VIRTUAL COMMISSIONING PENTRU O LINIE DE PRELUCRARE A PIESELOR FOLOSIND ROBOȚI INDUSTRIALI Coordonator Absolvent S.L. Dr. Ing. Vasile Calofir Dincă… [604023]

Master

VIRTUAL COMMISSIONING PENTRU O LINIE DE PRELUCRARE A PIESELOR FOLOSIND ROBOȚI INDUSTRIALI Coordonator Absolvent S.L. Dr. Ing. Vasile Calofir Dincă… [604023]

Byadmin ianuarie 1, 2024

Universitatea POLITEHNICA București
Facultatea Automatică și Calcu latoare
Departamentul Automatică și Informatică Industrială

LUCRARE DE DIZERTAȚIE
VIRTUAL COMMISSIONING PENTRU O LINIE DE PRELUCRARE A PIESELOR
FOLOSIND ROBOȚI INDUSTRIALI

Coordonator Absolvent
S.L. Dr. Ing. Vasile Calofir Dincă Ale xandru

Anul absolvirii: 2018

2
Cuprins

1. Introducere………………………………………………………………………………………….. 2
1.1 Context …………………………………………………………………… ……………………. 2
1.2 Motivarea lucrării …………………………………………………………………………… 5
2. Tehnologii folosite…………………………………………………….. ………………………… 6
3. Descrierea Procesului……………………………………………….. …………………………. 8
4. Proiectare și Modelare …………………………………………………………………………. 12
4.1. Distribuția punctel or de sudură………………………… ………………………… 12
4.2. Alegerea echipamentului de sudură………………………. ……………………. 15
4.3. Alegerea roboților ……………………………………………… …….. ……………… 18
4.4. Proiectarea echipamentelor și uneltelor…………………. ……………………. 21
5. Amplasarea obiectelor în celulă…………………………………… ……………………….. 25
6. Realizarea simulării bazate pe evenimente ………………………. …………………….. 27
7. Realizarea logicii de comandă….. ………………………………… ……………………….. 51
7.1. Arhitectura Hardware………………………………………… ……………………… 52
7.2. Realizarea codului PLC. …………………………………………………………….. 54
7.3. Realizare HMI………………………………………………………………………….. 66
8. Virtual Commissioning în mediul academic…………………………………………… 68
9. Concluzii………………………………………………………………….. ……………………….. 74
10. Bilbiografie…………………………. …………………………………… ……………………….. 76

3
1. Introducere

1.1 Context
Progresul tehnologic din ultimul secol a dat naștere la procese din ce în ce mai complexe,
ceea ce a condus la automatizarea progresivă a fiecărui element de producție . Eficienta , calitatea
și reducerea costurilor sunt factori ce au crescut pe măsură ce s -au introdus elemente robotizate
în producție .

În acest sens, industrializarea tehnologiei s -a împărțit în patru perioade istorice:
– Industry 1.0: Mecaniz area proceselor folosind mișcarea apei sau puterea aburului;
– Industry 2.0: Producția în masă, linii de asamblarea, folosirea electricității ;
– Industry 3.0: Automatizarea proceselor prin folosirea microprocesoarelor;
– Industry 4.0: Digitalizarea sisteme lor fizice;

Industry 4.0 se centrează în jurul a 4 principii esențiale :
• Interoperabilitatea: abilitatea mașinilor , dispozitivelor, senzorilor și a oamenilor de a se
conecta și comunica prin intermediul IoT (Internet of Things);
• Transparența inform ației: abilitatea de a digitaliza un sistem fizic prin crearea unui
model ce are ca intrări date ale senzorilor din realitate ;

4
• Asistență tehnică: abilitatea de a proiecta sisteme ce vor asista operațiile umane dificile,
neplăcute sau periculoase;
• Decen tralizarea deciziilor: abilitatea sistemelor fizico -digitale de a întreprinde cât mai
multe acțiuni în regim autonom;

Virtual Commissioning vine ca un răspuns direct la cererile de producție din ce în ce mai
mari, precum și la nevoia unor produse de o cal itate mai bună. Digitalizarea unui proces si
realizarea unui model virtual identic cu cel real ajută inginerii la validarea conceptului, dar și la
eficientizarea acestuia prin testarea unor scenarii diverse de lucru. În acest fel, apare avantajul
faptului că se ajunge la o variantă a programului PLC mult mai matură, cu scopul ideal de a
ajunge la un sistem plug -n-play în care după conectarea tuturor echipamentelor industriale,
procesul va funcționa fără probleme.
Aspectul fundamental legat de VC este realiz area unei copii digitale a liniei de producție
ce se va instala, un model virtual care se va comporta identic cu cel real.

În prezent, se pot implementa trei tipuri de tipologii:
Software -in-the-Loop . În acest caz, totul este reprezentat, testat și valida t în forma
digitală. Astfel, linia de producție are un model digital, dar și PLC -ul este simulat, iar tot
procesul se află pe un calculator. PLC -ul virtual are posibilitatea de a schimba semnale cu
modelul digital, realizat în Process Simulate pentru cazul nostru.
Hardware -in-the-Loop . În acest caz se folosesc echipamentele care se vor utiliza în
fabrică, module periferice pentru PLC, drivere de motoare etc. Prezintă avantajul că se
reproduce mediul industrial foarte fidel, însă costurile pentru realizarea acestei tipologii
sunt foarte mari
Simulare Hibrida . Linia de producție este virtualizată, iar echipamentele reproduc cât se
poate de exact realitatea, inclusiv roboții prin utilizarea controllere -ul virtuale, iar PLC -ul
este unul fizic, un model identic c u ce se va folosi în fabrică. În prezent, este cazul cel
mai favorabil, pentru că de regulă, costurile pentru automatizări sunt mult mai mici în
comparație cu achiziția roboților industriali, iar achiziția unui PLC în faza de proiectare
devine mult mai fez abilă. Totodată, este un caz ce reproduce foarte bine realitatea.

Deși în prezent se utilizează foarte mult ultima variantă, progresele dezvoltate în ultimii ani
permit folosirea primei metode din ce în ce mai mult. PLC -urile virtuale se comportă identic
cu cele reale, iar folosirea lor în validarea codului a devenit din ce în ce mai mult o realitate.

5
1.2 Motivarea lucrării
Am ales să realizez lucrarea de disertație despre Virtual Commissioning deoarece este o
temă foarte actuală în industrie, care se dezvoltă din ce în ce mai mult.
Punerea în funcțiune virtuală se întâlnește cel mai des în cadrul industriei producătoare de
autovehicule, însă poate fi folosită pentru orice proces care implică manipulare sau asamblare cu
un grad mai ridicat al complexit ății.
Din lucrul practic, am observat că avantajele aduse de Virtual Commissioning sunt reale.
Codul PLC se poate testa cu ușurință , ceea ce înseamnă că în timpul mort în care se așteaptă
pentru livrarea echipamentelor fizice, inginerii automatiști pot lu cra activ asupra codului PLC.
Totodată, utilizarea unei simulări grafice poate aduce și beneficii didactice. Orice
persoană care își dorește să învețe programare PLC are posibilitatea de a face acest lucru mult
mai ușor folosind Virtual Commissioning. Astfel, în cadrul unui laborator studenții pot lucra cu
procese reale fără a depinde prea mult de resurse materiale (elemente de acționare, automate
programabile, senzori etc.). Fie ca este vorbe de procese simple ce presupun acționari banale sau
complexe, Vir tual Commissioning devine o unealta foarte flexibila pentru realizarea unor
scenarii de lucru care sa complementeze noțiunile teoretice ale studenților.
Laboratoarele s -ar dezvolta în jurul conceperii și dezvoltării codului PLC. Desigur, faptul
că se pot u tiliza elemente de acționare reale constituie un mare avantaj pentru studenți , întrucât ei
vor avea posibilitatea de a vedea în realitate consecințele codului pe care îl scriu, însă prin
folosirea unui mediu digital utilizarea unor scenarii mai complexe de vine mult mai facilă, lucru
ce va permite studenților să își dezvolte atăt cunoștințele de programare PLC, cât și cunoștințele
generale despre procesele automatizate.
De ce Virtual Commissioning?
Soluțiile software capabile de virtual commissioning sunt su ficient de flexibile și
puternice pentru a realiza studii pentru automatizări care se pretează asamblării și manipulării
pieselor/materialelor, sudură, transport materiale, logistică etc.
Mai mult, spre deosebire de soluțiile de virtualizare folosite momen tan în facultate,
programele propuse în această lucrare au un mediu vizual mult mai dezvoltat, ele fiind capabile
să lucreze cu modele 3D ale obiectelor de o fidelitate foarte mare și cel mai important, cu
simulări bazate pe evenimente. Într -un astfel de m ediu, tot ceea ce se întâmplă în simulare este
condus de către un element de control (PLC), resursele din simulare fiind capabile să reacționeze
la comenzi și să transmită un feedback despre starea lor.

6
2. Tehnologii folosite
Ce software putem folosi pe ntru Virtual Commissioning?
Pentru punerea în funcțiune virtuală este nevoie de un software suficient de puternic
pentru a putea utiliza modele 3D ale obiectelor reale, dar și pentru a mișca aceste obiecte
conform cu realitatea. Am ales o soluție care îmi va putea permite să realizez nu doar o simulare
foarte fidelă, dar și o simulare bazată pe evenimente la care voi lega un automat programabil.
Soluția software folosită este Process Simulate .

Fig. 2.1 – Process Simulate
Folosit pentru instalații complexe cu multe interacțiuni între echipamente și operatori
umani, Process Simulate a devenit un standard în ceea ce privește simularea și validarea
proceselor automatizate și robotizate. Process Simulate are posibilitatea de a simula cu precizie
foarte mare rob oții industriali, indiferent de producător. Totodată dispune de o gamă largă de
posibilități de conectare la echipamente de control (Simatic Manager PLCSIM, PLCSIM
Advanced, SIMIT, OPC DA, OPC UA, Simba Box/ Simulation Unit)
Dacă ne folosim de Virtual Com missioning pentru a dezvolta linia de fabricație, ne putem
aștepta la o serie de avantaje imediate. În primul rând, având la dispoziție un model digital
identic cu cel din fabric, ne este foarte ușor să vizualizăm toate problemele legate de
amplasamentul e chipamentelor. Putem vedea care sunt zonele de coliziuni, putem face studii de
ergonomie și putem defini zone de siguranță pentru operatorii umani. În al doilea rând, este mult
mai ușor și practic să testăm și validăm codul PLC din cadrul biroului, timpul petrecut în șantier
fiind minimizat. Orice schimbare asupra codului se va putea testa imediat, iar în acest fel, putem

7
să alegem cel mai eficient scenariu de lucru. În ultimă instanță, putem să optimizăm întreaga
producție din fabric, fără a opri linia de producție și fără a folosi resurse fizic .

NX MCD

Permite modelarea CAD a modelului, precum și testarea interacțiunilor mecanice
folosind un modul de simulare gravitației și a coliziunilor. Pentru fiecare componentă se pot
defini articulațiile, mișcarea, comportamentul de coliziune și alte proprietăți cinematice și
dinamice. Totodată, există posibilitatea de a adăuga senzori și elemente de execuție.
Am folosit NX MCD pentru dezvoltarea unei aplicații cu scop didactic cu o complexitate
mai redusă față de c ea realizată în Process Simulate, însă care se folosește foarte mult de
noțiunile necesare pentru acționarea diverselor echipamente.

8
Pentru partea de programare și configurare a automatelor programabile am ales să
folosesc TIA Portal .

Fig 2.2 – TIA Portal

Totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) este mediul în care se configurează
structura hardware a echipamentului de control. Totodată se pot realiza programe pentru unul sau
mai multe PLC -uri din gama Siemens.
Pentru lucrarea de față am folosit TIA Portal Professional V14 SP1.
Pentru Virtual Commissioning nu suntem limitați de un producător anume de automate
programabile. De fapt, în industria producătoare de mașini, unde se folosește cel mai des Virtual
Commissioning, cei mai răspândiți producători de PLC -uri sunt: Siemens, Allen -Bradley și
Mitsubishi.
Am ales să folosesc gama de produse de la Siemens datorită faptului că în cadrul
produselor lor există o compatibilitate și o comunicare foarte bună.

9
3. Descrierea procesului
În acest ca pitol se va descrie procesul ce urmează să fie modelat și simulat cu mențiunea
că proiectul este construit și într -o manieră didactică astfel încât să se expliciteze cât mai bine
tehnologiile folosite în acest moment de către industria producătoare de mași ni. În acest mod,
consider că voi prezenta un exemplu concret ce se va folosi de conștiințele unui inginer
automatist și mai mult, un exemplu care să integreze și domeniile de robotică și mecanică. Ceea
ce nu se va prezenta în mod detaliat este proiectarea CAD a echipamentelor și pieselor din
proiect, întrucât activitatea din cadrul procesului presupune doar validarea echipamentelor.

Pentru proiectul în cauză am considerat un proces de manipulare și sudare în puncte a
unor piese componente ale unei caroser ii de mașină. Acest proces reprezintă doar o parte a liniei
de producție sau o celulă de proces, așa cum mai este numită în terminologia specifică. Astfel, se
va lua în vedere continuitatea fluxului de prelucrare al pieselor, în sensul că acestea vor avea in
punct de intrare în celulă, iar produsul rezultant va merge mai departe în producție .
Din acest motiv, întregul proces va trebui robotizat pe cât de mult posibil și optimizat
pentru a putea fi executat într -un timp cât mai scurt. În mod normal, un produ cător de mașini va
impune anumite limitări legate de tehnologiile folosite, rezultate din preferințele create în urma
proiectelor anterioare, însă principiile utilizate sunt aceleași pentru orice tip de Robot sau sistem
de conducere automat.
Pachetul softw are Process Simulate are abilitatea de a simula orice tip de robot, indiferent
de marca producătorului și de a se adapta la orice scenariu de lucru ce este fezabil din punct de
vedere logic și tehnologic. Totodată , poate comunica în mod direct cu PLCSIM și în mod
indirect prin OPC Server cu orice tip de PLC disponibil pe piață.
În cazul de față, procesul are ca scop final realizarea unui ansamblu de 3 piese ce va intra
în componenț a caroseriei unei mașini , mai exact în panoul care separă zona motorului de
habitaclu.
Piesele au in construcție un material de aliaj de oțel și nu necesită o prelucrare
constructivă în cadrul acestui proces, ele fiind supuse unor operații de manipulare și sudură.

10
Mai jos, voi prezenta piesele componente care vor intra în pr oces.

Fig. 3.1 – Piesa 1;

Fig. 3.2 – Piesa 2; Fig. 3.3 – Piesa 3;

11
În final, ansamblul creat va arăta astfel:

Fig. 3.3 – Ansamblu final;

Cele două părți comoponente mai mici sunt modelate astfel încât să aibă suprafețe
comune cu piesa centrală. Acest lucru este important în ceea ce privește operațiunea de sudură
pentru că va face posibilă proiectarea unei traiectorii de puncte astfel încât să se asigure criteriile
de calitate si performanță impuse de producător.
De regulă, distribuția punctelor de sudură se face înainte de etapa simulării efective.
Modul în care se realizează depinde foarte mult de modelul constructiv al pieselor, precum și de
asigurarea calității și durabilității prosului finit. Astfel, proiectarea și modelarea piesel or
componente ale unei caroserii de mașină va ține cont de fezabilitatea procesului de sudură.,
întrucât un model prost conceput al piesei va rezulta în dificultăți mari în ceea ce privește
planificarea procesului de producție.
Cum echipamentele industri ale implicate în mod direct în operațiile procesului sunt foarte
scumpe, și aici amintim roboții industriali, unelte specifice roboților, conveioare, mese de fixare,
echipamente de conducere etc., este foarte important de stabilit de la început logica de e xecuție a
procesului pentru a semnala cât mai devreme eventualele probleme si abordarea unor soluții cât
mai eficiente.
Din fericire, cum domeniul construcțiilor de mașini este unul foarte profitabil, iar
standardele de siguranță sunt foarte riguroase, pr oducătorii nu fac economii în ceea ce privește
selecția echipamentelor. De aceea, se pot alege soluții scumpe, dar care să asigura calitatea și
eficiența dorită, întrucât costurile inițiale se vor amortiza într -un timp relativ scurt. Astfel,
selecția roboț ilor și a uneltelor folosite de aceștia nu este constrânsă prea mult de capitolul
financiar.

12
4. Proiectare și Modelare
4.1 Distribuția punctelor de sudură
Din modul de asamblare al pieselor, se poate observa care este zona în care se va executa
operația de sudară .

Fig. 4.1.1 – Zona 1 de sudură

Desigur, zona de sudură va fi determinată de zona în care cele două piese întră în contact
în mod direct, iar accesul cu un aparat de sudură va permite plasarea în mod perpendicular al
electrozilor pe suprafața pieselor .

Fig. 4.1.1 – Zona 2 de sudură

13
Aceleași considerente le avem și pentru realizarea operației de sudură a celei dea treia
piese.
Pentru a realiza procesul, se vor folosi operații de sudură în puncte. Acest lucru
presupune planificarea unui set de punct e în zona stabilită de sudură astfel încât să se poată
realiza produsul finit conform criteriilor impuse.
Sudura în puncte este un procedeu de îmbinare de rezistență, a două sau mai multe foi de tablă de
metal, de regulă oțel, fără să se folosească material de adaos. În zona de sudat, cu ajutorul a
doi electr ozi din aliaje de cupru , se aplică o forță de comprimare și se transmite curent electric ,
care produce încălzirea pieselor la nivel local. Ca urmare, materialul dintre electrozi
se topește iar după întreruperea curentului de sudură mater ialele se solidifică și are loc
îmbinarea, realizându -se punctul de sudură.

Fig 4.1.3 – Schemă principială pentru sudura în puncte

În cazul de față, pentru a executa produsul final, se vor aplica puncte de sudură pentru
fixarea geometriei (Puncte de Ge o). Acest tip de puncte se aplică într -un mod cât mai
perpendicular pe suprafața de sudură și cu o durată de sudură ceva mai lungă. Ideal este ca
punctul de sudură să se dea cu o deviație de 0 grade față de cazul perpendicular, însă din cauza
unor constrân geri ce pot să apară, acest lucru nu este întotdeauna posibil. Astfel, este tolerată o
abatere de până la 10 grade, însă acest lucru este de evitat pe cât posibil, mai ales în cazul
punctelor de fixare a geometriei pentru a nu periclita durabilitatea produ sului final.
Pentru procesul studiat acum s -au proiectat următoarele puncte de sudură:

14

Fig. 4.1.4 – Distribuția punctelor de sudură

În Process Simulate se pot crea puncte de sudură prin simpla selecție a zonei în care se
va dori plasarea punctului. A stfel, locația punctului de sudură va fi marcată cu un cub de culoare
magenta. În mod normal, un punct de sudură are reprezentarea unui sistem de axe carteziene,
folosit ca un reper de către robot și aparatul de sudură. Pentru a căpăta această caracteristi că, se
va folosi comanda „Project Weld Points”.

Fig. 4.1.5 – Crearea punctelor de sudură în Process Simulate

15
Această comandă va proiecta un punct perpendicular pe suprafața de sudură , având
posibilitatea de a detecta în mod automat părțile implicate în proces sau de a le selecta în
mod manual.
Odată ce este finalizată o distribuție de puncte se va alege un aparat de sudură potrivit.

4.2 Alegerea echipamentului de sudură
Pentru realizarea punctelor de sudură se folosesc, cel mai uzual, două tipuri de aparat e de sudură:
• De tip X:

Fig 4.2.1 – Aparat de sudură de tip X

• De tip C:

Fig 4.2.1 – Aparat de sudură de tip C

16
Din punct de vedere funcțional ambele tipuri de aparate de sudură se vor conduce în mod
identic. Practic, în programul robot final se v or controla un anumit set de parametri și anume:
• deschiderea cleștelui de sudură;
• forța aplicată;
• curentul aplicat;
• timpul de sudură;

Acești parametri se determină în funcție de fiecare proces în parte și în speță, de
caracteristicile constructive ale pieselor prelucrate, tipul aliajului folosit, grosimea tablei. În
anexă se poate găsi un tabel în care sunt specificați parametrii de sudură în funcție de
caracteristicile procesului.
Cu ajutorul acestor informații se poate realiza un necesar de echipamen te și unelte care să
deservească realizării proiectului final și a unei oferte pentru client. Practic, în funcție de
parametri de proces, se va căuta o unealtă potrivită la producătorii specializați.
Un alt element important în alegerea aparatului de sudur ă este reprezentat de către
lungimea brațelor. Din nou, acest aspect este determinat în funcție de procesul în cauză, și anume
de poziția punctelor în raport cu piesa și, dacă este cazual, în funții de poziția robotului în celula
de proces. În cazul de faț ă nu avem constrângeri spațiale, iar poziția robotului este arbitrară.
Pentru proiectul de față am ales un aparat de sudură de la producătorul francez ARO, cu
modelul de mai jos.

Fig. 4.2.3 – Aparat de sudură folosit în cadrul celulei

Acesta are o d eschidere de 241mm, o lungime a brațelor de 617,5mm și o masă
constructivă de aproximativ 130kg.
Astfel, se îndeplinește condiția de accesibilitate pentru toate punctele proiectate.

17

Fig. 4.2.2 – Prezentarea accesabilității

4.3 Alegerea Roboților
În mom entul în care s -a finalizat alegerea uneltelor necesare, urmează pasul în care se va
determina ce tip de robot se pretează pentru procesul în cauză. Cum sistemele de prindere pentru
unelte se adaptează pentru fiecare model de robot, caracteristicile pe car e le căutăm la un robot
sunt legate de gradele de libertate, mobilitate și sarcină portantă.
În execuția acestei etape se dorește alegerea unui număr cât mai mic de modele de roboți
pentru a scădea gradul de complexitate al celulelor de proces proiectate. Așadar, este de preferat
găsirea unui robot care să poată executa și operații de manipulare, precum si operații de sudură.
Prin felul în care a reieșit proiectarea punctelor am decis că se vor folosi trei roboți; doi
pentru sudură și încă unul pentru mani pulare.
Din nou, alegerea roboților se face fie în mod arbitrar, fie la cerințele clientului. Aici am
ales un robot de la producătorul Kuka din gama KRC2.

18
Fig. 4.3.1 – Schema de principiu și modelul 3D pentru brațul robot ic Kuka

Robotul folosit prez intă următoarele caracteristici:
– Sarcină totală portantă: 210kg;
– Repetabilitate: 0,06mm;
– Număr de axe: 6;
– Masă proprie: 1068 kg;
– Anvergură de lucru este prezentața în imaginea de mai jos

Fig. 4.3.2 – Anvergura brațului robotic

19
– Mobilitatea pe a xe:
Limite Viteză
Axa 1 ± 185° 75°/s
Axa 2 -140°/ -5° 75°/s
Axa 3 -120°/155 ° 75°/s
Axa 3 ± 350° 102°/s
Axa 5 ± 125 ° 100°/s
Axa 6 ± 350° 154°/s

Datorită acestor caracteristici, în special mobilitatea și anvergura, modelul ales de robot
se pretează pentru ambele tipuri de operații, sudură și manipulare. Dispune de o sarcină suficient
de mare pentru a funcționa cu un clește de 130kg și are un volum de lucru suficient de mare
pentru a manevra piesele.

Fig. 4.3.3 – Mobilitatea pe axe

20
Odată ce s -au obținut modele 3D pentru robot și aparatul de sudură, acestea pot fi folosite
în mod aproape identic cu elementele fizice. Prin comanda „Joint Jog” aplicată robotului, se
poate testa mobilitatea acestuia pe axe. Acest lucru este util în proiectarea celulei , întrucât
poziționarea pieselor pentru operațiile de sudură se va face astfel încât să fie posibil accesul
roboților cu aparatele de sudură.
După ce s -au integrat modele de roboți cu uneltele aferente și s -au proiectat punctele de
sudură se poate vizuali za orientativ modul de lucru al roboților, ilustrat în imaginea de mai jos:

Fig. 4.3.4 – Roboți în timpul operației de sudură

Având posibilitatea de a vizualiza într -un mod realist procesul în fazele incipiente, putem să
anticipăm eventualele probleme care ar putea părea în fabrica reală. Spre exemplu, prin saltul
roboților la punctele de sudură proiectate, putem determina dacă vor exista sau nu zone de
interferențe între roboți.
O zonă de interferență se definește prin acea zonă în care volumul de luc ru al roboților se
va intersecta. În cazul de față, nu există zonă de interfernță între cei doi roboți de sudură.

4.4 Proiectarea echipamentelor și uneltelor
Pentru a manevra piesele, este nevoie de alegerea si proiectarea unor dispozitive
particularizate. Î n principiu, trebuie construit un mecanism care sa prindă piesele și să ofere
suficient suport în timpul operațiilor de sudură și manipulare.
Astfel, vom vedea dispozitive care prind piesele la sol, mese de fixare și de lucru, precum
și dispozitive montat e pe robot, gripper. Ele se bazează pe acționări pneumatice, fiecare clemă
fiind acționată de către un motor.

21

Ca elemente de fixare se vor folosi următoarele tipuri:
• Cleme mecanizate . Închiderea se face printr -o mișcare de rotație. Părțile componente
care intră în contact cu piesa se pot modifica după preferințe și nevoile constructive ale
procesului. La baza mișcării se află un element de acționare pneumatică.

Fig. 4.4.1 – Clemă mecanizată (model 3D);

• Pini de ghidaj. Au rolul de a asista la așezarea corectă a piesei în sistemul de fixare.
Aceștia pot fi construiți simplu, fără elemente în mișcare, sau mecanizați, cu pinul
retractabil.

Fig. 4.4.2 – Pin de ghidaj (model 3D);

22

• Elemente de susținere fixe.

Fig. 4.4.3 – Elemente fixe (model 3D);

În ceea ce privește echipamentele montate pe robot, acestea au la bază aceleași elemente
ca dispozitivele neamovibile. Clemele și pinii vor fi montați pe un sistem de sprijin fixat pe
robot.

Fig. 4.4.4 – Model de Gripper (model 3D);

23
Pentru proie ctul în cauză am construit un gripper astfel încât să poată fi folosit de pentru
manevrarea ambelor tipuri de piese. Astfel, gripperul dispune de un set de cleme care vor face
prinderea de la postul de încărcare manuală și un alt set pentru preluarea piese i de pe banda
transportoare.

Fig. 4.4.5 – Gripper folosit în proiect (model 3D);

Odată ce a fost modelat și definit ca resursă de tip Gripper în Process Simulate,
dispozitivul se poate monta pe robot cu ajutorul unui sistem de axe. Acest sistem de ax e se
folosește atât în mediul virtual, cât și în realitate, el având rolul de a ghida operatorul uman în
momentul în care se montează fizic aparatura.

Fig. 4.4.6 – Gripper montat pe robot (model 3D);

24

Din acest moment, orice mișcare executată de robot va avea ca efect și mișcarea
gripperului. Se va lua în calcul faptul că volumul de lucru al robotului va creste. De aceea, se
dorește ca proiectarea echipamentelor montate pe robot să fie cât mai mici posibile pentru a evita
eventualele coliziuni și pentru a nu depăși limitele spațiale ale celulei. Acest principiu a fost
aplicat și în cazul nostru, chiar dacă nu s -au impus astfel de constrângeri asupra proiectului.
Problema coliziunilor va fi studiată într -o etapă viitoare a proiectului, asemenea cu practic a din
realitate.

5. Amplasarea obiectelor în celulă
În final, după ce au fost stabilite detaliile tehnice legate de tipul echipamentelor ce se
doresc a fi utilizate, următorul pas constă în amplasarea acestora în spațiul celulei de proces.
Pentru acest lucru s-au ținut cont de următoarele considerente:
– Existența unui post de încărcare manuală;
– Intrarea unei piese în celulă prin intermediul unei benzi transportoare;
– Ieșirea ansamblului final din celulă prin intermediul unei benzi transportoare;
– Limitările de an vergură ale roboților;
– Zone de acces pentru tehnicieni;
– Prezența unui gard de siguranță;
Astfel, dispunerea echipamentelor în celulă s -a făcut astfel:
Fig 5.1 – Amplasament celulă (vedere de sus);
CONVEIOR
CONVEIOR STN_010
R1
R2
R3 STN_020 TD1
TD2
R4

25

STN_010 reprezintă postul de încărcare manual ă a pieselor ;
STN_020 este postul în care se execută operațiile de sudură în puncte;
R1 este robotul care execută operațiile de manipulare;
R2 și R3 sunt roboții care execută operațiile de sudură în puncte;
TD1 și TD2 sunt posturi desemnate pentru ascu țirea electrozilor paratelor de sudură;
Din p unct de vedere al siguranței, am introdus un gard de protecție cu o înălțime de 2m,
iar accesul se poate face doar printr -o singură locație . Totodată zona încărcare manuală a fost
delimitată pentru o protecție suplimentară în ideea ca prezentă operatorului uman va limita
activitățile roboților din acea zonă. Capitolul de siguranță va fi dezvoltat pe larg într -o dezvoltare
ulterioară a proiectului.

Fig 5.2 – Amplasament celulă (vedere în perspectivă);

26
6. Realizarea simulării bazată pe evenimente
Atunci când se realizează un proiect de Virtual Commissioing, este de preferat ca echipa
implicată să înțeleagă cum funcționează mediul de lucru în Process Simulate, dar ș aibă și
cunoștințe medii despre automatizări și programare PLC.
În Process Simulate există câteva cerințe privind proiectul înainte de a începe faza de
Virtual Commissioning. Avem nevoie de:
– amplasamentul final al celulei;
– proiectarea finală a echipamentului utilizat;
– Fiecare ansamblu mobil ar trebui să aibă cinematica corectă;
– Resursele necesare ar trebui definite drept componente inteligente care utilizează
blocuri logice;
– Off-Line Programming pentru operațiunile robotizate ar trebui terminat;
– Lista de semnale trebuie definită identic cu specificațiile diagramei electrice;
– Trebuie definită o conexiune externă preferată (PLCSIM, PLCSIM -Advanced, OPC
Connection, SIMIT);

Fig. 6.1 – Modul de lucru cu Virtual Commissionig

27
• Amplasamentul final al celulei
Dacă avem forma finală a linei de producție , putem fi siguri că rezultatele pe care le
obținem atunci când facem Virtual Commissioning vor avea același impact în viața reală. Orice
discrepanță între simulare și fabrica reală poate să genereze probleme majore atunci când se
realizează insta larea propriu -zisă.
Din acest motiv, fiecare echipament folosit în studiul realizat în Process S imulate ar
trebui să fie prezentat în forma finală de către echipa de proiectare. Validarea resurselor 3D este
o etapă ce se termină înainte de Virtual Commissi oning.

Fig. 6.2 – Amplasamentul final al studiului cu 4 roboți industriali

În etapa de validare a amplasamentului, numită Simulare, inginerii implicați au
următoarele atribuțiuni :
– Validarea elementelor de prindere a pieselor. Este important ca dispozi tivele proiectate să
poată fixa piese din producție . Orice greșeală sau lucru trecut cu vedere acum se va
reflecta în echipamentele instalate în fabrică.

– Validarea roboților . Inginerii de simulare se asigură că roboții sunt potriviți pentru
procesul în ca uză. Trebuie verificat dacă sarcina portantă sau viteza de deplasare sunt
corespunzătoare. În ultimă instanță , se verifică dacă roboții pot realiza operațiile pentru

28
care sunt gândiți. Pot apărea ipostaze în care un robot să nu poată ajungă într -un anumit
punct. Acest caz va genera modificări de amplasament.

– Verificarea interacțiunii dintre echipam ente. Sub nicio formă doua sau mai multe
echipamente nu trebuie să intre în coliziune. Acest lucru necesită foarte multă atenție și
este un pas crucial în această etapă. Din nou, orice greșeală provocată aici se va regăsi și
în fabrica reală, lucru ce va cauza daune materiale și dificultăți logistice.

• Cinematizarea resurselor
Este o activitate ce întră în componenta etapei de simulare. Fiecare model 3D este
introd us în proiect și cinematizat în funcție tipul echipamentului simulat.
În Process Simulate se pot face cinematizări simple redate de translații și rotații, dar și
cinematizări complexe prin realizarea mișcărilor plan paralele. Totodată, se pot seta
parametr ii precum viteză, accelerație limită de cursă și dependențe între cuplele cinematice.
Mai jos este ilustrată cinematizarea unei porți de acces, unde am selectat partea mobila,
partea fixă, axa în jurul căreia se face mișcarea de rotația și parametrii de mi șcare precum:
limite de cursă între 0o și 100o, viteză 500mm/s și accelerație 500mm/s.

Fig. 6.3 – Cinematizare unei resurse în Process Simulate

29
Pentru gripper -ul roboților și elementele de prindere din Stația 20 am folosit un procedeu
identic, singur ele diferențe constând în parametrii cinematici.
Chiar și în cazul roboților , mișcările lor imită foarte fidel modelul real. Din cauza faptului
că pentru un robot cinemtica este foarte complexă, cel mai viabil mod de a realiza un model este
de a-l obține direct de la producător. Din fericire, acest proces nu este dificil, toți producătorii de
roboți înțelegând această nevoie și realizând în acest sens un catalog digital de modele,
disponibil pentru oricine.
Pentru alte tipuri de resurse se poate proceda î n mod asemănător. Producătorul pune la
dispoziție modelele 3D pentru echipamentele produse, lucru ce face foarte facil construirea unei
linii de producție virtuale.

• Crearea resurselor inteligente
Prin faptul că avem cinematica corectă, vom putea face resu rsa "inteligentă".
Un dispozitiv inteligent se bazează pe reprezentarea grafică a unei resurse, dar adaugă
elemente de logică pentru a controla cinematica resursei. Ca urmare, utilizatorul are capacitatea
de a schimba valorile anumitor senzori, viteza și a ccelerația sau distanța parcursă de o resursă.
Aceste modificări pot fi declanșate de semnale care sunt utilizate în programul PLC. O
caracteristică excelentă a acestei funcționalități este că logica dispozitivului este stocată în
fișierul JT asociat al mo delului 3D.
Utilizarea dispozitivelor inteligente contribuie la eficientizarea și precizia simulării.
Funcționalitatea unor astfel de componente inteligente este implementată într -un "bloc logic". În
procesul de simulare, blocul logic acționează ca și crei erul componentei. Detectează schimbările
aduse semnalelor specifice și, pe baza acestor semnale, poate declanșa acțiuni adaptate
dispozitivului (de exemplu deschiderea sau închiderea unei cleme). Mai mult decât atât, aceștia
raportează starea dispozitivulu i prin utilizarea senzorilor de valoare comună și trimițând aceste
semnale către PLC.
Folosind blocuri logice, putem face componentele din celulele noastre să se miște atunci
când primesc o comandă și chiar transmită un feedback entității de control.
Acea sta înseamnă că putem muta o resursă într -o poziție specifică (Pose) la un moment dat. De
asemenea, ne așteptăm ca această componentă să ne "spună" starea actuală la momentul dat.
Practic, vrem să imităm comportamentul echipamentului real din fabrică. Aces t lucru
asigură faptul că modelul nostru digital este valabil și orice activitate efectuată în mediul virtual
va fi reflectată în realitate.

30

Fig. 6.4 – Meniul resurselor logice

Fig. 6.5 – Bloc Logic asociat unei resurse

31
Principalele componen te ale unui bloc logic sunt:

– Intrări (Entries). Sunt parametri care intră în blocul logic. Intrările pot avea un semnal
conectat la ele. În acest caz, sunt semnale OUTPUT din punctul de vedere al PLC -ul. În
mod obișnuit, semnalele de comandă de la PLC v or declanșa intrările Blocului Logic la care sunt
conectate.

Fig. 6.6 – Definirea intrărilor pentrul blocul logic
Variavilele de intrate se definesc în concordanță cu tipul semnalului trimis de PLC. Astfel
putem defini intrări de tipul: Bool, Byte, Word , Dword, Int sau Real. Totodată, putem lega mai
multe semnale la o singrua variabilă de intrare.

32
– Acțiuni . Ele sunt folosite pentru a muta dispozitivul într -o anumită poziție. Acestea sunt
declanșate de combinații de intrări și / sau de alți param etri. De asemenea, putem controla
unele caracteristici cum ar fi viteza, accelerația, decelerația.

Fig. 6 .7 – Definirea acțiunilor pentrul blocul logic

În cazul unor dispozitive specifice precum ar fi gripperul de robot, putem utiliza două
comenzi spe cifice:
– Grip : se folosește pentru a atașa un obiect de gripper în timpul simulării bazată pe
evenimente
– Release : detașează obiectele ce au fost atașate anterior de gripper.

33
– Parametri . Aceștia sunt folosiți ca extensii ale intrări sub formă de elemente lo gice
suplimentare. Aceștia pot fi definiți ca senzori pentru articulațiile dispozitivului sau orice alt
tip de semnal (Bool, Byte, Word, Real) care poate fi generat folosind condiții specifice.

Fig. 6.8 – Definirea parametrilor pentrul blocul logic

34
– Ieșiri . Ele pot fi văzute ca o parte finală a Blocului Logic. Sunt conectate la un semnal
care poate ieși în afara simulării și să ajungă în PLC. Practic, prin intermediul ieșirilor din
blocul logic, putem să transmitem starea resurselor din simulare căt re elementul de
control .

Fig. 6.9 – Definirea ieșirilor pentrul blocul logic

Deci, pentru a rezuma totul, un Logic Block acceptă semnale de intrare și semnale de
ieșire. Semnalele de intrare sunt folosite pentru a declanșa acțiunile, care în cazul nostr u fac
clemele deschise sau închise. Parametrii sunt făcuți mai ales, dar nu se limitează la, senzori de
valoare comună care detectează starea aparatului. Atunci când un parametru detectează valoarea
specificată a articulației, modifică semnalul corespunzăt or la valoarea True; o păstrează la Fals
dacă altfel.

35

Blocurile logice funcționează foarte îndeaproape cu logica PLC, deoarece intrările pentru
blocul logic sunt ieșiri din PLC, iar ieșirile din blocurile logice sunt intrări pentru PLC.

Fig. 9 – Logica fluxului de semnale dintre PLC și un Bloc Logic

Deoarece PLC -ul funcționează și cu alte tipuri de semnale, Blocul Logic are suport
pentru semnale mai complexe. Se pot utiliza următoarele tipuri: BOOL (1 bit), BYTE (8 biți),
INT (16 biți), DINT (3 2 biți), WORD (16 biți), DWORD (32 biți). Acest lucru înseamnă că un
bloc logic poate simula comportamentul oricărui tip de dispozitiv, făcându -l foarte flexibil și
versatil în ceea ce privește simularea echipamentului din fabrică.

Definirea resurselor logice este una dintre cele mai importante etape în realizarea
proiectului de Virtual Commissioning pentru că ne va putea permite să controlăm echipamentele
prin intermediul semnalelor într -un mod aproape identic cu ce se întâmplă în realitate. De fapt,
singura diferență va fi dată de lipsa cablurilor electrice.

• OLP (Off -Line Programming)
Următorul pas este să ne asigurăm că operațiile robotice sunt definite și finalizate. O
operațiune robotică ar trebui considerată un program robot real. În acest sens, n e așteptăm ca
orice lucru care se întâmplă cu un robot în mediul simulat, va fi reprodus exact în viața reală.
Pentru acest pas, avem nevoie de controlerul virtual robot încărcat în simulare. Asa cum
implică și numele, acesta simulează un controler pentru un model specific de robot. Deși Process
Simulate are un controler implicit care poate conduce orice resursă definită drept robot,
funcționalitatea sa este limitată, aceasta fiind o soluție generală. Prin utilizarea unui controler
realizat de un producător de robot pentru produsul său propriu, utilizatorul obține acces la curbe
mai precise de mișcare și comenzi specifice pe care controlerul real le poate executa. Drept
urmare, utilizatorul va observa o diferență semnificativă de funcționare atunci când rule ază
simularea cu un robot conectat la controlerul virtual. Cunoscând acest lucru, devine extrem de
important să controlerul de robot potrivit pentru a valida simularea în mod corespunzător.

36

Fig. 6.10 – Alegerea controlerului virtual potrivit

În plus faț ă de mișcarea precisă, utilizatorul are, de asemenea, acces la instrucțiuni mai
avansate numite comenzi OLP (Off -Line Programming). Ele sunt personalizate pentru fiecare
robot prin ceea ce se numește "Customizare XML". La bază, personalizarea este un fișie r ".xml"
care conține comanda robotului real în limbajul său specific de controler și o reprezentare pentru
Process Simulate într -un aspect mai ușor de utilizat.

Fig. 6.11 – Folosirea comenzilor OLP pentru realizarea programului Robot

37
Comenzile OLP pot fi introduse în orice locație a operației robotizate și după ce robotul
ajunge în acea locație, mai întâi controlerul trece prin fiecare comandă și numai după executarea
subrutinei, robotul se va muta în următoarea locație. Această funcționalitate, alături de profilurile
de personalizare introduse împreună cu fișierele XML menționate mai sus, oferă utilizatorului
posibilitatea de a utiliza informațiile de la Operațiile Robotice și Comenzi OLP și de a exporta un
program care va funcționa cu controlerul real și robotul. Mai mult decât atât, utilizatorul poate
importa programele reale care rulează pe controlerul fizic.
Process Simulate generează automat o operație de robot cu toate comenzile OLP în
locațiile corecte. Acest lucru este extrem de util atunci când o companie dorește să digitalizeze o
fabrică existentă. În acest fel, inginerii pot avea programe robot corecte și precise, cu toți
parametrii incluși, depășind necesitatea de a le recrea de la zero.
Pentru fiecare robot am realizat un program principal nu mit „MAIN” unde am apelat
diversele operații ale roboților.

Fig. 6.12– Structura programelor pentru roboți.

Desigur, fiecare operație de robot are setul ei specific de caracteristici. Fiecare punct al
traiectoriei are asociat un sistem de valori carteziene pentru poziționarea și orientarea în spațiu,
lucru ce determină și configurația folosită de robot .
Mai jo s voi ilustra programul de sudură pentru robotul R3 în care am selectat cele mai des
întâlnite coloane folosite pentru editarea traiectoriilor de robot.

38

Fig.6.13 – Programul de sudură al robotului R3.

Astfel, se poate observa că fiecare punct solici tă o anumită configurație din partea
robotului, lucru ce trebuie foarte meticulos verificat întrucât se doresc cât mai rare schimbările
de configurație . O schimbare de configurație poate modifica radical poziția robotului, iar dacă
acest eveniment se produ ce într -un loc restrâns, se va ajunge în situația de coliziune între
echipamente. Din această cauză, orice proiect cu roboți industriali trece prin faza de simulare
tocmai pentru a evita aceste evenimente. De reținut faptul că pe baza lucrului realizat în etapele
de simulate și OLP se va genera programul care va fi folosit pe robotul real.
Toate operațiile roboților le -am realizat în mod asemănător.

• Lista de semnale
Una dintre părțile cele mai importante pentru Virtual Commissioning este aceea de a avea
fiecare semnal corect definit și mappat cu adresa corespunzătoare. Semnalul nu este important
doar pentru simularea bazată pe evenimente, ele constituie baza pe care se face comunicarea cu
PLC-ul.
Deoarece ne folosim de o simulare bazată pe evenimente, este necesar un schimb
constant de informații între modelul 3D și sistemul de control.
Process Simulate are o interfață foarte intuitivă care ajută foarte mult la gestionarea
semnalelor, denumită "Signal Viewer", așa cum se arată în figura de mai jos.

39

Fig. 6.14 – Lista de semnale folosite în Process Simulate

Signal Viewer gestionează toate semnalele generate în cadrul proiectului Process
Simulate. Aici, utilizatorul are posibilitatea să creeze și să ștergă semnale, să redenumească cele
existente, să aleagă tipul, să le dea o adresă și să aleagă dacă semnalul este conectat la PLC sau
nu. Nu toate semnalele necesită o conexiune; multe dintre ele sunt utilizate numai în mod intern
în simulare. De asemenea, utilizatorul poate vedea resursele la care este asocia t un semnal.
De remarcat este și funcția de signal mapping. Prin intermediul acesteia, se pot importa
semnale foarte ușor din mediul de programare PLC și în acest mod putem avea o paritate între
semnalele din Process Simulate și cele care se folosesc în PL C.
O parte din semnale au fost generate în mod automat prin intermediul blocurilor logice
asociate resurselor. Acesta este cazul clampurilor din Stația 20 și a conveierelor, spre exemplu.

40
Semnale mai specifice și create manual am folosit în cazul roboților . Pentru confirmarea
cererilor de a accesa o zonă sau în cazul interferenței între roboți am folosit meniul „Robot
Signals”

Fig. 6.15 – Lista de semnale ale robotului R1 în Process Simulate

Aceste semnale se regăsesc și în fereastra principală, „Signa l Viewer” și, tot în aceeași
manieră, se poate crea semnale de intrare sau ieșire, se poate seta tipul variabilei, adresa fizică și
conexiunea externă.
Există o diferență prin prezenț a coloanei „Robot Signal Name”. Acestă intrare în tabel
reprezintă numel e variabilei folosite în comenzile OLP pentru operațiile robotului respectiv.
Astfel, putem avea un nume de semnal conform codului PLC și un nume distinct pentru
comenzile OLP, care de obicei este o variantă mai scurtă. Modificarea unei variabile o va
modi fica în mod automat și pe cealaltă.

41
• Conexiuni Externe
Există mai multe metode pentru a conecta simularea bazata pe evenimente din Process
Simulate la un dispozitiv extern, cum ar fi un PLC:
• OPC Data Access (OPC DA)
• OPC Unified Architecture (OPC UA)
• Simulation Unit (fostă Simba Box)
• Programe de Emulare:
o PLCSIM Classic
o PLCSIM Advanced
o Simit

Standardul OPC Classic
OPC Classic se bazează pe mediul OLE al Microsoft și necesită astfel ca tehnologia OLE
"COM" să fie prezentă în sistemul de operare. „OLE fo r Process Control” (OPC) definește
obiectele, metodele și proprietățile standard pentru îndeplinirea cerințelor de interoperabilitate
ale aplicațiilor de automatizare a proceselor în timp real. Aceste
cerințele includ:
• O tehnică standard pentru abordarea i nformațiilor conținute în dispozitivele sistemele de
control al proceselor
• Transferul eficient de date dintr -un dispozitiv de proces într -o aplicație
• Abilitatea unui client de a utiliza simultan mai multe servere
• Suport de configurare specific serverului
• Este o arhitectură client / server și modulară
Aproape toți furnizorii de automatizări suportă interfața OPC ca mijloc de a accesa
diferite tipuri de date între computerele gazdă și aplicațiile Windows cu scop general, nu doar
pentru funcțiile de monitoriza re.
Interfața OPC constă în câteva tipuri de servere care oferă diferite tipuri de date între
sistemul de control gazdă și interfețele cu scop general pentru accesarea acestor servere. În
contextul nostru, serverul OPC Data Access este folosit pentru citir ea (colectarea) și scrierea
(stabilirea) valorile curente ale datelor de proces utilizând ID -urile de elemente (nume de
variabile) ca identificatori de date.

Următoarea ilustrație prezintă o reprezentare funcțională pentru conexiunea
Process Simulate < -> Server OPC < -> PLC

42

Fig. 6.14 – Conexiune Process Simulate < -> Server OPC < -> PLC

Când se operează în modul OPC, Process Simulate acționează ca un client OPC. Asta
înseamnă că pentru a face schimb de valori cu serverul OPC trebuie să existe aceleași
identificatori. Acești identificatori sunt în mod normal furnizați ca nume de semnale. Este
responsabilitatea utilizatorului să verifice dacă numele semnalelor se potrivesc în serverul OPC
și în Process Simulate.
Pentru acest proiect am realizat o conexiune OPC folosind un automat programabil S7 –
1511 pe partea hardware și Kepware pe partea software.
Kepware OPC Server este o soluție foarte populară pentru aceste tipuri de aplicații
întrucât are suport pentru o gamă foarte largă de producători de PLC -uri, iar conexiunea se face
într-un mod foarte simplu: se alege producătorul de PLC, se alege protocolul de comunicare, se
alege gama produsului, se introduce adresa IP a dispozitivului, iar în final se introduc tag -urile.
Acestea sunt calea către semnalele de la P LC.
Între Process Simulate și Kepware Server asocierea dintre tag și semnal se poate face fie
pe bază de adresă, fie pe bază de nume. Între PLC și Kepware, asocierea se face pe bază de
adresă.

43

Fig. 6.15 – Realizarea conexiunii externe cu Kepware Serv er.

Dezavantajul acestei metode este că necesită o componentă hardware dar și una software,
niciuna dintre acestea nefiind gratuite. În cazul componentei hardware, și anume PLC -ul, trebuie
folosit automatul propus pentru realizarea proiectului, lucru ce poate să coste câteva sute de euro
sau chiar mii. Totodată, disponibilitatea hardware -ului în faza de proiectare nu este întotdeauna
posibilă. Sunt foarte puțin producători care pot să procure hardware într -un timp foarte scurt sau
care să aibă o gamă lar gă de automate disponibile doar pentru teste și programare.
Componenta software poate avea echivalent de la orice al producător. Spre exemplu alte
variante populare sunt Matrikon OPC server sau chiar Siemens SIMATIC OPC Server. Niciuna
dintre aceste varia nte nu este gratuită.

44
Standardul OPC UA

Fig. 6.16 – OPC Server UA.

OPC UA – OPC Unified Architecture – este un protocol de comunicare industrială
dezvoltat de către fundația OPC lansată în 2008 și este succesorul platformei OPC Classic (și
OPC DA print re ei).
Are noi capabilități, cum ar fi independența platformei (OPC Classic este bazată pe
COM, adică Windows based), securitate și modelare completă a informațiilor, menținând în
același timp suportul specificațiilor COM OPC Classic.
Scopul OPC UA este d e a standardiza în continuare comunicarea între diferite dispozitive
și sistem și pentru a permite un flux de date mai ușor, fiabil și mai sigur.

Când se în modul External Connection cu o conexiune activă OPC UA, Process Simulate
acționează ca un client O PC UA. Din nou, este important să avem aceleași nume de semnale în
ambele pârți, în Process Simulate, precum și în serverul OPC.

Process Simualte identifică semnalele din serverul OPC UA prin ID -ul specific, ce
este alcătuit din 3 lucruri care fac un sin gur nod în serverul OPC UA unic:
• NameSpaceIndex : defini tă în conexiunea OPC UA în sine;

45
• Tipul identificatorului : Process Simulate suportă doar tipurile de identificatori de tip
String și, prin urmare, schimbul de semnal se bazează pe numele semnalului.
Nodurile de alte tipuri (de exemplu numerice) nu sunt supuse comunicării.

• Identifier : trebuie să se potrivească cu numele semnalului în PS. Unele servere OPC
UA au reguli de numire pentru a crea Identificatori din datele PLC. De exemplu,
serverul Siemens Si matic Net OPC UA adaugă un prefix constant (de exemplu "S7 –
1500_ET200. <PLC NAME>") la orice identificator, în timp ce alte servere pot avea
o implementare diferită.

În acest caz, conexiunea presupune mai puține componente decât în cazul OPC Classic în
sensul că nu mai este nevoie de configurarea unui server OPC pe calculatorul folosit. În
automatele mai noi, spre exemplu S7 -1500, se poate activa serverul OPC UA direct în cadrul
procesorului PLC.
În TIA Portal, configurarea serverului OPC UA se realizează din proprietățile
automatului programabil.

46

Fig. 6.16 – Configurarea unui Server OPC UA în TIA Portal.

Din nou, apare dezavantajul necesității unei componente hardware.
Din cauza acestui aspect, am început să analizez metode care să simuleze automatul
programabil

PLCSIM Classic
PLCSIM este un emulator PLC de la Siemens Industrial Automation. Este folosit pe scară
largă pentru a emula comportamentul actual al codului PLC în diverse scopuri, cum ar fi
depanarea codului PLC sau ca în cazul nostru – punerea în funcțiune virtuală.
Există mai multe versiuni ale PLCSIM:
• PLCSIM Classic (versiunea 5+), utilizat pentru emularea PLC -urilor S7 -300 / 400, ca
extensie a platformei Simatic Step 7 sau TIA Portal.

47
• PLCSIM Standard (versiunea 11+), folosit pentru emularea PLC-urilor S7 -1200 / 1500
ca extensie a TIA Portal.
• PLCSIM Advanced (versiunea 1+), utilizat pentru emularea PLC -urilor S7 -1500 ca
extensie a TIA Portal.

Ca și în cazul OPC DA, scopul conexiunii PLCSIM este de a schimba informații, adică
semnale, printr -un protocol de comunicare, pentru a verifica comportamentul reciproc al ambelor
sisteme (simulare și emulare PLC) care rulează împreună.
Fig.
Fig 6.17 – Interfață PLCSIM Classic

Din păcate, conexiunea dintre PLCSIM Classic și Process Simulate nu este ce a mai
stabilă. PLCSIM Classic a fost dezvoltat împreună cu Simatic Manager și nu a fost proiectat
niciodată pentru a comunica în mod direct un un mediu de simulare. Recomandările oficiale sunt
să nu se folosească PLCSIM Classic pentru realizarea proiectulu i de Virtual Commissioning.
Totodată, PLCSIM Classic are suport doar pentru automate din gama S7 -300 și S7 -400.
Chiar dacă sunt generații mai vechi de PLC -uri, aceste game nu sunt nicidecum depășite, ele
fiind foarte des întâlnite în industrie. Cu toate ac estea am preferat folosirea unei arhitecturi noi,
care se va întâlni din ce în ce mai des în fabrici, dar și ca urmarea a faptului că am acces la
automatul S7 -1511 -1 PN, iar în acest mod pot observa dacă există diferențe între PLC -ul real și
cel simulat.
În acest sens, o alternativă foarte bună este PLCSIM Advanced.

48

PLCSIM Advanced
PLCSIM Advanced este un emulator PLC avansat de la Siemens Industrial Automation
conceput pentru a emula PLC -uri din seria S7 -1500, lansat pentru prima dată cu TIA Portal
versiu nea 14.0 (2016).
Spre deosebire de PLCSIM Classic, PLC -ul virtual creat de PLCSIM Advanced este în
esență identic cu un PLC real 1500. Acest lucru reduce considerabil diferența dintre emulator și
PLC-ul fizic și permite o reprezentare digitală mai precisă a acestuia pentru Virtual
Commissioning. De asemenea, fluxurile de lucru care includ un PLC emulat nu diferă deloc
diferite de fluxurile de lucru care includ un PLC fizic.
PLCSIM Advanced include și un API care permite software -ului terț să se conecteze la
acesta printr -o abordare mai stabilă, acesta fiind și modul în care Process Simulate comunică cu
el.
Caracteristicile cheie suplimentare pentru utilizatorii Process Simulate Commissioning
sunt posibilitatea de a rula mai multe instanțe de PLC -uri pe o sin gură gazdă și posibilitatea de a
rula instanțe pe o gazdă la distanță printr -o comunicare TCP / IP simplă.
PLCSIM Advanced poate emula doar PLC -urile S7 -1500.

49

Fig.6. 17 – Interfață PLCSIM Advanced

În Process Simulate, PLCSIM Advanced este considerat o c onexiune externă.
Conexiunea poate fi locală (poate fi executată pe gazda locală cu acces direct) sau la distanță
(funcționează pe o altă mașină prin intermediul comunicației TCP / IP). Pentru instanțele de la
distanță trebuie să fie introdus și numele gaz dă și portul.
PLCSIM Advanced include funcționalități pentru a vă asigura că un port este deschis
pentru comunicații pe o mașină de la distanță.
O singură instanță avansată PLCSIM poate fi atribuită doar unei singure conexiuni, astfel
încât, odată ce o in stanță este atribuită unei conexiuni, ea dispare din lista instanțelor active
disponibile.
Conexiunea cu PLCSIM Advanced oferă o altă opțiune: sincronizarea timpului. În acest
mod, ceasurile de simulare din Process Simulate și PLCSIM Advanced sunt sincron izate între ele
(Process Simulate fiind master), permițând o simulare mai simplă și mai simplă.

50
Din punctul de vedere al modului de lucru, am ajuns la concluzia că PLCSIM -Advance
este cea mai bună variantă pentru dezvoltarea codului PLC și a conexiunii cu simularea.
Process Simulate se poate conecta în mod direct la PLCSIM -Advance d, iar TIA Portal nu
va face diferența între un PLC real și cel simulat în momentul în se monitorizează semnalele.
Totodată, PLCSIM -Advance d poate simula orice PLC din gama S7 -1500, lucru ce
înseamnă că din punctul de vedere al costurilor, acestea vor fi mult mai mici decât în cazul
achiziționării întregului hardware pentru etapa de programare PLC.

7. Realizarea logicii de comandă
Logica de comandă s -a construit în jurul PLC -ului S7 -1511 produs de Siemens. S -a făcut
această alegere întrucât este un model la care am acces astfel încât pot conecta simularea la un
echipament de comandă real . Totodată, seria 1500 reprezintă vârful de gamă al procesoarelor de
la Siemens, ele fiind folosite p entru procese complexe, unde timpul de procesare este crucial, iar
numărul de intrări/ieșiri este mare.
Deși nu este necesar pentru scopul propus de Virtual Commissioning, am realizat și un
stand de control în care am integrat PLC-ul menționat mai devreme, împreună cu două butoane
de start și de stop, un buton pentru oprire de urgență și un semafor cu 3 culori.
Componentele detaliate ale standului sunt:
▪ Sursă alimentare 24V:
▪ Procesor Siemens S7 -1511 PN:
▪ Modul Intrare:
▪ Modul Ieșiri:
▪ Ecran HMI Siemens 7”:
▪ Buto n roșu:
▪ Buton Verde
▪ Buton E -Stop
▪ Semafor
▪ Profile aluminiu și accesorii pentru montaj;

51
7.1 Realizarea arhitecturii Hardware
Pentru arhitectura hardware, am realizat două lucruri
În primă instanță am realizat configurația din TIA Portal astfel încât proiec tul să
funcționeze atât în mediul real, cât și în cel simulat .
În configurația PLC-ului am introdus modulele pe care le am disponibile.

Fig. 7.1.1 – Configurația hardware a PLC -ului

Acesrea sunt:
o Sursă de alimentare 70W (cod Siemens: 6EP1332 -4BA00 );
o Procesor S7 -1511 -1 PN ( cod Siemens: 6ES7 511 -1AK01 -0AB0 )
o Modul Intrári Digitale 16x24VDC HF (cod Siemens: 6ES7 521 -1BH00 -0AB0 )
o Modul Ieșiri Digirale 16x24VDC/0.5A (cod Siemens: 6ES7 522 -1BH01 -0AB0 )

Pentru partea de afișare și comandă am folosit un HMI de la Siemens cu ecran tactil de 7
inchi, ce comunică prin intermediul protocolului Profinet.
Acesta are codul de produs: 6AV2123 -2GB03 -0AX0 .

52
Ca atare, structura rețelei de comunicare arată în felul următor:

Fig. 7.1.2 – Rețeaua de comunicare.

În ceea ce privește modulele de Intrare/Ieșire ale PLC -ului, acestea nu sunt folosite când
se lucrează cu semnalele digitale ce provin din simularea Process Simulate. Ele pot fi folosite
doar în mediul extern cu semnale transmise prin cabluri.
Ca atare, am realizat și o platformă care să poată utiliza aceste semnale. Arhitectura
hardware a platformei este una simplă formată din:
o Hardware PLC menționat mai devreme;
o HMI menționat mai devreme;
o Buton fără reținere de culoare verde;
o Buton fără reținere de culoare roșu;
o Buton de oprire de urgență;
o Semafor cu trei culori;
Nu este o configurație foarte complexă, însă poate fi conectată la PLC în scopul de a
controla simularea. Butonul verde dă startul procesului, butonul roșu încheie ciclul curent,
butonul de urgență oprește imediat totul, iar semaforul are rolul de indica starea procesului:
culoarea verde când procesul este activ, galben când procesul este în pauză și roșu când s -a
activat oprirea de urgență .

53

Fig. 7.1.3 – Panou comandă.

7.2 Realizarea codului PLC
Codul PLC l -am realizat în TIA Portal V14 SP1. Ca limbaj de programare am folosit
ladder.
Logica Ladder este o modalitate foarte simplă de a programa procesele de producție
secvențiale . Se bazează pe logica controlului cu relee, fiind un limbaj folosit la scală largă și în
prezent.
De menționat, pentru acest tip de proces industrial care se integrează într -o linie mult mai
mare, programarea PLC -ului se va face conform unui standard dezvoltat specific pentru
beneficiar. Astfel, chiar dacă, spre exemplu Volkswagen și Ren ault folosesc ca limbaj de
programare tot Ladder, fiecare producător își va dezvolta un standard propriu, cu librării de
funcții specifice pentru procesele lor. Aceste funcții pot fi legate de funcționalitatea
echipamentului pneumatic, interlock între roboți , situații de urgență etc.

54
Am ales ca pentru această lucrare să mă conformez unui standard anume, dar să folosesc
o structură asemănătoare cu ceea ce se găsește în industrie. Codul este funcțional și poate fi
explicat și înțeles foarte ușor. Mai jos, vor prezenta funcțiile importante folosite în proiect.

• Determinarea stării elementelor de fixare din Stația 20.

Fig. 7.2.1 – Rețea verificare stare clampi pneumatici

În acest network se înseriază semnalele de feedback de la elementele de prindere din
Stația 20. Astfel, în momentul în care absolut toate elementele pneumatice sunt în poziția OPEN
(deschis) se va activa semnalul de memorie „ALL_CLAMPS_OPEN”. Procedeul este echivalent
pentru poziția CLOSED (închis). Aceste semnale vor deveni utile mai depar te în codul PLC
pentru a simplifica lucrul astfel încât să nu verific de fiecare dată starea fiecărui semnal.
Un lucru de remarcat este faptul că pentru semnalele de la echipamentul pneumatic am
ales să folosesc o adresă fizică în standardul Siemens, chia r dacă nu voi acționa un echipament
fizic. Am făcut această definire pentru că aș putea conecta oricând un echipament echivalent la
un modul de intrare al unui PLC real, iar procesul meu va funcționa în mod identic.

55
• Acționarea echipamentelor pneumat ice din Stația 20.

Fig. 7.2.2 – Rețea pentru închiderea clampi pneumatici

În network -ul de mai sus am folosit o funcție de SET -RESET pentru acționarea
echipamentelor pneumatice. Semnalul de intrarea activează ieșirea și o menține activă chiar dacă
intrarea ia valoarea FALS. Ieșirea se va dezactiva numai în momentul în care semnalul conectat
la RESET capătă valoarea TRUE. În cazul de față, activez intrarea la un moment dat și vreau să
mențin activ semnalul de ieșire până când toate echipamentele sunt în poziția închis.
Același sistem se folosește în mod echivalent și pentru poziția deschis.

Fig. 7.2.3 – Rețea pentru deschidere clampi pneumatici

56
• Pornirea roboților

Fig. 7.2.4 – Logica de pernire a unui robot

Pentru pornirea roboților este neces ară realizarea unei secvențe de schimburi de semnale.
În primul rând, robotul are nevoie de un număr de program asociat operațiilor încărcate în
controller. În mod automat, robotul trimite înapoi numărul pe care îl primește , pentru a putea
verifica dacă nu au apărut interferențe pe calea de transmitere a semnalului. După ce se face
această verificare, se poate trimite semnalul de comandă pentru START.
Cum robotul pornește numai pe frontul crescător al semnalului (rising edge), folosesc
semnalul „R#_program Ended” pentru a reîncepe programul în mod automat când programul
curent își termină execuția. Această repornire automată se poate realiza cât timp semnalul de
STOP nu este activ.
Prin activarea semnalului STOP, robotul întră într -un proces de oprire „soft ”. El își
termină de executat programul curent și nu va reîncepe un program nou.
Toți roboții se opresc și pornesc cu aceleași semnale și își reactivează startul cu semnalul
echivalent „programEnded”.

• Funcțiile specifice robotului R1.

Fig. 7.2.5 – Tran smiterea unui semnal către robot

57
În acest network, se folosește semnalul determină dacă echipamentele pneumatice sunt în
starea închis și este transmis către robot prin intermediul unui semnal de tipul OUTPUT. Nici
în realitate acest lucru nu se poate rea liza în mod automat și direct, întrucât nu există o
conexiune directă între controllerul de robot și echipamentul pneumatic. Astfel, PLC -ul se
folosește ca echipament intermediar și de control.

Fig. 7.2.6 – Transmiterea confirmării de preluare de pe con veier către robot

Pentru a putea prelua piesa de pe conveier, robotul are nevoie de confirmare care este
livrată prin intermediul semnalului „R1_CLEAR_PICK_CONV_IN”. Acest semnal se
activează în momentul în care senzorul este activat de către prezenta piesei, dar și de
semnalul trimis de robot în momentul în care ajunge în poziția de preluare.

Fig. 7.2.7 – Transmiterea confirmării de preluare din stația 10 către robot

Pentru Stația 10, semnalul de confirmare „R1_CLEAR_PICK_STN_10” se activează
numai în momentul în care ambii senzori pentru piesele mici detectează prezența acestora și
robotul trimite cererea de preluare din locația corespunzătoare.

58

Fig. 7.2.8 – Transmiterea confirmării pentru depunere în stația 20 către robot

Ultima funcție specif ică a robotului R1 este cea care îi permite să depună piesa în Stația
20. Semnalul de confirmare „R1_CLEAR_DROP_STN_20” se activează în momentul în
care toate echipamentele pneumatice sunt în poziția deschis, senzorul de prezentă NU
detectează nicio piesă î n stație și robotul R4 și finalizat operația de preluare din Stația 20.
În acest caz, nu doar se verifică starea echipamentelor din stație, dar se realizaează șî un
interlock între cei 2 roboți care suplimentează programul de interferentă dintre roboti pe ntru
a asigura o redundanță în execuția procesului.

• Funcții specifice pentru roboții R2 și R3:

Fig. 7.2.9 – Transmiterea confirmării pentru începerea operației de sudură către roboți

Ambii roboți, R2 și R3, primesc permisiunea de a începe operațiunea de sudură în
momentul în care senzorul din Statia 20 detectează prezența piesei, toate echipamentele
pneumatice sunt în poziția închis, iar roboții R1, R4 și -au încheiat activitatea.

59

Fig. 7.2.10 – Funcția de activare a operației de ascuțire a electroz ilor.

Fig. 7.2.11 – Logica internă a funcției de ascuțire a electrozilor.

Operațiile de ascuțire a electrozilor se realizarea după un anumit număr de puncte sudate,
care se determină în funcție de mărimea electrodului, grosimea tablei, compoziția tablei și a
tipului de sudură efectuat. Astfel, în această funcție avem ca intrări numărul maxim de puncte

60
care se pot realiza până când este nevoie de ascuțire , numărul de puncte din operația de
sudură, semnalul de Weld_Complete și semnalul TD_Complete.
Weld_Complete se trimite când robotul termină operația de sudură și îmi incrementează
un counter intern al funcției , iar când acest counter ajunge la valoarea determinată de
împărțirea numărului maxim de puncte la numărul actual de puncte realizate, se active ază
comanda care trimite robotul către ascuțitoarea de electrozi.
• Funcții specifice pentru robotul R4:

Fig. 7.2.12 – Transmitere semnal către robotul R4
Asemenea robotului R1, se transmite starea echipamentelor pneumatice robotului în
momentul în care ace stea sunt în poziția deschis.

Fig. 7.2.13 – Transmiterea confirmării de preluare din stația 20 a robotului R4.

Semnalul care va permite robotului R4 să preia piesa din Stația 20 se activează în
momentul în care senzorul din Stația 20 detectează prezența piesei, roboții R2 și R3 și -au
încheiat operația de sudură, iar echipamentele pneumatice sunt în poziția închis.

Prin intermediul codului PLC am reușit să interacționez direct cu simularea și să comand
procesul în felul în care mi -am propus. Mai mult, am testat și validat mai multe scenarii de
siguranță pentru a mă asigura ca nu există pericolul unui incident nedorit.

61
Spre exemplu, două situații des întâlnite și în industrie sunt următoarele:
o Zonele de interferențe dintre roboți .

Fig. 7.2.14 – Zona de interferență între cei 4 roboți

Se poate observa foarte ușor că toți cei 4 roboți accesează aceeași zonă comună, lucru ce
poate deveni problematic în momentul în care ei vor intra în această zonă simultan. Introducând
o logică bazată pe semnale, roboț ii vor avea posibilitatea de a face o cerere de intrare în zonă, iar
PLC va analiza dacă cererea se poate soluționa și va trimite înapoi robotului un semnal de
confirmare.

Fig. 7.2.15 – Funcția „INTERFERENCE_ZONE”

Pentru fiecare robot am definit def init o serie de trei semnale: R#_enterZone, R#exitZone
și R#_checkZone. Robotul se oprește într -un punct desemnat și verifică dacă semnalul

62
„checkZone” are valoarea 0, iar dacă acest lucru este adevărat trimite către PLC semnalul
„enterZone” și își continu ă operația. În momentul în care iese din zona de interferență robotul va
trimite semnalul „exitZone”.

o Un alt aspect este legat de siguranța operatorului uman.

Fig. 7.2.16 – Zona de interferență între robot și operator

Siguranța operatorilor umani est e unul dintre cele mai importante aspecte ale unui proces
automatizat. Zonele comune dintre roboți și operatori trebuie tratate cu maximă atenție .
În cazul de față am simulat un scanner laser ce poate detecta prezența unor obiecte străine
în cadrul unui p erimetru. În momentul în care omul intră în acel perimetru, scanner -ul trimite
semnal către PLC, iar PLC -ul va activa semnalul „R1_ProgramPause” ce va opri activitatea
robotului R1. Când operatorul iese din perimetrul scannerului laser, PLC -ul va dezactiva
semnalul „R1_ProgramPause”, iar robotul R1 își va continua activitatea.

Fig. 7.2.17 – Logica de activare a semnalului „R1_programPause”

63
În network -ul de mai sus se poate observa că semnalul „R1_programPause” poate fi
activat în două moduri, fie printr -un semnal de memorie, fie prin semnalul
„LASER_SCANNER” descris anterior.
Situația de oprire de urgență am tratat -o prin folosirea unui semnal numit „e -STOP”. L –
am definit drept o intrare normal deschisă, astfel încât să fie mereu activă. Dacă butonul d e
oprire este anclanșat sau alimentarea este întreruptă dintr -un motiv anume, PLC-ul va activa
semnalele de „emergency stop” ale roboților .

Fig 7.2.18 – Logica de oprire de urgență în programul PLC
Roboții nu își vor relua activitatea în momentul în car e readuce în starea inițială butonul
de urgență . Aceștia trebuie readuși în poziția de start și restabilite condițiile de începere ale
procesului. Practic, tot procesul se reia de la început, iar orice progres se pierde, cu excepția
contorului numărului de puncte de sudură efectuate.
În acest mod, ținând cont de starea procesului, am realizat și regimul de funcționare al
semaforului

64

Fig 7.2.19 – Logica de comandă a semaforului în programul PLC

65
7.3 Realizare HMI
Ecranul HMI este componenta care face legătu ra dintre operatorii umani și procesul
automatizat. Această componentă es te un panou cu touchscreen ce a re rolul de afișare a
informațiilor esențiale procesului, dar și să permită utilizatorului să acționeze diverse
echipamente.
Interfața HMI am realizat -o în TIA Portal V14 SP1 folosind elementele oferite de WinCC
Basic V14 SP1. Am construit un singur ecran care să -mi ofere informațiile de care am nevoie. În
jurul fiecărui robot se află un buton, prin apăsarea căruia se afișează informațiile și comenzile
specifice pentru fiecare robot.
Totodată, din interfața HMI putem să comutăm procesul din modul Automat, în care totul
merge de la sine, în modul Manual unde operatorul uman trebuie să răspundă manual fiecărei
cerere lansată de roboți.

Fig 7.3.1 – Ecran HMI .

Pentru a putea afișa informațiile în funcție de ce robot este selectat, am realizat ecranul pe
mai multe nivele.

66

Fig 7.3.2 – Elemente HMI.

Astfel, prin folosirea unor elemente simple, se poate realiza un mediu de afișare și control
a echipamentelor în așa fel încât totul să fie foarte lizibil, iar butoanele digitale să poate fi
apăsate ușor și într -un mediu industrial.

Fig 7.3.2 – Informații despre roboți in cadrul HMI -ului.

67
8. Virutal Commissioning în mediul academic
Așa cum s -a menționat anterior, Virtual Commissioning se va utiliza pentru a
complementa resursele deja existente în laboratoare.
Cel mai bun exemplu pentru primul contact cu Virtual Commissioning este demonstrarea
faptului că între modelul 3D și ansamblul realul nu vor apărea deferențe de funcționalitate .
Propunerea mea pentru această etapă este utilizarea NX Mechatronics Concept Designer.
Acestă soluție software are posibilitatea nu doar de a simula mișcarea componentelor cu
limită de cursă, viteză și accelerație , dar se pot include și elemente precum accelerație
gravitațională , forțe de frecare și presiuni în cadrul elementelor pneumatice sau hidraulice.
Fig 8.1 Cilindru pneumatic; echipament real și model 3D.

Spre exemplu, standul didactic pentru acționări pneumatice poa te avea un corespondent și
în mediul virtual, iar în același timp și standul didactic și simularea se vor putea acționa
concomitent. Practic, studenții vor putea dezvolta codul PLC pentru proces cu posibilitatea de a
testa pe instalația reală, dar și pe si mulare.
Marele avantaj al acestui concept este că reduce considerabil timpul de testare. Cât timp
este disponibil doar un echipament la 25 de studenți , accesul acestora la echipament este foarte
îngreunat, însă dacă fiecare student are acces la o variantă virtualizată al echipamentului, vor
putea să -și dezvolte individual codul pentru conducerea procesului. Mai mult, vor putea
experimenta cu scenarii diferite fără să uzeze materialele disponibile în laborator.
Odată înțeles conceptul de Virtual Commission ing se pot introduce elemente mai
complexe precum sisteme de prindere/gripper.

68

Fig 8.2 Exemplu gripper pneumatic.

Fig 8.3 Configurarea parametrilor de acționare în NX MCD.

Prin folosirea parametrilor precum viteză, accelerație și forță, se poate m odela
comportamentul modelului 3D astfel încât să resp ecte indicațiile menționate în fișa tehnică a
dispozitivului fizic.

Următorul pas este integrarea mai multor elemente într -un sistem mai complex

69

Fig 8.4 Model 3D al unui sistem de Pick an d Place.

În imaginea de mai sus este ilustrat un sistem de Pick and Place. Sistemul este compus
din următoarele elemente:
– Axă de translație pneumatică pe direcție orizontală;
– Axă de translație pneumatică pe direcție verticală;
– Gripper pneumatic;
Studentu l va avea sarcina de a realiza următoarea secvență de operații prin intermediul
unui cod PLC:
1) Detecție piesă în poziția de preluare (POS_1);
2) Acționare cilindru pneumatic verical;
3) Închidere gripper;
4) Acționare cilindru pneumatic vertical;
5) Acționare cilindru pneumatic orizontal;
6) Acționare cilindru pneumatic vertical;
7) Deschidere gripper;
8) Revenire în poziția inițială ;
Pe această idee se pot integra sisteme din ce în ce mai complexe cu funcții cât mai
variate. Avantajul acestei metodologii este că din punct de v edere al procesului nu există prea
multe limitări, lucru ce ne permite să dezvoltăm aplicații ce vor pune studenții în fața unor
situații realistice.

70
Dezavantajul ar putea consta în faptul că fiind totul virtualizat, studenții ar putea omite că
ceea ce dez voltă în codul PLC are consecințe reale. De aceea, trebuie accentuat faptul că
simularea este în concordanță cu realitatea, iar ceea ce se vede în mediul digital este o validare a
ceea ce s -ar putea realiza în realitate.
Limitările programului NX MCD apar în momentul în care se dorește simularea mai
multor sisteme concomitent. Fiind un software care nu folosește o arhitectura multi -core a
procesorului , performanțele de simulare scădea drastic dacă se vor simula sisteme mai complexe.
Din această cauză, pentr u dezvoltarea unor scenarii mai avansate, cu mai multe resurse se
recomandă a se folosi Process Simulate

Spre deosebire de NX MCD, în Process Simulate se pierde abilitatea de a simula
accelerația gravitațională și alte forte , însă se câștigă abilitatea de a simula procese mult mai
complexe, cu mult mai multe dispozitive 3D.

Fig 8.5 Ansamblu 3D ale unei aplicații de asamblare în Process Simulate.

71

Astfel, așa cum se observă în imaginea de mai sus, s -au putut include 4 sisteme de Pick
and Place, 4 sist eme de conveiere, o masă indexoare și senzori de prezență piesă.
Comportamentul resurselor este determinat prin utilizarea blocurilor logice

Fig 8.6 – Blocul logic al mesei rotative în Process Simulate

Pentru Sistemul de indexare s -a realizat o structur ă cu o intrare unde se va conecta
semnalul de comandă de la PLC, iar ca ieșiri avem confirmări pentru cele 4 poziții ale mesei și
un semnal care ne indică dacă masa se rotește sau nu.

72
Celelate elemente pneumatice au o structură foarte simplă:

Fig 8.7 – Blocul logic al echipamentului de translație rotative în Process Simulate

Avem comenzi pentru a muta elementul în cele două poziții, precum și confirmări care
activează câte un semnal specific pentru fiecare capăt de cursă.
Similar este și pentru s istemele de transport.

Fig 8.8 – Blocul logic al sistemului de transport în Process Simulate

73
Se utilizează comenzi pentru pornirea și oprirea conveierului, dar și pentru schimbarea
direcției de deplasare și a vitezei.

Scopul laboratoarelor nu este ut ilizarea în sine a programelor NX MCD sau Process
Simulate, întrucât cunoașterea în profunzime a acestor soluții necesită mult timp și efort. În
schimb, aplicațiile realizate în aceste programe se vor folosi ca atare, fără a se interveni asupra
funcționali tății simulării. Singurele interacțiuni semnificative cu mediul de simulare se vor face
pentru validarea conexiunii cu elementul de control și pentru a observa consecințele codului
PLC.

Aplicații mai complexe

Fig 8.5 – Aplicație în Process Simulate
După înțelegerea principiilor de bază, în cadrul unui laborator cu studenți se pot aborda
procese mai ample în care să fie implicate mai multe echipamente.
Aplicația prezentată în această lucrare poate fi un exemplu foarte bun. Este de o
complexitate medie și acoperă multe dintre situațiile esențiale întâlnite în viața reală. Este
adevărat că lucrul în Process Simulate nu va pregăti studenții în tota litate pentru munca din
fabrică, însă din punct de vedere al logicii de comandă se vor putea prezenta exemple identice cu
cele reale.

74
9. Concluzii
Punerea în funcțiune virtuală se rezumă, după cum îi spune și numele, la realizarea unui
model digital foarte similar sau chiar identic cu modelul real, ce poate fi condus de către un
automat programabil. În acest mod, se realizează o linie de producție sau chiar o întreagă fabrică
digitală pe baza căreia se poate realiza, testa și valida codul PLC.
Scopul cu adevărat al unui proiect de Virtual Commissioning este de a realiza o variantă
mult mai matură a codului PLC. Din a cest considerent tot ce se realizează în această etapă a
studiilor se învârte în jurui ideii de simulare bazată pe evenimente.
Din punct de vedere al muncii depuse, timpul necesar realizării unui proiect de o
anvergură mai mare poate părea mare la început, însă este important de subliniat faptul că în
prezent orice integrator de soluții automatizate cu roboți industriali este obligat să își valideze
într-un fel sau altul echipamentele și traiectoriile roboților , atât din considerente de siguranță , dar
și pentru scurtarea timpului de lansare în producție .
În ultimii ani, consumatorul a creat nevoia de producții mai rapide și mai eficiente. Un
exemplu bun îl reprezintă industria automobilelor, unde producătorii de automobile vor lansa un
model cu mai multe var iante cum ar fi volan stânga sau dreapta, acoperiș tare, trapă, convertibil,
patru locuri, coupe și după un timp apare inițiativa pentru a lansa un model de facelift. Odată cu
punerea în funcțiune tradițională, executarea modificărilor necesare ar fi fost foarte dificilă și
consumatoare de timp, însă producătorii virtuali au capacitatea de a optimiza procesul, de a
vedea efectele modificărilor în timp real și de a valida întregul proces înainte de conectarea la
orice dispozitive fizice reale.
Principalele a vantaje pentru realizarea unui proiect de Virtual Commissioning înainte de
instalarea fizică sunt:
• Scăderea timpului de instalare cu până la 30%. După validarea tuturor programelor PLC
prin Virtual Commissioning, timpul alocat pentru depanare și remedierea erorilor de
logică scade considerabil.
• Reducerea costului schimbării cu detectarea precoce și comunicarea problemelor legate
de designul produsului.
• Reducerea numărului de prototipuri fizice cu validare virtuală în avans.
• Optimizarea timpilor de ciclu pri n simularea bazată pe evenimente, în care sunt definite
blocuri logice pentru a simula comportamentul echipamentului (dispozitivelor) din celula
robotizată.
• Minimizarea riscurilor de producție prin simularea mai multor scenarii de fabricație.
• Validarea tim purie a proceselor de producție integrate mecanic și electric (PLC și
robotică). Înainte de punerea în funcțiune virtuală, programele PLC nu au putut fi testate
într-un mediu virtual (simulat), până la instalare.

75
Din punct de vedere didactic, aplicațiile realizate în jurul conceptului de Virtual
Commissioning pot fi folosite ca suport pentru cursuri și laborato are ce preda u acționări sau
programarea PLC. În acest sens, studenții pot nu doar să vadă mai multe exemple de procese, dar
și să înțeleagă importan ța rigurozității în realizarea aplicațiilor de automatizări industriale, toate
acestea cu un cost material foarte redus.
Din punctul de vedere al aplicației practice, am realizat o simulare bazată pe evenimente
complet funcțională ce poate comunica cu oric e echipament de comandă. Este o aplicație pe care
o folosesc în mod curent în scopuri demonstrative la întâlnirile cu ingineri automatiști interesați
de conceptul de Virtual Commissioning, dar și pentru susținerea cururilor de Virtual
Commissioning. Astfel , chiar dacă nu este un lucru fizic, material, consider că am realizat un
produs viabil și pretabil în multe situații .

76
10. Bibliografie

[1] Dobrescu T. – Bazele Cinematicii Robotilor Industriali, Ed. Bren, ISBN -973-
9427 -02-2, București, 1998
[2] Dorin A., Dobrescu T., Pascu N., Ivan I., – Cinematica Roboților Industriali,
Editura Bren, ISBN -978-973-648-970-9, București, 2011
[3] Curs Siemens – Process Simulate Standalone – Intermidiate Robotic Simulation
[4] J.Stark, Product Lifecycle Management – 21st Century Paradigm for Product
Realisation, Springer, 2004.
[5] R. Cooper, Winning at New Products: Accelerating the Process from Idea to
Launch, Perseus Book Group, 2001.
[6] H. Bley and C. Franke, Integration of product design and ass embly planning in the
digital factory, CIRP Annals, vol. 53, no. 1, pp. 25 –30, 2004.
[7] S. Dominka, F. Schiller, and S. Kain, Hybrid commissioning – from Hardware -in-
the-Loop simulation to real production plants, Proceedings of the 18th IASTED
Internatio nal Conference on Modeling and Simulation (MS ’07), pp. 544 –549, Montreal,
Canada, 2007.
[8] Nicolae -Adrian DUMITRAȘCU , Alexandru DINCĂ, Miron ZAPCIU3 –
DIGITAL TRANSFORMATION OF INDUSTRIAL COMPANIES IN CONTEXT OF
INDUSTRY 4.0 , Conference Proceedings of t he Academy of Romanian Scientists
PRODUCTICA Scientific Session ISSN 2067 -2160 Volume 9, Number 1/2017 1
[9] Nicolae -Adrian DUMITRAȘCU , Alexandru DINCĂ, Miron ZAPCIU –
VIRTUAL COMMISSIONING OF A ROBOTIC CELL USING TECNOMATIX
PROCESS SIMULATE , Conference Pr oceedings of the Academy of Romanian Scientists
PRODUCTICA Scientific Session ISSN 2067 -2160 Volume 9, Number 1/2017 1
[10] Ilustrație gripper – https://www.justdial.com/photos/festo -controls -pvt-ltd-noida –
phase -2-noida -pneumatic -tool-manufacturers -1bkv2jx -pc-52239538 -sco-239l7ewx , 2018
[11] Ilustrație cinindru pneumatic, https://uk.rs -online.com/web/p/pne umatic -profile –
cylinders/1215293/, 2018

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: VIRTUAL COMMISSIONING PENTRU O LINIE DE PRELUCRARE A PIESELOR FOLOSIND ROBOȚI INDUSTRIALI Coordonator Absolvent S.L. Dr. Ing. Vasile Calofir Dincă… [604023] (ID: 604023)

Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.

VIRTUAL COMMISSIONING PENTRU O LINIE DE PRELUCRARE A PIESELOR FOLOSIND ROBOȚI INDUSTRIALI Coordonator Absolvent S.L. Dr. Ing. Vasile Calofir Dincă… [604023]

Copyright Notice

Finanțarea asistenței sociale furnizate de autoritățile locale [611667]

Termenul probiotic (din punct de vedere semantic pentru viată) a fost definit în [621265]

Cadrul didactic îndrumator: [624502]

CATEDRA „ECONOMIE, MARKETING ȘI TURISM” RAPORTUL PRIVIND EFECTUAREA PRACTICII DE SPECIALITATE la compania ICS ”ORBICO MA” SRL al masterandei : Lis… [600889]

(4 semestre, Ciclul II Bologna): [614026]

EFECTELE POLUARII CU METALE GRELE ASUPRA ECOSISTEMELOR [301640]

Copyright Notice

Similar Posts