegendő csak az indítási merkereket törölni (törlöm az M 20.0, M 9.2, és beírok az M 20.1, M20.7, M 9.3), ill. beírni. Ha a rendszert nem állítja meg a felhasználó, akkor a számláló aktuális értéke egy lesz, és a beolvasott szám értékét sem változtatja meg. Így meg lett különböztetve a nulla szám konverziója, ill. az átalakítás megállítása.
52. ábra Leállítás figyelése
Network 4: A kezelőpanelról beolvasott számot (MW 60) összeszoroztam a számláló kimeneti értékével (MW 58), ha az eredmény (MW 56) megegyezik a beolvasott számmal, akkor nem történt megállítás.
47
53. ábra Legkisebb helyérték számítása
Network 5: a tömbvázlatból következik az első lépés. A beolvasott számot osztom kettővel, ezt az eredményt (MW 62) felhasználtam a következő helyérték előállításánál is.
54. ábra Maradék számítása
Network 6: az osztással kapott eredményt (MW 62) visszaszorzom kettővel.
55. ábra Maradék ellenőrzése
Network 7: a visszaszorzott eredményt (MW 64) egy komparátor segítségével összehasonlítom a beírt számmal (MW 60), ha a két szám megegyezik, akkor a komparátor a kimenete aktívvá válik, ez azt jelenti, hogy az osztás maradék nélküli volt. Ekkor az E munkahengernek bent kell lennie, mert a legkisebb helyértékű bitnek nullának kell lennie. A következő helyértékek előállítása is ugyan így történt, a Network 8-9-10: 12-13:
; a Network 14-15-15
; a Network 11-
a Network 17-18-19:
48
56. ábra E munkahenger működtetése
A Network 20 a legkisebb helyértéknek megfelelő (E) munkahenger működtetését végzi. Amikor a komparátor kimenete, amihez az M 30.2 merkert rendeltem és az M 20.7 merker értéke iníktív, akkor a sima tekercsen lévő E munkahenger működik. Mivel az E pneumatikus munkahenger monostabil típusú, ezért itt elgendő volt sima tekercset alkalmazni.
57. ábra D munkahenger működtetése
A Network 10-ben realizált komparátor kimenetéhez az M 30.3 merkert rendeltem. A Network 21-22 a
helyértéknek megfelelő (D) munkahenger működtetését végzi. Ha a
komparátor kimenete aktív, akkor a munkahengert alaphelyzetbe állítom, ha inaktív, akkor működtetem. A kezdő merkereket nem itt állítotom be, mert van még (hálózat) számolandó helyérték.
49
58. ábra A munkahenger működtetése
A Network 27-26: a legnagyobb helyértéknek megfelelő (A) munkahenger működtetését végzi. A Network 19-ben megvalósított komparátor kimenetéhez az M 30.6 merkert rendeltem, aminek hatására történik a munkahenger vezérlése. Ha a komparátor kimenete aktív (M 30.6), akkor az A munkahengert alaphelyzetbe állítom, ha pedig inaktív (M 30.6), akkor az A munkahengert működtettem. Mivel ez az utolsó hálózat, és a folyamat folytatódik elölről, ezért az M 20.0 merkerbe eggyet írok, és az M 20.1 merkert törlöm. Eztután a berendezés várja a következő átalakítandó számot, ha megtörténik a beírás, akkor a munkahengereket a bináris kódnak megfelelően vezérli. A teljes decimális-bináris kódoló programja a mellékletben: [8]. A feladat egyszerűbben is megoldható lenne, csak monostabil munkahengerek használatával, hiszen akkor a munkahengerek kimeneteinek a vezérlésének a kiosztásását a merker baytehoz (QB 124), igazítanánk (Q 124.0→E…Q 124.4→A). Így elegendő lenne egy Move blokk használata, aminek a bemenetére kötnénk az operátori panelről beolvasott szám értékét, a
50
kimenetére pedig a kimeneti bayte-ot (QB 124). A Move blokk átmásolja a beolvasott számot a QB124 kimeneti bayte-ba.
3.5.
Ötödik oktató feladat
Az ötödik oktató feladat egy bélyegző berendezés vezérlésének készítése. A bélyegző berendezés működésének lépései: 1. lépés (mozgatás): a Start nyomógomb megnyomására az A munkahenger a munkadarabot az A pontból elmozdítja a B pontba, ahol a bélyegzés történik; 2. lépés (megfogás): a munkadarab a B pontban van, ekkor az A, és D munkahengerek ráfognak a munkadarabra, hogy a bélyegzés megfelelő minőségben készüljön el. 3. lépés (bélyegzés): a megfogástól számított négy másodperces késleltetés után, az E munkahengert működtetve megtörténik a bélyegzés. A bélyeg rányomása a munkadarabra öt másodpercig tart. 4.
lépés (elengedés): a bélyegzés elvégzése után négy másodperces késleltetés után a D munkahenger visszaáll az alaphelyzetbe.
5. lépés (mozgatás): a D munkahenger alaphelyzetbe érkezésekor, a B munkahenger a munkadarabot a C pontba juttatja. 6. lépés (mozgatás): amikor a munkadarab a C pontba érkezik, akkor a C munkahenger eljuttatja a D pontba a kész munkadarabot. 7. lépés: alaphelyzetbe állítás, ilyenkor az összes munkahenger alaphelyzetben van, és a folyamat folytatódik elölről.
59. ábra Bélyegzőgép modellje
51
LÉPÉS 1 2 3 4 5 6 7
A munkahenger 1 1 1 1 1 1
B munkahenger
1 1
C munkahenger
D munkahenger
E munkahenger
1 1 1
1
1
9. táblázat Bélyegző berendezés működési táblája
60. ábra Bélyegző berendezés munkadiagramja
A bélyegző berendezés realizálása létradiagramos programozással:
61. ábra Bélyegző berendezés indítása
52
A bélyegző berendezés indítható a kezelő terminál segítségével vagy a kapcsolók működtetésével. Az operátori panelről való indítás, csak akkor lehetséges, ha a kézi kapcsolós indítási feltételek inaktívak. Először a kezelőnek választania kell az üzemmódok (kézi/auto) közül, ezután jelenik meg a kezelő terminálon a Start nyomógomb. Ekkor a kezelő a berendezést, indíthatja a Touch panelről vagy a kézi nyomógomb működtetésével. A bélyegző berendezés indítása kapcsolóval, csak akkor lehetséges, ha a kezelő az operátori panelen nem választott az üzemmódok közül. A kezelő a feladat választó kapcsolót átkapcsolja, majd hasonlóan az előzőhöz, kiválassza az üzemmódot a megfelelő kapcsoló átkapcsolásával. Ha ezeket végre hajtotta, akkor a gép indítható a kézi nyomógombbal.
62. ábra Start nyomógomb láthatósága
A második hálózatnak a kezelő terminálról történő indításkor van jelentősége. Az üzemmód választás után az M 45.2 merker aktívvá válik, amelynek hatására a kezelő terminálon a Start nyomógomb láthatóvá válik.
63. ábra Kapcsolóval történő indítás
A kapcsolóval történő kézi üzemmódban a Start nyomógomb működtetésével indítja a bélyegző berendezést, akkor az M 42.2 merker aktív állapotba kerül, amelyet majd csak a kezelő terminálon elhelyezett Stop, ill. a kézi Stop nyomógombbal helyezhetünk inaktív állapotba.
53
Ha a kezelő a kézi Stop nyomógombot (I 124.1), ill. a kezelő panelon lévő Stop gombot működteti (amihez az M 41.5 merkert rendeltem), akkor az M 40.3; M 40.1 merkerekbe egyet írok. A programban felhasznált összes merkert törlöm (M 40.0; M 40.2; M 40.4; M 40.5; M 40.6; M 40.7; M 41.2; M 41.4; M 42.2; M 45.2; M 41.1), és a munkahengereket A, B, C, D, E alaphelyzetbe állítom. Az alaphelyzetbe állítás a megfelelő
kimenetek
működtetésével
történik
(benyomás kimenetek aktívak: Q 124.4; Q 124.5; Q 124.6; Q 124.5). A többi kimenet inaktív (töröljük az állapotukat: Q 124.0; Q 124.1; Q 124.2; Q 124.3) állapotúak. A bélyegző berendezés kiegészül egy hibajelző blokkal is, amelynek a feladata az üzemszerű működés közben bekövetkező
(felkészült)
hibák
jelzése.
A
hiba
észlelésekor a gép működéséért felelős szubrutin (FC6) meg lesz szakítva. Ekkor a gép megáll abban a működési fázisában, ahol éppen tartott, és várja a hiba kijavítását. A hiba javítása után a gép várja a hibanyugtázását, ami a kezelő terminálon megjelenő Hibanyugtázó
nyomógombbal
hibanyugtázó
nyomógomb
végezhet
el.
működtetésével
A újra
meghívásra kerül a gép működésért felelős szubrutin (FC6), és a gépet alaphelyzetbe állítja.
64. ábra Bélyegző gép leállítása
65. ábra Az A munkahenger működtetése (mozgatás B-pontba)
54
Ha a berendezés indítása megtörténik, akkor az indításnak megfelelően az M 40.2 merker vagy az M 42.2 aktív állapotba kerül. A munkahengerek alaphelyzet pozícióérzékelőjük aktívak, és a működtetés pozícióérzékelőjük inaktívak, akkor a működési táblának megfelelően az A munkahengert működtetem. Ezt a lépés végrehajtást egy merkerel nyugtázom (M 40.4-be egyet írok). A munkadarab az A pontból eljutott a B pontba.
66. ábra Munkadarab számlálása, és a D munkahenger működtetése (megfogás fázisa)
A munkadarab elérkezett a B pontba, ezt a pozícióérzékelő jelzi, és az előző lépés merkerje aktív állapotának köszönhetően, a működési táblának megfelelően a következő lépés végrehajtódik. A lépés végrehajtást egy merkerel nyugtázom (M 40.5), és az előző lépés merkerét törlöm (M 40.4). A kezelő terminálon nyom követhetjük a bélyegzett munkadarabok számát, amelyet egy (C 98) előre számlálóval oldottam meg. Amikor a munkadarab elérkezik a D pontba, akkor az összes működés figyelő pozícióérzékelő aktívvá válik. Ekkor egy felfutó él érkezik a számláló bemenetére, amelynek a hatására a számláló aktuális értéke inkrementálódik eggyel. A gép megállítása hatására a számláló aktuális értéke törlődik.
55
67. ábra Bélyegzés késleltetése
A munkadarab megfogása megtörtént, ezt az M 40.5 merker aktív állapota, ill. a pozícióérzékelők megfelelő állapota nyugtázza. Az előző lépés merkerét (M 40.5) törlöm, a késleltetés indítás merkerét aktíválom (M 40.6). A bélyegnyomása nem azonnal történik meg, hanem a megfogás után négy másodperces késleltetéssel indul el. A késleltetésre azért van szükség, hogy a munkadarab megfogása biztosan megtörténjen. Ezt a Network 9 valósítja meg, egy (T2) bekapcsolásra késleltető időzítő segítségével, úgy hogy az M 40.6 merker felfutó él hatására az időzítő TV bemenetére megadott időtagot betölti (S5T#4S, négy másodperc), amit azonnal csökkenteni kezd.
68. ábra E munkahenger működtetése (bélyegzés fázisa)
Az időzítő lejártával a T2 időzítő kimenete aktív lesz, amelynek hatására az E munkahenger a bélyeget a munkadarabra nyomja (Q 125.0). Az előző merkert az M 40.6 törlöm, és az M 40.7 merkerbe egyet írok.
56
69. ábra E munkahenger alaphelyzetbe állítása (bélyegzés befejezésének fázisa)
A bélyeg a munkadarabon van, ezt az M 40.7 merkerben lévő egy igazolja. A bélyeget az E munkahenger öt másodpercig nyom a munkadarab felületére, amit ismételten egy (T3) bekapcsolásra késleltető időzítővel oldottam meg. Az M 40.7 merker felfutó él hatására az időzítő TV bemenetére megadott időtagot betölti (S5T#5S, öt másodperc), amit az időzítő azonnal csökkenteni kezd. Az időzítő lejártával a T3-as időzítő kimenete aktív lesz, ekkor az E munkahengert vezérlő kimenetet törlöm (visszahúzom a bélyegnyomó munkahengert). A bélyegnyomása befejeződik. A következő lépést engedélyezem az M 41.0 merkerben lévő eggyel, és ezzel egy időben törlöm a bélyegnyomás merkerét (M 40.7) is.
70. ábra D munkahenger alaphelyzetbe állítása (elengedés fázisa)
Az M 41.0 merker felfutó él hatására a T4 időzítő TV bemenetére adott időtagot betölti (S5T#4S; négy másodperc), amit az időzítő csökkenteni kezd. Amikor az időtag nulla lesz, akkor az időzítő kimenet egy lesz, és ennek hatására a negyedik lépés is végrehajtásra kerül. A munkadarab megfogása befejeződik, tehát a D munkahengert alaphelyzetbe (Q124.4 =1) állítom, de a biztonság végett tiltom a működtetés kimenetet is (Q124.0 =0). A következő lépést aktíválom az M 41.1 merkerbe írt eggyel, és közben törlöm a végrehajtott lépés M 41.0 merkerét.
57
71. ábra B munkahenger működtetése (mozgatás a C-pontba)
Az M 41.1 mereker aktív, az A munkahenger kint van pozícióérzékelője aktív, és a többi munkahengerek alaphelyzetben vannak, akkor a működési táblának megfelelően a munkadarabot a B pontból a C pontba juttatom a B munkahenger működtetésével (Q 124.2). A következő lépés merkerét aktíválom (M 41.2), és a végrehajtott lépés merkerét törlöm (M 41.1).
72. ábra C munkahenger működtetése (mozgatás a D-pontba)
A munkadarab a C pontba érkezik, ezt a B munkahenger kint van pozícióérzékelője jelezi (I 124.7). Az A munkahenger kint, és a C, D munkahengerek bent pozícióérzékelőjük aktívak, és a többi pozícióérzékelő inaktív állapotúak, akkor a munkadarabot a C pontból a D pontba jutatom a C munkahenger működtetésével (Q 124.1). A lépés merkert törlöm (M 41.2), és a következő lépést aktiválom az M 41.3 merkerbe írt eggyel.
58
73. ábra Automata üzemmód alaphelyzetbe állítás
Az automata üzemmód hálózata (network 15), akkor lesz végrehajtva, ha a felhasználó a terminálon lévő automata nyomógombbal (M 42.0), vagy ha az automata üzemmód kapcsoló (I 125.5) működtetésével indította a bélyegző berendezést. Azzal hogy az M 41.3 merker, ill. az A, B, C munkahengerek kint, és a D munkahenger alaphelyzetben érzékelő jelei aktívak tudjuk, hogy a munkadarab megérkezett a végállomására, a D pontba. A munkahengereket vissza kell állítani az alaphelyzetbe az újabb munkadarab fogadására, ezért A, B, C munkahengerek benyomás kimeneteit aktíválom (Q 124.7; Q 124.6; Q 124.5). Mivel a folyamat folytatódik (automata) elölről, ezért az indító merkereket beállítottam (törlöm:M 41.0; M 40.3; M 40.5, beírok: M 40.1; M 40.2).
59
74. ábra Kézi üzemmód alaphelyzetbe állítása
A kézi üzemmód hálózata (network 16), akkor lesz végrehajtva, ha a kezelő a terminálon lévő kézi nyomógombbal (M 42.1), vagy ha a kézi üzemmód kapcsolóval (I 124.4) indította a berendezést. Az M 41.3 merker egy, ill. az A, B, C munkahengerek kint pozícióérzékelői, és a D munkahenger bent pozícióérzékelője aktívak lesznek, akkor az A; B; C hengereket alaphelyzetbe állítom (benyomás kimenetek aktívak, és a kinyomás kimenetek inaktívak). A kezelő a kézi üzemmódot választotta, ezért az indítás merkereket töröltem (M 40.0; M 40.2; M 40.3; M 40.4; M 42.0; M 42.1; M 42.2; M 41.4; M 45.2). A berendezés alaphelyzetbe áll és várja, hogy a kezelő válaszon az üzemmódok közül és hogy újra indítsa a berendezést.
60
A 17-20 hálózatok utólag kerültek a bélyegző
berendezés
blokkjába,
hiszen ezek nem a működésért voltak
felelősek,
szimuláció játszottak
hanem
megvalósítása szerepet.
a
esetén A
munkafolyamat során a munkadarab eltérő pontokban látható (mozog). A különböző pontokhoz (A, B, C, D) más-más tartoznak,
munkahenger amelyekhez
pozíciók sima
tekercseket (merkereket) rendeltem. A felhasznált merkerek (M 45.4, M 45.5, M 45.6, M 45.7) közül, csak az éppen aktuális működési fázisnak 75. ábra Munkadarab mozgása
megfelelő lesz aktív, a többi inaktív állapotú lesz. Ezeket a merkereket
használtam fel a WinCC-ben Tag-ket készítésére (pl.: kocka_A-ban, M 45.4, ha aktív látható az A-pontban, ha inaktív, akkor nem látható stb).
3.5.1. Bélyegző berendezés hibakezelése A gépek üzemszerű működésekor bekövetkezhet egy váratlan hiba, amit a kezelő számára a lehető leggyorsabban el kell hárítania. Ezért nagyon fontos figyelmet kell szentelni a tervezőnek, hogy fel legyenek készítve a gépek a felmerülő hibakezelésére is, és az esetleges hibákról felvilágosítást adjon a kezelő számára. A jól kialakított hibakezelésnek köszönhetően egy esetleges gép megállásakor kisebb az állás idő, amely nagymértékben befolyásolja a termelékenységet, és könnyebben elvégezhető a karbantartási és javítási munkák is. A pneumatikus munkahengerek mozgását időméréssel figyeltem, ha a megadott időn belül nem érkezik meg valamelyik munkahenger a megfelelő pozíciójába, akkor egy hibajelző blokkban jelzi a hibát. A hibajelzésnek köszönhetően a bélyegző gép megáll a munkafázisában, és várja a kezelőtől a hiba javítását.
61
A
munkahengerek
ellenőrzésére
időfutásának
impulzus
időtagot
alkalmaztam (S_PULSE). Amikor az A munkahengert működtetjük, akkor az üzemszerű működésnek megfelelő véghelyzet érzékelője nulla. Ekkor az időzítő S bemenetére érkező felfutó él hatására
az
időtag
kimenetét
bekapcsolja és a TV bemenetre adott időtag betöltődik, amit azonnal elkezd csökkenteni. Az időtag lefutása után az időzítő kimenete inaktív állapotba kerül. Ezzel jelzi, hogy a munkahenger 76. ábra Az A munkahenger időfutás ellenőrzése
működtetési
ideje
lejárt.
Ha
a
munkahenger már az időtag ideje előtt megérkezett a helyére, akkor az időzítő S bemenetére érkező lefutó él hatására az időzítő futása megáll (az értékén). A kimenetét inaktív állapotba állítja. Az újabb S bemenetére érkező felfutó él hatására újra betölti a TV bemenetére adott időtagot, a kimenete aktív állapotba kerül, és a folyamat kezdődik elölről. Az A munkahenger működtetésekor figyeljük azt a helyzetet, amikor a munkahenger nem indul, ill. azt, amikor elindul, de nem
érkezik
meg
a
végállás
helyzetébe a megadott időn belül. Ezt detektáljuk, egy merkerel (M 43.2). A munkahenger alaphelyzet működtetésekor is hasonlóan jártam el. Ezt a hibát is detektáltam egy merkerel (M 43.1). A két hiba észlelését egy vagy kapcsolatba hoztam és a logikai értéket egy sima M
43.3
merkerbe
tároltam.
A
merkerhez rendeltem egy Tag-et, és 77. ábra Az A munkahenger működtetésének időfutás ellenőrzése
egy figyelmeztető feliratot ” A
62
munkadarab elakadása az A pályán”. Az A munkahenger végállás hibáját is figyeltem, (végállás érzékelők helytelen ’11’ értéket produkálnak), amit szintén egy sima tekercsben tároltam, amihez szintén rendeltem Tag-et, feliratot „Végállás hiba az A munkahengernél”. A többi munkahenger esetén is hasonlóan jártam, és az észlelt hibákat egy hibakezelő blokkban kezeltem.
A programot úgy terveztem, hogyha az operátori panel leszerelésre kerül, akkor is működtethető legyen a bélyegző
berendezés.
Ebben
az
esetben már a hibakezelés nélkül működik a rendszer, hiszen az operátor
számára
a
kezelő
terminálon értesül a hibáról, és a hibanyugtázását is ezen keresztül végzi. A feladat megoldható lenne, de a szakdolgozatom keretében már nem térek ki erre a lehetőségre is. A kapcsolókkal történő működtetéskor meghívódik az FB1, amelyben a hibakezelési hálózatban (network 5) az
FC6
bélyegző
berendezés
szubrutinja is meghívásra kerül, hiszen az engedélyező bemenetén 78. ábra Hibajelző és bélyegző berendezés szubrutin hívás engedélyezése
nulla
szint
van.
Az
operátori
panelről történő működtetéskor a
hibajelző és kezelő hálózat a kézi kapcsoló (5 feladat aktív, I 125.6) inaktív állapotba kerülésével jelzi a hibát, és a bélyegző berendezés szubrutinját megszakítja, így a gép megáll a pozíciójában, és várja a hibajavítását. A hiba kijavítása után a gép nem indul el azonnal, az esetleges balesetek megelőzése véget. A kezelő terminálon megjelenik a Hibanyugtázó nyomógomb, amelynek megnyomásakor keletkező felfutó él hatására az SR tároló (memória, merker, M 43.5) törlődik. A tároló kimenet inaktív lesz, amelynek következtében újra meg hívásra kerül a bélyegző berendezés működtető logikájának a szubrutinja. A gép alaphelyzetbe áll újra, és várja az újraindítást.
63
A bélyegző berendezés teljes hibakezelő programja a mellékletben: [9].
4. Operátori kezelőfelület kialakítása az oktatórendszerhez A mai kor követelménye, hogy az ipari automatizálási folyamatok elengedhetetlen részét képezik az operátori kezelői felületek alkalmazása. Ezért nagyon fontos, hogy a hallgatók megtanulják a megírt PLC programokat hogyan illesszék egy érintőképernyős terminálhoz. Az operátori panelok programozását egy erre a célra kifejlesztett szoftver áll rendelkezésre a WinCC Flexible.
79. ábra Modell blokkvázlata
A kezelőpanelt Profibus-DP csatlakoztattam a PLC-hez. A PLC konfigurálásakor a Profibus interface címét 2-re, majd az átviteli sebességet (1.5Mbps) állítottam be. Az elkészült WinCC Flexible projektemet beintegráltam a Step7-be (project menü alatt lévő Integrate in Step7-tel), majd a Step7-ben lévő Netpro program résszel beállítottam a hálózatomat (interface beállítása profibusra, majd a HMI-nek a 7-es címet adtam meg, és végül a kommunikációs sebességet 1.5Mbps-ra állítottam).
80. ábra Hálózat felépítése
A feladat megvalósításakor egyszerre két fejlesztőkörnyezetben kellett dolgozni a Step 7-ben, ill. a WinCC Flexibe-n. Az előbb említett módon a két programot egymásba kellett integrálni, hogy a PLC-be megfelelő kész programot kapjunk a feltöltés előtt. A Siemens cég a 2010-es
64
évben piacra dobta az S7-1200 PLC-t, amelyhez egy új fejlesztői környezetett is teremtett TIA-Portál néven, amelybe már bele integrálta a kezelő terminálok programozásának lehetőségét is. Így nem kell egyszerre két fejlesztői környezetben dolgozni és nincs szükség a két külön álló program egymásba integrálására. Ezt a koncepciót követi a Siemens cég legfrissebb fejlesztése az S7-1500 vezérlőcsalád is, amit 2013-ban mutattak be (TIA-Portal V12). Ahhoz, hogy az operátori kezelőpanel segítségével is vezérelhetőek legyenek a pneumatikus munkahengerek, a működtetésért felelős kész programokat ki kellett egészíteni az érintőképernyőre elhelyezett nyomógombokkal.
4.1.
A program szerkezeti felépítése
A célom az volt, hogy a gyakorlati oktatásban is használható feladatokat készítsek, ezért a moduláris program felépítést választottam, ami több alprogramot tartalmaz. Így az elkészült program könnyen áttekinthetővé vált és a programozáskor felmerülő hibák javítását is egyszerűbben el tudtam végezni. A pneumatikus munkahengerek mozgását grafikusan is megjelenítettem a kezelői terminálon, ezért szükség volt egy szimulációért felelős szubrutint készíteni (FC2), amit csak a bélyegző berendezés animációja nem használ. A bélyegző berendezés kiegészült egy hibakezelő szubrutinnal is, amit az FB1 valósít meg. OB1: főciklus a kiválasztott feladatnak megfelelő szubrutint meghívja. FC1: az első feladat, anyagmozgató gyártósor realizálása; FC2: a szimulációért felelős program ebben fut, tehát ide írtam a pneumatikus munkahengerek mozgását, ill. a idődiagram megrajzolást megvalósító program részt; FC3: a 2. feladat, 4 bites előre számláló realizálása; FC4: a 3. feladat, D munkahenger megfelelő számú működtetése realizálása; FC5: a 4. feladat, 5 bites decimális-bináris kódolót realizálása; FC6: az 5. feladat, bélyegző berendezés működtető logikája; FB1: bélyegző berendezés hibakezelése; DB1: a hibakezelő program adatait tartalmazza
65
81. ábra Program szerkezeti felépítése
Az Organization Block-kok interfészként funkcionálnak az operációs rendszer és a felhasználói program között. A szervező blokkoknak nagy jelentőségük van, hiszen ezek határozzák meg a program szerkezetét. A szervező blokkokat prioritási szinttel látták el, amelyek közül a legkisebb prioritású az OB 1 (minden más OB ennek a futtását szakítja meg). Ez az OB fut le minden PLC ciklusban egyszer, tehát ez lesz a főciklus. Ha véget ért, akkor a PLC elküldi a Global-adatokat és lezárja a ciklust. A különböző OB-k különböző feladatokat látnak el, mint például a meghatározott időközönkénti (OB 10-17), késleltetett (OB 20-23), időzített (OB 30-38), meleg újraindítás (OB100), hideg újraindítás (OB 102), programozói hiba (OB 121) hívási. A legnagyobb prioritású az aszinkron hiba megszakításoké (OB 80OB88), amelyek a programletapogatási ciklustól függetlenül lépnek fel. A hiba detektálásakor az operációs rendszer a megfelelő OB-t meghívja, ilyen például az OB 81 tápfeszültség hiba. Az OB 1 szubrutinokat tartalmaz, amit a kezelő az érintőképernyőn elhelyezett feladat választó nyomógombok, vagy a kapcsolók segítségével hívhat meg. Igaz a kapcsolókkal csak az első, a második, és az ötödik feladatok közül választhat.
82. ábra Anyagmozgató berendezés programjának meghívása
66
Az első szubrutin egy anyagmozgató gyártósort (1. feladat, FC1), amely csak, abban a két esetben lesz meghívva, ha a kezelő az érintőképernyős panelon megnyomja az 1. feladat funkciógombot, amihez az M 8.4 merker van rendelve, vagy ha az 1. feladat aktív kapcsolót működteti, ami a PLC 125.2 bemenetére kapcsolódik (és a többi feladat kapcsolója inaktív).
83. ábra Szimuláció programjának meghívása
A második egy feltétel nélküli szubrutin, amely tartalmazza a szimulációért felelős programot. Az összes program ezt a szimulációt használja, kivéve a bélyegző berendezés.
84. ábra 4 bites bináris előre számláló programjának meghívása
A harmadik szubrutin egy négybites bináris előre számlálót (2. feladat, FC3) amely, csak akkor lesz meghívva, ha a 2. feladat aktív kapcsolót (I 125.3) vagy a kezelő felületen lévő 2. feladat funkciógombot (M 8.5) működtetik.
85. ábra A D munkahenger meghatározott számú működtetésének meghívása
A negyedik szubrutin a D munkahengert meghatározott számú működtetését valósítja meg, amely csak akkor történik a meghívása, ha Touch Panelon lévő nyomógombot (M 31.7) a felhasználó működteti.
67
86. ábra Decimális-bináris kódoló programjának meghívása
Az ötödik szubrutin egy decimális-bináris kódolót (4. feladat, FC5) tartalmaz, ami csak abban az esetben történik a meghívása, ha a panelon a 4. feladat választó gombot (M 30.7) működtetik.
87. ábra Bélyegző berendezés programjának meghívása
A 6 hálózatban a bélyegző berendezés hibakezelési szubrutinja (FB1) meghívásra kerül, ha az 5. feladat aktív kapcsolót (I 125.6) vagy a terminálin lévő 5. feladat menü nyomógombot a kezelő működteti (a többi inaktív). A hibakezelési szubrutin a vezérlésnek megfelelően meghívja a bélyegző gép működési logikáját tartalmazó szubrutint az FC6-ot. Az operátori kezelőpanel kialakítása hasonló felépítést mutat a működési programhoz képest. A kezelő a frontpanelon a főmenüt látja először, ahol a nyomógombok segítségével kiválaszthatja a neki megfelelő almenüt, azaz azt a feladatot, amit szeretne futtatni. Ha kiválasztotta a futatni kívánt feladatot, akkor a kezelő terminál átvált a feladat képernyőjére. A vissza nyomógombok segítségével visszanavigálhat a főmenübe, vagy ha a diagram menüben van, akkor a feladat képernyőjére térhet vissza.
68
88. ábra Kezelőterminálon elhelyezett menük szerkezeti felépítése
89. ábra Az operátori panel főmenü képernyője
Az érintőképernyőn található funkciógombokat csak az arra illetékes személy működtetheti, tehát bármely feladat választó gombra lépéskor megkérdezi a felhasználó nevét (diak), és a belépési kódját (diak). Ha sikeresen belépet, akkor már navigálhat a feladatok között, mind addig, amíg a kilépés gombbal ki nem lép. A feladat választó nyomógomb megnyomásával a megfelelő merker aktív lesz, amelynek hatására a feltételeknek megfelelő szubrutint meghívja. Az első feladat nyomógombjához a WinCC-ben, hozzá rendeltem egy 1 feladat kilépés Taget, ami a Step7-ben az M 8.5. Ez lesz aktív a többi nyomógombhoz rendelt merker nem. A nyomógombot úgy állítottam be, hogy a többi feladat merkereit törölje (resetbit), és az activatescreen beállítással átvált az első feladat képernyőjére. A többi funkciógombok esetén is hasonlóan jártam el (merkerek, biztonság, képernyőre ugrás, törlés).
69
90. ábra 1. feladat nyomógomb beállításának Tag-jei
Az átnavigálás után a kezelő az anyagmozgató gyártósor kezelőpanel képernyőjét látja. A Start nyomógombhoz rendeltem egy Tag-et, Start 1 néven (M 8.0). Ahhoz, hogy gyártósor indítható legyen a Start nyomógombbal, a működésért felelős programindítás részbe is bekerült az M 8.0-ás merker. A Stop nyomógombnál is hasonlóan jártam el, készítettem egy Tag-et, Stop 1 néven (M 8.1). Ezt a merkert a működésért felelős program leállítás részébe helyeztem, így a kézi nyomógomb, ill. a kezelői terminálon elhelyezett Stop nyomógomb megnyomásával a gyártósor leállítható.
91. ábra Anyagmozgató gyártósor kezelőpanelja
A többi feladat esetén is létrehoztam a Tag-ket, és a megfelelő programrészbe kerültek. A vissza funkciógomb segítségével visszanavigálunk a főmenübe, és a kezelő újra választhat a feladatok közül. A diagram funkciógombbal átnavigálunk a munkahengerek idődiagramjának képernyőjére.
70
92. ábra Anyagmozgató gyártósor munkahengereinek idődiagramja
A vissza nyomógomb segítségével visszatérhetünk az anyagmozgató gyártósor kezelői képernyőjére.
4.2.
A vizualizáció programja
A munkahengerek animációinak elkészítésére kétféle technikát is alkalmaztam. Az első, második, harmadik, és a negyedik feladat esetén Bar-t használtam a munkahengerek szimulációjának elkészítésére, ennélfogva ezek a feladatok használják a szimuláció szubrutinját (FC2). Az ötödik feladat (bélyegző berendezés) esetén, pedig kép objektumokat alkalmaztam, amelyeknek jellegzetes tulajdonsága, hogy csak a láthatóságukat „Visibility” tudjuk állítani.
4.2.1. A szimuláció programja
93. ábra Impulzus generátor
71
Network 1-2-ben készítettem egy impulzus generátort, amelynek a feladata a munkahengerek animálási sebességének beállítása. Induláskor a T0 bekapcsolásra késleltető időzítő bemenetére a T1 negált érintkező felfutó él hatására a TV bemenetre megadott időtagot betölti, és azonnal csökkenteni kezdi. Amikor az időzítő eléri a nullát, akkor a kimenetét aktív állapotba kerül (bekapcsolja), és mind addig egy marad, amíg nem érkezik meg az újabb felfutó él. Így a T0 érintkező nulláról egyre vált (felfutó él), ami a T1 bekapcsolásra késleltető időzítő TV bemenetére adott időtagot betölti, és azonnal csökkenteni kezdi. Amikor az időzítő kifut, akkor a kimenete aktív lesz, és ez a billegés kezdődik elölről. Fontos megjegyezni, hogy a munkahengerek szimulációjának sebességét a Bar skálájának (maximum) csökkentésével is megoldható (számlálók max. értékeinek változtatásával). Mind az öt pneumatikus munkahengernek saját reverzibilis számlálója van („C109, E-henger”; ”C100, D-henger”; ”C101, C-henger”; ”C102, B-henger”; ”C103, A-henger”), ami animálja a mozgást, de a mozgási sebességük ugyanaz. (ua. azt az impulzus generátor kimenetét használja a „T0”-át). A T0 bekapcsolást késleltető időzítő kimenetét a reverzibilis számlálók felfelé (CU) ill. a lefelé (CD) bemeneteire kötöttem. Az impulzus generátor folyamatos billegésének (nullárólegyre, majd egyről-nullára vált) hatására a számláló attól függően, hogy a felfele vagy lefele bemenete aktív (a munkahenger vezérlésének megfelelően) változtatja értékét. A számlálók csak 100-ig számolnak, így az animáció gyorsabb. Ezt úgy oldottam meg, hogy mindegyik számlálónak a kimenetét komparátorokkal figyeltem, és ha elérték a 100-at, akkor a komparátorok kimenetei aktív állapotba kerültek. A komparátor kimenetének állapotát egy sima tekercsbe (merkerbe) raktam, amelynek a negált állapotával engedélyeztem, ill. tiltottam felfelé számlálást.
94. ábra E munkahenger szimulációja
72
A Step7-ben az E munkahenger mozgását a C 109-reverzibilis számláló látja el. A WinCCben készítettem egy Tag-et („E szimuláció”), amihez a számláló pillanatnyi tartalma kimenete van hozzá rendelve (MW 116).
95. ábra E munkahenger szimulációjának tag beállítása
A munkahengereket Bar-ok felhasználásával jelenítettem meg, amelyekről leszedtem a határjelző szinteket, és a skálázást. Az E munkahenger Bar-jához hozzárendeltem az E szimuláció Tag-et, így a Bar fogja követni a C 109 reverzibilis számláló aktuális értékét (MW116).
96. ábra Tag hozzárendelése a Bar-hoz
97. ábra Decimális-bináris kódoló képernyője
A többi munkahenger animációja esetén is hasonlóan jártam el. Network 13-16-ig a munkahengerek idődiagramjainak megrajzolásának programjai írtam meg, D, C, B, A munkahengereknél volt végállás érzékelőjük, amit felhasználtam. A network 13: a D munkahenger kint van érzékelő aktív állapotba kerül, akkor a felfutó él hatására a C 104-számláló Set bemenete is aktív lesz, ezért a PV értékét beírta a számlálóba (fontos megjegyezni, ha a R-törlő bement inaktív állapotban van), ami 4 lesz, de ez azonnal ötre vált, mert a felfelé számláló léptető bemenetére is ez van kötve. A számláló aktuális értéke (Merker
73
Word, MW 108) öt lesz. Amikor a vezérléskor a munkahenger alaphelyzetbe kerül, akkor a D munkahenger bent érzékelője lesz aktív, amit a számláló törlő (Reset) bemenetére kötöttem, így a számláló aktuális értéke nulla lesz (MW 108=0). A többi munkahenger esetén is hasonlóan jártam el.
98. ábra Munkahengerek működési diagramjának szimulációja
A számlálók aktuális tartalmukhoz (MW 108, MW 110, MW 112, MW 114) a WinCC-ben elkészítettem a Tag-ket (A diagram; B diagram; C diagram; D diagram). Mindegyik munkahengerhez rendeltem egy Trend-et, és beállítottam a grafikon szerkezetét. Így értem el, hogy például az A idődiagram esetén a Trend az MW 114 értékét rajzolja meg az idő függvényében.
99. ábra Trend beállítása
A teljes szimuláció programja a mellékletben: [7]
74
4.2.2. A bélyegző berendezés szimulációja Az utolsó ötödik feladatban a munkahengerek animációjához nem Bar-t használtam, mint a többi feladatban, hanem a szoftverben a grafikus (Grafhics) listában található munkahenger szimbólumokat (kép objektumokat) alkalmaztam, ennek köszönhetően valóságosabb modellt kaptam. A munkahengerek vizualizációját így sokkal egyszerűbben meg tudtam oldani, hiszen itt elegendő volt csak a kimenet logikai állapotához rendelni a kép objektumokat. A grafikus listában
eltéréssel rendelkezésre állnak az alaphelyzetben lévő, ill.
a működtetett munkahenger szimbólumai. Az azonos munkahengerek kiválasztása után a megfelelő paraméterek beállítását végeztem el (méret, a HMI felületen való elhelyezés). Ahhoz, hogy a két grafikus szimbólum mozgásként hasson, azt úgy értem el, hogy a két munkahengert egymásra helyeztem, majd az animáció fül alatt lévő láthatóságuk menü pontban, a grafikus szimbólumok láthatóságát állítottam be. Készítettem két Tag-et (a feladat megoldható egy Tag alkalmazásával is, ha a benyom Tag egy, akkor az alaphelyzetben lévő képobjektum Visible, látható. Ha a benyom Tag nulla, akkor a működtetett munkahenger képobjektuma látható, Hidden), amelyekhez a megfelelő kimeneteket rendeltem. Az egyik, amikor alaphelyzetben van (Tag név: A benyom, Q 124.7) a másik, amikor működtettem (Tag név: A kinyom, Q124.3). Amikor a munkahenger alaphelyzetben van, akkor az alaphelyzetben lévő szimbólum látható, amikor a munkahenger működtetve van akkor a működtetve szimbólum látható.
100. ábra Láthatóság beállítása a megfelelő Tag hozzárendelésével
A többi munkahengereknél, ill. a munkadarab mozgatásánál is ezt a technikát választottam. A munkadarabok a mozgatás következtében A, B, C, D-pontban láthatóak, amelyekhez különböző munkahenger vezérlések tartoznak. Ezeket a kimeneti állapotokat tekercsekkel (merkerekkel) figyeltem (lásd az FC6 network 17-20-ban), amelyekhez különböző Tag-ket rendeltem (M 45.4 kocka-A-ban, M45.5 kocka-B-ben, M45.6 kocka-C-ben, M45.7 kocka-Dben).
75
101. ábra Bélyegző berendezés kezelőpanel képernyője
A kezelő számára jól nyomon követhető legyen a berendezés működés fázisai, ezért a munkahenger animálása mellett, feliratok is tudatják, hogy éppen milyen fázist hajt végre a berendezés, de azért törekedtem arra is, hogy ne alkalmazzak túl sok feliratot, ami zavarhatná a kezelőt. Ha munkadarab elérkezik a B pontba, akkor a D munkahenger ráfog a munkadarabra, ekkor a kezelő terminálon a Megfogás felirat jelzi, hogy a berendezés a megfogás fázisban van. Ezt úgy készítettem el, hogy a D munkahenger kinyom kimenetéhez készítettem egy D kinyom Tag-et, amelynek beállítottam az animáció megjelenésének formáját az ábrán látható módon.
102. ábra Munkadarab megfogását jelző felirat beállítása a megfelelő Tag hozzárendelésével
A másik felirat a bélyegnyomás fázisában látható, amit a Bélyegnyomás felirat villogtatásával jelez a kezelő számára. Hasonlóan jártam el, az E henger kimenetéhez rendeltem egy E henger Tag-et, amikor a kimenet nulla nem látni, amikor egy akkor a feliratot villogtatja, ezt a Flashing engedélyezésével valósítottam meg.
76
A bélyegző berendezés el van látva egy hibajelzés/kezelés funkcióval, ami figyeli a munkahengerek üzemszerű állapotát.
103. ábra Hibajelzése és javításának képernyőjei
A berendezés a hibajelzés detektálása után megáll és jelzi az operátornak a hiba észlelését, egy hiba nyomógomb megjelenésével. A hiba nyomógomb mind addig villog, amíg a kezelő a hibát nem hárítja el. A hiba nyomógombra lépve egy hibakezelő képernyőre térhetünk át, ahol a felmerülő rendellenességeket olvashatjuk, így a hibákat gyorsabban ki tudjuk javítani. Az elhárított hiba vagy hibák után, már a hibakezelő képernyőjén nem olvashatunk figyelmeztető üzeneteket. A bélyegző gép még nem indul el, mert még a kezelőnek nyugtáznia is kell a hibák elhárítását. Erre azért van szükség, hogy a kezelő vagy a karbantartó a hiba elhárítása közben, amikor a hibát kijavította, még véletlenül se induljon el a gép. Így megelőzhetjük az esetleges balesetek kialakulását. A komplex gépek esetén már külön karbantartó funkciót is kialakíthatnak, amelynek programozásakor még nagyobb figyelmet kell szentelni a hibajelzések kezelésére, ill. azok esetleges felülbírálására. A hibanyugtázó nyomógomb csak, akkor jelenik meg a kezelő képernyőn, amikor már a hiba el lett hárítva. A Hiba_figyelés Taget rendelem hozzá úgy, amikor van hiba nem látható, amikor nincs, akkor látható a nyugtázó nyomógomb. A hiba nyugtázása után a bélyegző berendezés visszaáll az alaphelyzetébe, (a ki indulási helyzetébe) és visszanavigál a kezelő képernyőjére. Ezután újból várja a kezelőtől, hogy kézi vagy automata üzemmódban szeretné működtetni a berendezést. Az üzemmód ki választást a folyamatosan villogó nyomógomb jelzi, és ezután megjelenik a Start nyomógomb is a kezelő terminálon, amellyel a gyártás újra indítható. A megrendelők elég gyakran komolyabb hibakezelő rendszer kérnek a gépek tervezésekkor, ekkor már célszerű az Alarm Viewt (riasztási táblázatot) használni, ahol a beállításoktól függően nyomon követhetőek a hiba észlelésének dátum, ideje, és az aktuális állapotukról is felvilágosítást ad a kezelő számára. Az egyes hibák között prioritási sorrendet is felállíthatunk (a legnagyobb szám a legfontosabb esemény). A riasztások, hiba üzenetek archiválhatóak. Amikor az Alarm üzenetek elhelyezése nem a berendezés kezelő képernyőjére kerül, akkor a
77
Template screenre kell elhelyezni az Alarm Windowt (riasztási táblázatot), és lehetőségünk van figyelmeztető jelzés elhelyezésére is, amely az Alarm Indicator lesz. Az így elhelyezett objektumok a hiba jelzéskor a berendezés kezelő képernyőjén megjelenek. A feladat elkészítése után a VAT tábla segítségével végeztem el a tesztelést.
104. ábra : Működés közben a feladat változótáblázata
105. ábra Festo pneumatikus munkahenger állomás
78
5. Összefoglalás Szakdolgozatom célja egy PLC vezérelt pneumatikus oktatórendszer magalkotása volt. Építéskor betekintést nyertem a pneumatika világába, megismerkedtem az iparban igen gyakran használt pneumatikus munkahengerek típusaival és a hozzájuk kapcsolódó eszközökkel. Az
oktató
rendszerbe
tudatosan
kerültek
beépítésre
a
különböző
pneumatikus
munkahengerek, ill. az eltérő mágnesvezérlésű útszelepek. A port szétválasztó modul megépítésével, és az oktató rendszerbe történő beépítésének köszönhetően, már lehetőség nyílik más PLC-vel történő vezérlés megvalósítására is. A megépítést követően elkezdtem a gyakorlati oktatásban is használható feladatok megírását, és ezzel párhuzamosan az operátori kezelő felület programozását is elvégeztem. A Festo FluidSIM szimulációs program segítségével a pneumatikus és az elektromos elemek kapcsolási rajzát elkészítettem. A leszimulált kész projectet, ezek után (a HMI- és a PLCprogramot) összeintegráltam, majd az így kapott kész programot a programozó kábel segítségével a PLC-be töltöttem. Ezután következet a VAT-táblával a tesztelés, majd az éles működtetés. Az oktató rendszer megépítésével egy jó alapot kaptunk, amit érdemes lenne a gyakorlati oktatáshoz tovább fejleszteni. A fejlesztéseket a pneumatika és a villamos irányban is célszerű lenne megvalósítani. A fejleszthetőség egyik sarkalatos pontja a villamos irányt célozná meg. Használatkor merült fel, azaz elképzelés, hogy a megépített port szétválasztó modult érdemes lenne úgy átalakítani, hogy a PLC-k bekötését gyorsabban ellehessen végezni a gyakorlati órákon. Ezért a sorkapcsos kialakítást kikellene váltani banándugós aljzattal. A munkahengerek külön álló útszelepei helyett, célszerű lenne buszrendszerben kezelni őket, hiszen az ipari alkalmazáskor is ezt részesítik előnyben. A PLC-t egy számítógéppel összekötve, egy távfelügyeleti rendszer is megvalósításra kerülhetne. A pneumatikát érintő fejlesztések a munkahengerek-, és az útszelepek- típusainak bővítését célozná meg. A pneumatikus gépek esetén igen gyakran találkozhatunk, olyan esettel, amikor a munkahengernek olyan mozgást kell megvalósítaniuk, amit a kétállású munkahengerekkel nem oldható meg. Ezért érdemes lenne az oktató állomásra háromállású (multiple position cylinder) munkahengert felszerelni. A munkahengerek típusai közül még érdemes lenne, az átmenő dugattyúrudas (többállású henger), a forgatóhenger, ill. a dugattyúrúd nélküli munkahengerek közül választani. Az útváltó szelepek közül beszerelésre kerülhetne a
79
középállású útszelepek közül is (3/3, 4/3, 5/3). A fojtó visszacsapó szelepek alkalmazásával a munkahengerek sebessége csökkenthető lenne.
80
6. Summary
The goal of my dissertation has been the creation of a PLC-controlled pneumatic demonstration/education system. During its construction I have got an insight in pneumatics, have learned the types of the most used industrial pneumatic cylinders and rods, as well as other equipment used in connection with them. The various pneumatic cylinders as well as solenoid valves have been incorporated into the demonstration system deliberately. Installing the dust-separation module into the demonstration system makes the application of other PLC-control systems possible. Following the construction, I started writing the exercises used in the practical demonstration, along with programming the operator interface. Using the software Festo FluidSIM I made the connection diagram of the pneumatic and electronic components as well. With the entire project simulated, I had integrated the HMI and PLC programs, and loaded the so finished programme to the PLC. Subsequently testing with a VAT chart followed and then fully operational testing. The development of this demonstration system is a good base which would be useful in the practical education if further improved. Improvements in both pneumatics and electronics approach might be purposeful.
A crucial point of development directs into the field of
electronics. During operation the concept of converting the dust separating unit has emerged, so, that the connection of PLC-s would be quicker during practical demonstration. For this, the serial switches should be replaced with jack connector plugs. The separate valves of the individual cylinders could be operated as bus systems, since industry prefers this arrangement also in actual applications. The PLC connected to a computer, a remote control system could be created this way. The pneumatics development would target using a wider range of cylinders and way valves. It is a common occurrence in the field of pneumatic equipment that cylinders need to perform motions beyond the capability of double-action cylinders. For this reason it would be sensible to install multiple position cylinders to the demo station. Additionally a choice of a rotation cylinder, a multi-position cylinder and a shaftless cylinder could prove useful in demonstration. Considering way valves, a few of way switch types could be installed (3/3 – 4/3 – 5/3). By the application of choke valves the speed of the hydraulic cylinders in operation could be controlled better.
81
Köszönetnyilvánítás
Ezúton szeretnék köszönetet mondani Dr. Trohák Attila egyetemi adjunktusnak, aki a szakdolgozatom elkészítése során lehetőséget biztosított a laboratórium használatára, és a felmerült problémák megoldásában segítséget nyújtott hasznos tanácsaival.
82
Irodalomjegyzék: [1] Bevezetés a pneumatikába (Festo) [2] Szenzorika (Festo) [3] Dr. Ajtonyi István PLC és Scada-HMI rendszerek 1. [4] Dr. Ajtonyi István PLC és Scada-HMI rendszerek 3. [5] Dr. Ajtonyi István –Dr. Gyuricza István Programozható irányítóberendezések hálózatok, és rendszerek [6] S7-300 Module data [7] Az S7-300 PLC rendszer hardver felépítése és üzembe helyezése [8] Hodossy László Programozott vezérlések 1. [9] Dr. Balpataki Antal – Dr. Bécsi Tamás – Károly József Jármú hidraulika és pneumatika
Linkek: 1. www.kecelpc.hu 2. http://hu.wikipedia.org/wiki/Munkahenger 3. http://www.ob121.com/hard_s7.html 4. https://www.cee.siemens.com/web/hu/hu/szektorok/ipar/iadttermekekmegoldasok/aut omatizalasirendszerek/Documents/LOGO!_INSYS_szorolap2.pdf
83
Ábrajegyzék 1. ÁBRA SŰRÍTETT LEVEGŐT ELŐÁLLÍTÓ KOMPRESSZOR .......................................................................................... 4 2. ÁBRA A FELADATBAN HASZNÁLT „E”- PNEUMATIKUS (MONOSTABIL) MUNKAHENGER ....................................... 6 3. ÁBRA EGYSZERES MŰKÖDTETÉSŰ MUNKAHENGER FELÉPÍTÉSE (FORRÁS: [2]) ..................................................... 6 4. ÁBRA EGYSZERES MŰKÖDTETÉSŰ MUNKAHENGER ÉS SZABVÁNYOS RAJZJELE [1] ............................................... 7 5. ÁBRA KETTŐSMŰKÖDTETÉSŰ MUNKAHENGER ÉS SZABVÁNYOS RAJZJELE [1] ..................................................... 7 6. ÁBRA AZ 5/2-ES SZELEP SŰRÍTETT LEVEGŐ BEKÖTÉSE ÉS SZABVÁNYOS RAJZJELE ............................................... 9 7. ÁBRA 5/2 KÉTOLDALI ÚTSZELEP SŰRÍTETT LEVEGŐ BEKÖTÉSE ÉS SZABVÁNYOS RAJZJELE .................................. 9 8. ÁBRA 5/2-ES KÉTOLDALI MÁGNESVEZÉRLÉSŰ ÚTSZELEP MŰKÖDÉSE A 14-ES TEKERCS MŰKÖDTETÉSÉVEL ....... 10 9. ÁBRA ÁBRA 5/2-ES KÉTOLDALI ÚTSZELEP MŰKÖDÉSE A 12-ES TEKERCS MŰKÖDTETÉSÉVEL.............................. 10 10. ÁBRA TÁVFELÜGYELET LOGO-VAL (FORRÁS: [5]) ........................................................................................... 14 11. ÁBRA IEC 61131-3SZ. SZABVÁNY SZERINT DEFINIÁLT PROGRAMNYELVEK ..................................................... 17 12. ÁBRA S7-300 PLC KÜLSŐ MEGJELENÉSE ÉS FELÉPÍTÉSE (FORRÁS: [3]) ............................................................ 20 13. ÁBRA EGYSOROS ELRENDEZÉS (FORRÁS: [3])................................................................................................... 20 14. ÁBRA TÖBBSOROS ELRENDEZÉS (FORRÁS: [3]) ................................................................................................. 21 15. ÁBRA REED KÖZELÍTÉSKAPCSOLÓ [2] .............................................................................................................. 24 16. ÁBRA MUNKAHENGEREKRE SZERELT REED KÖZELÍTÉSKAPCSOLÓ .................................................................. 24 17. ÁBRA REED KÖZELÍTÉSKAPCSOLÓ ELVI KAPCSOLÁSI RAJZA [2] ....................................................................... 24 18. ÁBRA ÉRZÉKELŐK ELHELYEZÉSE A BISTABIL MUNKAHENGEREKEN ................................................................. 25 19. ÁBRA AZ OKTATÓ ÁLLOMÁS PLC- S VEZÉRLÉSÉNEK BLOKKVÁZLATA ............................................................ 28 20. ÁBRA PS 307 5A TÁPEGYSÉG BEKÖTÉSI RAJZA [6] ........................................................................................... 29 21. ÁBRA DI16/DO16 BEKÖTÉSI RAJZA [6] ............................................................................................................ 29 22. ÁBRA TÁPFESZÜLTSÉG ÁTHIDALÁS ELKÉSZÍTÉSE ............................................................................................. 30 23. ÁBRA PORT SZÉTVÁLASZTÓ MODUL ................................................................................................................. 30 24. ÁBRA D-SUB 37 PIN CSATLAKOZÓ ................................................................................................................. 31 25. ÁBRA ANYAGMOZGATÓ GYÁRTÓSOR MODELL FELÉPÍTÉSE .............................................................................. 32 26. ÁBRA PNEUMATIKUS MUNKAHENGEREK ÁLLAPOTDIAGRAMJA ........................................................................ 33 27. ÁBRA GYÁRTÓSOR MUNKADIAGRAMJA............................................................................................................ 33 28. ÁBRA ANYAGMOZGATÓ GYÁRTÓSOR INDÍTÁS HÁLÓZATA ............................................................................... 34 31. ÁBRA A MUNKADARAB MOZGATÁSA A B PONTBA ........................................................................................... 35 30. ÁBRA POZÍCIÓÉRZÉKELŐK FELFUTÓ ÉL FIGYELÉSE .......................................................................................... 35 32. ÁBRA A MUNKADARAB MOZGATÁSA A C PONTBA ........................................................................................... 36 33. ÁBRA A MUNKADARAB MOZGATÁSA A D PONTBA ........................................................................................... 36 34. ÁBRA A MUNKADARAB MOZGATÁSA AZ E PONTBA .......................................................................................... 37 35. ÁBRA ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁS ...................................................................................................................... 37 36. ÁBRA A NÉGY BITES ELŐRE SZÁMLÁLÓ INDÍTÓ PROGRAMJA ............................................................................ 39 37. ÁBRA A NÉGY BITES ELŐRE SZÁMLÁLÓ LEÁLLÍTÁSA ........................................................................................ 39 38. ÁBRA A BINÁRIS EGY SZERINTI MŰKÖDTETÉS .................................................................................................. 40 39. ÁBRA A BINÁRIS KETTŐ SZERINTI MŰKÖDTETÉS .............................................................................................. 40 41. ÁBRA D MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSÉNEK LEÁLLÍTÁSA................................................................................ 41 40. ÁBRA INDÍTÁS .................................................................................................................................................. 41 42. ÁBRA D MUNKAHENGER MŰKÖDTETŐJE .......................................................................................................... 42 43. ÁBRA D MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSÉNEK SZÁMOLÁSA................................................................................ 43 44. ÁBRA START NYOMÓGOMB FELFUTÓ ÉL FIGYELÉSE ......................................................................................... 43 45. ÁBRA ÖSSZEHASONLÍTÁS A MŰKÖDTETETT ÉS A MŰKÖDTETNI KÍVÁNT SZÁMMAL .......................................... 44 46. ÁBRA ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁS ...................................................................................................................... 44 47. ÁBRA MŰKÖDÉS KÖZBEN A KEZELŐPANEL ...................................................................................................... 45 48. ÁBRA MŰKÖDTETÉS ELVE EGY BITRE ............................................................................................................... 45 49. ÁBRA MŰKÖDÉSI TÖMBVÁZLAT ....................................................................................................................... 46 50. ÁBRA DECIMÁLIS-BINÁRIS KÓDOLÓ INDÍTÁSA ................................................................................................. 46 51. ÁBRA SZÁMLÁLÁS ENGEDÉLYEZÉSE ................................................................................................................ 47 52. ÁBRA LEÁLLÍTÁS FIGYELÉSE ............................................................................................................................ 47 53. ÁBRA LEGKISEBB HELYÉRTÉK SZÁMÍTÁSA....................................................................................................... 48
84
54. ÁBRA MARADÉK SZÁMÍTÁSA ........................................................................................................................... 48 55. ÁBRA MARADÉK ELLENŐRZÉSE ....................................................................................................................... 48 56. ÁBRA E MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE ........................................................................................................... 49 57. ÁBRA D MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE .......................................................................................................... 49 58. ÁBRA A MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE .......................................................................................................... 50 59. ÁBRA BÉLYEGZŐGÉP MODELLJE....................................................................................................................... 51 60. ÁBRA BÉLYEGZŐ BERENDEZÉS MUNKADIAGRAMJA ......................................................................................... 52 61. ÁBRA BÉLYEGZŐ BERENDEZÉS INDÍTÁSA ......................................................................................................... 52 62. ÁBRA START NYOMÓGOMB LÁTHATÓSÁGA ...................................................................................................... 53 63. ÁBRA KAPCSOLÓVAL TÖRTÉNŐ INDÍTÁS .......................................................................................................... 53 65. ÁBRA AZ A MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE (MOZGATÁS B-PONTBA) .............................................................. 54 64. ÁBRA BÉLYEGZŐ GÉP LEÁLLÍTÁSA ................................................................................................................... 54 66. ÁBRA MUNKADARAB SZÁMLÁLÁSA, ÉS A D MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE (MEGFOGÁS FÁZISA) .................. 55 67. ÁBRA BÉLYEGZÉS KÉSLELTETÉSE .................................................................................................................... 56 68. ÁBRA E MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE (BÉLYEGZÉS FÁZISA) ......................................................................... 56 69. ÁBRA E MUNKAHENGER ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁSA (BÉLYEGZÉS BEFEJEZÉSÉNEK FÁZISA) ............................ 57 70. ÁBRA D MUNKAHENGER ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁSA (ELENGEDÉS FÁZISA) ..................................................... 57 71. ÁBRA B MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE (MOZGATÁS A C-PONTBA) ................................................................. 58 72. ÁBRA C MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSE (MOZGATÁS A D-PONTBA)................................................................. 58 73. ÁBRA AUTOMATA ÜZEMMÓD ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁS .................................................................................. 59 74. ÁBRA KÉZI ÜZEMMÓD ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÁSA .......................................................................................... 60 75. ÁBRA MUNKADARAB MOZGÁSA ....................................................................................................................... 61 76. ÁBRA AZ A MUNKAHENGER IDŐFUTÁS ELLENŐRZÉSE...................................................................................... 62 77. ÁBRA AZ A MUNKAHENGER MŰKÖDTETÉSÉNEK IDŐFUTÁS ELLENŐRZÉSE ....................................................... 62 78. ÁBRA HIBAJELZŐ ÉS BÉLYEGZŐ BERENDEZÉS SZUBRUTIN HÍVÁS ENGEDÉLYEZÉSE .......................................... 63 79. ÁBRA MODELL BLOKKVÁZLATA ...................................................................................................................... 64 80. ÁBRA HÁLÓZAT FELÉPÍTÉSE ............................................................................................................................. 64 81. ÁBRA PROGRAM SZERKEZETI FELÉPÍTÉSE ........................................................................................................ 66 82. ÁBRA ANYAGMOZGATÓ BERENDEZÉS PROGRAMJÁNAK MEGHÍVÁSA ............................................................... 66 83. ÁBRA SZIMULÁCIÓ PROGRAMJÁNAK MEGHÍVÁSA ............................................................................................ 67 84. ÁBRA 4 BITES BINÁRIS ELŐRE SZÁMLÁLÓ PROGRAMJÁNAK MEGHÍVÁSA .......................................................... 67 85. ÁBRA A D MUNKAHENGER MEGHATÁROZOTT SZÁMÚ MŰKÖDTETÉSÉNEK MEGHÍVÁSA ................................... 67 86. ÁBRA DECIMÁLIS-BINÁRIS KÓDOLÓ PROGRAMJÁNAK MEGHÍVÁSA .................................................................. 68 87. ÁBRA BÉLYEGZŐ BERENDEZÉS PROGRAMJÁNAK MEGHÍVÁSA .......................................................................... 68 88. ÁBRA KEZELŐTERMINÁLON ELHELYEZETT MENÜK SZERKEZETI FELÉPÍTÉSE ................................................... 69 89. ÁBRA AZ OPERÁTORI PANEL FŐMENÜ KÉPERNYŐJE ......................................................................................... 69 90. ÁBRA 1. FELADAT NYOMÓGOMB BEÁLLÍTÁSÁNAK TAG-JEI .............................................................................. 70 91. ÁBRA ANYAGMOZGATÓ GYÁRTÓSOR KEZELŐPANELJA .................................................................................... 70 92. ÁBRA ANYAGMOZGATÓ GYÁRTÓSOR MUNKAHENGEREINEK IDŐDIAGRAMJA................................................... 71 93. ÁBRA IMPULZUS GENERÁTOR ........................................................................................................................... 71 94. ÁBRA E MUNKAHENGER SZIMULÁCIÓJA ........................................................................................................... 72 95. ÁBRA E MUNKAHENGER SZIMULÁCIÓJÁNAK TAG BEÁLLÍTÁSA ........................................................................ 73 96. ÁBRA TAG HOZZÁRENDELÉSE A BAR-HOZ........................................................................................................ 73 97. ÁBRA DECIMÁLIS-BINÁRIS KÓDOLÓ KÉPERNYŐJE ............................................................................................ 73 98. ÁBRA MUNKAHENGEREK MŰKÖDÉSI DIAGRAMJÁNAK SZIMULÁCIÓJA ............................................................. 74 99. ÁBRA TREND BEÁLLÍTÁSA................................................................................................................................ 74 100. ÁBRA LÁTHATÓSÁG BEÁLLÍTÁSA A MEGFELELŐ TAG HOZZÁRENDELÉSÉVEL ................................................ 75 101. ÁBRA BÉLYEGZŐ BERENDEZÉS KEZELŐPANEL KÉPERNYŐJE .......................................................................... 76 102. ÁBRA MUNKADARAB MEGFOGÁSÁT JELZŐ FELIRAT BEÁLLÍTÁSA A MEGFELELŐ TAG HOZZÁRENDELÉSÉVEL 76 103. ÁBRA HIBAJELZÉSE ÉS JAVÍTÁSÁNAK KÉPERNYŐJEI ....................................................................................... 77 104. ÁBRA : MŰKÖDÉS KÖZBEN A FELADAT VÁLTOZÓTÁBLÁZATA ........................................................................ 78 105. ÁBRA FESTO PNEUMATIKUS MUNKAHENGER ÁLLOMÁS.................................................................................. 78
85
Melléklet 1. Az oktató rendszer PLC- s vezérlésének elektromos kapcsolási rajza
JELÖLÉSEK AKÉ ABÉ BKÉ BBÉ CKÉ CBÉ DKÉ DBÉ
MAGYARÁZAT A-MUNKAHENGER KINT ÉRZÉKELŐ A-MUNKAHENGER BENT ÉRZÉKELŐ B-MUNKAHENGER KINT ÉRZÉKELŐ B-MUNKAHENGER BENT ÉRZÉKELŐ C-MUNKAHENGER KINT ÉRZÉKELŐ C-MUNKAHENGER BENT ÉRZÉKELŐ D-MUNKAHENGER KINT ÉRZÉKELŐ D-MUNKAHENGER BENT ÉRZÉKELŐ
JELÖLÉSEK DK CK BK AK DB CB EM
MAGYARÁZAT (ÚTSZELEPEK) D-MUN. MŰKÖDTETŐ TEKERCSE C-MUN. MŰKÖDTETŐ TEKERCSE B-MUN. MŰKÖDTETŐ TEKERCSE A-MUN. MŰKÖDTETŐ TEKERCSE D-MUN. ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÓ TEKERCSE C-MUN. ALAPHELYZETBE ÁLLÍTÓ TEKERCSE E-MUN. MŰKÖDTETŐ TEKERCSE
86
2. Az oktató rendszer pneumatikus kapcsolási rajza
87
3. A Festo FluidSIM programmal való tesztelés
88
4. Anyagmozgató gyártósor folyamat működési táblája
89
5. Anyagmozgató gyártósor utasításlistás programja
90
91
92
93
6. Anyagmozgató gyártósor sorrendi folyamatábrás programja
94
95
7. A szimuláció programja
96
97
98
99
8. Decimális-bináris kódoló programja
100
101
102
103
104
105
106
9. Bélyegző berendezés hibakezelő és hibajelző programja
107
108
109
110
111
10. Porszétválasztó modul forrasztási rajza
112
11. Hardver konfiguráció
113
12. Szimbólum táblázat
.
114
