Conducerea Sistemelor Flexibile de Fabricatie Smc Fms 200

PROIECT DE DIPLOMĂ

Conducerea Sistemelor Flexibile de Fabricație

SMC-FMS 200

CUPRINSUL

Introducere

Sistem flexibil de fabricație

Mecatronica

Conducerea proceselor

Automate programabile

Sisteme flexibile de asamblare integrate SMC-FMS 200

Sistemul de transfer

FMS-201: Furnizarea cu corpurile de bază

FMS-202: Inserare rulment

FMS-204 Selecție și inserare arbore

Sisteme de conducere ale SFF

Sisteme de conducere

Automate programabile. definiții, caracteristici, tipuri de automate programabile, componentele unui AP

Utilizarea automatelor programabile în conducerea proceselor industriale

Comparația automatelor programabile cu alte sisteme de conducere

Realizarea programelor de conducere a proceselor cu automate programabile

Metoda organigramei de stări

Metoda diagramelor Grafcet

Metoda Ladder

Dezvoltarea Aplicatiilor

Automatul programabil Mitsubishi FX2N

Aplicatii de conducere a statiilor mecatronice FMS-200 cu ajutorul AP FX2N

Stația FMS-201: Furnizarea cu corpurile de bază

Stația FMS-202: Inserare rulment

Stația FMS-204 Selecție și inserare arbore

Bibliografie

LISTA FIGURILOR

Fig 1.1. Structura unui S.F.F. (schemă bloc)…………………………………………………………3

Fig 2.2. Științele ce compun mecatronica……………………………………………………………..4

Fig. 2.1. Sistemul flexibil de fabricatie FMS-200………………………………………………….8

Fig. 2.2. Mecanismul de rotație…………………………………………………………………………….9

Fig. 2.3. Componentele mecanismului de rotație…………………………………………………..10

Fig. 2.4. Modul de transfer linear……………………………………………………………………..11

Fig. 2.5. FMS-201: Stație aprovizionare corp……………………………………………………..14

Fig. 2.6. Stiva ce inmagazinează bazele și cilindru pneumatic acționant…………………..15

Fig. 2.7. Verificarea poziției……………………………………………………………………………..15

Fig. 2.8. Cilindru ce împinge piesa catre punctul de transfer…………………………………..16

Fig. 2.9. Respingerea piesei………………………………………………………………………………16

Fig. 2.10. Încărcarea bazei în paletă………………………………………………………………….17

Fig. 2.11. FMS-202: Stație inserare rulment……………………………………………………….20

Fig. 2.12. Aprovizionare rulmenți din stivă cu piston……………………………………………21

Fig. 2.13. Gripper transportând rulmentul………………………………………………………….21

Fig. 2.14. Traductor pentru măsurarea înalțimii…………………………………………………..22

Fig. 2.15. Manipulator cu gripper……………………………………………………………………..22

Fig. 2.16. FMS-204 Stație de selecție și inserare arbore………………………………………..25

Fig. 2.17: Masa rotativă pentru arbori……………………………………………………………….26

Fig 2.18: Dispozitiv de verificare a poziționării……………………………………………………26

Fig. 2.19. Identificarea materialului…………………………………………………………………..27

Fig. 2.20. Inlăturarea arborelui necorespunzător…………………………………………………28

Fig. 3.1. Construirea reprezentării stării………………………………………………………………38

Fig. 3.2. Construirea reprezentării elementului de decizie……………………………………..38

Fig. 3.3. Construirea reprezentării ieșirii…………………………………………………………….38

Fig. 3.4. Schemă de scriere a relațiilor între stări………………………………………………….39

Fig. 3.5. Exemplu de Grafcet……………………………………………………………………………40

Fig. 3.6. Tipuri de contacte………………………………………………………………………………..42

Fig. 3.7. Tipuri de bobine…………………………………………………………………………………43

Fig. 3.8. Tipuri de bistabile RS…………………………………………………………………………43

Fig. 4.1. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 201………………………………………………47

Fig. 4.2. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 1 (a)……………………………………………49

Fig. 4.3. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 1 (b)……………………………………………50

Fig. 4.4. Grafcet-ul exemplului 2 pentru stația 201………………………………………………51

Fig. 4.5. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (a)……………………………………………55

Fig. 4.6. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (b)…………………………………………….56

Fig. 4.7. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (c)……………………………………………57

Fig. 4.8. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (d)……………………………………………..58

Fig. 4.9. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 202……………………………………………..60

Fig. 4.10. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (a)………………………………………….64

Fig. 4.11. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (b)………………………………………….65

Fig. 4.12. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (c)………………………………………….66

Fig. 4.13. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (d)…………………………………………67

Fig. 4.14. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 204…………………………………………….70

Fig. 4.15. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (a)……………………………………………76

Fig. 4.16. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (b)…………………………………………….77

Fig. 4.17. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (c)…………………………………………..78

Fig. 4.18. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (d)…………………………………………..79

Fig. 4.19. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (e)………………………………………….80

Fig. 4.20. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (f)……………………………………………81

Fig. 4.21. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (g)……………………………………………82

Fig. 4.22. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (h)…………………………………………..83

Fig. 4.23. Grafcet-ul exemplului 2 pentru stația 204……………………………………………84

Fig. 4.24. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (a)…………………………………………89

Fig. 4.25. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (b)…………………………………………90

Fig. 4.26. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (c)………………………………………….91

Fig. 4.27. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (d)………………………………………….92

Fig. 4.28. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (e)………………………………………….93

Fig. 4.29. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (f)…………………………………………..94

Fig. 4.30. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (g)…………………………………………..95

LISTA TABELELOR

Tabel 3.1. Comparația automatelor programabile cu alte sisteme asemănătoare……….36

Tabel 4.1. Intrările stației FMS-201…………………………………………………………………..45

Tabel 4.2. Ieșirile stației FMS-202…………………………………………………………………….46

Tabelul 4.3. Codificarea stărilor stației 201, exemplul 1……………………………………….47

Tabelul 4.4. Codificarea stărilor stației 201, exemplul 2……………………………………….52

Tabelul 4.5. Intrările stației 202…………………………………………………………………………..59

Tabelul 4.6. Ieșirile stației 202…………………………………………………………………………..59

Tabelul 4.7. Codificarea stărilor stației 202, exemplul 1……………………………………….61

Tabelul 4.8. Intrările stației FMS-204………………………………………………………………..68

Tabelul 4.9. Ieșirile stației FMS-204………………………………………………………………..69

Tabelul 4.10. Codificarea stărilor stației 204, exemplul 1……………………………………….71

Tabelul 4.11. Codificarea stărilor stației 204, exemplul 2……………………………………..85

Scopul lucrării

Scopul acestei lucrări este de :

– a prezenta sistemul flexibil de fabricație FMS-SMC 200, stațiile componente și utilizarea acestora pentru instruirea practică a studenților în ceea ce privește automatele programabile și conducerea sistemelor flexibile;

– a dezvolta programe de conducere a stațiilor mecatronice, componente FMS-SMC 200, cu automatul programabil Mitsubishi FX2N.

Motivație

Motivația realizarii acestei lucrărieste următoarea:

– având o afinitate pentru programarea secvențială a controlerelor și automatelor programabile, interesul pentru sistemul SMC-200 s-a dezvoltat în urma utilizarii la laboratorul de Automate Programabile (anul IV, sem. 1) a unei stații mecatronice din cadrul SMC-200, pentru care am realizat programul de conducere. Aceasta mi-a părut ca o metodă eficientă și accesibilă studenților de a se instrui în rezolvarea cerințelor cu care s-ar confrunta ca ingineri automatiști.

– utilizarea acestor stații mecatronice pentru instruirea practică a studenților în ceea ce privește automatele programabile și conducerea sistemelor flexibile.

1. Introducere

Un Sistem de Fabricație (S.F.) reprezintă totalitatea mijloacelor ce conlucrează pentru a realiza una sau mai multe sarcini de fabricație a unui eventual produs. Fabricația este o metodă organizată de producție, astfel caracterizându-se prin existența unei structuri și ierarhii între funcțiile de producție.

1.1. Sistem flexibil de fabricație

Un Sistem flexibil de fabricație (S.F.F.) presupune existența unui grup de mașini unelte cu comandă numerică (M.U.C.N.) sau/și a unor sisteme mecatronice conduse de automate programabile și/sau un calculator, în scopul prelucrării automate a unei cantitați medii sau mici dintr-o piesă și familia ei, cu care împarte asemănări tehnologice sau fizice majore. Deși sistemul lucrează în limitările structurii fizice și a algoritmului de asamblare prestabilit, termenul “flexibil” denotă un anumit grad de libertate în producție. Astfel se evidențiază 2 categorii de flexibilitate:

flexibilitatea mașinii – abilitatea sistemului de a se schimba pentru a fabrica un produs nou, realizabil și abilitatea de a schimba ordinea desfășurării operațiilor la o piesă;

Flexibilitatea de curs – abilitatea de a folosi mai multe mașini pentru a realiza aceeași operație la o piesă, precum și adaptarea la schimbări de volum sau capacitate a cursului.

În schema generală se pot evidenția: o funcție de prelucrare automată a pieselor; o funcție de depozitare, transport si manipulare automată; o funcție de comandă automată a tuturor componentelor sistemului și de supraveghere, control și diagnostic automat.

Fig 1.1. Structura unui S.F.F. (schemă bloc)

Un sistem mecanic reprezintă un ansamblu de corpuri materiale, ce interactionează pe bază unor principii mecanice, conceput, proiectat și realizat într-o asemeneîn limitările structurii fizice și a algoritmului de asamblare prestabilit, termenul “flexibil” denotă un anumit grad de libertate în producție. Astfel se evidențiază 2 categorii de flexibilitate:

flexibilitatea mașinii – abilitatea sistemului de a se schimba pentru a fabrica un produs nou, realizabil și abilitatea de a schimba ordinea desfășurării operațiilor la o piesă;

Flexibilitatea de curs – abilitatea de a folosi mai multe mașini pentru a realiza aceeași operație la o piesă, precum și adaptarea la schimbări de volum sau capacitate a cursului.

În schema generală se pot evidenția: o funcție de prelucrare automată a pieselor; o funcție de depozitare, transport si manipulare automată; o funcție de comandă automată a tuturor componentelor sistemului și de supraveghere, control și diagnostic automat.

Fig 1.1. Structura unui S.F.F. (schemă bloc)

Un sistem mecanic reprezintă un ansamblu de corpuri materiale, ce interactionează pe bază unor principii mecanice, conceput, proiectat și realizat într-o asemenea manieră pentru:

efectuarea unui lucru mecanic util sau transformarea energiei mecanice într-o formă de energie nemecanică, prin utilizarea unei instalații mecanice;

transformarea unei forme de energie nemecanică în altă formă de energie nemecanică, prin utilizarea unui transformator de energie;

dirijarea unor procese nemecanice sau a fluxului de energie, prin utilizarea unui utilaj.

1.2. Mecatronica

Mecatronica este stiința ce combină elemente de mecanică/construcții mașini, automatică, informatică și electronică pentru îmbunătățirea sistemelor tehnice. Termenul de Mecatronică este o combinație între MECAnică si elecTRONICĂ, conceput în 1969 și deținut de firma japoneză Yaskawa Electric până în 1982.

Ilustrarea științelor ce compun mecatronica:

Fig 2.2. Științele ce compun mecatronica

Integrarea electronicii și a tehnicii de calcul au dus, în timp, la simplificarea imensă a componentelor mecanice a sistemelor mecatronice și la ieftinirea lor. În căutarea continuă pentru simplificare și eficiență economică s-au realizat sisteme mecatronice din ce in ce mai performante.

Un sistem mecatronic este un sistem tehnic ce încorporează atât componente mecanice, electronice cât și de comandă cu siteme numerice, într-o structură flexibilă, pentru a realiza mișcări, operații controlate în vederea obținerii unor obiective definite.

Sistemele mecatronice sunt capabile să interacționeze în timp real cu mediul înconjurator, realizând operațiile specifice de manevrare a materiei prime, auto-reglându-se ca răspuns la anumite schimbări, după cum au fost programate. Dezvoltarea capacitații de programare permite sistemelor mecatronice inteligente să-și îndeplinească scopul și în condiții de incertitudine, deci se pot adapta pentru a atinge un scop în mod imprevizibil.

Prin adăugarea și integrarea componentelor electronice și de comandă cu sisteme de calcul în suportul reprezentat de sistemele mecanice se obțin sisteme mecatronice corespunzătoare, care pot fi clasificate în:

componente mecatronice,

mașini mecatronice,

vehicule mecatronic,.

mecatronică de precizie,

micro-mecatronică.

1.3. Conducerea proceselor

Conducerea proceselor este o disciplină din cadrul ingineriei care se preocupă de realizarea si implementarea de sisteme de control, metode si algoritmi de control în scopul menținerii unei productivități ridicate.

În practică, diferitele tipuri de procese industriale conduse pot fi caracterizate de una din următoarele categorii:

Discrete – folosite în procese de fabricare, deplasare și împachetare; spre exemplu, asamblarea robotizată, procum cea întalnită în fabricarea automobileleor. Un exemplu de astfel de proces este ștanțarea metalică.

În serie mică – unele procese utilizează o cantitate precisă de amestec de material de bază, combinate de o asemenea manieră, pe o anumită perioadă pentru a produce rezultate intermediare sau finale reduse. Spre exemplu, la producerea de băuturi sau mâncăruri, având o perioadă limitată de funcționare (in urma recoltei) și cu o durată limitată de viață, nu se dorește supraproducția. Astfel de procese sunt de obicei folosite pentru a produce o cantitate limitată pe an.

Continue – cele mai productive, când un sistem este caracterizat de variabile neîntrerupte în mod normal. Spre exemplu: sistemul de analiză a conținutului de apă în procesele chimice, precum în producerea de hidrocarburi, producerea de combustibil si materiale plastice. Procesele continue, prin funcționare produc cantitați foarte mari de material finit.

Aplicații avand toate tipurile de sisteme în componență, sau care pot îndeplini pe rând caracteristicile a mai mult de una din categorii, se numesc aplicații hibride.

Controlul statistic al proceselor reprezintă metoda de monitorizare a proceselor prin analiza graficelor de control. În trecut, acestea erau tipărite pe hartie și analizate de personal; în prezent, valorile sunt procesate digital și controlul este în parte automatizat.

1.4 Automate programabile

Un Automat Programabil (AP; numite și PLC – Programable Logic Controller) este un dispozitiv electronic ce controlează regimurile de funcționare a unui sistem mecatronic; determină mișcarile proceselor și execuția mașinilor din sistem. AP-ul recepționează semnale la intrări, le procesează, potrivit algoritmului programat și transmite semnalele ieșirilor. Astfel, AP-ul are rolul de a furniza tensiunea de comandă elementului de execuție, în funcție de specificațiile programului.

Programul este implementat printr-un software de editare specific AP utilizat și poate comanda sistemul respectiv, efectua operații de calcul complicate precum și a implementa temporizări sau contoriza evenimente. Automatul programabil este un sistem fizic de mici dimensiuni, are un numar limitat de intrări și ieșiri, precum și capacitete de memorie limitată iar, viteza de calcul depinde de specificațiile fiecărui automat.

Un AP are în componența un microprocesor pentru a prelucra datele primite de la intrări cu ajutorul unui program și le transmite ca semnale electrice de comanda la relee; care mai departe transmit comanda electrovalvelor distribuitoare, elementelor de actionare etc. Programul se scrie pe calculator într-un limbaj specific sau se introduce printr-o consolă specializată și e transferat în memoria automatului printr-o interfață de comunicare serială de exemplu RS232.

Astfel se facilitează modificarea ulterioară a sistemului de producție, fiind câteodată suficientă modificarea algoritmului pentru ca un sistem flexibil de fabricație să se adapteze cerințelor noi. Modificarile se inregistrează în program și devin funcționale după reincărcarea programului in memoria AP ce conduce sistemul respectiv. Forma, funcționarea și limbajul de programare a automatelor diferă de la o firmă la alta.

Sisteme flexibile de asamblare integrate SMC-FMS 200

FMS-200 este un sistem ideal pentru o pregătire integrală în automatizare industrială. Este un echipament flexibil ce permite modularea realistă a proceselor industriale de asamblare, ducând la o dezvoltare completă în întelegerea și aplicarea competențelor solicitate de industria automatizată de astăzi.

Fig. 2.1. Sistemul flexibil de fabricatie FMS-200

Sistemul de instruire cu celule automate a fost special conceput pentru ca utilizatorii să dezvolte capacitați profesionale asociate cu sisteme pneumatice, electropneumatice, electrice, robotice și de manipulare, tehnologii de programare și PLC, comunicații industriale, conducere, controlul calitații, diagnoza și remedierea erorilor.

Sistemul permite și studierea unei game largi de senzori:

senzori magnetici

senzori inductivi

senzori fotoelectrici

senzori fotocromatici

senzori capacitivi, etc.

Sistemul constituie un Sistem flexibil de fabricație care realizează procesul de asamblarea a unui mecanism de rotație:

Fig. 2.2. Mecanismul de rotație

Părțile componente sunt transportate între stații de un sistem de transfer automat de 4 metri, dotat cu opritoare și lifturi pentru poziționarea paletei la fiecare stație. Părțile sunt prinse pe palete cu un sistem de codare magnetic.

Fig. 2.3. Componentele mecanismului de rotație

Stațiile pot fi independente de sistemul de transfer sau integrate, plasate de jur-împrejurul său. Stațiile pot fi extrase din sistem și reasamblate în alte configurații, deplasate pentru extinderea ansamblului saupentru a lucra independent.

Fiecare stație are un panou electric, pe care sunt plasate cablurile sistemului electric și Automatele programabile. Construcția în formă de plasă a panoului permite adăugarea altor componente. Panoul electric a fiecărei stații poate fi extras și utilizat independent pentru studiu. Această flexibilitate în construcție permite studenților să dezvolte programe AP ce pot fi integrate în stații.

Panoul de comandă a fiecarei stații conține butoane de start, stop și selecție ciclu. Sistemul fiind modular poate fi extins să incorporeze orice număr de stații viitoare.

Sistemul de transfer

Linia de asamblare FMS-200 poate fi compusă în 2 forme pentru a transfera produsul asamblat între diferitele stații:

folosind o bandă de 4 metri bidirecțională (transfer linear), ce permite atașarea a până la 8 stații

realizând o bandă modulară (transfer modular), astfel fiecare stație conține și o porțiune de transfer. Această variantă permite utilizatorului să creeze o configurație completă, cu cele 10 stații disponibile și cu posibilitatea de a mai adauga la nevoie.

Sistemul de transfer modular este ușor de implementat, fiecare stație având incluse toate componentele necesare realizării operației de transfer între stații. În urma setării unui PLC principal între stații, această asamblare permite extinderea și reorganizarea sistemului în timp, putând fi conectate un număr mare de stații în diferite forme.

Pentru necesitățiile acestui proiect, am avut la dispoziție un sistem flexibil de asamblare FMS-200 cu transfer linear între stații.

Transfer linear

Sistemul de transfer liniar deplasează circular produsul asamblat între diferitele stații, permite integrarea a maximum 8 stații, usor de conectat la porturile plasate de o parte și de alta a liniei.

Fig. 2.4. Modul de transfer linear

Acest sistem de transfer este conceput să permită extensia și modificarea ansamblului cu ușurință. Conține următoarele elemente:

cabinet/dulap de control și comandă

cablurile de legătura

unitate de tratare cu aer

buton de urgență

opritoare cu reținere și lifturi pentru palete (la fiecare stație, la inălțimea necesară)

sistem de identificare a paletei

palete de transport mecanisme in proces.

Detalii tehnice ale liniei de transfer

Dimensiuni: 3900×130 înalțime 970 mm

Unitatea de tratare a aerului: Filtru de 5 μm cu regulator și manometru de presiune.

Acționare: 2 motoare monofazate 230V/1.8A 0.37kW

Componența:

Elemente de acționare:

8 cilindri cu dublă acționare Ø32, lungime: 25mm (ECQ2B32-25D-XSE040), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

3 cilindri cu dublă acționare Ø16, lungime: 30mm (EMGQM16-30), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

manipulator rotativ bidirecțional Ø50, max: 90º (MSUB3-90S), cu regulatoare de debit, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

cilindru fară tijă Ø20, lungime: 200mm (MY1B20G-200), cu regulatoare de debit si detector de poziție la capete,controlat de un distribuitor 5/2 bistabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73L si D-A93L)

2 senzori capacitivi OMRON E2K-X4MF1

24 senzori inductivi: OMRON E2EG-X5MB1

8 microswitch-uri OMRON V-166-1C5.

Panoul electric:

montat în dulap de 700x500x230 mm.,

rigletă de conexiuni accesibilă cu conexiuni de alimentare și I/O codificate,

I/O ale stației: 5 intrări/6 ieșiri,

sursă de putere: 24V/120W,

butoane de start, stop; 1 buton de urgență, 2 indicatoare: în funcțiune și urgență,

contactoare pentru 2 motoare monofazate,

PLC de comandă: CPU, card principal de comunicație PLC

Stațiile de procesare

Stațiile de procesare sunt structuri concepute pe bază de aluminiu ce au în componență elemente ce realizeează procesul de asamblare. Partea din fața include unitațile de control, care sunt: panoul de comandă și AP-ul selectat de utilizator.

Stațiile sunt ușor de extras pentru a putea fi realizate procese autonome. Stațiile sunt prevăzute cu roți pentru a facilita deplasarea si reorganizarea.

Fiecare stație îndeplinește o parte din procesul de asamblare:

Furnizarea cu corpurile de bază

Inserarea rulmentului

Presă hidraulică

Furnizarea cu arbori

Inserarea capacului

Inserarea șuruburilor

Înșurubarea robotizată

Depozitare

Toate stațiile sunt dotate cu automatul Mitsubishi FX2N-32MR

FMS-201: Furnizarea cu corpurile de bază

La stația 201, piesa care acționează ca bază pentru produsul asamblat este încarcată și mutată la paleta din sistemul de transfer.

Fig. 2.5. FMS-201: Stație aprovizionare corp

Încărcarea corpului de bază

Piesele care vor fi folosite ca baze pentru produsul final (un mecanism de rotire) sunt înmagazinate într-o stivă acționată doar de gravitație. Un corp de bază este împins de pistonul unui cilindru pneumatic cu o simplă acționare spre partea de verificare a orientării piesei.

Fig. 2.6. Stiva ce inmagazinează bazele și cilindru pneumatic acționant

Verificarea poziției

Restul componentelor vor fi introduse în carcasă de pe fața bazei. Fața trebuie pozitionată în sus, componentele fiind necompatibile cu orice altă poziție. Pentru a verifica poziția, este folosit un cilindru cu o piesă cilindrică atașată. Dacă piesa este poziționată incorect, cilindrul nu își va putea termina procedura și un detector magnetic nu va fi activat, astfel un semnal este transmis către PLC indicând situația.

Fig. 2.7. Verificarea poziției

Deplasarea către punctul de transfer

Un cilindru cu un cap dreptunghiular mută piesa către locația de colectare. Cilindrul este dreptunghiular pentru a nu cauza rotirea bazei.

Fig. 2.8. Cilindru ce împinge piesa catre punctul de transfer

Respingerea bazei incorecte

Daca o bază este în pozitia incorectă, un cilindru cu simplă actionare o împinge catre o rampă de evacuare.

Fig. 2.9. Respingerea piesei

Mutarea bazei pe paletă

Un dispozitiv de manipulare cu 2 tije mută baza de la punctul de transfer către paletă. Manipulatorul conține un cilindru cu 2 tije paralele, iar elementul de capat este o platformă de prindere cu vacuum cu 4 ventuze. Pentru a apuca piesa, vacuumul este produs prin aspirație.

Fig. 2.10. Încărcarea bazei în paletă

Detalii tehnice

Dimensiuni: 900x540x900 mm

Unitate de tratare a aerului: filtru de 5 μm cu regulator și manometru de presiune.

Panou de comandă cu: butoane start, stop, reset; selector de ciclu, unul singur sau continuu, comutator de întrerupere; buton de urgența și avertizare de eroare.

Compozitia modulelor stației:

Încărcarea bazei:

Capacitatea stivei: 12 piese

Elemente de acționare:

cilindru cu dublă acționare Ø16, lungime: 100mm (CD85N16-100B), cu regulatoare de debit și detector de poziție inițială, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-C73L)

senzor inductiv (OMRON E2EG-X2B1)

Verificarea poziției

Elemente de acționare:

cilindru cu dublă acționare Ø12, lungime: 50mm (CD85N12-50B), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL)

Deplasarea către punctul de transfer

Elemente de acționare:

cilindru cu dublă acționare, cu cap dreptunghiular Ø25, lungime: 200mm, cu regulatoare de debit și detector de poziție finală, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL)

Respingerea bazei incorect poziționate

Element de acționare:

cilindru cu simplă acționare rejector Ø10, lungime: 15mm (CJPB10-15H6), controlat de un distribuitor 3/2 monostabil.

Mutarea bazei pe paletă

Elemente de acționare:

tijă orizontală: cilindru cu dublă acționare Ø20, lungime: 150mm (CXSWM20-150-XB11), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat un distribuitor 5/2 bistabil.

tijă verticală: cilindru cu dublă acționare Ø15, lungime: 50mm (CXSM15-50), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

dispozitiv de prindere: 4 ventuze amortizoare, de Ø16 fiecare (ZPT16CNK10-B5-A10), cu ejectoare de vacuum (ZU07S), controlat de un distribuitor 3/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-Z73L).

senzor de vacuum

Panoul electric:

Montat pe o plasă de aluminiu 550×400 mm.

Paletă de conexiuni accesibilă cu conexiuni de alimentare și I/O codificate.

I/O ale stației: 14 intrări/10 ieșiri.

Sursă de putere: 24 V/60W.

PLC de comandă: CPU, Card de comunicație pentru rețele PLC.

FMS-202: Inserare rulment

La stația 202, rulmetul este inserat în carcasa bazei. În scopuri didactice, pot fi inserați rulmenti de înalțimi diferite.

Fig. 2.11. FMS-202: Stație inserare rulment

Statia FMS-202 include următoarele module:

Furnizarea rulmenților

O stivă înmagazinează rulmenții, din care un cilindru extrage pe cel mai de jos. Un senzor de prezență, cu un micro comutator, verifică daca un rulment a fost extras și avertizează atunci când au fost epuizate componentele.

Fig. 2.12. Aprovizionare rulmenți din stivă cu piston

Transfer la modulul de măsurare

Rulmentul este mutat la punctul următor printr-un manipulator rotativ. Manipulatorul are inclus un gripper cu deschidere paralelă, cu acesta este apucat rulmentul din interior si deplasat peste un pin de localizare pentru măsurarea.

Fig. 2.13. Gripper transportând rulmentul

Măsurarea înălțimii

Rulmentul este plasat pe o platformă peste un pin de localizare. Platforma este ridicată folosind un cilindru pneumatic fară tijă iar rulmentul face contact cu un traductor care măsoară înăltimea. Traductorul este compus dintr-un potențiometru linear. În situația în care rulemntul nu are înalțimea dorită, este împins către rampa de evacuare de un cilindru ejector.

Fig. 2.14. Traductor pentru măsurarea înalțimii

Inserarea unui rulment

Un dispozitiv de manipulare rotolinear prevazut cu un gripper cu 2 degete plasează rulmentul în corpul de baza.

Fig. 2.15. Manipulator cu gripper

Detalii tehnice

Dimensiuni: 900x540x900 mm

Unitate de tratare a aerului: filtru de 5 μm cu regulator și manometru de presiune.

Panou de comandă cu: butoane start, stop, reset; selector de ciclu, unul singur sau continuu, comutator de întrerupere; buton de urgența și avertizare de eroare.

Compozitia modulelor stației:

Furnizarea rulmenților:

Capacitatea stivei: 38 piese

Elemente de acționare:

cilindru cu dublă acționare Ø16, lungime: 100mm (CD85N16-100B), cu regulatoare de debit si detector de poziție inițiala, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-C73L)

detector de proximitate (microswitch) OMRON V-166-1C5.

Transfer la modulul de măsurare

Elemente de acționare:

manipulator rotativ Ø50, max:180º ( MSQB50A), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 bistabil.

gripper cu 2 degete ce se deschid paralel (MHK2-16D), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Modulul de masurare a inălțimii

Elemente de acționare:

cilindru cu simplă acționare compact Ø12, lungime: 5mm (CQ2B12-5S), controlat de un distribuitor 3/2 monostabil.

tijă orizontală: cilindru fără tijă Ø12, lungime:250mm (MY1B16G-250), cu regulatoare de debit si detector de pozitie inițială, controlat de un distribuitor 5/2 bistabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A93L)

potențiometru linear NOVOTECHNIK TR25. B

Respingerea rulmentului necorespunzator

Elemente de acționare:

cilindru cu simplă acționare rejector Ø10, lungime: 15mm (CJPB10-15H6), controlat de un distribuitor 3/2 monostabil.

Inserarea unui rulment:

Elemente de acționare:

cilindru rotolinear compact Ø32, lungime:25mm (EMRQBS32-25CB), cu regulatoare de debit si detector de poziție la capete pentru mișcarea lineară, și detecție 0º – 180º pentru mișcarea rotativă, controlate de distribuitoare 5/2 monostabile.

gripper cu 2 degete ce se deschid paralel (MHK2-16D), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL)

Panoul electric:

Montat pe o plasă de aluminiu 550×400 mm.

Rigletă de conexiuni, accesibilă cu conexiuni de alimentare și I/O codificate.

I/O ale stației: 15 intrări/13 ieșiri.

Sursa de putere: 24 V/60W.

PLC de comanda: CPU, card analogic, card de comunicație pentru rețele PLC.

FMS-204 Selecție și inserare arbore

La stația 204, axul din interiorul ansamblului este inserat în produsul aflat pe linia de asamblare, adus de la stația precedentă. În funcție de materialul de fabricație, sunt 2 tipuri de arbori: de aluminiu și material plastic. Această selecție crește numărul posibil de produse finite.

Fig. 2.16. FMS-204 Stație de selecție și inserare arbore

Masa rotativă

Operațiile variate intreprinse la aceasta stație sunt distribuite pe masa rotativă. Masa folosește un cilindru ejector si 2 cilindri de blocare care alternează, pentru a se roti un anumit număr de grade între operațiile care sunt efectuate la fiecare poziție.

Fig. 2.17. Masa rotativă pentru arbori

Aprovizionarea cu arbori

Arborii sunt stocați intr-o stivă. Folosind un sistem de încărcare (format din 2 cilindri pneumatici), arborii sunt extrași și lăsați în prima poziție a mesei rotative.

Poziționarea corecta a arborelui

Arborele nu este simetric și trebuie poziționat într-un anumit mod deasupra ansamblului. Pentru a asigura aceasta, înălțimea axului este măsurată cu un cilindru pneumatic ce are prevăzut un detector magnetic.

Fig 2.18. Dispozitiv de verificare a poziționării

Dacă, în modulul anterior, este detectat că arborele este poziționat incorect, un dispozitiv de manipulare trebuie să o corecteze. Arborele este ținut de un gripper cu două degete și ridicat de un cilindru cu tijă dublă. Un manipulator rotativ cu libertate de mișcare de 180º o întoarce și o așează înapoi în poziția corectă.

Identificarea materialului

Următoarele 2 module determină materialul din care este confecționat arborele. Un senzor inductiv si unul capacitiv determină daca materialul este platic sau aluminiu.

Fig. 2.19. Identificarea materialului

Inlăturarea arborelui necorespunzător

Această stație alege tipul de arbore ce va fi asamblat pe produsul din proces și respinge arborele din alt material. Această funcție este indeplinită de un dispozitiv de manipulare cu două axe cu o ventuză la capăt. Fiecare ax este compus dintr-un cilindru cu tijă dublă care realizează mișcarile de ridicare a arborelui și îl duce la rampa de evacuare.

Fig. 2.20. Inlăturarea arborelui necorespunzător

Inserarea arborelui în ansamblu

În ultima etapă a procesului, un manipulator rotolinear preia arborele și îl poziționează în ansamblu. Dispozitivul de manipulare are un braț cu o ventuzăa care menține arborele prin aspirație în timpul mutării.

Detalii tehnice

Dimensiuni: 900x540x900 mm

Unitate de tratare a aerului: filtru de 5 μm cu regulator și manometru de presiune.

Panou de comandă cu: butoane start, stop, reset; selector de ciclu, unul singur sau continuu, comutator de intrerupere; buton de urgență și avertizare de eroare.

Compoziția modulelor stației:

Disc difuzor

Elemente de acționare:

cilindru cu dublă acționare Ø25 lungime: 40mm (CDQ2B25-40D) cu regulatoare de debit și detector de poziție inițială, controlat de distribuitor 5/2 monostabil.

blocare: cilindru cu simplă acționare compact Ø16, lungime: 10mm (CQ2B16-10D), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73L)

Furnizarea osiilor

Capacitate stivă: 17 osii;

Elemente de acționare:

2 cilindri cu dublă acționare Ø10, lungine: 10mm (CD85N12-50B), cu regulatoare de debit si detectoare de poziție la final, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL).

Poziționarea corecta a osiei

Elemente de acționare pentru verificarea poziției:

cilindru cu dublă acționare Ø12 lungime: 50mm (CDQ2B25-50A) cu regulatoare de debit și detector de poziție finală, controlat de distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL).

Elemente de acționare pentru poziționare corectă:

gripper cu 2 degete ce se deschid paralel (MHK2-16D), controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

ax vertical: cilindru cu dublă acționare Ø15, lungime:50mm (CXSM15-50), cu regulatoare de debit și detector de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

manipulator rotativ Ø50, max:180º (MSUB3-180S), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73L).

senzor inductiv: OMRON E2EG-X5B1.

senzor capacitiv: OMRON E2K-C25MF1.

Respingerea arborelui necorespunzator

Elemente de acționare:

cilindru cu simplă acționare rejector Ø15, lungime: 100mm (CXSM15-100), cu regulatoare de debit și detectoare de poziție la capete, controlat de un distribuitor 5/2 bistabil.

ax vertical: cilindru cu dublă acționare Ø10, lungime:50mm (CXSM15-50), cu regulatoare de debit și detector de poziție la capete, controlat un distribuitor 5/2 monostabil.

ventuză amortizoare, de Ø8 (ZPT16CNK10-B5), cu ejector de vacuum (ZU07S), controlat de un distribuitor 3/2 monostabil.

Senzori:

senzor magnetic (D-Z73L).

senzor de vacuum.

Inserarea arborelui în ansamblu

Elemente de acționare:

cilindru rotolinear compact Ø32, lungime:25mm (EMRQBS32-25CB), cu regulatoare de debit și detector de poziție la capete pentru mișcarea lineară, și detecție 0º – 180º pentru mișcarea rotativă, controlat de 2 distribuitoare 5/2 monostabile.

ventuză amortizoare, de Ø8 (ZPT16CNK10-B5-A10), cu ejector de vacuum (ZU05S), controlat de 2 distribuitore 3/2 monostabile.

Senzori:

senzor magnetic (D-A73CL)

senzor de vacuum.

Panoul electric:

Montat pe o plasa de aluminiu 550×400 mm.

Rigletă de conexiuni accesibilă cu conexiuni de alimentare si I/O codificate.

I/O ale stației: 20 intrări/16 ieșiri.

Sursa de putere: 24 V/60W.

PLC de comanda: CPU, card de comunicație pentru rețele PLC.

3. Sisteme de conducere ale SFF

3.1. Sisteme de conducere

Sistemele de conducere prezintă o componență de bază din structura roboților industiali. Complexitatea acestora variază, performanțele sale influențând direct performanțele întregului robot.

Modul de funcționare: sistemul generează un set de comenzi secvențiale care realizează anumite funcții și acționări pe care utilizatorul dorește să le implementeze pe aparat. Principalele funcții pe care trebuie să le îndeplinească un sistem de conducere sunt:

Programarea robotului: care privește tipul programării, limbajul utilizat, tipuri și caracteristici de memorie;

Comanda mișcării robotului: referitor la modul de comandă, regimurile de miscare, abilitatea de a executa activitati simultane;

Comunicația cu operatorul, cu alte sisteme și cu siteme ierarhice superioare;

Prelucrarea adecvată a datelor preluate de la sistemele de senzori ale robotului si controlul robotului în funcție de valorile acestora;

Prelucrarea datelor în timp real cu privire la starea de funcționare în ansamblu a motorului.

Majoritatea roboților industriali funcționează in serii ciclice care sunt bazate pe modele matematice complexe. Acestea se împart în subsiteme care pot fi analizate atât separat cât și la nivel global. Sinteza acestora este realizată off-line prin definirea traiectoriei de mișcare conform cerintelor robotului și calculând mărimea de control necesară acestuia.

Complexitatea sistemului de conducere variază în funcție de gradele de dificultate al execuției mișcărilor, de complexitatea sistemului de conducere cât și de ușurința în implementare tehnologică. Cea mai simplă modalitate de a conduce procesele industriale constă în utilizarea automatelor programabile.

3.2. Automate programabile. definiții, caracteristici, tipuri de automate programabile, componentele unui AP

Automatele programabile (AP) sunt echipamente electronice realizate pentru conducerea proceselor industriale cu caracter predominant secvențial. Fiabilitatea, flexibilitatea în funcționare, insensibilitatea la perturbații, facilitatea modificării și introducerii programului de lucru constituie doar unele dintre numeroasele avantaje oferite de automatele programabile în conducerea proceselor.

Actual, pe piața tehnologică, exista o varietate mare de dezvoltatori de automate programabile. Prin simplitatea sa în implementare și fiindcă instruirea personalului de deservire este usor de realizat, automatul programabil poate opera pe o scară largă.

Automatele programabile sunt destinate conducerii proceselor din diverse ramuri industriale cum ar fi:

Mașini-unelte, prese;

Linii de turnare/galvanizare, linii de transfer;

Manipulatoare si roboți industriali.

Pentru aplicații ce nu necesită un volum mare de prelucrări de date au fost create automate programabile cu prelucrare de bit (APB). Acestea sunt destinate să opereze cu o singură intrare sau ieșire binară la un moment dat și pot realiza prelucrări de date simple precum calcule aritmetice dar fără să piardă calitățiil unui AP – flexibilitate, siguranță, simplitate, etc..

Atunci când volumul datelor de prelucrat este mare se folosesc automate programabile cu prelucrare de cuvânt (APC). Microprocesoarele ce stau la baza acestora le oferă puterea de calcul pe 4, 8, 16 sau 32 de biți. APC pot fi interfațate cu APB pentru a forma sisteme de conducere cât mai comprehensive.

Automatele programabile nu necesită o programare complicată pentru a funcționa. Automatul poate fi indus în ciclu de funcționare prin introducerea directă a unui șir de instructiuni bazate pe o organigramă, diagramă Grafcet sau un set de ecuații.

Scurt istoric al automatelor programabile:

În 1968 este conceput primul automat programabil, comandat de General Motors si denumit 084, fiind al 84-lea proiect al Bedford Associates.

Într-un mediu industrial în crestere si cu cerințe mari pe piață, în 1969 s-a dezvoltat AP-ul bazat pe CPU, cu instrucțiuni logice, 1kb memorie și 128 de intrări/ieșiri (I/O).

În 1974 s-a reușit utilizarea unor procese de genul contorizare, temporizare și operații matematice în AP, acum crescut la 12kb de memorie si 1024 de I/O.

În 1976 au fost introduse sisteme pentru I/O aflate la distanță.

În 1977 este introdus automatul programabil bazat pe microprocesor.

Până în 1980, se dezvolă module inteligente de I/O, s-au extins capacitățiile de comunicație și caracteristicile software. S-au introdus microcalculatoare ca bază pentru automate. Dimensiunile și prețurile automatelor sunt în scădere.

În 1983, rețelele sunt dotate cu automate programabile, calculatoare sub standardul GM MAP la toate nivelurile.

Caracteristicile acestea le-au permis automatelor programabile să fie utilizate din 1985 încoace în controlul ierarhizat și distribuit al proceselor industriale.

Tipuri de automate programabile

Clasificarea automatelor se poate face după principiul constructiv în:

Automate programabile algoritmice

Automate programabile vectoriale

Automatele programabile algoritmice sunt implementate cu ajutorul memoriilor de tip ROM (read only memory) ca mașini algoritmice de stare sau structuri microprogramate. Acestea se construiesc ca sisteme înglobate fiind destul de dificil de programat.

Automatele programabile vectoriale, sunt foarte flexibile, fiind concepute ca microcalculatoare pentru tratarea problemelor de logică combinațională și secvențială.

Clasificarea automatelor după dimensiunea magistralei de date:

Automate programabile cu prelucrare de date la nivel de bit, sau scalare; magistrala de date are dimensiunea de 1 bit, la fel și operanzii procesați.

Automatele programabile cu prelucrare la nivel de cuvânt, sau vectoriale; lungimea cuvântului fiind dimensiunea magistralei și a operanzilor, de 8, 16 sau 32 de biți.

Automate programabile mixte, având 2 unitați de calcul aritmetic și logic: una pentru procesare pe 1 bit și una pentru cuvinte, cu operanzi de 8, 16 sau 32 de biți. În prezent se utilizează aproape exclusiv automatele mixte.

Componența unui automat programabil diferă foarte mult de la un producator la altul dar se pot considera următoarele componente ca fiind generale:

Unitate centrală – cea mai importantă componentă a unui AP este compusă din 3 parți principale: procesor, memorie și sursă de alimentare. Aceasta este practic cea care realizează conducerea sistemului.

Unitate de programare – reprezintă interfața dintre programator și automat, modul de a introduce instrucțiunile programului. De obicei este reprezentată de un calculator unde sunt scrise programele și apoi transferate la automat, sau de console specializate, realizate pentru fiecare tip de automat, în funcție de limbajul de programare admis.

Modulele de intrare/ieșire – conexiunea automatului cu procesul, prin care se transmit sau se primesc date de la acesta. Cuplarea se poate face direct cu unitatea centrală și magistrala de date a procesului sau, există posibilitatea controlului de la distanța.

Șina – dispozitivul pe care sunt montate unitatea centrală si celelalte componente.

3.3 Utilizarea automatelor programabile în conducerea proceselor industriale

Automatele programabile se folosesc în industrie pentru a simplifica conducerea proceselor, înlocuind structurile cablate și cu standarde de logica programabilă de tipul microprocesoarelor și circuitele compatibile cu acestea.

Conducerea proceselor industriale se realizează prin execuția ciclică a unui program aflat în memoria automatului. Astfel se evita, de obicei, aparitia de întreruperi prioritare.

Și roboții industriali fac parte din categoria proceselor ce pot fi conduse de automate, o structură generală a unui robot condus fiind:

Ansamblul mecanic: baza, brațul, mecanisme de apucare;

Sisteme de acționare pentru mișcări tip rotoliniare și interfețele de comandă ale acestora;

Un set de senzori, interni și externi.

La această structură, automatul programabil compatibil este conectat printr-un set de modulele de intrare/ieșire. Astfel, pe baza algoritmului programat în automat și a datelor furnizate de senzorii robotului, se poate realiza conducerea robotului.

3.4 Comparația automatelor programabile cu alte sisteme de conducere

Automatele programabile, deși sunt similare în multe privințe cu computerele, au anumite atribuții de construcție ce redau adaptarea la mediul industrial:

Echipament solid cu imunitate la zgomot;

Construcția realizată pe module, astfel ca să fie ușor de inlocuit/adăugat altele;

Limbaj de programare ușor de înțeles pentru depanare rapidă;

Programul este ușor de introdus și modificat în timpul procesului;

Intrările și ieșirile au o rezistență specifică mediului industrial.

Aceste caracteristici cuplate cu simplitatea în instalare și costuri reduse comparativ cu echipamente concurente, fac din automat programabil un sistem foarte versatil, dorit într-o mare varietate de procese și industrii.

Pentru o ilustrare scurtă a motivului pentru care au fost preferate automatele programabile și adoptate pe scară largă, aceasta este o comparație cu echipamente cu funcții asemănătoare:

Tabel 3.1. Comparația automatelor programabile cu alte sisteme asemănătoare [2]

3.5 Realizarea programelor de conducere a proceselor cu automate programabile

Metodele principale ce stau la baza realizării programelor de conducere sunt:

Metoda Diagramei (organigramei) de stări

Metoda Grafcet

Metoda Ladder

Alegerea metodei de dezvoltatre a programului depinde de cerințele fiecărui automat, fiecare firmă dezvoltă automate diferite, și între diferite modele ale unei firme apar diferențe în limbajul de programare și implicit, în limbajul folosit în dezvoltarea algoritmilor.

Pentru majoritatea metodele de programare sunt, conventional, folosite urmatoarele alocari de program:

X: Este folosit pentru a identifica toate intrările fizice directe in PLC.

Y: Este folosit pentru a identifica toate ieșirile fizice directe din PLC.

T: Este folosit pentru a identifica mecanisme de temporizare pentru PLC.

C: Este folosit pentru a identifica mecanisme de contorizare în interiorul PLC-ului.

M si S: sunt folosite ca flaguri de operații interne (stări) pentru PLC.

3.5.1 Metoda organigramei de stări

Organigrama funcționării unui proces este o reprezentare grafică a funcților de tranziție a stărilor, a funcțiilor de transfer intrare/ieșire ce-i determină funcționarea, respectînd precis pașii algoritmului impus. Metoda diagramei de stări este una din numeroasele feluri de reprezentare a instrucțiunilor unui program într-un mod cât mai ușor de înteles de către utilizatori.

Pentru realizarea organigramei unui automat sunt necesare restricții de notare, reprezentare și strutură. În compunerea unei organigrame sunt utilizate trei tipuri de simboluri, de stare, de decizie și de ieșire condiționată, astfel sunt necesare urmatoarele simbolizări ale evenimentelor:

Fig. 3.1. Construirea reprezentării stării [3]

Fig. 3.2. Construirea reprezentării elementului de decizie [3]

Fig. 3.3. Construirea reprezentării ieșirii [3]

3.5.2 Metoda diagramelor Grafcet

Deși o diagramă Grafcet pare similară, și în esența redă aceleași elemente, ca și o organigrama de stări, anumite particularitați de reprezentare oferă beneficii atât proiectantului, cât și utilizatorului, ceea ce a dus la lărgirea ariei de utilizare și dezvoltare a metodei într-un mare număr de aplicații.

Această metodă este pretabilă pentru descrierea unor detalii ale sistemului condus precum și ale funcționarii acestuia. Utilizând o formă concentrată de descriere simbolică, această metodă combină avantajele altor metode, prezentând clar și concis secvențele de control. Diagramele Grafcet ajută la testarea și depanarea sistemului de control, la diagnosticarea defectelor apărute în sistemul de control.

Metoda Grafcet, este un mod de reprezentare și de analiză a fluxului proceselor industriale. Aceasta utilizează notațiile precedente ca reprezentări interne.

Tipul de reprezentare a metodei Grafcet nu este unic, următoarea schemă ilustrând relațiile între stari, este folosită pentru multe alte metode:

Fig. 3.4. Schemă de scriere a relațiilor între stări

Conexiunile între blocurile unui Grafcet se obțin prin linii orizontale și verticale. Liniile verticale desemnează evoluții, iar cele orizontale indică posibilitați de ramificare condiționată sau nu. Un exemplu de diagrama Grafcet cu o configurație de tip SAU:

Fig. 3.5. Exemplu de Grafcet

Linia orizontală A este o bifurcatie SAU si desemneaza evolutia din starea S10 în secvența S11, sau in secvența S21, prin condiția T10. Pe ambele rute procesul converge pe o logică SAU prin linia B către starea S12 dar realizează procese diferite între liniile A și B, în funcție de instrucțiunile intermediare.

Tehnica de implementare a unui Grafcet se bazează pe translatarea în limbajul automatelor programabile a unei funcții logice ce definește:

setarea pe condițiile de tranziție TIN;

memorarea variabilei asociată secvenței;

resetarea pe condițiile de tranziție TOUT.

Dacă se notează prin Si variabila internă asociată secvenței, condițiile de mai sus vor da următoarea formulă:

Si+i = Si TIN + Si x OUT

Pentru realizarea programului de conducere cu un automat programabil a unui proces a carui funcționare va fi descrisă printr-o diagramă Grafcet, trebuie mai intâi realizate primele două etape generale prezentate, și anume descrierea completă a condițiilor de funcționare ale procesului și alegerea automatului programabil necesar.

Dupa ce aceste două etape generale au fost realizate, urmează etapele:

elaborarea documentului sursă sub forma unei diagrame Grafcet;

se alocă variabile de intrare, ieșire și memorie (interne) specifice automatului folosit;

se scriu ecuațiile de implementare a fiecărei secvențe (stări);

se scrie programul de conducere folosind setul de instrucțiuni ale automatului programabil.

3.5.3 Metoda Ladder

Programarea folosind diagrame ladder a apărut, în cazul automatelor programabile, datorită necesitatii de a exista un mod facil de programare, ca alternativă pentru programele cod care necesită cunoștințe complexe de programare pentru a realiza sau modifica o aplicație. Diagramele ladder sunt preluate din electrotehnică și au păstrat o serie de denumiri și reprezentări caracteristice acesteia. Elementele de bază sunt, in cazul diagramelor ladder, contactele și bobinele.

Contacte – sunt intrările programului. Fiecare intrare a unui modul de intrari este sesizat și utilizat de unitatea centrală, în cazul folosirii diagramelor ladder, ca un contact. Intrările vor fi simbolizate prin litera preferată, în limba română: I. Datorită faptului că aceste contacte sunt valori binare, putând fi deschise sau închise, ele sunt grupate în octeți sau cuvinte astfel că pentru recunoașterea lor sunt folosite două cifre. Prima reprezinta numărul octetului iar cea de a doua numărul bitului din octet. Ca și in lumea reala, contactele pot fi normal deschise sau normal închise ca și cele din figură:

Fig. 3.6. Tipuri de contacte

Prin aranjarea contactelor în serie sau în paralel pot fi realizate operații logice asupra stării semnalelor. Cele normal deschise corespund la valoarea ‘1’ a semnalului respectiv iar cele normal închise la valoarea ‘0’.

Fig. 3.7. Tipuri de bobine

Bobinele sunt ieșirile dinspre automat spre process. Cea mai utilizată notație este dată de folosirea literei O. Din aceleași motive ca și in cazul contactelor sunt folosite două cifre pentru notarea unei anumite ieșiri. In cazul bobinelor simple, bitul de adresă este setat doar dacă rezultatul este 1, în timp ce în cazul apariției literelor sau simbolurilor apare o funcționare suplimentară.

Bobinele și contactele sunt elementele de bază ale acestui tip de programare. Având la bază acestea, se pot construi și alte elemente cum ar fi bistabilele RS care înlocuiesc anumite funcții logice:

Fig. 3.8. Tipuri de bistabile RS

4. Dezvoltarea Aplicatiilor

4.1. Automatul programabil Mitsubishi FX2N

Toate stațiile FMS SMC-200 disponibile sunt dotate cu automate Mitsubishi FX2N-32MR pentru conducerea procesului, unul din liderii pe piața automatelor, în vânzări.

In ciuda dimensiunilor reduse, este un dispozitiv foarte capabil, având multe dintre caracteristicile care sunt de obicei găsite la controlerele de dimensiuni mari, cum ar fi aritmetica în virgulă mobilă, capacitatea de a procesa cuvinte de date (DW) pe 32 de biți și o gamă largă de opțiuni de comunicații ce pot fi configurate integral.

Având o viteză de procesare de 0,08µs per instrucțiune logică, FX2N era unul din cele mai rapide automate la timpul său. Capacitatea de comunicație, o gamă largă de module de extensie și pentru funcții speciale configurabile, face ca FX2N sa fie un automat extrem de eficient si cea mai buna alegere pentru un sistem de mici dimensiuni.

Caracteristici ale seriei FX2N:

Dimensiuni (LxHxA): 150x140x95mm

16 până la 256 de intrări și ieșiri

Viteză de procesare crescută (0,08µs per instrucțiune logică)

Capacitate mare de stocare a programelor (8000 de adrese program, se poate extinde la 16000 de adrese program)

Poate fi extins cu până la opt module cu funcții speciale pentru procesare de semnal analogic, achiziții de date termice, aplicații de comunicații și poziționare cu până la 16 axe

Opțiuni de conectare pentru Profibus-DP, CC-Link, DeviceNet și AS-Interface

Programare intuitivă cu pachetul de programare software bazat pe sistemul de operare MS Windows sau cu unitatea de programare mobilă

Controler de poziționare integrat. [1]

4.2. Aplicatii de conducere a statiilor mecatronice FMS-200 cu ajutorul AP FX2N

4.2.1. Stația FMS-201: Furnizarea cu corpurile de bază

Protocolul de funcționare:

Această stație aprovizionează band cu baza piesei și verifică dacă aceasta este pozitionată corect. Pistonul F împinge piesa către pistonul D care verifică dacă piesa este pozitionată corect. Dacă aceasta nu este poziționată corect, pistonul E împinge rebutul către linia de transport, unde arcul C va arunca rebutul de pe bandă. Daca piesa este bună, gripper-ul cu vacum B va lua piesa și o va poziționa pe bandă.

Conducerea stației cu AP Mitsubishi FX2N

Alocări de variabile pentru intrările stației FMS-201:

Tabel 4.1. Intrările stației FMS-201

Alocările de variabile pentru ieșirile stației FMS-201:

Tabel 4.2. Ieșirile stației FMS-202

Exemplul 1:

Realizați un program care să îndeplinească pe rând următoarele cerințe: să extragă o bază din stivă și să determine poziționarea ei. Dacă baza este incorect poziționată va fi trimită la rebuturi, altfel, baza va fi deplasată către zona de colectare.

Conform protocolului de funcționare a stației, rezultă următorul Grafcet:

Fig. 4.1. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 201

Codificarea stărilor din Grafcet:

Tabelul 4.3. Codificarea stărilor stației 201, exemplul 1

Ecuațiile stărilor Grafcet-ului

S2 = S1*f1 + S2**

S3 = S2*T1* + S3*

S4 = S3*T2 + S4*

S5= S4*e1 + S5*

S6 = S2*T1*d1 + S6*

S7 = S6*T4 + S7*

C : S5

D : S2

E : S4 + S7

F : S1

Rezultă următoarele ecuatii pentru ladder:

M1 = x000 + M7*x012 + M5*T3 + M1*

M2 = M1*x014 + M2**

M3 = M2*T1* + M3*

M4 = M3*T2 + M4*

M5= M4*x012 + M5*

M6 = M2*T1*x011 + M6*

M7 = M6*T4 + M7*

Y005 : M5

Y006 : M2

Y007 : M4 + M7

Y010 : M1

Conform ecuațiilor stărilor si alocărilor de variabile specifice AP-ului Mitsubishi utilizat, rezultă ladderul:

Fig. 4.2. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 1 (a)

Fig. 4.3. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 1 (b)

Exemplul 2:

Îndeplinirea protocolului de funcționare a stației 201 în cadrul asamblăii este exemplificat in programul urmator:

Fig. 4.4. Grafcet-ul exemplului 2 pentru stația 201

Codificarea stărilor din Grafcet:

Tabelul 4.4. Codificarea stărilor stației 201, exemplul 2

Ecuațiile stărilor Grafcet-ului:

S1 = Start*M100 + S14*a0 + S5*T3 + S1*

S2 = S1*f1 + S2**

S3 = S2*T1* + S3*

S4 = S3*T2 + S4*

S5= S4*e1 + S5*

S6 = S2*T1*d1 + S6*

S7 = S6*T4 + S7*

S8 = S7*e1 + S8*

S9 = S8*b1 + S9*

S10 = S9*v + S10*

S11 = S10*b0 + S11*

S12 = S11*a1 + S12*

S13 = S12*b1 + S13*

S14 = S13* + S14*

A+ : S11

A- : S14

B : S8 + S9 + S12 + S13

V : S9 + S10 + S11 + S12

C : S5

D : S2

E : S4 + S7 + S8

F : S1

Rezultă următoarele ecuatii pentru ladder:

M1 = x000*M100 + M14*x004 + M5*T3 + M1*

M2 = M1*x014 + M2**

M3 = M2*T1* + M3*

M4 = M3*T2 + M4*

M5= M4*x012 + M5*

M6 = M2*T1*x011 + M6*

M7 = M6*T4 + M7*

M8 = M7*x012 + M8*

M9 = M8*x007 + M9*

M10 = M9*x010 + M10*

M11 = M10*x006 + M11*

M12 = M11*x005 + M12*

M13 = M12*x007 + M13*

M14 = M13* + M14*

Y001 : M11

Y002 : M14

Y003 : M8+ M9 + M12 + M13

Y004 : M9 + M10 + M11 + M12

Y005 : M5

Y006 : M2

Y007 : M4 + M7 + M8

Y010 : M1

Conform ecuațiilor stărilor si alocărilor de variabile specifice AP-ului Mitsubishi utilizat, rezultă ladderul:

Fig. 4.5. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (a)

Fig. 4.6. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (b)

Fig. 4.7. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (c)

Fig. 4.8. Diagrama ladder, stația 201, exemplul 2 (d)

4.2.2 Stația FMS-202: Inserare rulment

Protocolul de funcționare:

Această stație se ocupă cu furnizarea rulmenților, verificarea dacă aceștia au mărimea corespunzătoare, și inserarea rulmenților corespunzători pe bandă.

Variabilele de intrare și ieșire ale stației sunt:

Tabelul 4.5. Intrările stației 202

Tabelul 4.6. Ieșirile stației 202

Exemplul 1:

Realizați un program prin care stația FMS-202 furnizează rulmenți și îi inserează în ansamblu.

Fig. 4.9. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 202

Codificarea stărilor din Grafcet:

Tabelul 4.7. Codificarea stărilor stației 202, exemplul 1

Ecuațiile stărilor Grafcet-ului:

S1 = Start + S14*T4 + S1*

S2 = S1*b0 + S2*

S3 = S2*b1 + S3*

S4 = S3*pr + S4*

S5= S4*b2 + S5*

S6 = S5*T1 + S6*

S7 = S6*b0 + S7*

S8 = S7*T2 + S8*

S9 = S8*b1 + S9*

S10 = S9*h1 + S10*

S11 = S10*g0 + S11*

S12 = S11*T3 + S12*

S13 = S12*g1*h0 + S13*

S14 = S13*g0 + S14*

A : S3 + S4 + S5

B+ : S2 + S4 + S8

B- : S1 + S6

C : S5 + S6

G : S10 + S11 + S13 + S14

H : S9 + S10 + S11

I : S11 + S12 + S13

Rezultă următoarele ecuatii pentru ladder:

M1 = x000 + M14*T4 + M1*

M2 = M1*x006 + M2*

M3 = M2*x007 + M3*

M4 = M3*x005 + M4*

M5= M4*x010 + M5*

M6 = M5*T1 + M6*

M7 = M6*x006 + M7*

M8 = M7*T2 + M8*

M9 = M8*x007 + M9*

M10 = M9*x016 + M10*

M11 = M10*x013 + M11*

M12 = M11*T3 + M12*

M13 = M12*x015*x014 + M13*

M14 = M13*x013 + M14*

Y001 : M3 + M4 + M5

Y002 : M2 + M4 + M8

Y003 : M1+ M6

Y004 : M5 + M6

Y011 : M10 + M11 + M13 + M14

Y012 : M9 + M10 + M11

Y013 : M11 + M12 + M13

Conform ecuațiilor stărilor si alocărilor de variabile specifice AP-ului Mitsubishi utilizat, rezultă ladderul:

Fig. 4.10. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (a)

Fig. 4.11. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (b)

Fig. 4.12. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (c)

Fig. 4.13. Diagrama ladder, stația 202, exemplul 1 (d)

4.2.3. Stația FMS-204 Selecție și inserare arbore

Protocolul de funcționare:

Această stație selectează și inserează arborele specific produsului asamblat. Arvorele acestea pot să fie de aluminiu sau material plastic.

Conducerea stației cu AP Mitsubishi FX2N:

Alocări de variabile pentru intrările stației FMS-204:

Tabelul 4.8. Intrările stației FMS-204

Alocări de variabile pentru ieșirile stației FMS-204:

Tabelul 4.9. Ieșirile stației FMS-204

Exemplul 1:

Să se stabilească dacă un arbore aflat deja pe masa rotativă este din material metalic. Dacă da, acesta va fi inserat în ansamblul aflat pe linia de transfer. Altfel, arborele necorespunzător va fi înlăturat.

Fig. 4.14. Grafcet-ul exemplului 1 pentru stația 204

Codificarea stărilor din Grafcet:

Tabelul 4.10. Codificarea stărilor stației 204, exemplul 1

Ecuațiile stărilor Grafcet-ului:

S1= Start + S16**d0 + S26*a1*b0 + S1*

S2 = S1*T1 + S2*

S3 = S2*T2 + S3*

S4 = S3*T3 + S4*

S5 = S4*j0 + S5**

S6 = S5* + S9*j0* + S6*

S7 = S6*T4 + S7*

S8 = S7*T5 + S8*

S9 = S8*T6 + S9**

S10 = S9*j0*C1 + S10*

S11 = S10*c1 +S11*

S12 = S11*d1 + S12*

S13 = S12*v2 + S13*

S14 = S13*d0 + S14*

S15 = S14*c0 + S15*

S16 = S15*d1 + S16*

S17 = S5*dm + S20*j0* + S17*

S18 = S17*T7 + S18*

S19 = S18*T8 + S19*

S20 = S19*T9 + S20**

S21 = S20*j0*C2 + S21*

S22 = S21*a0 + S22*

S23 = S22*v1 + S23*

S24 = S23*b1 + S24*

S25 = S24*a0+ S25*

S26 = S25* + S26*

A : S21 + S22 + S24 + S25

B : S23 + S24 + S25

V1 : S22 + S23 + S24

C+ : S10

C- : S14

D : S11 + S12 + S15

V2 : S12 + S13 + S14 + S15

J : S2 + S3 + S7 + S8 + S18 + S19

K : S1 + S2 + S6 + S7 + S17 + S18

Rezultă următoarele ecuatii pentru ladder:

M1= x000 + M16**x013 + M26*x005*x006 + M1*

M2 = M1*T1 + M2*

M3 = M2*T2 + M3*

M4 = M3*T3 + M4*

M5 = M4*j0 + M5**

M6 = M5* + M9*x021* + M6*

M7 = M6*T4 + M7*

M8 = M7*T5 + M8*

M9 = M8*T6 + M9**

M10 = M9*x021*C1 + M10*

M11 = M10*x012 +M11*

M12 = M11*x014 + M12*

M13 = M12*x015 + M13*

M14 = M13*x013 + M14*

M15 = M14*x011 + M15*

M16 = M15*x014 + M16*

M17 = M5*x022 + M20*x021*+ M17*

M18 = M17*T7 + M18*

M19 = M18*T8 + M19*

M20 = M19*T9 + M20**

M21 = M20*x021*C2 + M21*

M22 = M21*x004 + M22*

M23 = M22*x010 + M23*

M24 = M23*x007 + M24*

M25 = M24*x004 + M25*

M26 = M25* + M26*

Y001 : M21 + M22 + M24 + M25

Y002 : M23 + M24 + M25

Y003 : M22 + M23 + M24

Y004 : M10

Y005 : M14

Y006 : M11 + M12 + M15

Y007 : M12 + M13 + M14 + M15

Y015 : M2 + M3 + M7 + M8 + M18 + M19

Y016 : M1 + M2 + M6 + M7 + M17 + M18

Conform ecuațiilor stărilor si alocărilor de variabile specifice AP-ului Mitsubishi utilizat, rezultă ladderul:

Fig. 4.15. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (a)

Fig. 4.16. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (b)

Fig. 4.17. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (c)

Fig. 4.18. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (d)

Fig. 4.19. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (e)

Fig. 4.20. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (f)

Fig. 4.21. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (g)

Fig. 4.22. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 1 (h)

Exemplul 2:

Va fi încărcat un arbore din stivă pe masa rotativă pentru a i se verifica orientarea. Arborele va fi deplasat sub gripper-ul de întoarcere, dacă acesta este greșit orientat, va fi întors,

Fig. 4.23. Grafcet-ul exemplului 2 pentru stația 204

Codificarea sătrilor din Grafcet:

Tabelul 4.11. Codificarea stărilor stației 204, exemplul 2

Ecuațiile stărilor Grafcet-ului:

S1= Start + S22*C1 + S17*T12 + S1*

S2 = S1*T1 + S2*

S3 = S2*T2 + S3*

S4 = S3*T3 + S4*

S5 = S4*T4 + S5*

S6 = S5*j0 + S6**

S7 = S6*T5* + S7*

S8 = S7*T6 + S8*

S9 = S8*T7 + S9*

S10 = S9*T8 + S10*

S11 = S10*j0 +S11*

S12 = S11*g1 + S12*

S13 = S12*T9 + S13*

S14 = S13*g0 + S14*

S15 = S14*T10 + S15*

S16 = S15*g1 + S16*

S17 = S5*T11 + S17*

S18 = S6*T5*f1 + S22* + S18*

S19 = S18*T13 + S19*

S20 = S19*T14 + S20*

S21 = S20*T15 + S21*

S22 = S21*j0 + S22*

E : S1

F : S6

G : S11 + S12 + S15 + S16

H : S14 + S15 + S16 + S17

I : S12 + S13 + S14 + S15

J : S3 + S4 + S8 + S9 + S19 + S20

K : S2 + S3 + S7 + S8 + S18 + S19

Rezultă următoarele ecuatii pentru ladder:

M1= x000 + M17*T2 + M22*C1 + M1*

M2 = M1*T1 + M2*

M3 = M2*T2 + M3*

M4 = M3*T3 + M4*

M5 = M4*T4 + M5*

M6 = M5*x021 + M6**

M7 = M6*T5* + M7*

M8 = M7*T6 + M8*

M9 = M8*T7 + M9*

M10 = M9*T8 + M10*

M11 = M10*x021 +M11*

M12 = M11*x020 + M12*

M13 = M12*T9 + M13*

M14 = M13*x017 + M14*

M15 = M14*T10 + M15*

M16 = M15*x020 + M16*

M17 = M5*T11 + M17*

M18 = M17*T5*x016 + M22* + M18*

M19 = M18*T13 + M19*

M20 = M19*T14 + M20*

M21 = M20*T15 + M21*

M22 = M21*x021 + M22**

Y010 : M1

Y011 : M6

Y012 : M11 + M12 + M15+ M16

Y013 : M14 + M15 + M16 + M17

Y014 : M12 + M13 + M14 + M15

Y015 : M3 + M4 + M8 + M9 + M19 + M20

Y016 : M2 + M3 + M7 + M8 + M18 + M19

Conform ecuațiilor stărilor si alocărilor de variabile specifice AP-ului Mitsubishi utilizat, rezultă ladderul:

Fig. 4.24. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (a)

Fig. 4.25. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (b)

Fig. 4.26. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (c)

Fig. 4.27. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (d)

Fig. 4.28. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (e)

Fig. 4.29. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (f)

Fig. 4.30. Diagrama ladder, stația 204, exemplul 2 (g)

Bibliografie

Mitsubishi Programming Manual, The FX Series of Programmable Controller (FX0, FX0S, FX0N, FX, FX2C, FX2N, FX2NC), 1999

Dorin Popescu – Automate Programabile, Tipografia Universitatii din Craiova, 2010

Ovidiu Spătari – Manualul Absolventului de Profil Electric, Electronica Digitala – Scurtă Sinteză, ULBS 2003, pag. 27Chirita Bogdan – Sisteme Flexibile de Fabricatie, Note de Curs si Aplicatii, Alma Mater Bacau 2007

D. D. Friel – Controlul Proceselor Continue, Ind. Eng. Chem., 1960

FMS-200 User Manual, 2008

FMS-200 International Training, English Manual, 2012

Luncan Radu – Actionari pneumatice in mecatronica si automate programabile clasa a XII-a, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 2008

Mihail Raseev – Structuri si Sisteme Mecanice, Curs Universitar 2008

Mircea Nitulescu – Bazele sistemelor mecatronice, Curs Universitar 2010

Theodor Borangiu, Radu Dobrescu – Automate Programabile, Editura Academiei Republicii Socialiste Romania, 1986

Bibliografie

Mitsubishi Programming Manual, The FX Series of Programmable Controller (FX0, FX0S, FX0N, FX, FX2C, FX2N, FX2NC), 1999

Dorin Popescu – Automate Programabile, Tipografia Universitatii din Craiova, 2010

Ovidiu Spătari – Manualul Absolventului de Profil Electric, Electronica Digitala – Scurtă Sinteză, ULBS 2003, pag. 27Chirita Bogdan – Sisteme Flexibile de Fabricatie, Note de Curs si Aplicatii, Alma Mater Bacau 2007

D. D. Friel – Controlul Proceselor Continue, Ind. Eng. Chem., 1960

FMS-200 User Manual, 2008

FMS-200 International Training, English Manual, 2012

Luncan Radu – Actionari pneumatice in mecatronica si automate programabile clasa a XII-a, Editura Imprimeriei de Vest, Oradea, 2008

Mihail Raseev – Structuri si Sisteme Mecanice, Curs Universitar 2008

Mircea Nitulescu – Bazele sistemelor mecatronice, Curs Universitar 2010

Theodor Borangiu, Radu Dobrescu – Automate Programabile, Editura Academiei Republicii Socialiste Romania, 1986