Ro Rachieru Adrian.doc [308554]
Cuprins
INTRODUCERE…………………………………………………………………………………………………………….3
CARACTERISTICA TEHNICĂ GENERALĂ A ECHIPAMENTELOR LINIEI DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE CU PELICULĂ A FÂȘIILOR SAU RULOURILOR DE CARTON………………………………………………………………..4
Prezentare generală video a liniei de paletizare și împachetare………………………………………………4
Instalație de împachetare a paletelor încărcate cu peliculă stretch………………………………………..13
Controler universal SIMATIC S7 1200 Siemens de automatizare a instalației de împachetare………………………………………………………………………………………………………………………16
Principii de programare a controlerelor S7 1200 în softul TIA PORTAL Siemens…………………24
Echipamente auxiliare ale instalației de împachetare………………………………………………………..33
CARACTERITICA TEHNICĂ GENERALĂ A ROBOȚILOR INDUSTRIALI IRB 6620 ABB DE PALETIZARE AUTOMATIZATĂ A FÂȘIILOR ȘI RULOURILOR DE CARTON……………………………………………………………………….40
Date tehnice principale………………………………………………………………………………………………….40
Designul cinematic al roboților………………………………………………………………………………………42
Structura generală a [anonimizat] ……………………………45
Controlere de comandă IRC 5 ale roboților mijlocii și mari IRB ABB……………………………….50
Panoul de comandă și instruire manuală a robotului Teach Pendant……………………………………55
Acționarea electropneumatică a mecanismului de apucare a robotului…………………………60
Elaborarea construcției și acționării electropneumatice a mecanismului de apucare……………….61
Calculul parametrilor servo motorului de la baza robotului după datele nominale………………..68
Schema tipică a invetorului de reglare a vitezei și poziției unui servomotor………………………..72
Descrierea rezolverului de măsurare a vitezei și poziției rotorului……………………………………..73
PRINCIPII DE PROGRAMARE A ROBOȚILOR LINIEI DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE ………………………………………………………………………………………76
Principii de programare a roboților IRB 6620 în softul RobotStudio OffLine ABB………………76
Programarea roboților IRB 6620 în softul specializat Palletizing PowerPac ABB……………….81
CALCULUL EFICIENȚEI ECONOMICE A LINIEI ROBOTIZATE DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE……………………………………………………………….97
4.1 Cheltuieli pentru costul tuturor materialelor si pieselor……………………………………………………..98
4.2 Cheltuieli pentru consumul de energie…………………………………………………………………………….98
4.3 Cheltuieli pentru remunerarea muncii……………………………………………………………………………100
4.4 Cota asigurarilor sociale………………………………………………………………………………………………102
4.5 Cheltuieli suplimentare………………………………………………………………………………………………..102
4.6 Divizul de cheltuieli ……………………………………………………………………………………………………103
4.7 Argumentare economică………………………………………………………………………………………………103
TEHNICA DE SECURITATE LA EXPLOATAREA LINIEI ROBOTIZATE……………….104
5.1 Introducere………………………………………………………………………………………………………………..104
5.2 Analiza condițiilor de muncă………………………………………………………………….104
5.3 Măsuri privind sanitaria industrială…………………………………………………………..105
5.4 Măsuri privind tehnica securității…………………………………………………………………………………106
5.5 Măsuri de protecție contra incendiilor…………………………………………………………………………..107
CONCLUZII……………………………………………………………………………………………………………………108
BIBLIOGRAFII………………………………………………………………………………………………………………109
INTRODUCERE
În trecut roboții industriali (RI) erau utilizați în scopul înlocuirii operatorul uman în condiții grele, agresive, monotone, obositoare și dăunătoare sănătății, precum și în scopul ridicării productivității, exactității și eficacității proceselor industriale. În prezent roboții industriali au devenit o parte componentă a sistemelor de automatizare generală a proceselor și utilajelor industriale. Cea mai largă utilizare au căpătat-o roboții cu coordonate unghiulare cu 6 organe componente articulate (6 axe), conectare în serie în lanțul cinematic, similar mâinii umane. Din acest motiv ii se mai numesc roboți articulați. Zona de lucru a acestor roboți compacți constituie aproximativ o sferă, fiind relativ mare, în raport cu lungimea elementelor componente.
În Republica Moldova robotica industrială practic lipsește, cu excepția unor mașini automatizate ale unor întreprinderi industriale cu capital străin, de exenplu ‚’’Fujicura,, Introscop din domeniul cablării automobilelor și altele. Însă în anul 2019, pentru prima dată în Moldova, firma SRL Orcolia Lux din Chișinău, a cumpărat 2 roboți industriali universali ai companiei internaționale ABB cu un preț de 40000 de Euro, care au fost comandați de o fabrică de carton din Los-Angheles SUA. Ei au fost destinați pentru înlocuirea operațiilor manuale de paletizare a fâșiilor și rulourilor de carton de la această fabrică. Însă paletele cu fâșii, sau rulouri de carton, trebuie apoi înfășurate cu peliculă de polietilenă (streach), de aceea a fost proiectată, de asemena, o linie automatizată cu 2 conveiere de transportare și ambalare automatizată a paletelor încărcate.
Directorul firmei Orcolia Lux și proiectantul principal al acestei linii de ambalare și a roboților de paletizare este fostul absolvent al catedrei de Electromecanică Alecu Dragomir, care a absolvit specializarea de Acționări Electrice și Automatizări Industriale în anul 2008. La această firmă este angajat un tânăr absolvent (anul 2018) al Departamentului de Inginerie Electrică cu numele Ion Țigănescu, care nu demult s-a întors din SUA, unde a montat roboții IRB 6620 și linia automatizată de ambalare a paletelor. Autorul acestei teze de licență a fost îndreptat la practică la SRL Orcolia Lux, din care motiv a ales, ca temă a proiectului de licență, linia robotizată de paletizare și ambalare a fâțiilor și rulourilor de carton.
În primul capitol al tezei sunt descrise echipamentele principale ale liniei robotizate menționate, însoțite de fotografii de la o funcționare reală, filmată de postul de televiziune Jurnal TV Chișinău. Linia de ambalare a paletelor este automatizată de un controler Simatic S7 1200 Siemens, descris în acest capitol. Capitolul 2 include o descriere constructivă, electrică, pneumatică și de automatizare a mecanismlui de apucare (graiferului) pneumatică a roboților IRB 6620 ABB. Capitolul 3 are ca subiect principal programarea acestor roboți.1.CARACTERISTICA GENERALĂ A ECHIPAMENTELOR LINIEI DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE CU PELICULĂ A FÂȘIILOR SAU RULOURILOR DE CARTON.
Prezentare constructivă generală a liniei de paletizare și împachetare
Echipamente principale
Această teză are la bază unele rezultate ale liniei robotizate reale de paletizare și ambalare a fășiilor sau rulourilor de carton, elaborate și proiectate în a.2019 de firma din Chișinău ORCOLIA LUX SRL, fondatorul și administratorul căreia este ALECU DRAGOMIR, absolvent al catedrei de Electromecanică UTM, 2009. Această linie a fost destinată pentru o companie americană din Los-Angeles. Proiectarea ei a inclus lucrări, înepând cu procurarea elementelor componente și terminând cu introducarea în exploatare. Cele mai importatnte lucrări (fără normarea numărului necesar de ore pentru fiecare din ele), sunt indicate în tabelul 1.1 [2].
Nomenclatura lucrărilor de proiectare a liniei de paletizare Tabelul 1.1
Linia robotizată proiectată este constituită din 2 secții (sectoare) principale:
sectorul de paletizare a rulourilor de carton, preluate ciclic de pe o masă alăturată de către robotul IRB 6620 ABB și aranjate pe o paletă, așezată la marginea primului conveier (figura 1.1.1,a)[3].
sectorul de ambalare a paletelei încărcate cu peliculă stretch (lipicioasă), constituit din 2 conveiere scurte, în mijlocul cărora se află masa rotativă cu role a instalației de înfășurare cu coloana verticală (de culoare neagră cu panou oranj de comandă), pe care este amplasat roloul de peliculă stretch (figura 1.1.1,b).
Paletele goale sunt transportate și amplasate în spatele robotului cu ajutorul unui electrostivuitor, iar paletele ambalate sunt evacuate de același stivuitor, preluate de pe cel de-al doilea conveier al liniei de ambalare (figura 1.1.1,b). Raza de acțiune a robotului constituie 360°. Rulourile sunt apucate de robot în poziție orizontală, apoi sunt întoarse la 90° și paletizate vertical[3].
Fig 1.1.1, a-b. Componența generală a liniei de paletizare și ambalare a rulourilor de carton.
În figura 1.1.2, a-b sunt arătate 2 faze ale mecanismului lui de apucare a unui rulou de către robot. Acest macanism, cuplat la axa 6 a robotului, este constituit din 2 palete în formă de furcă. Paletele sunt acționate de 2 cilindri pneumatici cu senzori reglabili de poziție, incluși în sistemul de automatizare al controlerului robotului. Tijele cilindrilor, amplasate la capatele paletelor, formează, împreună cu axele orizintale rotative ale paletelor, un paralelogram, ceea ce asigură o stabilitate necesară mecanismului de apucare.
Fig 1.1.2, a-b. Două faze ale mecanismului de apucare a unui rulou de carton de către robot.
Prezentare video televizată a echipamentelor liniei la Jurnal TV 11.10.19
Linia de paletizare și ambalare, proiectată de ORCOLIA-LUX SRL, a fost filmată și difuzată în efir în luna octombrie 2919 de 2 posturi de televiziune ale RM: JURNAL TV și PUBLICA TV. În figura 1.1.3 sunt arătate 2 fotografii de manipulare și poziționare în aer a paletei goale, apucate de paletele mecanismului de apucare cu acționare pneumatică, extrase din video-clipul știrilor de la orele 15-06 ale postului JURNAL TV.md [4].
Fig 1.1.3. Manipularea și poziționarea în aer a paletei goale de un robot IRB 6620 ABB.
După așezarea paletei goale la marginea primului conveier al liniei de ambalare, robotul se reîntoarce și apucă, dintr-un clid alăturat, o folie de carton subțire, pe care o așează la fundul paletei goale (fig.1.1.4). Pentru apucarea foliei de carton mecanismul de apucare este înzestrat cu 4 electro sugătoare vacuum metrice cu un cap cilindric de gumă gofrată (вакуумные присоски), care reprezintă niște micro generatoare speciale de vacuum, bazate pe principiul strangulării Ventoury (Vortex). Ele absorb aerul de sub gofre, atrăgând după sine foaia de carton de mărimea paletei.În fotografiile din figura 1.1.4.furtunurile micro aspiratoarelor vacuummetrice au un diametru relativ mic, de culoare albastră[4].
Fig 1.1.4. Apucarea, manipularea și așezarea unei folii subțiri de carton la fundul paletei goale.
În figura 1.1.5este arătată apucarea orizontală și poziționarea verticală pe paletă a unui rulou de carton. Când ruloul este poziționat vertical, deasupra paletei, el este strâns bine de cilindrii pneumatici, pentru a împiedica căderea lui[4].
De pe masa a doua a materialelor inițiale de paletizare sunt apucate, poziționate și paletizate în mod analogic fâșii de carton de o lungime, egală cu lungimea paletei. Fiecare fâșie include în sine multe foi subțiri, care sumar alcătuiesc o grosime aproximativă de 10×10 cm. În figura 1.1.6,a este arătată deja o paletă încărcată cu astfel de fășii, după pornirea primului conveier și îndreptarea ei spre masa rotativă a instalației de înfășurare cu peliculă stretch. Când paleta ajunge în centrul mesei, ea se oprește. Apoi operatorul fixează capătul peliculei în partea de jos al paletei și pornește motorul de rotire a mesei instalației. Ca urmare, pelicula se înfășoară lateral în jurul paletei, iar motorul de ridicare a sulului de peliculă se ridică încet în sus cu un pas, setat în prealabil de operator (figura 1.1.6, b-c).Dacă trebuie făcută, de asemenea, o acoperire orizontală a paletei în partea de sus, atunci operatorul (la început) pune deasupra o folie orizontală pregătită, care acoperă parțial și părțile laterale., Această peliculă este fixată de pelicula laterală în procesul de înfășurare[4].
Fig 1.1.6,a. Paletă încărcată și stivuită cu fâșii de carton, înainte de înfășurare cu peliculă stretch.
Fig 1.1.6, b-c Imagini din procesul de ambalare cu peliculă stretch a paletei încărcate cu fășii de carton.
Panoul portativ de comandă și programare manuală a roboților ABB este arătat în figura1.1.7. El include un display, un djostik de comandă manuală și mai multe taste operative.
Fig 1.1.7. Panoul portativ de comandă și programare manuală a roboților IRB ABB.
Linia robotizată proiectată, asamblată, programată și pusă în funcțiune este unicală în RM, iar autorul ei este o singură persoană – ALECU DRAGOMIR, care posedă cea mai înaltă calificare profesiuonală în domeniul Automatizărilor Industriale moderne (fig.1.1.8,a-b)[4].El a fost ajutat de tânărul inginer, absolvent ai aceleieși catedre de Electromecanică – Ion Țigănescu (figura1.1.8,c)[4].
Fig 1.1.8. Autorul liniei robotizate Alecu Dragomir și ucenicul lui Ion Țigănescu.
Instalația de ambalare a paletelor încărcate cu peliculă stretch.
Compania ROBOPAC produce mai multe tipuri de instalații automate și semiautomate de ambalare a paletelor cu peliculă extensivă (stretch). În figura 1.2.1,a este prezentată instalația TECHNOPLAT 2000, constituită din 4 componente principale: platforma rotativă orizontală, acoperită cu role de transportare a paletei (4); coloana verticală (2) cu panoul de comandă și sistemul de deplasare pe verticală a căruciorului exterior cu sulul de peliculă extensivă, (3) și dispozitive adăugătoarede automatizare: de prindere, tăiere și lipire a peliculei de paletă. Motorul de acționare a rolelor platformei orizontale este montat în exteriorul ei, iar în interiorul ei este amplasat motorul de rotire cu reductor și transmisiei pinion/coroană dințată interioară (figura 1.2.1, b-c)[5]. Platforma se rotește cu o viteză de 15 rot/min, iar căruciorul cu roloul de peliculă se ridică cu o viteză 1-4 m/min. Platforma este prevăzută pentru palete cu o greutate maximă până la 1500 kg, iar coloana verticală are o înălțime până la 2400 mm [5].
Fig 1.2.1. Vedere generală a instalației de
ambalare a paletelor Technoplat 2000 și elemente de acționare a rolelor și platformai orizontale.
Panoul de comandă Manuală și Automată a instalației este reprezentat în figura 1.2.2.El prevede 4 butoane de comandă: Start (A), Stop (B), Reset (C) și de deconectare avariată Emergency Stop (ciupercă roșie), precum și comutatorul Manual/Automat (D) [6].
Fig 1.2.2. Panoul de comandă manuală și automată a instalației de ambalare Technoplat 2000.
Elementele de automatizare prindere, tăiere și lipire a peliclei de paletă) au o acționare electropneumatică. Fixarea și tăierea( peliculei se efectuează cu ajutorul unei mecanicm în formă de foarfece (figura 1.2.3, a).Mecanismul de lipire exte constituit dintr-un ax vertical rotativ cu un braț orizontal, la căpătul căruia este amplasată o paletă (figura 1.2.3,b)[6].
b)
Fig 1.2.3. Dispozitive adăugătoare de automatizare – fixare, tăiere și lipire a peliculei cu acționare electropneumatică.
În figura 1.2.4 sunt prezentate 2 fotografii ale instalației TECHNOPLAT 2000 la o ambalare cu peliculă extensivă a unei palete, încărcate cu cutii de carton. Prima fotografie pozează poziția inițială a paletei pe platforma rotativă staționată, precum și sulul de peliculă, capătul căreia este fixat de foarfecele din figura precedentă (figura 1.2.4,a). În timpul primei rotații a platformei, brațele foarfecelor se desfac și se coboară în jos, pentru a nu împiedica înfășurarea părții de jos a paletei (figura.1.2.4,b). Căruciorul cu ruloul de peliclă se mișcă în sus cu o viteză și un pas, setate în prealabil de operator pe disply-l panoului de comandă. Dacă este necesară o ambalare și a părții orizontale superioare a paletei, atunci pe această parte trebuie amplasată o porțiune de peliculă de polietilenă cu dimensiuni mai mari decât dimensiunile paletei, pentru ca marginele ei să fie prinse de pelicula stretch în procesul de ambalare laterală[7].
Fig 1.2.4. Fotografii din procesul de ambalare a unei palete încărcate cu cutii de carton.
Schema tipică de comandă electropneumatică a unui cilindru M1 cu un distribuitor 5/2 este reprezentată în figura 1.2.5 [8].
Fig 1.2.5. Schema tipică de comandă manuală electropneumatică a unui cilindru M1.
Toată linia de ambalare, constituită din 2 conveiere cu senzori de control a paletei, echipamente de acționare elctropneumatică și instalația de ambalare, descrisă mai sus, este automatizată de un controler general de tipul Simatic S7 1200 Siemens. Panoul controlerului este amplasat în spatele coloanei verticale a instalației de ambalare.
Controler universal SIMATIC S7 1200 Siemens de automatizare a liniei de ambalare.
1.3.1 Noțiuni generale despre controlerele SIMATIC S7 1200 și alegerea tipului procesorului central.
Controlerele universale Simatic S7 1200, numite și PLC (Programmable Logical Controllers) sunt alcătuite dintr-un modul al procesorului central CPU și 1-8 module adăugătoare (de expansiune și multiplicare a funcțiilor, sau numărului de intrări-ieșiri, în caz de necesitate). În tabelul 1.2 sunt indicate datele tehnice principale ale celor 5 modificații parametrice ale procesoarelor centrale CPU 1211C, CPU 1212C, CPOU 1214C, CPU 1215C și CPU 1217C [9].
Date tehnice principale ale modulelor procesoarelor centrale CPU Tabelul 1.2
Ținînd cont că linia de ambalare a paletelor are un număr mic de intrări-ieșiri discrete , în proiect este ales modulul CPU 1214C DC/DC 24 V cu 14 intrări și 10 ieșiri discrete de tip releu, 2 intrări analogice, fără nici un modul adăugător de expansiune. Fiecare intrare și ieșire este semnalizată de o diodă luminiscentă, de aceea ele necesită un bloc de alimentare exterior 24V DC. LED-le sunt amplasate în 2 rânduri pe panpoul frontal, iar conductoarele electrice, inclusiv cele de conectare în rețea de automatixare (PROFINET de culoare verde) se conectează de desubt (figura 1.3.1)[9].
Fig 1.3.1 Modulul CPU 1214C cu 2 cabluri de comunicare în rețea PROFINET.
În figura 1.3.2 sunt prezentate bornele pentru conexiuni exterioare ale modulului CPU 1214C DC/DC RLY. La bornele X10.1-X10.3 se conctează tensiunea de alimentare ±24V DC a procesorului central (borna minus se dublează), iar la bornele X10.5-X10.6 și X12.1, X12.7 – aceeași tensiune + 24 V DC, prevăzută pentru alimentarea intrărilor și ieșirilor discrete. Cifrele, anticipate de bară și urmate de un punct, din afara modulului indică adresa de conexiune exterioară a intrării, sau ieșirii respective, Adresa se identifică, la rândul ei, printr-un număr de filă, urmată de un punct, care indică numărul coloanei din filă (fiecare filă este împărțită în zece coloane verticale 0-9). De exemplu, intrarea I0.0 (borna X10.7) se conectează la fila 8.coloana 2.
Fig 1.3.2 Bornele și adresele intrărilor și ieșirilor discrete ale modulului ales CPU 1214C
1.3.2 Alegerea modulului sursei de alimentare 24V DC a procesorului central
În acest proiect a fost ales modulul CP-E 24/5.0 cu o tensiune de alimentare alternativă standardizată 115-230V V AC și o tensiune continue de ieșire /24 V DC, la un curent nominal 5,0 A (putere 120 W). Ieșirea acestui modul este dublată (L+, L+ și L-, L-), fiind scosă în partea de sus, iar intrarea alternativă – în partea de jos (figura 1.3.3).Tensiunile de intrare și ieșire sunt semnalizate prin LED-ri de diferite culori. Este prevăzut, de asemenea, și un potențiometru de reglare a tensiunii de ieșire în limitele 22,5-28,5 V DC. Intrările și ieșirile acestui bloc sunt protejate de întrerupătoare
automate QF1-QF2. Circuitele receptoarelor cu curenți mici (butonul de deconectare avariată Emergency Stop și senzorii magnetici ai cilindrilor pneumatici) sunt protejați cu siguranțe fuzibile ultrarapide XF1-XF2[10].
Fig 1.3.3. Aspectul constructiv și schema de conectare a modulului de alimentare CP-E +24V DC ABB la procesorul central CPU 1214C.
1.3.3 Elaborarea schemelor de comandă a motoarelor de acționare și ventilelor electropneumatice de automatizare a instalației de ambalare.
Motoarele ventilatoarelor și mecanismului debobinatorului de peliculă stretch nu necesită o reglare a vitezei, de aceea schema de comandă a lor este relativ simplă și standardizată. Protecția lor la scurtcircuit și suprasarcină termică este realizată cu întrerupătoare automate Q2-Q3, iar comanda – prin contactoarele KM1-KM2 (figura 1.3.4).
Fig 1.3.4. Schema de protecție și comandă a motoarelor conveierului și bobinatorului de peliculă.
Comanda bobinelor contactoarelor KM1-KM2 este asigurată de releele de ieșire DO 00-DO
01 ale procesorului CPU 1214C. Celelalte relee DO 02-DO 09 sunt prevăzute pentru comanda distribuitoarelor a 4 cilindri pneumatici de automatizare a instalației de ambalare (figura 1.3.5,a). Contactele acestor relee alimentează electromagneții ventilelor de distribuție Y1-Y7 (figura 1.3.5,b).
Fig 1.3.5, a. Relee de ieșire ale procesorului central de comandă a 4 cilindri cu 8 electromagneți.
Fig 1.3.5,b. Comanda a 6 electromagneți ai ventilelor de distribuție Y1-Y6 a 3 cilindri pneumatici de către procesorul controlerului de automatizare.
1.3.4 Conectarea elementelor de comandă și a senzorilor la intrările procesorului central.
Din cele 14 intrări discrete I00-I13 ale procesorului central CPU 1214C în acest proiect sunt utilizate 11, trei fiind în rezervă. Primele 3 intrări I00-I03 sunt folosite pentru elementele de comandă ale instalației de ambalare a paletelor, iar următoarele 8 – pentru senzorii magnetici ai capetelor de cursă ale celor 4 cilindri pneumatici, menționați mai sus.
La prima intrare I00 se aplică semnalul discret al unui senzor fotoelectric de proximitate B1, care activează un releu electromagnetic intermediar K1 cu o bobină de alimentare 24 V DC și cu 4 contacte comutatoare de ieșire (figura 1.3.6). Primul contact Normal-Deschis al acestui releu K1(11-14) este aplicat la intrarea principală I00, care oprește conveierul de transportare a paletei încărcate de robot și pornește ciclul de ambalare a ei. Al doilea contact Normal-Deschis K1(21-24) este aplicat la intrarea robotului prin conectorul intermediar X1, permițând startul următorului ciclu de paletizare a robotului.Întrerupătorul S9 LEFT BUTTON aplică o tensiune de +24 V la a 2-a intrare I01 a procesorului central pentru rotirea platformei în stânga, iar întrerupătoarul S10 RIGTH BUTTON aplică tensiunea +24 V la intrarea I02 pentru a roti platforma în dreapta.
Senzorii magnetici S1-S8 de control a pozițiilor extreme ale celor 4 cilindri pneumatici ai instalației de ambalare generează semnale de comandă pentru celelalte intrări ale procesorului central (figura 1.3.7). La punctul comun de jos al acestor senzori este aplicată tensiunea de alimentare
+24 V. Toate elementele pneumatice sunt alimentare cu aer comprimat prin intermediul unei supape de securitate, înseriate cu butonul de avarie Emergency Stop.Majoritatea intrărilor și ieșirilor controlerului de automatizare se conectează prin intermediul unor borne internediare, asamblate în pachet.
Fig 1.3.6. Schema elementelor de comandă a primelor 3 intrări ale procesorului central.
Fig 1.3.7. Schema de aplicare a senzorilor magnetici de proximitate ai cilindrilor pneumatici la celelalte intrări ale procesorului central.
1.4 Principii de programare a controlerelor S7 1200
Particularități și avantaje principale ale softurilor integrate TIA Portal (STEP 7)
În trecut programarea controlerelor universale SIMATIC S7 și a panourilor operatorului se făcea prin 4-5 softuri, ceea ce era destul de anevoios pentru mulți utilizatori, în afară de prețul ridicat al acestor softuri. Toate aceste dezavantaje au fost observate de concurenții companiei SIEMENS, în particular de compania germană VIPA, care a elaborat un soft simplificat și unic pentru toate controlerele sale (WinPLC 7), care prevedea, în plus, și 2 testări OffLine.
Compania SIEMENS a fost conștientă de toate aceste lucruri, lucrând în permanență asupra modernizării, atât a controlerelor, cât a softurilor lor. Însă pe parcursul anilor 2000 aceste modernizări au fost relativ mici din cauza, că capacitățile mari de producție/utilizare nu permiteau o modernizare profundă datorită conceptului învechit. Modernizarea profundă a avut loc abea după 2010, odată cu elaborarea generației noi de controlere S7-1200, S7-1500 deoarece controlerele generației clasice S7-200, S7-300 nu mai satisfăceau cerințelor actuale, atât în ceea ce privește datele tehnice principale, cât și posibilitățile de funcționare în diferite rețele, în particular ETHERNET (PROFINET sau INTERNET) . Evident, că pentru o nouă generație de controlere s-a adoptat deja un nou concept de programare – Totally Integrated Automation (TIA) Portal, v.11 (2011), integrat cu softul de programare a panourilor WinCC FlexibileÎn anii următori compania Siemens a modernizat versiunea inițială TIA Portal, schimbându-i chiar și denumirea, revenind la denumirea clasică STEP 7, însă cu conceptele noi ale versiunii TIA Portal.
Softul actual TIA Portal (STEP 7) asigură multe avantaje în comparație cu cel clasic, În primul rând, asigură un nivel de automatizare mult mai înalt, o formă intuitivă simplificată, ceea ce simplifică programarea și proiectarea întregului sistem de automatizare (nu necesită un studiu prealabil greoi și voluminos, care era necesar în versiunile clasice). Gradul înalt de automatizare a redus substanțial numărul de ferestre de parametrizare/configurare, simplificând totodată și introducerea instrucțiunilor noi în limbajele LAD și FBD. Au fost modernizate și instrucțiuile complexe, de exemplu cele de reglare PID. Structura ierarhică generală a priectului este accesibilă în orice Redactor (Editor) de program. Numărul de Redactori este minimizat, de exemplu Redactorul de configurare a modulelor și rețelor este comun. Modulele configurate au o ilustrare fotografică, asemănătoare cu modulele reale. Versiunile integrate au o bază de date comună pentru toate echipamentele sistemului de automatizare (de exemplu, un singur tabel de simboluri și adrese ale variabilelor), de aceea modificarea lor într-un singur loc este corectată automat în toți Redactorii proiectului. Salvarea lui este accesibilă în orice Redactor, chiar și în caz de obiecte nefinisate, sau cu anumite greșeli [11].
STEP 7 asigură o interfață comună nu numai pentru programarea controlerelor PLC și a panourilor operatorului OP, ci și a variatoarelor de frecvență SINAMICX într-un singur proiect. Evident, că și variabile pot fi comune în aceste softuri. Datorită gradului înalt de automatizare al lor, modificarea, spre exemplu, a unui tag într-un singur loc condiționează o modificare automată a lui în tot proiectul. Testarea fragmentelor de program este, de asemena, mai avansată.
Având 2-3 tipuri de echipamente principale (PLC, OP, variatoare de frecvență SINAMICS), fiecare conținând un număr relativ mare de obiecte, softul integrat TIA Portal a fost prevăzut cu un alt (mai simplu) concept de navigare în proiect/subproiecte și în obiectele lor componente. În acest scop au fost propuse 2 ferestre principale de navigare :
Portal View – fereastra (poarta) principală și sub ferestrele (portițele) de navigare în diferite obiecte și sarcini (funcții) ale proiectului (Crearea unui proiect nou, sau deschiderea unui proiect existent deja, Navigarea în proiect, Primii pași ș.a (figura 1.4.1);
Project View – fereastra (poarta) de configurare/programare a obiectului selectat, cu structura ierarhică a proiectului, meniurile și instrumentele necesare, asemănătoare cu SIMATIC Manager, sau WinCC (figura 1.4.2),
Fig 1.4.1. Fereastra principală de navigare în proiect – Portal View.
Poarta principală (Portal View) apare în momentul deschiderii softului și include 5 zone (porti) de start, evidențiate cu cerculețe roșii:
1-zona de selectare a echipamentelor și funcțiilor principale (programarea PLC, vizualizarea OP și diagnostica OnLine);
2- zona de creare a unui proiect nou, deschidere a unui proiect deja existent, migrare în alt proiect, precum și primii pași la deschiderea unui proiect nou;
3- zona de concretizare/specificare a variantei precedente selectate;
4- comutatorul de trecere rapidă la cel de-al 2-lea Portal (Project);
Cea de-a 2-a poartă (Project View) include 7 zone (mai multe față de SIMATIC Manager):
1-2 – numele proiectului, barele de meniuri și instrumente;
3 – structura ierarhică a proiectului (desfășurată);
4,5 – zona de lucru și zona de instrucțiuni, funcții, librării;
6,7 – detalii asupra obiectului selectat și proprietățile obiectului selectat;
8 – comutatorul de trecere la Portalul precedent.
Fig 1.4.2. Fereastra de configurare programare a controlerului PLC- Project View.
1.4.2Alegerea modulului procesorului central CPU.
Etapele (fazele) principale de programare ale controlerelor PLC și panourilor OP în TIA Portal (STEP 7) sunt aceleași, ca și în softurile clasice separate. În softurile integrate însă numărul funcțiilor automatizate a crescut, iar numărul ferestrelor dimpotrivă a scăzut, unele dintre care au la bază alte principii (de exemplu, o parametrizare în tabele).
La început se deschide Portalul principal de navigare (Portal View), care oferă posibilitatea de deschidere a unui proiect deja existent (Open existing project), sau de creare a unui proiect nou (Create new project). În caz dacă este necesar de deschis un proiect nou, se definește numele lui (figura 1.4.3)[11].
Fig 1.4.3. Portalul principal View la o deschidere a proiectului nou.
Apăsând tasta Create, se deschide următorul portal, care recomandă primii pași (First steps): configurarea echipamentelor Configure a device (PLC-ului) prin Editorul Devices and networks) (figura 1.4.4, a) și poarta Add new device (figura 1.4.4, b).
Fig 1.4.4. Primii pași de configurare a procesorului central după deschiderea proiectului nou.
La selectarea din catalog a procesorului central CPU 1214C DC/DC cu alimentare 24V DC
se deschide în partea dreaptă forografia acestui procesor, iar în partea de jos a lui – datele lui principale: memorie de programare 50 kB; 14 intrări discrete DI 14×24 DC; 10 ieșiri discrete DQ 10×24 DC; 2 intrări analogice AI 2; 6 numărătoare high speed counter HSC1-HSC6; 2 generatoare de impulsuri modulate PWM, o interfață PROFINET. Alături de CPU pot fi adăugate până la 8 module de expansiune.
Apăsând tasta Add a acestui CPU, se deschide cel de-al 2-lea portal principal (Project view) cu prima vedere Device view (figura 1.4.5).În tabelul Device overview sunt indicate adresele recomandate de soft pentru intrările/ieșirile discrete și analogice, iar în partea de jos este plasat un alt tabel de specificare a proprietăților Properties componentelor procesorului CPU 1214C. Catalogul de selectare a modulelor adăugătoare din partea dreaptă este prevăzut cu un comutator Filter, care pernite o altă componență, necesară pentru configurarea panoului OP[11].
Fig 1.4.5. Portalul principal Project view de alegere a procesorului central.
Configurarea rețelei PROFINET prevede la început specificarea adreselor IP și Subnet mask,care se efectuează prin selectarea interfeței PROFINET în fotografia procesorului central (de culoare verde), precum și în mapa General a tabelului Properties, în care se alege PROFINET Interface și opțiunea Ethernet Addresses, când se deschide o fereastră corespunzătoare.
Configurarea acestor echipamente trebuie apoi salvată prin instrumentul Save project. După aceasta se trece la următoarea etapă de proiectare – crearea blocurilor de program PLC programming, rămânând în portalul de proeictare și apelând alți redactori din structura ierarhică a proiectului (Program blocs, sau PLC Tag). Această etapă poate fi făcută printr-o editare absolută a adreselor în tabelul de variabile PLC Tag Table, sau printr-o editare simbolică a lor (consecutivă pe tot parcursul programării blocurilor, adică direct în editorul PLC programing), sau printr-o editare combinată (în softul clasic SIMATIC Manager această alternativă nu era). Ultima variantă este mai simplă, deoarece în decursul programării sunt necesare, de regulă, diferite modificări în simboluri și adrese, iar definirea prealabilă a variabilelor în tabel este rațională în cazul unui număr mare de variabile. Această variantă permite, de semenea, o modificare necesară a variabilelor pe parcursul programării blocurilor, și invers – tagurile definite în timpul creării circuitelor de program sunt incluse automat în PLC Tag Table, ceea ce constituie un avantaj important al acestu soft.
1.4.3 Exemplu de programare a sistemului de comandă a al unui conveyer.
Editorul PLC programming la început crează în mod automat blocul organizațional principal OB1 (Main OB 1), necesar pentru orice program, deoarece el asigură funcționarea ciclică a lui. Dacă programul este mic, adică conține un singur bloc, acesta poate fi chiar Main OB1, care se deschide fie prin simbolul lui în Portal view, fie prin titlul lui în structura ierarhică a proiectului în Project view (figura 1.4.6). După deschiderea blocului OB 1 zona de specificare a proprietăților lui, amplasată în partea de jos, trebuie înlăturată, deoarece în locul ei trebuie create circuitele de program Networks. În partea de sus a acestui bloc se află rubrica Interface de definitivare a variabilelor temporare (tagurilor) locale ale acestui bloc (în cazul dat ele nu sunt necesare), precum și operațiile principale de catalog în limbajul LAD (Favorites Instructions), iar toată nomenclatura catalogului (Basic Instructions, Extended Instructions) este amplasată în partea dreaptă.
Dacă se alege definirea simbolică a variabilelor prin instrumentul Absolut / symbolic operands, adresele variabilelor nu se indică în circuite, împreună cu numele lor[11].
Fig 1.4.6. Fereastra principală inițială a blocului organizațional OB1.
Primul circuit (Network 1) memorează semnalul de comandă al butonului Start/Stop, generat manual, sau de panoul operatorului KTP 1000, care se configurează mai pe urmă. Aceast circuit se deschide cu ajutorul primului instrument Insert network. La început se scriu comentariile principale ale acestui circuit, apoi se evidențiază zona, în care trebuie conectată variabila dorită de intrare, se selectează din catalogul favorit/de bază instrucțiunea (variabila) dorită și se face un dublu clic pe ea (ca în programarea clasică). În rezultat ea apare automat în locul evidențiat, variabila nedeterminată fiind indicată cu semne roșii de întrebare. În primul circuit sunt selectați în așa mod un contact normal-deschis de intrare și 2 relee de ieșire, unul cu o logică directă și altul cu o logică inversată – Assignment și Negate assignment (figura 1.4.7).Circuitul neterminat este anticipat de un cerculeț roșu cu un semn alb în formă de cruce în interior[11].
Fig 1.4.7. Primul circuit de memorizare a semnalului de comandă Start/Stop cu variabile nedefinite.
Definirea variabilelor cu semne roșii de întrebare se face consecutiv, evidențiind fiecare variabilă, apăsând tasta Reture ← și înscriind cu ajutorul tastaturii denumirea dorită, de exemplu ”Comutator Start/Stop” (figura 1.4.8, a). Apoi se apasă tasta Enter, făcându-se apoi o nouă evidențiere, însă deja cu butonul drept. În opțiunile de context apărute se alege prin butonul stâng Define tag, când apare fereastra de definire Define tag (figura 1.4.8, b) [11].. În această fereastră softul propune o adresă, anticipată de simbolul procentelor (%M 0.0) și un anumit tip (Bool), care în caz de necesitate pot fi schimbate. Confirmarea acestor date finale se face prin tasta Define, care încheie definirea primei variabile „Comutator Start/Stop” (figura 1.4.8, c)[11].Definea celorlalte 2 variabile Start și Stop este arătată în (figura 1 4.8, d).Pentru ele au fost alese adresele de memorie %M0.1 și %M0.2 [11].
Fig 1.4.8. Faze de definire directă a variabilelor primului circuit Network1.
Comanda conveierului de transportare necesită, de regulă, mai multe condiții (variabile), care în această fază încă nu sunt cunoscute (de exemplu, senzorii LS1-LS3). De aceea este rațional de trecut la o definire combinată (absolută) a variabilelor, declarându-le consecutiv în tabelul PLC Tag. Acest tabel a fost creat automat de Editor în circuitul precedent pentru 3 variabile, de aceea se deschide prin opțiunea Show all tags a Editorului PLC tags. El poate fi ușor completat cu variabile necesare pentru circuitul 2, procedând în felul următor.
La început se scrie numele dorit al variabilei în prima coloniță și se apasă tasta Enter. Apoi se face corectarea necesară a tipului și adresei ei, făcând un clic pe ea și pe triunghiul hașurat de deschidere a ferestrei de modificare, arătate figura 1.4.9,a[11].Făcând toți acești pași pentru variabilele circuitului 2, obținem un tabel complet PLC Tags, arătat în (figura 1.4.9,b)[11].
Fig 1.4.9. Tabelul completat de variabile pentru definirea circuitului 2.
Circuitul 2 asigură comanda Start/Stop a conveierului de deplasare a sticlelor, utilizând ca element de ieșire un bistabil SR cu 2 intrări opuse S (Set) și R (Reset). El are o singură ieșire logică Q=1, dacă S=1, R=0, sau nulă (Q=0), dacă S=0, R=1 (figura 1.4.10)[11].
Conform conțiilor procesului tehnologic de pasteurizare și transportare a sticlelor, conveierul trebuie să starteze, dacă este activ bitul de memorie M0.1 Start; însă de 2 ori într-un ciclu :
1) Primul start este inițiat de apariția sticlei în zona de control a primului senzor LS1 (la finișul conveierului precedent), cu condiția, că temperatura cuptorului de încălzire este cuprinsă în intervalul prestabilit de operator: 75◦ C ±2◦ C. Această condiție din urmă poate fi realizată în TIA Portal cu ajutorul a 2 comparatoare, conectate consecutiv: CMP≥73◦ C și CMP≤ 77◦ C. Ele pot fi alese din Catalog și parametrizate la temperaturi dorite, însă titlul lor trebuie definit prin variabila „temperatura”, inclusă în tabelul PLC tags;
2) Al doilea start al conveierului este inițiat de încheierea ciclului de pasteurizare temporizată a sticlei, generată în circuitul următor de taimerul cu temporizare la conectare TON și bitul de memorie %M0.3 Start/Stop de la ieșirea lui.
Fig 1.4.10. Circuitul 2 de comandă a conveierului de transportare.
1.5 Alegerea echipamentelor auxiliare ale instalației de împachetare.
1.1.5 Alegerea compresorului de generare a aerului comprimat.
Aerul comprimat este necesar nu numai pentru instalația de ambalre a paletelor, ci și penru mecanismul de apucare al robotului IRB 6620. Evident, că pentru ambele instalații trebuie să fie ales un compresor de aer comun, iar acesta trebuie să fie de o putere relativ mai mare, aproximativ P=3-3,5 HP (2,2-2,5 kW) (HP – cai putere).
Mai simple și mai ieftine sunt compresoarele portative cu pistoane, antrenate de motoare electrice monofazate, amplasate pe resiverul de acumulare a aerului. Presiunea maximă a lor constituie 8-10 Bari, iar debitul depinde de numărul de pistoane. Automatizarea acestor compresoare se efectuează cu ajutorul unui presostat, care stabilează presiunea între valoarea Pmax=8-9 bari și Pmin=4-4,5 Bari. Mai compacte sunt compresoarele cu acționare directă, adică fără transmisie prin curea.În figura 1.5.1 este arătat un compresor portativ și relativ compact, cu acționare directă, a companiei chineze Dino-Power cu 2 pistoane șio putere P =3 HP (2,2 kW). Volumul resiverului de aer constituie 25 litri. Presiunea nominală a lui Pn 08 Bari, iar debitul nominal Qn=356 l/min, la o turație nominală a motorului n=2850 rot/min. Masa lui este egală cu 27 kg [12].
Fig 1.5.1. Compresor portativ de aer cu acțiune directă 3HP al companiei chineze Dino – Power.
Însă acest compresor este gălăgios, de aceea se alege unul de aceeași putere, al aceleași companii, dar selențios, datorită utilizării a 3 motoare 3×0,75 kW la o turație 1400 r/m (figura.1.5.2) El asigură un debit mai mare Qn=450 l/min, având un resiver de 100 litri[12].
Fig 1.5.2. Compresor silențios 3HP cu 3 motoare de 0,75 kW,1400 rot/min și acțiune directă.
1.5.2 Alegerea regulatorului de stabilizare a presiunii la ieșirea compresorului.
Aerul comprimat de la ieșirea compresorului poate să conțină un anumit grad de umiditate, precum și unele impurități abrazive, sau rămășițe de ulei. Din aceste motive, după comprimare, aerul trebuie separat de lichide, filtrat de particule solide, ceea ce se face cu ajutorul unor dispozitive speciale de preparare. Aceste dispozitive mai realizează, de regulă, și alte funcții necesare de pregătire a aerului, consumat de diferite acționări pneumatice. În particular, pentru diferite sarcini ale acestor acționări, sunt necesare diferite valori ale presiunii de lucru, ceea ce condiționează funcția de reglare – acordare a valorilor prescrise. Însă la o funcționare periodică a cilindrilor cu piston, presiunea reală din rețea nu rămâne constantă, ci oscilează puternic în jurul valorii prescrise. De aici rezultă o altă funcție a unităților de preparare a aerului – cea de stabilizare a presiunii de lucru de la intrarea acționărilor liniare, sau rotative. Evident, că pentru a asigura această stabilizare, presiunea de intrare a regulatorului trebuie să fie mai mare. O altă funcție a unităților de preparare este cea de măsurare și indicare a presiunii curente, care se realizează, de obicei, de un manometru incorporat cu precizie înaltă.
Întrucît mecanismul de apucare al robotului este acționat cu elemente pneumatice ale companiei germane FESTO, este rațional de ales un prepartor al aceleeași companii. În figura 1.5.3 aeste arătată unitatea aleasă de preparare FRCS-1/4-D-MINI a companiei FESTO cu filtru, ungător de ulei, manometru, regulator de presiune cu membrană și acțiune directă, care permite o
acordare a presiunii de ieșire în diapazonul 0,5-12 Bari la o presiune de intrare până la 16 bari. Aceste componente se produc și separat. Șurubul de acordare a presiunii este amplasat în partea de sus a dispozitivului, fiind prevăzut cu o posibilitate de fixare-blocare a valorii alese. Filtrul și pulverizatorul de ulei au o construcție cilindrică și amplasare în partea de jos, cu posibilitate de curățire manuală prin șurubul de desubt [13].
În figura 1.5.3,b este prezentată notarea simbolică în schemele pneumatice a preparatorului cu 2 filtre, notate printr-un romb (de apă și de ungere cu ulei). Intrarea este identificată cu cifra 1, iar ieșirea – cifra 2. Regulatorul și stabilizatorul de preseiune este bidirecțional, adică permite transmiterea fluxului de aer în ambele direcții.Resortul deasupra regulatorului simbolizează prescrierea mecanică a presiunii, iar săgeata – posibilitatea de modificare a acestei valorii de prescriere[13].
b)
Fig 1.5.3. Dispozitiv ales de preparare a aerului FRCS -1/4-D al companiei FESTO.
1.5.3 Alegerea generatorului de vacuum pentru absorția de către robot a foilor de carton.
Ca surse clasice de vacuum sunt considerate, de obicei, pompele centrifugale de vacum, care micșorează presiunea și care trebuie rotite, ca și orice pompă, de un motor electric. Însă în prezent, pentru debite relativ mici de vacuum, a fost o propusă o metodă mult mai simplă și mai efectivă, utilizând propritățile tubului de strangulare a secțiuni Ventoury și energia aerului comprimat, generat de același compresor cu o presiune supraatmosferică p1, care alimentează toate acționările pneumatice. În rezultat au fost propuse niște micro generatoare de vacuum, constituite din 2 elemete componente, separate, sau integrate (din punct de vedere constructiv) [14].
Un cap (cuplaj) de separare a unei porțiuni de aer deasupra unui obiect plat (вакуумный захват, sau вакуумная присоска), constituit, la râmdul său, tot din din elemente: dintr-un capac de cauciuc cu o formă de semicerc, oval, sau gofră, precum și dintr-un cilindru filetat de fixare a acestui capac (figura 1.5.4,a).
O supapă pneumatico-vacuummetrică de absorbție a aerului dintr-o microcameră, utilizând presiunea aerului comprimat de 6 Bari, generată de regulatorul din fig.1.5.3 (figura 1.5.4,b)[14].
Fig 1.5.4. Elemente componente separate ale unui microgenerator de vacuum al companiei FESTO.
Supapa pneumatico-vacuummetrică are 2 variante constructice diferite, fiecare din ele fiind prevăzut cu 3 racorduri de intrare-ieșire: 1(P) – de aplicare a presiunii de intrare de 6 Bari; 2(V) – de obținere a vacuumului, prin absorbția aerului din porțiunea selectată de primul element; 3(R) – de recepție (refulare) a aerului consumat de la sursa de presiune și aspirat din porțiunea selectată (figura 1.5.4.,b) În prima varianta racordurile principale P și V sunt în aceeași linie dreaptă (OnLine), iar racordul de evacuare a aerului R poate fi simplificat (fără fiting), întrucât aerul se refulează în atmosferă, de aceea această supapă este mai compactă. În varianta a doua capul de obținere a vacuumului se conectează sub un unghi de 90° (figura 1.5.4,c).
Principiul de obținere a vacuumului este ilustrat de schema constructivă interioară a supapei cu racordul V sub 90° (în T) (figura 1.5.5). Din această schemă se observă, că supapa are în interior 2 jicloare (strangulări, sau tuburi Ventoury, iar în engleză nozzle), primul fiind cel principal, care are un diametru relativ mic (0,7mm), în scopul reducerii substanțiale presiunii de intratre, obținând o presiune pU<0,8pA,<0,8 Bari. Această condiție este necesară pentru a putea absoarbe (prin racordul 2(V) aerul de sub capacul de cauciuc, unde presiunea p= pA=1 Bar,
Primul tub Ventoury injectează cu o viteză foarte mare fluxul aerului de intrare în cel de-al doilea tub (de refulare), care are un diametru mai mare (2,1 mm), precum și o lungime mai mare
Însă între aceste 2 tuburi este lăsat un spațiu mic, pentru a putea absorbi aerul din racordul V (2, evidențiat prin culoare albastră). Datorită vitezei mari a fluxului refulat de prima strangulare și diferenței negative de presiune pU < pA <0, aerul de sub capacul de cauciuc este absorbit și evacuat în atmosferă împreună cu aerul refulat de prima strangulare.
Fig 1.5.5. Schema constructivă și funcțională a supapei pneumatico-vacuummetrice.
Forța de absorbție vacuumului creat FA prin acestă metodă trebuie să fie de (1.5-2,0)-ori mai mare, față de forța gravitațională a masei ridicate FG (pentru ca greutatea să nu cadă în timpul ridicării). Presupunem, că trebuie ridicată o cărămidă cu o masă m=2kg, pentru care este necesară o forță de absorbție
FA=2FG=2mg=2x2x10=40N (1.5.3.1)
Dacă această forță este creată de o presiune pU=0,7 Bari, atunci putem afla care trebuie să fie suprafața totală capului de absorbție și diametrul ei
S = pU/FA = 0,7/40= 0,0175 m2 (1.5.3.2)
D2=4S/π = 4×0,0175/3,14 = 0,022m2, de unde D = 0,15m=150 mm (1.5.3.3)
Dacă se aleg 4 capuri de absorbție, atunci fiecare din ele trebuie să aibă un diametru
D =√ 0,0055 = 0,075 m= 75 mm (1.5.3.4)
Majoritatea companiilor producătoare de astfel de generatoare de vacuum produc capuri de cauciuc de la 2 mm până la 200 mm, Însă este o restricție în acest caz – ca greutatea ridicată să fie plată și neporoasă. În schimb, obținem mult mai multe avantaje:
Simplitate și mobilitate;
Masă și gabarite mici;
Preț relativ mic și consum de energie scăzut;
Montaare și ajustare simplă;
Securitate și fără poluare.
Compania EXAER produce 2 tipuri de supape de vacuum: nereglabile și reglabile, în raport cu presiunea și aerul absorbit. În figura 1.5.6,aese arătat principiul constructiv al supapelor reglabile, iar în figura 1.5.6,b-designul real al lor[14]Această reglare se efectuează prin filetarea și forma conică a capătului corpului celui de-al doilea tub Ventoury, care permite strangularea fluxului de aer absorbit prin racordul V. După ajustare poziția acestui corp se blochează cu ajutorul unui șurub . În figura 1.5.6,c este arătată a aplicație a lor la ridicarea unei plăci de ceramică[15-16].
Fig 1.5.6. Supape reglabile E-Vac ale companiei EXAER.
În figura 1.5.7 este prezentat generatorul de vacuum VN-M al companiei FESTO, integrat cu distribuitor monoacțiune de comandă electromagnetică 2/2. Pentru o funcționare mai silențioasă, la racordul de evacuare 3 se conectează 2 tuburi scurte (глушитель), cu unele obstacole interioare. Fig 1.5.7.Generator de vacuum VN-M, integrat cu distribuitor de comandă electromagnetică 2/2.
CARACTERITICA TEHNICĂ GENERALĂ A ROBOȚILOR INDUSTRIALI IRB 6620 ABB DE PALETIZARE AUTOMATIZATĂ A FÂȘIILOR ȘI RULOURILOR DE CARTON.
Date tehnice principale ale robotului universal IRB 6620 ABB
Acest robot are aceeași cinematică rotativă cu 6 grade consecutive de libertate (6 axe), la fel ca și toți roboții industriali ai companiei ABB. Axele de la bază însă iau asupra lor sarcinile principale de greutate și poziționare (figura 2.1.1,a).Acest robot are următoarele date tehnice principale [17-18].
Fig 2.1.1. Axe de manipulare și zona de lucru a robotului universal IRB 6620 ABB.
Fiecare axă este acționată de un servo motor sincron individual, de o anumită putere
electrică (diferită pentru fiecare axă), precum și cu date tehnice diferite. Dintre aceste date fac parte, în primul rând, diapazonul de variație a coordonatei unghiulare principale și rapiditatea (viteza maximă de mișcare) a acestei coordonate. Puterea cea mai mare o are motorul de la baza robotului, iar puterea cea mai mică – motorul axei a 6-a (mecanismului de apucare).
Diapazonul de variație a unghiului și vitezele unghiulare maxime ale fiecărei axe sunt indicate în tabelurile 2.1-2.2.Diapazonul axei terminale 6 poate fi mărit prin softul de programare[17].
Diapazonul de variație a unghiului Tabelul 2.1
Diapazonul de variație a unghiului și vitezele unghiulare Tabelul 2.2
Însă greutatea maximă de ridicare 150kg a robotului IRB 6620 depinde substanțial de raza orizontală de acțiune, fiind valabilă doar pentru raze mai mici de 0,3 m. Capacitatea de ridicare pentru raze mai mari de 0,3m este indictă în figura 2.1.2.Evident, raza verticală impune limite mai mici, față de raza orizontală, care creează un cuplu de răsucire a robotului în gurul centrului său propriu de greutate [17].
Fig 2.1.2. Dependența capacității de ridicare a robotului IRB 6620 de raza de acțiune.
În figura 2.1.3 sunt arătate dimensiunile flanșei organului terminal, care sunt necesare pentru a proiecta mecanismul de apucare, care trebuie cuplat la această flanșă de către utilizatorul robotului[18].
Fig 2.1.3. Dimensiunile flanșei organului terminal al robotului IRB 6620 ABB.
2.2 Designul cinematic și electric al axelor robotului și motoarelor lor.
Amplasarea pe robot a motoarelor axelor 1-6 este arătată în figura 2.2.1, a-f.Axele 1-5 sunt acționate de motor prin untermediul unui reductor cu 2 roți dințate cu diametre diferite. Fiecare reductor este prevăzut cu un orificiu pentru ungere. Motoarele axelor 1-5 sunt amplasate în exterior, de aceea senzorul de poziție și viteză (Rezolverul – Feed Back FB) al fiecărui motor este protejat de discul exterior al frânei electromecanice. Bobina electromagnetului fiecărei frâne (BU) este alimentată de la o baterie de 24 V, amplasată alături de motorul primei axe M1 și comutată de contactul normal închis ale contactorului motorului respectiv. Motorul axei terminale M6, care cea mai mică putere, dar cea mai mare viteză, este cuplat direct la flanșa de cuplare a mecanismului de apucare (figura 2.2.1,f) [18].
Fig 2.2.1. Amplasarea pe robot a motoarelor și reductoarelor axelor 1-6.
Servomotoarele M1-M6, integrate cu rezolvere de poziție R1-R6 și frâne electromecanice, se alimentează de la modulul comun Servo Drive (Drive Unit) cu 6 invertoare și cu 1 Redresor necomandat Comun (DC Link) (figura 2.2.2).Un astfel de concept ridică factorul de putere al sistemului de acționare electrică, deoarece motorul unei axe în regim de frânare (generator) poate să alimenteze motorul unei alte axe, de aceea consumul sumar de energie electrică se micșorează[19].
Fig 2.2.2. Alimentarea servomotoarelor M1-M6 de la un invertor și redresor comun.
În figura 2.2.3 este arătată schema funcțională a unui singur motor, alimentat de la un invertor cu 3 perechi de tranzistoare și un Redresor Comun DC Link. Din motive de simplificare, bucla interioară de curent a 2 faze, în acest caz, este realizată în variantă analogică cu 2 regulatore analogice Proporțional-Integrale (PI) de curent. Regulatorul fazei a 3-a se obține prin însumarea curenților fazelor măsurate. Semnalele lor analogice sunt transformate apoi în semnale discrete, necesare pentru comanda tranzitoarelor invertorului, prin intermediul unor comparatoare PWM, care compară semnele analogice cu un semnal triunghiular de referință de frecvență înaltă PWM. Bucla medie de viteză și bucla exterioarpă de poziție sunt realizate de placheta Axis Computer Board în variantă digitală, care asigură o precizie înaltă de poziționare [19].
Fig 2.2.3. Schema funcțională a unui singur motor și invertor, alimentat de la Redreorul Comun DC Link.
Roboții IRB sunt prevăzuți cu 2 circuite de securitate, care deconectează contactoarele de alimentare a Modulului Servo Drive, utilizând mai multe elemente de deconectare avariată (figura 2.2.4).Conectarea lor în serie este dificilă, de aceea funcția ȘI (AND) este realizată în variantă microelectronică logică &. Circuitul al 2-lea este comandat de computerul principal [19].
Fig 2.2.4. Elemente componente ale circuitelor de securitate ale acționărilor electrice Drive Unit.
În figura 2.2.5 sunt prezentate intrările și ieșirile principale I/O ale controlerului programabil logic PLC, integrat în controlerul general de automatizare IRC 5 ABB, în care intră nu numai 16 I/O discrete combinate, dar și intrările/ieșirile panoului portativ Teach Pendant al operatorului, ale utilizatorului (mecanismului de apucare TCP) și de comunicare în diferite rețele publice și private[19].
Fig 2.2.5. Intrări și ieșiri principale I/O ale controlerului de automatizare PLC și IRC 5 ABB.
2.3 Structura generală a sistemelor de acționare, poziționare și automatizare a roboților.
Roboții Industriali (RI) au la bază 2 module principale: modulul de Control (Comandă Numerică Computerizată CNC), realizată cu un Computer Industrial (CI), și un modul de Acționări electrice (ServoDrives) – câte una pentru fiecare axă (figura 2.3.1). Această structură a fost preluată de la mașinile unelte cu comandă numerică (MUCN – CЧПУ) de prelucrare a metalului, care au 3 axe ortogonale de avans X,Y,Z și 3 axe unghiulare de rotație în jurul lor A,B,C. La baza platformei RI stă, de asemenea, un sistem ortogonal fix X0,Y0,Z0, iar instrumentul de apucat (TCP) și obiectul manipulat au un sistem X1,Y1,Z1, însă cinematica este mai simplă, dacă toate axele RI sunt rotativ-unghiulare. În legătură cu aceasta computerul industrial trebuie să includă un bloc (plachetă) de calculare-transformare a axelor dreptunghiulare în axe unghiulare, pentru fiecare grad de libertate1-6 și invers. Modelul matematic al acestor transformări se reprezintă în formă matriceală complexă. În figura 2.3.1 această plachetă este numită AXIS COMPUTER BOARD. Ea generează semnalele de prescriere individuală a poziției pentru Servosistemele de acționare electrică a fiecarei axe a robotului, precum și în fiecare moment de timp real. El include un dispozitiv, care care în sistemele de comandă numerică ale mașinilor unelte era numit INTERPOLATOR. El îndeplinește o funcție importantă a robotului – o coordonare-interpolare între semnalele de poziționare reciprocă ale motoarelor axelor 1-6, care în final trebuie să asigure o repetare cît mai exactă a traiectoriei reale a manipulatorului, în comparație cu traiectoria prescrisă de programul de intrare. La MUCN această interpolare era realizată cu ajutorul funcției de apreciere Fij, semnul căreea Fij˃0, sau Fij˂0 caracterizează abaterea traiectoriei reale de la cea impusă, pentru coordonatele calculate în fiecare punct intermediar Xi-Yi (Fij=X2+Y2-R2 – pentru o interpolare circulară cu raza R în planul X-Y, sau Fij=XkYi-XiYk – pentru o interpolare lineară, unde k -indicele punctului final; i – indicile punctul intermediar).
Ca semnal de intrare pentru computerul industrial servește traiectoria prescrisă de mișcare a manipulatorului de ieșire, impusă de operația tehnologică automatizată. Această traiectorie însă trebuie mai întâi planificată, configurând-o într-un șir de microsegmente componente mai mici (microdeplasări), cu anumite puncte intermediare de referință, coordonatele cărora trebuie calculate în timp real (rapid). Aceste funcții sunt realizate de blocul principal, numit MAIN COMPUTER (figura 2.3.1).
Fiecare robot mai prevede un panou mobil de Interfață cu Operatorul Flex Pendant, necesar pentru alegerea regimurilor de comandă Manuală/Automată, precum și pentru programare și instruire (Teach) a robotului, memorizată de controlerul de automatizare și apoi repetată în regim Automat.
Fig 2.3.1. Structura generală a sistemelor de acționare, poziționare și automatizare a roboților industriali.
Așadar, pe baza calculelor efectuate în timp real, computerul industrial impune servosistemelor de acționare electrică ale fiecărei axe un semnal discret de prescriere fP pentru bucla exterioare de poziționare digitală, constituită dintr-un traductor digital de poziție (TP) și un regulator digital de poziție RP (figura 2.3.2). Din motive de simplificare, semnalul de ieșire al encoderului (rezolverului) de măsurare a vitezei unghiulare a rotorului fiecărui servomotor se utilizează în plus ca semnal de intrare pentru traductorul de poziție unghiulară TP a buclei exterioare de poziție a fiecărei axe. În acest caz, turația rotorului nM este transformată, mai întâi, în viteză unghiulară ω(t), utilizând pasul Transmisiei Mecanice (TM) pB, exprimat în grade/rot : ω(t) = nMpB /60 [rot/s x grade/rot= grade/s].Apoi această viteză este transformată în semnal de poziție unghiulară α(t) a fiecărui grad de libertate (1-6prin Integrarea (deplasarea în timp) a acestei viteze, realizată de transmisia mecanică :α(t)=ʃω(t)dt [grade], întrucât viteza unghiulară se definește ca ω(t)=dα(t)/dt.
Principiul de funcționare al buclei de poziție este simplu: RP compară frecvența impulsurilor, corespunzătoare unei poziții prescrise fPP , cu frecvența fTP, generată de TP, acționând asupra buclei de viteză a servomotorului. Când aceste 2 frecvențe devin egale, RP impune buclei de viteză o prescriere nulă, ceea ce condiționează o oprire exactă a motorului în poziția prescrisă. În acest caz trebuie să fie utilizat un regulator proporțional-integral (PI) de poziție și nu unul proporțional (P), deoarece acesta din urmă asigură o eroare staționară nenulă. Însă pentru stabilitate, sistemul de reglare automată (SRA), în ansamblu, trebuie să conțină cel mult 2 integratoare, de aceea bucla mijlocie de viteză trebuie să fie controlată de un regulator pur proporțional (P) de viteză RV, iar bucla interioară de curent – de un regulator PI , sau proporțional-integral-derivativ (PID), cu o rapiditate maxim posibilă.
Fig 2.3.2. Schema bloc a unei servoacționări electrice de poziționare pentru o singură axă a robotului.
Servomotoarele roboților IRB ABB sunt echipate cu frână electromecanică Brake, care exclude căderea liberă a organelor mobile la deconectarea tensiunii de alimentare (figura 2.3,3,a). Ca TPV a rotorului este utilizat Rezolverul, care asigură o precizie mai înaltă, decât encoderele (senzorii Hall) (figura 2.3.3,b).
Fig 2.3.3. Elemente componente ale servomotoarelor roboților IRB ABB.
În robotică industrială partea electronică a servoacționărilor (servovariatoarelor de frecvență) se execută în variantă constructivă modulară, plată și compactă, constituită din 6 invertoare și 1 redresor comun. În figura 2.3.4 este arătat Modulul (Servo Drive) 3HAC029818 DSQC 663, destinat pentru roboții mari ai companiei ABB IRB 2600, 4600, 6600, 7600. El are la bază un radiator, pe care se lipesc 6 module invertoare cu tranzistoare de putere și 1 modul cu 6 diode de redresare, deasupra cărora se montează placheta microelectronică de comandă cu conectoarele ei de conexiuni exterioare la periferie. Panoul de comandă locală cu taste și display lipsește, întrucât servovariatoarele sunt comandate de controlerul general, care are panoul său [20].
Fig 2.3.4. Modulul ServoDrive 3HCO29818 DSQC 663 cu 6 invertoare pentru roboți medii și mari.
Un concept constructiv asemănător îl are și Unitatea (Modulul) computerului industrial DSQC 639 ABB (Main Computer), incorporată în controlerul IRC 5 3HAC025097 (figura 2.3.5). Acest controler are un concept funcțional unic pentru toți roboții companiei ABB, având 2 modificații constructive diferite pentru roboți mici și mari. El se alimentează de la o rețea monofazată standardizată 230V,50 Hz. În componența acesui controler intră, de asemenea, panoul portativ de comandă manuală, de corecție a programului de automatizare și de instruire a robotului Teach Pendant, care este descris în punctele următoare[21].
Fig 2.3.5.Unitatea computerului industrial principal DSQC 639 MAIN COMPUTER a controlerului IRC 5.
Controlerul Pogramabil Logic (PLC), incorporat în controlerul principal IRC 5 al roboților IRB ABB asigură mai multe funcții sunt necesare, de exemplu: automatizarea mecanismului de apucare, dotat cu acționări electrice, pneumatice, sau hidraulice; automatizarea mai multor roboți de către un PLC universal; pentru funcții de securitate, senzori adăugători, video camere, dispozitive de comandă la distanță REMOTE SERVICE și altele. Pentru realizarea acestor funcții controlerele IRC 5 ABB includ mai multe intrări/ieșiri (I/O) discrete și analogice, separate galvanic prin optocuploare (figura 2.3.6). Pentru alimentarea dispozitivelor I/O și pentru utilizatori (gustomers) în controlerele IRC 5 sunt prevăzute blocuri de alimentare separată +24 V DC. Semnalele unităților I/O, pentru a fi prelucrate de Main Computer, sunt transformate în cod digital (sau invers), de dispozitivele I/O UNITS. Însă pentru automatizarea conveierelor obiectelor manipulate este necesar un PLC separat.
Fig 2.3.6. Blocuri și module principale ale controlerelor IRC 5 ABB.
2.4 Controlerul de comandă IRC 5 al roboților mijlocii și mari IRB ABB.
Partea frontală a dulapului controlerului IRC 5 al roboților mijlocii și mari IRB prevede o ușă largă pentru accesul la elementele interioare și un panou vertical îngust cu unele elemente principale de acces exterior (figura 2.4.1,a).Primul element (A) este comutatorul de conectare a controlerului la rețeaua de alimentare, iar al doilea (B) – butonul de oprire urgentă Emergency Stop. Butonul C de comandă Motors On/OFF permite alimentarea motoarelor numai după verificarea tturor circuitelor și elementelor de securitate. Comutatorul D este destinat pentru selectarea regimului Manual-Automat de comandă. În regim Manual robotul este comandat de panoului portativ Flex Pendant și panoul intuitiv T10. Poziția acestuia din urmă determină direcția de mișcare, fără a defini coordonatele de deplasare [23].
Fig 2.4.1. Controlerul IRC5 și panourile portative de comandă Flex Pendant și T10.
Notarea simbolică în schemele electrice a elementelor de comandă de pe panoul exterior al controlerului este prezentată în partea stângă a figurii 2.4.2 alături de amplasarea dispozitivelor electronice interioare frontale. În această figură F1-F2 reprezintă siguranțele fuzibile de protecție la scurtcircuit, G1 – redresorul principal de alimentare AC/DC +24V, iar G2 – blocul de distribuție a tensiunii de comandă + 24 V DC. Blocul G3 reprezintă o baterie de alimentare neîntreruptă +24V, iar blocurile G4-G5 sunt destinate pentru alimentarea elementelor exterioare I/O cu tensiune +24 V. Blocurile E3, E5 sunt niște ventilatoare mici de răcire a computerului principal MAIN COMPUTER A31 și a modulului cu 6 invertoare SERVO DRIVE A41. Blocul A34 reprezintă comutatorul cablurilor de comunicare Ethernet Switch. Cele 3 blocri A 41 din partea de jos a dulapului sunt acționările adăugătoare Aditional Drive Unit, destinate pentru comanda a mai mltor roboți de un singur controler IRC 5, cu câte un bloc A41 adăugător pentru fiecare axă exterioară 7, 8, 9. Sub ele sunt amplasate unele conectoare și borne de conexiuni [24].
Fig 2.4.2. Amplasarea elementelor în partea interioară frontală a dulapului controlerului IRC5.
În figura 2.4.3 sunt arătate blocurile elementelor interioare laterale, amplasate în partea stângă (Left View – figura 2.4.3,a) și în partea dreaptă (Right View – figura 2.4.3,b) a dulapului controlerului IRC 5. Pe partea laterală stângă sunt amplasate unele siguranțe de protecție la scurtcircuit F4-F6, filtrul de tensiune în fiecare fază de alimentare Z1 și reactoarele de protecție Z2 (la o alimentare fără transformator), contactoarele de securitate K42-K43 și blocul de comutații a contactoarelor A43, precum și ventilatoarele de răcire forțată E1-E2. Pe partea laterală dreaptă este amplasat transformatorul trifazat principal de alimentare și separare electrică T1, panoul de distribuție cu multe optocuploare de separare galvanică Panel Board A21, placheta computerului axelor 1-6 Axis Computer Board A42 și blocul opțional de alimentare de rezervă Power Sapply A44. Transformatorul T1 este proiectat pentru mai multe rețele trifazate: 3×200, 220, 400, 440, 480, 500, 600 V, având la ieșire 2 tensiuni de bază – 230 V și 480B.
Fig 2.4.3. Amplasarea elementelor blocurilor interioare laterale în partea stângă și dreaptă.
În figura 2.4.4 sunt arătate contactoarele de alimentare K42-K43, comandate de circuitele de securitate ale panoului A21 și de blocul de contactoare Contactor Board A43. Panoul de comutații A21 asigură și comanda frânelor electromecanice ale motoarelor cu o tensiune +24V.
Fig 2.4.4. Schema bloc de comandă și protecție a unui bloc de acționare Servo Drive A41- M.
Modulul principal de comandă este Main Computer, care include cele mai multe conectoare
pentru intrări/ieșiri, nsă elementele complexe sunt comandate prin intermediul unor plachete electronice intermediare (Board), de exemplu, Axis Computer Board A42, Panel Board A21, Contactor Board A 43 (figura 2.4.4). În figura 2.4.5 este prezentată comanda Main ServoDrive.
Fig 2.4.5. Comanda modulului Main ServoDrive Unit prin intermediul Axis Computer Board A 42.
În figura 2.4.6 este arătată schema de conexiuni a servomotoarelor axelor 1-6 la modulul MAIN SERVO DRIVE UNIT al controlerului IRC 5. Rezolverul fiecărui motor se conectează la placheta Axis Computer Board A42 printr-un cablu de comandă cu 6 fire, iar frîna electromecanică – la blocul Contactor Board A43 .
Fig 2.4.6. Schema de conexiuni a servomotoarelor axelor la modulul MAIN Servo Drive Unit.
2.5 Panoul portativ de comandă și manipulare manuală a robotului Flex Pendant.
După conectarea controlerului IRC 5 ABB la sursa de alimentare electrică, trebuie de ales regimul de comandă al robotului Manual, sau Automat, utilizând comutatorul corespunzător de pe panoul din partea stângă a ușii controlerului. Regimul Manual are 2 subregimuri: la viteze mici și la viteze nominal 100% (figura 2.5.1). Regimul Manual la viteze mici se utilizează pentru verificarea funcționării, sau traiectoriei axelor de manipulare, pentru introducerea unor coordonate de deplasare și verificarea lor, precum și pentru verificarea programului elaborat în soft.
Regimul Automat se instalează deja la o exploatare reală a robotului, după verificarea și corectarea programului, când panoul portativ de comandă este dezactivat, excepție făcând doar deconectarea de securutate Emergency Stop (butonul roșu).
Fig 2.5.1. Două variante ale comutatorului de regimuri ale controlerului IRC 5 ABB.
Tastele și funcțiile panoului portativsunt specificate în figura 2/5/2 și în tabelul 2.5.1.
Fig 2.5.2. Panoul portativ Flex Pendant.
Specificația funcțiilor tastelor panoului Tabelul 2.5.1
Panoul se conectează/deconectează printr-o tastă mare F, amplasată în partea de desubt, sub degetele mânii drepte. Tasta de resetare se de asemenea, dedesubt. Panoul este ținut cu mâna stângă, iar funcțiile operative se execută cu mâna dreaptă.
Înainte de a porni manual robotul trebuie făcute unele selectări: de roboți (în cazul când sunt mai mulți), axe, regimuri, coordonate, funcții, instrumente, obiectului, pozișiei, în particular:
Alegerea robotului, în cazul, când sunt mai mulți roboți, comandați de un singur controler, se face prin tasta panoului E.
Alegerea regimului de deplasare unghiulară, sau liniară se face prin tasta F;
Alegerea motorului axei de deplasare manualăî (1-3, sau 3-6), se face prin tasta G,
Alegerea regimului Jog (Толчковый режим -pași mici), câte un Pas (Пошаговый),
sau HotEdit (fierbinte, continuu) se face prin ferestre de meniuri ale display-lui;
Fig 2.5.3. Rândul informativ din fiecare fereastră a display-lui panoului portativ.
În figura 2.5.4 este arătată ferestra (meniul) regimului pașilor mici JOG (Толчковый режим) cu informațiile curente sus, regimurile și funcțiile accesibile în zona de lucru.
Fig 2.5.4. Fereastra regimului de deplasare JOG și informațiile accesibile ale ei.
Dacă în fereastra precedentă a acestui regim se selectează Blocul mecanic ROBOT 1, se deschide submeniul de selectare a acestui bloc (robot) (figura 2.5.5,a). În mod analogic se alege și regimul selectării axelor de coordonate (1-3, 4-6), sistemului de coordonate, instrumentului (Tool), obiectului de deplasare (Wobj), sarcinii utile (Load), blocarea joystick-lui și pasului de deplasare. Blocarea joystick-lui se recomandă în cazurile, când trebuie blocată deplasarea obiectului manipulat pe anumite coordonate (figura 2.5.5,b).
Fig 2.5.5. Fereastre de selectare a numătului blocului mecanic (robotului) și de blocare a Joystick-lui.
Direcțiile de deplasare cu pași mici JOG realizate cu ajutorul Joysticj-lui, depind de regimul ales prin tastele F și G ale panoului portativ, conform figurii 2.5.6
Fig 2.5.6. Identificarea direcțiilor de mișcare a Joystick-lui în funcție de regimurile alese.
Pozițiile robotului sunt măsurate cu ajutorul rezolverelor motoarelor axiale impulsurile cărora sunt numerate de contoare conectate la ieșirea lor.Pentru ca aceste rezolvere să măsoare exact pozițiile, este necesară o calibrare strictă a axelor robotului. Pozițiile iniare măsurate se reprezintă ca puncte cu coordonate în [mm], în rapor cu pozițile calibrate ale sistemul coordonatelor de la la baza robotului X,Y,Z, iar pozițiile unghiulare se măsoare în grade, în raport cu poziția unghiulară calibrate.Pozițiile instrumentului mecanismului de apucare pot fi determinate în raport cu alt sistem de coordinate(sistemul centrului obiectului ) TCP,sau sistemul mondial care are originea într-un punct staționar ,de exemplu la colțul unei mese(figura 2.5.7).
Fig 2.5.7 Sistemul mondial de coordinate și sistemul obiectului manipulat.
2.6 Acționarea electropneumatică a mecanismului de apucare a robotului.
Mecanismul de apucare (graiferul, sau griperul) al robotului liniei de paletizare a rulourilor și fâșiilor de carton trebuie să manipuleze nu numai aceste obiecte, ci și însăși paletele, pe care se stivuiesc ele, precum și foile de carton, care trebuie puse a fundul fiecărei palete/ Toate aceste obiecte au dimensiuni, forme și greutăți diferite, de aceea apucarea și manipularea lor constitue o problemă relativ dificilă. Firmele producătoare de roboți au în nomenclatura accesoriilor lor unele graifere simplificate, destinate pentru manipularea unui singur obiect, de regulă de formă standardizată (dreptunghiulară, rotundă și altele).
Ca urmare, îm această linie de paletizare apare problema elaborării unui mecanism special multifuncțional de apucare relativ compact și ușor, ca să nu limiteze considerabil greurarea maximă de ridicare a robotului. În plus, acest mecanism trebuie să aibă o comandă discretă simplă, pentru a putea fi dirijat de controlerul robotului. Evident, că aceste cerințe pot fi satisfăcute de acționările electropneumatice.
Pentru absorbția foilor de carton poate fi folosit micro generatoarele de vacum, bazate pe 4 supape pneumatico-vacuummetrice, descrise în capitorul 1. Aceste supape intră, de asemenea, în componența echipamentelor pneumatice, deoarece se alimentează de la același compresor pneumatic. În plus, ele pot fi comandate de același distribuitor electropneumatic, care comandă cilindrii de acționare pneumatică. Foile de carton se aduc în în raza de acțiune a robotului, fiind stocate în pachet înalt, una peste alta.
Paletele goale din lemn trebuie stocate în același fel, evident că numărul lor în stoc este mai mic, deoarece grosimea lor este mult mai mare. Ele pot fi apucate de graifăr doar lateral (transversal), deoarece în acest caz lățimea lui este puțin mai mare, decât 60 cm – lățimea unei palete standardizate. Deoarece paleta are o bară transversală la mijloc, între scândurile inferioare și cele superioare, graiferul trebuie să aibă un mecanism de apucare în formă de 2 furci cu coarne– una pe de o parte a paletei și alta – pe cealaltă parte a ei. Pentru ca coarnele să nu fie împiedicate de bara de mijloc a paletei, ambele furci trebuie să aibă un spațiu gol la mijloc.
Problema următoare în proiectarea graifărului – câți cilindri pneumatici sunt necesar pentru ridicarea unei palete goale? Întrucăt lungimea paletei este relativ mare (120 cm), închiderea și deschiderea coarnelor furcilor trebuie să fie susținută de 2 cilindri paraleli, comandați sincron, și amplasați ca barele laterale ale unui dreptunghi. Însă înălțimea de stocare a paletelor este variabilă, micșorându-se la fiecare extragere din stoc, de aceea robotul nu le poate apuca din una și aceeași poziție în fiecare ciclu. Ca urmare, mecanismul de apucare a paletelor trebuie să mai includă încă un cilindru, al 3-lea – de căutare a înălțimii potrivite deasupra paletei, încăt ceilalți 2 cilindri să poată băga exact coarnele sub paletă. Cilindrul de căutare verticală este necesar, de asemenea, și la coborîrea capurilor de cauciuc (вакуумных присосок), pentru absorbirea aerului (vacuumarea) și ridicarea foilor de carton.
Conform planului liniei din capitolul 1, rulourile de carton se deplasează spre robot pe un conveier, însă la capătul acestuia stă un operator, care le ia de pe conveier și pune orizontal pe masa staționară scurtă din raza de acțiune a robotului. Paletizarea rulourilor de carton impune, de asemenea, unele cerințe speciale. În primul rând, ele au un diametru mult mai mic, decât lățimea paletei, de aceea pentru apucarea lui poate fi ales 1 cilindru cu o altă lungime a tijei, întrucât ea se face la început pe masă orizontală de stocare. Însă ruloul, în decursul manipulărilor, trebuie întoars vertical, deoarece paletizarea lui trebuie făcută în poziție verticală rulourilor, pentru a simplifica înfășurarea peletei cu peliculă. Ca urmare, apare necesitatea de a utiliza încă 2 cilindri paraleli și comnandați sincron, – de strângere, care să strângă bine ruloul, pentru a evita căderea acestuia în timpul, când este întors în aer de robot. Însă ei trebuie să aibă o presiune mai mică.
Fâșiile de carton au o lungime egală cu lungimea paletei, ele nu trebuie întoarse în poziției verticală, de aceea pentru paletizarea lor nu este nevoie de alți cilindri, în afară de cei menționați.
Așadar, pentru toate obiectele manipulate de graifăr, sunt necesari 6 cilindri pneumatici, dintre care 4 sunt divizați în 2 perechi. Ca urmare, distribuitorul de comandă a acestor cilindri trebuie să aibă 4 valve (ventile) de distribuție, plus încă 1 valvă pentru microgeneratorul de vacuum, adică 5 valve (ventile) în total.
2.7 Elaborarea schemelor de comandă electropneumatică a cilindrilor mecanismului de apucare.
2.7.1 Alegerea modului distribuitoarelor cilindrilor mecanismului de apucare.
În figura 2.7.1.1 este arătat blocul (nodulul) ales cu 7 ventile de distribuție 7×5/3 (numit și insule) 26 VTUG al companiei germane FESTO. Acest modul este relativ compact, deoarece are o singură intrare de presiune de 6 bari pentru toate ventilele. În partea superioară sunt amplasate cele 2 ieșiri (2 și 4) cu fitinguri de fixare a furtunului flexibil și conectare la cele 2 intrări ale fiecărui cilindru pneumatic. Intrările de evacuare a aerului 3,5 ale fiecărui ventil sunt fără fitinguri, deoarece aerul se evacuează direct în aerul ambiant. Fiecare ventil are incorporat 2 electromagneți (solenoizi, de culoare neagră), unul dintre care servește pentru extinderea tijei, iar celălalt – pentru reîntoarcerea ei în poziția inițială.. Bobinele electromagneților sunt prevăzute pentru o tensiune de alimentare 24 V. Schema pneumatică a unui singur ventil 5/3 (5 intrări-ieșiri, 3 poziții – 2 de lucru și una inițială la mijloc, de tip Normal-Închisă [25].
Fig 2.7.1.1 Schema modulului ventilelor de distribuție 7×5/3 26 VTUG a companiei germane Festo.
2.7.2 Conectarea cilindrilor la ieșirile modulului distribuitoarelor electropneumatice.
Ca cilindri de acționare electrică sunt aleși cilindrii DSBCcu diferite lumngimi ai companiei FESTO (figura 2.7.2.1).Ei prăvăd o canelură specială în partea exterioară, destinată pentru fixarea senzorilor magnetici de proximitate SMT/SME în poziții dorite, utilizați de controlerul de automatizare. Pistonul este prevăzut cu niște tampoane de frânare la capete [26].
Fig 2.7.2.1. Cilindrul DSBC standard senzor de proximitate ai companiei germane FESTO
Schema integrală de acționare electropneumatică a graiferului de apucare a robotului, cu cilindrii aleși după principiile expuse mai sus, este reprezentată în figurile 2.7.2.2, a-b. În partea de sus sunt amplasate cele 5 perechi ieșiri pneumatice A1-A10 ale ventilelor de distribuție ale modulului ales. Pereche A2, A7 asigurîd alimentarea cu aer comprimat a supapelor pneumatico- vacuumetrice GQ1-GQ4, utilizate pentru generarea vacuumului și absorbției foii de carton de către graiferul robotului. Celelalte ieșiri pneumatice ale modulului de distribuție se aplică la intrările cilindrilor de acționare prin intermediul unor supape RN1-RN6, destinate pentru reglarea debitului de aer și a vitezei necesare de deplasare liniară a tijelor cilindrilor. Acest reglaj se efectuează cu un șurubaș, amplasat deasupra lor. Paralel cu aceste supape de reglare a debitului sunt conectate alte supape de sens unic, care permit reglarea vitezei numai într-o sungură direcție a debitului de aer – la extinderea tijelor. În acest caz supapele de sens unic sunt blocate. Însă evacuarea aerului se face mult mai rapid, prin aceste supape de sens unic, ceea ce mărește rapiditatea de funcționare [26].
Fig 2.7.2.2 a. Schema parțială de acționare electropneumatică a cilindrilor și supapelor de vacuum.
Partea a doua a acestei scheme (figura 2.7.2.2,b) are aceleași elemente și principii, cu excepția cilindrilor paraleli de comandă sincronă MM20-MM21, care asigură strângerea ruloului de către coarnele furcilor graiferului de apucare. Această strngere are nevoie de o presiune mai mică, ca să nu afecteze cartonul rulourilor. De acea presiunea de acționare a acestor cilindri este micșorată prin intermediul unei supape de limitare reglabilă (printr-un resort mecanic).
Fig 2.7.2.2,b. Schema parțială de acționare electropneumatică a cilindrilor de căutare a paletei și strângere a ruloului graiferului de apucare a robotului.
2.7.3 Conectarea electromagneților modulului de distribuție la ieșirile controlerului PLC IRC.
Schema de comandă a bobinelor electromagneților MB1-MB5 a ventilelor de distribuție de către modulul de ieșiri diiscrete DO 8 al controlerului de automatizare a robotului este prezentată în figura 2.7.3.1 Perechile de cilindri cu comandă sincronă B-B și G-G au 4 bobine, însă aceste bobine sunt conectate paralel două câte două, de aceea sunt necesare numai două semnale de comandă ale controlerului. În legătură cu aceasta ambele bobine de extindere/revenire au un singur simbol al unui robinet.
Potențialul comun de deasupra bobinelor electromagneților MB1-MB5 se conectează la – 24V, iar tensiunea +24 V se aplică prin semnalulul modulului de ieșire al controlerului. Paralel cu bobina fiecărui electromagnet este conectat câte o diodă de semnalizare, care nu-i arătată.
În figura 2.7.3.2 este arătat butonul de Start S1 al unui ciclu de paletizare, memorizat de către releul K1, conectat la unul din ieșirile modulului de ieșiri discrete ale controlerului de automatizare.
Fig 2.7.3.1 Schema de comandă a bobinelor electromagneților ventilelor de distribuție de către modulul de ieșiri discrete DO 8 al controlerului de automatizare a robotului,
Fig 2.7.3.2 Conectarea butonului și releului de satart al unui ciclu de paletizare.
2.7.4 Conectarea senzorilor cilindrilor pneumatici la intrările controlerului PLC IRC.
În figura 2.7.4.1,a este prezentată schema de conectare a primilor 4 senzori magnetici de proxemitate ai primilor 2 cilindri pneumatici la modulul de intrări discrete DI 8 al controlerului de automatizare a robotului. Toți senzorii sunt conectați la tensiunea de alimentare ± 24 V prin bornele Q1, Q3, iar borna de ieșire a senzorilor Q4 – la intrările modului de intrări digitale X2 al controlerului de automatizare. Prima intrare a acestui modul este utilizată pentru contactul releului K2 (11-14), care este activat de senzorul optic de proximitate B1 de control a paletei pe conveierul de deplasarespre instalația de ambalare cu peliculă (figura .2.7.4.1,b).
Fig 2.7.4.1,a. Schema de conectare a primilor 4 senzori magnetici de proxemitate la modulul de intrări discrete DI 8 al controlerului de automatizare a robotului.
Fig 2.7.4.1,b. Schema de conectare a celorlalți senzori magnetici de proxemitate la modulul de intrări discrete DI 8 al controlerului de automatizare a robotului.
2.8 Calculul puterii și verificarea motorului de la baza robotului.
Robotul liniei de paletizare și ambalare a paletelor IRB 6620 ABB cu 6 axe rotative este acționat de 6 motoare de diferite puteri, deoarece fiecare axă este supusă unor solicitări mecanice diferite. Compania ABB a ales pentru roboții IRB servo motoare sincrone ale companiei chineze TAMAGAWA, însă datele tehnice nominaleale lor nu le-a publicat, la fel ca multe alte date. În legătură cu aceasta, apare necesitatea de a calcula și verifica puterea necesară măcar a unui singur motor al robotului. Cel mai simplu calcul poate fi efectuat pentru motorul de la baza platformei de rotire a robotului, care este acționată de cel mai puternic motor, întrucât el trebuie să pună în mișcare toate axele, plus mecanismul de apucare și a obiectul manipulat.
Pentru a minimiza greutatea sumară a motoarelor și roboților, toate companiile producătoare de roboți, utilizează motoare cu frecvențe nominale nestandardizate ale tensiunii de alimentare, în particular fN >50 Hz și turații nominale n = 2000, 3000, 4000 rot/min. Această frecvență și se obține relativ ușor cu ajutorul variatoarele de frecvență, care alimentează aceste motoare, asigurâd totodată o pornire și reglare lină a motoarelor. O altă particularitate a sistemului de acționare al roboților – funcționarea ciclică intermitentă și dinamică, cu durate mici ale fiecărui ciclu, ceea ce este impus de cerința de asigurare a unei productivități înalte a operațiilor tehnologice.
Evident, că pentru un calcul concret, sunt necesare date inițiale concrete. Din numărul minim de date publicate, am selectat următoarele:
Greutatea totală a robotului, fără mecanismul și obiectul manipulat mR = 900 kg ;
Greutatea maximă a mecanismului de apucare și obiectului manipulat mOM= 150 kg;
Viteza liniară maximă de deplasare a mecanismului de apucare – 3,3 m/s;
Diapazonul de variație a fiecărei axe, inclusiv a platformei de la bază ± 170° (340°);
Viteza unghiulară de deplasare a fiecărei axe, inclusiv a platformei de la bază ΩP=100[°/s];
Diametrul maxim al zonei de deplasare a obiectului manipula într-un ciclu –Dm=2,2 m;
Diametrul platformei rotative de la baza robotului Dp=800 mm ( vezi figura de mai jos);
Viteza liniară nominală, aleasă de noi pentru efectuarea calculelor v=2 m/s;
Turația nominală a motorului de la baza robotului nN =2000 rot/min;
Numărul de perechi de poli magnetici ai înfășurării statorice a motorului 2p =8 (p=4);
Coeficientul de frecări vâscose μ= 0,13;
Timpul unui ciclu de manipulare a unui obiect = 4s;
Fig 2.8.1 Dimensiunile bazei robotului
Calcul aproximativ a puterii necesare și alegerea prealabilă a motorului.
Un parametru principal necunoscut al motorului este frecvența nominală a tensiunii lui de alimentare, generată de un invertor de frecvență variabilă, care se calculează după datele inițiale
fN = pnN / 60 = 4×2000 / 60 = 8000 / 60 = 133,3 [Hz] (2.8.1)
Viteza unghiulară nominală a rotorului motorului în [rad/s]
ΩN [rad/s] = πnN / 30 = 3,14×2000 / 30 = 209,3 [rad/s] (2.8.2)
Întrucât axele de coordonate ale robotului sunt unghiulare, este necesar de cunoaște viteza nominală a rotorului și în [°/s]
ΩN [°/s] = 360°nN / 60 = 360°x2000 / 60 = 12000 [°/s] = 12 [°/ms] (2.8.3)
Coeficientul de reducție al reductorului, cu 2 roți dințate, roata mică fiind rotită de motor
iR = ΩN [°/s] / ΩP[°/s] = 12000 / 100 = 120 (2.8.4)
Timpul de ccelerare și decerare (frânare) a motorului
tA = tC – πDm/v = 4 – 3,14×2,2/ 2 = 0,55 s (2.8.5)
Timpul de deplasare cu o viteză staționară constantă
tS = tC – 2tA – tP = 4 -2×0,55 – 1 = 4 – 1,1 – 1 = 1,9 s , (2.8.6)
unde tP = 1s – timpul de pauză, necesar pentru așezarea/apucarea obiectlui manipulat.
Cuplul de sarcină mecanică al robotului, raportat la axa motorului
Ms = gμm / (iRηR) = 9,81×0,13×900 / (120×0,8) = 12 Nm, (2.8.7)
-unde ηR =0,8 – randamentul sumar al reductoarelor robotului;
m = masa echivalentă aelementelor aflate în mișcare:
m = mR+mOM-mP = 900 +150 – 150 = 900 kg (2.8.9)
mP = 150 kg – masa platformei robotului, fixate de fundament.
Puterea motorului în regimuri statice
Ps = Ms ΩN = 12×209,3 = 2512 W = 2,512 kW (2.8.10)
Pentru alegerea prealabilă a motorului este necesar de a calcula și cuplurile dinamice, care trebuie invinse de motor, deoarece regimrile dinamice derulează aproximativ același timp, ca și regimurile statice (conform etapelor de timp, calculate mai sus). Însă cuplurile dinamice depind, la rândul lor, de momentele de inerție ale axelor robotului, raportate la arborele motorului. Calculul exact al acestor momente constiutie o problemă matematică dificilă, întrucât nu sunt cunoscute toate datele pentru calculul lor, iar poziția reciprocă a axelor este variabilă în timpul deplasărilor în spațiu. De aceea în continuare se utilizează o singură formulă aproximativă de apreciere a un unui moment echivalent de inerție
JE = mρ2 = m(Dp/(2iR)2 = 900(0,8/(2×120))2 =900×1,11×10-5 = 0,01 kgm2 (2.8.11)
Întrucât motorul încă nu este ales și nu este cunoscut momentul de inerție al rotorului lui, se poate de luat o valoare aproximativă a acestia, egală cu 50% din vloarea momentului echivalent de inerție JE
JM = 0,5JE = 0,5×0,01 = 0,005 kgm2. (2.8.12)
Ca urmare, momentul sumar de inerție,
JΣ = JM +JE = 0,005 +0,01 = 0.015km2 (2.8.13)
Puterea adăugătoare a motorului, necesară pentru a învinge cuplurile dinamice de inerție la pornire și frânare, poate fi calculată după o formulă, indicată în http:www.e-mechatronics.com/
Pa = 2JΣ (ΩN)2 / 2tA = 0,015×209,32 / 0,55 = 1195 W = 1,195 Kw (2.8.14)
Conform recomendațiilor sursei de mai sus, puterea nominală a motorului se alege după relația
0,5(2,512+1,195) < PN < (2,512+1,195), sau 1,85 kW < PN < 3,7 Kw (2.8.15)
Ca urmare, se poate alege un servo motor sincron de 3,0 kW, 2000 rot/min.
Întrucât, companiile TOMOGAWA și ABB nu publică datele complete ale motoarelor utilizate pentru roboții IRB, se propune alegerea prealabilă a unui motor de 3,0 kW, 2000 rot/min al altei companii – KINAVO (tot chineze). Din catalogul acestei companii este ales motorul SMH 130mm – 3,0 kW, 2000 rot/min (vezi tabelul de mai jos și conectoarele lui)[27].
Datele tehnice ale motorului SMH 130mm Tabelul.2.7.1
Modul de conectare a motorului ales mai sus se face cu ajutorul pinilor care sunr reprezentați și explicați în figura de mai jos(figura 2.7.1.1)[27].
Fig 2.7.1.1 Pinii de conectare ai motorului.
Verificarea motorului ales la încălzire după cuplul maxim și echivalent.
După alegea motorului se poate concretiza mai exact momentul sumar real de inerție
JΣ = JM +JE = 0,00291 +0,01 = 0.0121 km2 (2.8.16)
În aceeași sursă bibliografică a companiei Yaskawa se propune, la început, de verificat motorul ales în prealabil după valoarea cuplurilor instantanee (maxine) calculate la pornirea robotului, cu valoarea maximă a acestui motor Tm = 35,75 Nm.
Mp.MAX = Ma + Ms = Pa / ΩN +Ms = JΣ ΩN / ta + Ms = 0,012×209,3 /0,55 + 12 = 16,56 Nm
adică Mp.MAX < Tm, sau 16,56 Nm < 35,75 Nm. (2.8.17)
Valoarea instantanee maximă la frânarea robotului
Mf.MAX = Ma – Ms = Pa / ΩN – Ms = JΣ ΩN / ta – Ms = 0,012×209,3 /0,55 – 12 = – 4,56 Nm
adică Mf.MAX << Tm, sau 4,56 Nm << 35,75 Nm. (2.8.18)
În final trebuie de calculat cuplul echivalent al robotului într-un ciclu și de-l comparat cu cuplul nominal al motorului ales
(Me)2 = [(Mp)2tA +(Ms)2tS +(Mf)2tA] tC = (16,562 x 0,55 +122 x1,9 + 4.562 x0.55)/4 = (150,8 +273,6 + 11,44) /4 = 109 Nm2, de unde obțiem Me =√109= 10,4 Nm. (2.8.19)
Ca urmare, cuplul echivalent într-un ciclu Me < MN, sau 10,4 Nm < 14,3 Nm, ceea ce însemnă, că alegerea prealabilă a motorului este corectă.
2.9 Schema tipică a invertorului de reglare a vitezei și poziției unoi servomotor.
Schema tipică a invertorului motorului sincron cu 6 tranzistoare IGBT T1-T6, șuntate de diode inverse de curent reactiv, este arătată în figura 2.9.1. Frecvența de comutație a acestor tranzistoare este impusă de frecvență impusurilor traductorului de poziție, obținută pe baza semnalelor sinusoidale și cosinusoidale ale rezolverului. Utilizarea a 2 semnale de ieșire ale rezolverului (sinusoidal și cosinusoidal) este necesară pentru inversarea motorului, întrucăt semnalele Usin și Ucos sunt decalate cu 90°.Dacă frecvența de comutație a invertorului este sincronizată cu semnalul sinusoidal, atunci motorul se rotește în sens direct, iar dacă este sincronizată cu semnalul cosinusoidal, atunci motorul se rotește în sens invers.
Fig 2.9.1. Shema tipică a invertorului motorului sincron cu senzor de poziție și controler de calcul a acesti poziții și vitezei în formă digital
2.10 Descrierea rezolverului de măsurare a vitezei și poziției motorului și robotului.
Rezolverele reprezintă niște transformatoare electromecanice rotative (micromotoare electrice fără câmp magnetic învîrtitor), bazate pe principiul inducției electromagnetice și alimentate cu o tensiune sinusoidală monofazată de fercvență înaltă (1-10 kHz). Din aceste motive ele au la ieșire 2 semnale alternative ondulatoare, decalate ca și impulsurile dreptunghiulare ale encoderelor cu 90ș, însă identificate deja ca un semnal sinusoidal Usin și cosinusoidal Ucos (figura 2.10.1,a). În legătură cu aceasta în literatura rusă rezolverele mai sunt numite синуснокосинусные вращающие трансформаторы.
La început, înfășurarea de alimentare sinusoidală de frecvență înaltă era amplasată pe rotor, fiind conectată la sursa specială prin intermediul a 2 perii și 2 inele de contact alunecător și notată Ur(t)=Urmsinωt. Când rotorul rezolverului este cuplat mecanic la rotorul motorului sincron, sau BLDC, tensiunea Ur(t) induce în înfășurările ortogonale ale statorului tensiuni de aceeași frecvență, însă amplitudinea lor variază sinusoidal și cosinusoidal, în funcție de unghiul de poziție α(t) al rotorului:
Usin(t)=kTUrmsin(α)sinωt; Ucos(t)=kTUrmcos(α)sinωt (fig 2.10.1,b).
Fig 2.10.1. Schema și diagramele tensiunilor de intrare/ieșire ale rezolverului.
Contactul alunecător al periilor rotorului era un alt dezavantaj esențial al rezolverelor inițiale, de aceea ulterior el a fost înlăturat prin amplasarea pe stator a înfășurării monofazate de alimentare sinusoidală Ur(t). Aceasta din urma induce deja în prima înfășurare rotorică în formă de ramă (ca să poată identifica unghiul de poziție α(t)) o tensiune de inducție mutuală, care alimentează, la rândul ei, a doua înfășurare rotorică în formă de ramă, identică cu prima (figura.2.10.2).
Fig 2.10.2. Schema rezolverului cu amplasarea tuturor înfășurărilor pe stator.
În figura 2.10.3 este arătat un rezolver industrial modern cu statorul și rotorul separat, în care se observă toate cele 6 capete ale celor 3 înfășurări statorice.
Fig 2.10.3. Rezolver industrial modern fără contact alunecător pe rotor
3.PRINCIPII DE PROGRAMARE A ROBOȚILOR LINIEI DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE.
Principii de programare a roboților IRB 6620 în softul RobotStudio OffLine ABB.
Tendința actuală în domeniul automatizării este axată pe inovația în toate domeniile tehnologiilor și dispozitivelor tehnologice.Și iată că roboții și manipultoarii industriali aparțin acestei dezvoltari,ei aparțin unor elemente progresive ale automatizarii. Conceptul modern folosește programarea offline ca instrument de integrare a modelelor CAD virtuale în mediile de programare.
Programarea sistemului robotizat industrial pentru o anumită aplicație este încă foarte dificilă, consumatoare de timp și costisitoare. În zilele noastre, în aplicațiile industriale practice, există două posibilități principale ale metodelor de programare robotizată, care sunt programarea online și programarea offline (OLP) Metodele de programare a unui robot sunt clasificate în:
Metode de programare on-line, în care un robot este utilizat pentru a genera programul.
Metode de programare off-line, utilizate în cazul în care nu este nevoie de accesul robotului pentru a dezvolta programul de control
Prin metoda off-line nu este nevoie de robot până la testul final al programului. În principiu prin metoda 2 identificată mai sus se creează scrierea unui program folosind un limbaj de programare text a robotului în ABB RobotStudio. În figura de mai jos (3.1.1) este aratată schema principală de programare a robotului (on si off-line) [28].
Fig 3.1.1 Principalele metode ale programării robotului
În programarea offline a robotului foarte important este luarea în considerare a aspectele modelării unei entități geometrice cum ar fi : generarea de ținte și căi ale robotului, ajustarea țintelor robotului, planificarea configurației căilor, poziționarea obiectelor de prindere, etc.
Repetabilitatea și flexibilitatea ridicată a robotului oferă un aspect de acoperire economică de înaltă calitate. Cel mai important avantaj al robotului sunt mișcările sale flexibile, care poate realiza o proiecție asupra unor piese complexe, de formă liberă. Când utilizăm robotul, ne putem aștepta la o mai bună fiabilitate și proprietăți funcționale mari.
Crearea programelor offline prin metoda OLP.
Prin aceasta metoda locul complet de lucru este modelat in RobotStudio 3D.Astfel putem testa accesibilitatea, regla perfect proprietățile mișcărilor robotului și pot fi modificate informațiile legate de proces, înainte de a genera programe care pot fi descărcate pe controlerul robotului.Metoda de programare OLP are multe avantaje față de metoda online, procesul de programare nu necesită robotul real decit la final cind totul este gata,și se fac încercări. Modificările OLP pot fi schimbate rapid doar înlocuind partea necesară a programului iar cele dezvoltate anterior pot fi ușor incluse în programe noi.
Drept urmare, programele pot fi verificate în prealabil, confirmând astfel mișcările roboților, reducând la minimum șansele de eroare și, prin urmare, îmbunătățind productivitatea și siguranța. Există, de asemenea, o posibilitate mai mare de optimizare a aspectului spațiului de lucru și de planificare a sarcinilor robotului. Crearea stației de lucru într-un mediu virtual ne va permite să îmbunătățim:
vizualizarea mișcării cinematice a robotului, atât timp cât simularea se bazează pe utilizarea controlerului virtual, care este identic cu controlorul de caractere reale;
simularea fluxului de materiale la locul de muncă;
simularea întreagă a locului de muncă, asigurând eliminarea coliziunii și a influenței adverse în timpul asamblării sau funcționării tehnologice
Programarea offline pornește de la modelul 3D CAD, care este începutul principal al stației de lucru și al pieselor de creație.
Este necesar de salvat modelul in format STL și continuat cu al doilea pas pentru a converti modelul 3D in format IGS de către un schimbător CAD. Din moment ce Catia nu știe să exporte direct acest format, în consecință, este posibil de înserat piesele modelate în Robot Studio, dar trebuie de a nu uita de bifat toate punctele de pe modelul dat.
Fig 3.1.2 Procesul de creare a traiectoriei robotului folosind metoda OLP
OLP este mai complex decât programarea online, deoarece metoda de programare trebuie să aibă ținte robot 3D, dar trebuie să aibă și traiectoria mișcării robotului și trebuie să genereze secvența optimă a procesului.Etapele programarii off-line sunt prezentate mai jos în figura 3.1.3 [28].
Fig 3.1.3 Pași cheie ai programării offline
Programarea offline a unui robot ABB folosind modele CAD importate în RobotStudio.
O nouă stație de lucru (figura 3.1.4) a fost creată în RobotStudio, unde a fost tipul adecvat de robot importat. În pasul următor, a fost selectată o masă de lucru din bibliotecă pe care cu ajutorul comenzii „SET POSITION” dă piesa de lucru într-o poziție adecvată
Pe baza pozițiilor adecvate ale piesei de prelucrat putem crea ținte individuale. Problemă foarte importantă este de a ține cont de poziția instrumentului care vine pe piesa de prelucrat (venind la perpendicular sau la un unghi).
Orientarea către țintă ar trebui să fie orientată pe aliniamentul axei.Orientarea corectă a țintei poate fi verificată prin comanda „JUMP TO TARGET’’. Dacă apare o problemă atunci când am aplicat această comandă, trebuie de reorientat ținta în ceea ce privește instrumentul.
Orientarea corectă a țintei ne permite să generăm o secvență de „PATH”
Verificarea corectitudinii mișcării se efectuează folosind comanda „MOVE ALONG PATH” [28].
mportant is to check the targets before creating offline continuous simulation of
the PATH (feasibility of individual "PATH") by the command "CHECK reachability". Setting of
the simulation rests in choosing of the movements sequence and their gradual steps
Fig 3.1.4 Setarea simulării în OLP RobotStudio.
Fig 3.1.5 Model CAD importat în stația de lucru Robotstudio creată.
Simularea este continuă și robotul merge în toate TARGET-urile. Căile pot fi ajustate în continuare prin comanda „Zone”, care ne spune cât de exact extremitatea robotului a ajuns la ținta respectivă. Ulterior, utilizarea comenzilor „Offline” permite de a ajunge la programul generat în (figra.3.1.6 ), care poate fi ulterior utilizat ca o rezervă pentru controlul traiectoriilor roboților reali[28].
Fig 3.1.6 Program generat din traiectoriile individuale ale robotului.
3.2 Programarea roboților IRB 6620 în softul specializat Palletizing PowerPac ABB.
Programarea roboțiilor ABB se face cu ajutorul programului RobotStudio care se descarcă de pe site official http://new.abb.com/product/robotic/robotstudio pe o periodă de 30 zile,și este gratis.Softwar-ul este realizat special pentru toate tipurile de roboți,însă aceștia nu pot fi ai altor companii ci doar ABB.
RobotStudio este o aplicație pentru computer pentru programare și simulare offline a unor sisteme robotice care integrează unul sau mai mulți roboți și diferite echipamente auxiliare.Echipamentele suplementare sunt selectatea din librăria acestuia.
În timpul procesului de instalare al RobotStudio, există următoarele opțiuni :
Complet;
Personalizat-permițând conținut și căi personalizate de utilizator;
Minimal-permițându-vă să rulați RobotStudio doar în modul online.
RobotStudio permite de lucrat cu un controlor off-line,care este un controllervirtual IRC5, care rulează local pe computer. De asemenea, RobotStudio permite să lucrezi cu controlorul IRC5 fizic real, care este pur și simplu denumit controler real.
Când RobotStudio este utilizat cu controler real, acesta este denumit online mod iar cînd fără se află în modul offline.Fiecare programare se face în limba engleză,deoarece este o limbă știută și înțeleasă de majoritatea inginerilor.În continuare sunt descrise toate etapele necesare pentru crearea unei aplicații robotizate încărcînd un controler virtual.
Fig 3.2.1 Fereastra de start RobotStudio.
Fig 3.2.2 Fereastra de ajutor RobotStudio.
Figura.3.2.1 reprezintă fereastra care va apărea odată ce ABB RobotStudio este lansat. Această fereastră oferă posibilitatea de a alege dintre mai multe opțiuni: cum să deschizi sau să creezi o stație nouă. De asemenea, din această fereastră,ne apare opțiunea (Help), care oferă toate informațiile necesare despre versiunea RobotStudio, limbajul RAPID și pandantivul de învățare ABB FlexPendant(figura3.2.2)[29].
Pentru a putea crea o stație nouă am deschis din fereastra de pornire(New option) apoi am selectat (Empty station) . Această stație conține doar planul de lucru cu un sistem de referință (sistem de referință mondial). Prin urmare, trebuie să includem un braț robotizat în statie.Vom merge la ABB Library (figura 3.2.3) șivom selecta robotul IRB 6620 [30].
Fig 3.2.3. RobotStudio – ABB Library.
Prin sistemul de referință menționat mai sus,se subînțelege de fapt un sistem format dintr-una sau mai multe coordonate (numere), pentru a determina poziția unui punct sau a unui element în cazul nostru a robotului.
Odată ce a fost selectat robotul,el automat este încarcat în sistem avînd o poziție standart dată de ABB în sistemul de coordonate cartezian.Această poziție este denumită (right hand),și este prima poziție a robotului,însă această poziție poate fi modificată în funcție de necesitatea și spațiul pe care îl avem la dispoziție (figura.3.2.4).
Fig 3.2.4. IRB 6620 și obțiunile de mișcare.
În figura de mai jos 3.2.5 este un exemplu de mișcare de translație a robotului pe axa X,Y,Z.Odată ce îl mișcăm RoboStudio permite să vizualizăm și poziția lui pe axa selectată.Astfel datorită acestei obțiuni robotul poate fi plasat cu ușurință în orice loc dacă apar careva modificări a liniei.Tot RobotStudio permite să modificăm poziția robotului prin obțiunea (Rotate)dacă acestă urmează să fie plasat pe un suport înclinat sub un anumit unghi(figura.3.2.6).
Fig 3.2.5.Opțiunea de mișcare a robotului (translarea pe axa ,,X’’).
Fig 3.2.6. Opțiunea de mișcare a robotului (rotația robotului).
După selectarea robotului puteam alege iarași prin obtiunea ABB Library sau Import Library tipul de griper(flexibil sau vacuum,mixt)ce va trebui plasat la capătul terminal al robotului.Echipamentul pe care l-am selectat are la bază principiul de funcționare cu vacuum.De aceea în software va apărea constructiv împreună cu valvele care sunt de culoare verde.Adaugător în construcția acestuia sunt arătate și coarnele care sunt acționate pneumatic.
Rolul acestui echipament este întîi de a lua paletul cu cornele și plasarea pe conveior,apoi va lua fîșia si o va așeza pe palet cu ajutorul capurilor de cauciuc . După ce am selectat griperul,acesta este încărcat din librarie și plasat în (Layout).Următorul pas constă în plasarea lui la brațul terminal al robotului cu scopul de a își sincroniza mișcările împreună cu cele ale robotului.
Astfel ca prin obțiune (Atach-Partajare) din RobotStudio se selectează apăsînd dublu click si se trage peste robot. Griperul se cuplează la terminalul brațului robotic figura de mai jos (figura 3.2.7)[31].
Fig 3.2.7. FlexGripperul 2.0 Vacuum al robotului IRB 6620.
Astefel lucrînd cu obțiunea ABB Library și Import Library cu mare ușurință se adaugă în soft si celelate echipamente precum conveioroul,paletele.debobinatorul chiar si suportul pe care este instalat robotul la înălțime.Cînd este ales conveiorul acestuia I se pot schimba dimensiunile(lungimea,lățimea) după necesitate sau prescriindu-le valori precise în sistemul de coordonate.
Aceste modificări sunt necesare de facut înaite de a plasa senzorii care răspund de mișcarea paletelor.Paletele selectate pot fi plasate și rotite ca și poziția robotului explictă mai sus.
Un avantaj destul de important este că se poate de selectat cu foarte mare facilitate orice fel de echipament dorit din cele menționate mai sus dar și de înlăturat fără ca să influențeze asupra celorlalte .
Fig 3.2.8. Echipamentele linii de paletizare in aplicația RobotStudio.
După ce am încărcat echipametele auxiliare,și le-am poziționat conform cerințelor impuse următorul pas ar fi scrierea programului pentru a îndeplini sarcina propusă.Astfel încît unele echipamentele din starea statică inițială prin acționări pneumatice,electrice de simulare să treacă în stare dinamică.
Robotul IRB 6620 este echipamentul principal,iar pentru a îl face ca să se miște în RobotStudio, ca în viața reală, trebuie să fie programat. Pentru a-l programa, robotul trebuie să aibă un „creier” care controlează mișcările sale. În acest fel, este vorba despre un controler. Când un robotul este importat din bibliotecă, nu există controler, doar robotul ca fiind obiect. Pentru a importa un controler în sistem, apăs butonul (Home) ,și selectez (Controller From Layout).Prin această obțiune automat robotului i se atribuie controlerul.
Dacă controlerul este sincronizat și nu au existat erori la încaracarea lui în program,trebuie de verificat statusul acestuia accesînd o altă funcție (Controller Status),care ne comunică culoarea fonului bării (verde-încărcat corect,roșu-incorect). Vizualizarea acestor pași poate fi vazută în figura de mai jos(figura.3.2.9).
Fig 3.2.9. Controlerul virtual From Layout și starea dupa încărcare.
Se poate de selectat o serie de opțiuni pentru controler, dar, deocamdată, implicit configurația standart este considerată bună.Se continuă apasînd Next –Next-Finish,dar trebuie de ținut cont ca poate dura ceva timp pînă la încarcarea finală a acestuia.Din momentul ce controlerul este încărcat se poate de aplicat mișcarea robotului.
Exisă mai multe metode de mișcare a axelor,fie cu mouse-ul fie prin apăsarea tastelor sau dîndu-le fiecărei axe unghiuri concrete.În figura 3.2.10 este arătat prima metodă cu rezulatul mișcării brațului robotic și cadrul de sarcini asociat la baza robotului. Aceste puncte reprezintă baza pentru traseele robotului.
Fig 3.2.10 Rezultatul mișcării brațului robot.
Un workobject este un sistem de coordonate utilizat pentru a descrie poziția unei lucrări. Toate pozițiile programate vor fi legate de cadrul obiectului, adică legat de cadrul utilizatorului, care este legat de sistemul de coordonate mondial. Definirea propriului obiect de lucru simplifică ajustarea programelor de la roboți, folosind doar opțiunea de compensare atunci când piesa este mutată din poziția inițială. În figura 3.2.11 sistemul de coordonate gri este sistemul de coordonate mondiale și cele negre sunt cadrul obiectului și rama utilizatorului de la workobject[29].
Fig 3.2.11 Sistem de obiecte de lucru (wobj)
Odată ce avem obiectul în sistemul de coordonate care urmează a fi mutat dint-un punct în altul,punem prin obțiunea (Jog Joint) explicată în figura 3.2.10 în mișcarea fiecare axă a robotului.Cînd brațul terminal ajunge la punctul ales,atunci prin obțiunea (Create a target) se creează o țintă(figura 3.2.11). Ținta va fi creată în obiectul de lucru(workobject) (figura 3.2.12).
Fig 3.2.12 Metoda de crearea a țintei.
În RobotStudio se poate de creat o mulțime de aceste puncte,în dependență de complexitatea sistemului și a acțiunilor ce urmează a fi preluate de către robot. Orice țintă care a fost creată pot fi modificată, selectînd-o prin dublu click apoi schimbîndui-se valorile de la taste.
Dacă spațiul întregii linii este limitat și ne vine greu de a măsura poziția pînă la țintă cu ajutorul instrumentelor speciale,atunci o ștergem și o plasăm din nou cu ajutorul mousului. Dar se face nu înaite de a schimba pozița întregului plan a linie în așa fel încît să gasim acel punct cautat.
După ce sa creat noua țintă se apasă click dreapta și se alege (View All) sau (View Center) și întreg planul apare pe partea centrală a paginii.Acum vedem că (workobject-ul) este asociat cu ușurință cu toate țintele dorite(figura.3.2.13).
Fig 3.2.13.Crearea țintelor.
Fig 3.2.14 Corelația dintre cadrul de lucru și țintele.
În acest moment, nu avem informații despre dacă robotul poate atinge efectiv obiectivele definite sau nu.Cu toate acestea în majoritatea aplicațiilor robotului de obicei definim o pozitie (Home) a robotului în raport cu baza lui care în acest caz este wobj0.Conform 3.2.14 robotul îl putem muta în orice altă poziție dorită(target10-target80).
După aceea,se creează un alt tip de țintă,o țintă de învățare în raport cu wobj0 sau un alt obiect definit .Astfel se creează o țintă conform poziției actuale a robotului.După aceasta, verificarea dacă robotul ajunge sau nu în punctul țintă definit în raport cu wobj0,se face cu instrumentul: MyTool (figura 3.2.15).
Fig 3.2.15.Verificarea atingerii țintei de către terminalul robotului.
Dacă orientarea robotului este greșită și el nu este capabil sa ajungă la acel punct cu orientarea dorită atunci rămâne în poziția inițială până la o alta orientarea a punctul țintă .Acest lucru ne este comunicat într-o fereastră aparte ca fiind o eroare și este motivul nemișcării axelor.
Ținta nouă este modificată până când se găsește o configurație a robotului, pentru ai permite acestuia să ajungă din nou la ea.De îndată ce a fost gasită nu este nepărat ca și celelate ținte să le modificăm una cîte una.
Cu ajutorul funcției speciale (Copy orientation) se pot de schimbat toate pozițiile sau doar a unor ținte dorite, deoarece o are memorată pe prima și se schimbă proportional (figura 3.2.16).
Fig 3.2.16. Obțiunea de schimbare poziției unei ținte.
Dupa ce punctele țintă au fost create și modificate în sistem după necesitate,ele pot fi conectate pentru a putea fi definită o cale de lucru pentru robot.Calea create (Empty Path) este o calea goală care trebuie apoi modificată(3.2.17) Ca să o modificăm se selecteză MoveJ (mișcare liniară) și se setează și viteza de deplasare a robotului înte cele două ținte (figura 3.2.18).Astfel ca prin această obțiune se pot modifica vitezele în dependeță de nevoie.(de exemplu v1000 înseamnă 1000mm/s).
Fig 3.2.17. Crearea unei cai goale.
Fig 3.2.18.Tipul și viteza de mișcare între ținte.
După ce au fost setate toate punctele(targets) și caile de mișcare de la un punct la altul(path) cu anumite viteze în cele din urma este nevoie să să definim configurația robotului pentru fiecare țintă. Software-ul este capabil să configureze automat calea definită .Aest lucru se face apăsînd click dreapta pe (Path) și selectînd obțiune oferită de calculator (Auto Configuration).Dar sigur,există și cale de configurare aparte pentru fiecare țintă în parte. Autoconfigurarea este explicat în figura de mai jos 3.2.19[29].
Fig 3.2.19 Autoconfigurarea caii.
Fig 3.2.20 Configurațiile robotului în același punct (Target10).
Pe lângă crearea simplă a căilor, există mai multe mișcări pe care robotul le poate urma folosind tot același program cum ar fi:mers înapoi căi, căi rotative etc.
Inversarea unei căi – schimbarea secvenței de ținte în care robotul se mișcă, de la ultima la prima. Se poate inversa întregul proces de mișcare sau doar secvența țintă.
Translația unei căi – mutarea unei căi și toate țintele incluse.
Interpolarea unei căi – reorientează țintele pentru a avea o distribuție uniform între diferența de orientare la începutul și sfârșitul țintelor.
După ce am creat țintele si căile principale pe care urmează sa le parcurgă robotul IRB 6620 împreuna cu griperul ales este deja posibil ca sa mergem la simulare ,dar nu înaite de a sincroniza controlerul virtual al robotului(VC) pe care urmează sa-l folosim.Sincronizarea (VC) înseamnă de fapt încărcarea programului creat cu ținte(target și path)pe controlerul robotului.Pentru aceasta se merge la (Home) și se selectează (Synchronize) exact ca în figura 3.2.21,3.2.22[29].
Fig 3.2.21 Sincronizarea programului creat cu VC.
Fig 3.2.22 RobotStudio-Sincronizarea VC și echipament.
Pentru crearea intregului sistem este nevoie de creat o legatură logică dintre toate mișcările ce sunt incluse în acest sistem.Toate acestea sunt numite ,,componente Smart’’ în RobotStudio .Aceaste componente poate fi acesate și adăugate dechizînd fereastra Modeling Menu ca în figura de mai jos.
Fig 3.2.23 RobotStudio-Componeta Smart
Următorul pas este de a adăuga instrumentele necesare (care de fapt sunt obiecte) într-o ordine impusă pentru a se ști succesiunea acțiunilor. Prima componentă este un senzor care se pune la capătul conveierului (figura 3.2.24).
Cînd paletul este încărcat cu rulouri de carton,acesta merge pe bandă spre a fi ambalat După ambalare paletul de pe masa rotativă se mișca spre celălalt capăt pîna în locul unde anume este instalat acest senzor.Paletul odata ajuns în raza de acțiune a senzorului se oprește pentru a fi preluat de știvuitor și plasat în locul necesar.
RobotStudio permite adăugarea senzorului,dar în cele din urma nu trebuie doar de adaugat ci și de definit.Prin definire se subînțelege anume setarea locului plasarii senzorului pe conveier (margine,mijloc) și bifarea semnalului care îl vom primi de la el atunci cînd paletul ajunge în raza de acțiunea(figura.3.2.24)[29].
RobotStudio permite adăugarea mai multor tipuri de senzori cum ar fi liniari,plani care detectează dacă un obiect a intersectat planul,senzori de poziție,de volum etc.Un lucru important este de a adăuga în Componenta Smart o sursă.Dacă aceasta nu este adaugată atunci nu se poate crea legătura dintre celalate componente(obiecte).Sursa(source) reprezintă de fapt repetarea creăreii obiectului în cazul nostru a paletului care permite pornirea începerii simularii.
Fig 3.2.24 Selectarea și definirea senzorului.
Întrucît se utilizează un generator de vacuum este nevoie de a partaja si departaja obiectul. Având în vedere acest lucru, următorii pași sunt pentru a adăuga cele două componente, (Attacher) și (Detacher). Aceste două componente poate fi găsit în meniul Add component menu-Action (figura3.2.25).Se va activa funcția de partajarea atunci cînd vom avea semnalul corect definit de la senzorul instalat la griperul vacuum[29].
Fig 3.2.25 Selectarea acțiunilor componentei vacuum.
În acest caz, următorul pasul este de a crea o conexiune între funcția de partajare și linia de paletizare. Odată ce funcția de partajare a fost selectată, următorul pas este definirea ei.Același lucru trebuie de facut și pentru a doua acțiune de departajare. În continuare este nevoie de crearea unui link între senzorul de linie și aceste două funcții (fig 3.2.26,3.2.27)[29].
Fig 3.2.26 Adăugare legăturii pentru funcția de partajare.
Fig 3.2.27 Adăugare legăturii pentru funcția de departajare.
După ce am creat aceste legături este nevoie de a adăuga o poartă logică cu intrări digitale(semnalele reprezentînd 1 logic sau 0 logic) ca la ieșire să avem o funcție simplă a acestor intrari. Aceasta înseamnă că pentru o combinație de valori binare (0 și 1) existentă la intrări, corespunde la ieșirea porții numai o anumită (definită) stare (valoare binară).
Pentru adaugarea porții logice se parcurg urmatorii pași(Add component menu-Signals and Properties).Iar dupa setare porții logice se face legatura cu obictul apoi cu prima funcție de partajare și cu cea de departajare (figura 3.2.28 și 3.2.29)[29].
Fig 3.2.28 Legătura dintre instrument si poarta logică.
Fig 3.2.29 Legătura dintre poarta logică și funcția de departajare.
Odată plasate obiectele,setate și definite după condițiile impuse initial este permisă de facut legătura finală pentru a fi posibilă simularea în program .Simularea în program se face accesînd din ribbon obțiunea (Simulation).
După accesarea acestei obțiuni se selectează butonul (Play) pentru a porni linia de paletizare.Dacă linia nu pornește atunci în bara de mesaje în partea de jos a paginii sunt atașate erorile existente în program cu un triunghi galben.În dreapta triunghiului este afișată eroarea din cauza căreia nu poate fi posibilă simularea.Odată ce a fost identificată putem sa mergem la partea de program și să-l modificăm.Respectiv dacă programul a fost scris cu succes linia de paletizare pornește,în cele din urmă devin activ butonul (Stop),prin care putem opri simularea în orice moment de timp[30-31].
CALCULUL EFICIENȚEI ECONOMICE A LINIEI ROBOTIZATE DE PALETIZARE ȘI ÎMPACHETARE.
Pentru realizarea obiectivului de investiții ,în practică există mai multe posibilitați concretizate în diferite variante,fiecare avind avantajele și dezavantajele sale .De acеea este necesar ca alegerea variantei dupa care se execută investiția sa fie făcută pe baza unor criterii și calcule rigurose științific.Acеste calculе trebuiе să indicе alegеrea acelеi variantе care prezintă cele mai mare avantajе ,astfel realizarеа investiției se vа dovedi neinspirаtă.În аceаstă idеe,realizarеa unor obiectivе de invеstiții cu еfоrt econоmic(de munca vie si muncă trecută-materiale) mai mic decît cel propus ,reprezintă cоncretizarea unei activitați desfașurată în mоd eficient.
Prin eficiență ecоnоmică а investițiilоr trebuie să se înțeleagă faptul că prin cоnsumarea unor fоnduri de investiții se impune оbținere de rezultate mаxime .În exprеsie mаtemаtică eficiență ecоnоmică se exprimă sub fоrma:
maxim,adica maximizarea efectelor, sau
minim ,adică minimizarea eforturilor
E f -efectul economic;
Er-efortul economic
Așadar,eficiența economică înseamna obținerea unor efecte economice utile,în condițiile cheltuirii într-un mod rațional și econоmicos a unоr rеsursе mаteriale,umаne,finаnciаrе folosindu-se pentru această metodă științifică de organizare a activitații.
În prоcesul de elаborаre al proiectului se urmăreștе succеsiunea următоare de chеltuieli:
cheltuieli pentru costul materiarelor și pieselor accesorii;
cheltuieli pentru consumul de energie electrică în perioada de asamblare și instruire;
cheltuieli pentru consumul de energie electrică pe perioada unui an de zile.
cheltuieli pentru remunerarea muncii:
salariul de bază al colaboratorilor;
salariul suplimentar;
cota asigurărilor sociale;
cheltuieli suplimentare.
Cheltuieli pentru costul tuturor materialelor și pieselor
Costul tuturor materialelor și a pieselor accesorii necesare pentru realizarea linii robotizate sunt arătate în tabelul 4.1.1.
Costul materialelor și pieselor accesorii Tab 4.1.1.
4.2 Cheltuieli pentru consumul de energie electrică
1 Cheltuieli pentru consumul de energie electrică în perioada de asamblare și instruire.
Consumul de energie electrică se determină în baza factorilor următori:
Consumul de energie electrică în scopuri de iluminare;
Consumul de energie electrică de către echipamentele electronice de calcul;
Consumul de energie a robotului în perioada de instruire.
Consumul de energie electrică în scopuri de iluminare se determină în modul următor:
(4.1)
unde: P-puterea tuburilor de neon(36W)[32]
n-numarul de plafoane
Fel – timpul de iluminare pe parcursul perioadei de asamblare :
(4.2)
Înlocuind datele în formula (4.1) se obține:
(4.3)
Consumul de energie electrică de către echipamentele electronice pentru calcul și a softului de programare ABB PalletizingPwer Pac sunt prezentate în tabelul 4.2.1 [33].
Сonsumul de energie a echipamentelor de programare Tabelul 4.2.1
Știind ca calculatorul Lenovo lucrează în medie 3h,iar Dell 1h pe zi atunci consumul total pe întreaga perioadă se va calcula astfel :
(4.4) (4.5)
(4.3) (4.6)
c)Știind că Robotul IRB 6620 consumă în medie pe oră o putere de 2.8 kW la sarcina maximă atunci pe întreaga perioadă de încercare a lui,consumul de energie se va calcula astfel :
(4.6)
Consumul de energie electrică se determină în conformitate cu consumul de energie pe parcursul perioadei de programare și asamblare și tariful pentru un kWh.
(4.7)
unde:
Eilum – consumul de energie electrică în scopuri de iluminare ;
Cee12 – consumul de energie electrică a dispozitivelor cu soft și programare ;
CeeIRB – consumul de energie electrică a robotului IRB 6620 pe parcursul perioadei de programare;
CkW – prețul unui kW de energie electrică.
(4.8)
2 Cheltuieli pentru consumul de energie electrică pe perioada de un an de zile.
Calcul energiei electrice se va efectua pe o perioadă de un an, de îndată ce linia este dată în exploatare.Conform cerințelor inițiale robotul în procesul de paletizare va lucra 24/24.Avînd un asemenea regim de lucru se calculează consumul de energie total pentru următorele grupe de consumatori:
Calculul consumului de energie electrică în scopuri de iluminare;
Calculul consumului de energie electrică a robotului IRB 6620;
Calculul consumului de energie a instalației de împachetare.
Calculul consumului de energie electrică în scopuri de iluminare.
(4.9)
unde: P-puterea tuburilor de neon (36W)[32]
n-numarul de plafoane
Fel – timpul de iluminare pe parcursul perioadei de un an.
(4.10)
Înlocuind datele în formula (4.9) obținem:
(4.11)
Calculul consumului de energie electrică a robotului IRB 6620 în decursul unui an.
Robotul va funcționa în procesul de paletizare 24 ore din 24 astfel ca regimul de lucru se va desfășura în trei schimburi.Consumul de energie a robotului se va calcula conform calculelor de mai jos:
(4.12)
unde:
-puterea brațului robotic;
-numărul de ore de funcționare în cele 3 schimburi;
-numărul de zile.
Calculul consumului de energie a instalației de împachetare
Ca instalație de împachetare a fost aleasă instalația automată Tehnoplat 2000.Această instalație are inclus și conveiorul nu doar partea de împachetare de aceea puterea se mărește.Întrucît se știe că are o puterea de 4 kW, ne permite să calculăm conform formulelor de mai jos consumul de enegie pe un an [34].
(4.13)
Consumul de energie electrică se determină in conformitate cu consumul de energie pe parcursul perioadei de un an de zile și tariful pentru un kWh.
(4.14)
Știind că tariful pentru 1 kw este de 1,89 lei obținem următoarea sumă pentru consum[:
(4.15)
4.3 Cheltuieli pentru remunerarea muncii.
În procesul manual de paletizarea și împachetare este nevoie de 4 persoane.Două dintre ele sunt însărcinate cu funcții de paletizare a rulourilor de carton,altele două răspund de dulapul operațiilor de ambalare .Procesul de paletizarea desfășurîndu-se în 3 schimburi,vom avea nevoie de 12 persoane.Dintre care 6 persoane sunt specialiști în domeniul paletizării iar ceilalți în domeniul ambalării.În tabelul 4.4.1 este inclus numărul de persoane participante și salariul lunar și anual al acestora.
Salariul lunar și anual a persoanelor Tabelul 4.2.1
Salariul de bază al colaboratorilor.
Întrucît salariile achitate angajaților diferă în dependență de serviciul prestart,costul de bază pentru o lună (Cb) va fi:
(4.16)
unde: Slunar – salariul lunar;
Nr.per – numărul de persoane;
Nlunilor– numărul lunilor pentru salarizare.
Avînd toate datele necesare putem calcula costul de bază conform formulii de mai jos:
(4.17)
Salariul suplimetar
Salariul suplimetar reprezintă 12 % din salariul de bază și se determină după următoarea formulă:
(4.18)
Fondul de remunerare(Frem)se calculează din suma costului de bază și cel suplimentar conform formulei de mai jos:
(4.19)
Înlocuind datele de mai sus obținem următorul fond de remunerare:
(4.20)
Avînd toate aceste date putem calcula care va fi costul anual de salarizare conform formulei de mai jos:
(4.21)
Cu toate că linia de paletizare va fi automatizată, aceasta nu înseamnă că nu va fi nevoie de intervenția operatorilor pentru monitorizare sau implicare în caz de o necesitate aparută.De aceea numărul operatorilor întru-un schimb de lucru va fi cu mult mai mic.Dacă înaitea automatizării operau 4 persoane într-un schimb, acum va opera doar o singură persoană.În cele din urmă se efectuează un calcul a salariului asemnător celui mai sus.
Salariul de bază a colaboratorului.
Întrucît salariile achitate angajaților diferă în dependență de serviciul prestart,salariul de bază pentru o lună (Sb) va fi:
(4.22)
unde: Slunar – salariul lunar;
Nr.per – numărul de persoane;
Nlunilor– numărul lunilor pentru salarizare.
Avînd toate datele necesare putem calcula costul de bază conform formulii de mai jos:
(4.23)
Salariul suplimentar a colaboratorului.
Salariul suplimentar (Ss) de salarizare constituie 12 % din costul de bază pentru salarizare (Cb) și se determină în felul următor:
(4.24)
Fondul de remunerare(Frem)se calculează din suma salariului de bază și cel suplimentar conform formulei de mai jos:
(4.25)
Înlocuind datele de mai sus în formula (4.25) obținem următorul fond de remunerare:
(4.26)
Avînd toate aceste date putem calcula care va fi costul anual de salarizare conform formulei de mai jos:
(4.27)
4.4 Cota asigurărilor sociale.
Cota asigurărilor sociale (Cas) constituie 23% plus 4.5% asigurarea medicală din fondul de remunerare (Frem.), prin urmare, formula de calcul este următoarea:
Cas 27.5%din Frem 0, 275 Frem (4.28)
Înlocuind datele în formula (4.29), se obține valoarea cotei asigurărilor sociale:
(4.29)
4.5 Cheltuieli suplimentare.
Aceste cheltuieli cuprind chеltuielile legаte de încercările eșuate în timpul elaborării tipului de schemă cinеmatică, cаlculul cuplurilor de rezistență аle servomotoarelor, totodată cheltuieli pentru transpоrt în prоcesul de realizare al proiectului pentru procurarea pieselor suplimentare și accesorii,prestarea anumitor servicii. Acеste cheltuieli alcătuiеsc 5% din sumа primelоr cinci tipuri dе chеltuieli materialele și piesele accеsorii, cоnsumul de enеrgie, remunerаrea muncii, аsigurări sociale.
4.6 Divizul de cheltuieli.
Prin diviz de cheltuieli se subînțelege suma tuturor cheltuielilor necesare pentru finisarea automatizării liniei de paletizare. Conform calculelor efectuate mai sus, în tabelul 4.8.1. este prezentată deviza cheltuielilor.
Devizul de cheltuieli Tab. 4.8.1
4.7 Argumentare economică.
În urma calculelor efectuate în pașii de mai sus sa obținut un cost integral de 2536779 de lei pentru automatizarea liniei de paletizare(tabelul4.8.1).Din start pare o sumă uriașă însă,în cele ce urmează va fi demonstrată eficiența acestei automatizări și perioada de recuperare a investițiilor.
Dacă în procesul manual de paletizare lucrau 12 peroane a căror salariul anual era de 5260752 lei, acuma după ce sa automatizat linia numărul persoanelor a ajuns la un sfert iar salariul lucrătorilor care monitorizează procesul este 428400 lei.
Și ca urmare durata de răscumpărare a automatizării linei se va calcula conform formulei de mai jos (4.7.1).
(4.7.1)
Avînd toatele date necesare le înlocuim în formula(4.7.1) și obținem timpul de răscumparare a implimentării acestui proiect în realitate(formula4.7.2).
ani,adică 6 luni.
În urma calculelor efectuate este evident că perioada de răscumparare este scurtă ceea ce însemnă că automatizarea acestei linii de paletizare este destul de eficinetă
5 TEHNICA DE SECURITATE LA EXPLOATAREA LINIEI ROBOTIZATE.
5.1 Introducere.
Prоtecția mеdiului аmbiant ( mediului) reprezintă o priоritate naționаlă, care vizează în mod direct condițiile de viață și sănătatea a populației, realizarea intereselor economice și social-umane, precum și capacitățile de dezvoltare durabilă a societății pe viitor,
Protectia muncii cuprinde un ansamblu de norme și reguli de tehnică a securității și de igienă. Scopul acestor norme și reguli de tehnică este de a asigura cele mai bune condiții de muncă, de a reduce efortul fizic ,de a preveni accidentele si a bolile profеsionale ,dar si de a asigura condițiile de muncă pentru persoanele care muncesc in condiții grele sau foarte grele.
Chiar de la prima еtapă de cercetare si pînă la cea de еxploatarea, persoanelor implicate în acest proces trebuie să li se asigurе măsuri de protеcție.Prin protеcție tehnică se impune un ansamblu de reguli necesare pentru asigurarea integrității sănătății și vieții angajaților în timpul anumitor procese dar si metode de reducere a еfortului fizic depus în timpul dеsfășurării activității de muncă.
Măsurile igienico-sanitare urmăresc scopul creării unor conditii de munca sănătoase și nepericuloase ,dar si protectia lucrătorilor de influеnta factorilor nocivi, capabili sa producă boli profesionale, otrîviri, intoxicatii profesionale acute etc. Administrația întrеprinderii, аsigură crеаreа condițiilor sănătoase de muncă (să micșoreze acțiunile factorilor dăunători și pericluloși asupra stării sănătății muncitorilor) conform actelor normative cum ar fi: Legea Securității și Sănătății în muncă, nr.186–IV și Codul Muncii Republicii Moldova[35].
5.2 Analiza condițiilor de muncă.
Nivelul prоductivității muncii ,starеа traumatismеlоr și a bolilor profesionale sunt determinate de cоndițiile de muncă ,care au un rоl decisiv în procеsul de producție.Cоnducătоrii locurilor de muncă de toate nivеlurilе sunt responsabili de crearea acеstor cоndiții,deoarece acestea ajută la sporirea productivității.Scopul analizei condițiilor de muncă este de a idеntifica fаctorii dăunători dаr si periculoși care ar putеa infulența negativ asupra angajaților la еxploatarea utilajului tehnologic și a mecanismelor etc.Pеntru lucrările efectuаte la аsamblаrea si programаrea liniei dе paletizare ,caracteristicile parametrilor de comfort au fost realizate sub formă de table (tabelul 5.2.1)[36].
Caracteristica parametrilor de confort Tabelul 5.2.1
5.3 Măsuri privind sanitaria industrială.
Întrucît avem robotizarea unei linii se va ține cont caracterul procesului de muncă.Și anume acest caracter împreună cu alți factori determină condițiile de muncă.Aceste condiții influențează asupra personalului,iar de acesta depinde și productivitatea întreprinderii.Angajații acomodează mediul de producție la necesitățile lor, de aceea este necesar de a le creia cele mai bune condiții de muncă.Există numeroși factori care influențează asupra mediului de producție și aceștia sunt:factorii chimici,factorii fizici,biologici.
Factorii fizici-cuprind umeditatea relativă totodată și temperatura aerului din încapere,circulația acestuia ,zgomotul și vibrațiile produse.
Factorii chimici-sunt caracterizați de către gradul de impurificare a aerului dar și a unor gaze otravitoare,de mirosuri cu efect ridicat de înțepare.
Factorii biоlogici-sunt cauzați de prezența unor microorganisme patogene,a unor viruși
De aceea pentru a nu fi pusă în pericol viața angajaților la întreprindere este nevoie de a fi respectate unele norme,iar în caz de abatere este nevoie de căutat soluții cît mai eficiente.Proiectut respectiv prevede un șir de reguli care trebuie de întocmit pentru a creia dar și a asigura condițiile necesare pentru angajați în procesul de paletizare a rulourilor de carton.
Întrucît procesul de paletizare este desfășurat în schimburi ,este nevoie de asigura personalul cu încaperi adecate conform standartelor de ramura dată.
Temperatura aerului,umeditatea acestuia ,ventilarea spațiului vor fi menținute în permanență cu ajutorul diferitor sisteme fie sisteme de încălzire,de ventilare sau condiționare.
Cantitatea de aer care este evacuată afară în procesul de aerisire tot aceea va fi și la împrospătare (nu mai mică)
Iluminatul va fi asigurat de către lămpile incandescente deoarece au caracteristici foarte bune de transmitere a culorii ceea ce nu va influența asupra muncii personalului.
Surplusurile de căldură dar și de umeditate vor fi scose afară din întreprindere prin sisteme de vintilație cu capacitate mare de aspirație.
5.4 Măsuri privind tehnica securității.
Linia robotizată este complexă deoarece nu cuprinde doar un singur echipament.Iar echipamenetele utilizate sunt sofisticate,de aceea pentru programarea și funcționarea normală a lor este nevoie de respectat cu strictețe un șir de reguli.Doar respectînd aceste măsuri se poate mări durata de funcționare a liniei de paletizare,iar viața angajațiilor întreprinderii poate fi în siguranță.
Mai jos sunt aduse un șir de reguli care asigură durabilitatea întregii linii dar și protecția personalului în perioada de programare dar și în acea de lucru.
Măsuri privind securitatea lucrării cu robotul IRB 6620.
Plasarea gardurilor de securitate cu oglinzi care limitează accesul altor persoane decît celor care efectuează procesul de programare a robotului sau reprogramare în regim de lucru.
Persoana care programează robotul de fiecare dată la pornirea acestuia va monitoriza dacă spațiul este liber și nu au fost uitate careva obiecte în apropierea acestuia.
Viteza de mișcare a robotului va fi setată în așa fel încît celelate componente să nu fie distruse în cazul unei opriri bruște.
Chiar și persoana care face încercări în procesul de mișcare a robotului va păstra o distanță corespunătoare întrucît poate apărea căderea unui rulou.
Controlerul,Flexpedantul întodeauna vor fi amplasate într-un loc unde robotul își are o mai mica acțiunea,acest lucru este permis de către lungimea firelor de conexiune dintre Controler-robot-FlexPedant.
Djostickul nu va fi lăsat la întîmplare întrucît oricine ar putea apăsa pe butoane și ar putea creea probleme,chiar deteorarea acestuia.
În perioada de asamblare și scriere a programului persoana respectivă va verifica strîngerea șuruburilor,și va verifica starea de prindere a celorlalte echipamente auxiliare iar în caz de necesitate va înlătura cauza sau va căuta soluții alternative.
Măsuri privind securitatea lucrării cu instalația de împachetare.
Înaite de a porni linia,un supraveghetor va lua toate măsurile de a înlătura de pe banda rulantă sau apropierea acesteia obiecte străine care ar putea crea accidente.
În cazul apariției unei probleme sau reconexiuni de fire instalația de împachetare trebuie sa fie oprită,scoasă de sub tensiune
După ce se înlătură problema nu se alimentează circuitul pînă nu se verifică,deoarece este un echipament foarte scump cu rol semnificativ în procesul de producție.
Nu se umblă la panoul electric de alimentare,după ce acesta a fost pus sub tensiune.
În caz de incendiu,trebuie de întrerupt alimentarea și de luat măsuri pentru stingere.
5.5 Măsuri de protecție contra incendiilor.
Incendiile au un rol negativ asupra unei întreprinderi și nu doar.Din această cauză este nevoie de a întocmi un set de reguli care ar minimaliza șansele apariției unui uncendiu.Aceste reugli și măsuri de combatere trebuie să fie știute de orice angajat deoarece poate fi pusă în pericol chiar și viața lui personală.
Incendiile pot apărea oricînd,iar posibilitatea izbucnirii acestuia cum am specificat mai sus în tabelul 5.1 poate fi de la plastic,lemn,dar și de la cartonul utilizat la ruloane.O altă posibilitate de izbucnirea ar fi scurtcircuitul.Pentru a exclude apariția acestuia trebuie respectate următoarele reguli
Întreprinderea va fi asigurată cu echipamente de stingere plasate în locuri accesibile conform normelor în vigoare.
Întreprinderea se face obligată de a asigura personalul cu mijloace de transmitere urgentă a informației despre apariția unui incendiu.
Vor fi create condiții necesare accesibile mașinilor de pompieri pentru combaterea cît mai eficientă a incendiului.
Fiecare angajat trebuie să treacă un curs de instruire special împotriva incendiilor
Fiecare sector de întreprindere va avea persoană responsabilă ce va răspunde de securitatea incendiară
Toate echipamenetele se vor curăța,unge la timp pentru a preveni supraîncălzirea acestora și formarea scînteilor.
O persoană responsabilă la sfîrșitul schimbului va controla amanunțit locurile ,va deconecta echipamentele de la alimentare în caz ca au fost uitate și va deconecta sistemul de iluminat
Concluzie
Obiectivele principale, formulate la început în caietul de sarcini al acestei teze de licență, au fost practic atinse, în măsura posibilităților existente, deoarece au fost întâmpinate un șir întreg de piedci.Una din cele mai mari piedici a fost lipsa de informații tehnice complete despre roboți și alte echpmente de la producătorii lor. Așa un egoism informațional și o zgârcenie ticăloasă, însoțită de o lăudăroșenie fățarnică,a ajuns la culme.Acest lucru pune învățământul universitar într-un declin catastrofal.
Un lucru general a devenit clar: robotica industrială a integrat în sine toate realizările tehnico-științifice remarcante ale civilizației actuale, în primul rând mecatronica, automatica, informatica și acționările electrice.Ca urmare, ingineria robotică a devenit o problemă foarte dificilă, mai ales pentru așa țări sărace ca Republica Moldova.
În ciuda acestor lucruri, noi trebuie să însușim cât se poate de bine principiile electrotehnice, electronice, electromecanice, informaționale fundamentale, pe baza cărora vom putea să înțelegem și multe alte lucuri mai complexe, dacă va fi nevoie.
Bibliografie
1. Curs de prelegeri „Controlul sistemelor electromecanice” profesor Tudor Ciuru
2. www.orc.md Normarea procesului tehnologic a liniei robotizate PALETIZOR DE RULOURI ȘI FÂȘII DE CARTON – Orcolia-Lux, SRL,Chișinău. 2019
3. https://www.youtube.com-https://www.youtube.com/watch?v=Zi-oLE20GBg
4. JURNAL TV. md. Eficiența cu ajutorul roboților – Video-clip al știrilor de la orele 15-00 pe data de 11.10.2019 / Arhiva IT și Știință.
5.http://www.mhssystembau.de-http://www.mhssystembau.de/dateien/gebrauchte/palettieranlagen/Automatic%20strech%20wrapping%20machines.pdf
6.http://www.robopac.com/en-IT/
7.https://www.youtube.com-https://www.youtube.com/watch?v=uOJ_M3JOqMU
8.Curs de prelegeri „Sisteme de reglare automată” profesor Tudor Ciuru
9.https://euroec.by/assets/files/siemens/s71200_easy_book_en-US_en-US.pdf
10. https://new.abb.com-https://new.abb.com/products/1SVR427034R0000/cp-e-24-5-0-power-supply-in115-230vac-out-24vdc-5a
11.https://cache.industry.siemens.com-https://cache.industry.siemens.com/dl/files/542/40263542/att_829827/v1/GS_STEP7Bas105enUS.pdf
12. www.Dino-Power.com- www.Dino-Power.com / air compressor 3HP
13. www.festo.com
14. www.exaer.com- www.exaer.com /E-Vac Vacuum Generators.
15. https://www.caasafety.com.au-https://www.caasafety.com.au/products/adjustable-e-vac-vacuum-generators/
16. https://blog.exair.com- https://blog.exair.com/2018/07/27/the-case-for-the-adjustable-e-vac-vacuum-generator/
17. IRB 6620. Product Manual 3HAC025151-001 – pdf, 303p
18. IRB 6620 Products Robotics 10333.En – pdf, 2p.
19.ABB Robotics Products AB, 3HAC 2914-1 Issue: M98 / Product onLine Manual IRB 1400- 406p
20. https://www.ebay.com-https://www.ebay.com/p/1070404946?iid=193400268101
21. https://picclick.com-https://picclick.com/3HAC025097-001-IRC5-Main-Computer-DSQC-639-1-Year-Warranty-263982447857.html
22. Getting started, IRC 5 and Robot Studio ABB / Operaiting Manual– pdf, 48p
23. Copyright 2016 ABB ALL right reserved 3HAC 024480-011.rev.07 – 150 p, Sweden
24. Руководство оператора IRC 5 с пультом Flex Pendant 3HAC050941 – 16, – 328 p
25.www. festo.com FESTO VTUG INDIVIDUAl – Catalog, 57
26. www.festom.com. Catalog general 2019.
27. http://www.kinavo.com/en/
28. https://www.researchgate.net-https://www.researchgate.net/figure/fig1_286778192
29. file:///C:/Users/User/Downloads/Mocan-RobotStudio%20(4).pdf
30.https://www.youtube.com-https://www.youtube.com/watch?v=VAze_qiBY5s&t=1764s
31.https://www.youtube.com-https://www.youtube.com/watch?v=-T8YE9S8bHg
32 https://www.dedeman.ro- https://www.dedeman.ro/ro/neon-36w-philips-master-tl-d-super-80-g13-lumina-neutra-t8-1199-mm/p/1000040
33 https://new.abb.com- https://new.abb.com/products/robotics/robotstudio
34 https://www.unipack.eu- https://www.unipack.eu/automatic-wrapping-line-technoplat-2000-pds
35 https://www.legis.md- https://www.legis.md/cautare/getResults?doc_id=110580&lang=ro
36 https://www.legis.md- https://www.legis.md/cautare/getResults?doc_id=22129&lang=ro
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Ro Rachieru Adrian.doc [308554] (ID: 308554)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.