Realizarea unui sistem centralizat de monitorizare a circuitelor de AGV din departamentul Montaj General [309311]

Universitatea “Politehnica” [anonimizat] a circuitelor de AGV din departamentul Montaj General

Proiect de diplomă

prezentat ca cerință parțială pentru obținerea titlului de

Inginer în domeniul Electronică și Telecomunicații

programul de studii de licență Tehnologii și Sisteme de Telecomunicații (ETC – TST)

Conducători științifici Absolvent: [anonimizat]. [anonimizat] 2020

Figuri

Figura 1.1. Siglă Dacia

Figura 2.1. [anonimizat] 2.2. Elementele componente ale panoului de comandă și ale tabloului electric

Figura 2.3. Radar de securitate

Figura 2.4. Zonele de lucru radar

Figura 2.5. Elementele componente ale stației de incarcare

Figura 2.6. Exemplu circuit AGV

Figura 3.1. a) Modul digital cu 4 intrări b) Modul digital cu 8 intrări

Figura 3.2. Scalance

Figura 3.3. Echipamente HMI

Figura 3.4. Limbaj STL

Figura 3.5. Limbaj FBD

Figura 3.6. Exemple de simboluri folosite în STEP7

Figura 3.7. Ferestre componente WinCC flexible 2008

Figura 3.8. Bara de instrumente

Figura 3.9. Instrumente de personalizare

Figura 3.10. Disponibilitate funcție drag and drop

Figura 3.11. Pornirea sistemului Runtime

Figura 3.12. Alegerea stației și introducerea stației

Figura 3.13. Redenumirea stației

Figura 3.14. Realizarea configurației hardware

Figura 3.15. Deschiderea stației HMI

Figura 3.16. Stabilirea conexiunii

Figura 3.17. Prezentare elemente template

Figura 3.18. Prezentare elemente template și ecran

Figura 3.19. Asociere variabilă pentru TY2

Figura 3.20. Creare corespondențe între interfețe grafice și variabile

Figura 3.21. Fereastră taguri

Figura 3.22. Clase de alarmă

Figura 3.23. Clase de alarmă

Figura 3.24. Definirea alarmei dicrete/analogice

Figura 3.25. Creare ecran pentru alarme

Figura 3.26. Creare interfață alarme

Figura 3.27. Compilare program

Figura 3.28. Simulare program

Figura 3.29. Transfer program în panou operator

Figura 3.30. Rețea Profinet

Figura 3.31. Configurare adresă IP și masca

Figura 3.32. Configurație rețea Profinet

Figura 4.1. Arhitectura generală a unui circuit de AGV

Figura 4.2. PLC-uri utilizate

Figura 4.3. Configurație hardware CA_Proiect

Figura 4.4. Configurație hardware CBB_CPU

Figura 4.5. Configurație hardware PLC_COM

Figura 4.6. Configurație hardware RADIATOARE+PLATOURI

Figura 4.7. Configurație hardware SE6-SE8

Figura 4.8. Configurație hardware SIMATIC300(1)

Figura 4.9. Configurație hardware ZDME3

Figura 4.10. Configurație hardware ZINME3

Figura 4.11. Configurație hardware ZK

Figura 4.12. Configurație hardware ZOK

Figura 4.13. Configurație hardware ZOME3_MASTER

Figura 4.14. Configurație rețea Profinet

Figura 4.15. Prezentarea stațiilor de monitorizare

Figura 4.16. Configurație hardware rețea Profinet

Figura 5.17. Deschidere stație HMI

Figura 4.18. Setare parametrii

Figura 4.19. Activare/Dezactivare conexiune

Figura 4.20. [anonimizat] 4.21. Elemente prezente în Template

Figura 4.22. Inserare imagini

Figura 4.23. Inserare text

Figura 4.24. Proprietăți buton

Figura 4.25. Creare buton home

Figura 4.26. Creare buton Stop Runtime

Figura 4.27. Creare foldere

Figura 4.28. Creare ecrane

Figura 4.29. Prezentare foldere și ecrane

Figura 4.30. Atribuire tag

Figura 4.31. Ecranul Detalii

Figura 4.32. Ecranul ME3 kitting ZK

Figura 4.33. Ecranul ME3 ieșire kitting ZOK

Figura 4.34. Ecranul Intrare ME3-ZINME3

Figura 4.35. Ecranul Tranzit ZINME3

Figura 4.36. Ecranul Condiții funcționare ZINME3

Figura 4.37. Ecranul Post Inc_AGV

Figura 4.38. Ecranul Intrare carucioare ME3

Figura 4.39. Ecranul ME3 ieșire carucioare

Figura 4.40. Ecranul Principal CBB

Figura 4.41. Ecranul Tranzit încărcare

Figura 4.42. Ecranul Tranzit descărcare

Figura 4.43. Ecranul Condiții de funcționare TOYO

Figura 4.44. Ecranul Funcționare bariere

Figura 4.45. Ecranul Principal

Figura 4.46. Ecranul Zona Uși

Figura 4.47. Ecranul Descărcare

Figura 4.48. Ecranul Încărcare

Figura 4.49. Ecranul Ușa 1

Figura 4.50. Ecrane de alarme

Figura 4.51. Alarmele circuitelor

Figura 4.52. Alegerea afișării alarmelor dorite

Tabel 3.1 Butoane existente în WinCC flexible 2008

Tabel 3.2 Clase alarme predefinite

Introducere

Scopul acestui proiect este de a crea un sistem pentru a monitoriza în timp real funcționarea AGV-urilor pe circuitele existente în departamentul Montaj General. În departamentul Montaj General au fost implementate o serie de circuite de AGV-uri care funcționează independent, fiecare având monitorizare proprie. Această monitorizare presupune :

– detectarea defectelor elementelor din circuit (senzori fotoelectrici, senzori inductivi, bariere pneumatice pentru oprirea AGV-urilor, starea PLC-ului și a componentelor de automatizări);

– numărul de AGV-uri existente în circuit în anumite zone;

– întreruperi de tensiune existente în circuit;

– întârzieri în deplasarea AGV-urilor.

În prezent se dorește unificarea acestor circuite într-un singur nod central, astfel încât operatorii care se ocupă cu mentenanța secției să le poată observa dintr-un singur punct. Principalele avantaje privind realizarea acestui proiect presupun:

facilitarea observării traseelor de AGV;

eficientizarea intervenției operatorilor în cazul unui defect;

1. Istoric Dacia

Figura 1.1. Sigla Dacia

În 1965, autoritățile române iau decizia de a dezvolta o industrie auto națională. Soluția aleasă este cea a producției de automobile sub licență, dată fiind lipsa experienței românești în acest domeniu. Sunt contactate mai multe companii occidentale, printre care Renault, care câștigă licitația organizată de guvernul de la București cu un model aflat la acea vreme în stadiul de proiect : Renault 12.

În data de 6 septembrie 1966, este semnat la București contractul cadru între statul român și Regia Națională a Uzinelor Renault (RNUR). Acordul are o valabilitate de 10 ani. În data de 16 septembrie 1966, este luată decizia ca viitoarea uzină de automobile să fie construită la Colibași, în apropierea uzinei deja existente – UPAC. Lucrările de construcție ale Uzinei de Automobile de la Pitești au început în primele luni ale anului 1967 și s-au încheiat în Mai 1968. Primele vehicule de preserie au ieșit de pe linia de montaj în data de 3 August 1968. Inaugurarea uzinei are loc în data de 20 August 1968. Dacia 1100 va fi produsă până la începutul anului 1972 în ceva mai mult de 37 000 de exemplare.

Având în vedere faptul că modelul R12 urma să intre în fabricație în Franța la sfârșitul anului 1969 (mașina va fi prezentată la Salonul Auto de la Paris în octombrie 1969), contractul dintre statul român și Renault prevede fabricarea temporară a unui alt vehicul din gama constructorului francez. Dacă la început modelul R16 pare să fie preferat de partea română, decizia finală va fi luată în favoarea modelului R8 (în versiunea Major), vehicul al cărui preț de achiziție este mai accesibil pentru clienții români.

Lansarea modelului Dacia 1300 la începutul lunii octombrie s-a dovedit un adevărat succes comercial atât în România, cât și în alte țări din Est, unde modelul va fi exportat începând din 1971. Un alt moment marcant al anului 1969 îl constituie fuziunea celor două întreprinderi existente în acel moment la Colibași – UPAC și UAP, sub umbrela și sub numele UAP. În 1975 este lansat un prim derivat utilitar al Daciei 1300, intitulat Dacia 1302. În același an, Dacia începe producția, în serie mică, a furgonetei Estafette. În acea perioadă uzina produce și cutii de viteze și punți față și spate pentru modelul Renault Estafette.

Autoritățile române reiau negocierile cu Renault până în luna iunie. Proiectul de acord-cadru are ca obiect fabricarea modelului Renault 18 în România, dar în final acest acord nu va fi semnat, în ciuda prevederilor favorabile pentru partea română. Uzina de la Pitești va continua să producă vehicule derivate din modelul Renault 12, în contextul unei economii românești aflate într-o criză tot mai accentuată.

La începutul anilor 80, uzina, al cărei nume a fost schimbat între timp în Întreprinderea de Autoturisme Pitești (IAP), produce 300 de vehicule pe zi. Gama evoluează odată cu lansarea unei versiuni restilizate a Daciei 1300, numită de acum Dacia 1310. Acest vehicul va cunoaște de-a lungul anilor mai multe evoluții atât în materie de design, cât și la nivel mecanic.

Dacia 1309 își face apariția în gama Dacia în 1992. Derivat din modelul 1310 Break, vehiculul dispune de o platformă adaptată pentru transportul de marfă. Dacia 1309 va fi destinată în special exportului, în principal către piața chineză. Producția sa îi va permite uzinei să depășească situația foarte dificilă de la începutul anilor 90, marcată de prăbușirea pieței auto din România.

Dacia 1309 își face apariția în gama Dacia în 1992. Derivat din modelul 1310 Break, vehiculul dispune de o platformă adaptată pentru transportul de marfă. Dacia 1309 va fi destinată în special exportului, în principal către piața chineză. Producția sa îi va permite uzinei să depășească situația dificilă a pieței auto din România de la începutul anilor 90.

La sfârșitul anilor 90, după negocieri îndelungate este încheia acordul între statul român și Groupe Renault referitor la preluarea companiei Dacia de către grupul francez. Contractul este semnat la București în data de 2 Iulie 1999 și prevede fabricarea sub marca Dacia, la orizontul anului 2004, a unui vehicul de aproximativ 6 000 de dolari, destinat piețelor emergente.

Obiectivul de a produce o mașină de calitate și la un preț competitiv va implica o restructurare profundă a platformei de la Mioveni. Mai multe șantiere se vor derula în paralel, pentru modernizarea instalațiilor industriale, introducerea Sistemului de Producție Renault, pentru formarea salariaților. În 2005, pentru a susține dezvoltarea internatională a modelului Logan în țări precum Rusia, Colombia sau Iran, la Mioveni este inaugurat CKD, cel mai mare centru logistic al Groupe Renault la acea vreme. În paralel, pentru a răspunde cererii comerciale, capacitatea de producție a uzinei este majorată progresiv, ajungând la 350 000 unități/an până în 2010.

2. Circuitul de AGV

Circuitul de AGV presupune existența unor elemente mecanice, electrice, pneumatice, de automatizări și AGV-uri cu ajutorul cărora se realizează transportul unor componente între zonele cerute (de exemplu, transportul de airbag pentru mașini din zona magaziei în zona de montaj bandă, transportul de discuri de frână din zona magaziei în zona de montaj pe roată).

2.1. Prezentare AGV

În domeniul industrial, vehiculele cu ghidare automată au devenit din ce în ce mai utilizate pentru a îmbunătăți fluxul de lucru și pentru a reduce timpul și costurile de producție. AGV–ul este denumirea prescurtată de la Automated Guided Vehicle, a cărui traducere este “Vehicul care se ghidează automat” și reprezintă o mașină care se deplasează ghidându-se automat în teren utilizând o serie de elemente: bandă magnetică, senzori, PLC. Rolul AGV-ului este de a transporta sarcini dintr-un punct în altul, în mod automat, fără intervenția omului.

Figura 2.1. Elementele componente ale AGV-ului

Figura 2.2. Elementele componente ale panoului de comanda și ale tabloului electric

I.Radarul de securitate

Siguranța vizează atât produsele transportate, cât și persoanele cu care interacționează. Pentru a preveni eventualele riscuri care pot apărea în timpul deplasării AGV-ului pe parcursul circuitului, în partea din față a lui s-a montat un radar de securitate (Safety Scanner). Acest radar are rolul de a detecta obstacolele existente în calea AGV-ului pe parcursul deplasării.

Figura 2.3. Radar de securitate

Acesta are trei zone de siguranță:

Zona 1 de securitate – în momentul în care un obstacol intră în prima zonă de securitate a AGV-ului acesta va încetini viteza de deplasare;

Zona 2 de securitate – în momentul în care obstacolul intră în zona 2 de securitate, AGV-ul se va opri până când obstacolul iese din zona de securitate;

Zona 3 de securitate – în momentul în care obstacolul pătrunde în zona 3 de securitate AGV-ul va intra în starea de oprire de urgență și pentru repornirea AGV-ului este necesară rearmarea manuală.

Programarea acestor radare presupune :

-Configurarea parametrilor de detecție (mărimea obiectelor de detectat, timpii de răspuns);

-Stabilirea numărului de bankuri de detecție folosite (se pot folosi maximum 16 bancuri de detecție);

-Configurarea zonelor din fiecare bank de detecție în funcție de zona de circuit unde este activată;

Zonele de lucru pentru fiecare bank sunt:

-Zona de viteză mică;

-Zona de oprire normală;

-Zona de oprire de urgență.

Figura 2.4. Zonele de lucru radar

Pentru aceste zone se desenează cu ajutorul uneltelor din panou forma geometrică de detecție, radarul ținând cont în funcționare doar de conturul desenat pentru fiecare zonă în parte.

II. Panou de comanda

– Butonul HOOK are rolul de a coborî sau de a ridica pin hook-ul, care permite menținea bazei pe tot parcursul transportului, precum și detașarea ei în punctul dorit;

– Butonul DRIVE UP/DOWN are rolul de a coborî sau de a ridica AGV-ul de pe sol cand se dorește manevrarea acestuia;

– Butonul RESET are rolul de a reseta defectele apărute la AGV;

– Butonul STOP are rolul de a opri AGV-ul din deplasare;

– Butonul START are rolul de a porni AGV-ul în deplasare;

– Butonul MASTER ON are rolul de a cupla tensiune în AGV;

– Butonul MASTER OFF are rolul de a decupla tensiunea în AGV;

– Lampa POWER ON are rolul de a arăta prezența tensiunii de funcționare în AGV;

– Lampa FAULT are rolul de a arăta o eroare în funcționarea AGV-ului;

– Cadru metalic – are rol de susținere a tuturor elementelor componente ale AGV-ului;

-Motoreductoare – au rol de a ajusta viteza de rotație a motoarelor electrice la viteza dorită de deplasare;

– Roți motoare – rol de a deplasa grupul motor ;

– Roți ajutătoare – rol de a susține întreg ansamblul AGV și de a ajuta la deplasarea AGV-ului.

AGV-ul se poate afla în trei stări de funcționare:

– Starea de funcționare normală ce presupune ca AGV-ul să se deplaseze pe circuit urmărind un traseul prestabilit, fără a devia de la el și executând toate comenzile aferente ;

– Starea de teaching ce presupune modul în care AGV-ul se poate programa ;

– Starea de oprire, de securitate, ceea ce presupune că AGV-ul este oprit într-un mod accidental și oprire voluntară, când AGV-ul este oprit de către operatori.

Utilizarea AGV-urilor oferă multe beneficii cum ar fi: transportarea rapidă a pieselor, funcționarea în condiții care nu ar fi indicate operatorilor, cum ar fi temperaturi mai ridicate sau medii cu risc ridicat, menținerea calității produselor, deoarece în cazul transportării produselor de către operatori, acestea ar putea fi degradate.

2.2.Taguri

Tagurile reperezintă cipuri electronice care sunt programate (scrise) cu ajutorul unor dispozitive speciale. În cazul circuitelor de AGV-uri implementate aici, se scriu în aceste taguri numerele de poziție de pe traseu, astfel încât AGV-ul când identifică aceste numere să execute secvențele de program dorite. Când AGV-ul trece pe deasupra unui tag din sol, se incrementează automat numărul de pași, se verifică daca valoarea scrisă în tag este identică cu valoarea scrisă în program la pasul (stepul) respectiv și dacă acestea sunt identice se execută comenzile de pe acea linie de program, iar dacă nu AGV-ul se oprește în defect de recunoaștere tag.

2.3.Fotocelule

Fotocelulele detectează cu precizie obiectele, atât pe distanțe mici, cât și pe distanțe mari, în medii și condiții de montaj speciale. Acestea monitorizează continuu procesul de producție și detectează schimbări într-un stadiu incipient.

2.4.Bariere

Bariera are rolul de gestiona traficul AGV-urilor în circuite. Acestea opresc deplasarea AGV-urilor în funcție de condițiile din zonele respective (numărul de AGV-uri, circulația logistică, intersecții libere) pentru a evita blocajele.

2.5.Tablou general

Tabloul electric general are rolul de a gestiona funcționarea întregului circuit. Prin intermediul lui se controlează programele care ajung în AGV, ordinea cerințelor din teren precum și modul în care este gestionată circulația AGV-urilor în circuit.

2.6. Statie incarcare baterii

Tabloul electric de încărcare are rolul de încărcare rapidă a bateriilor AGV-urilor din circuit. Stația de încărcare funcționează independent de circuitul de AGV și pentru ca alimentarea AGV-ului să se realizeze în mod automat, trebuie ca stația de încărcare să fie setată pentru a funcționa în acest mod (întrerupătorul pe poziția ON, cheia de punere sub tensiune pe poziția ON, selectorul în poziția LINKAGE, butonul de START apăsat). Confirmarea că stația de încărcare este în mod automat, este dată de aprinderea lămpii butonului de START. În momentul în care un AGV ajunge în poziția de încărcare, stația primește confirmarea de la acesta că totul este în regulă prin intermediul a două fotocelule și cilindrul cu electrozii de încărcare avansează pe bateria AGV-ului .

Cele 2 fotocelule sunt: fotocelula TOYO (transmite semnal că AGV-ul este pe poziție pentru încărcare baterie) și fotocelula de pe baterie (transmite semnal despre starea bateriei). Dacă cele două fotocelule sunt întrerupte, stația intră în eroare și se înterupe procesul de încărcare baterie. Pentru reluarea procesului trebuie să se realizeze resetarea și repornirea manuală a stației. În continuare se vor prezenta elementele componente ale stației de încărcare :

Figura 2.5..Elementele componente ale statiei de incarcare

2.7. Gestionarea circuitului AGV

Pentru a prezenta gestionarea unui circuit de AGV se va lua ca exemplu circuitul de AGV pentru circuitul de ME3 și se va explica succint pe baza acestuia procesul de funcționare:

Figura 2.6. Exemplu circuit AGV

Pe circuitul ME3 AGV-urile au rolul de a transporta cărucioarele cu kituri de piese care se montează pe mașini în fluxul de fabricație. Aceste cărucioare sunt dedicate pentru fiecare mașină și în funcție de partea pe care trebuie să ajungă, cărucioarele sunt de tip dreapta sau stânga, iar AGV-urile sunt denumite după această corespondență : 13 AGV-uri de dreapta și 13 AGV-uri de stânga. AGV-urile pleacă din ZONA KITING cu piese și urmăresc traseul de bandă magnetică. În ZONA DE INTRARE ÎN ME3 AGV-urile care au cărucioare de dreapta se despart de cele de stânga, fiecare urmând partea destinată. Separarea lor se face prin comenzi în programul AGV-ului luate când întâlnesc pasul 17, tagul 17.

Pe partea dreaptă AGV-urile se opresc în zona de așteptare pentru a avea confirmarea că pot să intre în stația de descărcare cărucioare dreapta, ZONA DESCĂRCARE ME3. Pe această zonă pot să fie stocate maximum 4 cărucioare, după care este activată bariera 1 din ZONA de INTRARE ME3. Dupa ce numărul AGV-urilor din așteptare este redus sub 4, bariera se ridică, permițând trecerea și a altor AGV-uri.

La intrarea în postul de descărcare a AGV-urile se opresc și asteaptă semnal de start de la STAȚIA de INTRODUCERE AGV-uri în fluxul de fabricație. Fără acest semnal, AGV-urile nu pleacă din poziție. O dată semnalul transmis de START, AGV-ul trece prin stație, își retrage PINHOOKUL, lasă cărucioarele și trece mai departe. AGV-ul nu oprește în stația de introdus cărucioare. Pe partea stângă este același tip de funcționare ca pe dreapta, excepție făcând faptul că nu există o zonă de așteptare separată. AGV-urile așteaptă unul în spatele celuilalt la intrarea în stația de introducere stânga. După ieșirea din ZONA de DESCĂRCARE CĂRUCIOARE, AGV-urile își continuă circuitul până când ajung în ZONA DE IEȘIRE. AGV-urile sunt oprite la intrarea în stațiile de încărcare cărucioare și așteaptă semnal de start de la acestea. Când au primit semnalul de start AGV-urile se deplasează prin stație, preiau carucioarele și își continua circuitul spre kiting. La ieșirea din ME3 există 2 bariere care reglează trecerea AGV-urilor, primul trece dreapta și apoi stânga. În cazul în care există mai multe AGV-uri în așteptare la barieră, se permite trecerea doar pe rând a câte un AGV o dată. Înainte de a ajunge în kiting, AGV-urile trec prin posturile de încărcare, STAȚIA DE ÎNCĂRCARE BATERII 1 este pentru AGV-urile de stânga, STAȚIA DE ÎNCĂRCARE BATERII 2 este pentru AGV-urile de dreapta. AGV-urile își încarcă bateriile la fiecare tură de circuit, încărcarea realizându-se în mod automat. După încărcarea bateriilor, AGV-urile ajung din nou în kiting de unde își reiau circuitul .

3. Prezentare sistem monitorizare

Sistemul de monitorizare al AGV-urilor reprezintă un sistem de control și verificare a proceselor industriale și presupune supravegherea în timp real al modului în care acestea funcționează. Principalele elemente care compun sistemul de monitorizare sunt: componenta hardware (PLC, module de intrări / ieșiri, Switch, calculator de proces) și componenta software (Siemens STEP7, Siemens WinCC flexible 2008, softuri Microsoft).

Principalele componente hardware utilizate în acest sistem de monitorizare sunt prezentate mai jos:

3.1. PLC Siemens S7 ET200S

Un controler logic programabil este un computer digital utilizat pentru automatizarea proceselor electromecanice, cum ar fi controlul utilajelor din fabrici. Într-un sistem automatizat, un controler PLC este de obicei parte centrală a unui sistem de control al proceselor. PLC-ul monitorizează continuu starea sistemului prin semnale primite de la dispozitivele de intrare. Bazat pe logica implementată în program, PLC-ul stabilește care acțiuni trebuie executate. Acesta este proiectat pentru a putea fi folosit pe mai multe intrări și ieșiri, pentru a putea fi folosit în intervale de temperatură extinse și avantajul acestora este ca au imunitate la zgomotul electric și rezistență la vibrații și impact.

SIMATIC ET200S este un sistem Input /Output multifuncțional pentru o gamă largă de aplicații. Un mare avantaj îl reprezintă rata sa de mare viteză și transfer de date care duc la o performanță semnificativă.

3.2. Module de intrari / iesiri

Modulele de intrări sunt folosite pentru a furniza automatului informații din teren pentru a putea da mai departe comenzile necesare. Pe aceste module se pot găsi: contacte ale contactoarelor, butoane, selectoare, senzori, contacte de limitatori etc.

Modulele de ieșiri sunt folosite pentru comandarea unor operații ce pot fi realizate de elementele de execuție sau de elementele semnalizatoare. Astfel pe aceste module pot fi conectate contactori sau relee, bobine, lămpi de semnalizare, buzzere etc.

Modulele de intrări / ieșiri pot fi diferite prin :

-Numărul de intrari/iesiri;

-Tipuri de intrări: analogice sau digitale;

-Tipuri de ieșiri: analogice sau digitale;

Figura 3.1. a) Modul digital cu 4 intrări b)Modul digital cu 8 intrări

3.3. Scalance

Scalance reprezintă o gamă de switch-uri produse de firma Siemens pentru comunicația în mediul industrial. Utilizarea acestor switch-uri prezintă urmatoarele avantaje: alimentarea în redundanță (în cazul în care una dintre alimentări este în defect, funcționarea este asigurată de cealaltă alimentare), LED-uri de stare ce permit identificarea diferitelor defecte aparute pe parcursul funcționării, viteză mare de transmisie (10-100Mb/s).

Principalele caracteristici tehnice :

-comunicația este de tip Ethernet / Profinet;

-se pot integra direct în proiectele Siemens; Figura 3.2. Scalance

-rata de transfer a datelor;

-număr porturi: 8;

-alimentare: 24V ;

-consum: 0.1 A .

3.4. HMI

Transparența maximă este esențială pentru operatorul care lucrează într-un mediu în care procesele devin tot mai complexe și cerințele pentru funcționalitatea mașinilor și a instalațiilor sunt în creștere continuă. Interfața mașină umană (HMI) oferă această transparență. Figura 3.3. Echipamente HMI

Human Machine Interface este un echipament de control ce oferă o interfață grafică între un om (operator) și un process (mașină/instalație), aplicație sau dispozitiv. Această interfață permite operatorului sau utilizatorului să monitorizeze și să colecteze informațiile despre un proces în timp real. HMI-urile utilizate în domeniul indistrial sunt de obicei ecrane, touchscreen-uri, computere cu tastaturi prin care operatorii pot controla mașinile sau liniile de producție. Avantajele folosirii acestora sunt: comparativ cu sistemul convențional de control al proceselor, numărul de fire necesare pentru conexiuni este redus, consumul este redus foarte mult, deoarece un PLC consumă mai puțin, funcțiile unui controler PLC permit rapid și ușor detectarea erorilor, schimbarea unor secvențe din progam poate fi realizată cu ușurință prin modificarea programului utilizând o consolă sau folosind un software pentru PC (este un avantaj deoarece nu necesită modificări de cabluri), este mai ieftin în comparație cu un sistem convențional, în special în cazurile în care sunt necesare un număr mare de instrumente I/O. PLC este unitatea reală care controlează procesul. Prin urmare, există o interfață între operator și WinCC flexibil (pe dispozitivul HMI) și o interfață între WinCC flexibil și PLC. Un sistem HMI își asumă următoarele sarcini:

● Vizualizarea proceselor: Procesul este vizualizat pe dispozitivul HMI. Ecranul de pe dispozitivul HMI este actualizat dinamic, acesta se bazează pe tranzițiile procesului;

● Controlul operatorului asupra procesului: Operatorul poate controla procesul prin intermediul interfeței grafice. De exemplu, operatorul poate reseta valorile de referință pentru comenzi sau să pornească un motor;

● Afișarea alarmei: Stadiile critice ale procesului declanșează automat o alarmă, de exemplu, atunci când valoarea de referință este depășită;

● Arhivarea valorilor proceselor și a alarmei: Sistemul HMI poate salva alarmele și valorile procesului. Această caracteristică permite să se înregistreze secvențe de proces și să se recupereze datele de producție anterioare;

● Gestionarea proceselor și a parametrilor mașinii: Sistemul HMI poate stoca parametrii proceselor și mașinilor în rețete. Spre exemplu, se pot descărca acești parametri într-o singură trecere de la dispozitivul HMI la PLC.

3.5 Calculator de proces

Calculatorul de proces are rolul de a gestiona funcționarea unui utilaj (prese de ambutisare), a unei zone (zonă de celule robotizate, circuite de AGV-uri) sau chiar a unui întreg proces tehnologic (linie robotizată de prese, linie de debitat tablă). Componenta calculatorului de proces depinde de necesitățile mediului de integrare, acestea putând avea mai multe forme constructive: MOP, PC și monitor, PPX.

Pentru a veni în întampinarea cerințelor din ce în ce mai exigente din industrie, corporația Siemens a dezvoltat unul din cele mai eficiente medii de realizare a automatizărilor industriale. Acest concept poartă numele simbolic de TIA (Totally Integrated Automation). Acesta presupune dezvoltarea unor softuri care să permită realizarea de automatizări industriale într-un mod integrat: în același mediu se realizează programarea PLC-urilor, programarea acționărilor electrice (convertizoare), programarea interfețelor HMI, comunicații.

În continuare vor fi prezentate componentele software principale :

3.6 Siemens STEP7 V5.6

STEP 7 V5.6 este pachetul software standard pentru configurarea și programarea PLC-urilor SIMATIC S7400, S7300. Este un mediu de programare complex alcătuit din mai multe module, prin intermediul căruia se pot realiza urmatoarele funcții pentru a controla un echipament: configurarea hardware, definirea comunicației, programarea PLC-ului, simularea offline a programului precum și punerea efectivă în funcțiune în teren. STEP7 V5.6 pune la dispoziție următoarele limbaje de programare:

un limbaj STL (Statement List) – este un limbaj textual. Dacă un program este scris în STL, instrucțiunile individuale corespund pașilor cu care procesorul execută programul. STL cuprinde construcții de limbaj de nivel înalt (de exemplu acces la date structurate si la parametrii blocurilor;

Figura 3.4. Limbaj STL

un limbaj FBD (Function Block Diagram) – este un limbaj grafic și folosește blocuri logice din algebra booleană. Funcțiile complexe (de exemplu funcțiile matematice) pot fi reprezentate direct în conjuncție cu blocurile logice ;

Figura 3.5. Limbaj FBD

un limbaj SCL (Structured Control Language) este un limbaj bazat pe PASCAL. SCL include, de asemenea, elemente tipice ale PLC-ului cum ar fi intrările, ieșirile, cronometrele, memoria de biți, apelurile în bloc etc. Cu alte cuvinte, SCL completează și extinde software-ul de programare STEP 7 și limbajele sale de programare Ladder Diagram și Statement List;

un limbaj GRAPH – acesta este utilizat pentru a descrie procedurile cu secvențe alternative sau paralele. Procedurile sunt configurate și programate în mod clar și rapid într-o metodă standardizată de reprezentare (la IEC 61131-3, DIN EN 61131). Procesul este descris grafic, și împărțit în pași individuali, cu un domeniu de aplicare ușor de înțeles.

un limbaj grafic LD (Ladder Diagram) – cel mai des utilizat datorită ușurinței de a scrie instrucțiunile în mod grafic, diagrama Ladder fiind similară cu o schema electrică . Elementele de bază ale acestui limbaj sunt: contacte, bobine, timere, numărătoare .

Figura 3.6. Exemple de simboluri folosite în STEP7

Indiferent de limbajul de programare folosit în realizarea programelor în STEP 7, se vor regăsi o serie de elemente comune:

Bloc de organizare – Organization Block (OB)

Funcție – Function (FC)

Bloc funcție – Function Block (FB)

Bloc de date – Data Block (DB)

Tabel de variabile – Variable Table (VAT)

Tip de date definit de utilizator – User-Defined Data Type (UDT)

Modul de organizare a unui program STEP 7 are anumite particularități față de alte limbaje de programare. Un factor foarte important în această organizare îl au OB-urile (Organization Block), prin intermediul acestora rulându-se programul din CPU. Singurul OB care va apărea obligatoriu în orice proiect dezvoltat în STEP 7 este OB1, un bloc care se execută într-o buclă infinită atâta timp cât CPU-ul se află în modul RUN. Toate celelalte OB-uri reprezintă cazuri speciale în evoluția programului (întreruperi de program, diagnostic hardware, diagnostic software). Pentru o mai bună organizare a programului sunt folosite anumite funcții, FC-uri și FB-uri, diferența dintre aceste 2 tipuri de funcții fiind aceea că FB-urile vor avea întotdeauna un bloc de date asociat pe când FC-urile pot să apeleze în mod indirect anumite blocuri de date dar nu vor avea un anumit bloc de date asociat. Blocurile de date, DB-urile, sunt blocuri în care memoria CPU-ului poate fi împărțită în anumite segmente distincte, cu adrese distincte, în funcție de tipul de date care se dorește a fi memorat în acea locație.

3.7 Winccflexible 2008 SP5

Una din cele mai importante etape din automatizarea unui proces este reprezentată de vizualizarea și accesul la datele de proces. Simatic WinCC flexible 2008 reprezintă un soft inovator conceput pentru realizarea interfețelor grafice folosite pentru a crea o punte între procesul automatizat și utilizatori, aplicabil prin intermediul unei game extinse de panouri operator sau PC-uri (de la MicroPanels pana la Simatic Panel PC și calculatoare industriale). Prin intermediului acestui soft se poate vizualiza și acționa direct până la nivelul elementelor de intrări /ieșiri existente în proces: senzori inductivi, senzori fotoelectrici, balize de avertizare, relee, electrovalve etc.

Principalele avantaje pe care le pune la dispoziție acest soft sunt:

gama extinsă de panouri operator asupra cărora se poate folosi;

posibilitatea de a realiza alarme și avertizări referitoare la diferite stări ale procesului;

realizare de grafice în timp real pentru porțiuni din proces;

realizarea de arhive (istoric) pentru alarme;

posibilitatea simulării aplicației realizate înainte de implementarea în teren;

posibiltiatea modificării valorilor din proces direct de pe interfață, fără existența unei conexiuni cu automatul programabil;

În acest proiect se folosește versiunea WinCC flexible 2008 SP5, ce prezintă două componente :

Sistemul Engineering cu ajutorul căruia se realizează programarea propriu-zisă cerută pentru a crea interfața grafică utilizator, pentru operarea și monitorizarea de echipamente și instalații complexe

Figura 3.7. Ferestre componente WinCC flexible 2008

Poziția ferestrelor și a barelor de unelte poate diferi, acestea putând fi modificate individual. Se pot ascunde ferestrele care nu sunt folosite des, iar avantajul acestui lucru este faptul că se mărește zona de lucru. Atunci când este salvat proiectul, poziția ferestrelor și a barelor de unelte se va salva automat. Moduri de aranjare a ferestrelor :

Ferestre fixe: au poziție și dimensiune fixă, pot fi plasate sus, jos , stânga, dreapta, iar dezavantajul este faptul că acestea sunt întotdeauna prezente și acest fapt reduce spațiul de lucru;

Ferestre care pot fi ascunse: sunt ascunse pe marginea spațiului de lucru, pot fi plasate sus, jos, stanga, dreapta, precum și deasupra zonei de lucru când sunt deschise. Pentru a o accesa , mouse-ul trebuie plasat deasupra tab-ului corespunzător ferestrei. Avantajul acesteia este faptul că se ascunde automat atunci cand nu este utilizată;

Ferestre detașabile: acestea pot fi plasate oriunde în zona de lucru, în funcție de nevoile utilizatorului.

Prin accesarea pictogramei de pe titlul ferestrei, se poate face trecerea de la fereastra fixă și cea ascunsă, precum și invers. Ferestrele detașabile pot fi plasate în zona de lucru prin funcția drag and drop pe bara de titlu a ferestrei.

Meniurile și barele de instumente oferă acces la toate funcțiile necesare pentru a se putea configura dispozitivul HMI. Când indicatorul mouse-ului este plasat peste o comandă apare explicația corespunzătoare butonului. La pornirea programului avem următoarea bară de unelte:

Figura 3.8. Bara de instrumente

Meniurile disponibile in WinCCflexbile sunt :

Project – conține comenzi pentru gestionarea proiectelor;

Edit – conține comenzi pentru funcțiile de căutare și clipboard;

View – conține comenzi pentru deschidere / închidere elemente și pentru zoom. Pentru a redeschide un element închis, se selectează meniul View;

Insert – conține comenzi pentru plasarea / lipirea noilor obiecte;

Format – conține comenzi pentru organizarea și formatarea obiectelor de pe ecran;

Faceplates (figuri grafice predefinite) – conține comenzi pentru crearea și editarea faceplates-urilor;

Tools – conține comenzi pentru schimbarea limbii interfeței utilizator și configurarea setărilor din fabrică în WinCC flexible, de exemplu;

Script – conține comenzi pentru verificarea sincronizării și a sintaxei scripturilor (scenariilor);

Window – conține comenzi pentru gestionarea ferestrelor multiple din zona de lucru, spre exemplu pentru trecerea la alte ferestre;

Help – conține comenzi pentru apelarea funcțiilor de ajutor.

Principalele butoane utile pentru a realiza un proiect au urmatoarea semnificație :

Tabel 3.1 Butoane existente in WinCC flexible 2008

Fereastra Project este punctul central de control pentru editarea proiectului. Toate părțile componente din proiect apar sub formă de arbore în acea fereastră și pot fi accesate din acel punct. În această fereastră se permite accesul la elementele, setările care sunt suportate de dispozitivul HMI selectat, precum și setările de limbă și managementul versiunii. Fereastra Project este utilizată pentru a crea și a deschide obiecte pentru editare.

Fereastra Properties este folosită pentru a modifica proprietățile obiectelor selectate, cum ar fi tagurile, ecranele, obiectele. Această fereastră este disponibilă doar în editoarele din care este nevoie să se seteze proprietățile obiectelor.

Fereastra Tools conține toate obiectele ce pot fi configurate în afișaj și permite accesul la biblioteci. Din această fereastră se pot accesa simbolurile deja existente, sau dacă acestea nu există, se pot crea și după pot fi refolosite de cate ori este nevoie. WinCC flebible 2008 distinge două tipuri de biblioteci :

Biblioteca globală, care nu este salvată în baza de date a proiectului. Este scrisă într-un fișier și aceasta este salvată în mod implicit în directorul de instalare al WinCC flexible 2008. Biblioteca globală este disponibilă pentru toate proiectele.

Biblioteca de proiect este stocată împreună cu datele proiectului din baza de date și este disponibilă numai în proiectul pentru care a fost creat.

Fereastra Output afișează alarmele apărute în sistemul engineering, de exemplu, la generarea unui proiect. În mod normal, fereastra Output afișează alarmele de sistem în ordinea în care acestea apar. O nouă acțiune suprascrie alarmele anterioare, însă alarmele vechi de sistem pot fi accesate dintr-un fișier separat.

Dacă în Fereastra Project sunt selectate foldere sau editoare, conținutul lor este afișat în fereastra Object. Urmatoarele acțiuni de tipul drag-and-drop sunt acceptate:

-Mutarea unei etichete într-un ecran de proces din zona de lucru: crează un camp I / O care este legat de etichete;

-Mutarea unei etichete într-un camp I/O existent: crează o legatura logică între etichetă și domeniul I/O ;

-Deplasarea uni ecran de proces spre alt ecran de proces din zona de lucru: generează un buton care are funcția de a schimba ecranul;

Numele lungi de obiecte sunt abreviate în fereastra Object. După mutarea indicatorului de la mouse pe obiect, apare numele complet al acestuia. Dacă există un număr mare de obiecte, se va facilita găsirea acestora prin introducerea primei litere a numelui .

Zona de lucru este utilizată pentru a edita datele proiectului, de exemplu etichetele, butoanele, elemente grafice, zone pentru modificarea valorilor. Este posibilă deschiderea a 20 de editoare (ecrane grafice) în paralel și pentru a se face trecerea către alt ecran se accesează tab-ul corespunzător fiecărui ecran.

WinnCC flexible 2008 permite personalizarea aspectelor cadrelor și a barelor de instrumente. Cadrele care nu sunt utilizate frecvent pot fi ascunse pentru a permite mărirea / lărgirea zonei de lucru. Fereastra View poate fi folosită pentru a restabili aspectul implicit al cadrelor și al barelor de instrumente

– Mută cadrele si bara de instrumente utilizând tehnica

drag-and-drop

– Închide un cadru sau o bară de instrumente

– Mută bara de instrumente utilizand tehnica

drag-and-drop

-Adaugă sau șterge pictogramele bării de instrumente

Figura 3.9. Instrumente de personalizare

Editorul de ecrane pune la dispoziție opțiuni facile pentru configurarea ecranului cât mai rapidă și eficientă. În continuare se vor enumera câteva din funcțiile disponibile ale acestuia: configurarea grafică a căilor ce necesită dinamică, pentru a mișca diverse obiecte pe ecran în Runtime, elemente ce permit alinierea, rotirea sau întoarcerea obiectelor, generarea de obiecte de ecran cu conexiuni folosind drag and drop . În principiu, în WinCC flexible 2008 se lucreaza cu mouse-ul. În această situație, funcțiile importante sunt drag and drop, precum și apelarea comenzilor din scurtăturile meniului. Această funcție poate fi accesată pentru toate elementele din fereastra View, iar indicatorul mouse-ului ne arată dacă drag-and-drop poate fi posibil în diferite părți ale zonei de lucru:

– Funcția drag and drop este posibilă

– Funcția drag and drop nu este posibilă

Figura 3.10. Disponibilitate funcție drag and drop

Tagurile reprezintă denumirea folosită pentru variabilele din WinCC flexible 2008. Prin intermediul acestor variabile se realizează comunicarea, schimbul de date între componentele procesului de automatizare, de exemplu între dispozitivul HMI și PLC. Un tag reprezintă imaginea unei locații de memorie definite în controlerul logic programabil și astfel tipurile de date ale acestora depind de tipul de date din PLC-ul care este conectat la HMI. Tag-urile sunt clasificate în 2 grupe principale : taguri corespondente cu variabile din PLC (power tags) și taguri definite ca variabile interne în WinCC flexible 2008 (internal tags). Tagurile interne nu au nicio conexiune la PLC, acestea sunt stocate în memoria HMI-ului și de accea doar el are acces de scriere și citire asupra tagurilor.

WinCC flexible oferă mai multe posibiliăți de modificare a configurației tagurilor :

Editorul de taguri – se utilizează pentru a configura etichetele atunci cand este nevoie de o prezentare generală sub formă de tabel a mai multor taguri, de exemplu se pot compara și ajusta proprietățile mai multor taguri sau se pot sorta în funcție de acestea;

Fereastra de selecție variabile din PLC – se utilizează pentru a modifica un tag direct în locul unde este utilizat. Dacă se modifică un tag și această modificare diferă de modul în care apare în alte locații, atunci va fi evidențiată în culori. Spre exemplu, acest lucru poate apărea atunci când tagul este conectat la un PLC diferit.

WinnCCflexible Runtime cu ajutorul căruia se vizualizează procesele pe echipamente HMI și se execută aplicația în modul proces.

La finalizarea creării ecranelor grafice, prin intermediul componentei Engineering System a WinCC flexible 2008 se trece la folosirea componentei de Runtime. Sistemul de Runtime presupune trei moduri diferite în care poate fi utilizat:

Rulare sistem Runtime cu simulator de variabile () – presupune simularea proiectului cu ajutorul unui tabel de simulare a variabilelor folosite, unde vor fi introduse valorile pentru acestea;

Rulare sistem Runtime cu depanarea scripturilor () – este un mod special de a verifica funcționalitatea interfeței create când în cadrul WinCC flexible se folosesc scripturi VBS (Visual Basic);

Rulare sistem Runtime () – verifică corectitudinea și funcționalitatea interfeței create, fără a fi nevoie de un dispozitiv HMI real (panoul operator) care să aibă realizată o configurație cu un PC. Acest sistem se folosește în mod special în conexiune directă cu automatul programabil, de unde preia variabilele folosite în interfața grafică.

Pornirea acestui sistem se realizează în cațiva pași :

-Verificarea aplicației din punct de vedere al corectitudinii programului ( = Compilare );

-Verificarea aplicației din punct de vedere al corespondenței dintre interfața realizată și procesul industrial propriu-zis (= Pornire Runtime cu simulator);

-Rularea sistemului Runtime propriu-zis (=Rulare sistem Runtime).

Modalitatea de pornire a sistemului Runtime:

Figura 3.11. Pornirea sistemului Runtime

Realizarea unui program in WinCCflexible

Un program în WinCC flexible se poate realiza independent de un program PLC sau integrat într-un program PLC Step7. Realizarea programului de mai jos corespunde unui program integrat în Step7.

În proiectul Step7 unde se dorește vizualizarea procesului se va alege si se va insera o stație HMI :

Insert > Station > Simatic HMI Station

PC > WinCC flexible Runtime > Ok

Figura 3.12. Alegerea și introducerea statiei

După inserarea stației se redenumește în funcție de proiectul care se dorește a fi realizat :

Click dreapta pe numele statiei HMI > Rename ;

Figura 3.13. Redenumirea statiei

Dupa se realizeaza configurarea hardware – integrarea în rețeaua Profinet aferentă PLC-ului. În configuratia hardware a stației HMI se inserează un modul de comunicație general (HMI IE) prin intermediul căruia se seteaza adresa IP din clasa corespunzatoare rețelei Profinet. HMI IE se configurează manual în cazul în care se folosește un HMI Station de tip PC, spre deosebire de panourile operator dedicate, unde el exista deja in configurația hardware.

Figura 4.26 Deschiderea configurației hardware

Figura 3.14. Realizarea configurației hardware

Ulterior se va deschide stația în programul WinCC flexible 2008, pentru realizarea interfeței grafice, verificarea și activarea conexiunii între HMI si PLC. Pentru ca variabilele folosite în proiectul Step7 să poată fi folosite în programul WinCC flexible 2008, cele două programe trebuie să prezinte o conexiune validă. Pentru aceasta trebuie activată conexiunea din interfața WinCC flexible 2008 accesând Communication-Connection.

Figura 3.15. Deschiderea stației HMI

Figura 3.16. Stabilirea conexiunii

Vom defini template-ul, care are rolul de a asigura în fundal elementele comune tuturor ecranelor. De obicei în acest ecran se introduc elemente generale referitoare la: numele fabricantului, sigle, dată și oră, butoane comune, moduri de funcționare etc.

Figura 3.17. Prezentare elemente template

Se vor crea ecranele grafice ce reprezintă o simbolizare grafică a procesului ce se dorește a fi vizualizat și monitorizat

Click dreapta Screens > Add Screen

În funcție de procesul automatizat și de etapele din care acesta este compus se crează ecrane grafice prin care se facilitează monitorizarea acestuia. Părțile componente ale acestor ecrane se construiesc cu ajutorul elementelor grafice din fereastra Tools. Aceste elemente pot să fie simple: cerc, linie, poligon, precum și complexe: electrovane, motoare, silozuri care sunt deja integrate în biblioteca programului.

Figura 3.18. Prezentare elemente template si ecran

Se vor crearea corespondențele între interfețele grafice și variabilele din program;

Pentru ca interfețele grafice să poată fi animate și să poată îndeplini anumite funcții specifice (realizarea de comenzi direct în proces de pe ecrane), acestea trebuie să aibă asociate în spate cate o variabilă dedicată în program.

De exemplu, în poza de mai jos se observa că butonul Start TY2 afișat pe ecran afectează procesul deoarece are asociat variabila Date_IHM_V.Start_TY2_IHM_4 din program.

Figura 3.19. Asociere variabila pentru TY2

Communication > Tags

Figura 3.20. Creare corespondențe între interfețe grafice și variabile

Tagurile utilizate în interfețe, se regăsesc în fereastra de Taguri din programul WinCC flexible 2008, acestea fiind create automat în momentul în care o variabilă este asociată unui element grafic.

Figura 3.21. Fereastră taguri

Se va realiza interfeța de alarme

Alarmele pot fi create în așa fel încât ele se activează atunci când apar factori care intervin in buna funcționare a procesului. Stările critice din proces sunt semnalate pe afișor, astfel că operatorul poate interveni în timp util pentru evitarea unor defecțiuni majore. Pentru optimizarea vizualizării alarmelor acestea se afișează sub formă de tabel, unde pe fiecare linie sunt afișați parametri acestora.

a.Definirea variabilelor de alarmă (clase de alarmă, taguri interne WinCC flexible 2008 corespunzătoare alarmelor, alarmele propriu-zise):

Fiecare alarmă trebuie alocată unei clase de alarmă. Clasele de alarmă determină în principal modul în care vor apărea alarme atunci când sunt afișate pe dispozitivul HMI. Clasele de alarmă sunt, de asemenea, utilizate pentru gruparea alarmelor în funcție de cât de critice sunt pentru proces. WinCC flexible are o serie de clase de alarmă predefinite pentru erorile interne și oferă, de asemenea, posibilitatea utilizatorului de a își crea propriile clase de alarme:

Alarm Management >Settings>Alarm Classes

Figura 3.22. Clase de alarma

Pentru a separa diferitele clase de alarmă, prima coloană din vizualizarea alarmei conține un simbol:

Tabel 3.2. Clase alarme predefinite

Pentru a realiza o corespondență reală între alarmele definite în WinCC flexible 2008 și variabilele care le generează în program, se definesc în zona de taguri variabile de tip word dedicate alarmelor:

Communication>Tags

Figura 3.23. Corespondență alarme Step7 – WinCC flexible 2008

Cele mai utilizate alarme în cadrul unui proces sunt cele discrete. O alarmă discreta este o alarmă generată de un bit și este declanșată în funcție de modificarea acestuia în program : bit în 1 (apare alarma) , bit în 0 (alarma poate fi resetată). În proiectele în care este necesară monitorizarea anumitor valori critice , se folosesc si alarme analogice, care se declansaza atunci cand valoarea depășește sau scade sub limita unui prag setat.

Alarm management>Discrete Alarms

Alarm management>Analog Alarms

Figura 3.24. Definirea alarmelor discrete / analogice

b.Realizarea ecranului grafic dedicat alarmelor

Pentru vizualizarea efectivă pe ecran a alarmelor se folosește o interfață dedicată acestora. Prin intermediul acestei interfețe se pot vizualiza toate alarmele definite pe procesul automatizat. Pașii pentru realizarea interfeței de alarme sunt prezentați în cele ce urmează:

Crearea unui ecran nou dedicat afișării alarmelor

Figura 3.25. Creare ecran pentru alarme

Inserarea în ecranul de alarme a uneltei din WinCC flexible dedicată acestora (Alarm View) :

În funcție de configurația facută, linia de alarmă apare automat de îndată ce condițiile de funcționare corectă a procesului din programul PLC nu sunt îndeplinite. Alarmele pot fi configurate astfel încât să nu mai fie afișate când condițiile de funcționare din program, care au generat alarma au fost corectate. Se configurează Alarm View astfel încât să poată fi vizualizate alarmele definite (alarmele analogice și discrete aferente clasei de alarme create pentru proiect) :

Figura 3.26. Creare alarme

Se va verifica corectitudinea programului;

Pentru a ne asigura de lipsa erorilor care ar putea afecta interfața grafică realizată pentru procesul automatizat, înainte de rulare se realizează compilarea programului. În urma compilării programului sunt afișate o serie de rezultate în fereastra Output care indică starea programului, printre cele mai importante fiind: erori (errors) care arată că există o problemă la nivel de program care impiedică execuția acestuia și trebuie remediate, avertizări (warnings) care arată că există anumite inadvertențe în program, dar care nu împiedică execuția, mesaje referitoare la finalizarea cu succes a rulării.

Figura 3.27. Compilare program

Se va simula programul în interfață :

Prin simularea programului se poate vizualiza tot ce s-a creat în interfața programului WinCC flexible 2008 fără a fi nevoie de un HMI fizic. Simularea se poate realiza în funcție de aplicație folosind unul dintre cele trei moduri puse la dispoziție de soft, doar dacă în urma compilării nu a fost generată nici o eroare.

Figura 3.28. Simulare program

Rularea programului pe mediul de afișare ales (HMI , PC).

În funcție de mediul de afișare ales în realizarea proiectului de automatizare se ruleaza interfața grafică realizată pe acesta: dacă se folosește HMI PC se rulează direct Runtime de pe calculator, iar daca se folosesc panouri industriale (Mobile Panel) este necesar transferul programului în acestea. Pașii pentru realizarea transferului sunt prezentați mai jos :

Conectarea calculatorului de lucru la panoul operator: conexiunea între cele două se realizează printr-un cablu Profinet și condiția de bază pentru ca cele două să poată comunica este să se afle în aceeași rețea;

Actualizarea sistemului de operare al panoului operator: la prima punere în funcțiune a panoului operator este necesară actualizarea sistemului de operare. Această actualizare se realizează deoarece pot exista diferențe de versiuni între sistemul de operare al panoului operator și WinCC flexible 2008;

Transferul programului în panoul operator: transferul programului presupune încărcarea codului de program din WinCC flexible în panoul operator, unde va fi rulat în mod automat imediat după finalizare.

Figura 3.29. Transfer program în panou operator

Verificarea modului de funcționare al programului descarcat în panoul operator: Corectitudinea programului se verifică în mod direct de pe panoul operator prin accesarea paginilor create, testând funcționalitatea fiecărui element.

3.8. Rețeaua PROFINET

Siemens utilizează rețeaua Profinet, care este un standard pentru implementarea soluțiilor de automatizare bazate pe Ethernet-ul industrial. Rețeaua facilitează schimbul rapid și sigur de date la toate nivelurile și sprijină astfel realizarea conceptelor inovatoare de mașini și instalații. Datorită accesibilității și deschiderii sale, aceasta oferă flexibilitate maximă utilizatorului atunci când vine vorba de proiectarea arhitecturii mașinii și a instalațiilor și se bazează pe faptul că dispozitivele din instalațiile industriale pot să fie conectate în rețea împreună și schimbul de date sa fie realizat fără erori. Rețeaua Profinet este deosebit de utilă pentru sistemele de automatizare industrială și pentru procesele de control al rețelelor, în care controlul mișcării și controlul de precizie al echipamentelor sunt importante.

Figura 3.30. Rețea Profinet

Profinet este standardizat în IEC 61158 și IEC 61784 și dezvoltarea continuă oferă utilizatorilor o viziune pe termen lung pentru punerea în aplicare a sarcinilor lor de automatizare. Pentru producătorii de instalatii și mașini, utilizarea acestei rețele minimizează costurile pentru instalare, inginerie și punere în funcțiune.

Profinet utilizează standardele TCP / IP și IT pentru controlul automatizării. Rețeaua accentuează schimbul de date și definește căile de comunicare pentru a satisface cerințele pentru viteză. Comunicarea este scalabilă pe trei nivele:

• Comunicarea normală care nu este în timp real utilizează TCP / IP și permite cicluri de timp de aproximativ 100 ms;

• Comunicarea în timp real permite timpi de ciclu de aproximativ 10 ms;

• Comunicarea în timp real, isocron, permite cicluri de timp de aproximativ 1 ms.

Profinet IO este un cadru modular de comunicații pentru aplicațiile distribuite de automatizare. Profinet IO utilizează transferul de date ciclic pentru a face schimb de date, alarme și informații de diagnosticare cu automatele / controlerele programabile, dispozitivele de intrare / ieșire (I / O) și alți controleri de automatizare (de exemplu, controleri de mișcare).

Profinet IO recunoaște trei clase de dispozitive:

• Dispozitive IO – Un dispozitiv IO este un dispozitiv de intrare / ieșire, cum ar fi un senzor, un dispozitiv de acționare sau un controler de mișcare;

• Controlere IO – Un controler IO este un controler logic programabil (PLC) care controlează dispozitivele IO și schimbă datele cum ar fi configuratia, alarmele și datele IO printr-un program de automatizare;

• Supervizori IO – Un supervizor IO este o stație, cum ar fi o interfață între om și mașină (HMI) sau PC, care este folosit la punerea în funcțiune precum și monitorizarea unui proces.

Toate dispozitivele pe bază de rețea Profinet utilizează protocolul TCP / IP și din acest motiv este nevoie de o adresa IP. În momentul în care se realizează configurația hardware va fi nevoie de introducerea / atribuirea unei adrese IP. Step7 deschide o fereastră în care trebuie introdusă adresa IP și a subrețelei Ethernet. Adresele IP sunt generate în ordine crescatoare și au aceeași subrețea.

Figura 3.31. Configurare adresă IP și masca

În Step7 , vizualizarea rețelei Profinet se realizează accesând butonul Configure Network. La apăsarea butonului se deschide utilitarul (aplicația) NETPRO în care se pot face modificări asupra elementelor incluse în rețeaua Profient unde sunt integrate modulele. Ca și actiuni realizabile putem enumera :

-introducerea / ștergerea de noi module de intrări / ieșiri;

-introducerea / ștergerea de controlere;

-modificarea numelor rețelelor ;

-interconectarea / separarea rețelelor;

-parametrizarea diverselor tipuri de comunicații specifice Profinet pentru controlere Siemens.

Figura 3.32. Configurație rețea Profinet

Principalele caracteristici ale rețelei Profinet:

-Rata de transfer a datelor: 100 Megabiți/secundă;

-Timpi de răspuns : sub 32 microsecunde;

-Acceptă topologiile standard de Ethernet precum stea, arbore sau inel;

-Utilizează Fast Start-up care reduce timpul de la pornirea alimentării unui dispozitiv I/O și stabilirea unei conexiuni cu controlerul I/O;

4. Sistemul centralizat de monitorizare AGV-uri Montaj General

Din cauza creșterii numărului de circuite de AGV din departamentul Montaj General și a complexității privind monitorizarea independentă pe fiecare circuit, s-a implementat un punct central care să faciliteze monitorizarea acestora.

Sistemul de monitorizare a fost intergrat în același proiect de Step7 în care se regăsesc și circuitele de AGV ce se doresc a fi supravegheate. Principalele proiecte de AGV-uri sunt prezentate mai jos :

CA_PROIECT – Caseta de direcție și airbag

CBB_CPU – Caseta de direcție, brațe și bară antiruliu

PLC_COM – Nod central de comunicație între PLC-uri

RADIATOARE+PLATOURI – Radiatoare și platouri frână

SE6-SE8 – Kituri pentru izolația mașinii

SIMATIC 300(1) – Transportul prin intermediul AGV-urilor a motoarelor de mașini din magazia aferentă acestora către fluxul de pregatire motoare

ZDME3 – Zona descărcare cărucioare pline în banda de montaj de pe AGV-uri

ZINME3 – Zona de intrare în perimetrul de montare kituri pe mașină

ZK – Zona încărcare kituri de montat pe mașină în zona ME3. AGV-urile transportă cărucioare pe care se gasesc aceste kituri. Kiturile sunt pregătite și transportate în funcție de numărul de ordine din banda de montaj al fiecarei mașini

ZOK – Zona de ieșire din kiting

ZOME3_MASTER – Zona de încărcare cărucioare goale pe AGV-uri după utilizarea kiturilor în fluxul de montaj

Pe lângă acestea mai există o serie de circuite integrate care nu au un PLC propriu, regăsindu-se în unul sau mai multe din CPU-urile celorlalte circuite: circuitul AGV volane și fațadă, care transportă în punctul de montaj banda kitul de volan, radio, schimbator de viteze și se regăsește gestionat în PLC ZK si PLC ZINME3; circuitul de volatile, care transportă capacele de roți, manualele de instrucțiuni, sigla mașinii se regăsește în automatele PLC ZK și PLC ZOME3. Această soluție s-a realizat pentru optimizarea costurilor privind implementarea circuitelor. Prin kit se ințelege un grup de piese care vin montate pe fiecare mașină în parte în funcție de caracteristicile acesteia. Termenul este folosit la modul general pentru orice set de piese.

4.1 Arhitectura proiectului de monitorizare

În mod general, arhitectura unui circuit de AGV este reprezentată de un master, unde se gaseste procesorul, PLC-ul, sclavii prin intermediul cărora se culeg semnale din teren și se dau comenzi, afișorul prin care se realizează vizualizarea procesului de transport și elementele de rețea Profinet, prin care se realizează comunicarea între componentele circuitului.

Figura 4.1. Arhitectura generala a unui circuit de AGV

4.2 Prezentarea structurii PLC-urilor

În continuare se vor prezenta configurațiile hardware ale PLC-urilor folosite pentru realizarea proiectului și fiecărui circuit îi sunt atribuite unul sau mai multe HMI-uri de tip KTP1000PN Basic (Panouri mobile cu diagonala de 10¨ având conexiune pe Profinet).

Figura 4.2. PLC-uri utilizate

Configurarea hardware în softul Step7 pentru circuite presupune reprezentarea exactă a modului în care sunt poziționate real echipamentele, iar în program selectarea modulelor se realizează dintr-un catalog electronic predefinit, unde așezarea acestora în configurație se realizează sub formă de tabel, în care se regăsesc principalele caracteristici ale modulelor folosite.

În proiectul CA_Proiect se folosesc un CPU ET200S, patru module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

4.3. Configurație hardware CA_Proiect

În proiectul CBB_CPU se folosesc un CPU ET200S, un modul de sclav ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.4. Configurație hardware CBB_CPU

În proiectul PLC-COM se folosesc un CPU ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.5. Configurație hardware PLC_COM

În proiectul RADIATOARE+PLATOURI se folosesc un CPU ET200S, doua module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.6. Configurație hardware RADIATOARE+PLATOURI

În proiectul SE6-SE8 se folosesc un CPU ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.7. Configurație hardware SE6-SE8

În proiectul SIMATIC 300 (1) se folosesc un CPU ET200S, doua module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.8. Configurație hardware SIMATIC300(1)

În proiectul ZDME3 se folosesc un CPU ET200S, patru module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.9. Configurație hardware ZDME3

În proiectul ZINME3 se folosesc un CPU ET200S, un modul de sclav ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.10. Configurație hardware ZINME3

În proiectul ZK se folosesc un CPU ET200S, patru module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208 și are asociat un HMI.

Figura 4.11. Configurație hardware ZK

În proiectul ZOK se folosesc un CPU ET200S, doua module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208, un modul pentru conexiuni Wi-Fi (DP-NORM) și are asociat un HMI.

Figura 4.12. Configuratie hardware ZOK

În proiectul ZOME3_MASTER se folosesc un CPU ET200S, cinci module de sclavi ET200S, un switch Scalance X208, un modul pentru conexiuni Wi-Fi (DP-NORM) și are asociat un HMI.

Figura 4.13. Configuratie hardware ZOME3_MASTER

4.3. Prezentare rețea Profinet

Pentru a monitoriza toata circuitele s-au integrat în aceeași rețea Profinet-Ethernet(1), ceea ce a presupus ca toate circuitele să aibă IP-uri din aceeași clasa (192.168.0.0 – 192.168.0.255) și circuitele să fie interconectate fizic unele cu altele, lucru ce s-a realizat prin cabluri dedicate de Profinet. În figura de mai jos se poate observa configurația rețelei Profinet , unde sunt prezente toate elementele conectate la aceasă rețea sub formă grafică.

Figura 4.14. Configurație rețea Profinet

5.3 Configurarea stației HMI de monitorizare

Pentru monitorizare se folosește un calculator de proces compus din partea de afișare unde s-a optat pentru un LCD cu diagonala de 101 cm (tip televizor) și un PC care să suporte cerințele proiectului (softurile folosite pentru monitorizare), iar pentru rularea interfeței grafice este folosită opțiunea WinCC flexible Runtime din softul WinCC flexible 2008 SP5.

Pentru a realiza monitorizarea circuitelor s-a inserat o stație nouă de tipul SIMATIC HMI Station cu opțiunea PC – WinCC flexible Runtime care a fost redenumită HMI-Monitorizare:

Figura 4.15. Prezentarea stațiilor de monitorizare

Pentru integrarea noii stații în rețeaua Profinet a circuitelor de AGV s-a introdus în configurația hardware aferentă acesteia, cu ajutorul funcției drag and drop, un modul SIMATIC HMI IE (prin intermediul lui se configurează placa de rețea din PC-ul unde se regăsește softul Runtime) și s-a parametrizat cu un IP conform clasei din rețea : 192.168.0.244-Mask 255.255.255.0

Figura 4.16. Configuratie hardware rețea Profinet

Deschiderea stației în programul WinCC flexible , pentru realizarea interfeței grafice

Dupa integrarea stației în programul Step7, pentru a se putea configura interfața în funcție de scopul proiectului, aceasta se deschide în programul WinCC flexible 2008 SP5:

Figura 4.17. Deschidere statie HMI

Ținând cont că rezoluția la LCD este de 1920×1080 este nevoie de ajustarea rezoluției din softul WinCC flexible 2008, iar acest lucru se poate realiza modificând parametrul Screen Resolution din meniul Device Settings, unde se va seta rezoluția. Tot din acest meniu se va seta și ecranul de start, precum și alți parametrii. Dacă se modifică rezoluția ecranului se va actualiza automat dimensiunea ecranelor, precum și a textelor existente, tocmai de aceea trebuie verificată claritatea textelor, precum și calitatea grafică.

Figura 4.18. Setare parametrii

Verificarea și activarea conexiunii între HMI si PLC

Pentru ca HMI-ul să poată comunica cu un PLC este nevoie să existe o conexiune validă. Activarea acestei conexiuni se face din meniul Communication>Connection.

În zona de conexiuni vor fi afișate toate legăturile / conexiunile la care este conectat afișorul, iar validarea conexiunii dorite se realizează prin selectarea opțiunii On în coloana Active. Ca observație, subliniem că numărul maxim de PLC-uri cu care un afișor poate lucra este de opt, iar în cazul în care în rețea există mai multe PLC-uri, pot fi active în același timp doar limita maximă, restul fiind necesar să fie dezactivate. În proiect sunt active conexiunile 1,2,3,4,5,6,8,10, iar datele din conexiunile offline sunt preluate prin intermediul PLC COM.

Figura 4.19. Activare/Dezactivare conexiune

Pentru verificarea conexiunii între HMI și PLC după activarea acesteia se verifică starea elementelor din subsolul paginii de conexiuni, care reprezintă grafic starea comunicației dintre cele două. În cazul în care conexiunea dintre HMI și PLC este validă, pictogramele și scrisul din partea de jos a interfeței sunt active, iar în caz contrar sunt prezentate pe fond gri, fără a putea fi accesate. În elementele grafice din partea de jos a paginii sunt prezentate date specifice conexiunii între cele două elemente : HMI si PLC, pentru fiecare conexiune în parte: IP-uri, interfața folosită pentru conectare, punctul de acces, poziția în rack (sertar) a PLC-ului.

Figura 4.20. Diferențe conexiune realizată-nerealizată

Definirea template-ului (fundalul unde se gasesc elementele comune pentru toate ecranele grafice) :

Pentru omogenizarea proiectului, există opțiunea de a crea un fundal comun tuturor ecranele prin utilizarea elementului Template, element ce apare automat la crearea unui HMI.

În template va fi afișată data și ora, sigla iFA, butoanele Home – folosit pentru revenirea in pagina principală din orice pagină secundară, Exit Runtime – folosit pentru a opri rularea programului și Alarme generale – folosit pentru a prezenta alarmele care apar pe parcursul desfășurării procesului, create cu ajutorul unor obiecte speciale.

Figura 4.21. Elemente prezente in Template

Afișarea datei se realizează urmând pașii: Tools window>Simple Objects> Date/Time field și după se poziționează în zona dorită.

Afișarea siglei iFA se realizează accesând butonul Graphic View din fereastra Tools și din interfața care apare în partea de jos a ecranului se alege poza dorită. Proiectele noi conțin un număr redus de pictograme folosite pentru afișaje standard: cursor, săgeți, HOME, STOP. Pentru a insera un nou element grafic, se va apăsa butonul Create new graphic from file, se va accesa calea unde se găsește imaginea dorită și se va apăsa butonul Open. Pentru a finaliza configurarea imaginii se va apăsa Set și se va poziționa în perimetrul dorit.

Figura 4.22. Inserare imagini

Introducerea textului MONITORIZARE AGV se realizează accesând opțiunea Text Field, iar din fereastra Properties se setează caracteristicile textului introdus: culoare, dimensiune,stil. Pentru poziționarea în zona dorită a textului, se foloseste funcția drag and drop.

Figura 4.23. Inserare text

Fiecare proiect are butoane care sunt folosite atât pentru a trece dintr-o pagină în alta, cât și pentru a îndeplini anumite funcții specifice. Modul de creare al acestuia este descris în cele ce urmează: Tools window>Simple object>Button. Accesându-l prin dublu click, utilizatorul îi poate atribui o serie de caracteristici și o serie de funcționalități:

Figura 4.24. Proprietati buton

Butonul Home se crează urmând pașii de mai sus, accesand General > Graphic și de acolo se poate seta poza care se dorește să apară pe interfața butonului. După se accesează Event>Press, din Screens se va selecta ActivateScreen și se va introduce pagina care va fi accesată în urma apăsării butonului.

Figura 4.25. Creare buton home

Butonul Alarme se crează accesând Button și dupa accesând Event>Press, din Screens se va selecta ActivateScreen și se va introduce pagina care va fi accesată în urma apăsării butonului.

Butonul Stop Runtime se crează accesand Button și dupa accesand Event>Press, din StopRuntime se va selecta Runtime.

Figura 4.26. Creare buton Stop Runtime

Pentru crearea unui element grafic asociat unei fotocelule se selectează din Tools > Simple Object> Circle și se poziționează în zona dorită. Prin dublu click pe această figură se deschide în partea de jos fereastra de proprietăți și din Animations>Apperance se atribuie un tag din PLC, de tip bit și în partea dreapta se aleg culorile dorite pentru a indica schimbarea de bit.

Pentru introducerea unei căsuțe de valori se selectează din Tools > Simple Object> IO Field. Acesta poate fi de tip input – se va realiza doar scrierea valorii, output – presupune doar citirea valorii și input/output care este folosit în acest proiect, deoarece oferă posibilitatea scrierii și citirii valorii introduse.

Pentru fiecare circuit de AGV se crează un folder și în fiecare dintre acestea s-a optat pentru afișarea principalelor elemente din circuit : 01.ME3-ZK, 02.ME3-ZOK, 03.ME3-ZINME3, 04.ME3-ZDME3, 05.ME3-ZOME3, 06.CBB, 07.KRANZ, 08.PLC-COM, iar folderul 00.Monitorizare este dedicat stației HMI de monitorizare prin intermediul căruia se pot accesa ecranele celorlalte proiecte. Din cauza modului în care funcționează softul WinCC flexible 2008, aranjarea folderelor se realizează într-o ordine strict crescatoare și s-a optat pentru o ordonare a folderelor de genul 01 , 02 astfel încât fiecare să fie așezate în ordinea dorită și aceeași modalitate de numerotare se folosește și în cazul ecranelor pentru fiecare proiect în parte, cu schimbarea indexului din 01 in 001.

Figura 4.27. Creare foldere

Crearea ecranelor se poate realiza din fereastra Project în doua moduri, cu ajutorul mouse-ului: prima variantă presupune click dreapta pe folderul unde se dorește adăugarea ecranului și după click stânga pe opțiunea Add Screens. Cealaltă metodă presupune adăugarea directă a ecranului folosind opțiunea Add Screens și după poziționarea acestuia în directorul corespunzator. Ecranele au un nume predefinit, însă denumirea acestora se poate modifica în funcție de circuit și trebuie ținut cont de faptul că acest nume trebuie să fie unic, nu există diferență între literele mici sau mari, nu trebuie incluse caractere speciale și lungimea numelor trebuie să aibă maxim 19 caractere.

Figura 4.28. Creare ecrane

În fiecare folder s-au creat ecrane specifice circuitului monitorizat. Pentru omogenizarea proiectului , pentru fiecare circuit în parte s-au creat o serie de ecrane cu specificații comune: Ecran principal, Ecran alarme și Ecran istoric alarme, care se pot redenumi în funcție de numele circuitului.

Figura 4.29. Prezentare foldere și ecrane

Crearea corespondențelor între butoane și variabilele din program;

Pentru a se realiza schimbul de date între PLC și WinCC flexible se vor folosi tagurile de proces numite și taguri externe. În timpul rulării, WinCC flexible citește zona de date în care PLC-ul stochează variabilele de proces și se determină astfel valoarea acestora. În momentul creării unui tag extern acesta trebuie să aibă în WinCC flexible aceeași adresă ca și în Step7, pentru a putea accesa aceeași locație de memorie. Pentru îmbunătățirea clarității, tagurile se vor structura în grupuri de taguri (clase de taguri).

Figura 4.30. Atribuire tag

Prezentarea ecranelor create

Pentru fiecare circuit în parte se vor prezenta principalele ecrane necesare pentru a se putea realiza monitorizarea circuitelor de AGV. Deși fiecare folder conține și ecrane de alarme, acestea vor fi prezentate la finalul capitolului.

Ecrane din folderul Monitorizare

Ecranul Detalii – acesta conține principalele ecrane corespunzatoare fiecărui circuit. Pentru realizarea acestora pe un singur ecran s-a împărțit ecranul în nouă părți egale, s-a verificat rezoluția fiecărei părți în parte și s-a modificat rezoluția ecranelor implementate astfel încât acestea să se potrivească în zona respectivă. Rezoluția totală a ecranului este 1920×1080, iar după împărțire fiecărei zone îi corespune o rezoluție de 600×300.

Figura 4.31. Ecranul Detalii

Ecrane din folderul ME3-ZK

Pe această pagină se regăsește starea conexiunii cu celelalte automate de zone cu care comunică în mod direct . Dacă zona este OK acest lucru presupune ca zona să fie alimentată cu tensiune și toate modulele Profinet din zona sunt conectate la rețea, iar daca zona este în defect acest lucru presupune că există o alarmă prezentă în zona respectivă, și pentru vizualizare detaliată trebuie mers în pagina de alarme. Tot în această pagină găsim dacă stațiile de încărcare sunt în mod automat sau nu: dacă stațiile de încărcare nu sunt în mod automat este necesară repunerea lor în acest mod de către persoanele desemnate, astfel AGV-urile nu sunt încărcate. Se regăsesc și informații referitoare la AGV-urile care sunt sau nu prezente în stațiile de încărcat baterii: dacă timp de 4 minute nu sunt AGV uri în stațiile de încărcare baterii o să apară avertizare sub formă de defect pe IHM și avertizare sonoră și luminoasă roșie . În partea din stanga jos regăsim numărul de AGV-uri existente în așteptare în zona de descărcare ME3 (introducere cărucioare în flux). În funcție de numărul de AGV-uri sunt aprinse în posturile operator balize de avertizare: verde = sunt două sau mai mult de două AGV-uri, galben = un singur agv, 0 = niciun AGV. În partea de jos a paginii se vor găsi butoanele de comutare între paginile din HMI: în pagina Detalii și Alarme ZK.

Figura 4.32.Ecranul ME3 kitting ZK

Ecrane din folderul ME3-ZOK

În această pagină este afișat un contor de AGV-uri în așteptare pentru descărcare, un contor pentru retuș, contor pentru zona kitting, precum și un contor pentru barieră. Pornirea în manual din fotocelulele TY1 si TY2 se poate face direct prin apăsarea butonului de pe ecran, având condițiile din program îndeplinite. Tot pe această pagină se regăsește starea conexiunii cu celelalte automate de zone cu care comunică în mod direct . Dacă zona este OK acest lucru presupune ca zona să fie alimentată cu tensiune și toate modulele Profinet din zonă sunt conectate la rețea, iar daca zona este în defect acest lucru presupune că există o alarmă prezentă în zona respectivă și pentru vizualizare detaliată trebuie mers în pagina de alarme.

Figura 4.33.Ecranul ME3 iesire kitting ZOK

Ecrane din folderul ME3-ZINME3

În această pagină regăsim starea conexiunii cu celalalte automate de zone cu care comunică în mod direct. Dacă zonele sunt în defect ceea ce ar presupune o alarmă prezentă în zona respectivă, pentru vizualizare detaliată trebuie mers în pagina de alarme, iar pentru remedierea problemei trebuie mers în zona respectivă. În partea din stanga a paginii este afișat un contor de AGV-uri în așteptare pentru descărcare, un contor total cât și un contor detaliat pe fiecare parte dreapta și stânga. Tot în această pagină gasim butoane de comutare între paginile din HMI: în pagina Detalii, Inc_AGV , Condiții funcționare ZINME3, Tranzit ZINME3, precum și Alarme ZINME3.

Figura 4.34.Ecranul Intrare ME3-ZINME3

Prezintă schțta tranzitului din ZINME3 și cuprinde principalele elemente din teren și poziționarea lor relativă: fotocelulele cu reflector (FC) și fotocelule TOYO (TY). Tranziturile set /reset – conțin butoane pentru setare și resetare de pe HMI a principalelor tranzituri de pe circuit. Setarea tranziturilor se face prin apăsarea butonului de set și resetarea prin apăsarea butonului de reset. Pentru evidențierea vizuală a tranziturilor în momentul în care sunt active s-a realizat evidențierea acestora prin săgeți care pâlpaie.

Figura 4.35.Ecranul Tranzit ZINME3

În această pagină sunt afișate condițiile de pornire a AGV-urilor din fotocelulele TOYO (TY) și condițiile de funcționare a barierelor de pe circuit. Această pagină s-a realizat pentru a veni în ajutorul operatorilor, aceștia putând vedea direct condițiile de acționare a elementelor fără a fi nevoie de conectarea directă cu PLC-ul. În funcție de starea condițiilor din program, fiecare etichetă afișată apare în culoarea verde daca condiția este îndeplinită sau își păstrează fundalul gri dacă condiția nu este îndeplinită. De asemenea, în cazul în care valoarea contoarelor nu corespune cu realitatea din teren (numărul este mai mare sau mai mic), se poate corecta direct din căsuța asociată, rezultatul fiind direct transmis în PLC.

Figura 4.36.Ecranul Condiții funcționare ZINME3

În acest ecran se vizualizează zona de încărcare cutii goale din circuitul de transport kituri pentru volane. În funcție de poziția reală a AGV-ului, a numarului de cutii goale, a modului de funcționare a zonei, în ecran se aprind în culoare verde elementele asociate. Pentru identificarea vizuală a elementelor s-au folosit o serie de simboluri grafice: pentru fotocelulele cu reflector și detectori inductivi (buline asociate cu etichete text – FC pentru fotocelule și D pentru detectori), iar pentru bariere s-au realizat elemente complexe care arată poziția acestora în funcție de comenzile pe care le are în program (barieră coborâtă sau ridicată). Pentru usurința navigării între ecranele proiectului s-au implementat în subsolul ecranului butoane pentru a face trecerea între acestea.

Figura 4.37.Ecranul Post Inc_AGV

Ecrane din folderul ME3-ZIME3-ZDME3

Pagina conține diverse contoare pentru această zonă de circuit: contoare referitoare la numărul AGV-urilor de pe fiecare parte a circuitului, contoare referitoare la timpii setați pentru alarmele privind blocarea stațiilor de încărcare și contoare care afișează timpul real al trecerii AGV-urilor prin stații. Datorită valorilor mari de lucru s-a optat pentru utilizarea unor căsuțe de variabile setate cu 3 digiți, unde valoarea maximă setată poate fi 999. Ecuațiile contoarelor se regăsesc în programul din PLC-ul asociat zonei. Dacă se dorește modificarea valorilor dintr-un contor se apasă pe casuta galbenă și se introduce valoarea dorită și se valdiează cu enter, acțiune care afectează direct funcționarea PLC-ului, acesta luând în considerare în rularea programului valorile nou introduse. Setarea valorilor pentru generarea alarmelor se realizează de către operatori în funcție de observațiile privind funcționarea reală a procesului în teren. În această pagină se setează valorile pentru alarmele cu temporizare din circuitul ME3-ZIME3 (ZDME3). Sunt afișați timpii reali de funcționare ai AGV-urilor și după expirarea acestor timpi sunt afișate alarmele aferente în pagina de alarme.

Figura 4.38.Ecranul Intrare carucioare ME3

Ecrane din folderul ME3-ZOME3

În această pagină se regăsește starea conexiunii cu celelalte automate de zone cu care comunică în mod direct, dacă zona este ok unde ZONA OK presupune că zona este alimentată cu tensiune și toate modulele Profinet din zonă sunt conectate la rețea. Datorită importanței ca această zonă să nu aibă nici o oprire, iar dacă totuși se întâmplă acest lucru, timpul de intervenție să fie cât mai scurt, pe ecran sunt afișate principalele defecte care apar în funcționarea circuitelor. În momentul în care un AGV este într-una din situațiile descrise în ecran (adică blocat pe unul dintre tronsoanele de circuit) atunci căsuțele text asociate pâlpâie în roșu, atrăgând atenția personalului din zonă că există o defecțiune. De asemenea, tot în acest ecran se folosesc contoare de timp pentru a controla generarea defectelor de blocare AGV pe această zonă ținând cont de modul real de funcțioare, după expirarea acestor timpi sunt afișate alarmele aferente în pagina de alarme. Dacă zonele sunt în defect – zonele în defect presupun că există o alarmă prezentă în zona respectivă, și pentru vizualizarea detaliată, trebuie mers în pagina de alarme și pentru remedierea problemei trebuie mers în zona respectivă. Tot aici se regăsesc timpii reali de funcțioanare ai AGV-urilor și după expirarea acestor timpi sunt afișate alarmele aferente în pagina de alarme.

Figura 4.39. Ecranul ME3 iesire carucioare

Ecrane din folderul CBB

Această pagină conține o schiță a circuitului de AGV – CBB (Caseta de direcție , Brațe si Bară antiruliu ) și pe langa butoanele de direcționare în alte ecrane, în această pagină s-au inserat o serie de elemente care ajută la interpretarea funcționării circuitului : elemente grafice (text și buline) care arată starea circuitului și a comunicației pe Profinet, butonul Reset alarma OP, care are rolul de a reseta alarmele de la operatorul din zona de kiting CBB (zona de incarcare AGV-uri cu piese) generate atunci cand operatorii doresc să atenționeze că a survenit o problemă în zona lor, iar crearea acestor alarme se realizează efectiv prin menținerea apăsată a butoanelor de start AGV mai mult de 10 secunde. Butonul de  Tranzit încărcare  – face trecerea în pagina cu descrierea zonei de încărcare CBB, care cuprinde stația de încărcare baterii AGV și posturile de kiting CBB; Butonul de  Tranzit descărcare  – face trecerea în pagina cu descrierea zonei de descărcare AGV –uri CBB (zona de descărcare piese de pe AGV-uri) ;

Figura 4.40. Ecranul Principal CBB

Tranzit încărcare : Prezintă schița zonei de încărcare și cuprinde stația de încărcare baterii și zona de kiting CBB. Sunt de asemenea reprezentate și principalele elemente din teren: fotocelulele cu reflector (FC), fotocelule TOYO (TY), pentru a căror reprezentare s-au folosit elemente grafice de genul etichete text si buline, care se colorează în funcție de starea din program a variabilelor asociate și contorul FC1-FC2, care arată numărul de AGV-uri existent pe acestă porțiune de circuit. De asemenea tot în această pagină este prezentat sub formă grafică cu săgeți care pâlpâie, tranzitul între punctele: FC1 și TY1. Acest tranzit este prezentat, deoarece are loc într-o zonă de circulație intensă unde se întâlnesc atât AGV-uri cât și elemente de logistică clasice: mașinuțe electrice, motostivuitoare.

Figura 4.41. Ecranul Tranzit incarcare

Tranzit descărcare : Acest ecran prezintă zona de descărcare și modul în care are loc circulația AGV-urilor pe această porțiune din circuit. Cuprinde principalele elemente din teren și poziționarea lor relativă: fotocelulele cu reflector (FC) și fotocelule TOYO (TY), care sunt reprezentate cu elemente grafice exact ca în zona de încărcare, butoane pentru setarea și resetarea de pe HMI a principalelor tranzituri de pe circuit, iar vizualizarea acestor tranzite se realizează prin săgeți care atunci când tranzitul este setat capătă culoarea verde, contoare cu numarul de AGV-uri existent pe diverse porțiuni de circuit din această zonă, în principal în zonele de descărcare piese în postul de lucru, a căror valori pot fi modificate prin tastare directă pe căsuța asociată pe ecran.

Figura 4.42. Ecranul Tranzit descarcare

În această pagină sunt afișate condițiile de demarat AGV-uri din fotocelulele TOYO (TY). Ca și în cazul altor pagini de prezentare a condițiilor de funcționare ale elementelor pe circuite, în acest ecran sunt prezentate fidel condițiile din ecuațiile din program, necesare pentru activarea ieșirii asociate pornirii AGV-urilor din fotocelulele TOYO. Tranzitul între două elemente de teren (fotocelulă toyo sau reflector) se realizează prin setarea memoriei de tranzit la activarea primului element și resetarea la activarea celui de-al doilea. Condițiile detaliate pentru tranzituri se regăsesc în programul PLC.

Figura 4.43. Ecranul Conditii de functionare TOYO

Ecranul Funcționare bariere conține condițiile existente în program pentru funcționarea barierelor.

Figura 4.44. Ecranul Functionare bariere

Ecrane din folderul KRANZ

Această pagină conține o imagine a circuitului de KRANZ și din această pagină se poate naviga în toate celalalte. Butonul de Încărcare face trecerea în pagina cu descrierea zonei de încarcare KRANZ, care cuprinde stația de încărcare baterii AGV și posturile de kiting KRANZ (unde se încarcă cu motoare AGV-urile), butonul Descarcare care face trecerea în pagina de vizualizare a zonei de descărcare AGV-uri, butonul USA1 , care face trecerea în pagina de vizualizare a zonei care cuprinde ușa de acces în secție pe direcția de intrare AGV-uri pline, butonul de ZONA USI, care face trecerea în fereastra de vizualizare zonă de deplasare AGV-uri goale între secție și zona de kiting și butonul de Tranzit descarcare, care face trecerea în pagina cu descrierea zonei de descărcare.

Figura 4.45. Ecranul Principal

Ecranul Zona Uși prezintă detaliat zona de trecere a AGV-urilor între secția Montaj și zona de încărcare motoare (kiting). Pentru interpretarea corectă a modului de funcționare, pe această porțiune s-au creat reprezentări grafice pentru elementele existente: fotocelule, toyo, bariere, butoane.

Figura 4.46. Ecranul Zona Uși

În această pagină este prezentată zona de descărcare a AGV-urilor cu motoare în postul de lucru. Ca noutate, condițiile de functionare pentru start AGV din fotocelulele Toyo și funcționarea barierelor nu mai apar în ferestre separate, ci sunt afișate în ferestre mobile integrate în fiecare paginî pentru elementele existente în el. De exemplu, dacă se dorește vizualizarea condițiilor care duc la pornirea AGV-ului din fotocelula TY6, se apasă pe butonul asociat acesteia și în interiorul ecranului Descărcare apare un mini ecran în care sunt prezentate condițiile. De asemenea, din interiorul acestei ferestre se pot face și corecții direct în programul PLC.

Figura 4.47. Ecranul Descărcare

În această pagina este prezentată zona de încărcare a AGV-urilor cu motoare în postul de lucru și elementele asociate acesteia.

Figura 4.48. Ecranul Încarcare

În această pagină sunt prezentate elementele din zona ușii numărul 1 de trecere dinspre secție spre magazia de motoare și implicit elementele din această zonă.

Figura 4.49. Ecranul Usa 1

4.4 Prezentarea ecranelor de alarme

Unul dintre principalele scopuri ale monitorizarii este acela de a vedea în timp util dacă în circuite există alarme sau defecte. Cu cât mai repede sunt identificate aceste situații, cu atât mai rapid se poate interveni în remedierea lor. În acest proiect afișarea alarmelor s-a realizat în două moduri: primul mod presupune afișarea alarmelor pentru fiecare circuit în parte cu câte un jurnal de alarme pentru fiecare, iar cel de-al doilea mod presupune afișarea tuturor alarmelor de la toate circuitele într-o singură pagină. S-a optat pentru acest mod pentru facilitarea urmăririi și interpretării acestor alarme de către operatori, în pagina de alarme generale se observă toate alarmele în același timp, iar daca se dorește vizualizarea separat pe fiecare circuit în parte se acceseaza pagina de alarme dedicata acelui circuit.

Figura 4.50. Ecrane de alarme

Accesarea paginii de alarme generale se poate realiza din orice circuit component.Pentru a raporta evenimente sau stările care apar în instalație sau pe parcursul procesului se realizează o interfață pentru alarme folosind drag and drop Alarm View.

În WinCC flexible se poate păstra un istoric de alarme. Acest istoric se poate crea în două moduri: primul, prin folosirea bufferului intern de alarme (memorie volatilă care își pierde datele în momentul în care este scoasă tensiunea) sau al doilea mod, prin folosirea unui jurnal de alarme (Alarms Log).

Bufferul intern de alarme se crează în mod automat în momentul în care se alimentează afișorul, încep să fie generate alarmele și memorează un numar limitat prestabilit de alarme, iar când este depășit numărul acestea încep să se suprascrie. Asupra acestui buffer se poate acționa prin comenzi asociate unor butoane de pe ecran (Golire buffer, Afișare buffer).

Cealaltă metodă presupune memorarea alarmelor într-un fișier text sub formă de jurnal(log) și în funcție de tipul de stație HMI folosit, acestea sunt salvate pe un card SD în cazul panourilor operator și pe disk partiția C în cazul PC-ului. De subliniat este faptul că pentru această metodă este necesară achiziționarea unei licențe de arhive. De asemenea, ca și în cazul bufferului intern, cand se ajunge la limita setată pentru alarme, acestea se suprascriu începând cu prima alarmă (Circular log).

Figura 4.51. Alarmele circuitelor

Pentru început se selecteaza butonul și din fereastra care apare în partea de jos se modifică setările astfel încât să se realizeze configurația dorită. Din Animation > Appearance se selectează tagul accesând din PLC Connections>Tags. Tagurile pot fi de tipul întreg, binar sau bit și vom folosi tipul bit, putând lua doar doua valori 0 sau 1.

Figura 4.52. Alegerea afișării alarmelor dorite

ALARME este ecranul de HMI unde sunt afisate alarmele apărute în funcționarea circuitului. Istoric alarme conține un istoric al alarmelor apărute în circuit. Pentru ștergerea lor se apasă butonul de RESET ISTORIC ALARME.

Compilarea si simularea simularea programului

Rularea programului pe mediul de afisare ales (HMI , PC).

Concluzii

Datorită dezvoltării continue a proceselor industriale și a creșterii performanței privind reducerea costurilor, reducerea timpilor de proces, automatizarea etapelor de producție, companiile implementează soluții inovatoare printre care una dintre cele mai actuale este optimizarea fluxului de logistică prin intermediul AGV-urilor.

Lucrarea de față a avut ca obiectiv realizarea unui sistem centralizat de monitorizare a circuitelor de AGV-uri implementate în departamentul Montaj General, prin crearea unei interfețe grafice om-mașină care să urmărească în timp real parametrii de funcționare și să genereze alarme în cazul unor defecte, pentru a putea fi rezolvate într-un stadiu incipient.

Pentru realizarea sistemului de monitorizare s-au studiat cele două programe dedicate de la Siemens: Step7 V5.6, prin intermediul căruia s-a realizat programarea PLC-urilor folosite la gestionarea circuitelor și WinCC flexible 2008 SP5, cu ajutorul căruia s-au realizat interfețele grafice atât pentru panourile mobile dedicate fiecărui circuit în parte, cât și pentru sistemul de monitorizare centralizat.

Principalul limbaj de programare folosit pentru realizarea programelor de gestionare a circuitelor de AGV este Ladder (LD), datorită avantajelor pe care acesta le oferă în mediul industrial, avantajul major fiind ușurința de a interpreta instrucțiunile de program scrise în acest limbaj, acestea fiind similare cu o schemă electrică.

Interfața om-mașină (HMI) s-a realizat cu softul WinCC flexible 2008 SP5 prin intermediul căruia s-au creat ecrane grafice, unde sunt prezentate principalele zone, elemente, precum și condiții de funcționare ale circuitelor de AGV-uri. Aceste ecrane facilitează operarea circuitelor de AGV-uri care se doresc a fi monitorizate, deoarece permit operatorului să vizualizeze stările intrărilor/ieșirilor, detectarea alarmelor în timpul funcționării, precum și localizarea cu ușurință a cauzei unui defect, fără a fi nevoie de pregătire specializată în domeniul programarii.

Consider ca !

Anexe

Bibliografie

https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/switches/lan/cisco_ie3000/software/release/12-2_55_se/configuration/guide/scg_ie3000/swprofinet.pdf

https://gts-automatizari.ro/ro/senzori/65-senzori-fotoelectrici.html

https://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/en/advanced-controller/s7-300/cpu/Pages/Default.aspx

https://www.researchgate.net/publication/311861408_PLC_Based_Industrial_Automation_System

https://www.researchgate.net/publication/311861408_PLC_Based_Industrial_Automation_System

users.utcluj.ro/~rcrisan/SIMATIC%20Step%207_v5.pdf

https://www.shiva.pub.ro/PDF/Aut/Laborator_1_Introducere.pdf

https://www.profibus.com/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=51714&token=4ea5554cbb80a066e805a879116ead2a759c23c3

http://stest1.etnetera.cz/ad/current/content/data_files/automatizacni_systemy/systemy_pro_ovladani_a_vizualizaci/vizualizacni_software/simatic_wincc_flexible/_prospekty/brochure_simatic-wincc-flexible_2010-03_en.pdf