UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Matjaž Šojat

MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:

ZASNOVA IN IZDELAVA

Diplomsko delo

Maribor, oktober 2017

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Matjaž Šojat

MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:

ZASNOVA IN IZDELAVA

Diplomsko delo

Maribor, oktober 2017

i

MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM:

ZASNOVA IN IZDELAVA

Diplomsko delo

Študent: Matjaž Šojat

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje

Elektrotehnika

Smer: Avtomatika in robotika

Mentor: Izr. prof. dr. Marjan Golob

Lektorica: Erna Zajamšek, prof. sl. in nem. j. s knjiž.

ii

iii

MODULARNI PRODUKCIJSKI SISTEM: ZASNOVA IN IZDELAVA

Ključne besede: transporter, programiranje, končna stikala, avtomatizacija, pnevmatski

cilindri

UDK: 004.4'24:629.01/.08(043.2)

Povzetek

V mojem zaključnem delu je predstavljeno načrtovanje, izdelava, programiranje,

vizualizacija ter testiranje transportnega vozička oz. modularnega produkcijskega sistema.

V vsebini so natančnejši opisi komponent, njihova izdelava in montaža. Namen dela je

ustvariti učno napravo, ki avtomatsko prelaga poljubne elemente iz ene pozicije v drugo

ter v realnosti simulirati avtomatsko transportno napravo za učenje. Delo se nanaša na

uporabo znanja iz aktuatorske tehnike, vezave elektrokomponent ter plk programiranja.

Ugotovljeno je, da izdelek zelo koristno vpliva na učence. Z njegovo pomočjo si lažje

predstavljajo, kako v praksi deluje neka naprava iz njihove stroke, ki jo sami

sprogramirajo.

iv

MODULAR PRODUCTION SYSTEM: DESIGN AND CONSTRUCTION

Key words: conveyor, programming, end switches, automation, pneumatic cylinders

UDK: 004.4'24:629.01/.08(043.2)

Abstract

In my final work there is presented the design, production, programming, visualization

and testing of the transport trolley or of modular production system. My work contains

detailed destription of the components, descriptions of the construction and assembly. The

purpose of the work is to create a learning device that automatically transfers any

element from one position to another posistion. Objective is to simulate a tranpsort device

for learning in reality. The work refers to the use of knowledge from actuator technique,

electro wiring of components and plc programming. It is found that the product has a very

beneficial effect on pupils. With this device, they can easily represent to theirself how an

device from their profession works in real life, which is programmed by themself.

v

ZAHVALA

Za uspešno opravljeno diplomsko nalogo bi se rad

zahvalil svojemu mentorju dr. Marjanu Golobu, ki

me je ustrezno usmerjal in mi s svojim strokovnim

znanjem svetoval pri pisanju diplomske naloge.

Zahvaljujem se tudi g. Zvonetu Cencnu ter g. Vladu

Seitlu za sodelovanje ter pomoč pri izvedbi izdelka.

Največja zahvala pa grem mojim staršem, ki so me

spodbujali med študijem in mi finančno omogočili

šolanje.

vi

Kazalo

1. Uvod ................................................................................................................ 1

1.1 Namen in obrazložitev izbire teme ........................................................................ 1

1.2 Opis splošnega področja v zaključnem delu.......................................................... 1

1.3 Struktura poglavij .................................................................................................. 2

2. Zasnova modularnega produkcijskega sistema .............................................. 3

2.1 Načrtovanje delovanja celotnega procesa ........................................................... 3

2.2 Opis MPS ............................................................................................................ 4

2.3 Opis komponent .................................................................................................. 5

2.3.1 Kompresor ................................................................................................... 5

2.3.2 Pripravna skupina ........................................................................................ 6

2.3.3 Ventilski otok ............................................................................................... 7

2.3.4 Pnevmatski potni ventili .............................................................................. 8

2.3.5 Pnevmatski linearni cilinder ........................................................................ 9

2.3.6 Pnevmatski dvosmerni cilinder .................................................................. 10

2.3.7 Pnevmatsko magnetno prijemalo ............................................................... 11

2.3.8 Pnevmatski cevi in priključki .................................................................... 12

2.3.9 Električni napajalnik .................................................................................. 13

2.3.10 Programirljivi logični krmilnik .............................................................. 14

2.3.11 Reed stikala ............................................................................................ 15

2.3.12 Tipke in priključne sponke ..................................................................... 16

2.3.13 Vmesne komponente .............................................................................. 17

2.3.14 Zaslon na dotik ....................................................................................... 18

2.3.15 Strojni elementi ...................................................................................... 19

vii

2.3.16 Kosovnica ............................................................................................... 20

2.3.17 Programska oprema ................................................................................ 21

2.4 Zasnova sistema vodenja ................................................................................... 22

3. Izdelava modularnega produkcijskega sistema ............................................. 23

3.1 Sestava vozička .......................................................................................... 23

3.2 Izdelava nosilca za dvosmerni cilinder ...................................................... 25

3.3 Izdelava nosilca za linearni cilinder ........................................................... 26

3.4 Izdelava nosilca za pripravno grupo .......................................................... 27

3.5 Izdelava nosilca za prijemalo ..................................................................... 28

3.6 Montaža sestavnih delov ............................................................................ 29

3.7 Montaža in vezava elektro komponent ...................................................... 32

3.8 Sestavljen modularni produkcijski sistem ................................................. 34

3.9 Risanje pnevmatske sheme ........................................................................ 35

3.10 Risanje elektro sheme vezave ................................................................ 36

4. Programiranje krmilnika in sistema za grafično predstavitev ......................... 37

4.1 Zamisel programa ................................................................................... 37

4.2 Oznake komponent in pomnilniški naslovi ............................................ 38

4.3 Pisanje programa .................................................................................... 39

4.4 Vizualizacija programa .......................................................................... 44

5. Ideje za nadaljnje delo................................................................................... 48

6. Sklep ............................................................................................................. 49

7. Viri ................................................................................................................. 50

viii

Kazalo slik

SLIKA 2.1 PRIKAZ UPORABE ................................................................................................................ 3

SLIKA 2.2 FESTO VOZIČEK ................................................................................................................... 4

SLIKA 2.3 KOMPRESOR ....................................................................................................................... 5

SLIKA 2.4 PRIPRAVNA SKUPINA .......................................................................................................... 6

SLIKA 2.5 SIMBOL PRIPRAVNE SKUPINE ............................................................................................. 6

SLIKA 2.6 VENTILSKI OTOK ELEKTRO PROŽENJE ................................................................................. 7

SLIKA 2.7 VENTILSKI OTOK PROFIBUS PROŽENJE ............................................................................... 7

SLIKA 2.8 SIMBOL 5/2 VENTILA .......................................................................................................... 8

SLIKA 2.9 IZHODA 5/2 VENTILA .......................................................................................................... 8

SLIKA 2.10 LINEARNI CILINDER ........................................................................................................... 9

SLIKA 2.11 LINEARNI CILINDER SIMBOLNA SHEMA ........................................................................... 9

SLIKA 2.12 DVOSMERNI CILINDER SIMBOLNA SHEMA .................................................................... 10

SLIKA 2.13 DVOSMERNI CILINDER .................................................................................................... 10

SLIKA 2.14 PNEVMATSKO PRIJEMALO.............................................................................................. 11

SLIKA 2.15 PNEVMATSKE CEVI ......................................................................................................... 12

SLIKA 2.16 PNEVMATSKI PRIKLJUČKI ................................................................................................ 12

SLIKA 2.17 ELEKTRIČNI NAPAJALNIK ................................................................................................ 13

SLIKA 2.18 SIEMENS KRMILNIK......................................................................................................... 14

SLIKA 2.19 MAGNETNO STIKALO ...................................................................................................... 15

SLIKA 2.20 TIPKE ............................................................................................................................... 16

SLIKA 2.21 ELEKTRO SPONKE............................................................................................................ 16

SLIKA 2.22 VMESNA POSTAJA .......................................................................................................... 17

SLIKA 2.23 VMESNI PRIKLJUČKI ........................................................................................................ 17

SLIKA 2.24 ZASLON NA DOTIK .......................................................................................................... 18

SLIKA 2.25 ALU PROFIL ..................................................................................................................... 19

SLIKA 2.26 NAREBRENA PLOŠČA ...................................................................................................... 19

SLIKA 2.27 KOLESA ........................................................................................................................... 19

SLIKA 3.1 ODREZANE NAREBRENE PLOŠČE ...................................................................................... 23

SLIKA 3.2 SKICA VOZIČKA ................................................................................................................. 23

SLIKA 3.3 VIJAČNA ZVEZA ................................................................................................................. 24

ix

SLIKA 3.4 OKVIR ................................................................................................................................ 24

SLIKA 3.5 PLASTIČNI VSTAVKI ........................................................................................................... 24

SLIKA 3.6 KONSTRUKCIJA ................................................................................................................. 24

SLIKA 3.7 NOSILEC V SOLIDWORKS .................................................................................................. 25

SLIKA 3.8 NOSILEC PRI LAKIRANJU ................................................................................................... 26

SLIKA 3.9 NOSILEC V SOLIDWORKS .................................................................................................. 26

SLIKA 3.10 PRITRDITEV NOSILCA ...................................................................................................... 26

SLIKA 3.11 NOSILEC PRIPRAVNE SKUPINE ........................................................................................ 27

SLIKA 3.12 NOSILEC V IZVEDBI ......................................................................................................... 27

SLIKA 3.13 NOSILEC PRIJEMALA V SOLIDWORKS ............................................................................. 28

SLIKA 3.14 NOSILEC PRIJEMALA ....................................................................................................... 28

SLIKA 3.15 SESTAVLJEN VOZIČEK ...................................................................................................... 29

SLIKA 3.16 SKUPNI NOSILEC CILINDROV .......................................................................................... 29

SLIKA 3.17 PRIKAZ MONTAŽE ........................................................................................................... 30

SLIKA 3.18 NAMEŠČANJE CEVI ......................................................................................................... 30

SLIKA 3.19 KOTNI PRIKLJUČKI ........................................................................................................... 31

SLIKA 3.20 CELOTA CEVI ................................................................................................................... 31

SLIKA 3.21 NAPELJEVANJE CEVI V KANAL ......................................................................................... 31

SLIKA 3.22 MONTAŽA ZASLONA IN NAPAJALNIKA ........................................................................... 31

SLIKA 3.23 POVEZAVA Z ZASLONOM ................................................................................................ 32

SLIKA 3.24 MONTAŽA KRMILNIKA .................................................................................................... 32

SLIKA 3.25 VMESNE SPONKE ............................................................................................................ 32

SLIKA 3.26 VMESNA POSTAJA 2 ....................................................................................................... 33

SLIKA 3.28 PRIKLJUČKI POTNIH VENTILOV ....................................................................................... 33

SLIKA 3.27 PRIKLJUČEK MAGNETNEGA STIKALA .............................................................................. 33

SLIKA 3.29 TIPKE ............................................................................................................................... 33

SLIKA 3.30 PRIKAZ SESTAVLJENEGA MPS-A ..................................................................................... 34

SLIKA 3.31 PNEVMATSKA SHEMA .................................................................................................... 35

SLIKA 3.32 NAČRT VEZAVE ............................................................................................................... 36

SLIKA 4.1 PREDSTAVITEV OZNAK ..................................................................................................... 38

SLIKA 4.2 ČELNA PLOŠČA .................................................................................................................. 39

SLIKA 4.3 IME PROGRAMA ............................................................................................................... 40

SLIKA 4.4 KONFIGURACIJA ................................................................................................................ 40

x

SLIKA 4.5 KRMILNIKI ......................................................................................................................... 40

SLIKA 4.6 PROJECT VIEW .................................................................................................................. 41

SLIKA 4.7 DODAJANJE OPERACIJSKEGA PANELA .............................................................................. 44

SLIKA 4.8 POVEZAVA Z KRMILNIKOM ............................................................................................... 45

SLIKA 4.9 ŠTEVILO ZASLONOV .......................................................................................................... 45

SLIKA 4.10 ZAČETNI ZASLON ............................................................................................................ 46

SLIKA 4.11 ZAČETNA POZICIJA .......................................................................................................... 46

SLIKA 4.12 VMESNA POZICIJA .......................................................................................................... 47

SLIKA 4.13 PRENOS ........................................................................................................................... 47

SLIKA 4.14 ROČNO AKTIVIRANJE ...................................................................................................... 47

xi

Seznam uporabljenih kratic

MPS – modularni produkcijski sistem (Modular production system)

NO – normalno odprt (Normal open)

DC – enosmerni tok (Direct current)

AC – izmenični tok (Alternative current)

PLK – programabilni logični krmilnik

MPI – večtočkovni vmesnik (Multi-point interface)

Profibus – odprto vodilo za obsežno uporabo v procesih, industriji in avtomatizaciji

ALU – aluminij

HMI – vmesnik med strojem in človekom (Human machine interface)

TIA – totalno integrirani program za avtomatizacijo (Totally integrated automation)

V14 – verzija programa 14 (Version 14)

OB – organizacijski blok (Organization block)

FB – funkcijski blok (Function block)

FC – funkcija (Function)

CPU – centralna procesna enota (Central processing unit)

RS-485 – standardna serijska komunikacija

I – vhodi (Inputs)

Q – izhodi (outputs)

Max. – maksimalno (Maximum)

S313 – tip krmilnika

PC – osebni računalnik (Personal computer)

1

1. Uvod

1.1 Namen in obrazložitev izbire teme

Moji odločitvi za izbiro in izdelavo tega zaključnega dela je botrovala zamisel, da lahko

znanje in izkušnje, ki sem jih pridobil med študijem, samostojno prenesem v praktični

izdelek. Prav tako me je ta smer tehnike zelo zanimala, zato sem se odločil za sodelovanje

z lokalnim podjetjem, ki mi je omogočilo, da izdelek izdelam do konca. Namen mojega

zaključnega dela je bil, da izdelam učni pripomoček, ki ga bodo uporabljali dijaki v času

praktičnega pouka. Za njegovo izdelavo smo se s podjetjem odločili predvsem zaradi

razpoložljivih komponent, ki so se nabrale v preteklih letih, in zaradi precej visoke cene

takšnega izdelka na trgu.

1.2 Opis splošnega področja v zaključnem delu

Izdelal bom modularni produkcijski sistem (MPS). Izhajal bo iz vozička, ki ga bom naredil iz

aluminijastih profilov. Na njem bodo potekale vse operacije. Sestavljen bo iz pnevmatskih

cilindrov (levo-desno, gor-dol), prijemala (odprto-zaprto) ter senzorjev za končne pozicije.

Cilindre bomo krmilili preko ventilskega otoka. Senzorji bodo povezani s krmilnikom

Siemens. Krmilnik bo omogočal električno aktiviranje cilindrov, prav tako pa bo

zagotovljeno fizično aktiviranje s tipkami. Nadzor procesa bo možen preko zaslona. V

krmilnik bom zapisal tudi program za avtomatsko delovanje sistema, ki bo opravljal

funkcijo prelaganja kosov. Moja naloga bo tudi izris načrta vozička ter izbira ustrezne in

dovolj kakovostne opreme za uspešno delovanje, kot so cilindri, prijemala, senzorji,

napajalnik. S pomočjo svojega znanja bom lahko vse te komponente sestavil, povezal ter

sprogramiral. Cilj izdelave je bil, da s pomočjo MPS-vozička avtomatiziramo industrijski

proces. Z izdelavo tega zaključnega dela sem izpopolnil znanje iz aktuatorske tehnike in

veščine programiranja ter dokazal, da sem med študijem pridobil dovolj teoretičnega in

praktičnega znanja za uspešno izdelavo izdelka.

2

1.3 Struktura poglavij

Zaključno delo je vsebinsko razdeljeno na posamezna poglavja in podpoglavja. Takoj za

uvodom sledi poglavje zasnove modularnega produkcijskega sistema. Razdeljeno je na

načrtovanje delovanja celotnega procesa, opis strojnih komponent ter zasnove sistema

vodenja. Podrobneje bom opisal zahteve strojnih in elektrokomponent ter izbire

ustreznega programa za risanje in programiranje. Nato sledi poglavje izdelave

modularnega produkcijskega sistema, ki bo temeljilo na izdelavi oziroma sestavi samega

vozička, montaži strojnih in elektrokomponent z vsemi njihovimi povezavami ter

predstavitvijo s pnevmatskimi in elektro shemami. Naslednje poglavje obravnava

programiranje krmilnika in sistema za grafično upodobitev in bo zajemalo opis izbire

krmilnika ter programske opreme. Predstavljen bo program za avtomatsko delovanje ter

izdelavo grafičnega vmesnika za prikaz in upravljanje. Ostane še poglavje zagona in

testiranje opreme. V tem poglavju bodo izvedeni vsi varnostni testi ter pregled uspešnega

avtomatskega delovanja naprava. Na koncu sledi še sklep z ugotovitvami.

3

2. Zasnova modularnega produkcijskega sistema

2.1 Načrtovanje delovanja celotnega procesa

Na začetku sem moral zasnovati, kako bo sistem deloval, katere komponente bom

potreboval in kako jih bom povezal v celoto. Modularni produkcijski sistem je izdelek, ki

ga izdeluje podjetje Festo pneumatic. Njihov koncept je zasnovan tako, da je na

transportnem vozišču sestavljen sklop cilindrov in prijemal, ki so povezana s

pnevmatskimi komponentami. Dodan je električni del z vključenim krmilnikom, na

katerega so vezani vhodi, kot so tipke, in izhodi, kot so tuljave ventilskega otoka. Sestavil

sem spisek vseh potrebnih komponent. Izdelal sem načrte za izdelavo nosilcev cilindrov,

prijemal ter vozička. V programu Eplan sem narisal elektro shemo povezav vhodnih in

izhodnih enot na krmilnik ter zaslon. V programu Festo didactic sem narisal pnevmatsko

shemo za proženje cilindrov. Ta dva programa sem dobro spoznal med študijem, tako da

mi nista povzročala težav. Paziti sem moral na izbiro pravilne tehnike načrtovanja risb, da

so bile narisane skladno z zahtevami standardov.

Slika 2.11 Prikaz uporabe

1http://www.expo21xx.com/automation21xx/15665_st3_industrial_research/default.htm

4

2.2 Opis MPS

Modularni produkcijski sistem je naprava, ki predstavlja industrijo 4.0. Z njo lahko

simuliramo in rešujemo realne probleme, ki se pojavljajo v industriji, kjer sledijo trendom

avtomatizacije linij za sestavljanje, kontrolo, prenos. Kot je razvidno s slike, voziček, ki je

sestavljen iz aluminijaste profilne tehnike, omogoča, da lahko obstoječemu izdelku

dodamo skoraj kakršnokoli napravo ali komponento. Omogoča hitro menjavo komponent,

kar je ključno za vzdrževanje. Na prenosni voziček so z nosilci pritrjeni cilindri in prijemala,

ki so povezana z ventilskim otokom. Ventilski otok je povezan z dovodom zraka iz

pripravne grupe ter krmilniki, ki sprožijo elektro tuljave posameznega izhoda na

ventilskem otoku. Za končne pozicije nam služijo reed stikala, ki so povezana s

krmilnikom. Uporabljajo se krmilniki znamke Siemens, in sicer se na njih preko vhodnih

digitalnih enot povezujejo tipke, kot sta npr. tipki start ali stop. Prav tako pa krmilnik

omogoča Profibus vezavo na prikazovalni zaslon, kjer se preko njega lahko upravlja s

celotnim sistemom ter nadzoruje prikaz trenutnih stanj pozicij.

Slika 2.22 Festo voziček

2http://edutelsa.com/festo/?added-to-cart=2530

Krmilna plošča

plošča

Krmilnik

plošča

Priključne

sponke

plošča

Brezbatni cilinder

plošča

Enosmerni

cilinder

plošča Pripravna grupa

plošča

Reed stikala

plošča

Ventilski

otok

plošča

5

2.3 Opis komponent

Za dobro razumevanje celotnega sklopa sistema ter zaradi glavnega namena te zaključne

naloge, da se ustvari učni model ter tudi možnost kasnejše preureditve ali dograditve

izdelka, je zato v tem podpoglavju podrobno opisana vsaka vgrajena ter izdelana

komponenta. Podane so splošne informacije kot zgradba, delovanje, tehnični podatki,

dimenzije, vse skupaj pa je opremljeno z vizualnimi podobami. Ti podatki bodo na voljo za

nadaljnje delo.

2.3.1 Kompresor

Kompresor je delovni stroj, ki s pomočjo elektromotorja pretvarja okoliški zrak približno

1,2 bara v energijo zraka pod pritiskom okoli 6 barov v tlačno posodo za uporabo v

pnevmatskem okolju. Uporaba kompresorjev je v današnjem času zelo priljubljena, saj

omogoča pridobiti stisnjen zrak, ki je čist ter poceni. Zmogljivost kompresorja mora biti

takšna, da v sistemu vedno zagotavlja zadostno količino in dovolj visok tlak, ki se meri v

enoti volumski tok Q [m3/h]. Glede na zahteve vgrajenih komponent, kot je to v mojem

primeru, cilindru izberemo ustrezno dovolj močan kompresor.

Tehnični podatki: Lincos

- Batni kompresor

- Moč 2,2 kW

- Rezervoar: 100 l

- Delovni tlak: 10 barov

- Število vrtljajev: 1570 rpm

Slika 2.33 Kompresor

3http://www.lincos.si/batni-kompresorji/batni-kompresor-100ltr-10bar-cb-10023

6

2.3.2 Pripravna skupina

Za zagotavljanje dolgotrajnega, učinkovitega ter zanesljivega delovanja pnevmatskega

sistema se uporablja pripravna grupa, ki ji na vhod priključimo pridobljeni stisnjeni zrak iz

kompresorja. Za optimalno delovanje pnevmatskih naprav je treba zagotoviti, da je zrak

čist (brez mehanskih primesi), brez vlage (kondezata) ter brez olja. Sestavljena je iz filtra,

tlačnega regulatorja z merilnikom tlaka in naoljevalnika.

Slika 2.4 Pripravna skupina

Slika 2.54 Simbol pripravne skupine

Tehnični podatki: UNI-AIR CL.12G3/8

- Obratovalni tlak: 0–12 bara

- Možnost regulacije tlaka, naoljevanja in filtriranja

4Harb, R. Krmilna tehnika: Tehniška založba Slovenije, 2008.

Regulator tlaka

Merilnik tlaka

Filter zraka

Naoljevalnik

Vhodni priključek

Izhodni

priključek

7

2.3.3 Ventilski otok

Ventilski otok je vmesni člen med električnim ter pnevmatskim delom sistema. Sestavljen

je iz sklopa razdelilnih ventilov, s čimer prihrani prostor, sicer bi za vsak aktuator

uporabljali potne ventile. Krmiljen je lahko s signali pnevmatskega krmilja ali pa

električnimi signali. Ti se delijo na povezavo s Profibusom ter z navadnim elektro

ožičenjem iz krmilnika. Povezava Profibus se uporablja, če je ventilski otok na oddaljeni

lokaciji. Tako se zmanjšajo stroški ožičenja. Z navadnim ožičenjem pa aktiviramo ventilski

otok neposredno z digitalnimi izhodi enosmerne napetosti 24 V programirljivega

logičnega krmilnika. Na ventilskem otoku so električne tuljave, ki ob prisotnosti napetosti

aktivirajo izbrani izhod.

Tehnični podatki: Festo CPV10-VI (18200)

- Napajanje: 24 V DC

- Število ventilov: 8

- Vrsta ventilov: 4/2 potni ventil

- Obratovalni tlak: 10 barov

- Povezava: Profibus, elektrosignal

Slika 2.7 Ventilski otok profibus proženje Slika 2.6 Ventilski otok, elektro proženje

Proženje ventila

8

2.3.4 Pnevmatski potni ventili

Za napravo smo uporabili pnevmatske delovne potne ventile. Krmilnih ventilov nismo

uporabili, ker celotni sistem krmilimo z ventilskim otokom, ki pa je povezan s

programirljivim logičnim krmilnikom. Prav tako ima ventilski otok skupno odzračevanje. S

potnimi ventili odpiramo, zapiramo in izpuščamo pretok stisnjenega zraka. Aktiviramo jih

lahko s pomočjo mehanske sile, kot so tipke in stikala, ali pa z električnimi signali, kjer z

napetostjo sprožimo tuljavi ventila za odpiranje ali zapiranje.

Uporabili smo potni ventil 5/2.

Tehnični podatki: Festo CPV10-VI 384-163 J

- Maksimalni obratovalni tlak: 10 barov

- Dolžina 30x80x80 mm

- Teža: 0,09 kg

- Električno aktiviranje

Slika 2.8 Simbol 5/2 ventila

Slika 2.9 Izhoda 5/2 ventila

2. Izhod ventila

1. Izhod ventila

9

2.3.5 Pnevmatski linearni cilinder

Linearni ali brezbatni cilinder je pnevmatska komponenta, katere glavna lastnost je, da ne

vsebuje batnice. Ima zelo velik izkoristek zraka ter dolgo življenjsko dobo. Na njegovo

vodilo se montirajo različni nosilci, ki prenašajo breme ali pa opravljajo določeno funkcijo.

Tehnični podatki: Festo DGC-K-25-450-PPV-A-GK

- Dolžina: 650x45x45 mm

- Obratovalni tlak: 10 barov

- Premer odprtine: 25 mm

- Dolžina giba: 450 mm

- Integrirani vbod za senzorje

Slika 2.10 Linearni cilinder

Slika 2.115 Linearni cilinder, simbolna shema

5https://www.smc.eu/portal_ssl/WebContent/main/index_restyling.jsp?is_main=yes

Vpenjalo cilindra

10

2.3.6 Pnevmatski dvosmerni cilinder

Pnevmatski dvosmerni cilindri so mehanske naprave, ki uporabljajo moč stisnjenega

zraka, da dobimo silo v batu, kar povzroči linearno gibanje. Bat ali cilinder preneseta silo

na predmet, ki se premika. Pnevmatski cilindri se uporabljajo namesto hidravličnih, ker so

tišji, čistejši in ne zahtevajo velikega prostora za shranjevanje tekočin ter vzdrževalna

dela. V obe smeri deluje sila zraka pod pritiskom. Za bolj natančno delovanje pri večjih

silah bi morali uporabiti hitro odzračevalni ventil, ki zmanjša vpliv zračne blazine (pri

preklopu ventila se tlak ne utegne dovolj hitro izprazniti v atmosfero).

Tehnični podatki: Festo DZF-25-100-A-P-A

- Dolžina: 160x55x15 mm

- Dolžina giba: 100 mm

- Obratovalni tlak: 10 barov

- Premer bata: 25 mm

- Integrirani vbod za senzor

Slika 2.126 Dvosmerni cilinder, simbolna shema

Slika 2.13 Dvosmerni cilinder

6http://egradiva.scng.si/strojnistvo/Kazalo/pnevmatini_delovni_valji2.html

11

2.3.7 Pnevmatsko magnetno prijemalo

Prijemalo je pnevmatska komponenta, ki se uporablja za prenos obdelovanca. Pritrjuje se

na predhodno montirani cilinder ter je na ta način povezano v sklop sistema. Dodajo se

mu tudi različni senzorji, kot je fotosenzor ali pa reed stikalo za zaznavanje odprtosti

oziroma zaprtosti klešč. V našem primeru deluje kot vmesni člen med enosmernim

cilindrom ter obdelovancem (kocki). Zagotavlja varen prenos obdelovanca med operacijo.

Tehnični podatki: Pneumax 6310.20.D

- Maksimalna širina vpenjala: 26 mm

- Minimalna širina vpenjala: 10 mm

- Obratovalni tlak: 10 barov

- Obratovalna temperatura: -5 °C do +50 °C

- Magnetne klešče

Slika 2.14 Pnevmatsko prijemalo

12

Slika 2.16 Pnevmatski priključki

2.3.8 Pnevmatske cevi in priključki

Za pnevmatsko povezavo vseh komponent med seboj smo uporabili polietilensko

plastično cev.

Tehnični podatki: Festo

- Maksimalni tlak obremenitve pri 20 °C: 10 barov

- Premer cevi: 4 mm

- Dolžina: 3000 mm

- Material: plastika – polietilen

Slika 2.15 Pnevmatske cevi

Za povezavo komponent smo uporabili pnevmatske priključke, ki smo jih predhodno

načrtovali glede na število potreb in velikost pri posameznih komponentah. Ločimo jih

glede na razvod, priklop, obliko in funkcijo. Uporabili smo kotne ter ravne spojne

priključke.

Tehnični podatki: Festo

- Premer 4 mm

- Premer 6 mm

- Material: plastika

- Maksimalna obremenitev: 20 barov

- Temperaturni razpon: -20 °C do +80 °C

13

2.3.9 Električni napajalnik

Na MPS postaji je več različnih električnih komponent, ki za delovanje potrebujejo

električno priključitev enosmerne napetosti 24 V. Odločili smo se za Festo napajalnik, ki

izmenično električno napetost 220 V pretvarja v enosmerno napetost 24 V.

Osnovni tehnični podatki za napajalnik: Festo Edutrainer

- Vhodna napetost: 120/230 V AC

- Izhodna napetost: 24 V DC

- Vhodni tok: 1,20/0,67 A AC

- Izhodni tok: 4,5 A DC

Slika 2.17 Električni napajalnik

Vhodna

napetost:

230 V

AC

Izhodna

napetost:

24 V DC

14

2.3.10 Programirljivi logični krmilnik

PLK dobiva vhodne signale senzorjev, tipk, stikal, inkrementalnih dajalnikov v obliki

električnih signalov tipa napetosti ali toka. Na podlagi vrednosti teh signalov, ki jih

obravnava centralna procesna enota, sproža ali preklaplja izhode, na katere so vezani

izvršilni členi. Za svoj projekt smo izbrali Siemensov krmilnik iz družine S300, ki ima že v

osnovi integrirano vhodno/izhodno kartico. Kartica vsebuje 16 digitalnih vhodov in 16

digitalnih izhodov.

Tehnični podatki krmilnika: Siemens CPU313C – 2 DP

- Integrirano napajanje: 24 V DC

- Digitalni vhodi: DI 16 x 24 V DC

- Digitalni izhodi: DQ 16 x 24 V DC

- Delovni pomnilnik: 128 KB

- Vmesnik za programiranje: MPI

- Hitri števci: 3

- Povezava: RS 485 (MPI, Profibus)

Slika 2.18 Siemensov krmilnik

Vhodno/izhodna

kartica

Krmilnik

Povezava RS 485

15

2.3.11 Reed stikala

V proizvodnji, kjer poteka proces, ki ga krmili PLK, so prisotni senzorji. Ti zagotavljajo

konstanto informacijo o stanju krmiljenega sistema. Z njimi lahko ustrezno reagira

zapisani program v krmilniku in sproži ustrezen izhod. Delimo jih na digitalne ter analogne

signale (napetostni in tokovni). Osnovna naloga senzorja je zaznavanje merjenega signala,

obdelave ter oddajanja.

V zaključnem delu smo izbrali magnetno stikalo reed, ki omogoča enostavno montažo,

priključitev ter programiranje. Sestavljeno je iz 2 feromagnetnih jezičkov, ki sta vgrajena v

hermetično zaprto stekleno cevko. Če na ti dve plošči vplivamo s trajnim magnetom, se

skleneta in oddata signal krmilniku. Se pravi, da se nasprotno polarizirata in skleneta

tokokrog. V našem primeru je trajni magnet vgrajen v batu cilindra.

Tehnični podatki magnetnega stikala: Festo SME-8-S-LED-24

- Napajalna napetost: 10–30 V AC/DC

- Največji dovoljeni tok: 500 mA

- Maksimalna moč: 10 VA

- Obratovalno področje: -40 °C … +60 °C

- Stopnja zaščite: IP65, IP67

- Sila privijanja: max. 0,6 Nm

- Kontakt: delovni in mirovni

Slika 2.197 Magnetno stikalo

7http://khinentienphat.com/San-pham/Cam-bien-Festo--Sensors-ac1633.html

16

2.3.12 Tipke in priključne sponke

Program je zasnovan tako, da ročno s tipkami aktiviramo začetek avtomatiziranega

sistema.

Uporabljata se dve tipki, in sicer Start ter Reset (Ponastavitev), ki sta vezani na digitalni

vhod krmilnika.

Tehnični podatki obeh tipk, Start in Reset: Schneider

- Delovna napetost: 12 V DC

- Nazivni tok: 4,5 A DC

- Tip kontaktov: NO

Slika 2.208 Tipke

Za lažjo povezavo smo se odločili, da so vhodi in izhodi krmilnika vezani na vmesne

električne sponke. S tem smo omogočili naknadno spreminjanje vezav ter lažje

vzdrževanje.

Slika 2.21 Elektrosponke

8http://www.elektrotrgovina.si/tipke-stikala-svetilke

17

2.3.13 Vmesne komponente

Zaradi kratkih dolžin priključnih žic smo vključili vmesno komponento, da smo na

priključne sponke pripeljali vse električne komponente, namenjene na digitalne vhode in

izhode. To vmesno komponento smo uporabili zato, da smo standardizirali priključitev

vseh komponent po Festo načinu. S tem smo dosegli, da lahko s katerimkoli drugim Festo

MPS izdelkom komunicira tudi ta izdelek.

Slika 2.229 Vmesna postaja

Da je vmesna postaja uspešno komunicirala s krmilnikom, smo izbrali vmesni električni

vodnik, ki ni nič drugega kot sklop žic, ki vodijo od vmesne postaje do vhoda krmilnika.

Slika 2.23 Vmesni priključki

9http://www.festo-didactic.com/int-en/learning-systems/mps-the-modular-production-system/system-description/ideal-interfaces.htm?fbid=aW50LmVuLjU1Ny4xNy4xOC42NDQuNDIyOQ

18

2.3.14 Zaslon na dotik

Zaslon na dotik je grafični vmesnik, preko katerega je v industriji omogočeno upravljanje

različnih funkcij, kot je nadzor celotnega procesa ter ročno aktiviranje posameznih vhodov

in izhodov. Je človeku prijazna naprava, s katero upravljamo z dotikom prsta na zaslonu.

Spada med vhodno/izhodno enoto krmilnika. Izraz HMI (Human machine interface) jih

opisuje kot vmesni člen med strojem in človekom. Za komunikacijo med zaslonom in

krmilnikom smo uporabili Profibus.

Tehnični podatki: Siemens Simatic TOUCHPANEL TP1771

- Napajalna napetost: 24 V DC

- Ločljivost zaslona: 320x240 točk

- Vmesniki: 1 x RS422, 1xRS485 (max. 1,5 Mbit/s)

- Velikost zaslona: 5,7''

- Velikost pomnilnika: 512 kB

- Vrsta zaščite: IP65 (spredaj), IP20 (zadaj)

Slika 2.24 Zaslon na dotik

19

Slika 2.26 Narebrena plošča

2.3.15 Strojni elementi

Za sestavo MPS sistema smo izbrali aluminijasto ALU profilno tehniko. Ti profili s svojimi

utori omogočajo enostavno sestavo, prav tako pa hitro namestitev komponent na celoten

sistem. Z različnimi pritrdilnimi elementi, vključno z nosilci in kotniki, omogočajo

enostavno sestavo kompletnih konstrukcij. S tem smo dosegli nižjo ceno celotnega izdelka

in prihranili čas pri montaži. Njihova površina je anodizirana, tako da ni potrebe po

barvanju za zaščito.

- Izbrali smo ALU profila mer: 40x40 mm in 45x45 mm.

Slika 2.25 ALU profil

Za dokončno sestavo, kot smo si jo zamislili, smo uporabili tudi kolesa za lažji transport,

ter plošči, kjer potekajo operacije. Vsi materiali so iz aluminija.

Slika 2.27 Kolesa

Spredaj 2x stabilna Zadaj 2x vrtljiva

20

2.3.16 Kosovnica

Za lažji pregled in načrtovanje smo izdelali kosovnico, ki prikazuje točno določeno število

uporabljenih materialov, kot so različni vijaki, nosilci, matice in sestavne komponente.

Material Mere Kos

Aluminijasti profil 40x40x700 6

40x40x270 6

40x40x1000 4

45x45x200 2

45x45x100 2

45x45x560 1

Festo plošča 350x30x700 1

Vrtljivo kolo / 2

Stabilno kolo / 2

Ročaj vozička Premer 20 mm 350 1

Narebrena aluminijasta plošča

350x5x700 2

Ventilski otok / 1

Pripravna grupa / 1

Brezbatni cilinder / 1

Enosmerni cilinder / 1

Prijemalo / 1

Kanal 30x40x400 1

Kotnik / 8

Imbus vijak M4 15

Imbus vijak M5 5

Imbus vijak M8 25

Matica M4 5

Matic M8 25

Distančnik 15x30x50 1

Pnevmatska cev Premer 4 mm 3,5 m

Pnevmatska cev Premer 8 mm 30 cm

Pnevmatski priključek-kotni Premer 4 mm 4

Pnevmatski priključek Premer 6 mm 2

Reed stikalo / 4

Nosilec cilindra 70x8x160 1

Nosilec profila 50x8x100 2

Nosilec prijemala 40x10x25 1

Nosilec pripravne grupe 50x3x95 1

Dušilka / 10

21

2.3.17 Programska oprema

- Za programiranja krmilnika Siemens S313 smo izbrali programsko okolje Siemens TIA

portal V14, program, ki se uporablja za nadzor in upravljanje procesov v industriji.

Omogoča avtomatsko delovanje delovnih strojev in procesov. Odvisno od zahtev je

treba napisati in naložiti program na krmilnik za avtomatsko delovanje strojev.

- Za vizualno ponazoritev delovanja pnevmatskega sistema in aktiviranje cilindrov smo

uporabili program za načrtovanje pnevmatike FLUIDSIM. Omogoča povezovanje točno

takšnih elementov, kot so bili uporabljeni v nalogi, od pripravne grupe do aktuatorja

cilindra.

- Za izdelavo vezalnega načrta smo izbrali program za risanje elektroshem Eplan.

Omogoča vezavo tipk, sponk, krmilnika ter komunikacijskih žic. V tem primeru smo

predstavili vezavo vhodov in izhodov na krmilniku.

22

2.4 Zasnova sistema vodenja

Spodnja slika prikazuje zasnovo celotnega sistema, tj. povezave med posameznimi

komponentami, ki so bile opisane.

Blokovna shema delovanja:

Napajalnik 24 V DC

Krmilnik

Siemens

Ventilski otok

aktiviranje

ventilov

Zaslon na

dotik

Računalnik

PC

Tipka start

Tipka reset

23

Slika 3.1 Odrezane narebrene plošče

3. Izdelava modularnega produkcijskega sistema

Po opravljenem teoretičnem delu smo začeli s praktičnim delom. Dela je bilo veliko, saj je

bilo treba izdelati nosilce za komponente, preden smo lahko sestavili celoten voziček.

Nosilce je bilo treba načrtovati in narisati v programu Solidworks.

3.1 Sestava vozička

Odločili smo se, da bo voziček sestavljen iz profilov velikosti 40x40x40 mm. S pomočjo

žage smo jih nažagali na točne mere. Žaganje je bilo dokaj enostavno, saj je bilo veliko

delov iste velikosti. Poudarek je bil predvsem na natančnosti. Ko smo imeli vse želene dele

narezane, smo jih začeli sestavljati. Izbrali smo imbus vijake velikosti M8 ter matice, ki

smo jih vstavili v utore profilov. Z laserjem smo odrezali 2 narebreni aluminijasti plošči, ki

služita kot nosilni plošči. Ko smo vse sestavili, smo dodali še kolesa, in sicer 2 stabilni

kolesi ter 2 gibljivi kolesi. Za ročaj vozička smo uporabili kovinsko palico ter jo pričvrstili.

Celoten voziček je bil zamišljen na osnovi FESTO plošče.

Slika 3.2 Skica vozička

24

Slika 3.3 Vijačna zveza

Slika 3.4 Okvir

Slika 3.5 Plastični vstavki

Slika 3.6 Konstrukcija

25

3.2 Izdelava nosilca za dvosmerni cilinder

Izdelali smo nosilec, ki je pritrjen na brezbatni cilinder, na katerega smo potem lahko

pritrdili dvosmerni cilinder. Odrezali smo aluminijasti kos mer 70x160 mm, debeline 8

mm. Po načrtu, ki smo ga narisali v Solidworksu, je sodelavec postružil za 4 mm in izdelal

radiuse 8 mm. Zatočkali smo mere za luknje in z vrtalnim strojem izvrtali luknje s svedrom

5,2 mm. Izvrtane luknje smo pogreznili ter vse luknje in nosilec peskali. Na koncu smo ga

še zaščitili z lakom. Na cilinder smo ga pričvrstili z dvema imbus vijakoma M8. Na ta

nosilec smo nato s štirimi vijaki M5 pritrdili še dvosmerni cilinder.

Slika 3.7 Nosilec v Solidworksu

26

Slika 3.9 Nosilec v Solidworksu Slika 3.8 Nosilec pri lakiranju

Slika 3.10 Pritrditev nosilca

3.3 Izdelava nosilca za linearni cilinder

Izdelati je bilo treba 2 nosilca, ki povezujeta brezbatni cilinder z aluminijastimi profili.

Najprej smo konstruirali in izmerili razdalje med luknjami in narisali načrt v Solidworksu. V

skladišču so bili ravno prav dolgi kosi aluminija, zato smo uporabili kar te. S pomočjo

načrta smo zarisali točke, kjer bodo luknje, ter jih nato zatočkali in zvrtali s svedroma 8,2

in 4,2. Izvrtane luknje smo nato pogreznili ter s pilo posneli in speskali. Nato smo oba

nosilca zaščitili z lakom, posušili in ju z navoji pričvrstili na luknje cilindra. Uporabili smo 8

vijakov velikosti M5. V aluminijaste profile smo na vsaki strani vstavili po 2 matici M8 in ju

pričvrstili z imbus vijaki M8.

27

3.4 Izdelava nosilca za pripravno grupo

Da smo lahko pripravno skupino pričvrstili na voziček, smo izdelali preprost nosilec. S

pomočjo industrijskih škarij smo na mero 94x50 mm odrezali aluminijasto pločevino,

debelo 3 mm. Potem smo s pomočjo pile pobrusili robove in zgladili ostre dele. Z risalno

iglo smo s pomočjo pomičnega merila zarisali točke za vrtanje in jih tudi zatočkali. S

svedroma 3,2 in 8,2 smo izvrtali luknje. Na sliki se vidi, da smo pri tem nosilcu uporabili

vijake imbus M8 in navadne vijake M3, ki imajo na drugi strani matice M3.

Slika 3.11 Nosilec pripravne skupine

Slika 3.12 Nosilec v izvedbi

28

Slika 3.13 Nosilec prijemala v Solidworksu

3.5 Izdelava nosilca za prijemalo

Nosilec za prijemalo smo izdelali, da smo ga lahko pritrdili na dvosmerni cilinder. Najprej

smo iz aluminija izrezali kos z merami 40x10x25 mm. Nanj smo narisali mere za luknje, jih

izvrtali in pogreznili. Nosilec z vijakoma M4 smo pritrdili na prijemalo in potem vse skupaj

na cilinder. Nosilec smo pred tem še speskali ter ga zaščitili z lakom.

Slika 3.14 Nosilec prijemala

29

3.6 Montaža sestavnih delov

Voziček smo sestavili toliko, da smo lahko nanj začeli montirati sestavne komponente ter

jih povezali električno in pnevmatsko.

Slika 3.15 Sestavljeni voziček

Na brezbatni cilinder smo s pomočjo nosilca namestili dvosmerni cilinder. Nato smo z

drugim nosilcem pritrdili prijemalo in vse to namestili na glavni nastavljivi nosilec.

Problem je nastal zaradi teže cilindra, zato smo dodali plastični distančnik, ki omogoča

neovirano delovanje.

Slika 3.16 Skupni nosilec cilindrov

30

Na Festo ploščo smo ob strani s pomočjo nosilca pritrdili pripravno grupo, na vrh plošče

pa pričvrstili ventilski otok. V profilno tehniko smo vstavili senzorje. Na oba cilindra in

prijemalo smo namestili priključke za pnevmatske cevi. S pnevmatskimi cevmi smo

povezali ventilski otok s cilindri in prijemalom. Vse cevi in kable smo napeljali v električni

kanal. V ventile na pnevmatskem otoku, ki jih nismo uporabili, smo namestila dušilke.

Slika 3.17 Prikaz montaže

Slika 3.18 Nameščanje cevi

Vstavljanje magnetnih

stikal v utore cilindra

Pnevmatski priklop

cilindra

31

Slika 3.19 Kotni priključki Slika 3.20 Celota cevi

Slika 3.21 Napeljevanje cevi v kanal

Slika 3.22 Montaža zaslona in napajalnika

Priklop

prijemala

Nosilci

za

montažo

32

Slika 3.23 Povezava z zaslonom

3.7 Montaža in vezava elektrokomponent

Krmilnik Siemens S313 smo montirali na montažno letev, ki je izdelana prav za takšne

primere. Njegove vhode in izhode smo povezali z vmesnimi sponkami, povezavo Profibus

pa neposredno vzpostavili z zaslonom na dotik.

Slika 3.24 Montaža krmilnika

Slika 3.25 Vmesne sponke

Pričvrščeni

krmilnik

Priključitev vhodov in

izhodov ter napajanja

krmilnika na vmesne

sponke, ki se nahajajo na

isti montažni plošči kot

krmilnik.

Povezava krmilnika z

zaslonom (Profibus) ter

poveza krmilnika z

računalnikom za

programiranje.

33

Slika 3.27 Priključek magnetnega stikala

Slika 3.29 Tipke

Imeli smo dvojne vmesne priključne sponke. Prve vmesne sponke smo montirali na

montažno ploščo, na kateri je tudi krmilnik, iz katerega so vezani vhodi in izhodi. Druga

vmesna postaja sponk pa je na samem vozičku in predstavlja povezavo med senzorji,

tipkami in ventilskim otokom ter vmesno postajo. Vmesni postaji sta med seboj povezani

z vmesnimi priključki, ki pa smo jih že opisali v prejšnjem poglavju. Ventilski otok je pri

tem predstavljal aktuatorje. Krmilnik je imel na svoje izhode povezane potne ventile. Vsak

potni ventil smo povezali s krmilnikom. Ob aktiviranju določenega izhoda je dobil potni

ventil napetost 24 V DC.

Slika 3.26 Vmesna postaja 2

Slika 3.28 Priključki potnih ventilov

Vmesni priključek za povezavo z vmesno postajo sponk 2.

Sponke, na katere so priključeni spodaj Prikazani elementi.

34

3.8 Sestavljeni modularni produkcijski sistem

Ostalo nam je še programiranje ter vizualizacija in nadzor sistema. Na spodnji sliki se vidi

prikaz sestavljenega končnega izdelka od sestave alu profilov do vezave krmilnika. V

naslednjem poglavju je predstavljeno programiranje za avtomatsko delovanje

transportnega sistema.

Slika 3.30 Prikaz sestavljenega MPS-a

PC, povezan in pripravljen za programiranje.

Kompresor za napajanje. Krmilnik, povezan

z vhodi in izhodi.

Cilindri, povezani v celoto za opravljanje funkcij.

35

3.9 Risanje pnevmatske sheme

V programu Fluidsim smo simulirali delovanje ventilov in aktuatorjev. Kot je razvidno, smo

izbrali 5/2 potne ventile z elektroaktiviranjem.

Slika 3.31 Pnevmatska shema

36

3.10 Risanje elektrosheme vezave

V programu Eplan smo narisali elektroshemo vezave vhodov (tipk in senzorjev) ter vezave

izhodov (potni ventili). Prikazane so vse oznake, ki omogočajo hitrejše programiranje za

nadaljnje delo.

Slika 3.32 Načrt vezave

37

4. Programiranje krmilnika in sistema za grafično predstavitev

4.1 Zamisel programa

Po končanem montažnem delu smo se lotili programiranja krmilnika Siemens. Celotna

postavitev tega sistema cilindrov je omogočala različne opcije delovanja programa v

avtomatskem režimu. Odločili smo se, da bo program deloval tako, da bo sklop cilindrov

služil in simuliral transportno roko, kakršno lahko najdemo v pravi industriji. Se pravi, da

bo prenašal obdelovanec oziroma izdelek iz ene pozicije v drugo.

Delovanje korakov:

- Korak 1: odpre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzdol

- Korak 2: zapre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzgor

- Korak 3: cilinder 1 opravi gib naprej

- Korak 4: cilinder 2 opravi gib navzdol

- Korak 5: odpre prijemalo, cilinder 2 opravi gib navzgor

- Korak 6: cilinder 1 opravi gib v levo smer za postavitev v začetno pozicijo

Korak 1

Korak 2

Korak 3 Korak 4

Korak 6

Korak 5

Zamisel avtomatskega delovanja

38

4.2 Oznake komponent in pomnilniški naslovi

Ime oznake Naslov Tip Funkcija

Tipka_start I 0.0 boolean Zagon programa

Tipka_reset I 0.1 boolean Reset programa

Senzor_desno I 0.2 boolean Prisotnost desno

Senzor_levo I 0.3 boolean Prisotnost levo

Senzor_gor I 0.4 boolean Prisotnost gor

Senzor_dol I 0.5 boolean Prisotnost dol

Cilinder_desno Q 0.2 boolean Pomik v desno

Cilinder_levo Q 0.3 boolean Pomik v levo

Prijemalo_zaprto Q 0.4 boolean Zapiranje prijemala

Prijemalo_odprto Q 0.5 boolean Odpiranje prijemala

Cilinder_gor Q 0.6 boolean Pomik gor

Cilinder_dol Q 0.7 boolean Pomik dol

Slika 4.1 Predstavitev oznak

Cilinder levo-desno

Cilinder gor-dol

Senzor desno

Senzor levo

Senzor gor-dol

Prijemalo Odprto-zaprto

39

4.3 Pisanje programa

Za pisanje programa smo izbrali TIA PORTAL V14, ki omogoča zapis programov na

krmilnike Siemens. Programirali smo v lestvičnem jeziku. V tem poglavju sem predstavil

potek programiranja za avtomatsko delovanje našega modularnega produkcijskega

sistema. Za pisanje programa smo uporabili programske bloke, ki nam jih nudi TIA

PORTAL.

Organizacijski blok OB1: ko je krmilnik v RUN načinu, se začne izvajati ta blok. Izvaja se

zaporedno, vrstica za vrstico, dokler ne pride do konca programa, kjer začne znova. Ta

blok povzema dodatne napisane bloke, ki sestavljajo celoten program, kot so različne

funkcije.

Funkcijski blok FB: za njih je značilno, da svoje pridobljene vrednosti hranijo v podatkovne

bloke (data blocks) tudi po končanem izvajanju. To je prednost, saj lahko te posamezne

bloke uporabljamo za programiranje funkcij, kjer ta vrednost predstavlja pomemben člen.

Funkcije FC: to so podatkovni bloki, ki se izvedejo 1x in se jim načeloma rezultat ne

shranjuje. Lahko ga shranjujemo posebej v podatkovne bloke. Povezani so z

organizacijskimi in funkcijskimi bloki, tako da je omogočena komunikacija.

Začetek:

Ob zagonu TIA PORTALA se prikaže čelna plošča, kjer smo ustvarili nov projekt z imenom

Diploma.

Slika 4.2 Čelna plošča

40

Slika 4.3 Ime programa

Slika 4.4 Konfiguracija

V okviru strojne konfiguracije smo iz nabora različnih družin krmilnikov izbrali krmilnik, s

katerim bomo lahko zapisovali program. V našem primeru je bil to CPU 313. Paziti je bilo

treba, da izberemo ustrezno verzijo tega krmilnika, ki ga definira točno določena številka

produkta.

Slika 4.5 Krmilniki

Izbira kreiranja novega programa

Izbira konfiguracije naprave

Izbira krmilnika za projekt

41

Ko smo izbrali krmilnik, nam je program samodejno odprl okno Project view. V tem oknu

krmilniku iz možnega nabora v konfiguraciji dodamo preostale module, ki jih potrebujemo

za izvedbo naloge. V našem primeru tega ni bilo treba storiti, saj ima naš krmilnik

integriran napajalnik in vhodno izhodno enoto. Drugače pa to storimo s funkcijo

"drag&drop" tako, da bi jih v katalogu povlekli z miško na ustrezno mesto vodila

krmilnika.

Slika 4.6 Project view

Na podlagi zasnovanega načina, od koder se bo izvajal avtomatski cikel, je bilo treba na

začetku samega programa nastaviti oziroma pozicionirati komponente na točno določeno

začetno točko. Uporabil sem funkcijo, kjer sem preveril, na katerem mestu so trenutno

komponente, in jih aktiviral zato, da se postavijo v začetno pozicijo in se ponastavijo.

Upošteval sem tudi tipko Reset, s katero se vse to opravlja.

42

V mreži 11 se s tipko Start aktivira cikel programa.

V mreži 12 se s tipko Reset izklopi cikel programa.

Na začetku je bilo treba ugotoviti pozicijo prijemala. Primer pozicije

prijemala:

Po ugotovitvi trenutne pozicije je bilo treba postaviti prijemalo na začetno

pozicijo.

43

Program smo razdelili v sekcije, kjer predhodna sekcija aktivira naslednjo in

s tem aktivira naslednje ukaze:

Po končanem 1 ciklu se vse sekcije postavijo na 0.

Ukaz za ponavljanje ciklov:

44

4.4 Vizualizacija programa

Po končanem pisanju programske kode za avtomatsko delovanje transportnega sistema

smo se lotili še vizualizacije celotnega sistema. Želja je bila, da bi lahko s pomočjo

operacijskega panela Siemens InTouch ročno upravljali posamezne izhode ter opravili

kontrolo nad trenutnimi pozicijami komponent transportnega vozička. Povezava med

operacijskim sistemom in krmilnikom je bila opravljena s Profibus sistemom, napajanje pa

iz vgrajenega napajalnika napetosti 24V DC. Serija našega zaslona na dotik je bila že

barvna, tako da smo lahko uporabili rdeče-zeleno signalizacijo za ugotovitev stanja

vhodov in izhodov.

Začetek:

V projektu, ki smo ga predstavili v prejšnjem poglavju, smo nadaljevali z vstavljanjem

komponent oziroma naprav, in sicer z vključitvijo operacijskega sistema na naslednji

način:

Slika 4.7 Dodajanje operacijskega panela

Izbira zaslona za vizualizacijo

1

2

3

45

Povezava operacijskega panela s krmilnikom preko Profibus vodila.

Slika 4.8 Povezava s krmilnikom

V nadaljevanju smo vizualizacijo pripravili tako, da imamo začetni zaslon, iz njega pa se

potem vključujemo v zaslon grafičnega prikaza ter v zaslon vhodov/izhodov. Tipki Start in

Stop smo povezali z vizualizacijskimi gumbi, ki so vidni na naslednjih slikah. Aktivirajo in

ugasnejo se z dotikom na njihovi poziciji na zaslonu, se pravi set_bit in reset_bit. Vhode

oziroma senzorje smo povezali z barvnimi indikatorji (zelena: ON, rdeča: OFF) in s tem

vzpostavili prikaz pozicije cilindrov. Izhode smo povezali s set_bit ter reset_bit gumbi, tako

da je možna njihova ročna sprožitev.

Slika 4.9 Število zaslonov

Zaslon ter 2 notranja zaslona

46

Pozdravni zaslon, kjer je možno sprožiti ter prekiniti program avtomatskega delovanja, in

sicer s tipkama Start (zelena) ter Stop (rdeča). Za realni čas omogoča prikaz trenutne

pozicije zaslon številka 2, in sicer Grafični prikaz. Oddaljeno ročno proženje izhodov

omogoča zaslon številka 3 I/O.

Slika 4.10 Začetni zaslon

Zaslon številka 2: Grafični prikaz

Slika 4.11 Začetna pozicija

Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder zgoraj

47

Slika 4.12 Vmesna pozicija

Slika 4.13 Prenos

Zaslon številka 3: I/O

Slika 4.14 Ročno aktiviranje

Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder spodaj

Prikaz indikacije senzorja pozicije cilinder desno

Oddaljeno proženje izhodov na elektroventilu

48

5. Ideje za nadaljnje delo

Med izdelavo celotnega zaključnega dela, predvsem pa v fazi montaže, se nam je

naknadno porajala kopica izboljšav in novih idej. Zavedamo se, da izdelek ni popoln in da

ga je možno še dograditi, predvsem pa izboljšati na področju varnosti. Zato so v naslednjih

alinejah zapisane konkretne ideje.

Ideje za razmislek:

Celotnemu sistemu dograditi transportni tekoči trak, ki bo odloženi izdelek iz

pnevmatskega prijemala popeljal na drugo pozicijo. Možnosti povezave s sedanjim

krmilnikom za uspešno komunikacijo.

Zamenjava magnetnih stikal, ki so problematična zaradi nenatančnosti pozicioniranja,

z induktivnimi stikali. Treba bi jih bilo narisati in zanje izdelati nosilce.

Dograditev senzorja za nadzor prisotnosti odprtih in zaprtih klešč prijemala.

Vgraditev kamere za zaznavanje različnih barv izdelkov in izločanje izbranih.

Dograditev sistema varnosti z uporabo fotosenzorjev, predvsem ob situaciji, kadar se z

roko posega v območje delovanja.

Možnost aktiviranja posameznega ventila preko zaslona na dotik.

Izdelava vizualizacije in nadzora za oddaljeno proženje preko PC.

Po strojni plati bi bilo treba mehansko zaščititi območje krmilnika, da bi se izognili

morebitnim udarcem.

Dograditev sistema, ki bi s pomočjo magnetnega ali induktivnega stikala zaznaval

velikost izdelka, ki se prenaša, in tako sporočil njegove dimenzije prijemalu za

ustrezno odprtost klešč.

49

6. Sklep

Po testiranju celotnega izdelka smo prišli do sklepa, da sistem, kakršnega smo si zamislili,

deluje, kot smo predvideli. V bistvo smo to tudi pričakovali, saj obseg komponent ni velik

in smo se lahko osredotočili na natančno izdelavo. Ugotovili smo, da sistem deluje

popolnoma avtomatsko. Dovedena energija stisnjenega zraka je zadovoljiva. S

programom smo simulirali transportno roko, ki prenaša obdelovanec ali izdelek iz ene

pozicije v drugo. Delovanje je neovirano. Program, ki smo ga zapisali v krmilnik, smo

testirali in prišli do zaključka, da vsi vhodi in izhodi delujejo tako, kot morajo in da se

program ne cikla nikoli. Kar se tiče varnosti, smo testirali tipki Start ter Reset. Tipka Reset

v celoti deluje, tako da v primeru zaciklanja programa ali neke ovire celoten sistem

obstane.

Za odločitev izdelave modularnega produkcijskega sistema, mi ni niti malo žal. Med

izdelavo zaključnega dela sem namreč pridobil dragocene izkušnje na področju, za katero

sem se šolal. Spoznal sem vse delovne procese, od načrtovanja celotnega procesa pa do

vizualizacije. S tem mislim predvsem pravilen nabor komponent in iskanje le-teh,

načrtovanje montaže in risanje strojnih načrtov. Seznanil sem se tudi z delom na stružnici

in laserskim rezalnikom. S podjetjem smo odlično sodelovali, tako da je zadovoljstvo

obojestransko. Podjetje je s tem pridobilo nov učni pripomoček, ki bo dijakom predvsem

olajšal predstavo nekega proizvodnega izdelka.

Modularni produkcijski sistem je praktičen način spoznavanja proizvodnih procesov. Z

njim lahko upravljamo različne industrijske procese. Naš sistem je izdelan v obliki makete

in je namenjen predvsem za uporabo pri učenju. Znanje, ki sem ga pridobil na fakulteti,

sem izkoristil pri tem projektu. S tem pa sem pridobil nove delovne izkušnje. Tega

projekta sem se zelo veselil in ga z veseljem opravljal. Upam, da bo še dolgo služil svojemu

namenu ali spodbudil druge za nadaljnje izboljšave izdelka.

50

7. Viri

[1]. Noe Herakovič, Prijemala. Dostopno na: http://studentski.net/gradivo/vis_scv_meh_tpr_sno_avtomatizacija__prijemala_01 [19. 7. 2017]. [2]. Wikipedija. Kompresor. Dostopno na: https://en.wikipedia.org/wiki/Air_compressor [20. 7.2017]. [3]. Harb, R., Krmilna tehnika: Tehniška založba Slovenije, 2008. [4]. Pivec, L., Avtomatizacija in nadzor proizvodnje linije: Višja strokovna šola Ptuj, 2011. [5]. Harb, R., Brečko, B., Bionski sistemi: Višja strokovna šola Ptuj, 2012. [6]. J. Bartenschlager. Prevod dela: Fachkunde Mechatronik. MEHATRONIKA. Založba Pasadena, 2009. [7]. Siemens. Dostopno na: https://support.industry.siemens.com/cs/start?lc=en-GB [24. 7. 2017]. [8]. Tuli. Ljubljana. Dostopno na: http://www.tuli.si/si/ [25. 7. 2017]. [9]. Wikipedija. Dostopno na: https://simple.wikipedia.org/wiki/SIMATIC [25. 7. 2017]. [10]. Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=100345 [26. 7. 2017]. [11]. Dostopno na: https://dk.um.si/Dokument.php?id=61896 [26. 7. 2017]. [12]. Poročilo prakse. TAB. Dostopno na: http://praksa.feri.um.si/akt/P.asp [26. 7. 2017]. [13]. Dostopno na: http://www.smar.com/en/profibus [28. 7. 2017]. [14]. Dostopno na: http://www.fbselektronik.com/delovanje-reed-senzorjev.html [28. 7. 2017]. [15]. Festo. Dostopno na: https://www.festo.com/net/sl_si/SupportPortal/InternetSearch.aspx [28. 7. 2017]. [16]. Wikipedija. Pneumatic cylinder. https://en.wikipedia.org/wiki/Pneumatic_cylinder[28. 7. 2017].