Pécsi Tudományegyetem

Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kar Automatizálási tanszék

Minősítő, szortírozó automata elektro-pneumatikus vezérlésének tervezése, kivitelezése és beüzemelése

Készítette: Malkó Tibor és Pap Zoltán villamosmérnök hallgatók

Belső konzulens: Külső konzulens: Tanszékvezető:

Pécs 2010.

Tartalomjegyzék 1 Bevezetés és célkitűzések:.............................................................................................3 1.1 Projekt során kitűzött céljaink:..............................................................................3 2 Irodalmi áttekintés:........................................................................................................3 3 Módszerek:....................................................................................................................4 3.1 Diszkrét elemes tervezés:.......................................................................................5 3.2 PLC alapú rendszer:...............................................................................................5 3.3 Mikrokontrolleres rendszer:...................................................................................5 3.3.1 c8051 Fejlesztőrendszer:................................................................................5 3.3.2 PIC Mikrokontroller:......................................................................................6 3.4 Vezérlőrendszer kialakítása: ..................................................................................6 3.4.1 Minősítés és szortírozás folyamata:...............................................................6 3.4.2 Kommunikációs protokoll:.............................................................................8 3.4.3 Hardver:..........................................................................................................8 3.4.4 Szoftver:.......................................................................................................10 4 Eredmények: ...............................................................................................................12 5 Értékelés és következtetések:......................................................................................13 6 Összefoglalás:..............................................................................................................14 7 Köszönetnyilvánítás:...................................................................................................15 8 Mellékletek, függelék:.................................................................................................15 8.1 Irodalom jegyzék:................................................................................................15 8.2 Ábragyűjtemény:..................................................................................................16 9 Nyilatkozat:.................................................................................................................16

2

1 Bevezetés és célkitűzések: Projektünk alapjául a 2010-es Pollack EXPO-n meghirdetésre került III. ISEL pályázat szolgált. Ez adott kiindulási pontot egy minősítő, szortírozó automata elektronikus vezérlő rendszerének tervezéséhez. Miután a Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Kara jelentkezett a meghirdetett versenyre, felkértek minket, hogy segítsük a jelentkezők munkáját. Ez egy remek lehetőség volt az elméleti síkon megvalósulni látszó vezérlőrendszer modellbe történő implementálásához, illetve ipari környezetben történő teszteléséhez. Nagy örömmel tettünk eleget a felkérésnek. Ennek hatására kiterjesztettük projektünket, mivel szükségessé vált egy elektro-pneumatikus Z-tengely megvalósítása, mely a munkadarab mozgatásán kívül annak alaki vizsgálatát is lehetővé teszi. A tervezési stádium első szakaszában a projekt által megkövetelt biztonsági, működési és felhasználhatósági célok lefektetése volt a fő feladat.

1.1 Projekt során kitűzött céljaink: A céljaink kitűzése során megállapodtunk egy sokoldalúan alkalmazható elektro-pneumatikus vezérlő berendezés létrehozásában, ami számos területen eredményesen alkalmazható. Kialakításnál külön szempont volt olyan modell megalkotása, amelyben az automatizálási rendszereknek problémái, programozása, jól modellezhetők. Mindezek mellett a tervezés során különös hangsúlyt fektettünk a nagy megbízhatóság és a biztonságos működés biztosítására, lévén egy ipari körülmények között általános célú rendszert szerettünk volna létrehozni.

2 Irodalmi áttekintés: Projektünket a téma tanulmányozásával kezdtük, számos könyvet, hazai és külföldi internetes dokumentációt elemeztünk, melyekben hasonló feladat megvalósításáról 3

szóltak. Sok hasznos dolgot megtudtunk ezekből a tanulmányokból, de majdnem minden publikációnak volt valami hátránya a számos előny mellett. Találtunk dokumentációt diszkrét elemes automatizálási rendszer tervezéséről, viszont ezek a rendszerek egytől-egyig egyszerűbb, kis bonyolultságú feladatok, esetekben összetettebb rendszer bizonyos részegységeinek megvalósításáról szóltak. A diszkrét elemes tervezés problematikája elég sokrétű, a magas energiafogyasztástól kezdődően a nagy bonyolultságú áramkörökön át egészen a rugalmatlan felhasználási lehetőségekig. Az iparban számos területen használnak vezérlési feladatok megoldására PLC1-ket. A mai eszközöket -tudásuk és teljesítményük révén- komplex bonyolult automatizálási feladatok megoldására tervezték. Sok dokumentum elemzésével arra a következtetésre jutottunk, hogy a PLC-ket főleg hatalmas, összetett gyártósorok, teljes ipari létesítmények automatizálására alkalmazzák. Egyetlen hibájuk azonban a magas áruk, amelyet ezért a nagy tudásért kell fizetni. Kutatásunkat az MCU2 alapú rendszerek tanulmányozásával folytattuk. Az ilyen típusú feladatmegoldás rengeteg előnnyel jár. A mikrokontroller használata nagyban leegyszerűsíti a szükséges áramkört, csupán bemeneti és kimeneti illesztésekre van szükség, melyek kis bonyolultságú diszkrét elemes áramkört igényelnek. Temérdek olyan forrásanyagot találtunk amely pozitívan nyilatkozott a témában az alacsony fogyasztásuk, illetve a rugalmas programozhatóságuk miatt.

3 Módszerek: Az vezérlőrendszer tervezésének a sok újonnan megszerzett tudásanyag elemzésével fogtunk neki. Sorra vettük az összes lehetséges megoldást, figyelembe vettük mindegyik pozitívumait, illetve negatívumait. Rengeteg konzultációval töltött munkaóra után körvonalazódni látszódott egy - az elvárásokat kielégítő - rendszer terve. Berendezésünk számos kritériumnak eleget kell tegyen, így például megfelelő számú 1 Programmable Logic Controller, magyarul: programozható logikai vezérlő 2 Microcontroller Unit, magyarul: Mikrokontroller; egyetlen lapkára integrált, általában vezérlési feladatokra optimalizált számítógép.

4

illesztett

be-

és

kimenettel

rendelkezzen,

lehetőséget

adjon

a

mérések

párhuzamosítására, valós idejű jelfeldolgozást biztosítson, -a későbbi továbbfejlesztés érdekében- egyszerűen bővíthető legyen mindemellett a kitűzött céloknak is feleljen meg.

3.1 Diszkrét elemes tervezés: A projekt komplexitása miatt ezt az elvet elég hamar elvetettük, mivel ez a megoldás rendkívül bonyolult áramkört eredményezett volna, számos hibaforrással és rugalmatlan felhasználási lehetőséggel. Emellett a mai világban a hozzá tartozó magas energiafogyasztás sem engedhető meg; ezek alapján egy megbízható, programozható processzoros rendszer felé indultunk.

3.2 PLC alapú rendszer: Az iparban számos területen használnak vezérlési feladatok megoldására PLC-ket. Ezek az eszközök tudásukkal és teljesítményükkel is messzemenően megfelelnek a tervezés során felállított követelményeknek. Egyetlen hibájuk azonban a magas áruk, amelyet ezért a nagy tudásért kell fizetni. Mivel ezen eszközök tudását csak pár (4-5) százalékban használnánk ki, ezért és magas áruk miatt elvetettük.

3.3 Mikrokontrolleres rendszer: 3.3.1 c8051 Fejlesztőrendszer: Tanulmányunk következő alanya a Pécsi Tudományegyetem Pollack Mihály Műszaki Karának oktatásában szereplő Silicon Laboratories Inc. által fejlesztett C8051f236-as MCU-ra épülő fejlesztőpanel volt. Ez a megvalósítás ár-érték viszonyban már jó választás lett volna, viszont a be- és kimeneti szintillesztések megoldása további egységek beiktatását tették volna szükségessé. Azonban itt még nem hagytuk abba a kutatást. Eljutottunk arra a szintre, hogy mindenképpen egy mikrokontrolleres megvalósítás biztosítja számunkra a céljainknak legmegfelelőbb rendszer létrehozását. A következő 5

feladat már csak a megfelelő processzor kiválasztása volt. 3.3.2 PIC3 Mikrokontroller: Találtunk egy érdekes fejlesztést az interneten, amit PICLP 4-nek neveztek el. Ez a Microchip cég által forgalmazott PIC mikrovezérlőre épülő egyszerű „PLC”. Az eszköz és központi egységének tanulmányozása keltette fel érdeklődésünket ezen kontroller család felé. Számos indok szólt e család mellett, egyik legfontosabb szempont a költséghatékonyság volt, és ez kínálkozott a legolcsóbb megoldásnak. Ezenfelül ilyen jellegű eszköz még nem szerepel intézményünk oktatásában, így ígéretes modellnek tűnt. A PICLP projekteknek köszönhetően PLC módjára is programozható az eszköz, ebből kifolyólag három új programozási nyelv ismerhető meg a 8051-es rendszerrel szemben. Itt nem csak Assembly, C programozási nyelvet, hanem létradiagramot, utasításlistát, valamint funkció blokk diagramot is használhatunk. Ezzel szélesebb körben tudnánk alkalmazni a modellt az oktatásban, és így lehetőség nyílna a különböző programnyelvek előnyeinek, hátrányainak bemutatására példákon keresztül. Rálátást biztosíthatunk ezáltal a megfelelő programnyelv választásának fontosságára.

3.4 Vezérlőrendszer kialakítása: A pályázat kiírásának megfelelően léptetőmotoros lineáris egységek kerültek beépítésre az automatába. Ezek működtetése megfelelő léptetőmotoros meghajtást igényel, amit egy ISEL IMC-P1-4 típusú 4-tengelyes vezérléssel valósítottunk meg. Választásunk azért esett ezen típusra mert a hazai és külföldi ipari automatizálási szférában rengeteg utalás található az ISEL motorvezérlőinek sokrétű felhasználására és megbízhatóságára. A minősítő automata kialakításánál vákuumos megfogót, és Ztengely menti pneumatikus mozgatást terveztek.

3 Peripheral Interface Controller magyarul: Perifériás Interfész Vezérlő 4 PIC PLC betűkből összerakott mozaik szó, amely utal a PLC jellegre azonban ipari kompakt társaiknál jóval kisebb tudással rendelkeznek.

6

3.4.1 Minősítés és szortírozás folyamata: A minősítés során különböző színű és anyagminőségű korongokat kellett vizsgálni. •

Anyagminőség vizsgálat: Ehhez a vizsgálathoz kétféle szenzort, egy -digitális- kapacitív és egy -analóg- induktív elven működőt választottunk. A kapacitívet a munkadarab érzékelésére, az induktívot az anyagminőség meghatározására alkalmaztuk.

•

Szín vizsgálat: A színek érzékelésére egy -digitális- kompakt, három csatornás optikai érzékelőt választottunk, mely a színhibát is képes kezelni.

•

Alaki vizsgálat: Számos alternatívát megvizsgáltunk, ezek között szerepelt egy bonyolult kamerás vizsgáló rendszer, melyet magas ára miatt mellőztünk. Révén, hogy stancolással előállított korongok vizsgálatáról beszélünk, választásunk a jóval egyszerűbb és alacsony megvalósítási költségű forgatásos vizsgálatra esett. Itt egy egyszerű fénysorompóval detektálhatjuk a körbeforgatott anyag folytonosságában fellépő hiányosságokat, melynek hátránya, hogy a szenzor jelét valós időben kell feldolgozni, de erre rendszerünk lehetőséget biztosít.

A szortírozáshoz szükséges X-Y irányú mozgást, és a munkadarab alaki vizsgálatához szükséges forgatást az IMC-P1-4 vezérlő biztosította, míg a Z-tengely -pneumatikus miniszán- működtetését és pozicionálását nekünk kellett biztosítani, erre a feladatra egy 5/3-as alaphelyzetben zárt elektromosan vezérelhető szelepet választottunk, mely a pozíció tartást biztosítani tudja. A felső végállással nem volt sok problémánk mert itt a miniszán beépített pozícióérzékelőjét használhattuk. Alsó végállás érzékelőt nem tudtunk használni, mivel ez a pozíció -a korongok egymásra helyezése miatt-

mindig más magasságban volt. Ipari környezetben erre a problémára

nyomásérzékelőt szoktak használni amely a mechanikusan felütközött dugattyúrúd miatt megnövekedett nyomást érzékeli. Ily módon azonban a szükségesnél jobban megterhelnénk

a

vákuumkorongunkat,

amely

az

élettartamának

drasztikus

csökkenéséhez vezetne. A pneumatikus rendszer kapcsolási rajza az 1. ábrán látható. Ezért egy másik megoldáson gondolkoztunk, melynek alapja egy FESTO 7

hosszkiegyenlítős adapter volt. Ezt kiegészítettük egy mikrokapcsolóval (2.-3. ábra), mely már a nyomás növekedése előtt -a megfogó felütközésekor- jelzi az elérni kívánt pozíciót. Ilyen felhasználásra való utalást nem találtunk, ezért nagy kihívás volt ezen innovatív megoldás kivitelezése. A szenzorok jellege és a minősítési idő lecsökkentése végett, a mérések párhuzamosítása mellett döntöttünk. Ez egy forgató asztal felhasználásával volt megoldható, és így tudtuk biztosítani az álló helyben történő mérést. 3.4.2 Kommunikációs protokoll: Annak okán, hogy a minősítési és a szortírozási feladatokat nem egyazon berendezés látta el, köztük kommunikáció megvalósítása vált szükségessé. A kommunikációs protokoll kialakítása során -a feladat jellege miatt- Master-Slave 5 kapcsolatot alakítottunk ki, ahol a szolga szerepet az általunk tervezett rendszer kapta. A szabályrendszer felállítása során törekedtünk az egyszerű, könnyen átlátható felépítésre -mely az oktatás szempontjából fontos-, és az esetleges átviteli hibák detektálhatóságára. Ezért alakítottunk ki párhuzamos adatátvitelt, két vezérlő egy megerősítő és négy adatvonal felhasználásával. 3.4.3 Hardver: A tervezést a megfelelő PIC mikrokontroller kiválasztásával kezdtük és e köré építettük fel a kapcsolásunkat. A döntésnél a Microchip Interactive Product Selection Tool6 volt a segítőnk. Itt definiálhattuk, mire van szükségünk és választhattunk a számunkra megfelelő termékek közül. Sok időt nyertünk ezzel, mert nem kellett minden egyes kontroller adatlapját külön-külön tanulmányozni, csak a számunkra megfelelőkét. A teljesítményeket és az árakat összevetve a PIC16F628A típusra esett a választásunk. Gyakorlatilag egy RISC7 utasítás készlettel rendelkező processzorról beszélünk, ami számos előnnyel rendelkezik. Kevés utasítással működik, amiket gyorsan hajt végre, ezért az egyszerűbb feladatokat ilyen processzorokkal célszerű megvalósítani, így biztosítva az alacsony fogyasztást és gyors működést. A kiválasztott típus minden tekintetben megfelelő számunkra, rendelkezik a szükséges számú I/O vonallal, belső 5 Magyarul: Mester-Szolga. A csatorna feletti ellenőrzést a Mester gyakorolja. 6 A Microchip termék kiválasztást segítő interaktív eszköz. 7 Reduced Instuction Set Computer magyarul: Csökkentett Utasítás Készletű Számítógép

8

oszcillátorral, energiatakarékos móddal, programozható felhúzó ellenállásokkal a B porton, Watchdog Timerrel8, programozható kód védelemmel, bekapcsolási-, feszültség kimaradási resettel, megszakítás vezérléssel és szinkron/asszinkron kommunikációval. A hardver tervezése során megalkottuk az implementáció hardver-blokkdiagramját (ábra 1),

melyen

feltüntettük

a

megvalósítani

szükséges

részegységeket,

a

szintillesztéseket be- és kimeneti oldalon, a bővítő és programozó portot, analógdigitális átalakítót. A szintillesztésekre azért volt szükség mert az automata 24 voltos rendszerű, de a vezérlőmagunk ennél jóval alacsonyabb 5 voltos feszültségszinten üzemel, ezen felül az illesztés védelmi funkciót is ellát. A kimeneti illesztésre egy az iparban gyakran használt ULN2804 típusú tranzisztor sort választottunk, ez az elektromosan vezérelhető pneumatikus egységeket és az IMC-P1-4 vezérlőrendszert is meg tudja hajtani. Ebbe a tokba integrálva van az elektro-pneumatika miatt szükséges védődióda is. A kommunikációs vonalak meghajtására külön felhúzó ellenállást kellett biztosítanunk, ennek nagyságát az IMC-P1-4 bemeneti paraméterei között megtaláltuk. (KIMENETI) A mikrokontroller

bemenetein

a

programozható

felhúzó

ellenállásoknak

köszönhetően ULN2004-et tudtunk használni, amit nem szoktak bemeneti illesztésre alkalmazni, de ezzel a választással közel 30 alkatrészt tudtunk kiváltani (tranzisztorokat, ellenállásokat). Tehát csökkentettük az alkatrészek számát, a kapcsolás bonyolultságát, a szerelési költséget, a méretet és nem utolsó sorban a hibaforrások számát. Ezen előnyök mellett még az ára is kedvezőbb lett annál, mintha diszkrét elemeket használtunk volna. Egy hátránya mégis volt ennek az integrált áramkörnek, miszerint a bemenetén csak 15 voltos feszültséget visel el, de ezt bemenetenként egy soros 6,8k ohm-os előtét ellenállással kitolhattuk 24 voltig. (BEMENETI ÁBRA) A

komparátor

fokozat

kialakításánál

fontos

szempont

volt

a

könnyű

beszabályozhatóság, valamint a megbízható működés, mert ez az egyik alapja a sikeres anyagminőség vizsgálatnak. A szenzorválasztás során lehetőségünk adódott -digitáliskomparátorfokozattal egybeépített szenzor alkalmazására, de miután ezt teszteltük, rájöttünk arra a hiányosságára -amit később a gyártó is megerősített-, hogy a komparálási hiszterézist nem, csak a középértéket lehet beállítani. Ez labilis működést 8 Magyarul: Örző-Védő Kutya. A program megszakadásakor újraindítja a rendszert

9

eredményezett volna. Ezért döntöttünk egy saját -jobban kézben tartható működésűfokozat tervezése mellet. Szintén az ipari sztenderd alkatrészek között keresgéltünk és így találtuk meg az LM339 integrált áramkört mely 4 darab nyitott kollektoros kimenettel rendelkező komparátort tartalmaz. Emellett szólt az az érv is, hogy ezzel a típussal könnyen megvalósítható egy diódás kódoló fokozat, amely segítségével 2 bitre tudtuk kódolni a komparátorok kimenetét. Ehhez a kialakításhoz számos táblázatot kellett kitölteni, melyek közül a végleges megoldást 3 diódával sikerült megvalósítani egy ötletes kapcsolástechnikával. Mivel ezt az integrált áramkört is 5 voltos tápfeszültségről üzemeltettük, ezért analóg szenzorunk 0-10 voltos kimenőjelét egy feszültségosztóval 0-3,5 voltos tartományra kellett transzformálni. (AD Kép) Szintén hasonló megoldást alkalmaztunk a háromcsatornás színérzékelő szenzornál, itt 4 diódával sikerült megvalósítani a kódolást, amint az a kapcsolási rajzon látható. A hardver blokk diagram minden részéről esett már szó a tápegység kivételével. Minden berendezésnek kritikus pontja lehet a tápegység. Mi a tervezés során leegyszerűsítettük ezt a részt, mivel számos gyártó kínálatában megtalálhatóak a hálózatról üzemelő -szükséges minősítésekkel ellátott- kapcsolóüzemű tápegységek. Nekünk egy 5 voltos kivitelre volt szükségünk, mely megfelelő terhelhetőséggel bír. A tervezés során az áramfelvételt sikerült minimalizálni, mégis egy nagyobb terhelhetőségű típusra esett a választásunk, amely majd a későbbi fejlesztések során is ki tudja szolgálni a berendezés tápellátását. A hardverelemek kiválasztása után következett a kapcsolási rajz (KAPCS RAJR ÁBRA) tervezése és a tokozások kiválasztása. A modellünket egy oldalon fóliázott nyomtatott áramköri lapra terveztük. A komparátor és a két meghajtó áramkör foglalatot kapott és az alkatrész-oldalra került. Itt található még az induktív távolságmérő feszültségosztójának felső tagja, a hat darab átkötés, a sorkapocslécek (melyek a csatlakozást biztosítják a szenzorok, a kommunikáció és a tápegység felé), valamint a programozó és bővítő csatlakozók. Az integrált áramkörök foglalatba kerültek beültetésre, amely könnyebb élesztést, tesztelést, valamint esetleges meghibásodás után könnyebb hibakeresést, javítást tesz lehetővé. Az alkatrész-oldalra került az összes többi alkatrész a mikrokontrollerrel együtt, ami szintén felület szerelt tokozású. (NYÁKTERV 10

ÁBRA) 3.4.4 Szoftver: A szoftver megalkotását folyamatábrák megtervezésével kezdtük. Ezeken jól látható és követhető a program működési folyamata, melyet ez alapján Assembly nyelven írtunk meg. A vizsgálat során regisztereket rendeltünk a mérési pozíciókhoz, amelyekben szignifikáns bitek jelezték a mérések eredményét. Miután az adott munkadarab minden minősítésen átesett a regiszterben kialakult bitmintázat alapján egy előre definiált táblázat határozta meg a szortírozási pozicióját. A folyamatábrát külön részekre bontottuk. •

Interrupt: A már fentebb említett valós idejű jelfeldolgozás miatt vált szükségessé a megszakítások kezelése. Ez a blokk felel az alaki hibák észlelhetőségéért, valamint a program futásának indításáért, megállításáért, újraindításáért, amint az, az idődiagramokon is látható.

•

Shift: Itt valósítjuk meg a szinkront a forgatóegység pozíciói és a kontroller regiszterei között.

•

Sub Monitor: A Monitor rutin azon része mely a szenzorok alapján a megfelelő biteket beállítja.

•

Monitor: Összetett folyamat ahol a megszakítás rutinnak a forgatás vizsgálatot engedélyezzük, majd ennek befejezte után a kimenetre kerül az eval függvény által kiértékelt lerakási pozíció.

•

Reset: A program a berendezés indítása, vagy újraindítás után kerül ebbe a funkcióba, ahol jelzi a Mester-nek, hogy szolgálatra készen áll. Ezután a Mester minősítés- indítást, újra indítást vagy leállítást kérhet.

•

Start (Fő program): 11

Minden bekapcsolás az Init lefuttatásával kezdődik, ahol beállításra kerülnek a működéshez szükséges SFR9-ek, be- és kimenetek funkciója, a megszakítás vezérlés, Watchdog Timer. A beállítások lezajlása után a Reset blokkba kerülünk. Megfelelő vezérlőjel hatására megkezdődhet vagy leállhat a program futása. Minősítés kezdésekor egy ciklusba kerül ahol Ctrl1-en magas szintet vár. Amennyiben más vezérlést kapunk tudhatjuk, hogy valami hiba történt, ekkor a program egy hibaágra fut, amelyet 13-as parancs küldésével jelez és újraindításra várakozik. Helyes vezérlés esetén az Ack (megerősítés) vonal lehúzásával reagál. A peval függvény utasítás kódot küld a szortírozó rendszernek: 11 - munkadarab a levételi pozícióban 12 - színhibás munkadarab a levételi pozícióban 15 - levételi pozíció üres majd az Ack vonalat felengedi. Az utasításkód sikeres célba érkezése után a Mester jelzésére magasba engedi az adatvonalakat -ezáltal lehetőséget biztosít az adatvonalak szakadásának vagy zárlatának érzékelésére- és Ctrl2-n magas szintet vár. Hibás vezérlés esetén a már említett módon hibaágra kerül. A helyes vezérlés tudomásul vételét az Ack lehúzásával jelzi és a Monitor blokkot futtatja. Amint a Mester megkapta a munkadarab lerakási pozíció kódját: 0 - hibás munkadarabok pozíciója 1 - 9 - minősítés során megfelelt munkadarabok pozíciója utasítást ad az adatvonalak felengedésére. A program automatikusan Ctrl1 fázisba ugrik vissza.

4 Eredmények: A modell megalkotása és legyártása (KÉP) után elértünk a beüzemelési és tesztelési fázishoz. (KÉP) Első lépésben a szenzorokat kellett beállítani, -a letöltött 9 Speciális Funkció Regiszter

12

dokumentációk alapján- először az érzékelési távolságot mechanikusan, majd az érzékenységet elektronikusan. Beüzemelés során nagy hasznát vettük a már említett bővítő portnak, mely segítségével online üzemben láthattuk a kontroller belsejében zajló folyamatot, és figyelemmel kísérhettük a watch-dog, a szenzor kimenetek, valamint a regiszterek állapotát. A folyamat a szenzorok bekötése után a bemeneti és kimeneti fokozatok tesztelésével folytatódott. A megfelelő bemeneteket a szenzorokkal aktiváltuk és a külső kijelzőn figyeltük a bemeneti biteket. A kimeneti fokozat tesztelése egy kicsivel egyszerűbb feladat volt, megfelelő sorrendben aktiválva a kimeneteket az ISEL ICM-P1-4 vezérlőegység számítógépes felületén figyelhettük meg a bemeneteinek változásait, továbbá ezen felületről tudtuk a kommunikációs vonalakat is ellenőrizni. Itt érkeztünk el a beüzemelés legmozgalmasabb pontjához, a pneumatikus rendszer vezérlésének teszteléséhez. Első alkalommal még táplevegő rákapcsolása nélkül aktiváltuk a szelepeket, és a rajtuk lévő állapotjelző LED-ek segítségével győződhettünk meg a helyes működésről. A táplevegő rákapcsolása után -a nyomást fokozatosan növelve- kézi működtetéssel ellenőriztük a helyes mozgást, a felső és az innovatív alsó végállás kapcsolók működését. A vákuum szenzort működése előtt be kellett tanítani a megfelelő nyomás értékre. Ezt a szenzorhoz mellékelt leírás alapján gyorsan el tudtuk végezni, mivel digitális érzékelőről volt szó, szinte egy gombnyomással be lehetett állítani. Ezt követően a vákuumgenerátor bekapcsolása és a megfogóegység vákuumkorongjának periodikus elzárásával meggyőződtünk a helyes működéséről. A rendszer digitális részének tesztelése után be kellett még állítanunk az analóg-digitális átalakítót is. Az automata minősítő

és

végellenőrző

berendezést

kézi

ütemben

működtetve

a

kapott

mintakorongokkal méréssorozatokat végeztünk, ennek eredményét egy táblázatba foglaltuk és grafikonon ábrázoltuk (GRAFIKON ÁBRA). Ennek segítségével győződhettünk meg arról hogy az analóg induktív útadónk érzékelési távolságát a dokumentáció alapján helyesen állítottuk be. Jól látszik a grafikonon, hogy az egyes anyagok elkülönülnek egymástól három sávot alkotva. A komparálási szinteket ezen sávok közé a HELI trimmerekkel beszabályozva a modellünk máris meg tudta különböztetni a fém korongok anyagi minőségét.

13

5 Értékelés és következtetések: A tesztelések során szenzoraink nem várt hibákat produkáltak, melyeket a léptetőmotorok meghajtásával tudtunk összefüggésbe hozni. Vizsgálódni kezdtünk, hogy mivel tudnánk ezeket a jelenségeket kiküszöbölni. Mint később kiderült, a hibát a nem megfelelő minőségű motorvezérlő kábelek alkalmazása okozta. Megoldásként megfelelő specifikációjú, egyedi gyártású vezérlőkábelek alkalmazása szolgált. A hiba elhárítása után a berendezés az elvárásoknak megfelelően üzemelt. Az első tesztek lefuttatása után szembesültünk azzal a ténnyel, hogy a rendszerünk nem közelíti meg a célkitűzésben felállított pontosságot. Az elkövetett tévesztések -20%-os tévesztés- alapján jöttünk rá arra, hogy az alkalmazott infra fénysorompó a festett műanyag korongokat átlátszónak látja. Mivel ezek dokumentációjában ilyen jellegű hibára való utalást nem találtunk, és belső felépítése ismeretlen volt számunkra felvettük a kapcsolatot a gyártóval. A probléma elhárításában gyors segítséget kaptunk, mechanikus úton csökkenteni kellett az érzékenységét. Ezt az adó dióda részleges maszkolásával értük el. A hiba százalékot ezzel jócskán csökkenteni tudtuk -5% alá- de ezzel még mindig nagyon távol voltunk az automatizálásban teljesítendő ppm-es értéktől. A hiba a komparátorfokozatból származott, melyet a bemenő jelen lévő zavarok okoztak, ezt a bemenetén egy alul-áteresztő szűrő utólagos beépítésével és a beállítás finomításával tudtuk kiküszöbölni. Miután sikerül ezen problémákat elhárítani az automata elérte a 100%-os leválogatási pontosságot.

6 Összefoglalás: Az apróbb hibák és zavarok elhárítása után megvizsgáltuk a projekt keretében létrehozott berendezést. A kezdeti célkitűzéseknek sikerült maradéktalanul megfelelni, és innovatív megoldásokat alkalmazni. Rendszerünk a végső teszt üzem során és azután is megbízhatóan és pontosan működött, hibát, tévesztést nem produkált. 14

A modellben számos továbbfejlesztési lehetőség rejlik. A bővítő portnak köszönhetően további szenzorok, megjelenítő egységek, adat gyűjtők, adat tárolók illeszthetők hozzá. A tervezés során fontosnak tartott szempontoknak köszönhetően sikerült egy egyszerű, megbízható, alacsony költségű modellt létrehozni, amely a megfelelő dokumentációs háttérrel és kiegészítő eszközökkel egy oktatásban jól használható rendszert alkothat. Alacsony árának és felépítésének köszönhetően szinte bárki számára elérhető, után építhető, így a hallgatók nem csak a tanórákon hanem a laborokon kívül is tanulhatnak, fejleszthetnek rajta. További terveink között szerepel egy a bővítő portra csatlakoztatható oktatási tábla tervezése, mellyel a belső működése és állapota kis létszámú (20 fő) csoportnak bemutatható. Komplett oktatási anyag összeállítása, különböző típusú vezérlési feladatok megoldására.

7 Köszönetnyilvánítás: Ezúton szeretnénk köszönetet mondani mindazoknak akik munkánkat segítették és idejüket nem sajnálva támogattak minket. Külön kiemelnénk oktatóink közül, Áts Györgyöt -a modell fizikai-, Máthé Kálmánt -az analóg-digitális átalakító-, Brenner Csabát -a program struktúra- valamint Megyeri Pétert a modell implementációja során nyújtott segítségükért. Köszönettel tartozunk még Kvasznicza Zoltán Intézményvezető és Dr. Bachmann Bálint Dékán Uraknak amiért a Pécsi Tudományegyetem, Pollack Mihály Műszaki Karának infrastrukturális lehetőségeit kiemelt módon igénybe vehettük.

8 Mellékletek, függelék: 8.1 Irodalom jegyzék: • http://www.balluff.com/Balluff/Documents/datasheets/ 15

◦ BCSM12T4D2_PSM40C_S04G_en.pdf ◦ BESM18ML_PSC50A_S04G_W_en.pdf ◦ A4/bfs26k_ps_l01_s115_en_A4.pdf ◦ BAWM18ME_UAC50B_S04G_en.pdf ◦ BOSQ08M_X_KS20_00%2C2_S49_en.pdf ◦ BOSQ08M_PS_KE20_S49_en.pdf • http://www.isel-germany.de/productdb/download.php?ID=5032 • Dr. Kónya László – Mikrovezérlők alkalmazástechnikája (2000) • http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/microchip/40300c.pdf • http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/166/366748_DS.pdf • http://www.datasheetcatalog.org/atasheets/166/366748_DS.pdf • http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroelectronics/2159.pdf • http://www.microchip.com/productselector/MCUProductSelector.html

16

8.2 Ábragyűjtemény:

1. ábra: Pneumatikus kapcsolási rajz

2. ábra: Felső végállás

3. ábra: Alsó végállás 17

4. ábra: Hardver Blokkdiagram

5. ábra: Kimeneti fokozat

6. ábra: Bemeneti fokozat 18

7. ábra: Komparátor fokozat

8. ábra: MCU 19

9. ábra: Nyák terv

10. ábra: Beültetési rajz

20

11. ábra: Folyamatábra

21

12. ábra: Folyamatábra

22

13. ábra: Folyamatábra

23

14. ábra: Folyamatábra

24

15. ábra: Folyamatábra

25

16. ábra: Folyamatábra

17. ábra: Idő diagram 26

18. ábra: Idő diagram

19. ábra: Alkatrész oldal

20. ábra. Forrasztási oldal

21. ábra: Első teszt 27

Komparálási szintek meghatározása kalibrálási mérés sorozattal 3,75 3,5 3,25 3 2,75

Feszültség (V)

2,5

Fe Cmp1

2,25

Al 2

Cmp2 Cu

1,75

Cmp3 Pv

1,5

Fe átlag

1,25

Al átlag Cu átlag

1

Pv átlag

0,75 0,5 0,25 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Mérések 22. ábra: Kalibrálási mérés sorozat

9 Nyilatkozat: Aláírásunkkal igazoljuk, hogy a Tudományos Diák Köri dolgozatunk saját munka, a felhasznált irodalmat korrekt módon kezeltük és a munkára vonatkozó jogszabályokat betartottuk.

............................................... Malkó Tibor

............................................... Pap Zoltán

Pécs, 2010. November 23. 28