instrukcja - Instytut Obrabiarek i Technologii Budowy Maszyn

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
2
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
3
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
1
2
3
4
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
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
5
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.
6
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.
7
Rys. 9. Stary pulpit sterowniczy
3
4
1
2
1
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
8
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
9
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
10
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.
11
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.
12
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
13
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
14
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
15
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
16
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
17
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.
18
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
19
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.
20