SPECIALITATEA: SISTEME AUTOMATE AVANSATE [306550]

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

SPECIALITATEA: SISTEME AUTOMATE AVANSATE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Disertație

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:

Ș.l. Dr.Ing. SANDA DALE

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

UNIVERSITATEA DIN ORADEA

FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRICĂ ȘI TEHNOLOGIA INFORMAȚIEI

SPECIALITATEA: SISTEME AUTOMATE AVANSATE

FORMA DE ÎNVĂȚĂMÂNT: ZI

Modernizarea mașinii de debitat țeavă

CONDUCĂTOR ȘTIINȚIFIC:

Ș.l. Dr.Ing. SANDA DALE

ABSOLVENT: [anonimizat]

2016

TEMA

Lucrarea de disertație a student: [anonimizat]: Peter Jozsef Ede

1). Tema lucrării de disertație: Modernizarea mașinii de debitat țeavă

2) Termenul pentru predarea lucrării de disertație: 05.07.2016

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

4) Conținutul lucrării de disertație: Introducere, Capitolul I. Automatul programabil S7-300, Capitolul II. [anonimizat]. Funcționarea liniei de debitare

5) Material grafic: Tabele, Figuri, Fotografii

6) Locul de documentare pentru elaborarea lucrării de disertație: Tenaris Silcotub (Zalau, Romania), [anonimizat]

7) Data emiterii temei: 15.11.2015

Cuprins

Introducere

Subiectul abordat în acest proiect este modernizarea și creșterea fiabilității unui sistem de debitare țeavă ”Framag”, prin înlocuirea întregului sistem al automatului programabil cu o [anonimizat], a convertizoarelor de frecvența, a valvelor proporționale si a distribuitoarelor hidraulice. Având în vedere uzura morală a sistemului de debitat și a problemelor apărute în ce în ce mai des am ajuns la concluzia că este necesară o modernizare a întregul uisistem de debitare.

Cu timpul a [anonimizat] S5 și am trecut pe PLC S7 care are o [anonimizat] a [anonimizat]-line. Pentru poziționarea cilindrilor hidraulici am folosit în loc la encodere incrementale encodere absolute. Pentru a obșine presiunea dorită și pentru a [anonimizat] a avea o calitate mai bună în sensul de a reduce sau elimina riscul de a zgâria sau a zdrobi peretele țevii. Pentru deplasarea tamponului mobil cu care putem poziționa țeava pentru a fi debitată pe lungimea dorită am ales o altă metodă de poziționare. [anonimizat]; în acest proiect am ales un sistem care se bazează pe un laser de măsură care ne arată poziția tamponului. În prezent tamponul este acționat cu ajutorul unui motor asincron și convertizor de frecvența cu care avem o precizie de (±) 1 mm, care este o precizie suficientă pentru acest proces.

Realizarea de produse competitive din punct de vedere calitativ presupune controlarea riguroasă a procesului de producție din punct de vedere al variabilelor de proces. Abaterea de la acest regim se datorează unor perturbații. Sesizarea acestora și anularea efectelor induse se poate realiza prin conducerea automată a proceselor tehnologice. În aceste condiții o organizare modernă a producției presupune ca o cerință principală automatizarea proceselor și adoptarea pe această baza a unor structuri tehnologice și organizatorice raționale. Prin automatizare se înțelege un sistem bazat pe folosirea de aparate, dispozitive sau mecanisme automate care permit realizarea procesului de producție fără participarea nemijlocită a resurselor umane, ci sub controlul și supravegherea acestora. Automatizarea este posibilă ca urmare a cuceririlor științei și tehnicii în domeniul mecanicii, fizicii, chimiei, electronicii, fapt ce a creat condițiile necesare pentru perfecționarea continuă a metodelor de organizare a producției bazate pe mecanizare complexă și automatizare.

CAP. 1 AUTOMATUL PROGRAMABIL S7-300

1.1 Scurt istoric al automatului programabil

În momentul de față se estimează că peste 60% din totalul comenzilor industriale în țările avansate sunt realizate cu PLC, iar acest procent este în creștere. Automatele programabile au fost introduse prima oară în anii ’60. Principalul motiv al proiectării și dezvoltării acestor sisteme a fost costul ridicat al realizării, exploatării și depănării sistemelor de automatizare cablate, bazate în principal pe relee electromagnetice, care dominau la acea dată sistemele de automatizare industriale. Apariția automatului programabil a fost precedată de elaborarea și sistematizarea unui set de cerințe pentru noul sistem de automatizare destinat înlocuirii sistemelor de automatizare cu relee intermediare. Astfel automatul programabil trebuia să îndeplinească următoarele:

să fie comparabil din punct de vedere al prețului cu sistemele de automatizare cu relee

intermediare;

să fie capabil să opereze în mediul industrial;

să fie conceput și realizat într-o formă modulară, cu posibilitatea înlocuirii ușoare a

modulelor;

să aibă posibilitatea de a transmite datele colectate din proces unui sistem central

supervizor;

Programarea noului sistem trebuia să fie simplă, ușor de înțeles de către personalul familiarizat cu sistemele de automatizare cu relee.

În anii ’80 au apărut primele automate cu microprocesoare cu prelucrare pe cuvânt, și de asemenea au apărut primele tendințe de standardizare a protocoalelor de comunicație. Tot în această perioada s-a pus accentul pe reducerea dimensiunii PLC-urilor și prin introducerea programării software simbolice, realizarea programelor putându-se realiza din ce în ce mai mult pe calculatoare personale în locul consolelor de programare dedicate, utilizate exclusiv pentru programarea PLC-urilor până în acel moment.

În perioada anilor ’90 s-a pus un accent din ce în ce mai mare asupra standardizării atât a modurilor de programare cât și a protocoalelor de comunicație. Anii ’90 au fost de asemenea martorii unei tendințe de înlocuire a sistemelor de automatizare bazate pe automate programabile cu sisteme de automatizare bazate pe calculatoare personale, tendința care nu sa generalizat (automatele programabile dominând cu autoritate piață echipamentelor cu logică programată) din următoarele motive:

Automatul programabil este garantat pentru utilizare în condiții severe de "stres"

industrial (variații de tensiune și temperatura, noxe, vibrații);

Unitatea centrală este o unitate logică special concepută să interpreteze un set restrâns de

instrucțiuni proprii controlului de proces.

Acestea exprimă funcții de baza că: evaluarea expresiilor booleene (logice) cu atribuirea rezultatului unei variabile memorate sau unui canal de ieșire, secvențe de numărare sau temporizare, calcule matematice etc.

Programarea structurilor de tip automat programabil este simplă și constă în scrierea directă de la un terminal a unui șir de instrucțiuni, conform unor diagrame de semnal, ciclograme, organigrame sau a unui set de ecuații booleene. Intenția producătorilor de AP este de a se adapta cunoștințelor și preferințelor utilizatorilor. Execuția instrucțiunilor este ciclică, ceea ce face că derularea rapidă a unui program în raport cu timpii de răspuns ai procesului să permită sesizarea evenimentelor la puțin timp după ce apar, fără riscul pierderii de informație sau perturbare a procesului. Există de asemenea posibilitatea lucrului cu întreruperi pentru procese foarte rapide.

1.2 Domenii de aplicație ale automatelor programabile

Orice sistem sau mașină are un sistem de control. În funcție de tipul tehnologiei folosite,sistemul de control poate fi: pneumatic,hidraulic,electric,electronic. Frecvent se folosesc combinații ale acestora. Aplicații practice pentru sisteme de control se întâlnesc: la mașinile de spălat automate,camere video,autovehicule etc. Dacă felul acțiunii mașinii ( sarcina pe care trebuie să o îndeplinească ) nu implică folosirea unui sistem de control special sau dacă utilizatorul trebuie să aibă posibilitatea de a simplifică,de a face schimbări in program sau setări diferite pentru diverși parametri ( ex. Temporizări ),atunci se preferă utilizarea unui sistem de control universal. Automatul programabil reprezintă un astfel de sistem de control universal. El poate fi folosit pentru aplicații diferite și – datorită programului instalat în memorie – furnizează utilizatorului căi simple de schimbare,extindere și optimizare a procesului de control. Rolul propriu al unui automat programabil implică realizarea unei corespondențe între semnalele de intrare cu cele de ieșire ale automatului programabil. Corespondențele se fac cu ajutorul unor funcții logice programate de utilizator. Algebră booleană alcătuiește bazele matematice pentru utilizarea eficientă a acestor funcții logice. O intrare digitală poate avea o tensiune sau un curent electric,iar în AP această mărime este convertită într-un semnal binar ce poate avea doar două valori: “0” sau “1”.O ieșire poate lua,de asemenea,una dintre cele două valori. funcționare este cu funcționarea unui automat programabil; relația -ieșire este cu funcționarea unui releu electromagnetic unei valve pneumatice; programul este stocat memoria .Funcțiile de temporizare,numărare,setările de memorie,operațiile de calcul matematic funcții care fi executate de orice automat programabil din de azi. Cerințele ce trebuie îndeplinite de un automat programabil cresc odată cu extinderea folosirii lor cu dezvoltarea tehnologiilor de automatizare. Un automat programabil poate intervenția procesul de control ,,poate face imposibil accesul utilizatorului neautorizat. Foarte curând deveni interacțiunea dintre sistemele individuale controlate prin automate programabile cu mijloacele tehnologiilor de automatizare; Prin urmare,un computer urmărirea la nivel comenzilor pentru procesarea programelor câtorva sisteme cu automate programabile. Pentru rețele din automate programabile dintr-un automat programabil un computer de se folosesc interfețe de comunicare. Acest lucru este posibil deoarece multe dintre cele recente automate programabile compatibile cu sistemele standardizate ( ex.: Profibus DIN19245 ).Datorită performanțelor ridicate ale automatelor programabile,ele își funcția unui computer conducător. Prin urmare,un automat programabil este nimic mult decât un computer,având sarcini precise de control.

1.3 Avantajele automatului programabil S7-300

Utilizând o logică programată, circuite logice integrate și elemente semiconductoare de

putere, automatele programabile, în comparație cu sistemele logice secvențiale, bazate pe logică cablată prezintă avantajele:

• gabarit redus;

• consum redus de energie electrică;

• facilități la punerea în funcțiune;

• fiabilitate ridicată;

• consum redus de conductoare de conexiuni și de cablaj;

• realizarea facilă a unor funcțiuni specifice;

• reducerea ciclului proiectare, execuție și punere în funcțiune prin posibilitatea supravegherii unor faze.

Sistemul de automatizare Simatic propus de Siemens oferă soluții complete pentru programarea aplicațiilor pentru SIMATIC S7, C7 și WinCC. Primul pas în rezolvarea unei aplicații este

definirea acesteia. Ajutându-se de câteva întrebări, figura următoare oferă o imagine de ansamblu asupra procedurii de rezolvare a unui task.

Fig. 1.1 Procedură orientativă de rezolvare

1.4 Structura și funcționalitatea PLC-ului

Componentele automatelor ce necesită o programare sunt: elemente de control logic, funcții de stocare, numărătoare, ceasuri. Diferențele dintre PLC-uri rezultă din diferențele dintre următoarele:

• Intrări și ieșiri

• Zone de memorie

• Numărătoare

• Ceasuri

• Funcții de memorare

• Funcții speciale

• Viteze de operare

• Tipuri de limbaje de programare

Sistemele de control de dimensiuni mari sunt rezultatul combinațiilor modulare ale unor componente individuale în funcție de aplicație și cerințe. Rezultatul este exprimat printr-o mare flexibilitate cu posibilitate de extensie și conversie. Pentru a acoperi și aplicații cu cerințe minime se oferă sisteme de control ce sunt echipate cu un număr flexibil de intrări și ieșiri.

Un automat programabil este compus din următoarele elemente de baza:

Sina – funcționează ca un element de montare pentru S7-300

Sursa de tensiune (PS – power supply) – convertește curentul din 120/240 VAC in 24 VDC (tensiunea de operare a lui S7-300)

CPU (central prossesing unit) – executa programele utilizatorului; comunica prin intermediul cablului MPI (interfața multiport) cu alte calculatoare ori cu dispozitivul de programare/PC

Cablu MPI – interfața de legătura dintre modulul de programare/PC si CPU

Consola de programare (PG) cu slot pentru MPI si soft STEP 7 preinstalat – configurare, atribuire de parametri, execuție de programe si testare pe automatul programabil S7-300.

Calculator cu o interfața MPI si cu soft STEP 7 instalat – configurare, atribuire de parametri, execuție de programe si testare pe automatul programabil S7-300.

Fig. 1.2 Structura PLC-ului

1.5 Modul de operare al PLC-ului

In prima etapa se citesc toate intrările înregistrate. In urma acestui proces se realizează o așa numita “imagine a procesului”. După aceasta procesul se va executa pas cu pas, după ultima instrucțiune “imaginea procesului” este transferata către ieșiri, urmând ca procesul sa fie executat de la început. Acest tip de procesare este numita “procesare ciclica”.

Fig. 1.3 Procesarea ciclică

1.6 Componentele PLC-ului

Sursă de tensiune convertește voltajul în 24V DC. Unitatea centrală precum și modulele de intrare/ieșire vor fi apoi conectate și alimentate de la această sursă de curent continuu. Unitatea centrală este conectată direct de sursă de tensiune cu ajutorul unor clești. Dimensiunea modulului aferent sursei de tensiune depinde de diferitele rate de putere (2A, 5A, 10 A la 24V DC fiecare). În mediu industrial module separate de surse de tensiune sunt folosite pentru alimentarea semnalului senzorilor, indicatorilor sau a elementelor de execuție.

Fig. 1.4 Sursă de tensiune

Unitatea centrală (CPU) reprezintă componentă centrală de control a sistemului, în cadrul căruia programul este executat. Adițional, funcții de monitorizare internă sunt integrate. În funcție de tipul aplicației pot fi selectate, dintr-o gama largă de CPU-uri, unitatea centrală care se potrivește cel mai bine scopului propus.

Fig. 1.5 Unitatea centrală

Modulele de extensie sunt elemente foarte folosite în momentul în care se configurează un sistem de automatizare controlat de către PLC. Pentru acest scop sunt folosite module de intrare și ieșire analogice și digitale (module folosite sub abrevierea SM – signal module – abreviere pentru module de semnal). Automatul programabil poate fi extins adițional cu diferite procesoare (CP – Communication Processor) și module funcții (FM – Function Module).

Exemple de module de extensie:

• SM 321 – Modul de intrare digital – conține 16 intrări digitale pentru 24VDC. Display-ul se realizează cu ajutorul ledurilor iar semnalul de ieșire 1 este de aproximativ 9 mA.

• SM 322 – Modul de ieșire digital – conține 16 ieșiri digitale. Display-ul se realizează cu ajutorul ledurilor iar semnalul de ieșire 1 este de aproximativ 500 mA.

• SM 334 – Modul combinat pentru semnale analogice de intrare și ieșire. Conține 4 intrări analogice și 2 ieșiri analogice cu un rang de 0 – 10V.

• FM 353 – Modulul funcție de poziționare. Modul de poziționare pentru motoare pas-cu-pas cu frecvente de ceas mari.

• CP 343-2 – Procesor de comunicație pentru interfață AS-I (Actuator-Sensor Interface) –

interfață master la care pot fi conectați până la 64 de slaves.

Fig. 1.6 Modulele de extensie

1.7 Zonele de memorie ale automatului

Zonele de memorie ale automatului se împart în zone de memorie de încărcare,zone de memorie de lucru și zone de memorie de sistem.

Memorie de încărcare : proiectul S7 este transferat din PLC către memoria de încărcare a acestuia cu ajutorul cardului de memorie (MMC – micro memory card). Programul complet executat de către user este acum disponibil în zona memoriei de încărcare în blocurile de compilare-executare. Adițional memoria de încărcare conține fișierul de configurare hard cu informații despre tipul unității centrale și componentele folosite. În funcție de tipul PLC, simbolurile, tabelele declarative sau comentariile, sunt de asemeni stocate aici. Cardul de memorie este parte componentă și a memoriei de lucru. Capacitatea memoriei de încărcare depinde astfel de capacitatea cardului de memorie.

Memoria de lucru : se bazează pe o memorie RAM integrată. În această zona de memorie se execută doar componentele relevante ale programului realizat de către user (codul de program și datele utilizatorului). Datele sunt copiate de către unitatea centrală din memoria de încărcare în memoria de lucru

Memoria sistemului : reprezintă o zona adițională de memorie în zona RAM de memorie. Această conține elemente ce sunt disponibile utilizatorului de către CPU (intrările sistemului, imaginea ieșirilor sistemului, biții de memorie, numărătoare, ceasuri, etc.)

Magistrala de câmp internă a sistemului : Partea de proces a CPU este formată din memoria folosită de către utilizator, memoria sistemului și procesorul. Aplicațiile simple ale unității centrale (comutarea on/off a execuției unui program, accesarea punctelor de intrare/ieșire, monitorizarea și administrarea execuției întregului program) sunt executate de către procesor. Adițional, segmentul de comunicație administrează operațiile interfeței de programare MPI și transferul de informație dintre modulele de intrare/ieșire ale PLC-ului.

Magistrala intrări/ieșiri : aparține planului secundar și este responsabilă cu traficul de informație dintre unitatea central și modulele de semnal. Această magistrala este o magistrala mono-master, adică comunicația nu poate fi inițiată decât de către CPU. Ea este destinată transferului de informații de dimensiune mică, de câțiva biți.

Magistrala de comunicație : Magistrala de comunicație aparține si ea planului secundar, fiind responsabila pentru traficul de date intre modulele de comunicație FM (module funcții pentru numărătoare rapide, control si poziționare) si modulele CP (module de comunicație pentru sisteme de câmp). Aceasta magistrala este utilizata pentru transferul unor informații de dimensiuni mai mari.

1.8 Procedura de programare

Proiectele de automatizare create cu Step 7 pot fi realizate prin două secvențe diferite. În alternativă 1 configurarea hardware este realizată înaintea configurării software, a programului propriu-zis, iar în cazul alternativei 2 întâi se realizează programul apoi configurarea hardware. Alternativă 1 este recomandată în special în training întrucât, programele create pot fi testate imediat după realizarea lor.

Următorii pași vor fi urmați pentru realizarea și testarea unei aplicații:

• Setarea și testarea interfeței de programare

• Crearea proiectului în Simatic Manager

• Configurarea și parametrizarea hardware

• Realizarea programului

• Transferul programului în PLC

• Testarea programului

Fig. 1.7 Structura de urmărire a unui proiect

STL = Statement list = este un limbaj de programare textual în Step 7. Sintaxa acestui limbaj este apropiată de limbajul cod mașină. Instrucțiunile și operațiile sunt urmate de adresele corespunzătoare.

LAD = Ladder Logic = este un limbaj de programare grafic în Step 7. Sintaxa acestui limbaj este asemănătoare unei diagrame, permițând astfel o urmărire mai ușoară a fluxului de curent.

FBD = Function Block Diagram = este de asemeni un limbaj grafic de programare în Step Sintaxa este reprezentată de blocuri logice similare cu cele din algebră booleana.

STL, LAD, FBD sunt integrate în softul standard al lui Step 7. Astfel, după instalarea lui Step 7, toate editoarele, compilatoarele și funcțiile de test pentru STL, LAD, FBD sunt disponibile.

CAP. 2 COMPONENTELE SISTEMULUI DE DEBITAT

2.1 Acționarea tamponului mobil

Tamponul este acționat de un motoreductor care este format dintr-un reductor cu ax melcat cu un raport de 52/1 și un motor asincron trifazat cu rotorul in scurtcircuit de o putere 3 kW si de o turație 1420 rotație pe minut. Majoritatea mașinilor sunt acționate printr-un motor electric, iar acestea se împart în motoare CA și CC. Motoarele CA, în special cele în scurtcircuit (în colivie), sunt cele mai folosite în procesele industriale.

Fig. 2.1 Motoreductor

Pentru a menține precizia sistemului referind la lungimea de taiere care trebuie sa fie ± 1 mm si și având in vedere si reducerea costurilor pe cat este posibil am ales un motor asincron si un reductor cu raport mare pentru a ne permite poziționarea mai ușoara având viteza de deplasare mai mica.

2.2 Convertizor de frecvență Micromaster 440

Motorul este controlat de un convertizor de frecvența, prin varierea frecventei este metoda cea ideala indiferent de procedura prin care se realizează, cea mai adecvată și economică este cea electronică. Un variator de viteză este un aparat destinat să modifice frecvența, prin urmare viteza unui motor de inducție asincron, adică generează un curent alternativ cu o frecvența și o tensiune necesare pentru a acționa respectivul motor. Acest aparat permite modificarea valorii frecvenței pentru că face că motorul să se rotească la o viteză mai mare sau mai mică, indiferent de frecvența de care dispune rețeaua de alimentare. Variatoarele de viteză sunt de asemenea cunoscute ca și drive-uri de frecvența reglabilă (AFD), convertoare de frecvența, drive-uri de CA, microdrive-uri sau inversoare. Dat fiind că voltajul este variat în același timp cu frecvența, uneori sunt denumite drive-uri VVVF (variator de viteză, variator de frecvența). Spre deosebire de acționarea CC, tehnică de control a frecvenței acționarii CĂ folosește că și variabile de control parametrii generați în afară motorului, mai concret, tensiunea și frecvența. Referințele tensiunii și frecvenței se introduc într-un modulator care simulează o undă sinusoidală cu CĂ care alimentează bobinarea statorului motorului. Această tehnică poartă denumirea de modulația în durata a impulsurilor (PWM) și se bazează pe faptul că există un rectificator cu diode înspre rețea și că tensiunea de CC intermediară rămâne constanța. Invertorul controlează motorul că un tren de unde PWM care stabilește tensiunea și frecvența. Trebuie să se menționeze că acest mod nu folosește un dispozitiv de retroalimentare care să ia măsurile de viteză sau poziție a axului motorului și să le introducă în buclă de control. Acest sistem, fără dispozitiv de retroalimentare, poartă denumirea de "acționarea cu buclă deschisă".

In acest proiect s-a ales un convertizor Siemens Micromaster 440 6SE6440-2AC24-0CA1 care este un convertizor trifazat de o putere de 4 kW . Convertizoarele micromaster 440 sunt o generație de convertizoare din familia Siemens, pentru reglarea turației și a cuplului de motoare trifazate. Diferite modele disponibile acoperă gama de performanță de la 120 W la 200 kW (pentru un cuplu constant (CT), în mod alternativ de până la 250kW (pentru un cuplu variabil (VT)).

Fig. 2.2 Micromaster 440

Convertizorul are două posibilități de comunicare și două posibilități pentru setarea parametrilor, se poate comunica si parametriza prin modul profibus sau se mai poate comunica prin terminalul de control si se comunica prin semnale analogice si digitale, sau se poate parametriza prin Consola de programare ’IOP’ (Intelligent Operator Panel). Consola de programare nu folosește numai pentru programarea valorilor diferiților parametri care se dorește să se introducă într-un variator de viteză. Folosește de asemenea pentru a vizualiza funcționarea și detectarea posibilelor anomalii, atât de la convertor cât și de la motor.

2.3 Parametrii reglabili principali

Frecvența minimă: Prin acest parametru se programează frecvența minimă la care trebuie să se rotească motorul. Viteză minimă este viteză la care trebuie să înceapă să se rotească motorul dacă se acționează comandă de funcționare, fie printr-un potentiometru, printr-o consola sau prin intrare analogică, intrare sub tensiune sau curent.

Dacă se folosește un potentiometru pus la minim, motorul se va roți la frecvența minimă programată, oricare ar fi această viteză, mare sau mică.

Convertoarele analogice dispun de un potentiometru de reglare a vitezei minime montat în interiorul convertorului care, dacă este manevrat, reglează viteză minimă la care trebuie să înceapă să se rotească motorul.

Frecvența maximă: O modalitate de reglare a parametrilor este programarea frecvenței maxime la care trebuie să se rotească motorul. Frecvența nominală se obține atunci când se ating 50 (60) Hz, însă această valoare poate fi depășită dacă se programează în convertor o frecvența mai mare care poate ajunge până la 480 Hz. Viteză la care s-ar putea roți un motor standard cu 2 poli, 3.000 r.p.m., ar fi de 14.400 r.p.m., în mod evident excesivă, și ar presupune 400% din rotațiile nominale ale motorului. Dacă din punct de vedere electric motorul le-ar suportă fără probleme, din punct de vedere mecanic această viteză ar duce la distrugerea motorului, a rulmenților, a reglărilor, a mufelor, etc. Prin folosirea unui potențiometru care se rotește la maxim, motorul se va roți la viteză programată cu parametrul de frecvența maximă. Convertoarele analogice au în interiorul lor un potențiometru de reglare a vitezei maxime. Pentru limitarea acesteia, trebuie să se urmeze aceeași procedura că și cea folosită anterior pentru limitarea vitezei minime. Dacă se dorește limitarea vitezei maxime la un convertor fără potențiometru de reglare a vitezei maxime, trebuie să se instaleze în serie cu acesta o rezistență de reglare la bornă de 12 V de control. Astfel, când potențiometrul de control este deplasat la maxim, va avea în serie rezistență de reglare care va limita viteză maximă, cu atât de mult cu cât este de mare valoarea ohmică intercalată.

Liberă funcționare: Prin acționarea comenzii de oprire, deschiderea contactului SR, dacă este prin control terminal sau prin acționarea tastei STOP când se manevrează prin consola de programare, încetează în mod instantaneu tensiunea de ieșire la convertor, iar acesta lasă motorul fără tensiune. Când motorul rămâne fără tensiune, va avea numai cuplul rezistent pe care îl produce mașină acționată, oprindu-se în mod progresiv. Timpul de oprire va depinde de valoarea cuplului rezistent al mașinii, după cum se poate vedea în imagine.

Fig. 2.3

Încetinirea frecvenței: Când se configurează oprirea motorului cu parametrul de încetinire a frecvenței, iar convertorul primește această comandă de oprire, acesta va reduce progresiv și proporțional tensiunea și frecvența, în funcție de timpul (în secunde) programat în parametrul menționat.

Fig. 2.4

Dacă timpul de oprire programat la convertor este mai mic decât cel necesar pentru oprirea motorului, convertorul calculează acest timp și când ajunge la o valoare apropiată la sfârșitul timpului de oprire programat, iar motorul se rotește prea repede pentru a se putea opri, injectează o tensiune continuă în două dintre înfășurările electrice ale motorului (a căror valoare și durata va depinde de rotațiile motorului în acel moment), obținând astfel oprirea să în parametrul de încetinire programat.

Injecția de CC: Când convertorul primește comandă de oprire, atât tensiunea cât și frecvența scad în funcție de valoarea parametrului de încetinire, iar apoi convertorul injectează o tensiune de curent continuu în două înfășurări electrice ale motorului, ceea ce duce la o frânare bruscă. Valoarea și timpul necesare că tensiunea de curent continuu să fie injectată în motor, sunt configurate de utilizator cu parametrii de: timp de injecție de curent continuu la oprire și

control prin injecție de curent continuu. Acest sistem se folosește atunci când se dorește o oprire foarte rapidă a motorului.

Fig. 2.5

Rezistență de frânare: Un motor, dacă se oprește prin sistemul de oprire liberă, se va roți pentru un timp care va depinde de mașină pe care o acționează. În timp ce se rotește, în anumite ocazii generează tensiune; această va scădea o dată cu viteză de rotație a motorului. Bineînțeles, atâta timp cât durează această tensiune, ea poate fi periculoasă pentru componentele electronice ale convertorului care îl controlează, deoarece îi injectează curent prin ieșirea la convertor. Pentru a încerca regenerarea, se folosesc două metode:

-Frânare dinamică(Curentul generat se transformă într-o rezistență denumită "de frânare".)

– Frânare regenerativă(Curentul generat se întoarce la rețea, prin convertor.)

Dacă motorul trebuie să realizeze o oprire instantanee care nu se poate obține cu procedurile anterioare (încetinirea frecvenței, injecție de curent continuu), opțional i se poate conecta o rezistență de frânare la două borne, Bl și B2, cu care convertoarele sunt prevăzute în acest sens. Această rezistență va absorbi curentul generat de motor când se va roți eliberat de tensiune și o va răspândi sub formă de căldură. Circuitul de frânare din interiorul convertorului este, în realitate, un separator de tensiune conectat la busul de curent continuu (ieșirea din filtru). Acest separator cuprinde baza unui tranzistor de putere, la colectorul căruia se conectează în exterior rezistență de frânare.

Fig. 2.6

La această aplicație schimbarea sensului de rotație a motorului este foarte frecvent la deplasare față-spate da cel mai solicitat în timpul poziționării în cazul în care depășește valoarea setată și trebuie să se deplaseze în sens invers pentru o poziționare rapidă.

Fig. 2.7

Dacă, în acel moment, se hotărăște să se pună motorul în funcțiune, în acesta va avea loc o inversare a rotației extrem de bruscă, care ar provoca un consum mare la motor. Pentru a rezolva această problema, convertoarele sunt prevăzute cu un parametru denumit timp de injecție de CC la pornire care, după cum indică numele sau, o dată activat, prin acționarea funcționarii convertorului nu îl pune în funcționare. În schimb, memorează această comandă și injectează un CC în două din înfășurările electrice ale motorului pentru un timp, provocând frânarea motorului și, după ce acesta este oprit, convertorul începe rampă de accelerare programată.

2.4 Comunicare cu convertizorul prin modul profibus

Fig. 2.8 Rețea profibus

Folosind tehnologia magistralei de câmp, industrială, pot fi realizate economii considerabile în special la instalarea mecanica, și anume la cuplajele și conexiunile echipamentelor întreprinderii, datorita reducerii cablajelor pentru intrările, respectiv ieșirile distribuite ale acestora. Un al doilea factor convingător îl constituie varietatea largă de aparate disponibile pentru această tehnologie. Totuși, pentru a profita la maxim de aceste avantaje, magistrala de câmp trebuie să aibă o concepție standardizata și o arhitectura deschisa. In 1987, industria germana a inițiat Proiectul Cooperativ PROFIBUS. Regulile și normele adoptate de acest organism au fost incluse In standardele DIN E 19245 [2] PROFIBUS. In 1996, standardul național PROFIBUS a devenit standardul internațional EN 50170.

Fig. 2.9 Modul de comunicare

Prin modulul profibus putem comunica cu ușurința cu convertizorul, se poate parametriza cu ajutorul programului Step 7 și fiind legat la rețea se poate diagnostica de oriunde daca avem drepturile de comunicație.

2.5 Servo-valvă proporțională

Dezvoltarea tehnicii a făcut ca tehnologia "servo" să progreseze, în decursul timpului, foarte mult, însă fără modificări esențiale ale structurii inițiale. Au fost Imbunătățite performanțele funcționale cum ar fi nivelul presiunilor, debitelor și frecvențelor, simultan cu o scădere semnificativă a prețului, toate acestea ca unnare a creșterii numărului de aplicații în care sistemele „servo" au pătruns în ultima perioadă. Primele servovalve au fost utilizate după anii 1950 și au constat dintr-un corp cu sertar și un electromagnet proporțional care acționa asupra sertarului contra unui arc tarat.

Marea varietate constructiv-funcțională a servovalvelor este determinată, pe Iângă complexitatea produsului, și de deosebitul interes al fabricanților în progresul sistemelor de automatizare. Ordonarea tuturor variantelor în câteva grupe este necesară pentru asigurarea unor criterii acceptabile de comparare a performanțelor, precum și reducerea metodologiei de calcul și așa destul de complicată, necesară proiectării sau modernizării acestor produse.

Stabilirea criteriilor de clasificare este ea însăși o problemă delicată, uneori controversată, așa că vor fi preluate doar acelea acceptate de majoritatea specialiștilor, precum sunt următoarele:

după modul de pilotare, respectiv după soluția tehnică adoptată pentru prelucrarea comenzii electrice;

după numărul de etaje hidraulice;

după tipul reacției interne;

după funcția îndeplinită în sistemul hidraulic;

după alte criterii.

Fig. 2.10 Construcția valvei proporționale

Prin aceste criterii, se pot defini toate servo-valvele cunoscute. Pe baza lor se va face o analiză pe module a ansamblului. Din clasificare vor rezulta variante tip pentru diferite module, astfel că, în final, se ajunge ca servo-valvă să poată fi tratată ca un ansamblu bine armonizat, de module tip. Ca și la aparatura proporțională elementele de noutate și modernizarea se grupează la nivelul convertoarelor electromecanice și încapsularea comenzii inteligente la nivel local. Servo-valvele sunt echipamente de reglare electro-hidraulice care realizează, pe lângă selectarea circuitelor hidraulice, și droselizarea acestora, strict proporțional cu mărimea curentului de comandă. Apariția acestor elemente a fost cerută de dezvoltarea industrială care, prin complexitatea și performanțele instalațiilor hidraulice ale avioanelor, mașinilor unelte, echipamentelor militare și a liniilor de producție automatizate, au condus la proiectarea și executarea unor produse speciale care să Îmbine electronica, mecanica fină și hidraulica, ceea ce înseamnă conceptul de mecatronică, denumit pentru acest domeniu, hidronică. Servo-valva este comandată de o placă electronică, care cu ajutorul unei sesizor de presiune reglează presiunea dorită printro buclă închisă (P.I.D.) și trimite o valoare prescrisă pe 0-20 mA.

Fig. 2.11 Placă de comandă electronică

2.6 Encoder absolut

Senzorii de poziție/deplasare fac parte din categoria senzorilor interni. Câte un astfel de senzor este amplasat în fiecare cuplă cinematică a unui sistem mecatronic, care trebuie comandată pe baza măsurării poziției, în vederea determinării poziției relative a celor două elemente ale cuplei. Toți roboții industriali, indiferent de generație, sunt dotați cu senzori de poziție/deplasare în fiecare cuplă cinematică, aceștia reprezentând elementul esențial în vederea rezolvării celor două probleme cinematice (directă și inversă). Totodată acest tip de senzor poate fi regăsit în anumite cazuri și la nivelul efectorului final, servind la măsurarea deplasării bacurilor de prindere. Roboții mobili pot fi dotați, în anumite cazuri, cu senzori de poziție/deplasare, montați la nivelul roților motoare sau a mecanismului de direcție. În cazul unui automobil performant, în rulmenții (lagărele) care susțin roțile, sunt integrați senzori incrementali, care permit măsurarea deplasărilor. Alt senzor măsoară unghiul volanului. Informațiile sunt utilizate de computerul de bord pentru cele mai diferite probleme de control (vezi capitolul 2): urmărirea presiunii în pneuri; ABS, ESP etc. În foarte multe cazuri cuplele nu sunt înzestrate și cu senzori distincți pentru măsurarea vitezelor și accelerațiilor, vitezele și accelerațiile curente, utilizate de sistemul de comandă, fiind obținute prin derivarea informațiilor recepționate de la senzorii de poziție/ deplasare. Pentru acționarea modulelor de rotație se folosesc preponderent motoare rotative. Excepție fac unele module cu acționare hidraulică sau pneumatică, la care, în situațiile în care nu se dispune de motoare rotative performante, se preferă acționarea cu doi cilindri, prin intermediul mecanismelor pinion-dublă cremalieră cum este și în acest caz. În totalitatea cazurilor măsurarea unghiurilor de rotație se face cu senzori rotativi. Utilizarea senzorilor liniari poate fi eficientă în cazurile în care cilindrii de acționare sunt prevăzuți cu sisteme senzoriale proprii pentru măsurarea deplasării tijei. În cazul modulelor de translație acționarea poate fi realizată cu motoare rotative, in principiu electrice, caz în care se preferă senzorii rotativi, sau cu motoare liniare, situație în care își găsesc locul și senzorii liniari. Și în acest ultim caz se apelează de multe ori la senzorii rotativi, datorită unor avantaje importante ale acestora: gabarit mult mai redus, sensibilitate mai mică la imperfecțiuni de montaj, erorile de montaj fiind preluate de cuplaje adecvate, rezistență și robustețe superioare la factori perturbatori și medii agresive. Sunt însă necesare mecanisme adecvate, care să transforme mișcarea de translație într-o mișcare de rotație la nivelul axului senzorului. Acestea pot fi mecanisme pinion-cremalieră de precizie foarte înaltă, furnizate de firme specializate, sau mecanisme cu curea dințată.

Fig. 2.12 Disc de encoder absolut pe 12 biți

La amplasarea senzorilor care măsoară deplasările trebuie respectat un principiu foarte important și anume acela ca acestea să măsoare direct deplasarea elementului final al cuplei cinematice, sau, dacă acest lucru nu este posibil, pe cea a unui element cât mai apropiat de acesta. Se elimină astfel efectele unui lanț întreg de erori care nu pot fi suprimate constructiv și nu pot fi controlate de sistemul de comandă (jocuri în articulații, jocuri între flancurile angrenajelor dințate, deformații elastice ale mecanismelor de acționare etc). Cea mai comodă soluție presupune cuplarea senzorului direct pe axul motorului de acționare, cu atât mai mult cu cât firmele constructoare livrează motoare electrice rotative echipate cu senzori incrementali sau absoluți (eventual și cu tahogeneratoare pentru măsurarea vitezelor unghiulare) sau cilindri hidraulici/pneumatici care au încorporate sisteme pentru măsurarea deplasării tijei. Această soluție poate fi utilizată în cazul unor mecanisme de mare precizie, cu jocuri și uzuri minime, cum ar fi reductoarele armonice, sau angrenajele șurub cu bile-piuliță cu sistem de preluare a jocurilor. O atenție deosebită trebuie acordată elementelor constructive care servesc la cuplarea senzorului cu elementul mobil, a cărui deplasare se măsoară, astfel încât să nu fie afectată precizia senzorului și să nu se producă deteriorarea acestuia datorită unui montaj defectuos. Firmele producătoare de senzori pun la dispoziția utilizatorilor cuplaje cu caracteristici și performanțe deosebite. Dezechilibrările dinamice, determinate de masele excentrice ale șuruburilor de prindere, sunt compensate prin execuția unor găuri de centrare adecvate, astfel încât cuplajele pot lucra până la turații de circa 12.000 rot/min. În încheierea acestei secțiuni se vor expune câteva considerații privind utilizarea diferitelor tipuri de senzori de poziție/deplasare în echiparea sistemelor mecatronice, din care se pot deduce și unele criterii pentru alegerea lor. Este evident faptul că sistemului de comandă îi sunt necesare valorile absolute ale coordonatelor generalizate, raportate la sistemul de coordonate atașat unei anumite cuple. Aceste valori pot fi furnizate fără alte complicații de către senzorii absoluți. În cazul senzorilor relativi (incrementali), odată cu decuplarea de la rețea, conținutul registrelor care contorizează impulsurile primite de la senzori se alterează și robotul își pierde orientarea. La o nouă cuplare la rețea sistemul mecatronic trebuie să parcurgă o fază de calibrare, care se bazează pe valori sau repere absolute.

Fig. 2.13 Encoder multitură

Senzorii numerici (fotoelectrici, inductivi, pneumatici), care utilizează metoda de măsurare relativă, au ca principiu de lucru transformarea pașilor (cuantelor) de deplasare a elementului mobil în impulsuri electrice, care sunt însumate într-un numărător electronic. Cea mai mare utilizare în mecatronică o au senzorii incrementali fotoelectrici. Discul divizor conține, pe toată circumferința, o rețea foarte fină de linii, care generează o succesiune de zone opace și transparente (diviziuni). El conține și o rețea, cu o singură fantă, pentru generarea unui singur impuls la o rotație complectă a discului divizor (“impuls de referință”). Impulsurile generate nu sunt consecința trecerii luminii printr-o singură diviziune a elementului divizor, ci printr-un număr mai mare, egal, în principiu, cu numărul de diviziuni al unei rețele a elementului vernier. Fotodetectorul este astfel impresionat de un flux luminos suficient de mare, chiar și condițiile unei rețele extrem de fine, cu diviziuni de până la 0,01 mm, asigurându-se rezoluții înalte, superioare celor accesibile în cazul senzorilor numerici absoluți, unde, pe pista cea mai fină, fotodetectorul este impresionat de un fascicul extrem de restrâns, corespunzător unei singure diviziuni. Pe măsură ce finețea riglei divizoare crește, se accentuează efectul fenomenelor de difracție, datorate caracterului ondulatoriu al luminii, fenomene care sunt utilizate, în cazul principiului de citire interferențială pentru obținerea semnalelor de măsurare. Fasciculele de diferite ordine de difracție sunt corelate prin defazaje bine definite, nodurile și ventrele undelor de lumină regăsindu-se în locuri determinate din spațiu, unde sunt amplasați fotodetectorii.

Fig. 2.14 Semnal encoder absolut pe 8 biți

2.7 Panou operator Simatic HMI MP370

Panouri operator Aceste dispozitive sunt utilizate pentru realizarea unor interfețe cu utilizatorul. Sunt livrate într-o gamă largă, de la simple ecrane alfa-numerice cu câteva rânduri și un număr limitat de taste până la ecrane grafice de mare rezoluție și tastaturi complete.

Panourile HMI Simatic au fost testate timp de ani de zile în majoritatea aplicațiilor existente în toate sectoarele industriale. Oferă soluția potrivită pentru orice aplicație, de la panouri simple cu butoane la panouri mobile și staționare până la cele mai performanțe și fiabile panouri operator HMI a producătorului german Siemens. Software-ul folosit pentru programare este scalabil de la un număr mic de tag-uri până la zeci de mii de tag-uri integrate în același panou. Panourile simatic unt incluse în categoria “Platforma multifuncțională” , acest produs este poziționat în ierarhia categoriei între component de aplicație și procese optimizate, cum ar fi panou operativ și PLC-ul de pe o parte și PC-ul industrial de pe altă parte. Platforma multifuncțională se bazează pe sistemul inovator de operare standard Microsoft Windows CE. Acesta combină robustețea hardware dedicat soluții cu flexibilitatea în lumea PC-ului.

Avantajele panoului MP370:

un grad înalt de eficiență de configurare

afișaj clar și operarea ușoară a procesului prin intermediul unei interfață bazată pe Windows

transferul prin MPI, PROFIBUS / DP, USB și Ethernet

Fig. 2.15 Simatic panou operator

Grafice, texte, funcții, a elementelor de comandă și afișare sunt definite de utilizator, care vor fi prezentate pe panou operator trebuie mai întâi să fie create pe un PC, utilizând software-ul de configurare Simatic ProTool CS. Pentru a descarcă configurația în PO, computerul de configurare trebuie să fie conectat la MP370 (vezi în figura ). Conexiunea poate fi stabilită printr-un port serial, o rețea / PROFIBUS-DP MPI, un USB sau o interfață Ethernet sau printr-o cale standard de modem. Odată ce configurația a fost descărcat cu succes se conectează MP 370 la PLC după care se poate comunica MP 370 cu PLC-ul și de a răspunde în conformitate

la informațiile configurate pentru rularea programului în PLC.

Fig.2.16 Configurarea datelor la MP370

2.8 Laser de măsura FAE LS121FA

Dispozitivele senzoriale utilizează metoda de măsurare “din zbor” pentru determinarea distanțelor până la obiecte natural reflectante. Domeniul de măsurare este de până la 150 m. Există însă și varianta care permite determinarea unor distanțe de până la 300 m cu ajutorul utilizării unei benzi reflectante. Senzorii funcționează prin emiterea unor pulsuri foarte scurte de lumină și prin măsurarea timpului cursei până la obiect și înapoi. Prin cunoașterea acestui timp se determină distanța până la obiect. Odată ce a fost identificată, această distanță este transmisă prin interfață serială RS 232 sau RS 422. Dacă este necesar, informația poate fi de asemenea transmisă și prin interfață analogică 4 … 20 mA. Sunt de asemenea disponibile și două ieșiri de comutație suplimentare cu parametri programați: operatorul poate de exemplu defini anumite puncte de lucru aflate la distanțe fixe, iar senzorul să semnaleze depășirea sau neatingerea acestor distanțe. Domeniul mare de măsurare face ca aceste dispozitive să fie ideale pentru utilizarea într-o gamă mare de domenii, pentru numeroase tipuri de aplicații: determinarea profilului unor obiecte prin conexiune cu controlul echipamentelor de ridicat, determinarea diametrului rolelor de hârtie în industria tipografică și a hârtiei, măsurarea nivelului apei sau stocului de hârtie, poziționarea macaralelor etc.

Fig.2.17 Laser de măsură

Datele tehnice a laserului de măsură:

clasa laser 2, vizibil roșu , unghiul de divergență 0.6 mrad

Unghiul de divergență este unghiul total al deschiderii fasciculului

360 = 2 radian; 1 radian = 57.30 folosind relația intre minute si grade: 10 = 60’,obținem:

1 mrad = 0.057·60’= 3.5’

domeniul de măsurare 0.1-100 m

rezoluție 0.1 mm

frecventa de eșantionare 50 Hz

ieșirea digitală programabilă 500 mA

ieșirea analogică 4-20 mA

CAP. 3 FUNCȚIONAREA LINIEI DE DEBITARE

3.1 Linia de debitare țeavă

Linia de debitare țeavă este ultima linie de lucru din procesul de laminare care debitează diferite pachete (format din mai multe țevi) de țeavă cu diferite diametre,grosimi de perete și lungimi. Înaintea liniei de debitare este patul de răcire care asigura o răcire lentă a țevilor de la 1000 de grade Celsius până la 150-200 de grade Celsius. După răcirea materialului le aliniază și formează pachete de țeavă după care le transferă pe rolele transportoare a mașinii de debitat care asigura deplasarea pachetelor de țeavă.

Fig. 3.1 Patul de răcire si role transportoare

După transferarea pachetului de țeavă pe role transportoare de pe patul de răcire începe ciclul de tăiere a țevilor. Operatorul de pe postul de comandă introduce lungimea dorită după care tamponul se poziționează pe distanță calculată față de mașina de debitat și se lasă jos pe role transportoare așteptând țeavă. În urmă tamponării în care constă și alinierea pachetului. Mașină de debitat are patru menghine acționați de cilindri hidraulici doi pentru fixare/prindere orizontală și doi pentru fixare/prindere verticală pentru a minimiza vibrația creată de pânză circulară și pentru a ține fix pachetul de țeavă în timpul tăierii. După care se evacuează pachetul de țeavă cu role transportoare și se pun în diferite colectoare după mai multor criterii.

Fig. 3.1 Linia de debitare

Mașina de debitat Framag se utilizează pentru debitarea țevilor cu grosimea de perete maximum 55mm care este acționată electromecanic. În timpul procesului de debitare se utilizează lichid de răcire deoarece temperatura țevilor este între 150-250 grade Celsius care depinde de diametru și grosimea de perete a țevii plus în timpul debitării se mai produce energia termică din cauza așchierii. Acest proiect de modernizare constă în schimbarea automatului programabil, rescrierea programului de automatizare din Step5 în Step7 acționarea tamponului mobil. Introducerea unui laser de măsură pentru poziționare tampon și îmbunătățirea sistemului de fixare/prindere

3.2 Funcționarea tamponului mobil

Tamponul mobil este un dispozitiv de oprire a materialului in poziția dorită îl oprește

pachetul de țeavă și le aliniază acționat electric si hidraulic. Deplasarea longitudinală este acționată electric iar coborârea și ridicarea tamponului de pe calea cu role și mișcarea de aliniere sunt acționate hidraulic. Poziția tamponului este măsurată de un laser de măsură care trimite un semnal analogic pe 12 biți la automatul programabil care prelucrează și după funcția introdusă trimite prescrise la convertizorul motorului de acționare tampon. Automatul programabil comunica cu convertizorul prin profibus prin care putem trimite date către convertizor da în același timp și convertizorul ne trimite datele setată sau cu o funcție putem citi date din convertizor. Ciclul de program pentru poziționare tampon calculează poziția tamponului după datele primite de către laserul de măsurare prelucrează (scalează) și o folosește pentru calcul viteze motor acționare tampon și pentru afișare pe panou operator. Pentru a calcula poziția tamponului prima dată trebuie să știm distanță între laserul de măsură și mașină de debitat care este D=12380 mm , lungime tampon dt=1970 mm și distanță între tampon și lase care este dlt= variabil. Valoarea laserului după scalare avem în mm , care folosim în calculul pentru lungime țeavă care este Lt=D-dt-dlt.

Fig. 3.3 Funcția de calibrare laser

După ce se introduce lungimea dorită la care se va debita țeava, calculăm diferența între poziția dorită și poziția actuală a tamponului care va fi eroarea de poziționare care se folosește în calculul poziționare tampon. Dacă eroarea este mai mare de 100 mm automatul programabil trimite la convertizorul motorului de acționare o prescrisă de frecvența de 70 Hz, în cazul în care eroarea este mai mică decât 100 mm se trimite o valoare variabilă funcție de eroarea de poziționare . Cu cât eroarea este mai mică cu atât se micșorează și frecvența prescrisă care ajunge până la 20 Hz și dacă eroarea se află între -1 și +1 mm se oprește ciclul de poziționare.

Fig. 3.4 Tamponul de poziționare țevi

După poziționarea corectă al tamponului se acționaează frână hidraulică pentru fixarea tamponului care asigura o forță de frânare suficientă pentru a nu mișcă tamponul din poziție

Cilindrul de aliniere la ajungerea pachetului de țeavă funcționează că și un amortizor pentru a evita șocurile mecanice create în urmă tamponării. În poziția de așteptare țeavă distribuitorul cilindrului ghidează trecerea uleiului hidraulic din cilindru printr-un regulator de debit (drosel) care încetinește mișcarea tijei pentru o amortizare eficientă.

Fig. 3.5 Cilindrul de aliniere

După amortizarea pachetului se acționează cilindrul hidraulic împingând tijă cilindrului în față care are rol în alinierea pachetului de țeavă, în urmă alinierii menghinele de fixare a mașinii de debitat se retrage cilindrul și se ridică tamponul pentru a nu influență tăierea și după tăierea țevilor de a permite transportarea pachetului de țeavă cu ajutorul rolelor transportoare.

3.3 Mașina de debitat Framag

Mașina este proiectată și executată de către producătorul German Framag S.P.A. Producătorul German, realizează mașini la temă pentru clienții săi, în special echipamente pentru procesarea țevilor. Gama de mașini realizată de Framag S.P.A, variază de la mașini de debitat, mașini de îndreptat, sisteme de transfer, echipamente și utilaje pentru laminoare, mașini de testare hidrostatică, mașini de șanfrenat, mașini de periat, servicii de instalare a echipamentelor.

Caracteristici:

Diametrul maxim de tăiere: 142.5 mm

Diametrul minim de tăiere: 19.3 mm

Grosimea de perete maximă a țevii: 55 mm

Grosimea de perete minimă a țevii: 2.2 mm

Lățimea maximă de debitare: 800 mm

Diametrul pânzei circulare: 1350 mm

Grosimea pânzei circulare: 7.7 mm

Alezajul de montaj a pânzei circulare: 75 mm

Puterea motorului arborelui principal: 25 kW

Deplasare reductor: șurub cu bilă L=1300 mm

Puterea motorului de deplasare reductor: 5 kW

Fig. 3.6 Mașina de debitat Framag

Ciclul de tăiere începe după alinierea pachetului de țeavă, cele două menghine verticale fixează pachetul de țeavă cu o presiune de pre-fixare de 17 bari care permite înclemarea menghinelor orizontali după care se fixează cu o presiune stabilită după valorile introduse de grosimea de perete și diametru țeavă. Partea de fixare cu cilindri hidraulici s-a îmbunătățit cu vâlve proporționale care asigura o presiune constantă care nu poate fi perturbată de variații de presiune până la 30% a stației hidraulic. Poziționarea cilindrilor hidraulici se face cu ajutorul unui encoder absolut, pentru a minimiza riscul de aplatizarea țevilor și a ști poziția actulă a menghinelor pentru a evita diferite loviri, ciocniri cu pachetul de țeavă. Encoderul absolut știe poziția și în cazul în care rămâne fără alimentare electrică care se întâmplă în cazul decuplării mașinii de debitat din mai multor motive, care ne ajută foarte mult fiind că nu necesită etalonarea lor și ne asigură o cunoaștere a pozițiilor în orice moment. Automatul programabil are un control precis asupra menghinelor știind poziția actuală și poziția dorită care se calculează după introducerea în panou operator diametrul țevii. Menghinele nu sunt acționate direct de către cilindrii hidraulici, mișcarea menghinelor asigura un sistem de dublă cremaliera în care o cremaliera este decalată față de celălalt cu 90 de grade și se transmite mișcarea cu ajutorul unui pinion unde mișcarea orizontală a cilindrului se transforma în mișcare verticală. Pentru a fi mai siguri s-a montat și senzori inductivi pe capătul cilindrilor pentru a avea încă o confirmare poziție cilindru. acest lucru este foarte important pentru cât întreagă secție de laminare este o singură linie de laminare, care nu ne permite opriri accidentale exemplu din cauza confirmarea greșită de poziția menghine care poate provoca o coliziune cu menghinele sau pânză de tăiere a mașinii de debitat și repararea defectelor poate dura ore întregi care înseamnă oare întregi producția este zero și există posibilitatea de pierdere a materiei prime .

Fig. 3.7 Pânza si mecanismul de fixare

În modul automatizat, operatorul de pe mașina de debitat, introduce pe touch-panelul calculatorului de control al utilajului diametrul exterior și grosimea de perete a țevii ce urmează a fi debitată, activează modul de funcționare automat, după care utilajul funcționează complet automatizat. Mașina realizează automat procesul de alimentare al țevii ce urmează a fi debitată, procesul de fixare/poziționare a țevii în vederea debitării acesteia, procesul efectiv de debitare și procesul de evacuare si transfer al țevii debitate. În modul semi-automatizat, operatorul de pe mașina de debitat, are sub control fiecare dintre operațiile enumerate mai sus. În diferite situații operatorul preferă sau este nevoit să utilizeze modul semi-automatizat pentru a eficientiza procesul de debitare. În funcție de calibrul debitat timpul de debitare este diferit, iar prin câteva comenzi suplimentare ale operatorului se poate eficientiza procesul de alimentare și evacuare a țevii, astfel timpul auxiliar dintre tăieri scade, iar probabilitatea blocării fluxului scade. Un alt motiv ar fi, la procesarea țevilor cu diametru exterior mic și grosime de perete redusă, datorită lungimii mari a țevii apare fenomenul de încâlcire a țevilor în momentul transferului de la utilajul anterior la mașina de debitat și la alimentarea acestuia cu căruciorul de alimentare. Astfel, operatorul este nevoit să facă niște mișcări suplimentare cu căruciorul pentru a așeza corespunzător țevile pe patul de transfer. Aceste mișcări mai sunt numite și mișcări de deblocare flux, mișcări care în majoritatea cazurilor nu afectează productivitatea liniei de finisare.

În modul manual, operatorul comanda mașina în întregime în regim manual, având control asupra fiecărei mișcări, fiecărui proces ce este inclus în procesul de debitare. În momentul în care se intervine asupra utilajului, operatorul activează de pe panoul de comandă modul de funcționare manual pentru a facilita intervenția asupra utilajului în vederea schimbării pânzei, prelevării probelor pentru diferite analize si teste, sau activități de mentenantă. În regim de lucru industrial este total ineficient utilizarea modului manual pentru a obține productivitatea dorită a utilajului.

Mașina de debitat este o mașină de debitat cu pânză circulară, care debitează un fascicol de țevi, numărul maxim de țevi fiind direct proporțional cu diametrul exterior al acestora. Lățimea maximă a unui fascicol de țevi este de 900 de mm.

Fig. 3.8 Calea cu role a mașinii de debitat

Fixarea/prinderea fascicolului de țevi se face în două puncte. Sistemul de prindere este compus dintr-o menghină superioară care fixează fascicolul de țevi din partea superioară, în partea inferioară existând o placă de presiune, și o menghină (împingător) laterală, care elimină spațiul dintre țevi în cazul în care nu se umple tot spațiul disponibil din fascicol, astfel prinderea este una conformă și asigurată din două poziții. Menghina superioară este acționată hidraulic, acționare care este controlată de calculatorul utilajului. În funcție de diametrul exterior și grosimea de perete a țevii pe care operatorul o introduce pe touch-panelul utilajului, calculatorul transmite forța de strângere necesară către sistemul hidraulic care asigură fixarea țevilor. Împingătorul lateral este de asemenea acționat hidraulic, forța de împingere fiind stabilită în funcție de diametrul exterior și grosimea de perete introdusă de operatorul mașinii pe touch-panel. Fixarea țevilor cu ajutorul menghinei superioare se face pe toată lungimea fascicolului, astfel fiecare țeavă este fixată pentru operația de debitare. În fata pânzei circulare și în spatele pânzei circulare se realizează a doua fixare a fascicolului de țevi. Sistemul de prindere este format din două menghine superioare distanțate intre ele astfel încât să încapă discul de debitare, iar în cazul în care discul flambează datorită diametrului mare și a grosimilor mari de perete prelucrate să nu existe pericol de frecare cu lateralele acestora. De asemenea sistemul de fixare este dotat și cu un împingător lateral pentru fixarea conformă a țevilor și care elimină spațiul dintre țevi, în cazul în care nu se umple tot spațiul disponibil din fascicol.

Parametrii de funcționare :

Fig. 3.8 Parametrii pe panoul de control al mașini

Concluzii

Avantajele folosirii automatelor programabile în locul unor simple calculatoare sau calculatoare de proces sunt date de dimensiunea redusă, de performanțele aproape egale cu cele ale calculatoarelor ca și putere de calcul , ajungându-se chiar în zilele noastre ca acestea în unele aplicații sau uzine să înlocuiască calculatoarele de proces la nivel de automatizare. Un avantaj semnificativ al automatelor programabile este acela că reduc foarte mult forța de muncă umană, de către unii poate fi considerat chiar un dezavantaj, linia flexibilă de fabricație folosită într-un proces industrial putând lucra 24 de ore din 24. Un alt avantaj al acestor linii flexibile este capacitatea de a schimba programele foarte ușor folosind un calculator sau o consolă de programare, uneori nefiind nevoie de nicio modificare fizică sau mecanică.

Îmbunătățirea sau modernizarea unui sistem poate mări productivitatea sau în acest caz calitatea și mentenabilitatea, care sunt obiective importante. De obicei productivitatea ar trebui să fie cea mai importantă, dar în acest caz vorbim de o linie de producție și productivitatea liniei este stabilită după mecanismul cel mai puțin productiv (bottleneck). Este adevărat că productivitatea mașinii de debitat a scăzut într-o mică măsură, dar nu atât cât să influențeze linia de laminare, dar am crescut indicii de calitate și mentenabilitatea. După implementarea acestui proiect, părerea mea este că cea mai mare provocare este să găsești o soluție la problemele tehnice dar în aceeași timp să te încadrezi și financiar, ceea ce nu este neaparat un aspect negativ, chiar te ajută să-ți formezi o gândire multilaterală. Câteodată e mult mai ușor să facem un mecanism de la bun început decât să îl îmbunătățim; dacă sistemul este puțin mai vechi și îl îmbunătățim numai o parte din el, este destul de complicată sincronizarea părților vechi cu cele noi. Fiecare sistem sau mecanism este realizată de un om sau un grup de oameni care înseamnă o logică de funcționare a programului gândită în stilul lor, având un mod propiu de programare, care uneori poate însemna o sarcină grea în înțelegea în totalitate a logicii de program a sistemului pentru a fi posibil să îl corectăm, îmbunătățim sau să il adăugăm linii de program în plus.

Bibliografie

1. Automate programabile http://www.robotics.ucv.ro/flexform/aplicatii_ser2/Mecatronica%20II/STEFAN%20CLAUDIA-Comanda%20unui%20cilindru%20cu%20dublu%20efect/Cap2.htm

2. Convertizor de frecventa

http://biblioteca.regielive.ro/cursuri/energetica/convertoare-de-frecventa-capitolul-1-102846.html

3. Senzori de poziție și deplasare

http://webbut.unitbv.ro/Carti%20on-line/BSM/BSM/capitol4.pdf

4. Comunicația profibus

http://www.rtaautomation.com/technologies/profibus/

5. Panou operator

https://www.automatyka.siemens.pl/docs/docs_ia/HMI_MP_377.pdf

Anexe

Anexa 1. Secvențiator pentru mod automat (condiții de deplasare)

Anexa 2. Secvențiator pentru mod automat (deplasare inainte-inapoi)

Anexa 3. Secvențiator pentru mod automat (tampon in poziție)

Anexa 4. Secvențiator pentru mod automat (coborâre tampon si închidere frâna)

Anexa 5. Secvențiator pentru mod automat (așteptare țeavă)

Anexa 5. Secvențiator pentru mod automat (aliniere pachet)

Anexa 6. Secvențiator pentru mod automat (deschide frâna și retragere tampon)

Anexa 7. Secvențiator pentru mod automat (ridicare tampon și retragere cil. de aliniere)

Anexa 8. Secvențiator pentru mod automat (intrare sub reductor fierăstrău)

Anexa 9. Secvențiator pentru mod automat (deschidere frână si start cil. aliniere)

Anexa 10. Secvențiator pentru mod automat (ridicare – coborâre)

Anexa 9. Panou operator pentru tamponul de aliniere