Șl. Dr. Ing. SANDA DALE [306551]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI

TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

DOMENIUL/PROGRAMUL DE STUDIU: MASTER – SISTEME AUTOMATE AVANSATE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Disertație

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Șl. Dr. Ing. SANDA DALE

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI

TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

DOMENIUL/PROGRAMUL DE STUDIU: MASTER – SISTEME AUTOMATE AVANSATE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Utilizarea unui automat programabil pentru modernizarea unui paletizor industrial

COORDONATOR ȘTIINȚIFIC:

Șl. Dr. Ing. SANDA DALE

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

TEMA

Lucrarea de disertație a student: [anonimizat]: Miclea Vasile Eugen

1). Tema lucrării de disertație: Utilizarea unui automat programabil pentru modernizarea unui paletizor industrial

2) Termenul pentru predarea lucrării de disertație: 05.07.2016

3) Elemente inițiale pentru lucrarea de disertație: [anonimizat].

4) Conținutul lucrării de disertație: Introducere, Capitolul I. [anonimizat]. [anonimizat], Capitolul III. Aplicația practică de modernizare a paletizorului, Concluzii, Bibliografie, Anexe

5) Material grafic: Tabele, Figuri, Fotografii

6) Locul de documentare pentru elaborarea lucrării de disertație: [anonimizat], [anonimizat], Internet

7) Data emiterii temei: 15.11.2015

Cuprins

INTRODUCERE

Înaintea anilor 1960, sistemele logice de control erau realizate doar cu ajutorul releelor electromecanice. [anonimizat] „pornire-oprire”, ceea ce în cazul sistemelor cu relee electro mecanice sau cu porți logice discrete sunt foarte rar utilizate.

[anonimizat], cum ar fi folosirea operațiuniilor de pornire /oprire a întrerupătorului fără a folosi întrerupător mecanic. Sistemele sofisticate de control ale releului produc probleme generate de lipsa flexibilității pentru o viitoare extindere. [anonimizat], [anonimizat] a avea mai mult spațiu și depanării frecvente.

Sistemele sofisticate de control ale releului au cauzat un impact de mare importanță producerii mașinilor americane puse în aplicare ca o mașină cu sute sau mii de releuri.

[anonimizat] o varie arie de funcții logice.

Subiectul principal abordat în acest proiect este automatul programabil (PLC), [anonimizat]. Obiectivul general este de a [anonimizat] a [anonimizat].

Principalul obiectiv al acestui proiect este de a ne dezvolta abititățile de utilizare și de a ne familiariza cu automatele programabile. Utilizarea sistemelor de laborator permit studențiilor efectuarea experimentelor practice esențiale oricărui curs de inginerie. Acest lucru este valabil și în cazul automatizării industriale și a sistemelor de control. În același timp un program în limbajul de programare cu diagrame ladder pentru automate programabile va fi implementat cu scopul de a controla sistemul de paletizare.

Principalele puncte urmărite sunt prezentate în cele ce urmează:

Înțelegerea principiului de funcționare al paletizorului și al interfeței intrărilor și ieșirilor;

Dobândirea capacității de a programa automatul programabil marca Omron.

Realizarea unei interfețe utilizator (HMI) cât mai prietenoasă și sugestivă.

Obținerea unui experiment complet de paletizare, în vederea realizării unui sistem cât mai avantajos și cât mai rapid.

Redactarea unui raport de proiect care să cuprindă o descriere a etapelor parcurse pentru toate experimentele realizate;

Cap 1. AUTOMATUL PROGRAMABIL

Scurt istoric al automatelor programabile (PLC)

În anul 1968, Richard E. Morley, un angajat Bedford Associates a propus un controler digital modular (MODICON) la General Motors Hydramatic, care căuta o alternativă. Ulterior, în anul 1969 modelul MODICON – 084 a devenit primul automat programabil din lume instalat în industrie.

Fig. 1.1 MODICON

Primul automat programabil care a apărut i-a aparținut lui Modbus Modicon. Dezvoltarea automatului programabil a început în anul 1970, abilitățiile de comunicare urmând a fi adăugate în anul 1973. Datorită abilităților de comunicare adăugate a fost posibilă realizarea comunicării între automate programabile și realizarea unui circuit controlat îndeaproape de mașina reală folosită pentru control. Pe lângă acestea, a fost introdusă și comunicarea folosind semnale analog. Automatul programabil existent avea probleme de comunicare ale protocoalelor de incompatibilitate și rețele fizice.

Automatul programabil este un calculator specializat, care este folosit pentru controlul operațiuniilor procesului de fabricație și controlul mașini. Calculatorul specializat folosește o memorie non – volatilă cu ajutorul căreia memorează instrucțiunii și modul în care se execută funcțiile, inclusiv controlul pornirii / opririi, sincronizării, numărătoarei, sevențierii, aritmetice și manipulării datelor.

Numele de MODICON avea să devină mai târziu si numele diviziei ce se ocupa cu proiectarea, realizarea și vânzarea acestor „calculatoare” de control special. În cele din urmă, după ce mai multe companii au început dezvoltarea propriilor variante, acest dispozitiv de control a primit denumirea de PLC (Programmable Logic Controller), sau, în traducere, automat programabil.

În automatizări industriale cel mai comun aparat folosit pentru controlul proceselor este automatul programabil. Ideea de PLC având ca scop înlocuirea releelor electromecanice ca și elemente de logică, locul lor urmând a fi luat de catre calculatoarele digitale semiconductoare. Un program stocat în memoria unui PLC este capabil să simuleze funcții logice realizate prin interconectarea mai multor relee electromecanice. Un automat programabil este un calculator industrial folosit la controlul mașinilor și proceselor.

Fig. 1.1.2 Reprezentarea grafică a PLC-ului

Automatul programabil (PLC) are mai multe intrări, prin intermediul cărora interpretează stări logice „înalte” sau „joase”, stări transmise de senzori și comutatoare. În cazul ieșirilor, acestea sunt deasemenea multe, ele transmit semnale „înalte” sau „joase” către motoare, contactori,lămpi sau oricare alte dispozitive controlate prin intermediul semnalelor de tip „închis/deschis”. Pentru simplificarea modului de programare a PLC-urilor, limbajul de programare a fost proiectat încât sa semene cu diagramele ladder, în așa fel încât, un inginer sau electrician obișnuit cu citirea lor, să se poată adapta relativ ușor medului de programare al PLC-urilor în vederea realizări acelorași funcții de control. Fiind calculatoare industriale, semnalele de intrare și de ieșire sunt de 24VDC sau 120 VAC.

Funcționarea automatelor programabile are la bază următorii trei pași importanți:

Citirea intrărilor analogice și digitale de la diferiți senzori;

Executarea programelor logice;

Generarea ieșirilor analogice și digitale pentru diferite elemente de ieșire (elemente de acționare hidraulice și pneumatic, motoare electrice, lămpi de semnalizare, bobine electromagnetice și ieșiri analogice).

Programele utilizate pentru a controla operațiile mașinii sunt de obicei stocate în memoria non – volatilă. Comparativ cu scopul general al calculatoarelor desktop, automatele programabile au multiple terminale de intrări / ieșiri și operează în medii mai puțin favorabile componentelor electronice, precum praful, umiditate sau game extinse de temperatură. Un automat programabil este un calculator specializat, folosit pentru control și automatizare a unui proces electromecanic și chiar și în domeniul autovehiculelor în procesul de asamblare din fabric sau în multe alte vaste domenii. În prealabil automatul programabil a fost de asemenea cunoscut ca, controler programabil.

Fig. 1.1.3 PLC-ul din gama Alan Bradley

Cu toate acestea, controlerul programabil este o abreviere cunoscută pentru “calculator personal”, astfel unii producători se referă la dispozotivul lor ca și automat programabil. Proiectarea majoritară a automatelor programabile este similară cu cea a calculatoarelor de uz general. Este proiectat prin asimilarea elementelor logice digitale în stare solidă pentru a produce decizii logice și furnizează ieșiri. Inițial un singur automat programabil a fost programat sa înlocuiască vechile sisteme automate care folosesc sute sau mii de relee. A fost proiectat ca un calculator industrial și este echipat cu interfețe speciale de intrare/ieșire și un limbaj de programare și control.

Programele sunt de obicei stocate în memorie non-volatilă, prin urmare un automat programabil este capabil să îndeplinească aplicații specifice precum logica, secvențierea, sincronizarea, numărarea, procesarea semnalelor analogice și aritmetice funcționând ca și o mașină de control a proceselor. Automatul programabil este folosit pe scară largă, în fiecare aspect al industriei și controlul proceselor pentru a extinde și crește producția, fiind un plus al funcționalității. Utilizarea automatelor programabile s-a extins în mod dramatic de-a lungul timpului, dezvoltându-se mai multe funcții ale acestora, pe lângă funcțiile de releu tipic de control, s-au dezvoltat: mișcarea de control complicată, controlul proceselor, distribuția sistemelor de control și complex de rețele.

Automatul programabil este folosit în aproape fiecare aspect al industriei pentru a extinde și a îmbunătății producția. Dacă folosim în producție un automat programabil cu sistem de proprietate toate hardware-urile și softaware-urile care sunt folosite trebuie să fie compatibile cu automatul programabil. Sistemele automate mai vechi folosesc sute sau mii de relee electromecanice, însă un singur automat programabil poate fi programat ca un înlocuitor eficient al sistemului automat.

Principalii producători de automate programabile în lumea modernă sunt:

Siemens

ABB

Rockwell (Allen-Bradley)

Omron

Schneider (Modicon)

Mitsubishi

Beckhoff

IDEC

Automatele programabile cele mai des folosite în europa sunt cele ale producatorului german Siemens care și-a dezvoltat foarte mult atat partea fizică (harware), cât și partea de program (software) unde SIMATIC Step 7 este cel mai răspândit program pentru programarea PLC-urile și căruia recent i-a dezvoltat o extensie, TIA Portal având o interfață de utilizator mult mai prietenoasă și sugestivă. Fiecare producător de automate programabile și-a dezvoltat pe lângă partea fizică, fiecare dintre ei are și propriul program de proiectare al instalațiilor automate. Pentru compania Beckoff softul de programare este TwinCAT, pentru Omron este CX-Programmer, pentru Rockwell este RSLogix, pentru ABB este Atomation Builder iar pentru Mitsubishi este GX Developer. Fiecare compania a integrat în softurile de programare și o aplicație pentru interfața om-mașină (HMI).

Arhitectura automatelor programabile (PLC-urilor)

Un automat programabil, denumit PLC (Programmable Logic Controller) este un dispozitiv asemanator unui computer, utilizat pentru controlul unor procese din mediul industrial în scopul conduceri automate a acestora. Astfel de procese, care pot fii controlate de catre PLC-uri, sunt foarte variate, de exemplu:

Sisteme de transport(transportor).

Mașina din industria alimentară

Linii de ansamblat autovehicule

Sisteme robotizate

Arhitectura unui PLC poate fii schematizată asemănător figurii 4. Unitatea centrală este în general, bazată pe un singur procesor dar pentru aplicațiile complexe este disponibil multiprocesorul. Majoritatea automatelor programabile au o magistrală unică, comună cu memoria, interfețele și UCP-ul.

Fig. 1.2.1 Arhitectura PLC-ului

În electronică și în știința calculatoarelor, evoluția tehnologică este reprezentată tot mai des de către arhtecturile hardware sau software cât mai sofisticate, capabile să garanteze un timp de reacție mult mai scurt și o siguranță intrinsecă mult mai bună. În sistemele de control tradiționale, dispozitivele de control sunt conectate direct fiecare cu fiecare, conform cu modul în care ar trebui să lucreze sistemul controlat. După apariția automatelor programabile, conectarea tradițională, așa zisa cablare ca „fiecare cu fiecare” este înlocuită cu cablarea software, denumită softwiring.

Așa numita cablare software (softwiring) înseamnă că, în loc de a conecta fiecare dispozitiv de control cu fiecare, se vor conecta toate la automatul programabil care, în programul de control din interiorul lui va face cablarea automata. Avantajele oferite de softwiring, provenite de la automatele programabile sunt nemaipomenite, acestea permițând ca modificările într-un sistem de control să fie ușoare și ieftine.

Planul arhitecturii unui automat programabil poate fi împărțit într-un plan de arhitectură deschisă sau într-un plan de arhitectură închisă.

Un plan de arhitectură deschisă permite sistemului o ușoară conectare a oricărui dispozitiv si de asemenea conectarea programelor dezvoltate de către alți producători.

Un plan de arhitectură închisă, care este cunscut ca sistem de proprietate, este unul a cărui plan face dificilă conectarea cu alte dispozitive sau programe dezvoltate de către alți producători.

STRUCTURA HARDWARE A AUTOMATELOR PROGRAMABILE

Partea fizică a unui automat programabil este alcatuită din mai multe parți sau module. Principalul modul, este modulul de procesor(CPU), care este creierul sau unitatea de procesare al automatului programabil.

Fig. 1.3.1 Componentele fizice ale unui automat programabil

În figura 1.5, sunt prezentate componentele fizice ale unui automat programabil, și anume:

modulul procesor

module de intrare

module de ieșire

modul de comunicații date

unitate de programare

sursă de alimentare

unitatea controler-ului PID

Modulul procesor – este asemanător unei unități centrale, ce conține un microprocesor, o unitate de memorie care poate fii doar citită (ROM), o unitate de memorie cu acces aleator(RAM) și o interfața de I/O(intrare/ieșire). Informațiile stocate în memoria ROM sunt permanente, pe când informațiile de pe memoria RAM pot fii modificate sau pierdute în cazul în care modulul procesor îsi pierde alimentarea. Acest fapt se datorează faptlui ca memoria RAM poate fii o memorie:

PROM – memorie programabilă cu posbilitate doar de citire

EPROM – memorie programabilă ce poate fii atât citită cât si scrisă, ștergerea facându-se cu lumină ultravioletă

EEPROM – memorie programabilă ce poate fii citită si scrisă cu ajutorul unui semnal electric

NVRAM – memorie nevolatilă cu acces aleatoriu ce poate fi programată de mai multe ori, iar diferit de memoria RAM normală, NVRAM nu se pierde dacă se pierde alimentarea.

Fig. 1.3.2 Modul procesor

Module de intrare – Acestea sunt de două tipur, discrete(digitale) și analogice.Modulele de intrare discrete sunt modulele cu numărul de intrări mai mare decât cele analogice, deoarece aceste intrări închise sau deschise sunt selectate cu ajutorul contactelor de tip buton,diferiți senzori de tip ON/OFF, etc. Pot fi utilizate atât module de intrare în curent alternativ cât și în curent continu, în funcție de sursa de alimentare folosită pe întrerupatorul de intrare.

Un modul tipic de intrare poate avea 4, 8, 16 sau 32 terminale de intrare, plus un terminal de masă și un terminal comun. Deși majoritatea intrarilor PLC-urilor sunt discrete, pot fi folosite și intrari analogice pentru controlul si achiziția datelor.

În sistemele de control a proceselor continue cele mai multe variabile de proces sunt analogice si trebuie convertite intr-o formă digitală pentru intrarea într-un procesor digital. Modulul analogic de intrare realizează aceasta funcție cu ajutorul unui convertor analog digital.

Fig. 1.3.3 Modul de intrări (8 intrări)

Module de ieșire – sunt dispozitive cu terminale de conectare la care sunt legate dispozitivele din câmp, dispozitive care așteaptă un semnal/dată de la PLC pentru a efectua funcțiile de control. Semnalizările luminoase, hupele, motoarele și valvele sunt toate bune exemple de dispozitive de ieșire. Un modul tipic de ieșire are 4, 8, 16, 32 terminale de ieșire, plus un terminal comun și un terminal de masă.

Fig. 1.3.4 Modul digital de ieșire(16 ieșiri)

Module PID și de Comunicații – Modulul de comunicații asigură comunicarea directă cu operatorul, un terminal de programare, alte PLC-uri, sau cu un calculator supervizor, pe cand

Modulul PID asigura contolul de tip PID a două variabile de proces.

Fig. 1.3.5 Modul de control PID și module de comunicații

Unitatea de programare – poate fii atât un calculator personal(laptop) care să conțină programele software necesare, cât și un dispozitiv de programare ce include console de programare sau terminale CRT.

Consola de programare sau programatorul manual este asemanator cu un calculator de buzunar cu LCD pentru afisarea instructiunilor, a adreselor, a valorilor temporizatoarelor sau ale contoarelor, datele si asa mai departe. Are de asemenea o tastatura pentru introducerea instructiunilor, adreselor si a datelor.

Terminalele CRT arată ca un calculator personal, dar este special proiectat pentru programarea unui PLC. Terminalele CRT si calculatoarele personale permit utilizatorului sa scrie un program folosind o varietate de limbaje de programare printre care și cel mai utilizat, si anume limbajul de tip diagramă structurată sau diagramă LADDER.

Fig. 1.3.6 Consola de programare Omron și terminalul CRT

Sursa de alimentare – un automat programabil este alimentat cu ajutorul a două surse de tensiune. O sursă este exterioară, conectată direct la priză de 120 sau 230 V curent alternativ și furnizează curent alternativ sau continuu pentru modulele de intrare și ieșire. Cea de-a doua sursă este o sursă de alimentare interioară, situată în modulul procesor, pentru alimentarea unitații centrale de procesare(CPU).

Avantajele și dezavantajele automatelor programabile(AP)

Avantaje

Principalul scop al apariției automatelor programabile a fost acela de a reduce costurile proceselor industriale și de a crește productivitatea companiilor. Ca urmare a apariției automatelor programabile, am asistat și la o reducere a accidentelor la locul de muncă, deoarece în urma modernizări echipamentelor muncitori nu trebuie decât să supravegheze buna funcționare a sistemelor, astfel reducând accidentările și chiar uneori decesele.

Alte avantaje ale automatelor programabile ar fii:

Cost scazut – avantajul AP provin din capacitatea sistemelor numerice de a realiza mai multe funcții complexe la un cost mai scazut.

Flexibilitate – un AP poate conduce multe operații diferite, iar modificarile se realizează la nivel software și sunt mai usor de implementat decat modificările la nivel hardware.

Siguranta – Dispozitivele electronice sunt mai sigure și mai ușor de intreținut decat temporizatoarele și releele mecanice.

Spațiu mic pentru implementare

Posibilitatea implementării de operații matematice

Abilitatea de a rezista la un mediu aspru

Documentarea – Echipamentul de programare a automatelor programabile poate furniza listare imediată a circuitului de control curent

Dezavantaje

Dintre dezavantajele automatelor putem aminti costul relativ ridicat la apariția automatelor programabile dar care în timp a scăzut constant, urmând ca apoi să iși extindă tot mai mult domeniul de aplicație.

Necesitatea programării și operării acestora de către un personal calificat este un alt dezavantaj care de asemenea poate fi un impediment împotriva achiziționări automatelor programabile, deoarece costurile de programare pot să crească costul automatizări unui sistem dacă compania ce achiziționează automatul programabil nu are și un angajat calificat pentru programarea necesară.

Un alt dezavantaj al automatelor programabile(AP) este ca au o durată limitată de viață pentru contactelor releului, fapt căruia se datorează înlocuirea frecventă a contactelor;

Cap 2. LINIE ÎMPACHETAT DOPURI – PALETIZOR

2.1 Prezentarea liniei de împachetat dopuri

Linia de împachetat dopuri este formată din mai multe subansamble comandate de catre un automat programabil, în cazul nostru fiind vorba de automatul programabil CP1H marca OMRON căruia i-am mai adăugat ca extensie două module de intrare, un modul de ieșire și un modul de comunicație Ethernet.

Linia de împachetat are în componența sa urmatoarele subansamble:

Un sistem de alimentare cu dopuri

O unitate de descărcare dopuri

Două conveioare de dozare

Un dozator de dopuri

O mașină de format cutii

Un conveior pentru cutiile goale, dupa formarea lor

Un conveior pentru cutiile pline, după umplerea lor cu ajutorul dozatorului de dopuri

O mașină pentru sigilarea cutiilor pline

Două conveioare pentru transportul cutiilor pline până la paletizor

O platformă cu bile

Un paletizor pentru stivuirea cutiilor pe palet

Un conveior pentru transportul paletului plin până la înfoliator

Linia de împachetare se întinde pe o suprafață de 10 m² și începând procesul cu mașina pentru format cutiile ce vor fi umplute cu o anumită cantitate de dopuri de către dozatorul de dopuri. Următoarea componentă a liniei este conveiorul pentru transportul cutiilor goale până sub dozatorul de dopuri. Urmatoarea etapă este accea de alimentare a dozatorului de dopuri cu ajutorul a două benzi transportoare de mărimi diferite pentru ca la alimentarea dozatorului, cântarirea cantitați de dopuri să fie cât mai precisă.

Cele două benzi sunt alimentate din recipiente de carton de ordinul tonelor cu ajutorul unei sistem de descărcare dopuri prin vărsare. După atingerea cantități necesare de dopuri în urma cântăriri, cele două benzi transportoare se opresc simultan, întai cea mai mare, mai lată, iar pe urmă cea mai mică, mai ingustă. După oprirea benzilor, dozatorul de dopuri va elibera cantitatea de dopuri in cutie, după care conveiorul de transport al cutiilor pline v-a primi comandă de pornire, acesta transportând cutiile pline la mașina pentru sigilarea cutiilor.

În urma sigilari cutiilor, cutiile sunt transportate cu ajutorul conveiorului 1 pentru paletizare, care este acționat cu ajutorul unui motoreductor. La capătul conveiorului sistemul este prevăzut cu un cilindru, pe care este montat un sistem de tip barieră, de lungimea a două cutii, care va împinge cutiile pe platforma cu bile și implicit pe conveiorul de transport numărul 2.

Fig. 2.1.1 Conveior 1 pentru transport cutii la paletizor

Fig. 2.1.2 Platforma cu bile

În urma împingerii cutiilor cu ajutorul barierei, din cauza înclinației platformei, cutiile vor aluneca pe platforma cu bile rotative până pe conveiorul 2. În momentul în care bariera de împingere primește comandă, ambele conveioare, atât 1 cât și 2 se opresc un interval de timp pentru ca, la alunecarea cutiilor de pe platforma cu bile, așezarea să se facă uniform pe conveiorul 2.

După trecerea cutiilor de pe conveiorul 1 pe conveiorul 2, acesta începe să trasporte cutiile până la punctul unde se v-a face încărcarea pe platforma paletizorului. La fel ca și conveiorul 1, și conveiorul 2 este acționat cu ajutorul unui motoreductor, iar la capătul acestuia, de asemenea este prezentă o barieră acționată de un cilindru, pentru încărcarea cutiilor pe platforma paletizorului.

Fig. 2.1.3 Conveiorul 2

În urma ciclului de transport, sunt transferate în fiecare ciclu câte două cutii, după care în urma încărcări platformei paletizorului, acesta execută operația de depunere cutii pe palet. Această operație se repetă pentru fiecare nivel, fiind 5 nivele pentru cutii de tip 2 și 7 nivele pentru cutii de tip 1. În momentul în care paletizorul memorează ultimul nivel de cutii plin, acestă se oprește și așteaptă ca operatorul să confirme faptul ca operațiunea de paletizare s-a executat complet, după care conveiorul 3 inițiază transportul paletului plin până la înfoliator.

Fig. 2.1.4 Paletizorul industrial

2.2 Paletizor industial

Paletizorul industrial folosit în linia de împachetat dopuri este acționat atât pneumatic cât și electric, acesta fiind o mașină complexă care, funcționând în mod automat v-a reduce riscul apariției accidentelor la locul de muncă, aparute din pricina ridicării cutiilor și aranjării lor pe palet. Acesta are în componență urmatoarele subansamble:

Platformă pentru încărcarea cutiilor pe palet

Barieră pentru depunerea cutiilor în poziție

Servomotor pentru deplasarea paletizorului pe nivele (vertical)

Senzori pentru detectarea poziției paletizorului, inclusiv pentru deplasare la origine

Senzori pentru detectarea platformei pline – senzori optici pentru detectarea cutiilor pe platforma paletizorului

Platforma pentru încărcarea cutiilor pe palet – este acționată cu ajutorul a doi cilindri pneumatici, poziționați orizontal pe lateralele platformei. Pe cei doi cilindri sunt instalați senzori pentru capăt de cursă, câte doi pe fiecare cilindru, pentru detectarea pozițiilor de IN, respectiv OUT. Arătând poziția platformei, în urma confirmării senzorilor sistemul își va continua ciclul, doar dacă ambi senzori vor detecta poziția platformei în poziție completă.

Fig. 2.5 Senzor capăt de cursă cilindru platformă

Barieră depunere cutii – este folosită atât pentru susținerea cutiilor pe platforma paletizorului în momentul deplasări la nivele necesare, cât și pentru descărcarea pe palet a cutiilor în momentul retrageri platformei. Aceasta este acționată tot cu ajutorul a 2 cilindri pneumatici, prevăzuți cu senzori pentru capăt de cursă, ce necesită deasemenea confirmarea ambilor senzori pentru funcționarea optimă a sistemului de paletizare.

Fig. 2.6 Senzor capăt de cursă cinindru barieră

Servomotorul folosit pentru deplasarea verticală a paletizorului, este un servomotor cu encoder incremental, trifazic, cu o putere de 1.3 KW și o viteză de 1500 rpm. Acest servomotor este Sigma II, produs de către OMRON și fiind controlat cu ajutorul unui servo-drive al aceluiași producător.

Fig. 2.7 Servomotorul si Servo-Drive-ul Sigma II OMRON

Cap.3 MODERNIZAREA PALETIZORULUI

3.1 Prezentarea automatului, a schemei electrice și diagramei scară.

În următorul capitol vă voi prezenta aplicația practică de modernizare a paletizorului prin instalarea unui automat programabil marca OMRON și a unei interfețe om-mașină tot a aceluiași producator.

Automatul programabil folosit este CP1H (Fig. 3.1) al producătorului japonez OMRON, care este un automat programabil cu 24 intrări și 16 ieșiri, ce poate fii programat cu ajutorul diagramelor scară (ladder diagram) și are ca și capacitate de program 20 000 pași. Numărul total de module de expansiune este de 7 module dintre care maxim 2 module Ethernet iar restul de intrări sau ieșiri (I/O units). În figura 3.2 sunt prezentate specificațiile complete ale automatului CP1H.

Fig. 3.1.1 Automatul programabil CP1H

Fig. 3.1.2 Specificațiile AP CP1H

Pentru modernizarea paletizorului, pe lângă intrările și ieșirile automatului programabil, mai avem nevoie de alte două unități de expansiune a ieșirilor, fiecare conținând un numar de 40 de terminale, 24 intrări și 16 ieșiri. Pentru comunicarea și încărcarea programului, pe lângă cele 2 module de I/O, am adăugat și un modul placă ethernet. Pentru alimentarea automatului am adăugat și o sursă de 24 VDC/ 4.5 A.

Pentru realizarea cât mai corectă a programului de funcționare în mod automat a paletizorului, am construit schema electrică a paletizorului cu ajutorul programului de proiectare electrică EPLAN Electric. EPLAN Electric este un program ce ofera posibilități nelimitate pentru planificarea, documentația și gestionarea proiectelor de automatizare. Generarea automată a rapoartelor detaliate pe baza diagramelor de conectare este o parte integranta a unui sistem de documentație complet și furnizează fazelor ulterioare ale proiectului, precum producția, asamblarea, punerea în funcțiune și service-ul, datele necesare. Datele de inginerie din alte zone ale proiectului pot fi schimbate prin intermediul interfețelor cu ajutorul soft-ului CAE, asigurând în acest fel compatibilitatea și integrarea în întregul proces de dezvoltare al produsului. În figurile 3.1.3, 3.1.4 și 3.1.5 sunt prezentate schemele electrice pentru senzori paletizorului.

Fig. 3.1.3 Senzori determinare poziție paletizor Fig. 3.1.4 Senzori numărare cutii

Fig. 3.1.5 Senzori detectare capăt de cursă

Robotul paletizor este prevăzut cu 4 senzori optici cu reflexie pentru detecție cutii pe platfomă, 8 senzori pentru detecția capetelor de cursă pentru cilindri platformei și cei ai barierei, 2 senzori pentru detectarea origini paletizorului și 3 senzori pentru detectarea nivelelor cutiilor.

Limbajul de programare

Pentru programarea automatului programabil am folosit limbajul de programare ladder diagram (diagramă scara), acesta fiind cel mai intuitiv limbaj. Pentru prgramarea automatelor marca Omron, principalul software (suită de programe) este Cx-One, acesta avand în componența sa mai multe subabsamble. Un limbaj de programare comun pentru toate automatele programabile (PLC) Omron – de la micro PLC-uri la sisteme cu procesare redundantă (duplex). Permite conversia facila si reutilizarea programelor între diferite tipuri de PLC-uri si reutilizarea completă a programelor create cu generații mai vechi de software. Functionalitate similara este oferita si pentru software-ul terminalelor operator (HMI) – de la interfete de operare monocrome la full color, terminalele se pot programa ușor cu CX-One sau NB Designer, iar diversele etichete/locații se pot partaja între diferite pachete de programe.

Principalul program este CX-Programmer, care este dedicat strict realizari diagramelor scara (ladder), avand o interfata foarte prietenoasa. Pe langa Cx-Programmer, Cx-One mai contine Cx-Designer, Cx-Simulator, Cx-Position, Cx-Motion, etc.

Fig. 3.1.6 Cx-Programmer

Un mod nou mai inteligent de a introduce programe cu mai puține apăsări de taste, având drept rezultat o programare mai rapidă. Ferestrele intuitive, navigarea prin simboluri și ajutorul contextual rapid au drept consecință faptul că în timpul punerii în funcțiune este necesară remedierea pentru mai puține greșeli și erori de tastare. Atunci când se introduc instrucțiuni sau denumiri ale simbolurilor, un browser cu texte sugerate, vă arată corespondențe posibile pe care se poate face clic sau care pot fi selectate cu ușurință. Adresele simbolurilor pentru următoarea intrare și ieșire sunt incrementate automat pentru a accelera crearea noului program, iar o funcție specială copiere/lipire permite dublarea rapidă cu adrese secvențiale. Nu este necesară desenarea manuală a conexiunilor în trepte deoarece aceasta este completată automat – chiar pentru operațiuni mai complexe precum contacte paralele (OR) sau invocarea funcțiilor bloc. Toate acestea fac programarea mai inteligentă, mai rapidă și mai intuitivă. În anexele 1-7 v-or fii prezentate secvențe din programul realizat pentru paletizor, cu Cx Programer.

3.2 Prezentarea interfeței om-mașină și a funcțiilor folosirea în modul manual.

După instalarea automatului și construirea programului, pentru utilizarea și urmarirea cât mai ușoară a starilor paletizorului am dispus instalarea unei interfețe om-mașină, și anume ecranul tactil NB7W-TW01B marca OMRON cu ecran color TFT de 7 inch, rezoluție 800×480 și interfață de conectare USB sau Ethernet. Ecranul este situat pe ușa dulapului electric, împreună cu comenzile de pornire ale paletizorului și unul dintre butoanele pentru oprire de urgență (Emergency Stop).

Fig. 3.2.1 Poziționare panou de comandă

Buton pentru pornire instalație/Lampă instalație pornită

Buton stop ciclu/Lampă ciclu oprit

Selector cu cheie cutii tip1 (593x400x284)mm / tip2(400x400x400)mm

Selector cu cheie pentru regim AUTOMAT / MANUAL

Buton anulare alarme/Lampa alarme prezente

Buton start ciclu/Lampa ciclu pornit

Buton comandă conveior 3 – evacuare stiva

Ciupercă de avarie / Emergency stop

Întrerupător general

Pentru pornirea mașini, după ce se cuplează întrerupătorul principal al mașinii, echipamentele electronice își vor executa testele de pornire. Lampă butonului instalație nepornită va pâlpâi. Pe ecranul afișorului va apare mesajul CIUPERCĂ APĂSATĂ, sau dacă ciupercile nu sunt apăsate, mesajul INSTALAȚIE NEPORNITA.

Pentru pornirea mașinii se va apăsa butonul instalație nepornită moment în care lampa butonului va lumina constant după pornirea corectă a mașinii. Mesajul CIUPERCĂ APĂSATĂ trebuie șters cu butonul ALARME. La fiecare pornire a paletizorului după o oprire neașteptată, paletizorul își va căuta și lua poziția de origine.

Automatul memorează până la ce nivel s-a făcut paletizarea, chiar dacă se decuplează alimentarea mașinii în urma unei opriri neașteptate. În ecranul principal ( PALETIZOR) al display-ului se poate vedea starea memorată de mașină cu ajutorul afișajelor corespunzătoare fiecărui tip de cutie ( NIVEL TIP 1 sau NIVEL TIP 2) nivelul 0 fiind primul nivel sau nivelul de început.

Resetarea stării NIVP, nivel plin (stiva plina) se face în ciclu normal când stiva este plină și paletul de pe conveiorul 3 a parasit paletizorul. Resetarea sau schimbarea stării NIVP se poate face forțat în ecranul IMPUNERE CUTII, ecran care se va accesa din fereastra principală ( PALETIZOR) cu butonul aferent acțiunii necesare

Fig. 3.2.2 Fereastră impunere cutii

În fig.3.2.2 este prezentată fereastra de impunere al nivelului de cutii cât și afișarea nivelului prezent al stării memorate. În acest meniu, în cazul în care paletizorul s-a blocat într-o anumită poziție, sau din anumite cauze este necesară selecția unui nivel diferit decât cel memorat, această se poate impune cu ajutorul selecției butonului corespunzător nivelului pentru tipul de cutie de care este nevoie.

În ecranul principal (PALETIZOR) se vor afișa stările inițiale ale subansamblelor mașini, după cum urmează :

Status conveior 1 – Automat oprit

– Automat pornit

– Manual

Status conveior 2 – Automat oprit

– Automat pornit

– Manual

Status paletizor – Automat oprit

– Automat pornit

– Manual

– Lipsă palet la paletizor

Status conveior 3 – Automat oprit

– Automat pornit

– Manual

Fig. 3.2.3 Ecran principal

Conveioarele 1 și 2 sunt în poziție inițială atunci când :

Motoreductoarele conveioarelor sunt oprite

Mecanismele pentru împingerea cutiilor este retras

Contoarele pentru numărarea cutiilor sunt resetate

Nu este nici o cutie prezentă în fața mecanismelor de împingere cutii

Paletizorul este în poziție inițială atunci când :

Servoacționarea paletizorului este în poziție

Axa de paletizare este în poziția de origine

Platforma este retrasă

Platforma este la nivelul 1

Bariera cutiilor este coborâtă

Nu este nici o cutie prezentă pe platforma de încărcare a paletizorului

Oprirea liniei de împachetat dopuri, în cazul în care procesul decurge normal, se va face de preferat după finalizarea unui ciclu complet de paletizare, a unui palet plin cu cele 5 nivele în cazul cutiilor tip 1 și 7 nivele tip 2, prin apăsarea butonului stop ciclu. În cazul în care procesul nu decurge normal și intervine, fie o eroare a programului, fie un risc de accident, se acționează ciuperca de avarie, care are rolul de a opri imediat procesul, pentru a evita, pe cât posibil daunele.

Pentru modul manual, fiecărui subansamblu al liniei de împachetat dopuri i-a fost atribuit câte un buton de acces către ecranele aferente fiecăruia. În figura 3.2.3, pe ecranul principal ( Paletizor) avem comenzi rapide către:

Ecranul de comenzi manuale

Meniul de setări – accesul în acest meniu se face doar cu ajutorul unei parole, și se va face doar de o persoană autorizată pentru schimbarea cotelor si vitezelor servomotorului.

Istoricul de alarme

Ecranul pentru impunere nivel de cutii – în acest ecran se va putea modifica poziția memorată a paletizorului în cazul unei erori sau a unei comenzi speciale

Modul manual

Fig. 3.2.4 Ecran mod manual

În Fig. 3.2.4 este prezentat ecranul modului manual, din care se poate selecta fiecare subansamblu al sistemului de paletizare pentru ca apoi, în cazul fiecăruia sa putem sa executam anumite acțiuni. Modul manual se va folosi în cazul în care operatorul va observa că sistemul nu execută corect pași programului sau în cazul în care se dorește executarea unei comenzi speciale.

Conveiorul 1 – accesarea meniului de comenzile manuale

Conveiorul 2 – accesarea meniului de comenzile manuale

Conveiorul 3 – accesarea meniului de comenzile manuale

Paletizor – accesarea meniului paletizorului pentru control manual

Stocator – accesarea meniului stocatorului, care din pricina paleților inegali nefiind folosit, acesta nefuncționând optim este dezactivat din program.

Butonul Exit – este prezent în fiecare ecran, acesta făcând întotdeauna trecerea la meniul principal ( PALETIZOR)

Meniul modului manual pentru conveiorul 1

Fig. 3.2.5 – Mod manual conveior 1

În Fig. 3.2.5 este prezentat meniul comenzilor manuale pentru conveiorul 1. Pentru folosirea comenzilor, înaintea utilizarii oricărei dintre ele trebuie activat de pe panoul principal (pe ușa dulapului) întrerupatorul cu cheie pentru modul manual, dupa care din meniul conveiorului butonul 1 ( Activare mod manual conv 1). Starea modului manual, va fii indicata cu ajutorul unui led (5), care va indica prin 2 culori( rosu si verde) starea modului manual.

Activarea modului manual pentru conveiorul 1.

Pornirea / Punerea în funcțiune a conveiorului 1 – acest buton este un contact care v-a trimite comandă conveiorului 1 doar atâta timp cât este apăsat.

Avansarea cilindrului pentru transferul cutiilor.

Retragerea cilindrului după transferul cutiilor.

LED de informare a stării modului manual:

rosu – oprit / dezactivat

verde – pornit / activat

Back – butonul de mers înapoi la ecranul anterior

Meniul modului manual pentru conveiorul 2

Fig. 3.2.6 – Fereastră pentru modul manual al conveiorului 2

În Fig. 3.2.6 este prezentat meniul comenzilor manuale pentru conveiorul 2. Pentru folosirea comenzilor, inaintea utilizarii oricarei dintre ele trebuie activat de pe panoul principal (pe usa dulapului) intrerupatorul cu cheie pentru modul manual, dupa care din meniul conveiorului butonul 1 ( Activare mod manual conv 2). Starea modului manual, va fii indicata cu ajutorul unui led (5), care va indica prin 2 culori( rosu si verde) starea modului manual.

1. Activarea modului manual pentru conveiorul 2.

2. Pornirea / Punerea în funcțiune a conveiorului 2 – acest buton este un contact care v-a trimite comandă conveiorului 2 doar atâta timp cât este apăsat.

3. Avansarea cilindrului pentru împingerea cutiilor pe platforma paletizorului.

4. Retragerea cilindrului după ce cutiile au fost așezate pe platforma paletizorului.

5. LED de informare a stării modului manual:

rosu – oprit / dezactivat

verde – pornit / activat

6. Back – butonul de mers înapoi la ecranul anterior

Meniul modului manual pentru conveiorul 3

Fig. 3.2.7 Fereastra modului manual al conveiorului 3

La fel ca și în figurile anterioare, și în Fig. 3.2.7 este prezentat meniul comenzilor manuale, doar că este cel pentru conveiorul 3. Pentru folosirea comenzilor, înaintea utilizării oricărei dintre ele trebuie activat de pe panoul principal (pe ușa dulapului) întrerupătorul cu cheie pentru modul manual, după care din meniul conveiorului butonul 1 ( Activare mod manual conv 3). Starea modului manual, va fii indicata cu ajutorul unui led (4), care va indica prin 2 culori( roșu și verde) starea modului manual.

Activarea modului manual pentru conveiorul 3.

Butonul START – execută pornirea / punerea în funcțiune a conveiorului 3 după apăsarea acestuia până la scoaterea paletului complet, de la paletizor.

Butonul STOP – execută oprirea conveiorului 3 după apăsarea acestuia chiar dacă paletul complet, nu este ieșit total de la paletizor.

LED de informare a stării modului manual:

rosu – oprit / dezactivat

verde – pornit / activat

Back – butonul de mers înapoi la ecranul anterior

Modul manual al paletizorului

Fig. 3.2.8 – Comenzi manuale paletizor

Descrierea comenzilor manuale ale paletizorului v-or fii reprezentate în Fig. 3.2.8, se va face descrierea fiecarui buton, expliând funcționalitatea lui. Pentru folosirea comenzilor, înaintea utilizării oricărei dintre ele, trebuie activat de pe panoul principal (ușa dulapului), întrerupatorul cu cheie pentru modul manual, după care din meniul paletizorului și butonul 1 ( Activare mod manual paletizor). Starea modului manual, va fii indicată cu ajutorul unui led (9), care va indica prin 2 culori( rosu si verde) starea modului manual.

Activarea modului manual pentru paletizor.

Butonul pentru ridicarea barierei (bariera sus) .

Butonul pentru coborârea barierei (bariera jos).

Avansarea plăci pentru depunerea cutiilor – depunere(avansare) .

Retragerea plăci după depunerea cutiilor – depunere(retragere).

Urcarea paletizorului câte 1 nivel la fiecare apăsare – urcare 1 nivel.

Coborârea paletizorului câte 1 nivel la fiecare apăsare – coborare 1 nivel.

Cu ajutorul butonului origine, paletizorul își v-a începe procesul de căutare al origini.

LED pentru informarea stări modului manual:

rosu – oprit / dezactivat

verde – pornit / activat

Meniul Setări.

Fig. 3.2.9 – Ecran setări

În Fig. 3.2.9 este prezentat ecranul pentru SETĂRI, din care se pot efectua anumite setări, atât în programul de funcționare al servo-motorului, cât și în setările tipurilor de cutii. Comanda catre acest ecran se poate accesa din ecranul principal (Paletizor), cu ajutorul butonului SETĂRI. Accesul acestui ecran făcându-se doar de catre personal autorizat, pentru că este protejat cu ajutorul unei parole, ce va fii furnizată clientului la cerere, de către producătorul echipamentului.

Setari SERVO – acest buton accesează meniul setărilor pentru modificarea valorilor servodrive-ului, cum are fi viteza, accelerația sau decelerația.(Anexa 8)

Setări cote cutie tip 1 – acest buton trimite personalul autorizat modificărilor cotelor pentru un nou tip de cutie, către ecranul cu setările necesare.(Anexa 9)

Setări cote cutie tip 2 – acest buton trimite personalul autorizat modificărilor cotelor pentru un nou tip de cutie, către ecranul cu setările necesare.(Anexa 10)

Butonul Exit – prezent in fiecare ecran, acesta va face intotdeauna trecerea la meniul principal ( PALETIZOR).

Lista mesajelor de alarmă și ecranului de istoric alarme

Fig. 3.2.10 Ecran istoric alarme

În Fig. 3.2.10, ecranul HISTORY ALARM v-a afișa și v-a stoca erorile ce apar în timpul funcționări.

Alarmele vor aparea pe centrul ecranului cu culoarea roșie pentru a putea fii cat mai ușor vizibile de către operatori și pentru a putea fii evitate defectiunile sau accidentarile acestea trebuie verificate și eliminate.

În tabelul urmator vor fi afișate mesajele de alarmă:

Funcționarea mașini în modul automat

Înainte de începerea modului automat operatorul trebuie să facă anumite verificări și selecții, cum are fi:

selectarea tipului de cutii care se dorește a fi paletizat, cu selectorul cu cheie de pe panoul de comanda : cutii tip 1 (593x400x284) mm sau cutii tip 2 (600x400x400) mm.

selectarea regimului automat cu ajutorul selectorului cu cheie.

Asigurarea că mașina se afla în stare inițială, văzând poziția paletizorului pe ecranul principal, în indicatoarele specifice tipului de cutii.

Daca paletizorul a fost pornit și originea axei a fost luată, pe ecran, în dreptul fiecărui subansamblu va apărea mesajul AUTOMAT – PORNIT. Pornirea în ciclul automat făcându-se apăsând butonul START CICLU, timp în care conveioarele vor porni, așteptând sosirea cutiilor de la masina de ambalat. După umplerea platformei paletizorului, acesta v-a continua executarea programului numai după ce se va sesiza prezența unui palet lângă paletizor.

Un senzor montat pe conveiorul 1 va numara cutiile care trec, după 2 cutii tip 1 sau 2 cutii tip 2, conveiorul 1 se oprește. Dacă pe conveiorul 2 nu sunt cutii în zona platformei cu bile, cutiile de pe conveiorul 1 sunt împinse pe conveiorul 2, acestea fiind trasportate până în fața încărcătorului platformei. Opritorul de cutii de pe conveiorul 2 fiind retras, cutiile sunt împinse de pe conveiorul 2 pe platforma paletizorului. La formarea a două rânduri de cutii pe platforma ( 1 strat), se va începe procesul de depunere de la nivelul 1. La sfarșitul depunerii cutiilor se va memora faptul că nivelul 1 în stiva de cutii este plin. După încărcarea platformei cu un nou strat de cutii, axa paletizorului se va poziționa la nivelul gol următor (nivelul 2) și procesul de depunere cutii se va repeta și pentru nivelul 2. Se va memora că s-a umplut și nivelul 2, și tot asa, procesele se vor repeta până la completarea stivei cu 7 straturi(nivele) pentru cutii tip 1, sau 5 straturi (nivele) pentru cutii tip 2.

După finalizarea stivei, aceasta va fi deplasată de conveiorul 3 spre înfoliator,unde o fotocelula va sesiza prezența acesteia. Când conveiorul 3 se va opri iar stiva a parasit zona paletizorului, operatorul va alimenta paletizorul cu un nou palet. Paletizorul va forma o noua stivă, procesul repetându-se până la momentul în care operatorul va opri ciclul sau o anumită eroare va apărea și va întrerupe ciclul de funcționare. Ciclul automat poate fi întrerupt cu butonul STOP CICLU și reluat cu START CICLU.

Concluzii