BUDAPESTI MŰSZAKI FŐISKOLA Kandó Kálmán Villamosmérnöki Kar
XIV. Országos Irányítástechnikai Programozó Verseny 2008. március 19-21.
Magasraktár-modell vezérlése — gyakorlati feladat —
Hengeres munkadarabokat kell egy hárompolcos, polconként hat tárolópozícióval rendelkező magasraktárban eltárolni illetve kérés esetén a raktárból kiadni. A színük szerint megkülönböztetünk piros, fekete és ezüst munkadarabokat. A raktár alsó polcán gyűjtjük a fekete munkadarabokat, a középső polcon az ezüst színűket, a felső polcon pedig a pirosakat. A polc mellett baloldalon található az adagoló végpontja, jobb oldalon pedig az ürítési csúszda torkolata. A magasraktár polcrendszerének vázlata és az egyes pozíciók jelölése az alábbi ábrán látható (az ürítési pozíció szürkével stilizálva).
C 0 0 0 0 1 1 1
kód B 0 0 1 1 0 0 1
A 0 1 0 1 0 1 0
1
1
1
A – tárolópozíció B – tárolópozíció C – tárolópozíció D – tárolópozíció E – tárolópozíció F – tárolópozíció G – adagoló pozíció
C 0 0 0 0 1 1 1
kód B 0 0 1 1 0 0 1
A 0 1 0 1 0 1 0
0 – szint 1 – szint 2 – szint 3 – szint 4 – szint 5 – szint 6 – szint
H – ürítő pozíció
1
1
1
7 – szint
Anguláris pozíciók
Axiális pozíciók ön-inicializálás (nem használjuk) felső polc – kihúzás / betolás felső polc – megfogás középső polc – kihúzás / betolás középső polc – megfogás adagoló – színvizsgálat alsó polc – kihúzás / betolás adagoló – kihúzás alsó polc – megfogás adagoló – megfogás ürítő – elengedés
Összeállította: Lamár Krisztián főiskolai adjunktus
Anguláris beavatkozó
Radiális beavatkozó
Axiális beavatkozó
Munkadarab megfogó
2. oldal
3. oldal
4. oldal Az adagoló egy szállítószalagot szimbolizáló vízszintes csúszda, melyen kézzel kell a munkadarabokat a végpontig (ütközésig) betolni. A magasraktár pozíciói egy három-szabadságfokú manipulátor segítségével érhetők el. A polcok íves kialakításúak, így az egyes mozgások irányai egyértelműen megkülönböztethetők, ha a raktár polcait egy henger palástjára képzeljük el. § § §
A függőleges tengelyirányú transzlációs mozgatást egy lineáris villamos szervomotor végzi (AXIÁLIS beavatkozó). A vízszintes körpályás rotációs mozgatást egy villamos szervomotor végzi (ANGULÁRIS beavatkozó) A vízszintes sugárirányú transzlációs mozgást egy monostabil mágnesszeleppel vezérelt kettős működésű pneumatikus munkahenger végzi (RADIÁLIS beavatkozó). A munkahenger mindkét végállapotánál visszajelzést ad.
A munkadarabok megfogása egy monostabil mágnesszeleppel vezérelt pneumatikus megfogóval történik, a megfogó nyitott vagy zárt állapotáról visszajelzés nincs. A manipulátor megfogója színérzékelő jeladóval van felszerelve, amelynek segítségével az adagolóban lévő munkadarab színét tudjuk megállapítani. A jeladó az érzékelt színt kétbitesen kódolva adja. Az axiális és anguláris beavatkozók pozícionálása önműködő. A mozgatást az alábbi szabályok szerint kell végezni: §
§ §
Először a pozíció adatvonalakra adjuk rá a kívánt (axiális vagy anguláris) célpozíciónak megfelelő hárombites kódot (ld. a magasraktár polcrendszerének vázlata melletti táblázatot), majd 50ms várakozási idő után kiadjuk a megfelelő beavatkozóra vonatkozó 200ms hosszúságú indítójelet. A pozíció adatvonalakra adott kód nem változhat, mialatt az indítójel aktív! A pozícionálás befejeződését az adott beavatkozóhoz rendelt visszajelző bit logikai 1 értéke jelzi. A visszajelző bit kiértékelését az indítójel lefutó éle után kell kezdeni. A két beavatkozó működtethető egyidejűleg is, de a már elindított beavatkozóra vonatkozó újabb indító impulzusokat a manipulátor figyelmen kívül hagyja a pozícionálás befejeződéséig.
A manipulátor mozgatása Munkadarab kivétele az adagolóból § Visszahúzott radiális munkahenger mellett az axiális és az anguláris beavatkozót az adagoló színvizsgálati pozíciójára állítjuk. § Nyitott megfogóval kitoljuk a radiális munkahengert, 1 sec várakozási idő múlva beolvassuk a munkadarab színének megfelelő kétbites kódot, ezután visszahúzzuk a radiális munkahengert. § Leereszkedünk az adagoló megfogási szintjére, nyitott megfogóval kitoljuk a radiális munkahengert, megfogjuk a munkadarabot, majd 1 sec várakozási idő múlva felemelkedünk az adagoló kihúzási szintjére, és visszahúzzuk a radiális munkahengert.
5. oldal Munkadarab elhelyezése a raktárban § Visszahúzott radiális munkahenger mellett az axiális beavatkozót a munkadarab színének megfelelő polc betolási szintjére, az anguláris beavatkozót pedig a kívánt tárolópozícióra állítjuk. § Kitoljuk a radiális munkahengert, majd elengedjük a munkadarabot. 1 sec várakozási idő után nyitott megfogóval visszahúzzuk a radiális munkahengert. Munkadarab kivétele a raktárból § Visszahúzott radiális munkahenger mellett az axiális beavatkozót a munkadarab színének megfelelő polc megfogási szintjére, az anguláris beavatkozót pedig a kívánt tárolópozícióra állítjuk. § Nyitott megfogóval kitoljuk a radiális munkahengert, megfogjuk a munkadarabot, majd 1 sec várakozási idő múlva felemelkedünk az adott munkadarab színének megfelelő polc kiházási szintjére, és visszahúzzuk a radiális munkahengert. Munkadarab ürítése § Visszahúzott radiális munkahenger mellett az axiális és az anguláris beavatkozót az ürítő elengedési pozíciójára állítjuk. § Kitoljuk a radiális munkahengert, és elengedjük a munkadarabot. 1 sec várakozási idő után nyitott megfogóval visszahúzzuk a radiális munkahengert. Védelem A berendezés magas beszerzési értéke megkívánja, hogy a programozási tévedésekből fakadó esetleges mechanikai sérülésektől megóvjuk. Ezért a modellt önálló védelmi rendszerrel láttuk el. A védelem működése a következő: § § § §
Védett módban a rendszer a külső vezérlő jelekre nem reagál. A védett módot a RESET nyomógomb mögötti piros lámpa világítása jelzi. A védett módba való belépés kiváltó okát egy – erre a célra fenntartott – alfanumerikus LCD kijelzőn megjeleníti. A védett mód a RESET nyomógomb megnyomásával oldható fel. Ilyenkor a rendszer ön-inicializálást hajt végre. Ha az ön-inicializálás lefutott, akkor a RESET nyomógomb mögötti piros lámpa elalszik, jelezve, hogy a rendszer kész fogadni a külső vezérlőjeleket.
Védett módba a következő események hatásra kerülhet a rendszer: § § § § §
Első indítás (bekapcsolás). VÉSZ-STOP nyomógomb megnyomása. Radiális beavatkozó állapotváltása anguláris vagy axiális mozgás közben. Anguláris mozgási parancs kitolt radiális beavatkozó mellet. Axiális mozgási parancs kitolt radiális beavatkozó mellet. Ez alól KIVÉTEL az alábbi axiális pozíciók közötti (üzemszerű) mozgás: 1 « 2 3 « 4 6 « 7
6. oldal A megvalósítandó feladat ismertetése A berendezésnek két üzemmódja van: BERAKODÁS és KIRAKODÁS. Berakodás esetén a munkadarabokat az adagolóból a raktárba mozgatjuk, míg kirakodáskor a raktárból az ürítő csúszdára. A verseny folyamán csak a KIRAKODÁS üzemmód programozása a feladat. Ennek megfelelően az ÜZEMMÓD kapcsolónak és a STÁTUSZ jelzőfénynek nincs szerepe. A raktár töltöttségi állapotának valós-idejű lekérdezésére nincs mód, ezért szoftveresen kell nyilvántartani, hogy az adott munkadarabból éppen hány példány van a raktárban. A tesztelés során úgy indítjuk a rendszert, hogy a raktárban mindhárom típusú munkadarabból 4-4 példány van tárolva (az F-E-D-C tárolópozíciókban). § §
§
§
§ §
Rendszerindításkor a manipulátort visszahúzott radiális munkahengerrel és nyitott megfogóval ürítő pozícióba kell állítani. Ezt nevezzük ALAPHELYZET-nek. Alaphelyzetben lehet megadni a kivételre kért munkadarabokat. A KÉRÉS jelű háromállású kétbites kódkapcsolóval kell beállítani a kívánt színt, majd meg kell nyomni a BEÍR jelű gombot. Ilyen módon négy vagy kevesebb kérést lehet tárolni. A negyedik kérés beírása utáni újabb kéréseket figyelmen kívül kell hagyni. A STOP gomb rövid megnyomása törli a legutolsó kérést, hosszú (2 másodpercnél hosszabb) megnyomása pedig törli az összes beírt kérést. Ha legalább egy kérés tárolva van, akkor a START nyomógomb megnyomásával indítható a kirakodás. A manipulátor a munkadarabokat a tárolt kérések sorrendjében veszi ki a raktárból és helyezi el az ürítő csúszdára. A tárolópozíciók ürítése jobbról balra (A®F irányban) történik, a legelső betöltött tárolópozíciónál kezdve. Kirakodás közben a BEÍR jelű nyomógombra nem reagál. Az összes kérés kiszolgálása után a tárolt kéréseket törölni kell és a manipulátort alaphelyzetben kell parkolni. Ezután a BEÍR jelű nyomógombbal újabb kérések tárolása kezdeményezhető. A STOP gomb megnyomásakor a folyamatban lévő kérés teljesítését még be kell fejezni, a további kéréseket pedig törölni kell. Ha a raktárban nincs a kért munkadarab, akkor színvizsgálattal meg kell nézni, hogy az adagolóban milyen munkadarab van. Ha az adagolóból teljesíthető a kérés, akkor a kiszolgálás folytatódik, ellenkező esetben hibajelzést kell adni, és a fennmaradó kéréseket törölni kell. A hiba a STOP gomb lenyomás utáni felengedésével nyugtázható. Ekkor a hibajelzés megszűnik, és a rendszer alaphelyzetbe áll. Ezután újabb kérések tárolása kezdeményezhető.
Kijelezések § A FUTÁS (zöld) jelzőfény jelzi, ha a manipulátor bármilyen mozgást végez. Álló állapotban, illetve hiba esetén sötét. A HIBA (piros) jelzőfény jelzi, ha a működés során hiba lépett fel. § A hétszegmenses számkijelző a kérések beírásakor illetve alapállapotban jelzi, hogy hány kérés van tárolva (sötét, 1, 2, 3, 4). Kirakodás közben az éppen feldolgozott munkadarab színének megfelelő nagy kezdőbetűt jeleníti meg (P, E, F). Hiba esetén annak a munkadarabnak a színét jelzi ki, amelyiket nem sikerült kiadni.
7. oldal Tesztelés A tesztelés során úgy indítjuk a rendszert, hogy a raktárban mindhárom típusú munkadarabból 4-4 példány van tárolva (az F-E-D-C tárolópozíciókban). Az adagolóban elöl egy piros, mögötte egy fekete munkadarab van ·
A manipulátornak a program indításakor ürítési pozícióba kell mennie
·
START gomb megnyomásakor nincs reakció
·
Öt kérés: piros – fekete – piros – ezüst – fekete o kijelzés kérés közben: ZÖLD lámpa sötét, hétszegmenses kijelző: sötét, 1…4 o ötödik kérést figyelmen kívül hagyja o START gomb megnyomása: kiszolgálás, utána alaphelyzet o kijelzés futás közben: ZÖLD fény, hétszegmenses kijelző: P-F-P-E kezdőbetűk o kijelzés, ha lefutott: ZÖLD fény kialszik, hétszegmenses kijelző: sötét o Kiszolgálás közben a BEÍR nyomógombra nem reagál
·
Két tetszőleges kérés (STOP gomb hosszú megnyomása: az összes kérést töröljük)
·
Négy kérés: piros – piros – piros – ezüst (STOP gomb rövid megnyomása: az utolsó kérést töröljük) o kiszolgálás: piros – piros (kiszolgálása közben STOP gomb megnyomása: kiszolgálást befejezi, alaphelyzet)
·
Négy kérés: piros – ezüst – piros – fekete o kiszolgálás: piros (adagolóból) – ezüst – piros (HIBA) o kijelzés hiba esetén: PIROS fény (hiba megállapításától folyamatosan), ZÖLD elalszik, hétszegmenses kijelző: P
·
Hiba állapotban a BEÍR gombra és a START gombra nem reagál
·
STOP gomb hosszú megnyomása. Lenyomáskor és nyomva tartás közben nincs reakció, felengedéskor: PIROS fény elalszik, alaphelyzetbe megy (ZÖLD fény)
·
A zsűri által megadott kérések tárolása és kiszolgálása.
Kiegészítő információ az érdeklődő utókor számára: Jelen dokumentumot a versenyt megelőzően a résztvevő csapatok rendelkezésére bocsátottuk, ez alól kivétel csak a 6. és 7. oldalon található feladat- és tesztelési leírás volt, melyet a verseny napján adtunk át.
8. oldal
Hardver csatlakozási felület Az alkalmazott végrehajtók és kijelzők aktív bemeneti feszültségszintje 24 V. Az alkalmazott jeladók aktív kimeneti feszültségszintje 24 V.
Digitális bemenetek 1 2 3 4 5 6
7 8
9 10 11 12
START nyomógomb STOP nyomógomb ÜZEMMÓD kapcsoló 0: berakodás 1: kirakodás BEÍR nyomógomb KÉRÉS kódkapcsoló – A adatbit KÉRÉS kódkapcsoló – B adatbit Kódolás: BA 00: — 01: ezüst 10: fekete 11: piros Színérzékelő jeladó – A adatbit Színérzékelő jeladó – B adatbit Kódolás: BA 00: nincs munkadarab 01: ezüst 10: fekete 11: piros Radiális beavatkozó alaphelyzetben Radiális beavatkozó kitolva Axiális pozícionálás visszajelzés Anguláris pozícionálás visszajelzés
Megjegyzés
Vezeték sorszám
NC
01 02 03 04 05 06
07 08
09 10 11 12
9. oldal
Digitális kimenetek 1 2 3 4 5 6
Vezeték sorszám 13 14 15 16 17 18
12 13
FUTÁS jelzőfény STÁTUSZ jelzőfény HIBA jelzőfény Hétszegmenses számkijelző – A adatbit Hétszegmenses számkijelző – B adatbit Hétszegmenses számkijelző – C adatbit Kódolás: CBA megjelenített karakter 000: sötét 001: 1 010: 2 011: 3 100: 4 101: P 110: E 111: F Radiális munkahengert kitoló szelep Munkadarab megfogót záró szelep Axiális / Anguláris pozíció – A adatbit Axiális / Anguláris pozíció – B adatbit Axiális / Anguláris pozíció – C adatbit Kódolás: ld. a magasraktár polcrendszerének vázlata melletti táblázatot Axiális pozícionálás indítása Anguláris pozícionálás indítása
14 15 16
A másik gyakorlati feladathoz lesz csak szükséges A másik gyakorlati feladathoz lesz csak szükséges A másik gyakorlati feladathoz lesz csak szükséges
26 27 28
7 8 9 10 11
Tápfeszültség csatlakozás 1 2
19 20 21 22 23
24 25
Vezeték sorszám
+24V GND
29 30
A csatlakozó 24V és GND jelű pontjairól csak a PLC-k leválasztott I/O moduljainak a táplálása megengedett. A PLC-k központi egységének táplálását külön forrásból kell megoldani, és a két feszültségrendszer közötti galvanikus leválasztást áthidalni tilos!
10. oldal
Csatlakozási séma Az elmúlt évek versenyein megszokott csatlakozó kábelt az alábbi ábra szerint kell illeszteni a felhasználói PLC galvanikusan leválasztott I/O moduljaihoz.
A csatlakozó 24V és GND jelű pontjairól csak a PLC-k leválasztott I/O moduljainak a táplálása megengedett. A PLC-k központi egységének táplálását külön forrásból kell megoldani, és a két feszültségrendszer közötti galvanikus leválasztást áthidalni tilos!
11. oldal
Csatlakozási útmutató Jelen szakasz célja, hogy javaslatot adjon a technológia modell egyes funkcióinak a vizsgálatára a felhasználói PLC I/O felületének csatlakoztatása után. A hardver csatlakozás kialakítása (a csatlakozó kábel és PLC I/O pontjainak illesztése) minden csapat számára otthoni feladat, melyet a bekötési táblázatok alapján lehet elvégezni. A számozott vezetékek kiosztását úgy határoztuk meg, hogy a másik gyakorlati feladat megoldásához ne kelljen újrahuzalozni a PLC-t. A csatlakozás vizsgálata a programozási feladatot megelőző napon késő délután történik, ugyanabban a sorrendben, mint a másnapi (éles) tesztelés. Az itt bemutatott vizsgálati lépések az akció-reakció elvét követik. Ezeken a lépéseken következetesen végighaladva viszonylag gyorsan bizonyosodhatunk meg a csatlakozás helyességéről vagy esetleges hibáiról. A csatlakozás vizsgálatára minden csapatnak tíz perc áll rendelkezésre. A PLC I/O pontjainak helyes és odafigyelő bekötését feltételezve ez az idő bőségesen elegendő. A vizsgálathoz nem célszerű programot írni, gyorsabb (és megbízhatóbb) eredmény érhető el a PLC diszkrét kimeneteinek manuális gerjesztésével (pl. FORCE-olással). A továbbiakban az alábbi egyszerűsítő írásmódot fogjuk használni: DI(1)
º
A PLC azon diszkrét bemeneti pontja, amelyhez az (1) sorszámú vezeték csatlakozik
DO(13)
º
A PLC azon diszkrét kimeneti pontja, amelyhez az (13) sorszámú vezeték csatlakozik
Akció
Reakció
1
VÉSZ-STOP nyomógomb megnyomása
A RESET nyomógomb mögötti piros lámpa kigyullad
2
RESET nyomógomb megnyomása
Ön-inicializálás lefuttatása Amikor végzett: a piros lámpa elalszik
3
A felhasználói PLC I/O felületének csatlakoztatása
—
4
A felhasználói PLC tápfeszültség alá helyezése
—
5
START nyomógomb megnyomása
DI(1) =1
6
STOP nyomógomb megnyomása
DI(2) = 0
7
ÜZEMMÓD kapcsoló „berakodás” állásban
DI(3) = 0
8
ÜZEMMÓD kapcsoló „kirakodás” állásban
DI(3) = 1
9
BEÍR nyomógomb megnyomása
DI(4) = 1
12. oldal 10
KÉRÉS kódkapcsoló „ezüst” állásban
DI(6,5) = 01
11
KÉRÉS kódkapcsoló „fekete” állásban
DI(6,5) = 10
12
KÉRÉS kódkapcsoló „piros” állásban
DI(6,5) = 11
13
DO(13) = 1
FUTÁS jelzőfény kigyullad
14
DO(14) = 1
STÁTUSZ jelzőfény kigyullad
15
DO(15) = 1
HIBA jelzőfény kigyullad
16
DO(16..18) = xxx – Célszerű mind a nyolc kombinációt kipróbálni
A hétszegmenses kijelzőn a megfelelő karakterek megjelennek
17
DO(19) = 1
Radiális beavatkozó kitolódik DI(9) = 1 ® 0 DI(10) = 0 ® 1
18
DO(19) = 0
Radiális beavatkozó visszahúzódik
19
DO(20) = 1
Munkadarab megfogó záródik
20
DO(20) = 0
Munkadarab megfogó kinyílik
21
DO(23,22,21) = 101
—
22
DO(24) = 0 ® 1 ® 0
Axiális pozicionálás elindul DI(11) = 1 ® 0 Amikor elérte a színvizsgálati (5) szintet: DI(11) = 0 ® 1
23
DO(23,22,21) = 110
—
24
DO(25) = 0 ® 1 ® 0
Anguláris pozicionálás elindul DI(12) = 1 ® 0 Amikor elérte az adagoló (G) pozíciót: DI(12) = 0 ® 1
25
DO(19) = 1
Radiális beavatkozó kitolódik
26
Az adagolóban nincs munkadarab
DI(8,7) = 00
27
Az adagolóban ezüst munkadarab van
DI(8,7) = 01
28
Az adagolóban fekete munkadarab van
DI(8,7) = 10
29
Az adagolóban piros munkadarab van
DI(8,7) = 11
30
DO(23,22,21) = 001
—
31
DO(24) = 0 ® 1 ® 0
Védelmi hibajelzés: nem megengedett axiális pozícionálás kitolt megfogóval
32
A felhasználói PLC tápfeszültségének kikapcsolása
—
33
A felhasználói PLC csatlakozásának eltávolítása
—
