Capitolul 1 Introducere …1

CUPRINS
Capitolul 1 Introducere …1
1.1 Motivarea temei …1
1.2 Obiective …2
1.3 Structurarea lucrării …3
Capitolul 2 Automatizarea sistemelor de asamblare …3
2.1 Automate programabile(PLC)
2.1.1 Descriere …3
2.1.2 Memoriile automatelor programabile …4
2.1.3 Module de intrare …5
2.1.4 Module de ieșire …8
2.1.5 Programarea automatelor programabile …8
2.2 Roboți industriali …9
2.2.1 Terminologie …10
2.3 Senzori optici …11
2.4 Interfața Om-Mașină …13
2.5 Motorul asincron …15
2.6 Conveioare(Benzi transportoare) …17
2.7Convertizoare de frecvență …20
2.8 Comunicație Ethernet/IP …21
Capitolul 3 Structura sistemelor de asamblare …23
3.1 Schema bloc a liniei de asamblare …23
3.2 Descrierea fluxuui tehnologic de funcționare al liniei de asamblare …25
3.2.1 Stația de lucru 3 …25
3.2.2 Stația de lucru 4 …27
3.2.3 Stația de lucru 5 …28
3.2.4 Roboții industriali FANUC …31
Capitolul 4 Implementare …32
4.1 Interfața Om-Masina …32
4.2 PLC-ul Allen Bradley și programul RSLogix 5000 …38
Capitolul 5 Manualul de utilizare …46
Capitolul 6 Testare și Validare …51
Capitoul 7 Concluzii și posibile dezvoltări ulterioare …54
Acronime …56
Bibliografie …57


Capitolul 1. Introducere
Motivarea temei
Trăind într-o lume care este într-o continuă mișcare și dezvoltare, nevoia de energie reprezintă cel mai important factor pe care omenirea încearcă să-l dezvolte și să-l aducă la un numitor comun pentru toate categoriile de oameni. În mare parte, pentru orice mișcare, avem nevoie de energie, pentru mersul automobilelor, pentru zborul avioanelor, etc.
Deorece numărul populației crește alarmant pe Terra, oamenii de știință, inginerii, încearcă să găsească cele mai bune surse de energie și să le exploateze aproape de maxim din potențialul lor. Avem multe surse de energie, cele mai ușor de exploatat fiind sursele de energie naturale cum ar fi energia solară, energia eoliană, energia hidraulică și energia pământului.
Energia solară reprezintă o sursă de energie ușor de manipulat, dar destul de costisitoare. Este la îndemână oricui, dacă avem materialele necesare pentru un panou fotovoltaic, se poate exploata atât în cantități mici(pentru uz gospodăresc, folosit de unii oameni) cât și în cantități industriale. Pentru a colecta energia solară nu avem nevoie neapărat de o prezența a soarelui constantă, este de ajunsă și lumina din timpul zilei.
Energia eoliană, în comparație cu celălalte surse de energie, este cea mai ușor de găsit, gândindu-ne că o adiere de vânt găsim în mare parte a globului, dar este mai greu de exploatat și nu este la îndemână oricui o instalație necesară pentru a colecta energia dată de mișcarea vântului.
Deoarece existența Terrei depinde de energia pe care o consumăm, consider că orice proiect realizat pentru a colecta energie folosind resursele naturale este foarte important și trebuie să fim tot timpul deschiși spre astfel de proiecte care folosesc sursele de energie naturale fără a altera starea Terrei.
Obiective
Unul dintre principalele dezavantaje al exploatării energiei solare este dat de faptul că până în momentul de față există destul de puține metode de preluare a acestei energii, în mare parte multe din ele fiind destul de costisitoare de aceea mereu se încearcă să se găsească noi metode și modele de panouri fotovoltaice.
Lucrarea descrie un proces automatizat de asamblare de panouri fotovoltaice. Proiectul a fost realizat în cadrul firmei Inno Robotics din Cluj-Napoca. Implementarea proiectului a fost realizată împreună cu colegul meu Ionuț Rus[5]. În această lucrare se va pune accent pe activitățile realizate de mine și anume: programarea PLC-ului și realizarea unei interfețe om-mașină(IOM); programarea roboților fiind asigurată de colegul meu Rus Ionuț[5].
Structurarea lucrării
În primul capitol numit „Introducere” se urmărește prezentarea obiectivelor propuse, motivarea temei și prezentarea structurii lucrării.
În cel de-al doilea capitol, „Automatizarea sistemelor de asamblare” se prezintă cateva consideratii teoretice referitoare la automatizarea unor linii de asamblare.
Capitolul trei, „Structura sistemului de asamblare” urmărește descrierea principiului de funcționare și prezentarea componentelor acestuia.
Capitolul patru, „Implementare” urmărește prezentarea aplicațiilor realizate pentru automatul programabil și pentru interfața om-mașină.
Capitolul cinci, „Manualul de utilizare” descrie modul de utilizare a aplicațiilor de control și monitorizare dezvoltate.
Capitolul șase, „Testare și validare” prezintă rezolvarea problemelor apărute pe parcursul conceperii lucrării.
Capitolul șapte „Concluzii și posibile dezvoltări ulterioare ” prezintă concluziile formulate în urmă implementării temei descrise în lucrare, precum și câteva idei care ar permite dezvoltarea și îmbunătățirea sistemului de asamblare.
Capitolul 2. Automatizarea sistemelor de asamblare
Automatizarea reprezintă o ramură importantă a tehnicii, care are ca și scop ca mașinile și instalațiile prezente în proces, să lucreze automat și independent de o continuă și directă intervenție a unui operator. Datorită faptului că un proces este automatizat, este necesară prezența unui singur operator pentru a realiza sarcini de supraveghere, de aprovizionare cu material, de transport al produselor finite și de întreținere.
Fiind vorba despre un sistem de asamblare în cazul de față, este nevoie de automatizarea liniei de producție deoarece în cadrul procesului se execută operații care necesită o precizie și o viteză de lucru mai mare față de cea pe care un operator o poate folosi.
2.1 Automate Programabile(PLC)
2.1.1 Descriere
După cum spuneam și în capitolul anterior, PLC-urile reprezintă sarcina mea din întregrul proiect de aceea am să fac o prezentare generală, mai pe larg, al automatelor programabile și limbajelor de programare folosite.
PLC-este un acronim și provine din limba engleză, de la inițialele cuvintelor programmable logic controller, având ca și traducere în limba română varianta de automat programabil – AP. Deoarece automatul programabil a fost proiectat pentru mediul industrial, acesta permite o adaptare și o ușoară conectare cu diferite tipuri de traductori utilizați în cadrul sistemelor de reglare automată.[2]
După cum știm, AP-ul este un dispozitiv care seamănă foarte mult cu un calculator dar are unele particularități specifice, fiind compus dintr-o parte hardware și o parte software, cea din urmă fiind implementată în memoria program. Cele două părți, hardware și software, sunt la rândul lor formate din anumite componente. Partea hardware conține unitatea centrală, interfața de comunicare cu exteriorul și sursa de alimentare cu energie electrică. Partea software reprezintă defapt programul propriu-zis, fiind modelat în funcție de cerințele problemei și utilizatorului.[2]


Figura 2.1 Structura PLC[1]
O dată cu evoluția automatelor programabile, s-au format două mari categorii de echipamente: automate programabile(AP) de uz general și automate programabile specializate. AP de uz general se da în folosința utilizatorului fără a conține programul, acesta fiind scris în prealabil de către utilizator în funcție de nevoile lui și ale proiectului. Pentru a putea scrie un program compatibil cu un automat programabil, utilizatorul trebuie să fie familiarizat cu cel puțin una dintre metodele de programare folosite și să stăpânească cunoștințe medii de programare. O dată cu primirea automatelor programabile, utilizatorii mai primesc și un soft de simulatoare de automate programabile, ce rulează pe calculatoare de tip PC. Simulatoarele de automate programabile sunt folosite de către utilizator pentru a testa programul(softul) înainte de a-l implementa în AP. Descărcarea programului în memoria automatului se face folosind o interfață de comunicare cu calculatorul de tip PC.[2]
După cum s-a prezentat anterior, automatul programabil este format din două părți, cea hardware semnificând partea fizică și cea software formată din programul propriu-zis. Partea hardware conține sursa de alimentare, unitatea centrală și interfața cu procesul.[2]
Unitatea centrală este alcătuită din procesor, memoria program, memoria de date și interfața de comunicare cu sistemul de programare. Dacă vorbim despre un proces mai mare de automatizare care urmărește monitorizarea unor anumiți parametrii, este posibil ca unitatea centrală să fie extinsă folosind legături cu alte echipamente sau alte automate programabile.
Intrările și ieșirile logice formează partea de interfațare al unui automat programabil, fiind de două tipuri: intrări și ieșiri discrete și intrări și ieșiri de tip analogic. Intrările și ieșirile sunt o parte importantă a unui automat programabil deoarece prin intermediul acestora, AP-ul comunica cu procesul.[2]
Comunicația dintre interfețe, procesor, memorie și proces se face folosind o magistrala (bus) de date.
Procesorul automatului programabil este format din o unitate aritmetică și una logică, care are ca și sarcină preluarea semnalelor venite de la intrare, rularea programului scris de către utilizator și implementat în memorie și comandă ieșirilor. Magistralele de date asigură comunicarea dintre procesor, memorie și partea de interfețe.[2]


Figura 2.2 Schema bloc a unui automat programabil[1]
2.1.2 Memoriile automatelor programabile
Memoria automatelor programabile este formată din cipuri de memorie care asigură sttocarea de valori binare 0 și 1. Bitul reprezintă unitatea de măsură a memoriei, iar gruparea mai multor biți formează cuvântul(word) de memorie. Cel mai uzual cuvânt este cel de 8 biți numit octet(byte).Alte exemple de cuvinte: 1 bit, 4 biți, 16 biți, 32 biți și 64 biți.[2]
În funcție de utilizare, memoria este împărțită în două categorii: memoria de date și memoria de program. În memoria de date sunt înregistrate informațiile primite de la intrările automatului precum și informațiile generate de către procesor în urma rulării programului, folosite pentru elementele conectate la ieșirile automatului. Memoriei de program îi revine rolul de a stoca instrucțiunile ce formează programul automatului programabil.[2]
Dacă vorbim despre păstrarea informației, memoriile se pot clasifica în memorii volatile și nevolatile. Dacă este vorba despre o întrerupere a energiei electrice, în cazul unei memorii volatile se pierd toate informațiile de aceea în cele mai multe cazuri se folosește o baterie electrică tampon, iar în cazul memoriei nevolatile, informația rămâne chiar dacă sistemul este oprit de o întrerupere a energiei electrice.[2]
Când se lucrează cu memoria se efectuează trei mari operații: scrierea, citirea și ștergerea. În unele cazuri este avantajos să se efectueze toate cele 3 operații cu memoria, dacă vorbim despre o memorie de date, iar în cazul unei memorii de program este bine să folosim doar operația de citire a unei zone de memorie, deoarece ștergerea sau suprascrierea cu alte date duc la imposibilitatea funcționării automatului programabil sau la funcționarea parțială a acestuia. Pentru memoria de date se va folosi o memorie de tip RAM(Random Access Memory), care este o memorie volatilă iar pentru memoria de program se va folosi o memorie de tip EPROM(Erasable Programmable Read-Only Memory) sau EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) care sunt memorii nevolatile.[2]
Memoriile de tip ROM(Read-Only Memory) sunt utilizate doar pentru programul folosit de procesor, program scris de către producător, care nu poate fi modificat ulterior. Memoriile EPROM sunt alcătuite dintr-o fereastră transparentă care poate fi ștearsă expunând fereastra la radiațiile ultraviolete. Se practică acest fel de ștergere pentru a se putea scrie un nou program în memoria respectivă. Memoriile EEPROM pot fi șterse prin aplicarea unei tensiuni electrice de o valoare stabilită la un pin al memoriei și se folosește acest tip de ștergere pentru a putea fi implementat un nou tip de program personalizat de către utilizator, diferit de cel scris de producător. Atât memoriile EPROM și EEPROM pot fi șterse și rescrise de un număr limitat de ori.[2]
Totalitatea modulelor electronice dintre magistrala internă și intrările respectiv ieșirile automatului programabil, reprezintă interfețele de comunicare cu procesul automatizat de intrare și ieșire. Intrările și ieșirile automatului programabil pot lua valori între 0 și 1. Intrările automatului preiau informații de la elementele de comandă din cadrul sistemului de automatizare(senzori, butoane, traductoare) care sunt prelucrate în cadrul programului făcut de către utilizator și rulat de către procesor. Procesorul transmite rezultatele în urma rulării programului către ieșirile automatului programabil.[2]
Pentru fiecare intrare a automatului programabil se alocă o adresa de la 1 la n, de aceea se zice că interfața de intrare are n canale de intrări logice. Ieșirile automatului programabil sunt formate la rândul lor de un număr de m canale de ieșiri logice identice.
În toate cazurile, interfața de intrare primește semnale electrice de la aparatele de comandă montate la intrările automatului programabil. În majoritatea cazurilor semnalele sunt prelucrate și transmise către procesor. Deorece pe parcusul procesului de prelucrare apar unele modificare, de obicei se folosesc redresări pentru semnalele alternative și se practică filtrarea sau integrarea pentru eliminarea regimurilor tranzitorii.[2]
2.1.3 Module de intrare
În articolul [3] autorul prezintă și explică modulele de intrare. Avem două tipuri de module de intrare: discrete și analogice. Modulele de intrări discrete servesc la conectarea la AP a semnalelor ce provin de la senzorii cu două stări, semnale ce pot fi în curent continuu sau în curent alternativ, la diferite tensiuni. Prin intermediul acestor module se realizează o izolație electrică între semnalele de intrare și automatul programabil. Izolarea electrică se face folosind izolatori optici compuși dintr-un fototranzistor și un un LED, deoarece nu există conexiuni electrice între cele două componente.


Figura 2.3 Izolație electrică folosind dioda si tranzistor


Figura 2.4 Canal intrare pentru un modul de intrare discretă
În figura 2.4 avem prezentată structura unui canal de intrare pentru un modul de intrare discretă. La apăsarea butonului, curentul trece prin dioda D1, determinând astfel comutarea tiristorului TR1 și astfel se transmite un semnal de tip buffer către UC. Dioda D2 este un LED si este folosită pentru a confirma prezența semnalului de intrare. Diferența dintre canalele modulelor de intrare discrete din curent alternativ față de cele din curent continuu este dată de faptul că cele în curent alternativ mai au în plus o punte redresoare și un filtru.
Majoritatea producătorilor de automate programabile oferă module de intrări discrete, pe 8, 16 sau 32 de puncte de intrare, la diverse tensiuni continue sau alternative cu sau fără necesitatea utilizării unor surse externe.[3]
Conectare semnalelor de intrare se face prin șuruburi, individual pentru fiecare semnal.


Figura 2.5 Conectarea semnalelor la un model de intrări discrete
Modulele de intrări analogice au rolul de a converge într-o reprezentație digitală, folosită pentru program, a semnalelor de intrare analogice cu variație continuă. De obicei apare o diminuare a rezoluției datorită conversiei analog-numerică, iar această diminuare depinde de numărul de biți utilizați pentru reprezentarea digitală a semnalului analogic.[3]
În tabelul următor sunt prezentate exemple de erori care apar datorită acestei conversii analog-numerice.
Tabel 2.1
Număr de biți
Domeniu
Eroare(%)

8
0-255
0,4

10
0-1023
0,1

12
0-4095
0,025


Cel mai des se lucrează cu cuvinte de 16 biți. Se folosește un multiplexor pentru a se conecta mai multe semnale de intrare la un singur circuit de conversie analog-numeric, deoarece folosirea mai multor module de intrări analogice ar însemna un preț de cost prea ridicat.


Figura 2.6 Modul de intrări analogice cu 4 canale multiplexoare
Dacă avem un modul de intrări analogice cu 8 canale și 12 biți rezoluție, acesta va furniza 8 valori numerice în gama 0-4095. Principalele probleme pe care un automat programabil trebuie să le rezolve: cum să preia data multiplexata de la modului de intrări analogice și cum să utilizeze această date în program. De obicei există două modalități de preluare a datelor, prin selecție directă și prin funcționare directă.[3]


Figura 2.7 Selecție directa Figura 2.8 funcționare continua
Se folosește o comandă „convertește” împreună cu o instrucțiune de ieșire dată de o adresă pe 3 sau 4 biți. După prelucrare, modulul trimite înapoi un semnal „gata” și rezultatul conversiei pe 12 biți putând fi citit printr-o instrucțiune de intrare.
Pentru a putea realiza o conversia a semnalului pe 12 biți în unități inginerești se folosește următoarea relație:


Unde: VM – valoarea masurată în unitați inginerești.
N – valoarea semnalului în formă primară pe 12 biți.
Vmax – valoarea maximă a semnalului în unitați inginerești, corespunzatoare lui 4095.
Vmin – valoarea minimă a semnalului în unitați inginerești, corespunzatoare lui 0; [3] [4]
2.1.4 Module de iesire
Modulele de ieșire sunt folosite pentru a transmite comenzile generate de program spre dispozitive de semnalizare sau elemente de execuție. Ca și modulele de intrare, și modulele de ieșire dispun de izolație galvanică pentru a evita unele neajunsuri [4]




Figura 2.9 Circuite de iesire pentru semnale digitale
Se folosesc semnale de tip ON/OFF pentru a acționa dispozitivele legate la modulele de ieșire, cum ar fi motoarele, lămpile de semnalizare, electroventilele, releele etc. Controlul dispozitivelor în curent alternativ se face diferit decât la cele din curent continuu. În c.a pentru a controla dispozitivele folosim triace sau relee iar în c.c folosim tranzistoare sau relee.
De obicei, majoritatea modulelor de ieșire sunt cu 4, 8, 16 sau 32 de terminale de ieșire plus terminalele de masă. Nu întotdeauna putem conecta mai multe dispozitive la aceeași masă de aceea se folosesc mai multe terminale de masă.[4]
Se utilizează de regulă de la 8 la 12 biți pentru a realiza secțiunea imaginii ieșirilor din memorie. Se folosește un convertor digital analogic pentru a transforma această imagine într-o tensiune (sau curent) analogică între un terminal de ieșire și un terminal de masă.[4]
2.1.5 Programarea automatelor programabile
Programarea unui PLC depinde de la o firmă producătoare la alta, fiecare având softul dezvoltat pentru modelul propriu, în fiecare mediu de programare se permite scrierea, editarea, compilarea, descărcarea pe PLC și execuția programului.
Avem cinci tipuri de limbaje de programare care pot fi utilizate pentru a programa un PLC, exemplificate în tabelul următor.[2] [4]
Tabel 2.2 Limbaje de programare PLC
LD-Lader Diagram
limbaj grafic de tipul schemelor cu relee.

FBD-Function Block Diagram
limbaj grafic bazat pe utilizarea blocurilor de funcții.

ST-Structured Text
limbaj de tip text, de nivel inalt, asemanator cu C sau Pascal.

IL-Instruction List
limbaj de tip text, de nivel scazut, asemanator cu limbajul de asamblare.

SFC-Sequential Function Chart
limbaj care permite scrierea programelor pornind de la diagramele de functionare numite diagrame de stari.


În continuare vom vorbi puțin despre limbajul de programare de tip Lader deoarece este cel mai utilizat limbaj și îl vom folosi și noi pentru programarea PLC-ului din proiect. După cum spuneam, este un limbaj foarte utilizat datorită faptului că a fost creeat din necesitatea obținerii unui limbaj simplu de programat, care să permită realizarea de programe fără cunoștințe complexe de programare.
Limbajul folosește simboluri de contact și bobină pentru a realiza diagrame. Aceste diagrame sunt foarte asemănătoare cu cele folosite pentru scheme cu relee logice. Simboluri folosite sunt conectate, în stânga la o bară verticală care reprezintă sursă de alimentare cu +, iar în dreapta la o bară verticală care reprezintă masa. Simbolul pentru contactul normal deschis este asemănător cu simbolul pentru un releu. Simbolul pentru contactul normal închis este ca și simbolul pentru contactul normal deschis dar mai are o linie diagonală peste el. Simbolul pentru ieșire este un de formă unor paranteze rotunde deschis-închis. Fiecare contact sau ieșire are deasupra un număr care reprezintă locația din memoria procesorului unde este stocată imaginea contactului sau ieșirii. [4]


Figura 2.10 exemplu de diagramă cu contact și bobină
2.2 Roboți industriali
Roboții industriali au un rol important în acest proiect, ei execută cele mai complexe și importante operații din întregul proces. Am să alcătuiesc o scurtă prezentare despre roboți, mai multe putând fi aflate în proiectul colegului meu [5].
Robotul este un sistem automatizat de un nivel înalt capabil să execute anumite cerințe și să suplinească unele activități umane. Pentru a putea programa și realiza unele aplicații folosind roboți, este nevoie de cunoștințe în mai multe domenii, hidraulică, mecanică, electrotehnică, electronică, informatică. Deoarece este vorba de mediul industrial, roboții trebuie să fie flexibili, fiabili și cu un cost cât mai redus. Aceștia sunt expuși la medii de lucru nocive și răspund la aplicații industriale caracterizate prin repetabilitate. Cel mai mult aceștia sunt folosiți la: asamblare, sudură prin puncte sau contur, vopsire, turnare în formă a pieselor mari, controlul calității, manipulare de subtanțe toxice.
Flexibilitatea în programarea roboților reprezintă o caracteristică importantă a acestora și este dată de următorii factori:
-modul cât mai ușor de a se schimba programele de funcționare.
-definirea limitelor între care se pot comanda valorile parametrilor cinematici.
-numărul și modul de desfășurare a secvențelor de mișcare.
-pentru a genera traiectorii complexe trebuie să putem doza mișcările.
-modul de introducere a programelor.


Figura 2.11 structura bloc a unui robot [6]
In tabelul urmator avem o clasificare a robotilor in functie de structura cinematica:
Tabel 2.3 Clasificare roboti
Tip
Exemple

Roboti seriali(lant cinematic deschis)
Kuka KR1000, Fanuc M6iB/6S, ABB IRB2400.

Roboti paraleli(lant cinematic inchis)
Adept Quattro, ABB FlexPicker, HP 430.

Roboti hibrizi(lant cinematic inchis si deschis)
COMAU Tricept, Tricept PKM

Roboti umanoizi
Asima, HRP-4C

Roboti pentru aplicatii speciale(medicila, pentru servicii, militari)
daVinci medical robot, Fujitsu service robot,Military robot

Roboti mobili(cu roti, cu senile, pasitori, etc)
Pioneer P3, Topy Crawler, Phoenix Hexapod


2.2.1 Terminologie
Baza- reprezintă suportul pe care se fixează prima axa a stucturii mecanice. Baza mai reprezintă și punctul de referință în raport cu care se calculează toate deplasările axelor.
Poziționarea grosieră a articulatiei pumnului este dată de axele 1, 2 și 3 numite și structura purtătoare.
Articulația pumnului este formată din axele 4, 5 și 6, realizând poziționarea fină a dispozitivului efector, cel care efectuează operații specifice.
Elementul cuplor este un dispozitiv specializat care permite cuplarea rapidă a dispozitivelor efectoare care intră în dotarea robotului.
Axa este elementul mecanic independent dotat cu elemente de acționare si traductoare de axe. Acționarea axelor robotului se poate face de la surse de energie hidraulice, pneumatice sau electrice. [7]


Figura 2.12 Robot industrial
Roboții industriali se mai pot clasifica și în funcție de generații. Prima generație sunt manipulatoarele automate programabil având cel puțin 3 axe. Au în dotare senzori de control pentru poziția fiecărei axe.Pot fi comandați de un AP sau un calculator compatibil IMB. A doua generație de roboți industriali sunt cei care au cel puțin 3 axe și sunt dotați cu senzori de tip tactil, de forță, camere video etc. Sunt controlați de cel puțin un calculator. Sunt mai speciali decât prima generație deoarece au o coordonare de tip ochi-mâna adică sunt capabil să identifice obiecte de formă simplă așezate aleator. Generația a treia sunt dotați cu senzori inteligenți și utilizează elemente de inteligență artificială.[7]
2.3 Senzori Optici
Senzorii joacă un rol important în acest proiect. Senzorii de proximitate sunt dispozitive care permit detectare și semnalizarea prezenței unor corpuri de obiecte în raza lor de acțiune fără contact fizic cu acele obiecte. Senzorii de proximitate sunt structurați la fel ca un releu, unde semnalul de ieșire poate reprezenta prezența sau absența obiectului controlat. Deoarece au avantaje mari, senzorii de proximitate au o largă utilizare în domeniul industrial. Clasificare senzorilor de proximitate se face pe baza principiului de funcționare: inductivi, capacitivi, magnetici, optici.
După cum le spune și numele, senzorii optici se bazează pe dispozitive optice și electronice pentru a detecta obiecte, folosind lumina roșie sau infraroșie, date de LED-uri. Senzorii optici sunt foarte practici, mici, ușor de controlat și au o durată de viață mare. Senzorii optici folosesc fototranzistori și fotodiode ca și receptori. Folosirea senzorilor optici cu lumina roșie are avantajul că acestea se află în spectrul vizibil.
Ca principiu de funcționare, senzorii optici se bazează pe prelucrarea unui semnal electric care apare în urma întreruperii unui flux luminos produs de un dispozitiv electroluminiscent de către un corp de comutatie.
Emitorul unui senzor optic poate fi de două feluri: în cazul în care conexiunea se realizează fără fibră optică- GaA1As infraroșu lungimea de undă 880 mm(spectru invizibil); și în cazul în care conexiunea se realizează cu fibră optică- GaA1As infraroșu lungimea de unde de 660 mm(spectru vizibil). Receptorul poate fi un fototranzistor cu siliciu sau fotodiodă cu siliciu. Senzorii de proximitate optici au întotdeauna în construcția lor elemente de protecție: protecția la inversarea polarității, protecția ieșirii la scurtcircuit, protecția la vârfuri de tensiune.
Avem doua tipuri de comutare:
metodă de comutare la lumina: ieșirea se închide când în calea fascicolului de lumină apare un obiect-contact normal deschis.
metodă de comutare la întuneric: ieșirea se deschide, când în calea fascicolului de lumina se află un obiect-contact normal închis.
După cum am reamintit și mai înainte, un senzor de proximitate optic este alcătuit din emitor și receptor. În emiter regăsim sursă care emită lumina roșie sau infrarosie și care poate fi redată în linie dreapta, sau deviată, focalizată, întreruptă, reflectată. Senzorul de proximitate este prevăzut cu un scut interior separat de incinta. Componentele electronice sunt încapsulate iar la ieșire se află un potentiometru pentru reglajul sensibilității. De obicei se folosește un LED pentru a semnaliza când ieșirea comută.
Funcționarea senzorului optic este destul de simplă. Dacă un corp C oarecare este așezat în dreptul razei de lumina emisă de LED, această este reflectată și receptată de fotocelulă care se excită și emite un semnal către etajul de sincronizare.[8]


Figura 2.13 Varianta senzor optic
Etajul de sincronizare verifică dacă semnalul luminos provine de la emitor sau este un semnal perturbator. Dacă semnalul este acceptat, acesta este amplificat și devine semnal de comandă pentru un element de comutatie. În figura 2.13 avem o varianta de senzor optic la care receptorul este un element separat legat de emițător prin conductori electrici CE. Etajul de comunicație nu se activează dacă nu avem un corp între emitor și receptor. Dacă un corp intervine între emitor și receptor, lumina nu mai ajunge la fotocelulă și etajul de comutație devine activ de unde rezultă că senzorul semnalizează prezența corpului.[8]
Figura 2.14 Simbolul senzorului optic[8]
Având în vedere că vorbim despre un mediu industrial, senzorii optici sunt predispuși la medii cu contaminare de praf, așchii, lubrifianți, ceea ce conduce la perturbări de funcționare. Aceste tipuri de contaminări duc la degradarea sistemului de lentile și asta ar putea fi o problema rezultând unele erori de prezența a obiectului. Pentru a preveni aceste probleme, trebuie luate următoarele măsuri:
folosirea de senzori optici cu toleranța suficientă de operare.
folosirea senzorilor cu un LED care sa functioneze in zonele marginale.
folosirea senzorilor cu semnal de pericol de contaminare.
În acest proiect vom folosi senzori cu fascicol luminos, alcătuiți din emitori și receptori.


figura 2.15 Principiul senzorului cu fascicol luminos
Caracteristicile tehnice ale senzorilor cu fascicol luminos sunt prezentate in tabelul urmator.
Tabel 2.4 Caracteristici senzori cu fascicol luminos
Tensiunea de alimentare
10-30V in c.c sau 20-250V in c.a

Distanta de activare
de la 1m pana la 100m(valoare ajustabila)

Curentul de activare
Maxim 100-500mA

Temperatura ambianta de lucru la care rezista senzorul
0o C…60o C sau -25o C….80o C

Sensibilitatea la impuritati
sensibil

Durata de viata
aprox 100000 ore

Frecventa de comutare
20-10000 Hz.


Avantajele senzorilor cu fascicol luminos sunt urmatoarele:
-decteaza obiectele mici de la o distanță mare
-sunt perfecte pentru medii industriale
Bineințeles că avem și unele dezavantaje cand vine vorba despre senzorii cu fascicol luminos:
-emitorul si receptorul au nevoie de circuite electrice separate.
-nu sunt potrivite pentru obiecte complet transparente.
2.4 Interfața om-mașină
I Interfața om-mașină sau HMI(human machine interface) a apărut din nevoia operatorului de a interacționa cu o „față” mai prietenoasă, deoarece pentru a culege date direct dintr-un automat programabil este dificil de realizat, acestea fiind salvate într-o formă mai brută, greu de interpretat.Un HMI cel mai des este folosit împreună cu un automat programabil.
Principalele obiective care sunt urmărite prin utilizarea unei interfețe sunt următoarele:
identificare echipamentelor supuse monitorizării: întrerupătoare, separatoare, transformatoare de curent și de tensiune.
analiza de stări anormale: analiza defectelor, detectarea de stări anormale, analiza de parametrii de fiabilitate.
identificarea parametrilor care intră sub supraveghere.
mentenanța: evoluția principalilor parametri ai echipamentelor, adaptări aduse la starea reală a echipamentelor, îmbunătățirea mentenanței.
Funcțiile principale pe care sistemul SCADA le dobândește:
Supravegherea și controlul de la distanță al tuturor instalațiilor și elementelor pe care le urmărim. Pentru asta, se realizează o culegere a informațiilor despre starea sistemelor, se transferă informațiile către punctul de comandă și control și comanda de la distanță a procesului.
Alarmarea. Sistemul face o analiză a tuturor stărilor apărute în proces și detectează stările de funcționare necorespunzătoare a echipamentelor puse sub supraveghere.
Analiza post avarie. Sistemult deține un istoric al tuturor schimbărilor de stare al echipamentelor și pune la dispoziția utilizatorului informațiile necesare unei analize pertinente a evenimentelor petrecute.
Urmărirea încărcării rețelelor. Se folosește pentru a planifica mai bine starea resurselor precum și a reglajelor de tensiune ale transformatoarelor.


Figura 2.16 Exemplu de interfață HMI
2.5 Motorul asincron de curent alternativ


Figura 2.17 Motor asincron de curent alternativ
Mașina asincronă este cea mai răspândită mașină electrică, deoarece se găsește în toate mediile atât industriale cât și sociale, de obicei în regim trifazat pentru acționarea pompelor, compresoarelor, conveioarelor, macaralelor electrice, aparaturilor medicale și casnice, etc.
Deoarece sunt folosite în foarte multe medii de lucru, motoarele asincrone se construiesc pentru o gama foarte largă de puteri, de la unități de W la unități de MW, pentru tensiuni joase și tensiuni medii, având o turație sincronă la frecvența f=50Hz egală în mod uzual cu n=numărul de rotații care diferă în funcție de numărul de perechi de poli.[10]
Avantajele masinilor asincrone față de celălalte mașini sunt următoarele:
simplitatea prin care este construit;
preț redus;
siguranța mare de exploatare;
performanțe tehnice ridicate;
alimentare directă de la rețeaua trifazată de c.a;
Bineințeles că vorbim si despre unele dezavantaje, acestea fiind urmatoarele:
soc mare de curent la pornire;
caracteristica mecanica dura;
factor de putere relativ scazut;
Statorul mașinii asincrone joacă rol de inductor. Se obține un câmp magnetic învârtitor, pe cale electrică, folosind o înfășurare așezată în crestături parcursă de curenți alternativi trifazați. Crestăturile pot fi semiînchise sau deschise și sunt obținute prin ștanțarea tolelor înainte de împachetarea miezului.


Figura 2.18 Crestatura semiînchisă(prima) si deschisă(a doua)
Rotorul mașinii asincrone are rolul de indus, având forma unui cilindru plin realizat din tole din oțel electrotehnic de 0,5 mm, izolate sau neizolate. Avem două cazuri de înfășurări ale rotorului:
înfășurarea rotorului este de tipul înfășurărilor de c.a trifazate dacă mașină asincronă este cu rotorul bobinat. Crestăturile în acest caz sunt semiînchise cu formă de pară (figura 2.19).
înfășurarea de tip colivie dacă mașină este cu rotorul în scurtcircuit (figura 2.20)[10]


Figura 2.19 Crestătură rotorică


Figura 2.20 Înfășurare tip colivie
Carcasa mașinii asincrone este de obicei din fontă(prin turnare) sau din aluminiu. Carcasa este elementul prin care motorul este fixat în pământ(folosindu-se tălpi de fixare), conține și cutia cu borne(unde motorul este legat la rețea), inelul de ridicare(conceput pentru transport), plăcută purtătoare și scuturile frontale(unde sunt montați rulmenții necesari pentru a sprijini axul mașinii).[10]
Întrefierul mașinii asincrone este spațiul liber dintre miezul feromagnetic al roturului și miezul statoric.
Mașină asincronă poate funcționa în trei regimuri: regimul de motor, regimul de generator și regimul de frână electrică, dar cel mai utilizat regim este acela de motor, regim folosit și în lucrarea prezentată.
Principiul de funcționare este unul destul de simplu, motorul asincron primește energia de la rețeaua de curent alternativ, prin conectarea la stator, energie care este este convertită în energie mecanică furnizată apoi axului motorului.[10]
2.6 Conveioare(benzi transportoare)


Figura 2.21 Exemplu de conveior
O bandă transportoare, sau în termeni inginerești un conveior, reprezintă calea prin care se realizează transportul într-un ansamblu automatizat de transport. De obicei conveioarele apare cam în toate mediile industriale fiind cea mai simplă formă de transport și există posibilitatea ca prelucrarea sau execuția altor sarcini să se execute atâta timp cât o piesă este pe bandă. Deoarece știm că sunt folosite în diverse medii industriale, de la industria constructoare de mașini, industria de panficatie, industria materialelor de construcții etc, benzile pot fi construite din lanțuri, benzi de cauciuc, tamburi, etc.
Avantajele conveioarelor sunt urmatoarele:
se pot folosi pentru a transporta materiale de la un etaj la altul, ceea ce scutește un om de o muncă grea;
pot fi folosite oriunde și au un grad de siguranță ridicat;
se confecționează exact pe cerințele beneficiarului, astfel încât să poată transporta orice fel de materiale, indiferent de formă, greutate, mărime;
se pot adauga unele elemente de siguranță pentru a mari gradul de prevenire a incidentelor;
acționarea se poate face electric, hidraulic, mecanic, în funcție de utilitățile de care dispune locația unde este montată bandă;
Exemple de industrii unde se folosesc conveioarele:
industria mancarii;
industria bauturilor;
industria auto;
industria de electrocasnice;
industria aerospatiala;
tipografii si edituri;
industria chimica si farmaceutica;


Figura 2.22 Linie de asamblare folosind benzi transportoare(Saab)
În figura 2.22 exemplificăm o linie de asamblare auto care folosește benzi transportoare, care a fost configurată pentru a transporta greutăți mari.


Figura 2.23 Banda transportoare folosita in industria alimentare
Am ales aceste două exemple, figura 2.22 și figura 2.23 pentru a exemplifica mai bine rolul benzilor transportoare și cum se mulează ele în funcție de dorințele utilizatorului, putând fi folosite pentru a transporta echipamente grele(figura 2.22) cât și pentru a transporta materiale ușoare(figura 2.23).
În cele mai multe cazuri, benzile transportoare reprezintă un „angajat” indispensabil unei firme, de aceea ele trebuie întreținute mereu. Cauzele cele mai des întâlnite ale defectării benzilor sunt următoarele:
lipsa lubrifierii. Se necesită folosirea aplicării unui lubrifiant industrial pentru partea de angrenaj al benzilor. Dacă aceste părți nu sunt lubrifiate perioadice apar probleme cum ar fi eroziuna și mersul greoi al benzilor
contaminarea. Dacă lucrăm în medii industriale care utilizează vopsele, fluide acide, sticlă, substanțe abrazive, pilituri de fier, trebuie să curățăm suprafața benzilor pentru a nu se uza astfel încât să ducă la ruperea acestora.
manevarea produselor. Trebuie să avem în vedere tot timpul ce fel de echipamente vrem să cărăm pentru a știi de ce fel de bandă avem nevoie. O bandă mică cu un motor mic de transport, nu poate transporta elemente mari deoarece motoarele se suprasolicită și se rup lanțurile sau curelele.
temporizarea greșită sau logică defectuoasă a sistemului. Benzile transportoare noi au în componente sisteme inteligente de control, iar o programare greșită al acestora atrag după ele probleme în sistem care pot compromite activitatea benzilor.
În funcție de natură materialelor transportate, conveioarele pot fi de mai multe tipuri:
conveioare cu benzi;
conveioare cu lant;
conveioare cu melc;
conveioare vibrante;
conveioare verticale;
conveioare flexibile;
conveioare pneumatice;
2.7 Convertizoare de frecvență


Figura 2.24 Convertizoare de frecventa
Convertizoarele de frecvență sunt echipamente electrice care au ca scop comandarea și controlarea vitezei de rotație a unui motor de curent alternativ prin reglarea frecvenței și a mărimii tensiunii de alimentare a motorului.[12]
În funcție de principiul de funcționare, convertizoarele de frecvența se împartă în două mari categorii:
Convertizoare de frecvență cu circuit intermediar.
Convertizoare de frecvență fara circuit intermediar.
Diferența dintre cele două tipuri constă în faptul că, cele fără circuit intermediar sunt mai ieftine față de cele cu circuit doar că datorită armonicilor, aceste convertizoare au pierderi de putere, ceea ce reprezintă o problema destul de mare.
Ca și principiu constructiv, convertizoarele de frecvență electronice sunt formate din trei etaje care sunt integrate logic printr-un circuit de comandă și control care lucrează în funcție de cerințele aplicației pentru care sunt puse în funcțiune.
Cele trei etaje care formeaza un convertizor de frecvență sunt urmatoarele:
Primul etaj este direct conectat la rețeaua de alimentare monofazată sau trifazată, care generează o tensiune de curent continuu la ieșire, spre etajul următor.
Al doilea etaj are rolul de a filtra tensiunea pulsatorie care o primește de la etajul anterior numit și etaj redresor. Acest etaj folosește pentru netezirea tensiunii pulsatorii un circuit condensator iar pentru a se scapă de impulsurile distorsionate, folosește un circuit inductiv.
Etajul trei este etajul unde se realizează conversia din curent continuu în curent alternativ și care mai transformă tensiunea continuă în tensiune alternativă de amplitudine și frecvență variabile.[12]
În automatizările din zilele noastre, convertizoarele de frecvență sunt indispensabile datorită faptului și nevoii de a controla viteza în funcție de anumiți parametrii declarați în cadrul procesului de automatizare.
Datorită importanței pe care convertizoarele de frecvență o au, se vor aduce la cunoștință un set de avantaje:
folosirea convertizoarelor duce la un consum redus de energie, cel mai bine se poate observa în cazul folosirii pompelor și a ventilatoarelor.
convertizoarele de frecvență dispun de funcții software și hardware care reduc nevoie de alte componente în instalație.
convertizoarele de frecvență reduc timpii în care linia de producție este oprită, fapt care după ce la o optimizare mai bună a proceselor industriale.
folosind aceste convertizoare, condițiile de lucru sunt îmbunătățite iar mentenanță este redusă.
convertizoarele de frecvența dispun de un controller pentru cascadă, care fac mai ușoară o folosire în cazul în care avem 3 pompe și dorim că ele să funcționeze în regim de cascadă.
un alt avantaj al acestor convertizoare este dat de faptul că ele dispun de un mod prioritar în caz de incendiu, care este setat să ignore alarmele de incendiu pentru a presuriză încăperea și a menține o cale cât mai sigură de evacuare.
După cum am amintit, convertizoarele de frecvența dispun de funcții software și hardware, printre aceste funcții integrate putem enumeră următoarele:
Controllere de tip PID integrate.
Optiuni de comunicație cu sistemele de tip BMS.
Carcase de pana la IP 66 pentru a nu mai fi nevoie de un tablou suplimentar pentru convertizor.
Comunicația Ethernet/IP
Arhitectura sistemelor de automatizare trebuie să ofere utilizatorilor trei servicii primare. Primul serviciu, cel de control asupra sistemului, este cel mai important. Serviciul de control implică schimbul de date într-un timp scurt între dispozitivele de control, cum ar fi PLC-urile și dispozitivele intrare/ieșire și dispozitivele de ieșire, cum ar fi variatoarele de viteză, senzori și actuatori. Rețelele care au sarcina de a transmite date, trebuie să stabilească care sunt sarcinile prioritare. În al doilea rând, trebuie să pună la îndemână utilizatorului capabilități de control pentru a configura sau a realiza mentenanța asupra sistemului de automatizare. Această funcționalitate implică folosirea unui calculator personal sau a unui dispozitiv echivalent pentru programarea diferitelor dispozitive din sistem.
Arhitectură sistemelor de automatizare trebuie să permită colectarea de date în scopul afișării într-o stație MMI cu scopul de a se realiza analiza, depanarea sau întreținerea dispozitivelor.
Denumirea de Ethernet reprezintă numele unei familii de protocoale de rețele de calculator care este bazată pe transmisia de cadre și este utilizată pentru implementarea rețelelor locale de tip LAN(Local Area Network).
Mai putem defini Ethernet ca un șir de standarde necesare pentru cablare și semnalizare electrică aparținând nivelului fizic și legăturilor de date din Modelul de referință OSI(Open systems interconnection). Ethernet-ul este standardizat de IEEE(Institute of Electrics and Electronics Engineers) în seria de standarde IEEE 802.3 care permit transmisia de date prin mai multe moduri:
folosindu-se cabluri coaxiale, folosite în primele rețele Ethernet.
cu ajutorul cablurilor torsadate, folosite la conectarea sistemelor individuale la rețea.
cu cabluri de fibră optică, necesare pentru structura internă a rețelei.
Definiția de Ethernet s-a format pe ideea că avem nevoie de cablu coaxial pentru a reuși conectarea mai multe calculatoare între ele astfel încât să avem o rețea.[14]
Rețelele locale Ethernet sunt formate din medii de conectare și noduri de rețea, cele din urmă fiind împărțite în două clase principale:
echipamente terminale pentru date, dispozitive care sunt sursa sau destinația cadrelor de date transmise: stații de lucru, calculatoare, servere de fișiere numite și stații finale.
echipamente de comunicație, care sunt dispozitive intermediare de rețea care recepționează și trimit mai departe cadre de-a lungul rețelei:switch-uri, router-e, adaptoare de rețea sau modem-uri.[15]
Ethernet/IP utilizează instrumente și tehnologii care sunt specifice Ethernet-ului tradițional. Ethernet/IP folosește toate protocoalele de control și de la transport ale Ethernet-ului tradițional, inclusiv TCP(Protocolul de control-transport), IP(internet protocol), accesul la media și tehnologiile de semnalizare regăsite în cartelele de interfață. Bazându-se pe aceste tehnologii PC standard, rezultă faptul că EIP funcționează transparent cu toate dispozitivele standard off-the-shelf Ethernet găsite pe piață astăzi. Asta înseamnă, de asemenea, că EIP poate fi ușor susținută de PC-uri standard și de toate derivatele acestora.
Ethernet/IP este un standard omologat. Programul de certificare este unul modelat după programele pentru DeviceNet și ControlNet care va asigura coerenta și calitatea pentru comunicarea cu dispozitivele din teren. Aceste programe folosesc un protocol numit Protocolul informației de control(CIP)
EIP(Ethernet/IP) are o gama largă de utilizare deoarece este construit pe baza unui protocol standard acceptat pentru o scară largă de produse. Acest standard este structurat astfel încât să organizeze dispozitivele de rețea sub formă unei colecții de obiecte. Datorită acestor performanțe, sute de furnizori sprijină acuma protocolul CIP în produsele din prezent.
În următorul capitol se va evidenția rolul și utilizarea fiecărei componentă descrisă în capitolul 2
Capitolul 3. STRUCTURA SISTEMULUI DE ASAMBLARE
În capitolul 3 se realizează o prezentare detaliată a liniei de asamblare, pentru a se cunoaște și defini procesul prezentat. Sunt prezentate zonele de lucru în care proiectul este împărțit și se face o analiză detaliată a fiecaror elemente care apar în proiect.
3.1 Schema bloc a liniei de asamblare
Pentru a se înțelege mai bine fluxul tehnologic, s-a realizat o schemă al întregului ansamblu, prin poziționarea fiecărui element de execuție din proiect(conveioare, zone de lucru, zone de depozitare, plc, motoare, zone de siguranță) conform schemei de proiectarerealizată de inginerii de pe partea mecanică a proiectului.
Figura 3.1 Schema bloc a liniei de asamblare
După cum se poate observă pe schemă bloc, fiecare zona de lucru dispune de un conveior, reprezentate în desen folosind culoarea mov.
Elementele reprezentate pe desen cu coloarea galbenă, reprezintă zonele de depozitare, zonele de încărcare și zonele de descărcare.(figura 3.2).
Zonele manuale de lucru SML 1 și SML2 sunt reprezentate cu culoarea maro.
Stațiile de lucru SLR 3 și 4 sunt formate din două mese de lucru, reprezentate pe desen cu culoarea roșie, pe care sunt așezate elementele care trebuie asamblate pe panou.
SLR 3 și 4 dispun fiecare de câte un conveior, acționate de câte un motor reprezentat pe desen cu litera M și de câte un robot pentru fiecare zonă în parte, R1 și R2.
Stația de lucru SLR 5 are în componentă un conveior acționat de același timp de motor, o zona de încărcare, o zona „Depozit Capace” și un robot R3.
Procesul pornește din zona de încărcare aferentă stației de lucru 3. Elementele care apare pe conveioare și sunt reprezentate cu culoarea gri închis, reprezintă plăcile pe care se va realiza montajul elementelor. Procesul începe din punctul de încărcare, în care o placă este poziționată pe bandă. Bandă se pornește iar placă se deplasează până într-un punct stabilit, notat pe desen cu „X”. În prima faza, placă se află în SLR3 unde robotul R1 realizează operația definită. După terminare, placă se deplasează în zona marcată cu „X” din stație de lucru 4, unde robotul R2 realizează comenzile predefinite. După ce asamblarea elementelor a fost executat, un operator plasează produsul în zona de depozitare aferentă SLR4 și o transporta pentru a se execută următoarele operații în SML1 și 2. La încheierea sarcinilor în cele două stații de lucru manuale 1 și 2, operatorul deplasează produsul în zona de încărcare aferentă stației de lucru SLR 5. Produsul este poziționat pe bandă unde face deplasarea în punctul indicat cu „X”. Robotul R3 realizează ultima operație din proces, după care produsul finit este ridicat și transportat în depozit.
Întreg procesul este programat și se realizează folosindu-se un PLC, notat pe desen printr-o căsuța de culoare gri deschis „PLC”.


Figura 3.2 Zona de depozitare
3.2 Descrierea fluxului tehnologic de funcționare al liniei de asamblare
Fiind vorba despre un proiect complex cu părți care includ mai multe operații(sudură, tăiere la dimensiuni, asamblare), procesul va fi împărțit în mai multe părți, pentru a se observă mai ușor fiecare zona sau celulă ce reprezintă și ce operații execută.
În primul pas se debitează componentele cutiei în stația SLR1, după care componentele ce formează carcasa sunt duse la stația SLR2 unde se sudează carcasa, iar placa de baza este dusă la stația SLR3 pentru a fi montat sistemul celular. În stația SLR4 se fixează sistemul optil celular. După fixarea sistemului optic secundar, placa de baza formată este dusă la stația manuală de lucru SML1 pentru realizarea conexiunilor electrice între celule, după care placa de baza este dusă la stația de lucru SML2, unde placa de baza formată este introdusă și fixată în carcasa panoului. După acest pas, ansamblul format este dus la stația SLR5 pentru închiderea panoului fotovoltaic cu lentila optică principala.
Proiectul prezentat începe de la stația de lucru robotizată 3(SLR3) doarece în primele 2 stații de lucru sunt elemente și operații care nu fac parte din aria de cunoștințe.
După ce placă de baza este realizată în stațiile de lucru SLR1 și SLR2, această este transportată la stația de lucru 3 unde începe procesul de asamblare a unui panou fotovoltaic.


Figura 3.3 Panou fotovoltaic în faza finală.
3.2.1 Stația de lucru 3
Stația de lucru 3(SLR3) este formată dintr-un robot care realizează operația de asamblare a sistemului celular. Această operație se execută pe placa de baza amintită anterior, care se deplasează până la o poziție pe conveior definită de către operator. Acest conveior este pus în mișcare de un motor asincron de curent alternativ(figura 2.16).Motorul acționează un set de tamburi pe care rulează o bandă dintr-un material aderent.Pentru a se comandă și controla viteza de reacție a unui motor de curent alternativ se folosesc convertizoare de frecvență care reglează frecvența și mărimea tensiunii de alimentare a motorului. Pe suprafața conveiorului sunt instalați un senzor optic care operează pe logică negativă și un cilindru mecanic comandat care se ridică în momentul în care bandă este pornită. Așadar, în momentul în care bandă este pornită, cilindrul se ridică automat, iar senzorul care este plasat pe suprafață conveiorului undeva în față cilindrul, va da comandă de oprire a benzii în momentul în care senzorul nu mai citește o prezența a unui obiect în rază lui de acțiune(figura 3.3).


Figura 3.4 Cilindru mecanic comandat.


Figura 3.5 Poziționare senzor și cilindru mecanic comandat
După ce placă de baza ajunge în poziția stabilită, conveiorul se oprește și se pornește robotul. În prima faza, pe placă de baza se lipește sistemul celular care sunt preluate de către robot de pe masă de lucru unde sunt așezate în formă de matrice, pentru fiecare sistem în parte fiind salvată poziția lui într-o memorie a robotului. Fiecare zonă de prelucrare(SLR 3 și 4) este prevăzută cu un dispozitiv de dozaj pentru lipiciul care se folosește la fixarea sistemului celular de placa de baza, respectiv la fixarea lentilei pe suprafața sistemului celular.



Figura 3.6 Dispozitiv dozaj lipici
În momentul în care robotului poziționează griper-ul cu piesa preluată în dreptului zonei de dozare a lipiciului, se realizează operație de adăugare a adezivului.
3.2.2 Stația de lucru 4
În stația de lucru 4 se realizează operația de asamblare a lentilei peste sistemul celular care a fost poziționat pe placă de baza în operația anterioară. Este vorba despre același principiu, lentilele sunt așezate pe o masă de lucru sub formă unei matrici, fiecare lentilă având o poziție prestabilită. Robotul preia câte o lentile de pe masă de lucru, o transporta până la dispozitivul de dozaj al adezivului unde se realizează operația de aplicare a adezivului pe lentilă, iar apoi, lentilă este asamblată pe sistemul celular.
Dispozitivul cu care se realizează prinderea și eliberearea sistemelor celulare respectiv lentilelor, este acționat de un generator de vacuum care este acționat cu ajutorul instalație de aer prezente în toate zonele de lucru.
După executarea acestui proces, produsul rezultat este preluat de către un operator și transportat la stația manuală de lucru (SML 1) unde se realizează manual legăturile electrice între toate dispozitivele(sistem celular+lentilă) de pe placă.
După ce au fost realizate legăturile electrice, placă de baza necesită o perioada de 24 de ore în care nu se mai execută operații asupra produsului pentru a da voia adezivului să se întărească.


Figura 3.7 Zona de stocare, preluare și asamblare sisteme celulare. SLR3


Figura 3.8 Zona de stocare, preluare și asamblare lentile. SLR4
3.2.3 Stația de lucru 5
După perioada de 24 de ore în care adezivul este uscat complet, un operator transportă produsul la stația manuală de lucru(SML 2) unde placa de baza formată este introdusă și fixată în carcasa panoului. După fixare, placa este transportată la stația de lucru 5(SLR5) unde un robot execută operația de poziționare a unui capac peste carcasa rezultată în pasul anterior.
Robotul prezent în stația de lucru numărul 5, dispune de un dispozitiv de prindere cu ventuze acționate pneumatic. Dispozitivul este de mari dimensiuni, tocmai pentru a putea manipula și asambla mai ușor capacul care vine montat. Pentru zona de lucru 5 se utilizează senzori optici Banner alimentați la 24V care au că principiu de funcționare prezentat în figura 3.7 de mai jos.


Figura 3.9 Funcționare senzor optic


Figura 3.10 Senzor optic Branner
Roboții utilizați în proiect pentru a execută operațiile de asamblare, utilizează mișcări diverse de rotație și de translație pe diferite axe, de aceea perimetrul în care un robot operează este destul de mare și o simplă defecțiune poate duce la executarea unei mișcări nedefinite care pot pune în pericol integritatea persoanelor care se află în jurul linie de asamblare. Pentru a se elimina astfel de erori, au fost montate în jurul fiecaror stații de lucru, așa numitele garduri de protecție. Accesul în perimetrul îngrădit de aceste garduri de protecție, se face utilizându-se porți comandate prin intermediul PLC-ului și care se pot închide sau deschide prin apăsarea butoanelor montate pe interfață HMI. Aceste porți de siguranță reprezintă securitatea întregului proiect, iar în acest caz, una dintre condițiile de pornire a linie de asamblare este că porțile de siguranță să fie închise. Sistemul de închidere și de deschidere al porților de securitate este acționat de un sistem cu bobină. În momentul în care bobină este alimentată cu tensiunea, ea permite deplasarea unei tije care blochează ușa.


Figura 3.11 Sistem inchidere/deschidere porți securitate


Figura 3.12 SLR 5
3.2.4 Roboții industriali FANUC
Robotul industrial reprezintă un sistem utilizat în procesul de producție pentru a realiza funcții de manipulare asemănătoare cu cele realizate de om. Pentru proiectul prezentat, avem pentru utilizare roboți inteligenți, numiți inteligenți deoarece reprezintă cel mai înalt studiu de dezvoltare și sunt capabili să acționeze prin contacte senzorile, să se acomodeze ușor la schimbări de sarcini și să facă față unor situații variabile întâmplătoare.
Pentru acest proiect, s-au folosit roboți FANUC, modelul R-30iB, fiecare dintre ei având altă funcție și alt rol în derularea procesului. Roboții au fost montați pe poziții conform schemei de proiectare, fiecare fiind poziționați pe un stativ de metal, pentru a avea o înălțime mai bună rezultând la o manipulare și executare mai ușoară a operațiilor. Fiecare robot în parte dispune de un controller care se foloste pentru programarea pașilor care trebuie executați. Folosind acest controller avem o mai bună precizie și stăpânire asupra robotului, având acces la toate comenzile. Cei doi roboți în stațiile de lucru 3 și 4 execută aproximativ aceeași instrucțiune, diferind doar zona din care piesă este preluată de pe masă de lucru, în cazul de față sistemul celular sau lentina, și transportată în zona unde se realizează operație de adăugare a adezivului. Pentru a alimenta roboții, se folosesc transformatoare de tensiune, deoarece este nevoie de o tensiune de 200V iar de la rețea se primește o tensiune de 380V. Principiul de funcționare al roboților și programul instalat pentru a execută instrucțiunile necesare acestui proiect, sunt prezentate în detaliu în lucrarea colegului colaborator [5].


Figura 3.13 Sursa alimentare robot și transformator.
Capitolul 4. IMPLEMENTARE
4.1 Interfața OM- Mașină
Interfață om-mașină sau HMI(human machine interface) a apărut din nevoie operatorului de a interacționa cu o „față” mai prietenoasă, deoarece pentru a culege date direct dintr-un automat programabil este dificil de realizat, acestea fiind salvate într-o formă mai brută, greu de interpretat.Un HMI cel mai des este folosit împreună cu un automat programabil.
Pentru proiectul prezentat, s-a folosit un HMI model MT8070iE – HMI 7” TFT 800×480. A fost folosit acest HMI deoarece este special pentru mediul de lucru în industrie, fiind rezistent la coroziune și alți factori chimici. Dispune de un procesor Cortex A8 32Bit RISC 600Mhz, o memorie RAM de 128 și un spațiu de stocare de 128 MB.
HMI-ul reprezintă o cale ușoară prin care operatorul poate execută și supraveghea operațiile din sistem.
Pentru realizarea interfeței de lucru s-a folosit programul EasyBuilder Pro. Deschiderea programului se va realiza prin accesarea pictogramei aferente programului EasyBuilder Pro de pe desktop.
Dupa ce programul s-a deschis, pentru a realiza un proiect nou, facem click pe meniul File iar apoi selectam New.


Figura 4.1 Realizarea unui nou program
Făcând click pe New, se va deschide o fereastră nouă unde se va alege modelul de HMI și tipul în care se va afișa imaginea. În cazul de față, se va selecta la model MT8070iE/MT8100iE (800 x 480) iar pentru Display mode selectăm Landscape.


Figura 4.2 Selectare model HMI
După realizarea acestor pași, se va deschide fereastră de lucru. Din bară de instrumente de sus avem acces la toate funcțiile necesare pentru creearea unei interfețe, cum ar fi:butoane, lămpi de semnalizare, căsuțe de text, etc.
Pentru exemplu se va prezența realizarea unei lămpi de culoare galbenă care va prelua că și tag bit_galben. Pentru început, căutăm în bară de instrumente, pictograma care reprezintă un Bit Lamp.


Figura 4.3 Accesare Pictograma Bit Lamp
Dând click pe pictograma se deschide o fereastră nouă cu mai multe meniuri(General, Security, Shape, Label) unde se poate configura lampa după cerințele stabilite. Pentru a selecta tagul dorit se va selecta întâi PLC-ul cu care suntem conectați iar apoi se face click în secțiunea tag și se va selecta bit_galben. Observăm că se poate adaugă și proprietatea de clipire care are mai multe opțiuni și se poate selecta varianta dorită.


Figura 4.4 Selectare Tag
Din meniul Shape putem configura culoarea lămpii, selectând culoarea galbenă pentru Inner cât și pentru Frame.


Figura 4.5 Selectare Culoare
După ce am terminat de configurat lampa, facem click pe butonul OK iar apoi poziționăm lampa unde dorim.


Figura 4.6 Finalizare Lampa
Pentru proiectul prezentat, s-a realizat o interfață complexă care conține mai multe sub-meniuri. S-a optat pentru această varianta de interfață pentru a se putea face mai ușor comandă și supravegherea tuturor zonelor din proces. Pentru fiecare stație de lucru s-a realizat câte o funcție de observare și manipulare.


Figura 4.7 Ecran de start
În figura 4.7 este prezentat ecranul de start. După cum se observă, în partea stânga avem 3 lămpi de semnalizare: lampa roșie este aprinsă când procesul este oprit de urgență de către operator, lampa galbenă este pornită când procesul este în stand by iar lampa verde este pornită când procesul este în execuție. Tot în partea stânga mai avem și o secțiune pentru iregistrare deoarece se dorește că fiecare operator în parte să fie logat separat. În partea de jos avem submeniurile, iar în partea dreapta sunt butoanele care deschis sau închid porțile zonelor de safety pentru fiecare zona de lucru în parte, R1R2 pentru SLR3 și 4 iar R3 pentru SLR 5.


figura 4.8 Meniul pentru Conveior.
Meniul benzilor rulante este prezentat în figura 4.8. Fiecare conveior în parte are câte un buton de start, respectiv de stop și câte o lampa pentru status(cele din partea dreapta).


figura 4.9 Meniul pentru roboti
În figura 4.9 este redat meniul pentru roboți. După cum observăm în partea dreapta, avem 3 roboți dar meniul pentru fiecare este același. Ledul din partea stânga se face verde dacă robotul este în poziția de start. Dacă robotul nu este în poziția de start, folosim butonul R1 GO Home Position, pentru a-l aduce în poziția dorită. Pentru a putea folosi un robot, acesta trebuia să fie pe poziția enable. Pentru a realiza această operație, se folosește butonul Disable_Enable R1. Un robot poate fi în poziția enable doar dacă restul roboților sunt în poziția disable, deoarece s-a realizat funcția de interblocaj pentru a nu se putea efectua operații cu doi roboți deodată.


figura 4.10 Meniul pentru alarme.
În acest meniu, sunt afișate erorile și alarmele care apar pe parcursul executării unei operații și care dispune de un buton de reset, în partea dreaptă, pentru a se putea realiza mai ușor înlăturarea erorilor apărute.
Pentru fiecare buton, lampă sau căsuța de text se atribuie câte un tag în funcție de operație pe care această o reprezintă.


Figura 4.11 Listă taguri
4.2 PLC-ul Allen Bradley si Programul RsLogix 5000
Pentru acest proiect s-a optat pentru un PLC al firmei Allen Bradley, model 1769-L16ER-BB1B.
Aplicația în care se creează programul pentru controlul sistemului automat de asamblare a panourilor fotovoltaice se numește RSLogix 5000 și este un program dedicat PLC-urile firmei Allen Bradley.
Pentru a se realiza un program de automatizare trebuie avut în vedere câțiva pași esențiali care trebuie verificați înainte de a creea programul:
Proiectarea soluției pentru automatizare.
Crearea proiectului.
Definire simboluri(intrări, ieșiri).
Crearea programului. In cazul de față se folosește limbajul LAD.
Transferarea programului catre PLC si testarea.
Se folosește diagnoză hardware pentru a se permite verificarea stării automatului programabil, iar în caz că apar erori se pot obține soluții de rezolvare. Tot prin intermediul diagnozei se pot oferi informații despre starea modulelor cum ar fi sursă de tensiune, CPU, modulele de intrare și modulele de ieșire.
3.3.1 Crearea si editare unui proiect in RSLogix 5000
Rolul proiectului realizat în programul RSLogix 500 este de a stoca date și programe pentru soluții de automatizare. Datele care apar într-un proiect sunt:
configurarea hardware si parametrii modulelor
configurarea comunicatiei dintre calculator si PLC
realizarea de programe pentru modulele programabile
Un proiect se crează în aplicația Logix Designer al programului RsLogix 500. Utilizatorii sistemului de operare Windows pot porni aplicația din Start -> Rockwell Software -> Studio 5000 -> Logix Designer sau făcând click pe pictograma de pe desktop.


Figura 4.12 Pictograma LogixDesigner
Pentru a se crea un proiect nou se urmăresc următorii pași:
Se pornește aplicația LogixDesigner.
Se alege din meniul File – New iar apoi se va deschida fereastra din figura 4.14.
Se selectează modelul de PLC pe care îl dorim locul, unde se salvează proiectul și numele proiectului. În cazul de față, căutăm PLC-ul 1769-L16ER-BB1B și vom denumi proiectul „Exemplu”. După ce am urmat acești pași facem click pe NEXT.


Figura 4.13 Selectare PLC
Pentru următorul pas trebuie selectat câte module de intrări/ieșiri avem. Acest pas este unul important, deoarece când vom rula programul în modul Online, dacă numărul de module ales nu corespune vom întâmpina erori.Pentru proiectul nostru vom selecta 1 modul,deoarece mai avem nevoie de un modul de intrare suplimentar. Exemplul de selectare al modulelor este prezentat în figura 4.15.


Figura 4.14 Selectare module I/O
Fiind vorba despre un program cu o varianta de rulare mai nouă, PLC-ul selectat nu mai necesită configurarea hardware care era realizată în cazul folosirii unui PLC al firmei Siemens care folosește ca soft de programare, programul Step 7.
După ce am executat pașii anteriori, în partea stânga a ecranului găsim o fereastră numită Controller Organizer, prezentată în figura 4.15.


Figura 4.15 Controller Organizer
Editorul pentru simboluri se poate accesa din două părți:
în fereastra controller organizer, făcând click pe Controller iar apoi Controller tags.
în bara de meniu selectăm Logic – Edit Tags.


Figura 4.16 Editare Simboluri
Un program RSLogix lucrează cu adrese care sunt atribuite semnalelor de intrare și ieșire, biților de memorie, numărătoarelor, timerelor.
Adresarea se poate face in doua moduri:
Adresare absolută: alcătuită dintr-un identificator care indică tipul de adresa și o locație de memorie.
Adresare simbolică: fiecărei adrese absolute utilizată în proiect i se asociază un nume simbolic, astfel programul va fi mai ușor de urmărit iar rezolvarea problemelor de depanare este mai facilă.
Spre exemplu, dacă pentru o adresa I 1.0 se atribuie un nume simbolic cum ar fi bit_galben, de fiecare dată când e nevoie de acea adresa în program, se va căuta mult mai ușor sub numele de bit_galben.


Figura 4.17 Exemplu de simbol din program
Sistemul automat de asamblare se bazează pe evenimente discrete și stări de pornire/oprire ceea ce necesită utilizarea majoritară a tipurilor de date BOOL și Timer printre alte tipuri.
În figura 4.19 se prezinta toate tipurile de date care se pun la dispoziție într-un program RSLogix 5000.


Figura 4.18 Adrese și tipuri de date
Pentru implementarea programului în RSLogix s-a folosit limbajul de programare LAD.
Limbajul LAD este un limbaj grafic care este utilizat de către programatorii care au cunoștințe în proiectarea aplicațiilor care conțin elemente cu relee și contacte. Ca o definiție, limbajul LAD reprezintă o transpunere grafică a ecuațiilor booleene care realizează combinații între contactele care reprezintă variabilele de intrare și bobinele, care reprezintă variabilele de ieșire.
Un program LAD este un limbaj de programare care utilizează simboluri grafice, rețeaua fiind conectată în partea stângă și dreaptă la barele verticale de alimentare de la o sursă de putere. Un aspect important este reprezentat de faptul că execuția programului se face de sus în jos și de la stânga la dreapta.


Figura 4.19 Elemente Logice LAD.
În figura 4.19 sunt prezentate elementele principale care compun un program scris cu ajutorul limbajului de programare LAD. De la stânga la dreapta avem:
contact normal deschis
contact normal inchis
releu
În continuare se va prezenta logica și principiul pe care s-a bazat realizarea programului în RSLogix folosindu-se limbajul de programare LAD.
Pentru o mai buna organizare a programului, acesta a fost împartit pe funcții(MainProgram, Robot1, Robot2, Robot3)pentru a facilita depanarea și urmarirea programului).


Figura 4.20 Structura program
Pentru partea principală a programului, MainProgram, au fost implementate condițiile necesare care definesc dacă programul este în modul automat sau manual, care sunt condițiile pentru a se executa instrucțiunea de reset ciclu, care sunt condițiile ca procesul să se afle în starea de emergență, care sunt condițiile pentru a putea deschide porțile de securitate.
pentru început se definește o ieșire numită Condiții_generale, care are ca și parametrii de intrare contactul închis numit Emergența și contactele deschise pentru variabilele de intrare Siguranțe OK, Monitorizare Conveior R2, Monitorizare conveior R3, Monitorizare conveior R1. Că să se îndeplinească aceste condiții și că ieșirea Condiții_generale să fie activă, elementele reprezentate cu contact deschis să fie true iar sistemul să nu fie în stare de emergență.
la pasul următor se verifică dacă sistemul este în modul automat. Pentru acest lucru se verifică dacă selectorul de Automat de pe panoul de control, notat în program cu denumirea de Selector Automat, este activ și dacă sunt îndeplinite condițiile generale definite la punctul anterior.
butonul de reset este activ dacă una dintre condițiile următoare este adevărată. Dacă avem activă intrarea denumită Reset sau dacă este activă intrarea HMI_PLC_Reset.
pentru a se realiza o resetare generală pentru întregul ciclu, se pune condiția că procesul să fie în starea de Mod_Manual și că butonul de Reset să fie activ.
sistemul se află în stare de emergență dacă una dintre cele trei intrări Buton Emergența, Safety emergența R1+R2 NOK sau Safety emergență R3 NOK este activă.
Deblocarea porților de securitate pentru zonele de lucru trei, patru și cinci se face doar dacă procesul este în modul manual, dacă intrarea HMI_PLC_blocare_ușaR1R2 și R3 reprezentată prin contact închis este activă și dacă una dintre următoare două condiții este îndeplinită: dacă intrarea HMI_PLC_deblocare_ușa_R1R2 și R3 este activă sau dacă intrarea Deblocare ușa R1+R2 și R3 este activă.
pentru a se poziționa toți roboții în poziția inițială, numită și poziția Home, ieșirea HOME_ALL_ROBOTS are ca și variabile de intrare active, intrările HOME_POSITION Fanuc_PLC_1, HOME_POSITION Fanuc_PLC_2 și HOME_POSITION Fanuc_PLC_3.
pentru fiecare Led (roșu, galben, verde) se folosește câte o intrare. Pentru ledul roșu se folosește intrarea bit_alarm. Pentru ledul galben se folosește intrarea bit_galben care are ca și condiții aflarea procesului în modul manual sau dacă procesul este în starea de reset_ciclu. Pentru ledul verde se folosește intrarea bit_verde care are ca și condiții aflarea procesului în modul automat sau în modul de reset_ciclu.
Pentru fiecare robot în parte se folosesc urmatoare subprograme: Main, Comanda _conveior, Comanda_gluering, Comunicatie_Fanuc, Gestiune_Secventiator, Iesiri_Fanuc, Intrari_Fanuc, Secv1_Robot si sistem_opritor.
pentru comandă conveioarelor se folosesc secvențiatoarele definite în secțiunea de Gestiune_Secventiator. În funcție de aceste secvențiatoare și timere se definesc mișcările principale ale conveioarelor: deplasarea până în punctul de prelucrare, așteptarea că robotul să-și execute sarcinile și deplasarea produsului pentru zona de depozitare. Primul conveior aferent zonei de lucru 3 deplasează produsul pentru prelucrare. După ce montajul este realizat se pornesc ambele conveioare iar pentru al doilea conveior se folosește un timer pentru a defini timpul în care acesta își execută mișcarea de transport, 8 secunde în cazul de față.
sectiunea pentru Comanda_Gluering este simpla, iesirea Gluering 1 fiind activa in momentul in care intrarea Robot_la_lipici este activa.
in functia numita Iesiri_Fanuc sunt definite iesirele robotului. Pentru fiecare robot in parte se defineste un set de iesiri: Robot_preluare_piesa, Robot_la_placa, Robot_la_lipici, finalizare_ciclu_robot, iar fiecare iesire in parte devine activa la indeplinirea functiilor definite in zona de Comunicatie_Fanuc.
intrarile prezentate in zona Intrari_Fanuc sunt activate de catre intrari definite din alte zone, cum ar fi Emergenta, Ciclu_RO_manual, Reset_Ciclu, Reset, Ciclu_RO_automat, Start_robot_1.
in Secv1_Robot sunt definiți și implementati următorii pași din proiect: Condiții generale pornire ciclu, Așteptare comandată pornire ciclu, Deplasare placă spre robot, Placă în dreptul senzorului, Finalizare ciclu robot.
Figura 4.21 Algoritmul propus, sub formă de schemă logică
Capitolul 5. MANUALUL DE UTILIZARE
Capitolul 5 urmărește realizarea unui manual de utilizare care să sublinieze operațiile importante din proiect pe care un operator trebuie să le execute: pornirea liniei de asamblare și monitorizarea producției.
Pentru realizarea acestui manual de utilizare au fost folosite elemente și informații prezentate în capitolele anterioare.
Fiind vorba despre un proces de asamblare automatizat, principala componentă a întregului sistem este PLC-ul. Programele folosite pentru a se realiza automatizarea liniei au fost implementate prin intermediul PLC-ul iar pentru partea de programare a roboților s-a utilizat controllerele care fac parte din elementele de construcție al acestor roboți. Elementele care sunt controlate prin intermediul PLC-ului sunt următoarele:
conveioare.
motoare asincrone de curent alternativ 0.37kw
senzori optici.
stația de dozaj lipici.
cilindrii mecanici comandați.
porțile de securitate.
Fiind vorba despre un proces în care componentele sunt alimentate și acționate folosindu-se energie electrică, este important de știut că întreg sistemul este alimentat de la rețeaua municipală la o tensiune de 380V.
Verificarea prezenței tensiunii la linia de asamblare, se face prin monitorizarea unui led de culoare albă denumit Prezența Tensiune montat pe panoul de comandă prezentat în figura 5.1.


Figura 5.1 Prezență tensiune
Dacă se observă faptul că nu avem prezență de tensiune pentru proiect, dar în părțile aferentei spațiului în care este asamblată linia de producție există prezență de tensiune, se verifică dacă siguranțele principale amplasate în interiorul panoului de comandă sunt în poziția ON, figura 5.2.


Figura 5.2 Siguranțe principale
Pentru a ușura verificarea conexiunile electrice care duc de la PLC la elementele din proiect, s-a făcut trecerea printr-un șir de cleme, de aceea dacă avem prezența tensiune pentru linie și se observă că un element de execuție nu este alimentat(senzor, cilindru comandat, motor) se face verificarea fizică a conexiunii realizate pentru acel element. Șirul de cleme este prezentat în figura 5.4.


Figura 5.3 Șir de cleme
După ce s-a verificat dacă linia de producție are prezență de tensiune și elementele de execuție sunt alimentate, se poate trece la pornirea liniei de asamblare.
Pentru a se realiza pornirea și monitorizarea sistemului, se folosește interfața om-mașină(IOM) montată pe panoul de comandă.


Figura 5.4 Panou de comanda+IOM
Pentru a se porni linia de asamblare, trebuie verificat dacă porțile de securitate sunt închise. Această verificare se face fie fizic fie prin urmărirea secțiunii de ALARME de pe interfața grafică.
Se urmărește aplicarea a celor patru pași esențiali în pornirea linie de asamblare:
pasul 1: se observă că ledul galben de pe interfața grafică este aprins. Pentru a se trece la următorul pas, se menține apăsat pentru trei secunde butonul de reset montat pe panoul de control. Resetarea sistemului se face dacă nu avem în meniul de ALARME alte erori active.
pasul 2: se selectează de pe IOM meniul pentru roboți și se alege robotul care dorim să execute operațiile. Se verifică dacă robotul este în poziția inițială sau se face trecerea la poziția inițială prin apăsarea unui buton R1/R2/R3 GO Home Position. După executarea acestui pas se verifică dacă robotul este pe poziția Enable, poziție selectată prin intermediul unui buton selector prezent în meniul fiecărui robot de pe IOM. Dacă trecerea în poziția Enable nu se poate realiza, se face verificarea în meniul celorlalți roboți dacă unul dintre ei a rămas pe poziția Enable într-un ciclu executat anterior. Roboții sunt în interblocaj de aceea nu se poate opera cu doi roboți deodată.
pasul 3: se trece comutatorul Manual/Automat în poziție de automat.
pasul 4: după îndeplinirea pașilor anteriori se pornește ciclul prin apăsarea butonului start ciclu de pe interfață.


Figura 5.5 Buton Reset și Comutator Manual/Automat


Figura 5.6 Meniul pentru Robot
Pe parcursul executării ciclului, dacă se observă că unele elemente nu execută instrucțiunile definite în cod sau că roboții execută mișcării nedefinite prin cod și care pot pune în pericol integritatea liniei de producție, se acționează imediat butonul de urgență, numit ciupercă.
Fiecare robot are montat pe controller o ciupercă pentru siguranță care în momentul apăsării oprește orice mișcare pe care robotul o execută iar restul elementelor din proiect(senzori, conveiori) funcționează în continuare la parametrii normali.
Dacă este vorba despre o problema generală care are consecințe asupra întregului proiect, se acționează ciuperca de siguranță montată pe panoul de control, care oprește întreg sistemul din execuție, inclusiv roboții.


Figura 5.7 Butonul general de urgență
După finalizarea implementării și realizarea manualului de lucru, urmează testarea, validarea și ajustarea elementelor din sistem pentru o funcționare cât mai precisă.Capitolul 6. TESTARE SI VALIDARE
Testarea liniei de asamblare reprezintă un pas important după proiectarea ei. În timpul montajului liniei de producție apar diverse probleme sau idei noi asupra cărora trebuie reflectat.
Etapele construirii liniei de asamblare a panourilor electrice sunt urmatoarele:
proiectarea părții fizice si mecanice.
demararea lucrării pe baza planului.
montajul pieselor.
realizarea aplicație.
testări intermediare.
testări finale.
validare.
Pentru partea de construcție s-au montat elementele în funcție de planul de lucrare care a fost stabilit anterior. Fiecare pas în parte a fost unul important. Elementele montate sunt independente unul față de celălalt ceea ce a dus la o montare mai ușoară. Planul de construcție conține următorii pași:
montarea benzilor transportoare folosindu-se cadre rigide speciale ceea ce a dus la formarea unui ansamblu rigid.
pentru conveioare s-au montat elementele de mișcare, tamburi plus motoare.
fiecare robot în parte a fost montat având în față un conveior. Montajul a fost realizat pe stative de metal pentru a avea o vedere și o manipulare mai bună asupra întregii suprafețe a conveiorului.
pe fiecare bandă transportoare în parte au fost montate elemente de ghidaj pentru ca operațiile executate să se realizeze cu o precizie mai mare.
au fost montați senzorii și cilindrii mecanici comandați în punctele stabilite anterior.
s-a realizat montajul porților de securitate și au fost realizate legăturile electrice între elementele care fac parte din proiect.
După realizarea montajelor tuturor elementelor, s-a trecut la partea de programare. Aplicația RSLogix permite compilarea și verificarea erorilor de programare. Chiar dacă programul a fost corectat și erorile eliminate, mai rămân greșeli de logică care trebuiesc detectate și corectate de către programator. Pot apărea greșeli la scrierea programului în limbaj LAD, greșeli cum ar fi înlocuirea operațiilor de tip ȘI cu cele de tip SAU care duc la o funcționare greșită a sistemului.
În figura 6.1 este prezentată o parte din codul LAD implementat în RSLogix 5000 pe care se poate observa modul în care sunt interpretați operatorii ȘI/SAU. În prima rețea numită network, ieșirea numită Condiții_generale este activă dacă intrările Emergența, Siguranțe OK, Monitorizare conveior R2, Monitorizare conveior R1, Monitorizare conveior R3 sunt active. În cazul de față s-a reprezentat operația ȘI care reprezintă o însușire și o operație de adunare. Pentru a se exemplifică operația SAU, trecem la rețeaua 3 unde este reprezentat butonul de reset. Se poate observă că pentru ca ieșirea Reset să fie activă, trebuie ca intrarea Reset să fie activă SAU intrarea HMI_PLC_Reset este activă.


Figura 6.1 Diagrama Ladder
După realizarea programului, au fost realizate teste pentru a se dovedi că linia este automatizată iar toate elementele sunt funcționale. Fiecare zonă de lucru a fost testată pe rând atât pentru partea de transport și poziționare produs cât și pentru partea de acționare robotizată. Testele realizate au fost necesare pentru a se observa zonele de lucru în care se mai pot aduce îmbunătățiri.
În timpul testării s-a observat că pentru o mai bună poziționare a produsului pentru prelucrare trebuie să folosim elemente de ghidaj. Elementele de ghidaj care au fost montate, au dus la o mică modificare a părții de proiectare, de aceea poziția senzorilor și a cilindrilor mecanici comandați au trebuit redefinite.
Au fost realizate teste și în partea de programare a roboților, pentru a se observă și verifica dacă operațiile realizate se încadrează în interiorul zonei de lucru și nu au mișcări necontrolate care ar putea pune în pericol integritatea proiectului.
După o prima testare a proiectului s-a observat că senzorul aferent zonei de lucru 3 nu execută comenzile definite în program. S-a realizat o verificare manuală a conexiunii electrice de la PLC la șirul de cleme și de la șirul de cleme la senzor și s-a constatat faptul că în șirul de cleme conexiunea electrică nu a fost realizată corespunzător, fapt care a dus la nealimentarea senzorului.
Pentru partea de testare finală s-au folosit modele pentru sistemele celulare deoarece, proiectul nu dispune momentan de toată materia prima necesară pentru se începe asamblarea panourilor. S-a recurs la folosirea de modele pentru aceste componente pentru a se putea testa toate mișcările definite în program și pentru a se putea observă dacă procesul se desfășoară în limitele stabilite.
Pentru sistemul optic, în prima faza s-a realizat o execuție a programului în care nu s-a folosit modele pentru a se înlocui lentilele și robotul a executat toate mișcările definite dar fără a monta efectiv lentile pe bandă. S-a reușit procurearea de lentile pentru teste și s-a observat că modulul pentru vacuum nu este potrivit pentru a realiza operația de preluare și montare a lentilelor peste sistemul celular, deoarece în timpul plasării deasupra sistemului, lentilă era eliberată într-un mod mai dur fapt ce putea duce la degradarea acestora.
După aceste teste, s-a ajuns la concluzia că generatorul de vaccum trebuie înlocuit cu un model care execută operații cu un grad ridicat de siguranță. După montarea acestui element, au fost realizat un alt set de teste care au dus la un rezultat satisfăcător.
Datorită nenumăratelor teste, sistemul automat de asamblare de panouri fotovoltaice este în stare optimă de funcționare și își îndeplinește toate sarcinile care îi sunt alocate.Capitolul 7. CONCLUZII ȘI POSIBILE DEZVOLTĂRI ULTERIOARE
S-a pornit de la cerința proiectării unei linii de asamblare de panouri fotovoltaice. Montajele pieselor care s-au folosit pentru realizarea liniei au fost executate conform cerințelor de proiectare.
După realizarea planului de construcție, s-au achiziționat materialele necesare astfel proiectul prinzând contur. Prima etapă a fost montarea benzilor pentru partea de transport, montarea motoarelor pentru acționarea acestora,după care s-au montat roboții în pozițiile definite, senzorii, cilindrii comandați și gardurile pentru securitate. După ce linia a fost asamblată s-a realizat conexiunea elementelor din proiect și realizarea programului necesar pentru ca linia să devină automatizată.
Toate acționările motoarelor, senzorilor și cilindrilor mecanici comandați din proiect se face cu ajutorul unui automat programabil montat în interiorul panoului de comandă. PLC-ul folosit în proiect aparține firmei Allen Bradley. Cu acest automat programabil a fost posibilă realizarea părții de control al liniei. Proiectul a fost creat în aplicația software oferită firma Allen Bradley numită RSLogix 5000. Într-un proiect realizat în acest program se pot configura elementele din proces(intrări, ieșiri, memorii) și de asemenea se pot scrie programele de automatizare. Pentru a se realiza programul s-a folosit limbajul de programare LADDER, deoarece este mai ușor de implementat. În final, după realizarea testelor s-a ajuns la un sistem funcțional care îndeplinește cerințele impuse.
Proiectul dispune de elementele principale care definesc un sistem automat: benzi transportoare, roboți, senzori și PLC. Pentru a se beneficia de o funcționare cât mai îndelungată a elementelor din sistem este necesară o automatizare eficientă și o întreținere permanentă, factori care vor duce la un consum de energie minim și la o evitare a posibilelor defecte.
Benzile transportoare, mai numite și conveioare, sunt foarte utilizate în industrie și reprezintă un element important al unui proiect. Cu ajutorul acestor benzi se realizează manipularea elementelor într-un mod mult mai ușor și cu un cost mai scăzut decât dacă transportul s-ar face de către om.
Roboții sunt considerați importanți într-un proiect, deoarece ei sunt programați să execute mișcări complexe într-un ritm ridicat, lucru pe care un om nu ar reuși să îl ducă la bun sfârșit. În cazul proiectului prezentat, roboții sunt cei care execută majoritatea operațiilor și realizează asamblarea de panouri într-un mod cât mai perfect cu putință.
Senzorii și cilindrii mecanici comandați joacă și ei un rol important în proiect ajutând la o poziționare mai exactă a elementelor ce sunt transportate de către conveioare către zona de prelucrare. Sunt ușor de folosit, ușor de montat și reprezintă un factor important într-un proiect de automatizare.
Conexiunile electrice între elemente au fost realizate urmând o schema electrica realizată în cadrul proiectului. Legaturile electrice care au ca rol alimentarea sau comanda unui element din proiect sunt foarte importante formând instalația electrica, un element vital al proiectului.
Sistemele HMI au rolul de a furniza informații utilizatorului. În industrie, majoritatea sistemelor care sunt automate au în componență sisteme grafice pentru monitorizarea și controlul procesului.
PLC-urile sunt utilizate în cea mai mare parte a aplicațiilor din industrie, fiind o componentă care apare în toate etapele de fabricație, transport sau distribuție.
Problemele și rezolvările acestora au fost bine punctate și exemplificate pe parcusul acestei documentații și se dorește ca această lucrare să fie un suport bun pentru viitoarele studii asupra sistemelor automate de asamblare a panourile fotovoltaice.
Proiectul dispune de componente performante care realizează operațiile necesare asamblării de panouri fotovoltaice. Ca și în orice proces de automatizare, se pot aduce unele îmbunătățiri și în cazul liniei de asamblare prezentate. Ca și o posibilă îmbunătățire putem vorbi despre montarea unui conveior care să realizeze deplasarea produsului care iese din zona de lucru 4 și trebuie să ajungă în zona manuală de lucru unde sunt realizate montajele electrice. În momentul de față pentru realizarea montajelor electrice dintre sistemul optic și sistemul celular se folosește un operator, deoarece vorbim despre un proces care nu se execută în mod continuu de aceea un operator poate executa în voie montajele fără a fi presat de timp. Dacă în timp apar modificări asupra liniei de producție și se dorește ca linia să funcționeze în mod continuu, se necesită realizarea unui dispozitiv automat care să înlocuiască operatorul pe partea de conexiuni electrice dintre lentilă și celulă.
Deoarece trăim într-o societate în care timpul este foarte important și prețios, economisirea acestei resurse reprezintă un plus important, iar dacă pe lângă faptul că se realizează această economisire putem spera la alte beneficii cum ar fi creșterea flexibilității și productivității sistemului, atunci rezultă că soluția care a fost aleasă se merită a fi utilizată și exploatată la cote maxime.
Acronime
PLC – Programmable logic controller
AP – Automat programabil
IOM – Interfata om-masina
HMI – Human machine interface
RAM – Random Access Memory
ROM – Read-Only Memory
EPROM – Erasable Programmable Read-Only Memory
EEPROM – Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory
IP – Internet protocol
PC – Personal computer
OSI- Open Systems Interconnection
LAN – Local Area Network
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers
LED – light emitting diode
Bibliografie
[1] Nicula Manuela, Realizarea unui program de conducere cu un automat programabil, 2011 [Online]: http://www.robotics.ucv.ro/.
[2] Teodor V. Chira, Lucrarea 7- Automate programabile(PLC-uri) [Online]:
http://users.utcluj.ro/~cteodor/Lucrari/Automatizari_L7.pdf.
[3] Romica Dilimot, Despre Automate Programabile [Online]:
http://www.slideshare.net/romicadilimot/despre-automate-programabile.
[4] Ioan Nascu Curs PLC, UTCN
[5] Ionut Rus, Automatizarea unei linii pentru asamblarea panourilor fotovoltaice. Programarea Robotilor FANUC, UTCN, 2015
[6]Saceanu Nineta. Roboti industriali [Online]: http://www.robotics.ucv.ro/.
[7] Roboti industriali [Online] http://yamaho.eu/files/roboti.pdf.
[8] mecatronicastiintaviitorului.wikispaces.com
[9] http://www.aie.ugal.ro/sica/curs/Curs3.pdf.
[10] Dr. SZABÓ Loránd , „Curs Mașini electrice și acționări”, 2014-2015;
[11] http://www.wikipedia.com
[12] https://ro.wikipedia.org/wiki/Convertizor_de_frecventa
[13]http://www.seap.usv.ro/~dtiliute/col/Informare_si_documentare/Protocolul_Eth_si_TCP-IP.pdf
[14] https://ro.wikipedia.org/wiki/Ethernet
[15]http://www.seap.usv.ro/~dtiliute/col/Informare_si_documentare/Protocolul_Eth_si_TCP-IP.pdf