PROGRAMUL DE STUDIU: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ [311244]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

PROGRAMUL DE STUDIU: AUTOMATICĂ ȘI INFORMATICĂ APLICATĂ

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: CU FRECVENȚĂ

PROGRAMAREA UNEI STAȚII AUTOMATE DINTR-O LINIE DE ASAMBLARE

PROFESOR COORDONATOR,

S.I. Dr. Ing Costea Claudiu Raul

ABSOLVENT: [anonimizat]

2018

[anonimizat]-o stație automată dintr-o linie de asamblare.

O [anonimizat], unde piesele sunt adăugate succesiv în timp ce ansamblul semifabricat se deplasează de la o [anonimizat].

Prin deplasarea mecanică a [anonimizat] o [anonimizat], aceștia nefiind nevoiți să transporte piesele de la un produs semifabricat staționar.

Linia de asamblare este o [anonimizat]. Acestea sunt concepute pentru organizarea secvențială a muncitorilor, a uneltelor sau a mașinilor, și a pieselor.

[anonimizat], fiecare muncitor efectuează o operație simpla. [anonimizat], [anonimizat]. Pentru ridicarea pieselor grele se folosesc macaralele suspendate sau stivuitoarele.

Asamblarea anumitor piese se realizează pe stații de asamblare de diverse forme. [anonimizat] a decurs corect. Acest lucru se realizează prin implementarea pe stație a unor senzori pentru detecția elementelor ce se doresc asamblare.

O [anonimizat], oferă o [anonimizat]: [anonimizat], posibilitatea verificării dacă asamblarea a [anonimizat].

Capitolul I. [anonimizat], un singur meșteșugar sau o echipă de meșteri creând fiecare piesă a unui produs. [anonimizat], ei creau piesele individuale a produsului, acestea fiind asamblare ulterior în produsul final făcând schimbări în piese până când acestea se potrivesc.

Diviziunea muncii a [anonimizat] a avut monopol în fabricarea în masă a [anonimizat], [anonimizat] a apărea în Europa în ajunul Revoluției Industriale.

Arsenalul Venețian (Figura 1), datând aproximativ din anul 1104, a funcționat similar cu o linie de producție. Navele se deplasau pe un canal și erau montate de diferitele ateliere pe lângă care treceau.

[anonimizat], Arsenalul Venețian a angajat aproximativ 16.000 de oameni care ar fi putut sa producă aparent aproape o [anonimizat], arma și aproviziona o galeră nou construită cu piese standardizate pe baza liniei de asamblare.

Deși Arsenalul Venețian a funcționat până la începutul Revoluției Industriale, metodele liniei de producție nu au devenit comune chiar și atunci.

Revoluția Industrială

Revoluția Industrială a dus la o creștere rapidă a producției și invenției.

Multe ramuri industriale, cum ar fi industria textilă, de arme de foc, de ceasuri, a vehiculelor trase de cai, locomotive, mașini de cusut și biciclete au fost îmbunătățite în manipulare, prelucrare și asamblare în timpul secolului al XIX-lea, dar conceptele de inginerie industrială și logistică nu au fost încă desemnate.

Moara de făină automată, construită de Oliver Evans în anul 1785, a fost numită începutul manipulării moderne a materialului în masă.

Moara lui Evans a folosit conveioare din șuruburi, conveioare cu bandă de pânză și alte dispozitive mecanice pentru a automatiza complet procesul de fabricare a făinii. Inovația s-a răspândit și în alte fabrici, chiar și la fabricile de bere.

Probabil cel mai vechi exemplu industrial al unui proces de asamblare liniar și continuu este Portsmouth Block Mills, construit între 1801 și 1803.

Marc Isambard Brunel cu ajutorul lui Henry Maudslay și a altor persoane, a proiectat 22 de tipuri de mașini-unelte pentru a face piesele pentru blocurile de manipulare folosite de Flota Navală Regală.

Această fabrică a fost atât de reușită încât fost folosită până în anii 1960, atelierul încă fiind vizibil la HM Dockyard din Portsmouth și conținând unele dintre mașinile originale.

Unul dintre cele mai vechi exemple al unui plan general aproape modern al unei fabrici, conceput pentru ușurarea manipulării materialelor, a fost Bridgewater Foundry.

Terenul fabricii a fost mărginit de Canalul Bridgewater și căile ferate Liverpool și Manchester. Clădirile au fost aranjate într-o linie cu o cale ferată care să transporte produsul prin clădiri.

Macaralele au fost folosite pentru ridicarea greutăților, care uneori cântăreau zeci de tone. Traseul produsului era secvențial până la construirea cadrului și asamblarea finală.

Prima linie de asamblare a fost inițiată la fabrica lui Richard Garrett & Sons, Leiston Works din Leiston, județul Suffolk din Anglia, pentru fabricarea de motoare portabile cu aburi. Suprafața liniei de asamblare a fost numită ”The Long Shop” (Atelierul Lung) din cauza lungimii sale și a fost complet operațională la începutul anului 1853.

Cazanul a fost adus de la turnătorie și pus la începutul liniei și, pe măsură ce trecea prin clădire, era oprit la diferite etape în care se mai adăugau piese.

De la nivelul superior, unde au fost făcute unele piese, piesele mai ușoare au fost coborâte pe un balcon și apoi fixate pe produsul de la nivelul solului. Produsul era considerat complet când a ajuns la capătul fabricii.

Secolul XIX

La începutul secolului al XIX-lea, dezvoltarea mașinilor-unelte, cum ar fi strungul de tăiere cu șuruburi, mașinile de rabotat și mașinile de frezat, precum și controlul traseelor de scule prin dispozitive de fixare, au oferit premisele liniei de asamblare moderne, făcând părțile interschimbabile o realitate practică, urmând ca, conveioarele cu aburi să fie folosite pentru încărcarea și descărcarea navelor în ultimul trimestru al secolului al XIX-lea.

Industria de carne din Chicago este considerată a fi una dintre primele linii industriale de asamblare (sau linii de dezasamblare) care a fost utilizată în Statele Unite începând cu anul 1867. Lucrătorii stăteau în posturi fixe, și un sistem de scripete aducea carnea la fiecare lucrător ca aceștia să îndeplinească o sarcină. Henry Ford, împreună cu alte persoane, au scris despre influența acestei practici de la abator asupra evoluțiilor ulterioare de la compania Ford.

Secolul XX

Implementarea producției în masă a unui automobil prin intermediul liniei de asamblare poate fi creditată lui Ransom Olds, care a folosit-o pentru a construi primul automobil produs în masă, Oldsmobile Curved Dash. Olds a brevetat conceptul liniei de asamblare pusă în funcțiune în fabrica sa Olds Motor Vehicle Company din 1901.

La Ford Motor Company, linia de asamblare a fost introdusă de William ”Pa” Klann la întoarcerea sa de la vizita abatorului Swift & Company din Chicago, unde a văzut ceea ce s-a numit ”linia de dezasamblare”, unde carcasele au fost măcelărite în timp ce se deplasau pe un conveior. Atenția i-a fost atrasă de eficacitatea unei persoane care înlătura aceeași bucată mereu fără să se miște. El a raportat ideea lui Peter E. Martin, care urma să fie șeful producției la Ford, și care, deși era îndoielnic la vremea aceea, l-a încurajat să procedeze. Alte persoane de la Ford au pretins că ei i-au dat ideea lui Henry Ford, dar descoperirea abatorului de către William ”Pa” Klann este bine documentată în arhivele Muzeului Henry Ford, făcându-l un contribuitor important la conceptul modern de linie automată de asamblare. Ford a fost apreciativ după ce a vizitat instalația de manipulare foarte automatizată a comenzilor poștale Sears în jurul anului 1906. La Ford, acest proces a fost o evoluție prin încercări și greșeli. Unele baze pentru o astfel de dezvoltare au fost date de planul general al plasamentului mașinilor-unelte pe care Walter Flanders îl făcuse la Ford până în 1908

Linia de asamblare a fost dezvoltată pentru Ford Model T și a început să funcționeze la 7 octombrie 1913 la Highland Park Ford Plant și a continuat să evolueze după aceea. Linia de asamblare, condusă de conveioare, a redus timpul de producție pentru un model T la doar 93 de minute prin împărțirea procesului în 45 de pași. Producând mașini mai repede decât vopseaua se putea usca, linia a avut o influență imensă asupra lumii.

În 1922 Ford ,prin intermediul lui Crowther, a spus că linia sa de asamblare din 1913 ar fi prima linie în mișcare instalată vreodată. Ideea a venit într-un mod general de la sistemul pe care îl folosesc în abatorul din Chicago.

Totuși, Charles E. Sorensen, în memoriul său din 1956, "Patruzeci de ani cu Ford", a prezentat o altă versiune a dezvoltării, care nu se referea atât la "inventatorii" individuali, ci la dezvoltarea graduală și logică a ingineriei industriale:
“Ceea ce a fost elaborat la Ford a fost practica de a muta lucrarea de la un muncitor la altul până când a devenit o unitate completă, apoi aranjarea mersului acestor unități la momentul potrivit și locul potrivit pentru crearea unei linii de asamblare finale în mișcare din care rezultă produsul finit. Indiferent de folosirea anterioară a unora dintre aceste principii, linia directă de succesiune a producției în masă și intensificarea acesteia în automatizare rezultă direct din ceea ce am elaborat la Ford Motor Company între anii 1908 și 1913. Henry Ford este, în general, considerat părintele producției în masă. El nu a fost. El a fost sponsorul.”

Ca urmare a acestor evoluții în metodă, mașinile Ford au ieșit din linie în intervale de trei minute. Acest lucru a fost mult mai rapid decât metodele anterioare, producția crescând cu opt la unu (necesitând 12,5 ore înainte, 1 oră 33 minute după), în timp ce se consumă mai puțină forță de muncă. Această metodă a fost atât de reușită, încât vopseaua a devenit o obstrucție. Numai negru japonez s-ar usca destul de repede, obligând compania sa renunțe la varietatea de culori disponibile înainte de 1914, pana când lacul Duco cu uscare rapida a fost dezvoltat in 1926.

Tehnica liniei de asamblare a fost o parte integrantă a răspândirii automobilului în societatea americană. Costurile scăzute ale producției au permis ca modelul T să se încadreze în bugetul clasei de mijloc americane. În 1908, prețul modelului T era aproximativ 825 dolari, iar până în 1912 a scăzut la aproximativ 575 dolari. Această reducere a prețurilor este comparabilă cu o reducere de la 15.000 dolari la 10.000 dolari la valoarea dolarului din anul 2000. În anul 1914, un lucrător al liniei de asamblare putea să cumpere un model T cu banii câștigați în doar patru luni.

Procedurile complexe de siguranță ale Ford – în special prin atribuirea fiecărui lucrător la o anumită locație, în loc să le permită să se deplaseze, a redus dramatic accidentele la locul de muncă. Combinația dintre salariile mari și eficiența ridicată se numește "fordism" și a fost copiată de majoritatea industriilor mari.

Creșterea eficienței de la linia de asamblare a coincis, de asemenea, cu decolarea Statelor Unite. Linia de asamblare a forțat lucrătorii să lucreze într-un anumit ritm cu mișcări foarte repetitive, ceea ce a condus la mai multă producție pe lucrător, în timp ce alte țări foloseau metode mai puțin productive.

În industria automobilelor, succesul său a dominat și sa răspândit rapid în întreaga lume. Ford Franța și Ford Marea Britanie în 1911, Ford Danemarca 1923, Ford Germania și Ford Japonia 1925; în 1919, Vulcan a fost primul producător nativ european care a adoptat-o. În curând, companiile erau nevoite să aibă linii de asamblare, sau riscau să dea faliment dacă nu reușeau să concureze; până în 1930, 250 de companii care nu au avut linii de asamblare dispăruseră.

Cererea masivă de materiale militare în al doilea război mondial a solicitat crearea unor tehnici de asamblare în domeniul construcțiilor navale și a producției de aeronave. Mii de nave au fost construite utilizând extensiv prefabricarea, permițând asamblarea unei nave să fie finalizată în săptămâni sau chiar zile.

După ce s-au produs mai putin de 3.000 de avioane pentru armata Statelor Unite ale Americii în anul 1939, producătorii americani de avioane au construit peste 300.000 de avioane în al doilea război mondial Vultee Aircraft Corporation a inițiat utilizarea liniei de asamblare pentru fabricarea aeronavelor, iar celelalte companii au urmat repede.

Avantaje și dezavantaje

Unul dintre cele mai mari avantaje care poate fi observat este îmbunătățirea condițiilor de muncă. Henry Ford, în autobiografia sa din anul 1922 menționează câteva beneficii ale liniilor de asamblare. Acestea includ:

Angajații nu ridică greutăți

Angajații nu se înclină sau îndoaie

Nu este necesară o pregătire specială

Aproape oricine poate îndeplinii sarcinile locului de muncă

Asigură loc de muncă imigranților

Câștigurile de productivitate au permis companiei Ford să majoreze plata salariilor de la 1,50 dolari pe zi la 5,00 dolari pe zi, odată ce angajații au ajuns la trei ani de serviciu pe linia de asamblare. Ford a continuat să reducă orele de lucru săptămânale, reducând în același timp în mod continuu prețul modelului T.

Aceste obiective par altruiste; totuși, sa argumentat că au fost implementate de Ford pentru că atunci când linia de asamblare a fost introdusă în 1913, sa descoperit că atât de mare a fost dezgustul angajaților față de noul sistem de mașini, astfel că "de fiecare dată când compania a dorit să adauge 100 de angajați în fabrică, a fost necesar să angajeze 963".

Oricât de avantajoasă este linia de asamblare, aceasta are și dezavantaje. Unele dintre cele mai importante dezavantaje sunt problemele sociologice, unde s-a observat că mulți lucrători simt alienare socială si plictiseală din cauza repetării aceleiași sarcini toată ziua.

Unul dintre cei mai cunoscuți critici ai capitalismului, Karl Marx, a exprimat în teoria sa Entfremdung convingerea că, pentru a obține satisfacția locului de muncă, lucrătorii trebuie să se vadă în obiectele pe care le-au creat, că produsele ar trebui să fie ”oglinzi în care muncitorii își văd reflectată natura lor fundamentală”. Marx a privit munca ca o șansă pentru noi să externalizăm aspectele personalității noastre. Specializarea, după cum spun Marxiștii, face pentru orice lucrător foarte dificil ca acesta să simtă că poate contribui la nevoile reale ale omenirii. Natura repetitivă a sarcinilor specializate determină un sentiment de deconectare între ceea ce angajații fac toată ziua, cine sunt ei cu adevărat și cu ce ar putea contribui în mod ideal la societate. De asemenea, Marx a susținut că locurile de muncă specializate sunt nesigure, deoarece lucrătorul este consumabil de îndată ce costurile cresc, iar tehnologia poate înlocui munca umană mai scumpă.

Deoarece muncitorii trebuie să stea în același loc ore întregi și să repete aceeași mișcare de sute de ori pe zi, și leziunile de stres repetitiv sunt o posibilă patologie a securității ocupaționale. Zgomotul industrial a fost, de asemenea, dovedit periculos. Când nu era prea mare, muncitorilor le era adesea interzis să vorbească. Charles Piaget, un muncitor calificat la fabrica LIP, a reamintit că, pe lângă faptul că a fost interzis să vorbească, lucrătorii semi-calificați aveau doar 25 de centimetri în care să se miște. Ergonomia industrială a încercat mai târziu să minimizeze trauma fizică.

Beneficiile stațiilor automate

Proiectarea și construirea unui sistem de asamblare automată cu mai multe stații necesită timp. Un proiect simplu ar putea dura de la 12 până la 14 săptămâni. Unul complex, ar putea dura de trei-patru ori mai mult.

Din moment ce este esențial pentru producători a fii primii care scot produsul pe piață, iar ciclurile de viață ale produselor sunt măsurate în luni, nu ani, aceștia nu au întotdeauna luxul de a aștepta câteva luni pentru ca un sistem de asamblare să poată fi folosit. Orice lucru care poate scurta timpul necesar proiectului poate oferi unui producător un avantaj competitiv.

În acest scop, odată cu apariția controalelor distribuite, a micro PLC-urilor și a tehnologiilor de rețea și comunicații, mulți integratori de sisteme au dezvoltat celule (stațiile de asamblare modulare, standardizate și preconfigurate, pentru reducerea costurilor, sporirea flexibilității și scăderea timpului de construcție.

Pe lângă timpul de dezvoltare mai scurt, un avantaj major al celulelor standard de asamblare este flexibilitatea.

Celulele automate pot fi configurate ca o stație de lucru autonomă, automată cu încărcare și descărcare manuală, sau mai multe celule pot fi legate între ele prin intermediul conveioarelor pentru a crea o linie de asamblare complet automatizată.

Celulele pot fi dotate cu tehnologii de asamblare, testare și inspecție, cum ar fi cadrane de indexare rotative, roboți, sisteme video, alimentatoare de piese, supape de distribuție, șurubelnițe, prese, etc. De asemenea, ele pot fi configurate pentru operațiuni de manipulare a pieselor, sudare cu ultrasunete, inspecție folosind sistemul video, etc., iar pentru flexibilitate maximă, celula poate fi echipată cu propriul controler și panou de control. Tehnologia de schimbare rapidă plug-and-play permite adăugarea, scoaterea, rearanjarea sau schimbarea eficientă a mașinilor de pe linia de asamblare, chiar și după ce linia a fost predată clientului.

Acest tip de flexibilitate poate fi important pentru producători pentru a putea răspunde volumelor de producție în schimbare. De exemplu, este posibil să se înceapă cu un volum scăzut, astfel încât este nevoie doar de o stație semiautomată, iar pe măsură ce volumul producției crește, se poate conecta stația semiautomată împreună cu alte stații suplimentare pentru a crea un sistem de asamblare complet automat. Apoi, când producția scade, se poate opri acest sistem și reutiliza stațiile pentru următorul produs.

O tehnologie de bază pentru celulele de asamblare standardizate sunt componentele automatizate modulare cu inteligență încorporată. De exemplu, terminalul de supape pneumatice CPX / MPA oferit de Festo.

Acest terminal este compatibil cu PLC-urile de la Allen-Bradley, Siemens, Mitsubishi și Omron, și permite inginerilor să extindă cu ușurință intrările si ieșirile, poate fi conectat pneumatic și electric rapid și cu flexibilitate la orice componentă de automatizare, în conformitate cu orice standard specific companiilor.

Volumul și lungimea redusă a cablurilor și a tuburilor care trebuie conectate simplifică și reduce timpul de instalare. De asemenea, acest dispozitiv oferă funcții de diagnosticare care ajuta, de exemplu, la întreținerea preventivă.

Capitolul II. Rețele de comunicații

Modelul de referință OSI (Open Systems Interconnection)

Modelul de referință OSI are ca scop ghidarea furnizorilor și dezvoltatorilor, astfel încât produsele de comunicare digitală și programele software create de ei să poată integra și facilita un cadru clar care să descrie funcțiile unui sistem de rețea sau de telecomunicații. Pe scurt, OSI este un model de referință pentru modul de comunicare a aplicațiilor într-o rețea.

Majoritatea furnizorilor implicați în domeniul de telecomunicații încearcă să descrie produsele și serviciile lor în raport cu modelul OSI. OSI, deși este util în evaluarea și ghidarea furnizorilor și a dezvoltatorilor, este rareori implementat așa cum este deoarece puține produse de rețea păstrează funcțiile în straturi bine definite. Suita de protocoale TCP/IP , care definește internetul, nu se conformă perfect cu modelul OSI.

OSI, dezvoltat de companiile mari de computere și telecomunicații, a fost inițial destinat ca o specificație detaliată a interfețelor reale. Ulterior s-a decis ca acesta să stabilească un model comun de referință prin care alte persoane să poată dezvolta interfețe detaliate, care, la rândul lor ar putea deveni standarde pentru transmiterea pachetelor de date. Arhitectura OSI a fost adoptată oficial ca standard internațional de către Organizația Internațională de Standardizare.

Nivelurile Modelului OSI

Idea principală a modelului OSI este că procesul de comunicare între două puncte finale într-o rețea poate fi împărțit în șapte grupuri (sau nivele) distincte de funcții. Aceste nivele de funcții sunt furnizate de o combinație de aplicații, sisteme de operare, drivere ale plăcilor de rețea și hardware de rețea, care permit sistemului să transmită un semnal de printr-o rețea Ethernet sau prin cablu cu fibra optică, sau prin Wi-Fi sau alte protocoale wireless.

Cele 7 nivele ale modelului OSI sunt:

Nivelul 1 – Nivelul fizic – Acest nivel transmite fluxul de biți prin rețea, fie electric, mecanic sau prin unde radio. Nivelul fizic acoperă o varietate de dispozitive și medii, cum ar fi cabluri, conectori, receptoare și transmițătoare

Nivelul 2 – Nivelul legătură de date – Acest nivel stabilește legături între rețeaua fizică, punând pachetele în cadre de rețea. Acest nivel are 2 subniveluri: nivelul de control al legăturii logice și stratul de control al accesului media (MAC). Tipurile de niveluri MAC includ specificațiile wireless Ethernet și 802.11.

Nivelul 3 – Nivelul de rețea – Acest nivel are rolul de a transmite datele pe calea, direcția și la destinația corectă. IP-ul este nivelul de rețea pentru internet.

Nivelul 4 – Nivelul de transport – Acest nivel are rolul de a crea pachetele de date, a le transporta și a verifica pachetele pentru erori în datele trimise, în momentul sosirii. Pe internet, aceste servicii sunt furnizate de TCP (Transmission Control Protocol) și UDP (User Datagram Protocol) pentru majoritatea aplicațiilor.

Nivelul 5 – Nivelul sesiunii – Acest nivel stabilește, coordonează și termină conversațiile. De asemenea, serviciile acestui nivel includ autentificarea și reconectarea după o întrerupere. Pe internet, aceste servicii sunt furnizate de TCP și UDP pentru majoritatea aplicațiilor.

Nivelul 6 – Nivelul de prezentare – Acest nivel este integrat, de obicei, în sistemul de operare, și are rolul de a converti datele de intrare și ieșire de la un format de prezentare la altul (de exemplu, criptarea unui text la trimitere, și decriptarea textului la primire)

Nivelul 7 – Nivelul de aplicație – Acesta este nivelul la care sunt identificați partenerii de comunicare, unde capacitatea rețelei este evaluată și unde datele sau aplicația sunt prezentate într-o forma vizuală pe care o poate înțelege utilizatorul. Acest strat nu este aplicația în sine, ci este setul de servicii pe care o aplicație ar trebui sa le poată utiliza direct, deși unele aplicații pot efectua funcțiile nivelului de aplicație.

Rețelele Ethernet și Ethernet/IP

Ethernet

Ethernet este cea mai răspândită tehnologie de rețea locală (LAN), și este un protocol TCP/IP al nivelului de legătură de date, care descrie modul în care dispozitivele din rețea pot formata datele pentru transmiterea lor către alte dispozitive din același segment de rețea, și cum să pună aceste date în conexiunea la rețea. Ethernet atinge atât nivelul 1 – nivelul fizic, cât și nivelul 2 – nivelul legătură de date a modelului de referință OSI, și definește două unități de transmisie: pachet și cadru. Aceste cadre conțin informații care indică adresele MAC ale expeditorului și ale receptorului, informații pentru sincronizare, și verificarea erorilor.

Ethernet face parte din familia de standarde cunoscute ca IEEE 802.3, și a fost dezvoltat inițial de Xerox și standardizat în anul 1983. A fost conceput pentru a rula cabluri coaxiale, însă, în zilele noastre, rețeaua Ethernet utilizează, în general, calități speciale de cabluri torsadate sau cabluri de fibră optică. Standardele Ethernet sunt într-o evoluție continuă pentru a cuprinde viteze de transmisie mai mari, modificări ale conținutului cadrului și cerințele de funcționare (de exemplu, 802.3af care definește Power Over Ethernet – POE – necesar pentru majoritatea implementărilor Wi-Fi și IP de telefonie).

Standardele Wi-Fi (IEEE 802.3a, b, g, n, ac) definesc echivalentul standardelor Ethernet pentru rețelele wireless.

Ethernet a presupus, inițial, un mediu partajat: dispozitive multiple pe fiecare segment al rețelei, conectate ulterior prin topologia stea prin intermediul hub-urilor Ethernet, care replicau tot traficul primit pe un port și îl trimiteau către toate porturile. Ca urmare, se definește o metoda de partajare a mediului CSMA/CD ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection. Prin această metodă, dispozitivele Ethernet vor verifica dacă cineva transmite în acest moment (CSMA), și dacă este cazul (CD), va aștepta un timp scurt înainte de a încerca retransmiterea. În timp, hub-urile Ethernet au fost înlocuite de switch-uri, care trimit fiecărui port doar traficul direcționat spre dispozitivul conectat la acel port.

Acest lucru, combinat cu migrarea de la cablul coaxial la cablul cu fire torsadate și fibră optică, a făcut ca problemele de mediu partajate să fie un lucru de trecut.

Cele mai des întâlnite sisteme Ethernet se numesc 100 BASE-T, unde BASE-T înseamnă că sistemele utilizează cabluri cu fire torsadate, și asigură viteze de transmisie de până la 100 Mbps. Gigabit Ethernet oferă viteze de 1000 Mbps și 10 Gigabit Ethernet oferă până la 10 Gbps. Vitezele mai mari sunt în continuă dezvoltare. Inginerii de rețea folosesc, în general, 100 BASE-T pentru conectarea computerelor utilizatorilor, a imprimantelor și a dispozitivelor asemănătoare; Gigabit Ethernet, sau 1000 BASE-T, pentru servere și stocare; iar vitezele mai mari pentru segmentele de rețea importante.

Ethernet/IP

Într-o rețea de automatizare, există un singur tip de rețea capabil de realizarea comunicației la fiecare nivel. Acest tip de rețea se numește Ethernet/IP (Protocol Industrial Ethernet).

Rețeaua de tip Ethernet/IP este o combinație între Ethernet și protocolul CIP (Common Industrial Protocol), care oferă comunicație robustă în timp real pentru aplicațiile variate de automatizare (control, siguranță, sincronizare, mișcare, configurare, etc.).

Ethernet/IP este un standard de comunicații de rețea capabil să manipuleze cantități mari de date la viteze de 10 Mbps sau 100 Mbps, și până la 1500 de biți pe pachet. Standardul folosește un protocol deschis la nivelul aplicației și este foarte popular pentru aplicațiile de control.

Acest tip de rețea utilizează, de obicei, tipologia stea, care este ușor de configurat, operat, întreținut și extins. De asemenea, permite mixarea produselor de 10 Mbps și 100 Mbps și este compatibil cu majoritatea switch-urilor Ethernet.

Ethernet/IP este utilizat cu computere personale, roboți, dispozitive de intrare / ieșire și adaptoare, PLC-uri, etc., iar acest standard este susținut de Asociația Industrială Ethernet (IEA), ControlNet International (CI) și Open DeviceNet Vendor Association (ODVA).

Avantajele acestui tip de rețea includ:

Servicii care permit simultan controlul, configurarea și colectarea datelor de la dispozitivele inteligente, într-o singură rețea, sau de a folosi o rețea principală pentru mai multe rețele distribuite CIP.

Compatibilitatea cu protocoalele de internet (HTTP, FTP, DHCP, etc.) și protocoalele industriale standard pentru acces și schimb de date (OPC).

Conformitatea cu standardele IEEE Ethernet, care oferă posibilitatea de alegere a vitezei rețelei, și o arhitectura flexibilă și compatibilă cu opțiunile de instalare Ethernet disponibile.

Capitolul III. Automate Programabile Logice (PLC)

Scurt istoric

PLC-ul este un computer digital folosit pentru automatizarea proceselor electromecanice în fabrici. El este proiectat pentru folosirea a mai multor intrări și ieșiri, astfel încât să putem primi date de la senzori, sa lucrăm cu aceste date, și sa comandăm dispozitivele legate la PLC.

Primul PLC a fost creat de inginerii de la General Motors în anul 1968, când compania căuta o alternativă care să înlocuiască sistemele de control prin relee complexe. Cerințele lor la noul sistem de control erau următoarele:

Programare simplă

Programul să se schimbe fără intervenție în sistem

Sa fie mai mic, mai ieftin si mai sigur decât sistemele de control cu relee

Întreținere simplă și ieftină

PLC-urile din acea vreme foloseau, în general, programarea în scară logică (Ladder Logic), cu scopul de a reduce timpul și costurile training-ului electricienilor, sau programarea cu liste de instrucțiuni (Instruction List).

PLC-urile din zilele noastre au posibilitatea de a fi programate folosind următoarele tipuri de programare:

Scară Logică

Lista de Instrucțiuni

Text Structurat

Diagrame cu Funcții Bloc

Diagrame de Stare Secvențiale

Structura generală a unui PLC

Structura unui PLC poate fi descompusă în două parți:

Partea Hardware

Partea Software

Structura Hardware a PLC-ul este bazată pe o unitate centrală care conține un microprocesor, memorie, un număr de intrări pentru primirea semnalelor de la senzori, traductoare și operatori, un număr de ieșiri pentru a transmite comenzile către alte dispozitive conectate la PLC, și interfețe paralele și/sau seriale pentru conectarea mai multor PLC-uri intre ele sau conectarea la PC. Pentru conectarea la rețea în scopul comunicării cu alte dispozitive de proces, interfețe om-mașină, alte PLC-uri sau calculatoare, PLC-urile din ziua de azi au plăci de rețea integrate sau module de comunicații.

Toate aceste componente au forma unor module care se instalează în sloturile unui sertar de bază, care are rolul de a încorpora sub o formă compactă a acestor module și de a asigura comunicația între ele.

Sertarele de bază pot fi integrate cu sursa de alimentare necesară pentru funcționarea modulelor, însă nu toate sertarele au această sursă, dar ele permit instalarea lor prin intermediul unor module ce conțin aceste surse.

Structura Software a PLC-ului este creat și adaptat de utilizator conform nevoilor sale. Crearea programului PLC se poate realiza prin diferite medii de programare (De exemplu RSLogix 5000 oferit de Rockwell Automation pentru PLC-urile Allen-Bradley), standarde, metode și limbaje de programare, unele mai intuitive decât celelalte, acestea necesitând cunoștințe de programare mai avansate.

De obicei, companiile producătoare de PLC-uri furnizează utilizatorilor propriile medii de programare și simulare pentru programarea PLC-ului, împreuna cu documentația acestora.

Modulele de intrări și ieșiri

Transferul semnalelor între diferitele dispozitive și senzori aflați în instalație și PLC este rolul modulelor de intrări și ieșiri. Colectarea și transferul semnalelor de la senzori, operatori și de la diferitele dispozitive aflate în instalație sunt asigurate de modulele de intrare, în timp ce modulele de ieșire asigură transmiterea comenzilor de la PLC la dispozitivele din rețea. Semnalele transferate pot fi de digitale și analogice.

Diferența dintre modulele de intrări și ieșiri analogice și digitale:

Semnalele analogice sunt semnale variabile, acestea au mai multe stări. Semnalele de intrare analogice pot reprezenta elemente cum ar fi temperatura, nivelul sau debitul. Semnalele de ieșire analogice sunt de asemenea variabile, și se pot utiliza pentru deschiderea unei valve într-o poziție dorită.

În schimb, semnalele digitale sunt utilizate pentru reprezentarea unor elemente care au doar două stări, cum ar fi ON (bitul este 1) și OFF (bitul este 0) în cazul semnalelor digitale de intrare. În cazul semnalelor digitale de ieșire, acestea sunt folosite pentru controlarea elementelor care de asemenea, au două stări, cum ar fi START și STOP pentru pornirea și oprirea unui dispozitiv.

Semnalele analogice pot fi citite doar de un modul de intrări / ieșiri analogic, dar pentru cele digitale se pot folosi și modulele de intrări / ieșiri analogice, și cele digitale. În practică, semnalele digitale nu vor fi conectate la un modul de intrări / ieșiri analogic niciodată, deoarece aceste module sunt mult mai scumpe față de cele digitale.

Capitolul IV. Configurarea și programarea stației automate

Descrierea și procesul stației automate

Scopul acestei stații este de a presa rulmentul, inelul de siguranță și butucul roților de mașină.

Pentru comandarea acestei stații automate se folosește un PLC (Programable Logic Controller), sau AP (Automat Programabil) Allen-Bradley de tip 1756-L73S GuardLogix 5570, care are comunicație cu terminalele de valve CPX-FB36 folosite pentru conectarea pneumatică si electrică, module de intrări și ieșiri, senzori inductivi, prese electrice și dispozitive RFID. Această comunicație este realizată prin rețeaua de tip Ethernet/IP.

În această stație, procesul poate fi împărțit în 3 etape independente una față de cealaltă:

Prima poziție de lucru

Masa rotativă

A doua poziție de lucru

Prima poziție de lucru

Procesul începe în momentul în care paletul încărcat cu piese (rulmentul, butucul și roțile) și transportat de un conveior dintr-o stație anterioară, ajunge la intrarea în stație unde este oprit de un blocator (pre-stopper). În acest moment, paletul va fi eliberat în stație doar daca nu există palet în mișcare în interiorul stației sau în prima poziție de lucru (Figura 7). După eliberarea paletului în stație, acesta va fi din nou oprit de un blocator (stopper) în prima poziție de lucru, deasupra unui lift pneumatic. Liftul se ridică, iar PLC-ul dă comanda de pornire a robotului pentru a-si începe programul.

Acest robot, în prima fază ia primul rulment și îl pune în poziția necesară pentru presare, urmând ca presa electrică să fie deplasată pneumatic deasupra rulmentului. În acest moment, presa va primi comanda de pornire de la PLC și își va executa programul propriu. În același timp, robotul va primi comanda de a poziționa al doilea rulment pentru a fi pregătit de presare. După primirea confirmărilor de finalizare a sarcinii (Job Done) de la presă și robot, PLC-ul va da comanda de deplasare a presei pentru a doua presare.

În timpul celei de a doua presare a rulmentului, robotul va primi comanda de ridicare a inelului de siguranță, doar dacă inelul a fost transportat de slide în poziția necesară. După ridicarea inelului, acesta va fi poziționat în același loc ca și primul rulment, urmând deplasarea presei. Presa și robotul primesc din nou comanda pentru presare, respectiv ridicare a celui de al doilea inel de siguranță și plasarea lui în aceiași poziție ca cel de-al doilea rulment.

După primirea confirmării de finalizare a sarcinilor, presa se deplasează în poziția de presare al celui de al doilea inel de siguranță și își execută programul, iar robotul se deplasează în poziția de Home. Dacă există palet în a doua poziție de lucru, robotul va primi din nou comanda de pornire a programului pentru poziționarea butucului. După finalizarea presării, liftul coboară, iar paletul este eliberat din stopper către a doua poziție de lucru dacă poziția a doua este liberă și nu există palet în mișcare. După confirmarea că paletul a ajuns în următoarea poziție de lucru, pașii se repetă.

Masa rotativă

Prima dată se verifică existența inelelor în coloana activa (de unde se descarcă) și dacă operatorul a terminat de alimentat coloana opusă. Daca nu există inel în coloana activă, în momentul în care operatorul a apăsat butonul de Job Done, masa rotativă se va roti. În timpul rotației, inelele nu au posibilitatea de a cădea de pe masă din cauza unui blocator. Acest blocator este extras cu ajutorul a 3 cilindrii, doi pentru extragerea propriu zisă, iar unul pentru ridicarea pieselor pentru a putea extrage blocatorul (Figura 8). După rotire, se verifică din nou existența inelului în coloana activa, iar în cazul în care nu există inel, masa se va roti din nou.

Dacă există inel de siguranță in coloana activă, blocatorul va fi extras, iar inelul va cădea pe un dispozitiv de transportare (Figura 9 – Slide-ul), care va transporta inelul într-o poziție accesibilă robotului. Acest lucru se repetă până când nu mai sunt inele disponibile în coloana activă, moment în care blocatorul este introdus din nou în coloana activă, iar apoi se repetă toți pașii.

A doua poziție de lucru

După eliberarea paletului din prima poziție de lucru, in a doua, acesta este oprit din nou deasupra unui lift pneumatic de un stopper. Liftul se ridică, iar PLC-ul dă comanda de pornire a robotului. Robotul ridică butucul de pe palet și îl poziționează pentru presare. Dupa primirea confirmării Job Done de la robot, presa se deplasează spre butuc. Presa primește comanda de pornire în același timp cu robotul. În timpul presării, robotul își va executa programul pentru cel de-al doilea butuc.

Se așteaptă confirmările de la robot si presă, urmând ca presa să se deplaseze spre cel de-al doilea butuc, iar robotul spre poziția de Home. Se începe a doua presare, după care liftul coboară, iar dacă următoarea stație din linia de asamblare este liberă și nu există alt palet în mișcare, acest palet este eliberat din stopper către următoarea stație. După confirmarea că paletul a ajuns în următoarea stație, pașii se repetă.

Configurarea dispozitivelor din rețea

Alocarea IP-urilor și configurarea modulelor sau a dispozitivelor aflate în rețea, se poate face prin utilizarea unor software-uri oferite de producătorii acelor dispozitive, sau, în cazul acestui proiect, utilizarea software-urilor oferite de Rockwell Automation, și anume BOOTP-DHCP Tool și RSLinx Classic.

BOOTP-DHCP Tool – Acest program permite alocarea unei adrese IP unui dispozitiv cunoscând adresa MAC a acestuia, cu condiția ca dispozitivul să aibă opțiunea DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) activa, adică să primească adresa IP în mod automat când dispozitivul este conectat la rețea.

La prima utilizare a programului, utilizatorul este nevoit să introducă masca de subrețea, iar celelalte opțiuni (Gateway, Domain, Primary, Secondary) sunt opționale.

După această configurație, programul va detecta în mod automat conexiunile din rețea care au DHCP activ. Dispozitivele vor fi identificate după adresa lor MAC, urmând selectarea adresei MAC a dispozitivului căruia i se dorește alocarea unei adrese IP statice.

După selectarea dispozitivului, se apasă butonul Add Relation unde este introdusă adresa IP. Opțiunile Hostname și Description sunt opționale, și ajută la identificarea ulterioară a dispozitivului în cazul în care se salvează această configurație la ieșirea din program. După introducerea adresei IP și apăsarea butonului OK, informațiile introduse împreună cu adresa MAC a dispozitivului vor fi afișate în partea de jos a programului.

Pentru a finaliza, se selectează din nou dispozitivul, dar de această dată din partea de jos a programului, iar butoanele Delete Relation, Enable BOOTP/DHCP și Disable BOOTP/DHCP vor deveni active. În final, se apasă butonul Disable BOOTP/DHCP pentru dezactivarea DHCP-ului, iar adresa IP rămâne în dispozitiv.

RSLinx Classic – Acest program are roluri multiple. Pe de-o parte permite alocarea adreselor IP și configurarea dispozitivelor, iar pe de altă parte stabilește comunicarea între PLC și dispozitivele din rețea, și mediul de programare RSLogix 5000, permițând astfel programarea PLC-ului în timp real (Online).

Pentru configurarea modulelor din rețea, în primul rând se apasă butonul RSWho pentru a vedea conexiunile existente și dispozitivele acestora.

Pentru crearea unei noi conexiuni, se deschide meniul Communications și se selectează Configure Drivers. Se selectează tipul de dispozitive, iar în cazul acestui proiect este posibilă selectarea Ethernet devices sau EtherNet/IP Driver.

În final, se apasă butonul Add New pentru crearea acestei conexiuni. Acest buton va deschide o fereastră nouă unde se introduce o denumire și, în funcție de tipul de dispozitive ales, se urmăresc instrucțiunile pentru crearea acesteia. Iar la final, se apasă butonul Start după selectarea conexiunii pentru activarea ei.

În cazul selectării Ethernet devices este necesar cunoașterea adreselor IP a fiecărui dispozitiv din rețea, și adăugarea manuală a acestora prin butonul Configure din meniul Configure Drivers, pentru a fi disponibile configurării și programării online.

În cazul selectării EtherNet/IP Driver, detectarea dispozitivelor din rețea se face în mod automat.

După introducerea dispozitivelor (în cazul selectării Ethernet devices) sau detectarea automată a acestora (EtherNet/IP Driver), programul permite alocarea unui IP diferit, activarea / dezactivarea modului DHCP a dispozitivelor, și configurarea acestora, cu condiția de a avea fișierul EDS (Electronic Data Sheet) al dispozitivelor instalat. Aceste lucruri se fac prin selectarea dispozitivului dorit, click dreapta, și selectarea Module Configuration.

Fișierul EDS este de obicei primit de la producătorul dispozitivului și se poate descărca gratuit de pe site-ul producătorului, și permite programului RSLinx Classic identificarea dispozitivului (producătorul, seria, modelul, etc.) și a parametrilor configurabili.

De asemenea, fișierul EDS este necesar și pentru adăugarea dispozitivelor în structura hardware a programului, acestea nefiind disponibile fără el. În lipsa fișierului EDS, dispozitivele pot fi introduse ca Generic Ethernet Module, și necesită cunoașterea parametrilor acestora.

Configurarea dispozitivelor în RSLogix 5000

Pentru a crea comunicația între PLC și dispozitivele din rețea, aceste dispozitive trebuie adăugate în configurația hardware a programului PLC, adică în folderul numit I/O Configurațion.

Adăugarea unor noi module se face prin click dreapta pe Backplane sau Ethernet și selectarea ”New Module…” pentru crearea unui modul nou, sau ”Import Module…” pentru a importa un modul din alte proiecte.

În urma selectării ”New Module…”, se va deschide o fereastră pentru selectarea tipului de modul. În acest pas este necesar fișierul EDS care, dacă lipsește, modulul dorit nu se va găsi. Este posibilă selectarea unui modul generic și introducerea manuală a parametrilor în cazul lipsei fișierului EDS, dar acest lucru presupune cunoașterea exactă a parametrilor necesari, lucru rareori întâlnit.

În urma selectării modulului dorit și apăsării butonului Create, o nouă fereastră se va deschide. În această fereastră se introduce unu nume pentru modul, adresa IP a acestuia, slotul (dacă este cazul) în care este poziționat, numărul de biți pentru intrare și / sau ieșire, dimensiunea sertarului, etc.

Este necesar ca aceste date introduse să fie în conformitate cu realitatea, deoarece în caz contrar, este posibil folosirea în program a semnalelor de la alte dispozitive sau primirea unei erori de comunicare între PLC și modul.

Modificarea ulterioară (în cazul schimbării modulelor, slotului, IP-ului, etc.) a acestor module este posibilă prin click dreapta, Properties. Fereastra deschisă este asemănătoare cu cea în care se introduc datele la crearea modulului (Figura 18), și permite modificarea completă a modulelor în programarea offline (în urma unei modificări offline, programul trebuie descărcat din nou în PLC). În programarea online modificările posibile sunt limitate neputând schimba, de exemplu adresa IP a unui modul (în urma unei modificări online, programul din PLC se sincronizează cu cel din PC, unde s-a făcut modificarea).

Limbaje de programare

Standardul IEC 1131-3

Standardul internațional pentru limbajele de programare ale PLC-urilor IEC 1131-C descrie conceptele de configurare, resurse, sarcini, program, funcții bloc, funcții și conexiunea dintre ele.

Acest standard se bazează pe un PLC puternic, care permite utilizarea multiprocesoarelor, este multifuncțional (multitasking), are un număr nelimitat de intrări și ieșiri analogice și digitale, permite comunicarea cu alte PLC-uri și calculatoare PC și definește cele cinci limbaje de programare:

Scară Logică sau Diagramă Scară (Ladder Logic sau Ladder Diagram) – limbaj de programare grafic, similar cu principiile unui circuit electric. Permite crearea unei rețele asemănătoare cu cele a Diagramelor cu Funcții Bloc

Listă de Instrucțiuni (Instruction List) – asemănător cu limbajul de asamblare, și constă în listarea succesivă a unor instrucțiuni.

Text Structurat (Structured Text) – permite folosirea instrucțiunilor și a buclelor IF, CASE, WHILE, FOR, REPEAT.

Diagrame cu Funcții Bloc (Function Block Diagram) – limbaj de programare grafic; permite utilizatorului să implementeze orice secvență de programe prin conectarea elementelor.

Diagrame de Stare Secvențiale (Sequential Function Chart) – limbaj de programare grafic; permite descrierea unei secvențe de timp a diferitelor acțiuni din program.

Se poate observa că din cele cinci limbaje de programare, Lista de Instrucțiuni și Textul Structurat sunt limbaje tradiționale a calculatoarelor PC, în timp ce limbajele Diagramă Scară și Diagramele cu Funcții Bloc urmăresc structura regulatoarelor discrete și continue – paralele. Diagrama de Stare Secvențială combină secvențialitatea și paralelismul.

Programarea în limbajul Diagramă Scară (DS)

Mediul de programare al PLC-urilor Allen-Bradley este oferit de Rockwell Automation și este numit RSLogix 5000.

Notiuni și simboluri de baza:

Adevărat – Starea unei instrucțiuni este adevărată dacă structura de date a Tag-ului folosit în instrucțiune îndeplinește cerințele acesteia (în cazul instrucțiunii XIC, bitul să fie 1. În cazul instrucțiunii EQU, valoarea Tag-ului să fie egală cu cea prestabilită sau cu valoarea altui Tag)

Fals – Starea unei instrucțiuni este falsă dacă structura de date a Tag-ului folosit în instrucțiune NU îndeplinește cerințele acesteia.

Bit – O adresă de memorie a automatului programabil

Ieșire fizică – o conexiune fizică la PLC de la un dispozitiv de ieșire, cum ar fi o lampă de semnalizare a operatorului. Exemplu: Nume:O.Data[5].7, unde:

Nume – Este denumirea dispozitivului introdusă în configurația hardware a PLC-ului

O (Output) – Accesarea structurilor de date de ieșire din modul

Data – Structura de date (SINT, INT, DINT, etc)

[5] – Modulul situat în slotul 5

7 – Bitul 7 din structura de date

Intrare fizică – o conexiune fizică la PLC de la un dispozitiv de ieșire, cum ar fi un senzor. Are aceiași structura ca ieșirea fizică, dar în loc de O, va fi I (Input)

Tag – În programarea PLC, un Tag are același rol ca o variabilă în programarea tradițională. Tag-urile pot fi create cu structuri de date diferite, în funcție de nevoi (BOOL, INT, DINT, Timer, String, etc.).

Alias – În programarea PLC, un Alias este ca și un pointer în programarea tradițională. Alias-ul va primi valoarea și structura de date a Tag-ului către care este adresat.

Instrucțiune – o funcție sau un simbol în limbajul DS

Instrucțiunea XIC (Examine If Closed) cu simbolul –] [– – pentru contact normal deschis, verifică dacă este închis. Când instrucțiunea este executată, dacă bitul este 1, atunci instrucțiunea este adevărată. Dacă bitul este 0, instrucțiunea este falsă. Această instrucțiune se poate referi la o intrare fizică, o ieșire fizică, un bit al unui temporizator care indică atingerea timpului presetat sau o bobină internă.

Instrucțiunea XIO (Examine If Open) cu simbolul –]/[– – pentru contact normal închis, verifică dacă este deschis. Când instrucțiunea este executată, dacă bitul este 1, atunci instrucțiunea este falsă. Daca bitul este 0, instrucțiunea este adevărată.

Instrucțiunile EQU, GRT, LES, NEQ – sunt folosite pentru a compara valorile unui Tag cu o valoare prestabilită sau cu un alt Tag.

Instrucțiunea LIM – este o instrucțiune care verifică dacă valoarea Test se încadrează în intervalul definit de limita superioară (High Limit) și limita inferioară (Low Limit)

Instrucțiunea OTE (Output Energize sau Output Coil) cu simbolul –( )– – Bobină de ieșire. Se activează când logica precedentă instrucțiunii devine adevărată, și va fi activată (bitul devine 1) cât timp logica este adevărată. Poate fi folosită ca o bobină internă astfel încât la activarea ei, instrucțiunea XIC va fi adevărată, iar instrucțiunea XIO va fi falsă.

Instrucțiunea OTL (Output Latch) cu simbolul –(L)– – Bobină de ieșire. Se activează când logica precedentă instrucțiunii devine adevărată, și va fi activată (bitul devine 1) cât timp logica este adevărată și nu se folosește altă instrucțiune pentru schimbarea valorii bitului. Poate fi folosită ca o bobină internă, astfel încât instrucțiunea XIC va fi adevărată, iar instrucțiunea XIO va fi falsă. Este folosită de obicei împreună cu instrucțiunea OTU, care resetează valorea bitului. Este folosită des pentru memorarea unor etape în program, cum ar fi memorarea confirmării finalizării programului robotului pentru evitarea executării aceluiași program de mai multe ori.

Instrucțiunea OTU (Output Unlatch) cu simbolul –(U)– – Bobină de ieșire. Se activează când logica precedentă instrucțiunii devine adevărată, și va fi activată (bitul devine 0) cât timp logica este adevărată. Poate fi folosită ca o bobină internă, astfel încât instrucțiunea XIC va fi falsă, iar instrucțiunea XIO va fi adevărată. Este folosită de obicei împreună cu instrucțiunea OTL pentru resetarea valorii bitului.

Bobina internă – Bit programabil pentru simularea releelor în PLC. Nu este conectată la modulele de ieșire, folosite doar pentru memorarea datelor.

Rung (Treaptă) – o parte din program care se termină într-o instrucțiune de ieșire. Ieșirea este activată daca logica condițiilor precedente este adevărată.

Timer (Temporizator) – Instrucțiune programabilă, care necesită un Tag cu structura de date Timer. Permite activarea sau dezactivarea biților după un timp presetat. Timer-ul poate fi de trei tipuri: TON (Timer On Delay), cu temporizare la anclanșare; TOF (Timer Off Delay), cu temporizare la declanșare; și RTO (Retentive Timer ON), care spre deosebire de TON și TOF, nu își pierde valoarea acumulată dacă logica precedentă instrucțiunii devine falsă..

Counter (Numărător) – Instrucțiune programabilă, care necesită un Tag cu structura de date Counter. Permite activarea sau dezactivarea biților după atingerea unui număr presetat. Counter-ul este de două tipuri CTU (Counter UP), care numără crescător, și CTD (Counter Down), care numără descrescător.

Un exemplu al programării în DS folosind unele dintre instrucțiunile prezentate mai sus, este prezentat în Figura 10. Să presupunem că vrem să fim semnalizați printr-o lampă dacă un senzor detectează prezența unui obiect mai mult de 5 secunde. În programul prezentat, se observă două instrucțiuni XIC, una de tip TON, una de tip XIO, și o instrucțiune OTE.

Prima instrucțiune XIC este o intrare fizică a unui senzor, care, după cum se observă, a detectat prezența unui obiect, astfel instrucțiunea a devenit adevărată. Timer-ul s-a activat, dar din moment ce obiectul nu s-a deplasat (sa presupunem că deplasarea este realizată cu un conveior), cele 5 secunde au trecut, si s-a activat bitul DN din structura de date a timer-ului.

Acest bit indică faptul că valoarea acumulată a ajuns sau a depășit valoarea presetată. Bitul EN din structura de date a timer-ului indică faptul că timer-ul este activ, și că logica precedentă instrucțiunii TON este adevărată.

În momentul în care bitul DN de la timer s-a activat, instrucțiunea XIC de pe rung-ul al doilea a devenit adevărată si s-a activat lampa de semnalizare.

Dacă senzorul nu va mai detecta nici un obiect, prima instrucțiune XIC va deveni falsă, iar instrucțiunea XIO de pe al treilea rung va deveni adevărată, astfel activând instrucțiunea RES care va reseta timer-ul. Bitul DN al timer-ului va fi deveni fals, iar bobina de ieșire a lămpii de semnalizare nu va mai fi activată.

Programarea stației automate

Programarea PLC-urilor Allen-Bradley se face prin mediul de programare oferit de Rockwell Automation (RSLogix 5000), mediu de programare care permit programarea în limbajele Diagramă Scară, Diagrame de Stare Secvențiale, Diagrame cu Funcții Bloc și în Text Structurat.

Acest proiect a fost realizat în limbajul Diagramă Scară, și urmărind standardul DCP (Diagnostic Control Program).

Standardul DCP, dezvoltat de Ford, este un standard de secvențe modulare, care definește structura programului pentru ușurarea întreținerii. Acest standard este format din module standard și o bibliotecă de module de funcții de control, având structura orientată pe secvențe, iar diagnosticarea erorilor dinamică.

Acest standard a fost conceput pentru a fi înțeles ușor și de a putea programa online fără compilator. Structura standardului permite un maxim de 30 de secvențe per PLC, fiecare secvență având un maxim de 99 de pași. Având opțiunile de setare, căutare, incrementare și decrementare a pașilor sau de resetare a counter-ului pașilor și posibilitatea schimbării modului de rulare a programului între modul automat, manual, step by step (pas cu pas), single cycle (un singur ciclu) și manual lead through (conducere manual prin program), standardul oferă o flexibilitate mare în manipularea și diagnosticarea programului.

Folosind acest standard, programatorul determină simultan secvența programului și diagnosticul erorilor. Pentru diagnosticarea erorilor (fault-urilor), standardul definește un tabel de erori comun pentru toate secvențele, unde fiecare semnal de intrare va avea o poziție unică din tabel. Dacă semnalul indică o stare greșită într-un anumit pas, atunci bitul din tabelul de erori va deveni 1 și pasul nu se va incrementa. Deci, incrementarea pașilor este realizată atunci când toate semnalele corespunzătoare secvenței indică starea corectă, adică toți biții din tabelul de erori corespunzători semnalelor respective sunt 0.

De asemenea, în fiecare pas vor fi afișate pe interfața om-mașină informații despre pasul respectiv, care conțin numărul pasului, descrierea fault-ului, locația fault-ului în program, starea actuală (de exemplu, se așteaptă închiderea unui clamp), etc.

Pasul este momentul în care are loc una sau mai multe acțiuni, iar reacțiile sale sunt monitorizate. De exemplu, la închiderea și deschiderea simultană a doi clampi, Programul nu va trece în pasul următor până când ambii clampi și-au terminat mișcarea, fapt indicat de senzori.

Definirea pașilor și acțiunile care au loc în pașii respectivi este realizată de programator, cu condiția de a nu depăși 99 de pași per secvență.

Biblioteca de funcții de control definește cel mai bine standardul și constituie un avantaj major al standardului DCP. În această bibliotecă se pot găsii funcțiile standardizate necesare unui proiect. Aceste funcții sunt copiate în secvențe, iar apoi ”personalizate” (setarea pașilor, a butoanelor, a lămpilor, ieșirea, semnalele de intrare, fault-ul, etc.) după necesitatea proiectului.

Structura unei funcții standard de control conține:

Sequence Check – această verificare apare în pașii activi ai mișcării și monitorizează terminarea cu succes a acțiunii. Pasul nu se incrementează până când acțiunea se termină cu succes și acest bit se dezactivează.

Interlock Check – această verificare apare în pașii pasivi, după terminarea mișcării și monitorizează păstrarea poziției dispozitivului / mecanismului. În cazul în care dispozitivul / mecanismul își schimbă poziția, dispozitivul / mecanismul se va opri, iar pe interfața om-mașină va apărea o eroare de interlock.

Funcția Activă – acest bit este folosit ca o bobină internă pentru verificarea condițiilor necesare activării ieșirii de comandă. De obicei are ca și condiție aceiași pași ca și Sequence Check, astfel încât monitorizarea și deplasarea dispozitivului este simultană, iar comanda nu este trimisă către dispozitiv decât când este necesar.

Manual Request – pentru activarea ieșirii de comandă în urma apăsării butonului în mod manual.

In Position – bitul ”în poziție” este folosit pentru semnalizarea altor dispozitive din aceiași secvență sau din secvențe diferite că dispozitivul și-a terminat acțiunea.

Lamp – lampă care semnalizează ca dispozitivul este în mișcare sau că și-a finalizat mișcarea.

Multi – bit folosit pentru activarea fault-urilor. Acest bit are ca și condiții, printre altele, verificările Interlock Check și Sequence Check.

Fault – poziția în tabelul de erori a semnalelor de ieșire. Are ca și condiții bitul Multi și semnalul de intrare care îi corespunde din tabel.

În figurile 20 și 21 se poate vedea prima parte a structurii unei funcții de control standard personalizată pentru acționarea dispozitivului de deplasare într-o direcție a presei electrice. Funcțiile de control sunt, în general, alcătuite din 2 părți: deplasarea în poziția de lucru (work position) și revenirea la poziția de repaus sau poziția inițială (rest position).

Revenirea la poziția inițială se face asemănător cu deplasarea în poziția de lucru, cu unele diferențe. Prima diferență este ieșirea de comandă, care acționează o valvă diferită. Bineînțeles, pașii, butoanele, lămpile, biții InPos și biții de fault vor fi diferiti, iar semnalele de poziționare vor fi inversate.

Aceste funcții de control sunt de diferite tipuri și pot avea modificări în structură. Exemplul prezentat în figurile 20 și 21 este pentru o funcție de control care acționează o ieșire fizică și are ca intrări semnalele senzorilor de poziționare a dispozitivului de deplasare a presei electrice.

În cazul în care este necesară așteptarea unuia sau a mai multor semnale de la un dispozitiv diferit, sau chiar și de la un alt PLC pentru a trece în pasul următor, funcția de control iși va schimba structura, și anume:

Rung-ul care conține bitul FctActive va fi șters

Rung-ul care conține bitul ManReq va fi șters

Rung-ul care conține biții InPos și Lamp va fi modificat. Bitul Lamp va fi șters împreună cu condițiile acestuia. Singura condiție care va rămâne va fi semnalul de intrare după care se asșteaptă

Rung-ul care conține erorile se va modifica în funcție de numărul semnalelor după care se așteaptă. Fiecare semnal va avea alocat un bit de fault.

În cazul unei funcții de control pentru memorarea confirmării finalizării unei sarcini de către un dispozitiv (de exemplu presa electrică) sau robot (de exemplu plasarea primului rulment în poziția corectă pentru presare), modificările din structura funcției nu sunt mari ca în cazul așteptării unui semnal. Acest tip de funcție nu are poziție de lucru sau poziție de repaus, deoarece cea mai notabilă schimbare este instrucțiunea de ieșire, care în figura 21 unde este prezentată funcția pentru deplasarea unei prese este OTE, iar pentru acest tip de funcție este necesar OTL pentru memorare și OTU pentru resetare la finalul ciclului.

Întregul program care comandă această stație automată utilizează aceste funcții standard, cu excepția preselor electrice. Funcțiile preselor electrice au fost făcute de mine în proporție de 80-90%, urmărind aceleași structuri ca cele prezentate anterior.

Capitolul V. Concluzii

În acest proiect am prezentat modul de configurare a modulelor și a dispozitivelor din rețea, limbajul de programare și standardul folosit, și procesul stației automate

În urma acestui proiect, am observat că programarea unui automat programabil pentru punerea în funcțiune a unei stații automate este mai dificil decât pare la prima vedere și necesită cunoștințe din diferite domenii (programare, rețele, pneumatică, electrică, etc.), dar este un sentiment minunat când pui vezi ceea ce ai realizat.

De asemenea, acest domeniu de activitate presupune să cunoști și să știi să folosești cele mai noi tehnologii, să fii inovativ și să ai capacitatea de a rezolva rapid problemele apărute.

Dar oricât de dificil ar fi punerea în funcțiune din punct de vedere software al unei stații, automate sau manuale, sau chiar și al unei linii de asamblare, beneficiile acestora au fost dovedite de-a lungul anilor de către marii producători din întreaga lume și vor continua să fie dovedite.

O îmbunătățire adusă stației, după părerea mea, din punct de vedere mecanic este la structura care susține presele electrice. Modificarea acestei structuri pentru a permite unei singure prese să se deplaseze în ambele poziții de lucru, astfel reducând costurile de la 2 prese, la 1.

O altă îmbunătățire, de această dată din punct de vedere al programului, ar fi diviziunea programului în mai multe secvențe pentru a avea mai puțini pași în fiecare secvență. De exemplu, la masa rotativă în loc de o secvență, sa avem 3 secvențe: una pentru încărcarea mesei, una pentru rotirea mesei, iar ultima pentru extragerea inelului și deplasarea acestuia în poziția de preluare.

Bibliografie

https://en.wikipedia.org/wiki/Assembly_line

https://en.wikipedia.org/wiki/Venetian_Arsenal

http://www.najlepsielectric.com/linii-asamblare/

Shop Class as Soulcraft

https://biblioteca.regielive.ro/proiecte/mecanica/linii-automate-de-asamblare-356301.html

https://www.assemblymag.com/articles/93739-automated-assembly-cells

https://en.wikibooks.org/wiki/Introductory_PLC_Programming

http://www.theplcprogrammer.co.uk/uncategorized/just-in-time-at-jaguar-landrover/

https://www.brunel.ac.uk/~emstaam/material/bit/PLC%20programming%20WEEK%201.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/rm/1756-rm003_-en-p.pdf

http://literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/pm/1756-pm001_-en-e.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Programmable_logic_controller

https://en.wikipedia.org/wiki/Richard_Garrett_%26_Sons

http://manuali.eltex.biz/Manuali_LENZE/Software_manuali/Drive%20PLC%20Developer%20Studio/SW_DDS_IEC1131-3_Introduction_v1-0_EN.pdf

https://en.wikipedia.org/wiki/Ladder_logic

PLC Ladder Logic Programming Tutorial (Basics)

https://library.automationdirect.com/ladder-logic-instructions-the-basics/

https://en.wikipedia.org/wiki/EtherNet/IP

https://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet

https://searchnetworking.techtarget.com/definition/OSI

https://searchnetworking.techtarget.com/definition/Ethernet

https://searchunifiedcommunications.techtarget.com/definition/Ethernet-IP