Jihočeská univerzita v Českých Budějovicích Pedagogická fakulta Oddělení celoživotního vzdělávání
Závěrečná práce
Návrh a výroba školní dílenské pomůcky, pneumatické obvody
Vypracoval: Ing. Miloš Badal Vedoucí práce: Ing. Michal Šerý, Ph.D. České Budějovice 2015
Prohlášení Prohlašuji, že svoji závěrečnou práci jsem vypracoval samostatně pouze s použitím pramenů a literatury uvedených v seznamu citované literatury. Prohlašuji, že v souladu s § 47b zákona č. 111/1998 Sb. v platném znění souhlasím se zveřejněním své závěrečné práce, a to v nezkrácené podobě elektronickou cestou ve veřejně přístupné části databáze STAG provozované Jihočeskou univerzitou v Českých Budějovicích na jejích internetových stránkách, a to se zachováním mého autorského práva k odevzdanému textu této kvalifikační práce. Souhlasím dále s tím, aby toutéž elektronickou cestou byly v souladu s uvedeným ustanovením zákona č. 111/1998 Sb. zveřejněny posudky školitele a oponentů práce i záznam o průběhu a výsledku obhajoby kvalifikační práce. Rovněž souhlasím s porovnáním textu mé kvalifikační práce s databází kvalifikačních prací Theses.cz provozovanou Národním registrem vysokoškolských kvalifikačních prací a systémem na odhalování plagiátů.
V Českých Budějovicích dne 14. prosince 2015
Ing. Miloš Badal
Anotace Tato práce popisuje možnost vlastní výroby učební pomůcky na výuku pneumatických zařízení ve školních dílnách SPŠ. Při stavbě této pomůcky se studenti také seznámí se základním řízením pomocí programovatelných automatů. V důsledku současné poptávky po odbornících ve strojírenství je třeba věnovat nemalou pozornost právě praktickým dovednostem při návrhu a sestavení základních pneumatických obvodů. Právě na takovýchto pomůckách si můžeme ověřit teoretické znalosti získané ve škole. Dalším aspektem je také finanční efekt takto získané pomůcky. Komerčně dodávané učební pomůcky jsou mnohdy neúměrně drahé a škola je nedokáže zaplatit.
Klíčová slova: Didaktická pomůcka, pneumatické obvody, programovatelné automaty
Abstract This work describes the possibility of producing their own teaching aids for teaching pneumatic equipment in school workshops SPŠ. Students learn the basic control using programmable logic controllers, during the construction of this teaching tool. Due to the current demand for experts in engineering, it is necessary to take full account of the practical skills to design and build the basic pneumatic circuits. Another aspect is the financial effect. Commercially available teaching aids are often expensive and the school is unable to pay.
Key words: Teaching aids, pneumatic circuits, programmable logic controllers.
Poděkování Rád bych poděkoval vedoucímu práce Ing. Šerému Michalovi, Ph.D. za odborné připomínky, konzultace, vedení a velmi vstřícný přístup, který mi pomohl pří zpracování této práce.
Obsah Úvod ................................................................................................................................................... 6 1
2
3
Pneumatické učební pomůcky ................................................................................................... 6 1.1
FESTO Didactic [1] .............................................................................................................. 7
1.2
Merkur Education [2] ......................................................................................................... 8
Vlastní výroba učební pomůcky – pneumatika ........................................................................ 10 2.1
Předpokládaná výuka pneumatiky na panelu .................................................................. 10
2.2
Použité pneumatické prvky .............................................................................................. 11
2.3
Použité elektronické prvky ............................................................................................... 14
2.4
Kovové prvky pro stavbu panelu ...................................................................................... 19
Základní logický modul LOGO! ................................................................................................. 19 3.1
Popis modulu LOGO! OBA4 [4] ........................................................................................ 19
3.2
Software pro logický modul LOGO!.................................................................................. 22
4
Návrh a stavba výukového panelu ........................................................................................... 23
5
Příklad pneumatického zapojení na panelu ............................................................................. 24 5.1
Cyklický pohyb pneumatického válce .............................................................................. 25
5.1.1 5.2 6
Funkce ...................................................................................................................... 25
Provedení úlohy na výukovém panelu ............................................................................. 29
Zhodnocení výukové pomůcky................................................................................................. 31
Seznam literatury a použitých zdrojů............................................................................................... 32 Přílohy .............................................................................................................................................. 33
Schéma pneumatických a elektrických zapojení jsou vytvořena speciálně pro tuto práci v programech firem FESTO [3] a SIEMENS [8].
Úvod V dnešní době potřebujeme hlavně odborníky ve strojírenství, kteří budou schopni rychle a správně reagovat na potřeby trhu. Celková strategie výroby ve strojírenství se ubírá k plné automatizaci. Toto má za následek zvýšenou poptávku po procesním a průmyslovém automatickém řízení. Také právě razantní průnik elektroniky do řízení tekutinových prvků ukazuje současné a budoucí trendy v automatizaci. Tato práce má za cíl ukázat jednoduchou výrobu učební pomůcky pro výuku pneumatických systémů s možností řízení programovatelnými automaty od firmy Siemens, popřípadě jednočipovými
8-bitovými mikro kontroléry (Arduino) s následnou ukázkou jednoduchých
zapojení pneumatických obvodů s řídícím programem pro systém LOGO!. Pneumatické mechanismy mají několik základních výhod:
Ovládací médium je možné rozvádět centrálním rozvodem.
Není nutné mít zpětné větve vedení – odvod je možný přímo do ovzduší.
Unikající médium nezatěžuje životní prostředí.
Bezpečnost – vzduch není toxický, ani výbušný. (pozor je stlačitelný).
Dobrá možnost regulace a nízké ceny řídících a regulačních prvků.
Některé zásady návrhu a montáže platí obecně pro tekutinové mechanismy, a právě výhody stlačeného vzduchu umožní praktické provedení ve školních dílnách.
1 Pneumatické učební pomůcky Na českém trhu je, při zběžném průzkumu, dostatečný výběr pomůcek pro praktickou výuku zapojení pneumatických obvodů. Bohužel, při podrobnějším zájmu, najednou zjistíme, že výběr není až tak dobrý, jak se zdálo na začátku. V základních sestavách dostaneme jenom montážní panely a několik modulů pneumatických prvků. Pro zprovoznění těchto učebních pomůcek musíme dokoupit prvky pro úpravu a regulaci pracovního média, dále rozváděcí a výkonové prvky. Kompletní požadovaná sestava je najednou o mnoho dražší. Při hledání vhodné stavebnice musíme vzít v úvahu několik kritérií:
Soulad s bezpečnostními předpisy.
Použití komerčních pneumatických dílů. 6
Odolnost při sestavování požadovaných úloh.
Univerzálnost.
Přiměřenost výuce.
Podpora od výrobce, dokumentace, programy atd.
Cena stavebnice.
Na základě provedeného průzkumu jsem vybral pouze dva výrobce, kteří dokáží dodat kompletní výukovou pomůcku pro pneumatické mechanismy na bázi stavebnice. Jedná se pravděpodobně o nejlepší stavebnicové systémy pro výuku pneumatiky a elektro pneumatiky.
1.1 FESTO Didactic [1] Stavebnice je složena ze základního rámu stolu a vlastní montážní desky. Tuto desku je možné odebrat ze stolu a použít samostatně. Vlastní stůl je na kolečkách, které umožnují snadnou manipulaci se stolem v prostoru dílny. Ve stole jsou zásuvky s kompletním vybavením pro pneumatiku (Obr. 1), popřípadě hydrauliku. V horní části stojanu jsou elektronická zařízení pro napájení a řízení požadované úlohy v pneumatice (Obr. 2). Stůl je řešen tak, aby byl přístupný ze všech stran. Dodávka stlačeného vzduchu je možná z centrálního rozvodu (Obr. 3), nebo z vlastního malého kompresoru (Obr. 4).
Obr. 1 FESTO, zásuvka s pneumatikou ([1] upraveno).
Obr. 2 FESTO, panel s řídící elektronikou ([1] upraveno).
7
Obr. 4 FESTO, výukový stůl s vlastním kompresorem ([1] upraveno). Obr. 3 FESTO, výukový stůl ([1] upraveno).
Výukový systém FESTO Didactic je kompletní otevřený systém, který je možno konfigurovat podle vlastních představ a potřeb. FESTO Didactic výukový program se skládá z pneumatických a hydraulických stolů, ze systémů pro výuku výrobních procesů a ze simulace a vizualizace navržených úloh. Takto navržený systém umožňuje výuku od návrhu po realizaci celých výrobních procesů. Toto je nejkomplexnější výuka v oboru mechatroniky. S touto stavebnicí je dodáván kompletní program pracovních sešitů pro studenty a pro učitele. Učitelské manuály mají zakomponována různá řešení kontrolních úloh. Dále je dodáván návrhový a simulační program „FESTO FluidSIM“.
1.2 Merkur Education [2] Podobný stůl pro výuku pneumatiky a hydrauliky je od české společnosti „MERKUR TOYS s. r. o.“ Tato společnost je výrobcem hraček pro děti a v posledních letech také učebních pomůcek, které pomáhají v rozvoji technického myšlení studentů. Program firmy MERKUR byl zahájen v roce 2012 pod záštitou ministerstva školství, tělovýchovy a mládeže Všechny základní výukové pomůcky jsou postaveny na základu stavebnice MERKUR (děrované kovové díly s potřebnou výkonovou a řídící mechanikou). 8
Jedním z této kolekce pomůcek je demonstrační výukový panel se stolem pro výuku studentů středních škol v oblasti pneumatických a hydraulických mechanismů (Obr. 5). Stůl obsahuje základní vybavení pro pneumatiku – úprava vzduchu, rozvod a regulace vzduchu, ventily a výkonové prvky. Součástí dodávky jsou veškeré materiály potřebné pro výuku s praktickým návodem na řešení. Programové vybavení je navázáno na nejrozšířenější 3D CAD programy ve školách – Solid Edge, Solid Works, Autodesk Inventor. Ze stejného programu je možné vybrat jednotlivé mechatronické stavebnice pro rok 2015. Například: měření kouře a hořlavých plynů, měření síly tlakovým čidlem.
Obr. 5 MERKUR, demonstrační panel se stolem ([2] upraveno).
9
2 Vlastní výroba učební pomůcky – pneumatika Samozřejmě, výukový systém firmy FESTO je dokonale propracovaný, neustále rozšiřovaný o nové poznatky v oboru. Bohužel pro základní představu studentů všech ročníků o pneumatice je tento výukový systém pro SPŠ finančně příliš náročný. Merkur Education by byl optimální pro základní výuku, ale přestal být dále rozvíjen a jeho budoucnost je nejasná. Pro tyto důvody jsem zvolil vlastní výrobu jednoduchého panelu pro základní výuku pneumatických systémů. Vlastní výroba bude probíhat v dílnách SPŠ SE v rámci předmětu Mechanizace-cvičení. Studenti společně s učitelem dostanou za úkol vymyslet základní rozměry a tvar panelu pro potřebné pokusy a jednotlivá zadání v pneumatice. Takto pojatý projekt výroby pneumatického panelu bude postaven na skupinovém řešení problému. Podporou pro návrh konstrukce panelu a vlastních úloh v pneumatice budou školní programy:
Solid Edge – konstrukce panelu.
Festo FluidSIM – jednotlivé úlohy v pneumatice.
2.1 Předpokládaná výuka pneumatiky na panelu Na vyrobeném panelu budou studenti aplikovat teoretické znalosti v oboru mechatroniky a pneumatiky. Pro začínající studenty to budou zejména, sestava regulace a řízení pneumatických válců. Studenti budou navrhovat jednoduchý pneumatický obvod. Naučí se sestavit část úpravy vzduchu (tlak, odkalení a přimazávání), mechanické řízení ventilů (řazení ventilů), vedení vzduchu s ohledem na požadovanou rychlost a sílu výkonného prvku, regulace rychlosti pomocí škrcení v odpadní větvi obvodu a mechanické koncové polohy výkonných prvků. Například jednoduchá sestava ručně ovládaného jednočinného pístu (Obr. 6). Pro pokročilejší budou úlohy postaveny na řízení pomocí LOGO! a PLC od firmy SIEMENS. Toto řízení znamená, že v obvodu budou aplikovány některé elektronické prvky pro řízení a regulaci. Zejména se bude jednat o snímání polohy pístnic a o návaznost pohybu pístnic. Vstupní informace pro řídící logiku budou vycházet z elektronických čidel, například pro měření tlaku a teploty. Studenti budou tyto pokročilejší úlohy navrhovat v programu FluidSIM s následnou simulací (Obr. 7). Porovnáním simulace a skutečného pohybu se zjistí správnost návrhového zapojení na panelu 10
Obr. 6 Ručně ovládaný jednočinný píst. Obr. 7 Cyklický pohyb.
2.2 Použité pneumatické prvky Pro posouzení velikosti a tvaru demonstračního panelu je třeba vědět, jaké pneumatické prvky budou použity. Základem výukového panelu jsou výkonové, přímočaré jednočinné (Obr. 8) a dvojčinné válce (Obr. 9).
Obr. 8 Jednočinný pneumatický válec (autor).
11
Obr. 9 Dvojčinný pneumatický válec (autor).
Dále to jsou řídící prvky obvodů – ventily (Obr. 10, Obr. 11). Umístnění řídících ventilů v pneumatickém obvodě je dáno mnoha požadavky. Základním požadavkem je soustředění všech podstatných prvků na jednu základovou desku, nebo do bloků a to z hlediska montáže a seřizování prvků, popřípadě z hlediska ceny nakupovaných prvků.
Obr. 10 Monostabilní ventil elektricky ovládaný, 5/3 (autor).
12
Obr. 11 Monostabilní ventil elektricky ovládaný, 5/2 (autor).
Doprava a úprava vzduchu do pneumatických mechanismů (Obr. 12, Obr. 13). Tyto prvky jsou základem pro úvodní analýzu rozložení všech součástí (prvků v pneumatickém obvodě). Zejména ztráty ve vedení a v ovládacích ventilech budou určovat vstupní požadavky na vedení a úpravu vzduchu. Řazení pneumatických prvků je zvoleno od výkonového prvku. Zadávané úlohy jsou právě navrhovány podle požadavků na délku pohybu, popřípadě na rychlost pohybu a sílu koncového prvku v pneumatickém obvodě, také na vzdálenosti výkonové části od řídící části obvodu.
Obr. 12 Redukční ventil s odkalením (autor).
13
Obr. 13 Hadičky a „bižuterie“ pneumatických obvodů (autor).
2.3 Použité elektronické prvky Základem každého nově navrhovaného pneumatického obvodu jsou elektronické a elektrické řídící a ovládací prvky. Řízení pneumatických prvků je závislá činnost, kde vstupní informace je přenesena řídící logikou na výstupní informaci elektronickou, nebo silovou. Vstupní signál je možno chápat jako informaci o stavu komponenty, nebo děje. Signál může být, jak v analogové (spojité), tak v digitální podobě. Pro řízení úloh na výukovém panelu jsem vybral řídící prvky průmyslové automatizace od firmy SIEMENS. Jednodušší varianta využívá logický modul LOGO OBA4 24V [4]. Tento modul je opatřen 8 vstupy AC/DC a 4 reléovými výstupy (Obr. 14). Dále předpokládám rozšíření o jednotku LOGO DM8 24R (Obr. 15) se 4 vstupy (AC/DC) a 4 výstupy (relé). Celá sestava je doplněna o napájecí modul 24V/DC. 2A (Obr. 17). Komplexní řízení automatizace ve strojírenství je realizováno na výukovém panelu pomocí PLC S7 1200 CPU 1214C DC/DC/DC [6].s 8 vstupy, 2 analogovými vstupy a 6 výstupy (Obr. 16). Programovací prostředí je také od firmy SIEMENS – TIA V11. 14
Obr. 14 Siemens LOGO OBA4 (autor). Obr. 15 Rozšiřující modul DM8 24R ([5] upraveno).
Obr. 16 Siemens PLC S7 1200 (autor).
Obr. 17 Zdroj 24V/DC (autor).
Obr. 18 Koncový spínač mechanický (autor).
15
Obr. 19 Indukční snímač polohy (autor).
Čidla vstupních informací budou použita jak kontaktní mechanická (Obr. 18), tak bezkontaktní (Obr. 19). Tato čidla mohou být nainstalována na pohyblivých lištách, nebo pevně. Signál bude přiveden do vstupů řídícího členu. Do budoucna uvažuji o použití čidel pro spojité signály, zejména pro měření teplot. Dalším v budoucnu uvažovaným prvkem pro řízení pneumatických obvodů je stavebnice ARDUINO postavená na jednočipu firmy ATMEL. Vstupně výstupní piny jednočipu určené pro komunikaci s okolím jsou programovatelné (pouze vstup, nebo výstup) a mohou být zatíženy maximálně do 20 mA (Tab. 4). Proto pro ovládání výkonových prvků je nutno do řídícího řetězce integrovat další zařízení pro spínání větších proudů. Napájení a programování je realizováno pomocí USB.
Obr. 20 Arduino UNO (autor).
16
Posledním zařízením v připravované sadě pro výukový panel na řízení pneumatických prvku jsou svorková pole (Obr. 21) pro připojení různých druhů řízení. Tato pole musí být přístupna z horní strany panelu (základní propojení bude realizováno zespodu panelu). Musí splňovat základní předpoklad výukové pomůcky – ochranu zdraví studentů a dodržení všech bezpečnostních předpisů. Předpokládám v úvodní části stavby panelu, že použiji logický modul LOGO!. Další v možné řadě řízení bude PLC 1214. Toto PLC bude napojeno také do klasické průmyslové svorkovnice (Obr. 21) jako logický modul LOGO!, pomocí běžné kabeláže.
Obr. 21 Průmyslová svorkovnice (autor).
Poslední třešnička na dortu bude řízení jednočipovým počítačem připojeným na panel nepájivým kontaktním polem s přídavným USB zdrojem. Právě dobře řešené nepájivé kontaktní pole (Obr. 22)s potřebnou kabeláží (Obr. 23, Obr. 24) umožní jednoduchou změnu řídícího prvku a správného zapojení vstupních i výstupních obvodů pro pneumatický panel. Součástí nepájivého kontaktního pole musí být držák do DIN lišty připevněný na toto pole. Tento držák se jednoduchým způsobem nacvakne na stávající DIN lištu. Napájení Arduina je přes USB, tak je možné použít běžný napájecí zdroj s USB výstupem.
17
Obr. 22 Nepájivé kontaktní pole BB ZY-204 ([9] upraveno).
Obr. 23 Kabeláž pro kontaktní pole A ([9] upraveno).
Obr. 24 Kabeláž pro kontaktní pole B ([9] upraveno).
18
2.4 Kovové prvky pro stavbu panelu Základem výukového panelu jsou kovové jekly a děrovaný plech. Rozměry samotných dílů a celého panelu jsou navrženy tak, aby výukový stůl splnil předpokládané záměry výuky montáže jednoduchých pneumatických zařízení (Obr. 28). Jekly jsou svařeny do základního tvar a na horní stranu stolu je přišroubován děrovaný plech, který je pro zpevnění ohnut na krajích. Celá konstrukce je ošetřena základovým nátěrem a posléze černou vrchní barvou. Zakončení jeklů je provedeno plastovými záslepkami v černé barvě. Na zadní dolní straně panelu je přidělán zemnící šroubek. Po levé straně panelu je připravena základna pro budoucí montáž pneumatického pístu na stavbu malého zdvihacího zařízení (pneumatický výtah).
3 Základní logický modul LOGO! Pro úvodní ukázky zapojení průmyslové automatizace v řízení pneumatických sestav jsem zvolil logický modul od firmy SIEMENS – LOGO!. Tento modul je kompaktní a cenově výhodné řešení pro jednoduché ovládání v průmyslové automatizaci.
3.1 Popis modulu LOGO! OBA4 [4] Základem tohoto logického modulu je programovatelné relé. Mnou použitý modul má, bez přídavného modulu BM8, 8 vstupů a 4 výstupy. Vstupy jsou digitální, ale alternativně je možno použít 2 analogové vstupy (0 až 10V) pro spojité signály. Pro analogové vstupy je nutno vždy použít stíněný, co nejkratší kabel, který je zapojen na svorky i7 a i8 dle obr. 26. Výstupy jsou reléové (označení LOGO! ..R..)se zatížitelností až 10A a jsou potenciálově odděleny od napájecího napětí, viz přílohy tab. 1. Doporučení zapojení reléového výstupu je na obr. 25. Bezpečnost připojeného modulu je zajištěna dvojitou ochrannou izolací. Připojení na zdroj napájecího napětí (24 V DC) je na svorky L+ a M (Obr. 27). Vlastní programování je ve své podstatě návrh schéma zapojení. Pro zvýšení počtu vstupů a reléových výstupů je použit přídavný modul BM8 24R (Obr. 15). Tento rozšiřující modul je k logickému modulu připojen z pravého boku. 19
Obr. 25 Zapojení reléového výstupu [4].
Obr. 26 Připojení analogových vstupů i7 a i8 [4].
Obr. 27 Připojení modulu na napájení 24 V DC [4].
Pro základní uvedení do provozu je nutné splnit několik podmínek:
zapojit ochranný vodič PE,
propojit vstupní a výstupní svorky LOGO! s průmyslovou svorkovnicí na DIN liště, doporučený průřez vodičů je min 1,5 mm2,
oddělit AC kabeláž,
připojit napájení (24 V),
zkontrolovat komunikační rozhraní (profinet, RS232),
po zapnutí zkontrolovat vložený program,
popřípadě připojit PC s ovládacím programem.
20
Obr. 28 Základna výukového panelu (autor).
21
3.2 Software pro logický modul LOGO! Jednoduchým nástrojem pro programování logického modulu je software, LOGO! Soft Comfort, od firmy SIEMENS [8]. Je to ve své podstatě nejjednodušší způsob programování a otestování vytvářených projektů pro logický modul. V posledních vrzích tohoto softwaru je možné vytvářet a používat podprogramy. Software je možno vyzkoušet po určitou dobu zdarma [8], což pro základní představu o programu bohatě stačí. Školy technického typu jsou vybaveny komerční verzí tohoto programu. Je ho možné instalovat jak na Windows (32 Bit, 64 Bit), tak na Linux (32 Bit, 64 Bit) a Mac OS X. Vlastní vytváření projektu je v grafickém prostředí programu ve dvou možných zobrazeních:
ladder – kontaktní zobrazení (Obr. 29),
function block – zobrazení funkčních bloků (Obr. 30).
Obr. 30 LOGO! Soft Comfort - zobrazení funkčních bloků.
Obr. 29 LOGO! Soft Comfort kontaktní zobrazení,
22
Pro vytváření zamýšleného projektu je možné využít u LOGA tyto funkce:
Konstanty (vstupy, výstupy, markery atd.), o
digitální,
o
analogové.
Základní funkce (logické funkce) BF.
Speciální funkce SF, o
časové spínače,
o
čítače,
o
analogové funkce,
o
různé (např. samodržné relé, pulzní relé, programovatelné tlačítko atd.).
Tyto funkce můžeme prostým přetáhnutím do plochy projektu umístit a poté propojit ve funkční schéma zamýšleného obvodu. Vytvořený program poté můžeme od simulovat bez nutnosti připojení k hardwaru. Jestliže je vše v pořádku můžeme program nahrát do loga.
4 Návrh a stavba výukového panelu Vlastní výukový panel je svařenec z jeklů a na základní kostru je přišroubován děrovaný plech. Rozměry (Obr. 31) jsou voleny tak, aby se panel dal přenášet a položit na klasický školní stůl. Použitý materiál:
jekl 50 x 20 x 2 x 900,
jekl 30 x 20 x 2 x 3000,
lišta elektro montážní s výřezy,
děrovaný plech QG 8 x 8, rozteč 11,
běžný spojovací materiál.
Povrchová úprava záleží na možnostech dílny, nejčastěji to bude nástřikem barvy. Konkrétní stůl je opatřen základní barvou a poté vrchní černou barvou
23
Obr. 31 Výukový panel, pneumatika – rám, rozměry (autor).
5 Příklad pneumatického zapojení na panelu Tento panel bude sloužit jako výuková pomůcka pro základní pochopení možnosti návrhu a stavby jednoduchých pneumatických obvodů. Po zvládnutí teoretických hodin automatizační techniky budou studenti schopni pod vedením učitele navrhnout a sestavit pneumatický obvod z dostupných dílů. Prozatím bude k dispozici několik pneumatických prvků – pneumatické válce, rozvaděče, prvky pro regulaci a úpravu vzduch a spojovací prvky.
24
Pro řízení navržených sestav bude použito průmyslové řízení pomocí logických modulů (Obr. 14 LOGO!), nebo PLC (Obr. 16). V další fázi může být použito řízení jednočipovým počítačem (Obr. 20 ARDUINO).
5.1 Cyklický pohyb pneumatického válce Pro úvodní úlohu je zvolen cyklický pohyb pneumatického válce. Tento pohyb je možné přirovnat k pohybu třídící linky kovových uzávěrů „TWIST OFF“ v potravinářském průmyslu. Princip tohoto pohybu je vyřazení sudých uzávěrů na souběžnou linku. Zadání této úlohy je nejjednodušší opakovaný pohyb – vysunutí a zasunutí pístnice v závislosti na nastavení mechanických koncových spínačů. Schéma je na obr. 32. Rychlost pohybu pístnice je řízena v obou směrech jednotkou se škrtícím a jednosměrným ventilem. Tyto jednotky jsou postaveny závěrným směrem na výstupní stranu válce při požadovaném pohybu – zamezení zákmitu u stlačitelných médií. Délka pohybu je dána mechanickým koncovým spínačem (Obr. 18) na vnitřní i vnější straně pohybu. Přepínání směru toku média do válce je realizováno monostabilním elektricky ovládaným ventilem 5/2 (Obr. 11). Regulace a odvodnění tlakového média je realizováno jednotkou s odlučovačem vody a redukčním ventilem (Obr. 12). Řízení celého obvodu obstarává logický modul firmy SIEMENS – LOGO! OBA4 Obvod je vybaven hlavním ventilem s odfukem na přívodu tlakového média.
5.1.1 Funkce Schémata jsou kreslena a od simulována v programu „FESTO FluidSIM“ [3]. Po zapnutí hlavního ventilu tlaku, musí být pístnice ve výchozím stavu (zasunuta) a hlídána koncovým spínačem S1. To znamená, že řídící ventil V1 je v poloze zajištěné pružinou, médium je směřováno před píst. Tento stav je na obr. 33, Po zapnutí vypínače ON/OFF je přesunut řídící ventil V1 do druhé polohy a médium je směřováno za píst. Ten se přesouvá do přední polohy definovanou rychlostí až do sepnutí koncového spínače S2. Tento stav a polohy ventilů jsou na obr. 34. Na obrázku je také znázorněn aktivní stav elektrického zapojení (tlustá červená čára). Tento cyklus bude opakován do doby vypnutí vypínače ON/OFF – píst musí zůstat v zasunuté poloze. Jako poslední musí být vypnut hlavní přívod tlakového média s odfouknutím.
25
Obr. 32 Schéma zapojení pneumatického a elektrického obvodu cyklického pohybu pístnice.
26
Obr. 33 Cyklický pohyb - výchozí stav.
27
Obr. 34 Cyklický pohyb - pohyb vpřed.
28
5.2 Provedení úlohy na výukovém panelu Pro ukázku zapojení jsou použity prvky již dříve popsané. Sestava je na obr. 35.
Obr. 35 Panel - cyklický pohyb pístnice (autor).
29
Řídící program pro logický modul byl vytvořen v „LOGO! Soft Comfort“ [8]. Pro ukázku je zvoleno zobrazení ve funkčních blocích (Obr. 36) a v kontaktním schéma (Obr. 37).
Obr. 36 Cyklický pohyb pístnice - funkční bloky.
Obr. 37 Cyklický pohyb pístnice - kontaktní diagram.
30
6 Zhodnocení výukové pomůcky Cílem výroby výukového panelu pro výuku návrhu, realizace a naprogramování pneumatických obvodů je prakticky procvičit teoretické znalosti z oboru průmyslové automatizace. Studenti si ověří správnost funkce a zapojení pneumatických obvodů. Celá výroba výukového panelu proběhla v rámci dílen na SPŠ SE v Českých Budějovicích. Na výrobě se podíleli studenti 3 ročníků pod odborným dohledem učitele. Takto vyráběné pomůcky ušetří nemalé finanční prostředky škole a zároveň vedou studenty k tvořivé práci. Studenti, kteří poznali cenu práce na této pomůcce, si ji také jinak váží a nepoškozují ji.
31
Seznam literatury a použitých zdrojů [1] FESTO DIDACTIC, Nabídka výukových systémů, (on line) 10. 9. 2015, www.festodidactic.com/cz-cs/vyukove-systemy/equipment-sets [2] MERKUR TOYS s. r. o., MERKUR EDUCATION, Katalog výukových stavebnic, (on line) 28. 10. 2014 www.merkurtoys.cz/výrobky/pracovni-nabytek [3] FESTO DIDACTIC, FluidSIM demo, (on line) 5. 11. 2015, http://fluidsim.en.uptodown.com [4] SIEMENS, Manual LOGO! OBA4, (on line) 21. 11. 2015, http://www1.siemens.cz/ad/current/?ctxnh=3dc1f5a3fc&ctxp=doc_manualy, [5] SIEMENS, přídavné moduly pro LOGO!, (on line) 21. 11. 2015, http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-modulelogo/modular-expansion-modules/pages/default.aspx [6] SIEMENS, Manual S7 1200, (on line), 21. 11. 2015, http://www1.siemens.cz/ad/current/index.php?ctxnh=5dc8474325&ctxp=doc_manualy [7] ARDUINO HOME, Data sheet, (on line) 1. 12. 2015, https://www.arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno [8] SIEMENS, software – LOGO! Soft Comfort (demo), (on line) 1. 12. 2015, http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/logic-modulelogo/demo-software/Pages/Default.aspx [9] GM ELEKTRONIC, nepájivé kontaktní pole s kabeláží, (on line) 21. 11. 2015, http://www.gme.cz/nepajive-kontaktni-pole-zy-204-j-p661-145
32
Přílohy
Tab. 1 LOGO! Základní modul - technické údaje [4].
33
Tab. 2 Přídavný modul LOGO! DM8 24R – A [5].
34
Tab. 3 Přídavný modul LOGO! DM8 24R – B [5].
35
Tab. 4 Technické údaje Atmel ARDUINO UNO [7].
36
