INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN POLITECHNIKI ŁÓDZKIEJ
W ŁODZI
Ćwiczenie nr R-7
Zrobotyzowane stanowisko do nacinania rowków we wkrętach walcowych
Konsultacja i opracowanie: dr inż. Grzegorz Bechciński mgr inż. Maciej Turski
Zatwierdził: dr hab. inż. Leszek Podsędkowski, prof. PŁ
Łódź, 2010 r.
Temat ćwiczenia:
Zrobotyzowane stanowisko do nacinania rowków we wkrętach walcowych.
Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z przeznaczeniem, budową, zasadą sterowania i obsługi zrobotyzowanego stanowiska przemysłowego wyposażonego w robot PR-02, podajnik wibracyjny i głowicę traserską.
Przeznaczenie i charakterystyka techniczna:
Stanowisko (rys. 1) obsługiwane jest prostym robotem 4 typu PR-02 produkcji MERA ZAPMOT Ostrów Wielkopolski o udźwigu 0,5 kg. Robot ma za zadanie sterowanie pracą całego stanowiska oraz napęd ruchu posuwowego zespołu 1 mocującego wkręt.
Rys. 1. Zrobotyzowane stanowisko do nacinania rowków we wkrętach walcowych:
1 – zespół mocujący wkręt, 2 – podajnik wibracyjny, 3 – głowica traserska, 4 – robot PR-02
1. Budowa i zasada działania robota PR-02
Części manipulacyjne robotów mogą stanowić konstrukcje zintegrowane lub też mogą być zbudowane z modułów dających się łączyć w różne konfiguracje o różnych układach kinematycznych. Daleko posuniętą modularyzację ma robot PR-02 (rys. 2) o napędzie pneumatycznym. Składa się on z 18 modułów: 6 modułów liniowych ruchów regionalnych (oznaczenia: MA i MB, poszczególne moduły różnią się wymiarami), 3 modułów obrotowych ruchów regionalnych (MD), 6 modułów liniowych ruchów lokalnych (MC i MA) oraz 3 modułów obrotowych ruchów lokalnych (ME). Na rysunku 3 pokazano przykładowo konfiguracje złożone tylko z modułów ruchów regionalnych, które można jeszcze uzupełnić modułami ruchów lokalnych.
Źródłem zasilania robotów przemysłowych o napędzie pneumatycznym jest przemysłowa sieć sprężonego powietrza. Sieć składa się ze sprężarki, zbiornika sprężonego powietrza (w którym utrzymywane jest ciśnienie zmienne tylko w określonych granicach), urządzeń oczyszczających i odwadniających oraz przewodów rozprowadzających. Ciśnienie w sieci wynosi 0,4 ÷ 0,7 MPa. Na stanowisku laboratoryjnym, tzn. w miejscu odbioru powietrza
Rys. 2. Typy modułów części manipulacyjnej robota PR-02
Rys. 3. Przykłady konfiguracji części manipulacyjnej robota PR-02, złożonych z modułów ruchów regionalnych
z sieci, zainstalowano dodatkowo indywidualny filtr z odwadniaczem oraz smarownicę.
Smarownica służy do nawilżania sprężonego powietrza olejem. Olej w powietrzu zasilającym zapewnia smarowanie i w pewnym stopniu doszczelnienie części ruchomych. Smarownice są prostymi urządzeniami działającymi na zasadzie efektu zasysania (eżektorowego), podobnie jak inne rozpylacze cieczy. Wielkość dawki oleju dodawanego do powietrza w jednostce czasu może być regulowana. Ściśliwość czynnika roboczego – sprężonego powietrza – powoduje, że przebieg ruchu napędzanych elementów silnie zależy od obciążenia i w rezultacie trudne jest dokładne sterowanie położeniem i prędkością. Sprawia to, że napędy pneumatyczne znajdują zastosowanie w robotach o pozycjonowaniu zderzakowym.
Elementami napędowymi, tzn. elementami przetwarzającymi energię czynnika zasilającego na energię mechaniczną ruchu, są pneumatyczne siłowniki liniowe oraz silniki pneumatyczne. Elementem napędowym, w układzie napędowym modułu liniowego ruchu regionalnego robota PR-02, jest siłownik tłokowy dwustronnego działania 1 (rys. 4). Do
sterowania dopływem powietrza użyto dwupołożeniowego rozdzielacza pięciodrogowego, sterowanego elektrycznie. W jednym położeniu rozdzielacz łączy lewą stronę cylindra z przewodem zasilającym, a prawą z wylotem do atmosfery. W drugim położeniu prawa strona cylindra połączona jest z zasilaniem, a lewa z drugim wylotem do atmosfery. Każda ze stron cylindra ma w zaworze swój odrębny kanał wylotowy, dlatego że w kanałach tych zainstalowane są nastawialne dławiki pneumatyczne, służące do zmiany prędkości ruchu tłoka siłownika. Można, więc dobrać inne prędkości ruchu tłoka w prawo i w lewo. Razem z dławikami umieszczone są w kanałach wylotowych tłumiki hałasu. Tłok przesuwa się do końcowego położenia w cylindrze, albo też do położenia, w którym część manipulacyjna zostaje zatrzymana przez zderzak. W końcowej fazie ruchu działa amortyzator (rys. 5), mający za zadanie rozproszenie energii ruchu i zmniejszenie prędkości tłoka. Amortyzator przedstawiony na rysunku 5 działa podczas ruchu siłownika w prawo. Do amortyzacji ruchu w stronę przeciwną użyty jest drugi amortyzator, o identycznej budowie, lecz usytuowany odwrotnie. W końcowej fazie ruchu tłoczek amortyzatora wchodzi w kontakt ze zderzakiem siłownika. Tłoczek wciskany jest do środka amortyzatora, powodując wypływ powietrza
Rys. 4. Układ napędowy modułu ruchu postępowego robota PR-02:
1-siłownik tłokowy dwustronnego działania, 2-rozdzielacz pięciodrogowy dwupołożeniowy ze sterowaniem elektrycznym, 3-dławiki pneumatyczne, 4-tłumik hałasu
Rys. 5. Amortyzator pneumatyczny robota PR-02:
1-cylinder, 2-tłok, 3-trzpień dławika pneumatycznego, 4-sprężyna zaworu zwrotnego, 5-kulka zaworu zwrotnego
z cylindra amortyzatora kanałami A, B i C do atmosfery. Przepływ powietrza z kanału B do kanału C jest dławiony za pomocą dławika pneumatycznego, którego stożkowy trzpień można przemieszczać w stosunku do gniazda, zmniejszając lub zwiększając przekrój kanału.
Pozwala to na regulację działania amortyzatora. Podczas ruchu siłownika w prawo podawane do siłownika sprężone powietrze doprowadzane jest również do amortyzatora. Dopływa
1
2
3 4
kanałami C i D, pokonuje opór sprężyny zwrotnego zaworu kulkowego, unosi kulkę i kanałem A dostaje się nad tłok, cofając go w lewo do położenia wyjściowego. W robotach PR-02 nowszej produkcji stosuje się amortyzatory pneumatyczno-hydrauliczne, w których działanie amortyzujące jest hydrauliczne (dławienie przepływu cieczy w zamkniętym obiegu), a cofanie do położenia wyjściowego – pneumatyczne.
2. Budowa i zasada działania podajnika wibracyjnego
Podajniki wibracyjne służą do jednoczesnego gromadzenia, przenoszenia i orientowania przedmiotów. Zaletą tych urządzeń jest niewrażliwość na rodzaj materiału transportowanych części, które mogą być wykonane ze stali, metali nieżelaznych lub tworzyw sztucznych. Jest to jedyny rodzaj urządzeń, które mogą przenosić bardzo drobne przedmioty o długości już od 50µm. W zależności od potrzeb kierunek podawania może być zgodny lub przeciwny z kierunkiem ruchu wskazówek zegara. Bęben pojemnika jest zamontowany na wibratorze, który wprawia go w drgania o częstotliwości 50 ÷ 60 okresów/s w kierunku stycznym do obwodu bębna. Drgający bęben powoduje przesuwanie się przedmiotów w kierunku płaszcza ze śrubową prowadnicą na wewnętrznej powierzchni. Średnica bębna zależy od długości transportowanych przedmiotów. Za pomocą pojemników wibracyjnych uzyskuje się wysokość podnoszenia do 1500 mm. Prędkość przesuwu przedmiotu można regulować bezstopniowo za pomocą potencjometru zmieniającego amplitudę drgań. Stałym czynnikiem mającym wpływ na prędkość przesuwania jest kąt wzniosu α bieżni przenośnika. Dla uzyskania dużych prędkości przenoszenia, kąt α powinien być stosunkowo mały. Przeważnie wynosi on poniżej 15°. Czasami stosuje się kąt α do 30°, ale wtedy wydajność przenośnika maleje. Cenną właściwością pojemników wibracyjnych bębnowych jest to, że zarówno droga transportowania przedmiotów wewnątrz bębna, jak i czas jej przebycia są stosunkowo długie.
Umożliwia to zastosowanie dodatkowych mechanizmów do orientowania położenia przedmiotów.
Rys. 6. Podajnik wibracyjny
Zasadę pracy podajnika przedstawia rysunek 7. Prowadnica 2 wykonuje ruch posuwisto – zwrotny po kierownicy 1 w kierunku pokazanym strzałkami. Stosując różne prędkości przesuwu prowadnicy do przodu powoli, a do tyłu szybko uzyskuje się to, że przy ruchu do przodu przedmiot 3 przesuwa się wraz z prowadnicą, a przy ruchu do tyłu ślizga się po niej i pozostaje na miejscu. Przy następnym drgnięciu cykl powtarza się i przedmiot przesuwa się
coraz dalej. Czynnikami mającymi wpływ na przebieg zjawiska jest prędkość i przyśpieszenie prowadnicy oraz współczynnik tarcia między przedmiotem, a prowadnicą.
Rys. 7. Zasada przenoszenia przedmiotów w pojemniku wibracyjnym:
1-kierownica, 2-prowadnica, 3-przedmiot
Podczas ruchu prowadnicy, na przedmiot oddziałuje siła ciężkości przedmiotu G, składowa normalna reakcji N = G oraz siła tarcia FT pomiędzy przedmiotem a prowadnicą.
Ruch względny pary prowadnica – przedmiot nie wystąpi, jeśli będzie spełniony warunek:
FT = μN ≥ ma gdzie:
FT – siła tarcia,
μ – współczynnik tarcia,
a – przyśpieszenie ruchu prowadnicy, m – masa przedmiotu.
Podstawiając N=G=mg (g – przyśpieszenie ziemskie) i upraszczając otrzymuje się następującą zależność:
a ≤ μg
czyli przy przyśpieszeniu a większym niż μg nastąpi ruch przedmiotu względem prowadnicy.
Gdy kierownica 1 jest nachylona pod kątem α i drgania są kierowane wzdłuż prowadnic, warunek niewystępowania ruchu względnego pary prowadnica – przedmiot ma postać:
FT = μN ≥ ma + mg sinα
Ponieważ N = mg cosα, więc warunkiem nieprzesuwania się przedmiotu po powierzchni prowadnicy jest, aby:
a ≤ g(μ cosα ± sinα)
przy czym znak „+” obowiązuje przy ruchu części w dół, a znak „-„ przy ruchu części w górę.
μ cosα > sinα μ > tgα
skąd wynika, że kąt α powinien być mniejszy niż kąt tarcia. Przesuwanie się przedmiotu nie zależy więc od jego masy, a jest związane jedynie z wartością współczynnika tarcia μ, kątem nachylenia bieżni α i kierunkiem wibracji.
Na rysunku 8 przedstawiono schematy dwu najczęściej stosowanych wibratorów.
W wibratorze mechanicznym (rys. 8a) powolny przesuw prowadnicy 2 w stosunku do podstaw 1 uzyskuje się od krzywki 4, a szybki ruch powrotny powoduje sprężyna 3 dociągając rolkę 5 do krzywki. W rozwiązaniu elektryczno-magnetycznym (rys. 8b) przesuw powolny uzyskuje się od elektromagnesu 6, a szybki powrót powoduje sprężyna 3.
Rys. 8. Wibratory: a) mechaniczny, b) elektryczny 1-podstawa, 2-prowadnica, 3-sprężyna,
4-krzywka,5-rolka, 6-elektromagnes
3. Głowica frezarska
Wkręt, w którym ma być nacięty rowek zostaje wprowadzony nadmuchem powietrza do chwytaka manipulatora. Chwytak zasilany również sprężonym powietrzem zamyka się mocując wkręt. Następnie przesuwa się ramię manipulatora w kierunku głowicy traserskiej, przy czym jest to ruch wolny i jednostajny. W czasie przesuwu chwytaka z wkrętem pod frezem realizowane jest nacięcie w łbie wkręta. Na wrzecionie głowicy może być założony frez piłkowy lub tarczowy, a szerokość freza odpowiada szerokości nacięcia we wkręcie.
Głowica traserska umożliwia regulację wysokości położenia osi wrzeciona w zależności od średnicy zastosowanego freza oraz głębokości rowka pod wkrętak. Napęd na wrzeciono przekazywany jest od silnika elektrycznego, umieszczonego w podstawie stołu, poprzez przekładnię pasową z pasem zębatym. Prawidłową pracę przekładni (odpowiedni kąt opasania) zapewnia automatyczny napinacz rolkowy pasa.
4. Układ sterowania robota PR-02
Pierwotnie stanowisko sterowane było poprzez układ elektryczny, programowany za pomocą tablicy wtykowej (matrycy diodowej) widocznej na ilustracji 9. Programowanie takiego układu polegało na umieszczeniu wtyków diodowych w gniazdach tablicy wtykowej (rys. 10) i tworzeniu przez to matrycy diodowej.
Pomiędzy płytami izolującymi (2) umieszczone są listwy przewodzące (1) usytuowane prostopadle względem siebie. Ich końce są wyprowadzone z tablicy i przewodami połączone z dalszą częścią układu sterowania. W płytach i listwach wykonane są otwory, w których można umieszczać wtyki (3). Najczęściej we wtyki wbudowana jest dioda (4), dzięki której możliwy jest przepływ prądu tylko w jednym kierunku. Wtyki zbudowane są w ten sposób, że po włożeniu ich w tablicę, dolna listwa połączona jest z jedną stroną diody, a górna listwa z drugą stroną diody. Poprzez odpowiednią konfigurację wtyków na tablicy, tworzy się kolejne kroki programu.
Rys. 9. Stary pulpit sterowniczy
Rys. 10. Tablica wtykowa
Po modernizacji, pracą stanowiska steruje sterownik M-91-UA2 firmy Unitronics.
Przeznaczony jest do automatyzacji niewielkich obiektów, zarówno w zastosowaniach przemysłowych jak i domowych. Może być stosowany do sterowania maszynami technologicznymi i produkcyjnymi, przenośnikami, liniami pakującymi, piecami, urządzeniami klimatyzacyjnymi, pompami. Sterownik odbiera sygnały poprzez wejścia dwustanowe i analogowe, takie jak włącznik, enkoder, wyłącznik krańcowy, czujnik temperatury, itp. Poprzez wyjścia dwustanowe sterowane mogą być np. przekaźniki, grzałki, elektrozawory. Wyjścia analogowe mogą przykładowo sterować pracą falownika.
Mikrosterownik może być rozbudowany dodatkowo o 64 wejścia/wyjścia dwustanowe, analogowe, termoparowe, wagowe lub rezystancyjne. Dodatkowy moduł umożliwia również zdalną komunikację z operatorem za pośrednictwem telefonu GSM i komunikatów SMS.
Sterownik ten, pokazany na rysunku 11, należy do grupy mikrosterowników OPLC (ang. Operating Panel and Programmable Logic Controller). Posiada on wbudowany panel operatorski HMI (ang. Human Machine Interface), który służy do bezpośredniej komunikacji człowieka z maszyną, zbierania aktualnych danych z kontrolowanych procesów, ich
1
1
2
3 4
wizualizację, sterowanie procesem oraz alarmowanie. Panel często jest odrębnym urządzeniem współpracującym ze sterownikiem PLC. Stosowanie ich jest bardzo praktyczne, gdyż umożliwia operatorowi maszyny śledzenie wszystkich parametrów produkcyjnych oraz sterowanie nimi w zależności od potrzeb. Na stanowisku, na którym nie ma zainstalowanego takiego panelu, wszelkich zmian parametrów musi dokonywać wykwalifikowany programista podłączając się z komputerem do sterownika.
Rys. 11. Schemat funkcjonalny sterownika M-91-UA2
Podstawowe parametry zastosowanego sterownika, podane przez producenta:
wejścia/wyjścia: dyskretne (dwustanowe), analogowe, termoparowe zegar czasu rzeczywistego
do 3 szybkich liczników do 10 kHz port komunikacyjny RS232/RS485
15 programowalnych przycisków
zintegrowany panel operatorski HMI (2 linie na 16 znaków) obsługa modemów w tym GSM
cztery pętle regulatora PID obsługa protokołu CANbus
5. Schemat blokowy sterowania automatem
Schemat blokowy przedstawia logikę działania programu wgranego do sterownika sterującego automatem do nacinania rowków w łbach wkrętów walcowych. Schemat podzielony jest na dwie części. Pierwsza z nich przedstawia algorytm pracy sterownika od momentu włączenia zasilania do chwili gdy zostaje zainicjowany proces obróbki łbów wkrętów. Natomiast druga część przedstawia algorytm pracy sterownika w trakcie obróbki.
Pierwsza część schematu blokowego przedstawiona jest na rysunku 12. Po włączeniu zasilania sterownik prosi o podanie hasła. Jest to zabezpieczenie przed włączeniem maszyny przez osoby nieupoważnione. W sterowniku można zdefiniować kilkudziesięciu użytkowników i każdemu nadać osobne hasło. W firmach przemysłowych bardzo często wykorzystywana jest taka możliwość. W połączeniu z systemami SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition) można tworzyć historię logowań do sterownika i na jej podstawie dokonać analizy czy przy maszynie pracowały osoby do tego upoważnione, w jakich godzinach, itp. Po wprowadzeniu hasła jest ono sprawdzane w bazie danych zapisanej
Rys. 12. Algorytm pracy sterownika po włączeniu zasilania
w pamięci sterownika. Jeśli hasło nie zostało rozpoznane, ponownie pojawia się komunikat z prośbą o podanie hasła. Jeśli hasło jest zapisane w bazie danych, pojawia się okno powitalne, a następnie prośba o wciśnięcie przycisku START w celu rozpoczęcia pracy. Po pojawieniu się tego komunikatu sterownik stale monitoruje czy przycisk START został wciśnięty.
Jednocześnie sprawdzane jest czy osłona, chroniąca przed obracającymi się elementami maszyny, jest zamknięta. Jest to warunek konieczny do rozpoczęcia pracy. Informację o zamknięciu osłony sterownik otrzymuje od wyłącznika krańcowego, którego styki zostają zwarte przy zamkniętej osłonie. Jeśli podczas dalszej pracy osłona zostanie otwarta, sterownik automatycznie wyłączy maszynę i poprosi o wciśnięcie przycisku START. Kontynuowanie pracy będzie możliwe dopiero po zamknięciu osłony. W momencie, gdy zostaną spełnione
wszystkie warunki oraz zostanie wciśnięty przycisk START, nastąpi zwarcie styków stycznika załączającego napięcie na silnik, a po upływie 4 sekund zwarte zostaną styki stycznika załączającego napięcie na podajnik wibracyjny. Wprowadzone opóźnienie ma na celu zapewnić czas na ustalenie obrotów silnika zanim rozpocznie się cykl pracy automatu.
Warto zauważyć, że sterownik stale monitoruje stan przycisku STOP. Jeśli w dowolnym momencie pracy sterownika zostanie wciśnięty ten przycisk, maszyna zostanie natychmiast zatrzymana i pojawi się komunikat z prośbą o włączenie przycisku START.
Ponadto na stanowisku umieszczony jest wyłącznik grzybkowy – STOP AWARYJNY.
Zgodnie z przepisami wyłącznik taki musi znajdować się na głównej linii zasilającej stanowisko tak, aby jego wciśnięcie odłączyło zasilanie, powodując jednocześnie zatrzymanie maszyny. Nigdy nie należy uzależniać jakichkolwiek zmiennych, obsługiwanych przez sterownik, od stanu wyłącznika awaryjnego, dlatego nie jest on uwzględniony w programie sterownika.
Na rysunku 13 przedstawiona jest druga część schematu blokowego odnosząca się do algorytmu pracy sterownika podczas obróbki łbów wkrętów. Pierwszym poleceniem, po włączeniu silnika oraz podajnika wibracyjnego, realizowanym przez sterownik jest wysłanie sygnału do cewki rozdzielacza sterującego pracą siłownika ramienia manipulacyjnego robota, w wyniku, czego tłok siłownika wraz z chwytakiem zostaje przesunięty w prawo do pozycji wyznaczonej przez zderzak. Po wydaniu tego polecenia, sterownik stale monitoruje czy ramię przesunięte jest do wyznaczonej pozycji. Informację o uzyskaniu zadanego położenia sterownik otrzymuje od wyłącznika krańcowego, którego styki zostają zwarte w chwili, gdy ramię robota znajduje się na prawej pozycji. Oznacza to, że szczęki chwytaka znajdują się na wysokości prowadnicy, po której przemieszczane są wkręty do obróbki. W tym momencie sterownik steruje pracą kolejnych zaworów rozdzielających w wyniku, czego chwytak zostaje otwarty i na dysze umieszczone przy prowadnicach podawane jest sprężone powietrze, które ma ułatwić wprowadzenie nieobrobionego detalu w szczęki chwytaka. Po upływie 2 sekund wydmuch powietrza zostaje przerwany a szczęki chwytaka zamknięte. Zwłoka czasowa ma na celu zapewnić czas na wprowadzenie wkrętu w szczęki chwytaka tak, aby mógł być on pewnie pochwycony. Po zamknięciu szczęk chwytaka następuje kolejne jednosekundowe opóźnienie, które ma zapewnić, że żaden ruch nie będzie wykonywany w trakcie zamykania szczęk. Po tym czasie tłok siłownika ramienia manipulacyjnego robota zostaje przesunięty do lewej pozycji wyznaczonej przez zderzak. Informację o uzyskaniu tej pozycji sterownik otrzymuje od kolejnego wyłącznika krańcowego. Gdy pozycja ta zostanie osiągnięta, następuje otwarcie szczęk chwytaka oraz wprowadzenie sprężonego powietrza do dyszy chwytaka w wyniku, czego następuje wydmuch detalu. Stan taki trwa przez 2 sekundy, co ma zapewnić pozbycie się obrobionego wkrętu ze szczęk chwytaka. Po upływie tego czasu szczęki chwytaka zostają zamknięte a sprężone powietrze wyłączone. Sterownik wysyła sygnał, aby ramię robota przesunąć w prawo i w ten sposób cykl pracy podczas obróbki zostaje zamknięty. Zatrzymanie procesu obróbki następuje po wciśnięciu przycisku STOP.
Sterownik wraca wtedy do punktu opisanego w pierwszej części algorytmu pracy (rys. 12).
Warto zauważyć, że w maszynach stosowanych w przemyśle, gdy dąży się do jak największej wydajności automatu, nie stosuje się opóźnień czasowych – wszystkie takie operacje są monitorowane przez czujniki. Gdyby przyjąć taką koncepcję również przy tym stanowisku, oznaczałoby to, że sterownik otrzymywałby od czujnika jednoznaczną informację czy w szczękach chwytaka znajduje się nieobrobiony detal. Dopiero po uzyskaniu informacji pozytywnej nastąpiłoby zamknięcie szczęk chwytaka. Również to czy szczęki są zamknięte byłoby monitorowane przez czujniki. Informacje od czujników uzyskiwane byłyby przez sterownik dużo szybciej niż nastawione teraz czasy. Jednocześnie informacje takie zapewniłyby, że proces obróbki nie będzie kontynuowany, jeśli nie zostaną spełnione wszystkie opisane powyżej warunki.
Rys. 13. Algorytm pracy sterownika podczas obróbki łbów wkrętów
6. Program sterujący pracą automatu
Program napisany został w języku schematów drabinkowych, przy wykorzystaniu oprogramowania dedykowanego dla tego sterownika – U90 Ladder, firmy Unitronics.
Po włączeniu zasilania, na ekranie sterownika pojawia się komunikat z prośbą o podanie hasła. Hasłem jest dwucyfrowa liczba wprowadzana poprzez klawiaturę alfanumeryczną sterownika. Wpisany numer zapisywany jest w pamięci sterownika w postaci zmiennej MI 4.
Zmienna typu MI (ang. Memory Integer) może zawierać liczby całkowite z zakresu -32768 do +32768. Kiedy po zakończonej pracy do sterownika będzie chciała zalogować się kolejna osoba, należy zapewnić kasowanie poprzednio wpisanego numeru. Taką funkcję spełniają dwa pierwsze szczeble programu (rys. 14).
Rys. 14. Zerowanie zmiennej MI 4
W pierwszej linijce użyto funkcji porównującej dwa warunki. Warunek A to tzw. rejestr systemowy. Jest to zmienna przypisana do danego systemu operacyjnego sterownika.
Zmienna SI 2 (ang. System Integer) odnosi się do aktualnie wyświetlanego komunikatu na panelu sterownika. Warunek B jest liczbą stałą o wartości 1. Jeśli warunki są sobie równe to następuje przesterowanie bitu wewnętrznej pamięci sterownika MB 30 na logiczną wartość
„1”. Zmienną typu MB (ang. Memory Bits) można określić jako wewnętrzną cewkę wejściową lub wyjściową sterownika. Oznacza to, że w danym szczeblu programu nie muszą znajdować się odniesienia do fizycznie istniejących wejść I (ang. Input) lub wyjść O (ang.
Output). Bardzo często spełnienie warunków wejściowych określane jest poprzez przypisanie logicznego „0” lub „1” do wewnętrznej zmiennej typu MB, a później wykorzystywanie tej zmiennej w kolejnych szczeblach programu. Zatem interpretacja pierwszej linijki programu jest następująca – jeżeli aktualnie wyświetlanym komunikatem (SI 2) jest komunikat 1 (#1), wówczas ustaw na „1” bit MB 30. Wartość tego bitu wykorzystywana jest w linijce drugiej jako cewka wejściowa typu P (ang. Positive Transition Contact). Cewka tego typu wysyła tylko pojedynczy impuls w chwili, gdy wartość, od której jest uzależniona zmienia się z logicznego „0” na „1”. Nie jest, zatem istotne jak długo trwa zdarzenie wywołujące wartość
„1” na cewce typu P. Dalej w linijce wykorzystano trzy cewki kasujące typu R (ang. Reset Coil). Przypisują one logiczną wartość „0” do zmiennych MB 10, MB 11 i MB 12. Każda z tych zmiennych przypisana jest do pracownika uprawnionego do obsługi stanowiska.
Zerowanie zmiennych jest odpowiednikiem wylogowania osoby uprzednio pracującej przy stanowisku. Ponadto zmienna MI 4 jest zerowana poprzez wykorzystanie funkcji ST (ang.
Store Direct), przypisującej wartość liczbową do wybranej zmiennej. Zatem drugą linijkę
programu należy odczytać następująco – w chwili, gdy bit MB 30 zostanie ustawiony na „1”, wówczas wyzeruj bity MB 10, MB 11 oraz MB 12, a także zapisz do zmiennej MI 4 liczbę całkowitą 0.
Kolejne trzy szczeble programu (rys. 15) sprawdzają czy osoba logująca się do sterownika ma uprawnienia do obsługi stanowiska.
Rys. 15. Sprawdzanie uprawnień osób logujących się do sterownika
Wykorzystano tu opisane już wcześniej funkcje i typy zmiennych, zatem każdą z linijek można odczytać następująco – jeżeli aktualnie wyświetlanym komunikatem (SI 2) jest komunikat 2 (#2) oraz wprowadzona do rejestru MI 4 wartość jest znana sterownikowi (w tym przypadku są to liczby 10, 11 i 12) wówczas załącz odpowiednio cewkę MB 10, MB 11 lub MB 12. W tym fragmencie programu wykorzystano cewki ustawiające typu S (ang. Set). Przypisują one wartość logiczną „1” do zmiennych MB, bez względu na to jak długo trwa czynnik wywołujący tą wartość. Komunikat 2 wyświetla na ekranie sterownika informację czy podany numer jest dobry czy zły.
O tym jaka informacja zostanie wyświetlona w komunikacie 2, decyduje wynik operacji wykonywanych w szóstej linijce programu (rys. 16).
Rys. 16. Potwierdzanie poprawności wpisanego numeru
Interpretacja powyższego fragmentu programu jest następująca – jeżeli bity MB 10, MB 11 lub MB 12 są logicznymi „1” wówczas bit MB 20 przyjmie wartość logiczną „1”.
Komunikat 2 uzależniony jest właśnie od wartości bitu MB 20. Jeżeli jest on „0”, a zatem gdy wpisany numer będzie różny od 10, 11 lub 12 to zostanie wyświetlony napis „Numer zły”, a jeśli przyjmie wartość „1” to zostanie wyświetlony napis „Numer dobry”.
Wartość bitu MB 20 wpływa również na to, jaki komunikat zostanie wyświetlony po komunikacie 2 (rys. 17). Linijkę siódmą należy interpretować następująco – jeżeli aktualnie wyświetlanym komunikatem (SI 2) jest komunikat 2 (#2) oraz stanowisko może być uruchomione (MB 20 jest logiczną „1”) wówczas włącz zegar T 7 (ang. Timer). Zegar 7 rozpocznie odliczanie 4 sekund. Po odliczeniu tego czasu zegar załącza cewkę wyjściową T 7. Cewka ta z kolei w linijce ósmej powoduje przypisanie logicznej „1” do bitu MB 7.
Analogiczna sytuacja występuje w linijkach dziewiątej i dziesiątej, z tą różnicą, że bit MB 8 zostaje ustawiony na „1” w momencie, gdy bit MB 20 jest logicznym „0”.
Rys. 17. Wybór komunikatu 1 lub 3
Gdy logujący się pracownik jest upoważniony do obsługi stanowiska (bit MB 20 jest „1”), powoduje to przypisanie „1” do bitu MB 7, a to z kolei wywołuje komunikat 3, na którym widoczne jest przywitanie pracownika i potwierdzenie jego tożsamości. Natomiast, gdy bit MB 20 pozostaje „0”, powoduje to przypisanie „1” do bitu MB 8, który ponownie wywołuje komunikat 1.
W linijce jedenastej i dwunastej (rys. 18) znajduje się odwołanie do podstawowych czynników wpływających na pracę stanowiska. Cewka I 0 odnosi się do fizycznie istniejącego przycisku o stykach normalnie otwartych, znajdującego się na pulpicie sterowniczym (przycisk START). Cewka I 1 odnosi się do przycisku STOP ze stykami normalnie
zamkniętymi. Cewka I 4 odnosi się do wyłącznika krańcowego o stykach normalnie otwartych. Styki tego wyłącznika są zwarte gdy osłona jest zamknięta. Jedenastą linijkę programu należy interpretować następująco – jeśli osłona jest zamknięta (I 4 jest „1”) i wciśnięto przycisk START, wówczas ustaw na „1” bit MB 0. Zastosowano tu cewkę ustawiającą typu S, dzięki czemu nie trzeba stale trzymać wciśniętego przycisku aby stanowisko mogło działać.
Rys. 18. Zainicjowanie pracy stanowiska
Aby wyzerować bit MB 0, który umożliwia pracę stanowiska, należy wcisnąć przycisk STOP lub otworzyć osłonę. Warunek ten w postaci logicznej przedstawiony jest w linijce 12 – jeśli wciśnięto przycisk STOP (I 1 jest „0”, czyli styki zostały rozwarte) lub otworzono osłonę (I 4 jest „0”), wówczas przypisz logiczne „0” do bitu MB 0. Wartość zmiennej MB 0 jest sprawdzana w każdym kolejnym szczeblu programu, co zapewnia, że otwarcie osłony lub wciśnięcie przycisku STOP w każdym momencie zapewnia zatrzymanie pracy stanowiska.
Dwie kolejne linijki (rys. 19) sterują pracą silnika oraz podajnika wibracyjnego.
Rys. 19. Sterowanie pracą silnika i podajnika wibracyjnego
W linijce trzynastej ustalony jest warunek do uruchomienia silnika – jeśli spełnione zostały warunki do rozpoczęcia pracy stanowiska (bit MB 0 jest „1”) wówczas załącz cewkę O 1 oraz
włącz zegar T 10. Cewka O 1 steruje pracą stycznika załączającego napięcie na silnik.
W linijce czternastej znajduje się warunek – po odliczeniu 4 sekund od włączenia silnika zegar T 10 ma włączyć cewkę O 0, która steruje pracą stycznika załączającego napięcie na podajnik wibracyjny.
Kolejne linijki sterują pracą ramienia manipulacyjnego oraz chwytaka. Linijka piętnasta i szesnasta (rys. 20) inicjują przesunięcie manipulatora w prawo.
Rys. 20. Inicjowanie ruchu w prawo manipulatora
Linijki te należy rozumieć następująco – jeśli zostały spełnione warunki do uruchomienia stanowiska, wówczas ustaw na „1” bit MB 1 załączający cewkę wyjściową O 2. Pod to wyjście sterownika podłączona jest jedna z cewek rozdzielacza pneumatycznego sterującego pracą manipulatora. Ruch w prawo będzie odbywać się tak długo aż nie zostaną zwarte styki wyłącznika krańcowego. Wyłącznik ten podłączony jest do wejścia I 3 sterownika.
Linijkę siedemnastą (rys. 21) należy interpretować następująco – jeżeli zostały zwarte styki wyłącznika krańcowego (I 3 jest logiczną „1”) oraz nadal spełnione są warunki niezbędne do pracy stanowiska (MB 0 jest „1”), wówczas zakończ przesterowanie cewki rozdzielacza pneumatycznego do ruchu w prawo (przypisanie „0” do bitu MB 1) i otwórz szczęki chwytaka (O 8) i włącz nadmuch sprężonego powietrza na prowadnicach (O 5) i włącz zegar
Rys. 21. Zakończenie ruchu w prawo
T 3 oraz T 1. Zegar T 3 odlicza 3 sekundy. Jest to czas przewidziany na wprowadzenie nieobrobionego detalu w szczęki chwytaka. Zegar T 1 odlicza 4 sekundy i po upływie tego czasu następuje inicjacja ruchu w lewo manipulatora.
Dwie kolejne linijki (rys. 22) opisują czynności jakie mają być wykonane po upływie czasu odliczanego przez zegary T 3 oraz T 1. Linijkę osiemnastą należy interpretować następująco – po upływie 3 sekund jeżeli MB 0 nadal jest „1”, zamknij szczęki chwytaka poprzez otwarcie cewki na wyjściu O 8 i jednocześnie zamknięciu cewki na wyjściu O 7, oraz wyłącz nadmuch sprężonego powietrza na prowadnicach ( O 5 jest „0”).
Rys. 22. Zamknięcie szczęk i inicjacja ruchu w lewo manipulatora
Linijka dziewiętnasta opisuje inicjację ruchu w lewo manipulatora – po upływie 4 sekund jeśli nadal bit MB 0 jest „1”, wówczas ustaw na „1” bit MB 3. Następny szczebel opisuje skutek tych działań – jeśli bit MB 3 oraz MB 0 jest „1”, wówczas załącz cewkę wyjściową O 3.
W wyniku tego działania manipulator wykona ruch w lewo. Również w tej sytuacji ruch w lewo będzie odbywać się tak długo aż nie zostaną zwarte styki wyłącznika krańcowego.
Wyłącznik ten podłączony jest do wejścia I 2 sterownika.
Linijkę dwudziestą pierwszą (rys. 23) należy rozumieć następująco - jeżeli zostały zwarte styki wyłącznika krańcowego (I 2 jest logiczną „1”) oraz nadal spełnione są warunki
niezbędne do pracy stanowiska (MB 0 jest „1”), wówczas zakończ przesterowanie cewki rozdzielacza pneumatycznego do ruchu w lewo (przypisanie „0” do bitu MB 3) i otwórz szczęki chwytaka (O 8) jednocześnie wyłączając cewkę O 7 i włącz nadmuch sprężonego powietrza ze szczęki chwytaka (O 6) i włącz zegar T 2. Zegar T 2 odlicza 4 sekundy i po tym czasie inicjuje ruch manipulatora w prawo.
Linijkę dwudziestą drugą (rys. 24) należy interpretować następująco – po upływie 4 sekund jeśli bit MB 0 nadal jest „1”, wówczas wyłącz nadmuch sprężonego powietrza ze szczęki chwytaka (O 6) oraz przypisz logiczną „1” do bitu MB 1. Bit ten wykorzystywany jest w linijce szesnastej, w której inicjuje ruch manipulatora w prawo. W ten sposób cykl pracy podczas obróbki zostaje zamknięty.
Rys. 23. Zakończenie ruchu w lewo
Rys. 24. Inicjacja ruchu w prawo manipulatora
7. Uruchomienie stanowiska
Stanowisko należy podłączyć do gniazda pięcioprzewodowej sieci elektrycznej o napięciu 400V AC oraz do instalacji sprężonego powietrza. 3-fazowy wyłącznik główny przełączyć na pozycję 1 (rys. 25).
Rys. 25. Wyłącznik główny stanowiska
Upewnić się, że grzybkowy wyłącznik bezpieczeństwa nie jest włączony. Sterowanie stanowiskiem odbywa się poprzez przyciski START i STOP umieszczone na pulpicie sterowniczym (rys. 26).
Rys. 26. Pulpit sterowniczy stanowiska
Zadania do realizacji:
1. Zapoznanie się z budową i zasadą działania zrobotyzowanego stanowiska do nacinania rowków we wkrętach walcowych.
2. Wykonanie harmonogramu pracy (przebieg zmiany sygnałów) urządzenia.
3. Ocenić możliwości programowania pracy urządzenia za pomocą sterownika OPLC oraz przydatność takiego typu programowania.
