Strana 1
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMATIZACE A INFORMATIKY FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMATION AND COMPUTER SCIENCE
KONTROLNÍ SYSTÉM KARUSELOVÉ VÝROBNÍ LINKY THE CHECKING SYSTEM FOR THE CAROUSEL MANUFACTURING LINE
DIPLOMOVÁ PRÁCE DIPLOMA THESIS
AUTOR PRÁCE
Bc. MAREK MAHDAL
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2007
Ing. MIROSLAV HOLÝ
Strana 3
ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE (Zde je v originále diplomové práce vloženo zadání)
Strana 5
LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení: Marek Mahdal Bytem: Suchá Loz 303 Narozen/a (datum a místo): 4.9.1980 Uherské Hradiště (dále jen „autor“) a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta strojního inženýrství se sídlem Technická 2896/2, 616 69 Brno jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: Doc. RNDr. Ing. Miloš Šeda, Ph.D., ředitel ÚAI (dále jen „nabyvatel“) Čl. 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): □ disertační práce □ diplomová práce □ bakalářská práce □ jiná práce, jejíž druh je specifikován ....................................................... (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:
KONTROLNÍ LINKY
SYSTÉM
KARUSELOVÉ
Vedoucí/ školitel VŠKP:
Ing. MIROSLAV HOLÝ
Ústav:
AUTOMATIZACE A INFORMATIKY
Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v*: □ tištěné formě
*
-
počet exemplářů ………………..
□ elektronické formě -
počet exemplářů ………………..
hodící se zaškrtněte
jako
VÝROBNÍ
Strana 6
2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.
Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti □ ihned po uzavření této smlouvy □ 1 rok po uzavření této smlouvy □ 3 roky po uzavření této smlouvy □ 5 let po uzavření této smlouvy □ 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.
V Brně dne: …………………………………….
……………………………………….. Nabyvatel
………………………………………… Autor
Strana 7
ABSTRAKT Tato diplomová práce se zabývá řešením kontrolního indikačního systému pro manuální karuselovou linku ROTO 8 na potisk textilií od firmy AEROTERM. Zařízení bylo vyvíjeno na základě zadání a ve spolupráci s firmou Potisk textilu, Vavřina Radomír, která se potiskem textilií zabývá skoro deset let, tudíž má s danou problematikou mnoho zkušeností.
ABSTRAKT This thesis deals with solution of Checking System for the Carousel Manufacturing Line ROTO 8 made by company AEROTERM. This manufacturing line is used for cloth printing. This equipment has been developed under specification and in cooperation with company Potisk textilu, Vavřina Radomír, the make cloth printing for almost ten years and has a lot of experience.
KLÍČOVÁ SLOVA: Karuselová výrobní linka, kontrolní systém, mikrokontrolér KEYWORDS: Carusel manufacturing line, checking systém, microcontrollers
Strana 9
PODĚKOVÁNÍ Touto cestou bych chtěl poděkovat především vedoucímu závěrečné diplomové práce Ing. Miroslavu Holému za odborné vedení, cenné rady a připomínky při vypracování této diplomové práce.
Strana 11
OBSAH ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE.........................................................................................3 ABSTRAKT ..........................................................................................................................7 PODĚKOVÁNÍ .....................................................................................................................9 OBSAH................................................................................................................................11 1 ÚVOD..........................................................................................................................13 2 TECHNICKÝ POPIS ZAŘÍZENÍ A TECHNOLOGIE POTISKU ............................15 2.1 Technický popis zařízení .....................................................................................15 2.2 Technologie sítotisku...........................................................................................16 2.3 Typy možných technologií sítotisku....................................................................16 3 TEORETICKÝ ROZBOR PROBLEMATIKY...........................................................19 3.1 Teorie problematiky výroby na manuálních linkách ...........................................19 3.2 Problematika výroby ROTO 8.............................................................................19 4 SPECIFIKACE POŽADOVANÝCH FUNKCÍ..........................................................21 4.1 Počítání vyrobených kusů....................................................................................21 4.2 Nastavení pracovních ramen................................................................................21 4.3 Kontrola provedení tiskových operací.................................................................21 4.4 Měření pracovních operací ..................................................................................21 4.5 Zobrazení údajů ...................................................................................................21 4.6 Zobrazení času .....................................................................................................21 4.7 Odhad časové náročnosti operace........................................................................22 4.8 Záloha dat při výpadku napětí .............................................................................22 4.9 Komunikace s PC pomocí RS 232.......................................................................22 5 POROVNÁNÍ A VÝBĚR HARDWAROVÉHO ŘEŠENÍ.........................................23 5.1 PLC (programovatelné automaty) .......................................................................23 5.2 Průmyslové PC ....................................................................................................24 5.3 Mikrokontrolér.....................................................................................................24 6 NÁVRH A REALIZACE ŘEŠENÍ .............................................................................25 6.1 Blokové schéma ...................................................................................................25 6.2 Výběr komponentů zařízení.................................................................................27 6.2.1 Senzor otočení palet.....................................................................................27 6.2.2 Senzor svislé operace ramene ......................................................................28 6.2.3 Zobrazovací prvky .......................................................................................29 6.2.4 Klávesnice....................................................................................................31 6.2.5 Buzzer ..........................................................................................................31 6.2.6 Zdroj.............................................................................................................31 6.2.7 Mikrokontrolér.............................................................................................32 6.3 Technické řešení ..................................................................................................32 6.3.1 LED displeje ................................................................................................33 6.3.2 LCD displej..................................................................................................33 6.3.3 Klávesnice....................................................................................................33 6.3.4 Mikrospínače tiskových ramen ....................................................................33 6.3.5 LED diody....................................................................................................33 6.3.6 Jazýčkové kontakty......................................................................................33 6.3.7 RS 232..........................................................................................................34 6.3.8 Buzzer ..........................................................................................................34
Strana 12
6.3.9 Spínaný adaptér............................................................................................34 6.4 Návrh a popis schéma zapojení............................................................................34 6.4.1 Napájení .......................................................................................................37 6.4.2 Mikrokontrolér .............................................................................................37 6.4.3 Mikrospínače a jazýčkové kontakty.............................................................37 6.4.4 Klávesnice....................................................................................................37 6.4.5 LCD displej ..................................................................................................37 6.4.6 Buzzer ..........................................................................................................37 6.4.7 Komunikace RS 232 ....................................................................................38 6.4.8 Obsluha LED Driveru ..................................................................................38 6.4.9 Zobrazování dat na LED displeji .................................................................39 7 POPIS FUNKCE ZAŘÍZENÍ ......................................................................................41 7.1 Funkce tlačítek klávesnice ...................................................................................41 7.2 Základní menu......................................................................................................41 7.2.1 Vynul. citacV1 .............................................................................................41 7.2.2 Nastav. pocetV1 ...........................................................................................42 7.2.3 Nastavit ramena............................................................................................42 7.2.4 Nastavit hodiny ............................................................................................42 7.2.5 Druha vyroba................................................................................................42 7.3 Popis činnosti zařízení .........................................................................................43 8 NÁVRH SW - VÝVOJOVÉ DIAGRAMY.................................................................45 8.1 Hlavní program ....................................................................................................46 8.2 Přerušení...............................................................................................................47 8.3 Pohyb v MENU....................................................................................................48 8.4 Pohyb v MENU - pokračování.............................................................................49 9 POSOUZENÍ MOŽNOSTI SBĚRU DAT...................................................................51 9.1 Formát posílaných dat..........................................................................................51 10 ZÁVĚR ....................................................................................................................53 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY .................................................................................55 SEZNAM PŘÍLOH..............................................................................................................57
Strana 13
1
ÚVOD
Tato diplomová práce se zabývá realizací kontrolního indikačního systému pro manuální karuselovou linku ROTO 8 od firmy AEROTERM, kterou vlastní firma Potisk textilu, Vavřina Radomír. Linka využívá pro potisk textilií technologie sítotisku. Technika sítotisku pronikla do nejrůznějších oborů našeho průmyslu a byla i běžně užívána v podnikových propagacích. Do roku 1989 nebyla technologie sítotisku a její širší využití tolik rozšířené, protože vše, co souviselo s tiskem a rozmnožováním tiskovin atd., bylo sledováno tehdejšími kontrolními orgány. Po roce 1989 nastal rychlý rozvoj sítotisku a jeho využití ve všech oborech [1]. V dnešní době reklamy jsou potisky textilií velmi žádány pro propagaci firem, výrobků a služeb. Sítotiskem je možné vytvořit jak jednoduché, tak i složité fotorealistické motivy, a přitom potisknout velké plochy za příznivé ceny. V současné době se potiskem textilií zabývá velké množství firem, to zvyšuje konkurenční prostředí. Vyvíjí a zvyšují se požadavky na efektivitu a kvalitu poskytovaných služeb. Proto se firma Vavřina rozhodla pro zkvalitnění a zefektivnění svého výrobního procesu. Problémem manuální karuselové linky ROTO 8 je chybovost obsluhy při opakovaných operacích potisku textilu, dále linka nezaznamenává počet kompletně potisknutých výrobků, a také nejsou zaznamenávány časové údaje jednotlivých výrobních operací potřebných pro plánování další výroby. Pro odstranění těchto nedostatků se firma Potisk textilu, Vavřina Radomír rozhodla pro návrh a výrobu kontrolního a indikčního systému.
Strana 15
2
TECHNICKÝ POPIS ZAŘÍZENÍ A TECHNOLOGIE POTISKU
2.1
Technický popis zařízení Sítotiskový karusel ROTO 8 (viz Obr. 1) je určen především k potisku textilu a plochých předmětů technologií sítotisku. Robustní konstrukce a nastavování soutisku zaručují opakovatelnost tisku, která umožní tisknout jak jemné detaily s přesnými soutisky, tak i rastrový čtyřbarvotisk. Vyváženost tiskových ramen umožňuje zastavit zvedání sít v každé poloze, což ve spojení s předaretací tiskových ramen zvyšuje produktivitu práce usnadněním rychlého nasazení správné polohy tiskového rámu nad paletou. Stálá vodorovnost sít při provozu zamezuje stékání barvy. Palety jsou radiálně posuvné, což umožňuje volit optimální polohu a velikost sítotiskového rámu vzhledem k tiskovému motivu. Konstrukce stroje umožňuje simultánní práci více tiskařů.
Obr. 1 Karuselová výrobní linka ROTO 8 od firmy AEROTERM
Karuselová linka ROTO 8 má osm otočných palet a osm tiskových sklopných ramen. Na otočné palety se sprejem nanáší lepivá vrstva, která zabraňuje nežádoucímu pohybu tiskované textilie po paletách. Potisk se provádí pomocí sklopných ramen, na kterých jsou upevněna síta s daným vzorem potisku. Pro barevnou stálost potisku, odolnost proti oděru a praní se využívá vytvrzovací mezisušící tunel FLASHTERM 39, díky kterému se také urychlí navazování jednotlivých pracovních cyklů sítotisku[2].
Strana 16
Karuselovou linku dle náročnosti potisku obsluhují až čtyři osoby najednou, při stálé opakovatelnosti procesů někdy dojde k nechtěnému vynechání dílčí tiskové operace. Pokud je daná chyba obslužným personálem zpozorována, jsou dvě možnosti řešení: • karuselovou linku vrátit o krok zpět a danou operaci dokončit, to však dle náročnosti potisku může způsobit, že barva, která je nanesena na síta, během této doby zaschne a vše se musí očistit, což způsobuje velkou časovou ztrátu, • vadný kus vyjmout a dokončit potisk samostatně po ukončení dané série. V horším případě toto vynechání operace není zaznamenáno obsluhou a daný (nekompletní) kus se může dostat ke konečnému zákazníkovi. 2.2
Technologie sítotisku Technologie sítotisku je tiskařská technika, používaná především k potisku textilií, plastů, kovů, skla apod. Tiskne se přes šablonu (síto) přímými nebo rastrovými barvami stěrkou na předmět potisku. Šablonu tvoří napnutá polyesterová tkanina v rámu. Tkanina je ovrstvená světlocitlivou vrstvou, která je osvícena přes film (předloha) světlem s přesně stanovenou vlnovou délkou. V místech krytých filmem zůstane světlocitlivá vrstva nevytvrzená, místa vystavená světlu ztvrdnou. Poté se tiskový motiv vymyje vodou a po osušení je šablona připravena k tisku. Pro sítotiskové šablony se používají tkaniny o různém počtu ok na palec v závislosti na velikosti tiskového motivu, použité barvě a požadovaném krytí. Po ukončení tisku se šablona odvrství, vyčistí a připraví k dalšímu použití [2], [3]. • • • •
Mezi významné přednosti sítotisku patří: možnost potisku nejrůznějších materiálů včetně látky, poměrně jednoduchá výroba šablony, pomocí rotačního sítotisku je možno tisknout na různě zakřivené povrchy, dosažení jednolité plochy lesklé i matné barvy je samozřejmostí - proto se sítotisková technologie využívá také například při výrobě tištěných spojů v elektronice.
Nevýhodou sítotisku je obtížný tisk rastrů, který je limitován hustotou ok sítotiskové tkaniny. 2.3
Typy možných technologií sítotisku
pokovený efekt - bronz
tisk s výšivkou
3D - makro
Strana 17
kůže a šimr - makro
jelly - lak
perleťový třpyt
pokovení
kůže
šimr - zlato, stříbro, bronz
pokovení - 3D - puff
puff s 3D
omrzlý efekt
tisk svítící ve tmě
3D vrstvení
retro flok s kůží
glitter
Strana 19
3
TEORETICKÝ ROZBOR PROBLEMATIKY
3.1 Teorie problematiky výroby na manuálních linkách Výrobní podniky se vyznačují různým stupněm automatizace výroby a podílu manuální činnosti, a to: • výrobní provozy s manuální výrobou, • poloautomatizované provozy, kde je část výroby prováděna manuálně a část výroby je automatizována, • automatizované provozy, které však nevylučují určitý podíl člověka na výrobním procesu. Samotný výrobní proces a samotnou produktivitu ovlivňuje velké množství faktorů. Tyto faktory se dají rozdělit např.dle příčiny na: • vliv lidského faktoru - stereotyp, nedostatečná soustředěnost nebo únava, které zapříčiní chybu pracovníka, dále pak proměnlivá produktivita nebo nemoc či absence, • vliv technických prostředků - výpadek stroje, výpadek energie apod. Zavedení automatizace do výroby omezuje negativní vliv působení lidského faktoru, a zároveň přináší zvýšení produktivity a zefektivnění výroby. Možnost a účelnost začlenění automatizace do výroby je potřeba zvážit z hlediska technologie výrobního procesu a návratnosti vložených prostředků [5]. 3.2
Problematika výroby ROTO 8 Výrobní linka ROTO 8, používaná ve společnosti Potisk textilu, Vavřina Radomír, je manuální. Veškerou práci a kontrolu zde provádí obslužný personál. Technologie sítotisku je obměňována podle aktuálního výrobního plánu a specifikace jednotlivých zakázek. Při potisku se provádí větší množství dílčích operací, jako je např. přesné umístnění textilie na otočnou paletu, nános potřebné vrstvy barvy, eliminace zasychání nebo chybějící barvy, vizuální správnost potisku apod., které vyžadují stálou kontrolu a případnou korekci. Tyto operace kontroluje a potřebné změny provádí obslužný personál. Z důvodu malé sériové výroby firmy není účelné zavedení automatizační linky pro náročnost seřízení automatizačních a kontrolních mechanismů při každé změně dílčího procesu výroby. Proto tuto práci zastává člověk. To způsobuje, že do výroby potisku vstupuje vliv lidského faktoru, který s sebou přináší i některé negativní důsledky, jako například: • nesouslednost dílčích výrobních operací obslužného personálu - každý člověk je jedinečný a pracuje určitým pracovním tempem. Jelikož se jedná o karuselový stroj, jehož podstatou je radiální posun, je zapotřebí, aby všichni pracovníci měli stejné, optimální tempo provádění jednotlivých operací. V opačném případě by docházelo k nežádoucím prostojům.
Strana 20
• •
proměnlivá kvalita - různé vlivy, jako např. stereotyp prováděných operací, nedostatečná soustředěnost nebo únava pracovníka, mohou způsobit různé chyby (nepřesnost prováděné práce, vynechání dílčí operace). neefektivní kontrola množství vyrobených kusů.
Pro minimalizaci negativního vlivu lidského faktoru na výrobu se firma rozhodla pro výrobu kontrolního a indikačního systému, který bude kontrolovat sled a počet pracovních operací. Další výhodou tohoto zařízení bude sběr časových dat o délce trvání jednotlivých kroků, které budou sloužit pro zlepšení kontroly, efektivity a plánování výroby.
Strana 21
4
SPECIFIKACE POŽADOVANÝCH FUNKCÍ
Po seznámení s problematikou potisku textilií na manuální karuselové lince byly specifikovány požadované funkce na kontrolní a indikační systém. 4.1
Počítání vyrobených kusů Zařízení musí být schopné přesně počítat vyrobené kusy, a to dle skutečného stavu výroby. K tomuto účelu musí identifikovat směr otáčení palet. V případě zjištění vynechání nebo nedostatečného potisku může být chyba napravena otočením karuselu o krok zpět a provedením správné operace. Toto otočení zpět nesmí být počítáno jako další vyrobený kus. Pro maximální využití karuselové linky při méně barevně náročném tisku se provádí souběžný potisk dvou různých zakázek. Zařízení musí odlišit tyto zakázky a počítat vyrobené kusy jednotlivých zakázek na jedné lince samostatně. 4.2
Nastavení pracovních ramen Podle náročnosti použité technologie sítotisku musí zařízení umožňovat výběr a nastavení pracovních tiskových ramen, která budou při potisku obsazena síty nebo neobsazena či použita pro automatický mezisušící tunel FLASHTERM 39. 4.3
Kontrola provedení tiskových operací Zařízení musí kontrolovat obslužný personál, zda provedl požadované tiskové operace v jednotlivých krocích a případně ho upozornit na chybu. 4.4
Měření pracovních operací Pro kontrolu efektivity obsluhy, optimální plánování a rozložení výroby potisku na jednotlivých linkách je nutné sbírat časové údaje o jednotlivých operacích (otočení karuselu a potisk ramenem). 4.5
Zobrazení údajů Jednotka musí mít možnost zobrazování počtu kusů, které linka již potiskla a počet kusů, které je zapotřebí ještě potisknout k dokončení dané zakázky. Zobrazování údajů musí být na dostatečně velkém displeji, který bude čitelný minimálně ze vzdálenosti 4 metrů. 4.6
Zobrazení času V případě, že bude karuselová linka v nečinností více jak 10 minut, přepne se aktuální zobrazení údajů na displeji do režimu zobrazení času. Při následném pohybu karuselu o jeden krok se displej vrátí do režimu předchozího zobrazení aktuálních údajů.
Strana 22
4.7
Odhad časové náročnosti operace Po zadání počtu kusů, které se mají vyrobit (potisknout) a po zadání nebo změření délky trvání potisku jednoho kusu musí zařízení být schopné spočítat jak dlouho bude trvat potisk daného počtu kusů celé zakázky. 4.8
Záloha dat při výpadku napětí V případě výpadku napětí musí být zařízení schopno důležitá data zálohovat tak, aby při opětovném zapnutí mohla obsluha plynule pokračovat ve výrobě a nemusela znovu nastavovat tato data (např. počet vyrobených kusů, nastavení obsazení pracovních ramen..). 4.9
Komunikace s PC pomocí RS 232 Zařízení musí být schopno komunikovat s PC pomocí RS 232. Prostřednictvím této komunikace budou důležitá data přenesena na vzdálené PC (max. 15m). Tyto údaje je možné dále vyhodnocovat a zpracovávat pro kontrolu a efektivní plánování výroby včetně optimálního rozložení jednotlivých operací na karuselové výrobní lince.
Strana 23
5
POROVNÁNÍ A VÝBĚR HARDWAROVÉHO ŘEŠENÍ
Pro výběr vhodného HW řešení zadaného problému bylo zvažováno mezi realizací pomocí: • programovatelných automatů, • průmyslových PC, • mikrokontrolérů. Každá varianta má své výhody a specifika použití. 5.1
PLC (programovatelné automaty) Většina programovatelných automatů neobsahuje v možnostech rozšíření velký segmentový displej, který by byl čitelný ze vzdálenosti alespoň 4 metrů. Tento displej by se musel navrhnout a vyrobit samostatně. Další možnost realizace zobrazování nabízí operátorský panel TFT touchscreen monitor. Toto řešení nabízí SW klávesnici. Nevýhodou tohoto řešení je vyšší cena. Jednou z možností je realizace pomocí produktů od firmy TECON (obr. 2).
Obr. 2 PLC od firmy TECON Významnou část pořizovací ceny tvoří jednorázový nákup programovacího prostředí PLC (obr. 3). Výrobou dalších zařízení tohoto typu se sníží poměr ceny pořízení tohoto SW vůči celkovým pořizovacím nákladům jednoho zařízení [6].
ZAŘÍZENÍ Řídící jednotka DO-05 DR Potřebný SW Direct SOFT v5.0 Rozšiřující modul DO-08CDD1 Operátorský panel TouchScreen 8″ (256 barev) Celkem
CENA 3 500 Kč 11 400 Kč 1 950 Kč 22 000 Kč 38 850 Kč bez DPH
Obr. 3 Předběžná cena HW řešení PLC výrobky firmy TECON Tato možnost byla zamítnuta zadávající firmou.
Strana 24
5.2
Průmyslové PC Průmyslové PC (obr. 4) mají široké spektrum využití, ale pro řešení kontrolního indikačního systému pro ROTO 8 jsou nevhodné pro vysoké pořizovací náklady. Předběžná cena cca 45 000 Kč. Z tohoto důvodu byla i tato možnost firmou zamítnuta.
Obr. 4 Ilustrační foto průmyslového PC 5.3
Mikrokontrolér Možnost výběru z velkého množství typů výrobců mikrokontrolérů. Většina výrobců nabízí specifické typové řady podle náročnosti aplikace. V nabídce jsou řady s podporou komunikace USB, ETHERNET, CAN. Nejpoužívanější a dostupní výrobci jsou například ATMEL, MICROCHIP, FREESCALE (MOTOROLA), CYPRESS. Zařízení splňuje veškeré požadované parametry a je přístupné pro obsluhu. Další důležitou výhodou je možnost volby programovacího jazyka. Nevýhodou je časová náročnost na návrh a výrobu HW i SW. • • • • • •
Hlavní výhody mikrokontroléru: dostupnost v pouzdře PDIP (jednoduchost pájení), možnost programování v jazyce C, dostupnost programovacího prostředí, možnost připojení na na seriový port PC, napájení 5 V, předběžná cena zařízení 5 000 Kč.
Pro realizaci kontrolního indikačního systému karuselové linky ROTO 8 bylo vybráno řešení pomocí mikrokontroléru.
Strana 25
6
NÁVRH A REALIZACE ŘEŠENÍ
Dle technického popisu zařízení, specifikace technologie výroby, z nich vyplývající problematiky výroby bylo vybráno řešení realizace pomocí mikrokontroléru . Pro přehledný návrh realizace bylo navrženo blokové schéma zapojení řídící jednotky (obr. 5), ze kterého vychází návrh realizace jednotlivých bloků a jejich technické řešení.
6.1
Blokové schéma
Obr. 5 Blokové schéma řídícího systému
Strana 27
6.2
Výběr komponentů zařízení V návaznosti na blokové schéma řídící jednotky a požadavky na řešení kontrolního indikačního systému karuselové linky bylo provedeno srovnání a výběr vhodných typů komponentů. 6.2.1
Senzor otočení palet Pro snímání kroku otočení bylo zvažováno mechanické snímání pomocí spínačů, ale pro nevýhody mechanické náročnosti řešení bylo zamítnuto. Snímání pomocí optických čidel bylo zamítnuto z důvodu cenové náročnosti a zvýšené prašnosti prostředí. Z důvodů odolnosti vůči agresivnímu a prašnému prostředí bylo zvoleno bezkontaktní snímání pomocí magnetických čidel. Pro detekci snímání směru otáčení karuselu byly použity dva jazýčkové kontakty (obr. 6), které budou spínány pomocí magnetů umístněných na spodní části otočných ramen (obr. 7). Tato varianta je cenově velmi příznivá a z hlediska použitelnosti v problematickém prostředí vhodná.
Obr. 6 Jazýčkové kontakty
Obr. 7 Sekvence spínání jazýčkových kontaktů
Strana 28
6.2.2
Senzor svislé operace ramene Pro kontrolu provedení svislé operace bylo vybráno čidlo, které je umístěno na spodní straně svislých tiskových ramen. Čidlo zaznamená provedení operace pouze v tzv. aretační poloze svislého tiskového ramene po dotyku aretačního kolíku a aretačního lože, umístěného na posuvných ramenech palet (obr. 8).
Aretační čep zajišťující dolní přesnou polohu při tisku Zde bude umístněno čidlo dolní pracovní pozice
Místo spodního ramene, oproti kterému bude spínat čidlo Aretační lože
Obr. 8 Popis umístnění senzorů tiskových ramen
Pro snímání provedení tiskové operace svislého ramene byly jako optimální řešení vybrány mikrospínače se středně dlouhou páčkou a háčkem (obr. 9). Mikrospínače budou připevněny pomocí kovových pravoúhlých držáků do spodní části tiskových ramen.
Obr. 9 Mikrospínač se středně dlouhou páčkou a háčkem
Strana 29
6.2.3
Zobrazovací prvky Pro snadnou obsluhu zařízení, zpětnou kontrolu, nastavování a určování naměřených hodnot bude jednotka doplněna o vizuální prvky - displeje a LED diody.
Indikace provedení operace Provedení tiskových operací svislých ramen bude indikováno zhasnutím červených LED diod 10mm (obr. 10), umístěných v plastových krabičkách na horních koncích tiskových svislých ramen (obr. 11).
Obr. 10 Červená LED dioda
Umístění indikačních LED diod na svislých ramenech karuselové linky
Obr. 11 Umístnění indikačních LED diod
Pro použití indikačních prvků byly zvažovány i žárovky. Ty však byly zamítnuty z důvodu větší spotřeby energie a nižší životnosti, způsobené vlivem otřesů na karuselových ramenech. Zobrazení hodnot Pro zobrazení aktuálních hodnot vyrobených kusů a času bude sloužit čtyřmístný sedmisegmentový displej vysoký 4.00″ s číslicemi zelené barvy (obr. 12).
Strana 30
Obr. 12 Zobrazovací LED displej Pro ovládání zobrazení na LED displeji bylo zvažováno mezi dynamickým nebo statickým režimem zobrazení. Dynamický režim má výhodu v nižší spotřebě energie a vyšší životnosti LED displeje. Nevýhodou dynamického (multiplexního) zobrazení je počet signálů mezi displejem a řídící jednotkou. Statický režim má nevýhodu ve větším počtu řídících signálů nebo použití speciálních budičů. Statické zobrazení má větší spotřebu energie. Výhodou statického zobrazení při použití LED Display Driveru je možnost využití integrované sériové komunikace a minimum použití pasivních součástek. S ohledem na umístnění LED displeje mimo řídící jednotku a nutnost buzení LED displeje napětím větším než 10V byl vybrán LED Display Driver se statickým režimem zobrazení. Vybraný DRIVER M5482 vyžaduje pouze dva další pasivní prvky. Zobrazení popisu hodnot Pro snadnější určení zobrazovaných hodnot bude velký 4.00″ displej doplněn o menší alfanumerický displej 2x16 znaků s podsvitem (obr. 13), který bude popisovat, jaká hodnota je aktuálně zobrazovaná. Například na LED displeji bude hodnota 50 a údaj zobrazený na LCD displeji nám podá informaci o tom, zda se jedná o počet vyrobených kusů nebo počet kusů výrobků, které se ještě mají potisknout k dokončení dané zakázky. Displej bude dále používán pro komunikaci s uživatelem a zobrazení složitějších údajů o nastavení zařízení, jako např. nastavení času, nastavení obsazených tiskových ramen, nastavení souběžného tisku apod.
Obr. 13 Alfanumerický LCD displej 2x16 znaků
Strana 31
6.2.4
Klávesnice Při výběru klávesnice pro zařízení bylo zvažováno mezi sériovou, paralelní a maticovou klávesnicí. Pro dané řešení je optimální 16-ti tlačítková klávesnice. Sériová tlačítková klávesnice byla zamítnuta z důvodu vyšší ceny. Cena paralelní i maticové klávesnice je srovnatelná, avšak paralelní klávesnice vyžaduje větší množství signálů než maticová. Proto bylo rozhodnuto pro maticovou klávesnici (obr. 14).
Obr. 14 Maticová 16-ti tlačítková klávesnice 6.2.5
Buzzer Pro podporu použitých vizuálních prvků je do zařízení začleněna i zvuková signalizace, která délkou použitého pípnutí bude obsluhu informovat o správnosti nebo chybě při provedených operacích a dosažení požadovaného počtu kusů zakázky. Z důvodu jednoduchosti byl pro zvukovou signalizaci vybrán 5V buzzer (obr. 15). Hlasitost buzzeru je možné regulovat odnímatelnou nálepkou.
Obr. 15 Buzzer 5V 6.2.6
Zdroj Pro napájení kontrolního systému bylo rozhodováno mezi zdroji s klasickým transformátorem se stabilizovaným obvodem a spínanými napájecími adaptéry. Mezi nevýhody transformátorů patří robustnost, váha, náročnost chlazení. V porovnání se spínanými napájecími adaptéry je tento typ řešení také cenově náročnější. Vlivem současného rozšíření využití spínaných napájecích adaptérů je možné dnes pořídit potřebný spínaný napájecí adaptér za příznivých cenových podmínek.
Strana 32
Jako optimální zdroj napájení pro navrhovaný systém byl vybrán spínaný napájecí adaptér 12V/2A (obr. 16).
Obr. 16
Spínaný napájecí adaptér 12V/2A
6.2.7
Mikrokontrolér Funkčnost kontrolního indikačního systému bude z velké části ovlivňovat výběr mikrokontroléru, proto na jeho výběr jsou kladeny přesné požadavky, vyplývající z předchozí specifikace komponentů zařízení. Požadavky na vstupy a výstupy mikrokontroléru: Vstupy: 4x vstup maticová klávesnice 2x jazýčkové relé (otáčení ramen) 8x mikrospínač tiskové operace ramen Výstupy: 4x maticová klávesnice 6x alfanumerický display 2x data velký displej 2x data indikační červené LED diody 2x data komunikace RS 232 1x buzzer Dle předchozích zkušeností s řešením podobných problémů byl vybrán mikrokontrolér od společnosti MICROCHIP, typ PIC 18F4520. 6.3
Technické řešení Zvolené komponenty včetně mikrokontroléru společně tvoří zařízení pro kontrolu a indikaci výroby karuselové linky ROTO 8. Navržené zařízení je umístěno mimo samotnou karuselovou linku. V případě zadavatelské firmy je navržené zařízení připevněno vedle karuselové linky na zdi provozovny. Jednotlivé díly zařízení jsou vzájemně propojeny kabeláží pomocí IDC konektorů, což umožňuje snadnou montáž a demontáž jednotlivých periferií při opravách.
Strana 33
Jádrem tohoto zařízení je řídící jednotka, umístněná v plastové krabičce, kterou obsluhuje mikrokontrolér. Ta je dále propojena s periferiemi (klávesnice, spínače1-8, LED diody 1-8, LED a LCD displej, atd.) pomocí plochých kabelů s nalisovanými koncovými konektory typu IDC. 6.3.1
LED displeje K propojení LED displeje s řídící jednotkou je použito plochého 6-ti žilového kabelu s nalisovanými koncovými konektory IDC 2x3. Pro indikaci druhu zobrazované výroby na LED displejích jsou doplněny displeje o dvě LED diody. Diody jsou zapojeny se společnou anodou na svorkovnici LED-1 řídící jednotky. Červená LED dioda LED9 má anodu zapojenou na svorkovnici LED-2 a zelená dioda LED10 je připojena na svorkovnici LED-3. 6.3.2
LCD displej K propojení LCD displeje s řídící jednotkou je použito plochého 12-ti žilového kabelu. Na straně řídící jednotky je nalisován konektor IDC 1x16, na modul klávesnice je kabel připájen. 6.3.3
Klávesnice Propojení klávesnice s řídící jednotkou je pomocí plochého 10-ti žilového kabelu. Na straně řídící jednotky je nalisován koncový konektor IDC 2x5 a na modul klávesnice je kabel připájen. 6.3.4
Mikrospínače tiskových ramen Pro kontrolu a měření provedených operací tiskových ramen jsou k řídící jednotce připojeny mikrospínače, které jsou umístněny ve spodní části tiskových ramen karuselové linky. Mikrospínače jsou s řídící jednotkou propojeny přes svorkovnici. Jednotlivé mikrospínače jsou dvoužilovým kabelem zapojeny do svorkovnice X1 umístněné ve spodní části karuselové linky. Propojení svorkovnice X1 a řídící jednotky je pomocí stíněného kabelu s nalisovanými konektory IDC 2x5. 6.3.5
LED diody Indikace neprovedené operace u tiskových ramenem je indikována červenými LED diodami umístněnými v plastových krabičkách na horních koncích tiskových ramen. Jednotlivé LED diody jsou dvoužilovým kabelem zapojeny do svorkovnice X1 umístněné ve spodní části karuselové linky. Propojení svorkovnice X2 a řídící jednotky je pomocí stíněného kabelu s nalisovanými konektory IDC 2x5. 6.3.6
Jazýčkové kontakty Čidlo kroku karuselové linky je s řídící jednotkou spojeno pomocí třížilového kabelu a zapojeno na svorkovnici MAG.RELE1-3.
Strana 34
6.3.7
RS 232 Pro komunikaci řídící jednotky s PC je připojen konektor CANNON 9, který je umístněn ve spodní části plastové krabičky řídící jednotky. Vzájemné propojení je pomocí připájeného třížilového kabelu. 6.3.8
Buzzer Řídící jednotka má na konektory BUZZ-1, BUZZ-2 připojeno zvukové signalizační zařízení BUZZER upevněné uvnitř krabičky řídící jednotky.
6.3.9
Spínaný adaptér K napájení kontrolního indikačního systému slouží spínaný adaptér 12V/2A, pro který je ve spodní části plastové krabičky řídící jednotky upevněna napájecí vidlice 2.5mm, ta je připojena na konektory NAP-1, NAP-2 řídící jednotky.
6.4
Návrh a popis schéma zapojení Návrh zapojení a desek plošných spojů byl proveden v návrhovém systému Eagle V 4.13. Celkové schéma zapojení je na obr. 17, schémata jednotlivých funkčních modulů na obr. 18, 21 a 22. Výkresy plošných spojů a rozložení součástí jsou v příloze na CD-ROM.
Strana 35
Obr. 17
Celkové schéma zapojení řídícího systému
Strana 36
Obr. 18
Schéma zapojení řídící jednotky
Strana 37
6.4.1
Napájení Filtrace vstupního 12V napětí zajišťuje kondenzátor C1. Pro předcházení poruchových stavů mikrokontroléru je 5V napájecí napětí rozděleno na dvě části: • pro integrované obvody OI3-5 je použitý 5V stabilizátor IO2, jako filtrace napětí jsou zde použity kondenzátory C4, C9, • pro napájení mikrospínačů S1-8, jazýčkových kontaktů S9, S10 a indikačních LED diod LED1-10 je použito nezávislé napětí 5V z IO1 s filtračními kondenzátory C5 a C8. • 6.4.2
Mikrokontrolér Řídící jednotku obsluhuje mikrokontrolér IO5 PIC18F4520. Napájení je ošetřeno blokovacím kondenzátorem C7. Oscilační obvod je tvořen krystalem XT 4MHz a kondenzátory C2 a C3. 6.4.3
Mikrospínače a jazýčkové kontakty Mikrospínače a jazýčkové kontakty jsou připojeny na vstupy mikrokontroléru přes ochranné odpory R14, R17, R18, R19, R23, R24, R25, R26, R35, R36. Vstupy mikrokontroléru jsou ošetřeny stabilizačními diodami D1 - D10. Vstupy jsou nastaveny přes pulldown odpory R4, R5, R27 - R34 do logické nuly. 6.4.4
Klávesnice Pro zadávání dat slouží 16-ti tlačítková maticová klávesnice 4x4 . Řádky klávesnice jsou připojeny na piny definované jako vstupní s pulldown odpory R6-R9. Napájení sloupců klávesnice je přes odpory R10-R13 připojeno na piny definované jako výstupní (dále jen výstupní piny). Tyto výstupní piny se současně používají jako datové signály DB4-DB7 LCD displeje. 6.4.5
LCD displej Z důvodu využití čtyřbitové komunikace jsou využity pouze datové signály DB4DB7, datové signály DB0-DB3 displeje jsou nezapojeny. Přenos dat je řízen signály RS a E. Signál RS (register select) slouží k výběru registrů povelů nebo dat. Signál E (enable) slouží k časování zápisu dat. Kontrast displeje je nastaven odporem R21 a jas podsvícení je nastaven odporem R16. 6.4.6
Buzzer Pro zvukovou signalizaci je použitý 5V Buzzer. Výkonové ovládání buzzeru je pomocí MOSFET tranzistoru T1, tento je ošetřen pulldownovým odporem R15 na Gate. R15 zajišťuje definovanou úroveň v době, kdy není pin mikrokontroléru definován jako výstupní (tj. při resetu mikrokontroléru, nahrávání nového SW).
Strana 38
6.4.7
Komunikace RS 232 Komunikace mikrokontroléru s PC přes RS 232 je zajišťována převodníkem MAX232 se čtyřmi standardně zapojenými kondenzátory (nábojovými pumpami) C6, C20C22 a blokovacím kondenzátorem C19. Převodník je připojen na komunikační piny mikrokontroléru RC7/Rx a RC6/Tx. Konektor CANON9 je připojen k MAX 232 přes SV2, kde je možné navolit mezi kříženým a nekříženým propojovacím kabelem. V konfiguraci 1-2,3-4 je pomocí propojů nastavena komunikace pro křížený kabel, v konfiguraci 1-3,2-4 je nastavena pro nekřížený kabel. 6.4.8
Obsluha LED Driveru LED DRIVER M5482 je v zařízení použit celkem třikrát, a to pro ovládání indikace LED diod a dvakrát pro zobrazení hodnot na LED displeji. Komunikace probíhá pomocí dvou signálů CLOCK a DATA, posílané z výstupů mikrokontroléru (obr. 19, 20).
Obr. 19
Definovaný formát komunikace s M5482
Obr. 20 Časový diagram signálu CLOCK a DATA
Strana 39
6.4.9
Zobrazování dat na LED displeji Komunikace s moduly LED DRIVERŮ probíhá pomocí dvou výstupních pinů mikrokontroléru CLOCK a DATA. Tyto signály jsou ošetřeny pulldown odpory R20, R22. Signál CLOCK1 slouží pro zápis dat do modulu displeje LDISP 2-1 a signál CLOCK2 slouží pro zápis do modulu LDISP 4-3 (obr. 22). Při zápisu dat se využívá vlastnosti DRIVERU M5482, že k zápisu hodnoty ze signálu data dochází u náběžné hrany signálu CLOCK (obr. 20). Do modulu LED Displej 2-1 (obr. 21) je přivedený invertovaný signál CLOCK2, získaný pomocí MOSFET tranzistoru T3 a odporu R2, který neguje signál CLOCK1.
Nevyužitý port mikrokontroléru RA je vyveden společně s napájením +5V a GND na konektor IDC2x5 EEPROM, pomocí kterého lze zařízení rozšířit o přídavný modul sběru dat do EEPROM nebo o kontrolu teploty v mezisušícím tunelu FLASHTERM 39 atd.
Obr. 21 Schéma zapojení LED Displej 2-1
Strana 40
Obr. 22 Schéma zapojení LED displeje 4-3
Strana 41
7
POPIS FUNKCE ZAŘÍZENÍ
Pro správnou funkci navrženého kontrolního indikačního systému je zapotřebí před započetím výroby nastavit jednotlivé parametry tak, aby odpovídaly zvolenému postupu tiskových operací dané zakázky. Při odpojení nebo výpadku napětí zařízení přestává pracovat, ale pamatuje si veškeré nastavené a zjištěné údaje až do dalšího zapojení - vyjma časového údaje, který je pouze informační a nastavuje se při zapojení zařízení. 7.1
Funkce tlačítek klávesnice Jednotlivé číslice maticové 16-ti tlačítkové klávesnice si při nastavování parametrů zařízení zachovávají svou číselnou hodnotu. Pouze při pohybu v menu nastavení se u číslic „2“ a „8“ změní funkce tlačítek. Tlačítko „2“ slouží pro rolování menu směrem nahoru a tlačítko „8“ pro rolování menu směrem dolů. Nečíselná tlačítka klávesnice mají definovány následující funkce: • A = vyrobeno - přepíná zařízení do režimu zobrazení počtu vyrobených kusů, • B = vyrobit - přepíná zařízení do režimu zobrazení počtu kusů, které zbývá vyrobit do ukončení dané zakázky, • C = hodiny, přepíná zařízení do režimu zobrazení hodin, • D = odhad zbývajícího času, přepíná zařízení do režimu zobrazení odhadovaného zbývajícího času na dokončení zakázky, • # = enter, tlačítko se standardní funkcí potvrzení hodnot nebo vstupu do úrovně menu, • * = esc, tlačítko s funkcí pohybu v menu o úroveň zpět. 7.2
Základní menu Při nastavování parametrů zařízení se obsluha pohybuje v následujícím základním
menu: • Vynul. citacV1?, • Nastav. pocetV1, • Nastav. ramenaV1, • nastavit hodiny, • Druha vyroba?, • Vynul. citacV2, • Nastav. pocetV2, • Nastav ramenaV2. • ---------------Vlastní listování v menu je cyklické. 7.2.1
Vynul. citacV1 Vynulování počtu vyrobených kusů. Zobrazení na LCD displeji: 1. řádek „Vynul. citacV1“ 2. řádek (nepoužit)
Strana 42
Výběr volby se provede stiskem tlačítka enter nebo esc. 7.2.2
Nastav. pocetV1 Nastavení požadovaného počtu kusů, které se mají v dané sérii vyrobit. Zobrazení na LCD displeji: 1. řádek „Nastav. pocetV1“ 2. řádek - zde je zobrazena poslední zadaná hodnota, která se buď potvrdí pro novou sérii nebo se pomocí číselných tlačítek zadá nová hodnota počtu požadovaných kusů série. 7.2.3
Nastavit ramena Nastavení pracovních tiskových ramen, která budou využita potiskem. Číslování ramen v menu se řídí označením ramen na karuselu od „1“ do „8“. Zobrazení na LCD displeji: 1. řádek „Nastav. ramenaV1“ 2. řádek - zde je zobrazena poslední zadaná kombinace obsazených ramen, která se buď potvrdí pro novou sérii nebo se pomocí číselných tlačítek zadá nová. Výběr ramen se provádí opakovaným stiskem jednotlivých číslic klávesnice. 7.2.4
Nastavit hodiny Nastavení hodin. Zobrazení na LCD displeji: 1. řádek „Nastavit hodiny“ 2. řádek „00:00“ - první dvě číslice po nastavení aktuálních údajů o čase ukazují hodiny, další dvě minuty, a to ve dvacetičtyřhodinovém formátu. V případě výpadku napětí dojde k vynulování hodin a jejich novému počítání. Po nastavení času obsluhou v údaji bliká pouze střední dvojtečka. Po výpadku napětí bliká celý časový údaj, dokud není změněn nebo potvrzen obsluhou. 7.2.5
Druha vyroba Nastavení souběžného potisku na karuselové lince. Zobrazení na LCD displeji: 1. řádek „Druha vyroba?“ 2. řádek (nepoužit) Výběr volby se provede stiskem tlačítka enter nebo esc.
Při potvrzení druhé výroby se zobrazí na LCD displeji podmenu pro nastavení parametrů druhé výroby (Vynul. citacV2, Nastav. pocetV2 a Nastav. ramenaV2). Postup nastavení je shodný s postupem nastavení parametrů první výroby. Po stisknutí tlačítka esc nebo po dokončení zadávání parametrů druhé výroby se na LCD displeji zobrazí konec jednoho cyklu menu, označeného: 1. řádek „----------------“ 2. řádek (nepoužit)
Strana 43
7.3
Popis činnosti zařízení Po nastavení všech parametrů se na LED displeji zobrazí hodnota dle zvoleného režimu zobrazení: • počet vyrobených kusů • počet kusů, které zbývá vyrobit do ukončení dané zakázky, • zobrazení hodin, • odhad zbývajícího času na dokončení zakázky. Současně se na horních koncích tiskových ramenech karuselu rozsvítí červené LED diody nastavených obsazených ramen a obsluha může začít s výrobou potisku. Po provedení tiskové operace na rameni daná LED dioda zhasne. Pokud jsou všechny kroky tiskových ramen v jednom cyklu provedeny a nesvítí žádná LED dioda, mohou se palety posunout o jeden krok dál. To je zaznamenáno senzorem otočení palet (jazýčkovými kontakty), indikováno krátkým zvukovým signálem buzzeru a řídící jednotka přičte jeden vyrobený kus. Současně se znovu rozsvítí LED diody na horních koncích ramen a vše se opakuje, dokud nenastane chyba nebo není dosaženo požadovaného počtu kusů. Při potisku může dojít chybou obsluhy k vynechání tiskové operace. LED dioda na horním konci tiskového ramene karuselu zůstane svítit. Pokud toto obsluha přehlédne a posune palety o krok dál, senzor otočení tuto chybu zaznamená a řídící jednotka pomocí buzzeru upozorní obsluhu nepřerušovaným pětivteřinovým signálem. Současně se ale rozsvítí LED diody u všech pracovních tiskových ramen. Pro odstranění chyby musí obsluha otočit tiskové palety karuselu o krok zpět, což je indikováno nepřerušovaným pětivteřinovým zvukovým signálem. LED diody zhasnou kromě těch, kde byla vynechána operace potisku předmětu. Tímto zpětným krokem se o jeden sníží počet vyrobených kusů na řídící jednotce. Obsluha provede opomenuté tiskové operace, čímž napraví předchozí chybu a dokončí neúplný cyklus. Při dodatečné změně počtu požadovaných kusů během započaté výroby může obsluha upravit zadané parametry. Změna se provede podle potřeby v menu „Vynul. citacV1“ a „Nastav. pocetV2“. Tímto způsobem se budou potisky počítat od nuly. Pokud se nebude nulovat čítač, je možné pokračovat v dosavadním počítání při změně požadovaného množství. Pokud na karuselové lince nebude vyvíjena žádná pracovní činnost, která by byla zaznamenána senzory, a to déle než 5 minut, zobrazení na LED displeji se přepne do režimu zobrazení hodin. Pokud bude senzory zaznamenán pohyb některého tiskového ramene nebo otočení palet karuselu, LED displej se vrátí do předchozího režimu zobrazení. Zařízení měří časy prováděných tiskových operací a následně je ukládá do EEPROM mikrokontroléru. Při posunu tiskových palet o jeden krok se změří celkový čas operace, ze kterého se provede výpočet odhadu potřebného času pro dokončení zakázky a uloží se nový stav počítadla vyrobených kusů. Změřené a vypočtené časy jsou odesílány po RS232 na připojené PC.
Strana 45
8 •
NÁVRH SW - VÝVOJOVÉ DIAGRAMY
Programové vybavení řídícího systému bylo navrženo v jazyce C (C++) ve vývojovém prostředí mplab ide 7.40, mplab c18. Odladění bylo prováděno přímo na realizovaném HW pomocí vývodů ICSP, kterými je modul řídící jednotky vybaven. Zdrojové texty jsou uvedeny v příloze na CD-ROM.
Strana 46
8.1
Hlavní program Začátek programu
Nastavení portů vstup/výstup. Nastavení parametrů komunikace s PC Spuštění a nastavení TIMERU.
Inicializace CPU
Nastavení komunikace s LCD. Smazání a nastavení kurzoru do výchozí pozice.
Inicializace LCD Displeje
Obnovení čítače kusů. Obnovení nastavených parametrů s EEPROM.
Načtení hodnot
Testuje jednotlivé sloupce maticové klávesnice 4x4. Při aktivním řádku tj. stisknutém tlačítku vrací příslušnou ASCII hodnotu tlačítka.
Test tlačítek
NE
NE
Stisknuté nové tlačítko?
Zobrazit = 1?
ANO
ANO
Zobrazení na LCD Displeji
Pohyb v Menu
Zobrazení Menu
Zobrazení na LED Displej
NE
Podle příznaku zobrazení (čas, počet, vyrobit, odhad) zobrazí aktuální údaj na LCD. Pohyb v menu pomocí tlačítek 2, 8, #, *.
Zobrazí příslušnou položku v menu. Obsluha zadávání hodnot a změn parametrů.
Podle příznaku zobrazení (čas, počet vyrobit) vypočte a odešle na LED displej.
Konec cyklu? ANO
Výpočet a porovnání času
Odeslání dat
Provede výpočet odhadu zbývajícího času. Provede porovnání času cyklu s normovou hodnotou. Převod změřených hodnot BIN na ASCI. Příprava bloku dat pro komunikaci. Odeslání dat po RS 232 do PC.
Strana 47
8.2
Přerušení
Přerušení TIMER 1:250 s
TIMER je nastaven na 4ms Čítání odvozením sekund, minut, hodin z přerušení TIMERU
Čítač reálného času
Nastavení příznaku ZOBRAZIT při změně času.
ANO Impulz = 0,5s
Zobrazit = 1
NE
Odvození signálu 0,1s z přerušení TIMERU Čítač stopek
Test dokončení operací s uložením délky trvání
Testování vstupů čidel na dokončení operace s uloženímčasů stopek
Vyhodnocení směru otáčení
ANO Zpětný krok
Vyrobeno -1 Zobrazit = 1
Nastavení příznaku změny počtu kusů (odečítání kusů při opravách) Nastavení příznaku zobrazení Zobrazit = 1
NE
ANO Dopředný krok
Vyrobeno +1 Zobrazit = 1 Výpočet = 1
Nastavení příznaku změny kusů Nastavení příznaku zobrazit = 1 Nastavení příznaku Vypocet = 1 při dokončení cyklu
Uložení změny dat a časů
Přesun změřených časů do záložných proměnných a vynulování pro další měření
NE
Ovládání zvukové signalizace Buzzer
Odměřování délky pípnutí z přerušení TIMERU. Zápis na výstup Buzzru
Strana 48
8.3
Pohyb v MENU Pohyb v MENU
Stisk tlač. „A“
Ano
Údaj = 1 (Zobrazit = 1)
Přepne zobrazení hodnot na VYROBENO
Údaj = 2 (Zobrazit = 1)
Přepne zobrazení hodnot na VYROBIT
Údaj = 3 (Zobrazit = 1)
Přepne zobrazení hodnot na ČAS
Údaj = 4 (Zobrazit = 1)
Přepne zobrazení hodnot na STATISTIKU
MENU -1
POHYB V MENU NAHORU
MENU +1
POHYB V MENU DOLU
MENU +10
POHYB NA VYŠŠÍ ÚROVEŇ "ENTER"
MENU -10
POHYB NA NIŽŠÍ ÚROVEŇ "ESC"
NE
Stisk tlač. „B“
Ano
NE
Stisk tlač. „C“
Ano
NE
Stisk tlač. „D“
Ano
NE
Stisk tlač. „2“
Ano
NE
Stisk tlač. „8“
Ano
NE
Stisk tlač. „#“
Ano
NE
Stisk tlač. „*“
NE
1
Ano
Strana 49
8.4
Pohyb v MENU - pokračování
1
MENU <10
Ano MENU = 0
Ukončení pohybu v MENU
NE
MENU %10 = 9
Ano Menu = 15
Rotace MENU
MENU = 10
Rotace MENU
NE
Ano MENU = = 16
NE
RETURN
Strana 51
9
POSOUZENÍ MOŽNOSTI SBĚRU DAT
Kontrolní a indikační systém bude z karuselové linky během výroby sbírat časové údaje o trvání jednotlivých výrobních tiskových operací a délky kroku jednoho otočení palet. Měřením délky jednotlivých výrobních kroků tiskové operace můžeme získat zajímavá data o výrobě, časové náročnosti potisku jednotlivými technologiemi sítotisku, o efektivitě obsluhy karuselové linky. Měřením délky kroku otočení o jednu paletu získáme časovou náročnost výroby potisku jednoho kusu. Sbíráním a zaznamenáváním časových výrobních údajů a následným vyhodnocováním, zprůměrováním délky jednotlivých pracovních tiskových operací, můžeme získat data vhodná pro porovnání s daty od jiných výrobních zakázek různých technologií a druhů potisku. Pro porovnání délky časů tiskových ramen různých zakázek je vhodné vybrat ze zprůměrovaných časových hodnot tiskových ramen nejdelší časovou délku a k ní vybrat pro souběžný potisk zakázku, která bude mít přibližně stejnou nejdelší časovou délku. Dále jdou data o délce trvání jednotlivých operací využít pro sledování a kontrolu zručnosti obsluhy pro plánování obsluhy různě složitých výrobních operací. Při změně obsluhy karuselové linky můžeme porovnávat časová data výroby, a tím vyhodnocovat a identifikovat, zda je časová náročnost operace způsobena náročnou výrobní technologií nebo jde o nedostatečnou zručnost či soustředěnost obsluhy. Toto nám dává přehled o produktivitě a kvalitě jednotlivých pracovníků. Touto selekcí získáme přehled o možném rozložení obsluhy pro jednotlivé technologicky náročné operace. Získané podklady můžou sloužit k mzdovému hodnocení, a to může vést k motivaci ostatních zaměstnanců. Data získaná z měření délky otočení palet o jeden krok dávají informaci o počtu vyrobených kusů a možnost odhadování délky trvání zakázek různých výrobních sérií. Pro výpočet odhadu časové náročnosti plánované výroby postačí jednoduchý vzorec: Délka jednoho kroku * počet požadovaných kusů = odhadovaný čas výroby (kusů, které zbývá vyrobit) 9.1
Formát posílaných dat Po dokončení cyklu, zařízení posílá získaná data přes RS 232 na vzdálené PC. Data jsou posílána jako text po jednotlivých bajtech. Pokud zařízení získá údaje o výrobě: • na karuselové lince probíhá jedna výroba, • jsou obsazena ramena 1,4,6, • délka tiskové operace ramene 1 je 105,5 sekund, • délka tiskové operace ramene 4 je 89,8 sekund, • délka tiskové operace ramene 6 je 97,3 sekund, • délka otočení palet karuselu o jeden krok je 117,9 sekund, • ve výrobě jedna bylo vyrobeno 11 kusů. Posílaná data na vzdálené PC přes RS 232 budou ve tvaru viz. obr. 23.
Strana 52
cas 1
Číslo BYTE ASCI HEX
V
2
cas1
3
4
5
6
7
1
1
7
.
9
8
cas2
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 1
0
5
.
5
0
.
0
56 09 31 31 37 2E 39 09 31 30 35 2E 35 09 20 20 30 2E 30 09
cas3
cas4
cas5
cas6
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 0
.
0
8
9
.
8
0
.
0
9
7
.
3
20 20 30 2E 30 09 20 38 39 2E 38 09 20 20 30 2E 30 09 20 39 37 2E 33 09
cas7
cas8
pocet
pocet2
45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 0
.
0
0
.
0
1
1
0
67 68 CR LF
20 20 30 2E 30 09 20 20 30 2E 30 09 20 20 31 31 09 20 20 20 30 09 0D 0A
Obr. 23
Formát posílaných dat přes RS 232
Strana 53
10
ZÁVĚR
Cílem této diplomové práce bylo navrhnout kontrolní a indikační systém pro karuselovou linku ROTO 8, používaného společností Potisk textilu, Vavřina Radomír. Zadavatel práce stanovil určité požadavky na navrhovaný systém za účelem eliminování negativního vlivu lidského faktoru na efektivitu a produktivitu výroby. Mezi požadavky na systém byla nejen kontrola prováděných tiskových operací, ale i sběr a zobrazení dat o výrobě, které by bylo možné použít pro vyhodnocení a další plánování výroby. Po zhodnocení problematiky výroby na manuálních lince ROTO 8 byl vybrán vhodný systém řešení pomocí mikrokontroléru, následně bylo navrženo schéma zapojení a programové vybavení řídící jednotky. Toto bylo zrealizováno a instalováno v provozu firmy zadavatele. Po odladění některých nedostatků v průběhu testovacího provozu bylo u zařízení dosaženo bezporuchového provozu. Závěrem lze říci, že požadavky zadavatele byly navrženým systémem splněny. Při poměrně krátkém zkušebním provozu zařízení (cca 1 měsíc) bylo dosaženo větší kvality a efektivity výroby. V průběhu realizace projektu byl zjištěn malý nedostatek, který ale nebyl předmětem řešení této diplomové práce, ale bylo by vhodné jej odstranit při dalším řešení. Jak již bylo uvedeno, zařízení při vypnutí a zapnutí vyžaduje nastavení hodin. To by bylo možné řešit modulem reálného času, který by se spolu se zdrojem připojil na nevyužitý konektor portu A mikrokontroléru.
Strana 55
SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11]
http://www.pan-tisk.cz/01.01.tisk_technologie.html EROTERM: ROTO 8 návod k použití, AEROTERM 1999 SERVIS CENTRUM s.r.o. Brno: Příručka sítotisku a tamponového tisku, SERVIS CENTRUM s.r.o. Brno 1994 http://www.danielson.cz/tisk/specialni-tiskove-efekty TOMEK, G., VÁVROVÁ, V.: Řízení výroby, Grada Praha 2000 http://www.tecon.cz/ PECHAL, S.:Monolitické mikropočítače, BEN Praha 1998 HRBÁČEK, J.:Mikrořadiče PIC16CXX a vývojový kit PICSTART, BEN Praha 1998 HRBÁČEK, J.:Komunikace mikrokontroléru s okolím 1, 2, BEN Praha 2000 KAVAN, M.: Výrobní management II, ČVUT 1999 FIALA, P.: Modely rozvrhování, VŠE Praha 1997
Strana 57
SEZNAM PŘÍLOH CD ROM • elektronická podoba této práce ve formátu pdf; • zdrojový program, • celkové schéma zapojení, • schéma zapojení a návrh DPS řídící jednotky, • schéma zapojení a návrh DPS LED displeje 2-1, • schéma zapojení a návrh LED displeje 4-3.
