Po l i t e c h n i k a L u b e l s k a , Wy d z i a ł Me c h a n i c z n y
Katedra Automatyzacji
u l . Nad b ys tr zy c k a 3 6, 2 0-6 1 8 L ub l i n
te l . /fa x .:(+4 8 81 ) 53 8 42 6 7 e -ma i l :a u to mat @po l l u b .p l ; wm. ka @po l l ub .p l
LABORATORIUM
PODSTAW ROBOTYKI
Instrukcja do ćwiczenia nr
R0
STEROWANIE MANIPULATOREM
PNEUMATYCZNYM Z WYKORZYSTANIEM
STEROWNIKA PLC
Wydział Mechaniczny Sala 406Katedra Automatyzacji Politechniki Lubelskiej.
Laboratorium Podstaw Robotyki. Instrukcja do ćwiczenia R0.
Opracował dr Paweł Staczek (ostatnia aktualizacja 18.02.2016) 1
I.
Cel ćwiczenia
Celem dydaktycznym ćwiczenia jest zapoznanie z podstawami programowania sterowników PLC w języku diagramu drabinkowego. Ćwiczenie ma także przybliżyć budowę oraz działanie podstawowych napędów pneumatycznych stosowanych w układach mechatronicznych.
Celem praktycznym ćwiczenia jest napisanie programu (programów) dla sterownika PLC sterującego trzyosiowym manipulatorem pneumatycznym, realizujących sterowanie manualne oraz półautomatyczne.
UWAGA! Należy zapoznać się z opracowaniem pt. „A0/R0 Wprowadzenie do układów
przełączających oraz budowy i programowania sterowników PLC”
II.
Stanowisko ćwiczeniowe
Schemat stanowiska ćwiczeniowego przedstawiono na rys. 1. W skład stanowiska wchodzą: 3-osiowy manipulator pneumatyczny z chwytakiem (rys. 2.),
programowalny sterownik logiczny (PLC), pulpit sterowania ręcznego (rys. 4.),
komputer z programem edytora diagramu drabinkowego.
Obiektem sterowania jest manipulator pneumatyczny zbudowany z trzech elementów napędowych połączonych szeregowo:
oś wahadłowa A w podstawie manipulatora o zakresie ruchu ok. 140stopni (pionowa oś obrotu),
umieszczona na osi A pozioma oś liniowa X, o zakresie ruchu ok. 400mm,
zamocowana do ruchomego elementu osi X pionowa oś liniowa Z o zakresie ruchu ok. 100mm.
Na ruchomym elemencie osi Z zamontowany jest chwytak szczękowy.
Elementami wykonawczymi każdej z 3 osi są siłowniki pneumatyczne dwustronnego działania – rys. 3. Ruch wahadłowy osi A realizowany jest przez zamianę ruchu postępowego tłoczyska siłownika na ruch obrotowy poprzez przekładnię złożoną z listwy zębatej i koła zębatego.
Rys. 1. Schemat stanowiska ćwiczeniowego.
Sposób przepływu sprężonego powietrza do/z cylindrów siłowników dwustronnego działania ustalają elektropneumatyczne zawory rozdzielające typu 5/2 – rys. 3. (w skrócie: rozdzielacze elektropneumatyczne). Zmiana położenia suwaka rozdzielacza wymuszana jest przez dwie cewki elektromagnesów, przy czym żadne z położeń suwaka nie jest wyróżnione (tzw. rozdzielacz bistabilny).
Szczęki chwytaka napędzane są siłownikiem jednostronnego działania ze sprężyną powrotną – rys. 3. Siłownikiem steruje rozdzielacz elektropneumatyczny typu 3/2. Położenie suwaka wymuszane jest jedną cewką oraz sprężyną powrotną (rozdzielacz monostabilny).
Przepływem prądu w każdej z siedmiu cewek rozdzielaczy steruje sterownik PLC przez siedem wyjść typu przekaźnik elektromagnetyczny. Przyporządkowanie cewek do wyjść sterownika (przekaźników ozn. %Qx) przedstawiono schematycznie na pulpicie sterowania ręcznego – rys. 4. (np. cewką rozdzielacza „wysuwającą” ramię steruje przekaźnik %Q6).
Oś wahadłowa A oraz liniowa X wyposażone są elektromechaniczne wyłączniki drogowe (mikrowyłączniki). Zajęcie przez ruchomy element osi pozycji krańcowej powoduje zamknięcie styku elektrycznego odpowiedniego wyłącznika (dwa wyłączniki na każdej z osi). Styki wyłączników pobudzają odpowiednie wejścia sterownika PLC – rys. 4. (np. styk wyłącznika krańcowego „ramię schowane” pobudza cewkę przekaźnika wejściowego %I1).
PC PLC --24V ~220V Pulpit sterowniczy Manipulator Sterownik Sprężarka
Katedra Automatyzacji Politechniki Lubelskiej.
Laboratorium Podstaw Robotyki. Instrukcja do ćwiczenia R0.
Opracował dr Paweł Staczek (ostatnia aktualizacja 18.02.2016) 3
Na pulpicie sterowania ręcznego umieszczono sześć przycisków monostabilnych oraz jeden przełącznik obrotowy bistabilny – rys. 4. Wszystkie przyciski napędzają styki elektryczne typu zwiernego (normalnie otwarte). Obrót przełącznika „w prawo” także zamyka styk zwierny.
Zamknięcie styku powoduje pobudzenie cewki odpowiedniego przekaźnika wejściowego %Ix w sterowniku PLC (np. naciśnięcie przycisku „WYSYŃ” powoduje przepływ prądu przez cewkę przekaźnika wejściowego %I9 – patrz opis pulpitu na rys. 4.).
Komputer na stanowisku wyposażony jest w oprogramowanie narzędziowe „LOGICMASTER 90” służące do edycji programu w języku diagramu drabinkowego dla sterowników GE FANUC serii 90 Micro. Program umożliwia także kompilację programu, przesłanie go do pamięci sterownika oraz monitorowanie jego działania.
Rys. 2. Trzyosiowy manipulator pneumatyczny.
X
Z
Katedra Automatyzacji Politechniki Lubelskiej.
Laboratorium Podstaw Robotyki. Instrukcja do ćwiczenia R0.
Opracował dr Paweł Staczek (ostatnia aktualizacja 18.02.2016) 5
III. Przebieg ćwiczenia
1. Uruchom komputer. W oknie głównym programu narzędziowego „LOGIMASTER 90 SOFTWARE” naciśnij przycisk F1 – Logicmaster 90 Programmer Package.
2. Utwórz nowy projekt (folder) dla twojego programu – skorzystaj z pomocy instrukcji na stanowisku (rozdziały 4.1 i 4.2).
3. Zaprogramuj sterownik PLC w taki sposób aby przełącznik obrotowy „CHWYTAK” sterował pracą chwytaka manipulatora (przełącznik obrócony w prawo ma zamykać szczęki chwytaka) – skorzystaj z pomocy instrukcji na stanowisku (rozdziały 4.4 i 4.6). Przetestuj działanie urządzenia.
4. Rozszerz program o możliwość ręcznego sterowania (przyciskami) dwiema osiami manipulatora: OBRÓT W LEWO – OBRÓT W PRAWO oraz SCHOWAJ – WYSUŃ. Przetestuj działanie urządzenia.
UWAGA! Do dodania każdego nowego szczebla diagramu użyj każdorazowo przycisku F1 – INSERT (edytor nie zaakceptuje więcej jak jednego szczebla narysowanego po jednokrotnym naciśnięciu F1 – INSERT).
5. Zmodyfikuj program tak, aby przyciski „OBRÓT w LEWO” oraz „OBRÓT W PRAWO” sterowały manipulatorem tylko wtedy gdy ramię (oś X) jest całkowicie wsunięte (schowane). W ten sposób obsługa manipulatora będzie bezpieczniejsza. Zmniejszą się także siły działające na elementy tłumiące „uderzenia” ramienia robota przy osiąganiu pozycji krańcowych po obrocie. Przetestuj działanie urządzenia.
UWAGA! Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania.
6. Przyjmując następującą interpretację: stan przekaźnika elektromagnetycznego opisuje zmienna logiczna oznaczona tak jak przekaźnik (np. „%Q8”), przy czym:
przez cewkę nie płynie prąd %Q8=FAŁSZ, przez cewkę płynie prąd %Q8=PRAWDA;
zapisz w sprawozdaniu relację (równanie) pomiędzy zmiennymi: %Q8, %I7, %I1, którą zakodowałeś w odpowiednim szczeblu diagramu drabinkowego (patrz twój diagram).
Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania.
7. Zmodyfikuj program tak, aby przycisk opisany „GÓRA” powodował obrót ramienia w lewo zawsze, bez względu na to czy ramię jest wsunięte czy nie (przycisk „OBRÓT w LEWO” ma działać tak jak do dotychczas).
8. Analogicznie do 6. – przycisk opisany „DÓŁ” ma obracać ramię w prawo zawsze, bez względu na to czy ramię jest wsunięte czy nie (przycisk „OBRÓT w PRAWO” ma działać tak jak do dotychczas).
Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania.
9. Zapisz relację (równanie) pomiędzy zmiennymi: %Q8, %I7, %I1, %I10, którą zakodowałeś w odpowiednim szczeblu diagramu drabinkowego (patrz twój diagram).
Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania.
10. Zmodyfikuj program, tak aby chwytak zamykał/otwierał się samoczynnie zgodnie z opisem: jeżeli przełącznik obrotowy „CHWYTAK” jest obrócony „w lewo”, to wtedy chwytak
pozostaje otwarty – tzn. brak zezwolenia na pracę automatyczną chwytaka,
jeżeli przełącznik obrotowy „CHWYTAK” jest obrócony „w prawo” (zezwolenie na pracę automatyczną), to:
o chwytak zamyka się samoczynnie gdy ramię robota zajmie jednocześnie krańcowe pozycje „w prawo” i „wysunięte” (automatyczne pobranie części z zasobnika w tej pozycji), oraz
o chwytak otwiera się samoczynnie gdy ramię robota zajmie jednocześnie krańcowe pozycje „w lewo” i „wysunięte” (automatyczne wypuszczenie części ze szczęk w tej pozycji).
Wskazówka: możesz potraktować przekaźnik wyjściowy %Q2 jako bistabilny (z cewką Set oraz Reset).
Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania. 11. Zrealizuj zadanie 9. bez użycia przekaźnika bistabilnego.
Wskazówka: wykorzystaj styk zwierny przekaźnika %Q2 do „samopodtrzymania” prądu cewki tego samego przekaźnika %Q2.
Poproś nauczyciela o zweryfikowanie poprawności wykonania zadania. 12. Przerysuj utworzony diagram drabinkowy do sprawozdania.
13. Zaprogramuj sterownik tak (nowy program), aby po obróceniu przełącznika „CHWYTAK” w prawo, manipulator automatycznie oraz cyklicznie „przenosił” części z wirtualnego zasobnika i odkładał je po przeciwnej stronie (pozycje zasobnika i zwolnienia części tak jak w zadaniu 10.).
