Sveučilište u Rijeci TEHNIČKI FAKULTET Zavod za konstruiranje u strojarstvu
PLC upravljanje pneumatskih cilindara Izborni projekt
Diplomski studij strojarstva Konstruiranje i mehatronika
Kolegij:Hidraulika i pneumatika I Predmetni nastavnik: prof. dr. sc. Dubravka Siminiati Danijel Bertović 0069046873
Rijeka, srpanj 2013
Zadatak:slika
2
SADRŽAJ 1. 2.
3. 4. 5.
Stranica Uvod.................................................................................................... Uvod............................................ ........................................................................................... ................................... 4 Princip rada relejnog i PLC upravljanja na primjeru paljenja žarulja ............................................. 5 2.1 Relejno upravljanje žarulja................................... žarulja........................................................................................... ............................................................ 5 2.2 PLC upravljanje žarulja.................................................................................................. 6 2.3 Simulacija upravljanja žarulja u FluidSimP-u uz pomoć logičkih modula.................... 8 Relejno upravljanje postupkom bušenja.......................................... bušenja................................................................................ ...................................... 9 PLC upravljanje postupkom bušenja............................................ bušenja................................................................................... ....................................... 11 4.1 Simulacia PLC upravljanja postupkom bušenja na radnome stolu............................... 14 4.2 Simulacija bušenja u FluidSimP-u uz pomoć logičkih modula................................... 17 Zaključak................................................................................................................................ 20 Popis literature..................................................................................................................... 21 Popis slika............................................................................................................................ 21
3
1. Uvod U ovome projektu objasnit će se razlika između relejnog i PLC upravljanja na primjeru uređaja za bušenje (slika 1.1). Uređaj se sastoji od tri pneumaska cilindra, jedan cilindar je dvoradni a preostala dva su jednoradni. Tehnološki zapis je slijedeći: A+ B+ B‐ A‐ C+ C‐ . Cilindar A(dvoradni) se prvi izvlači i pomiče obradak prema radnome stolu. Cilindrom A se obradak istovremeno i steže (kada je klipnjača potpuno izvučena). Nakon stezanja aktivira se cilindar B (jednoradni) koji vrši bušenje obratka. Kada je bušenje gotovo cilindar B se uvlači, kada je cilindar B potpuno uvučen cilindar A se počinje uvlačiti i obradak se otpušta. U trenutku kada se cilindar A potpuno uvuče aktivira se cilindar C (jednoradni) koji gura obradak sa radnog stola na traku. Povratkom cilindra C u početni položaj operacija bušenja jednog obratka je gotova.
Slika 1.1-Slika ure đaja za bušenje
4
2. Princip rada relejnog i PLC upravljanja na primjeru paljenja žarulja Princip rada relejnog i PLC upravljanje, te njihova razlika objasnit će se na jednostavnome primjeru paljenja žarulja. Kod relejnog upravljanja kao što sama rije č kaže koriste se releji koji malu struju pretvaraju u veću, tj. signal (mala struja) koji dolazi od kontakta ili senzora se pomoću releja pretvara u veću struju, pomoću koje se aktivira neki izvršni element (u ovome slučaju žarulje). Pri čemu treba napomenuti da se ulazni signal uz pomoć elektromagneta i kotve (slika 2.1) pretvara u izlazni signal aktiviranjem kotve. Sami shematski prikaz se razlikuje od stvarne konstrukcije releja (slika 2.1) jer se kotva i eltromagnet crtaju odvojeno (slika 2.2).
Slika 2.1- Konstrukcija releja
2.1
Slika 2.2-Shematski prikaz releja
Relejno upravljanje žarulja Na slici 2.3 prikazana je shema paljenja 2 žarulje pomoću 4 kontakta i 4 releja.
Slika 2.3-Shema relejnog upravljanja iz FluidSimP 5
Kada je jedan od kontakta (npr.: S1) uključen zatvorit će se strujni krug i to će biti ulazni signal za relej K1. Relej K1 će pretvoriti ulazni signal u izlazni i aktivirati kotvu K1. U ovome slučaju postavljen je uvjet za paljenje žarulja: da bi žarulja-H1 svijetlila potrebno je ukljčiti dva kontakta (S3 i S4, tj. aktivirati releje K3 i K4, tj. kotve K3 i K4), ili da bi žarulja H2 svijetlila potrebno je uključiti kontakte S1 i S2, tj. releje K1 i K2.
2.2
PLC upravljanje žarulja
Pri korištenju PLC upravljanja shema se pojednostavljuje zbog toga što se kod PLC-a koristi upravljačka modul sa ulazima i izlazima koji u sebi sadrži procesor koji obra đuje signale po napisanome kodu (logičke funkcije I, ILI...). Pri tome se iz sheme izbacuju releji (K1, K2, K3, K4) i kotve (K1, K2, K3, K4)- slika 2.3. Kontakti (S1, S2, S3, S4) sada postaju davači signala i oni se spajaju na ulaze (E1, E2, E3, E4) u upravljačku kutiju (slika 2.4). Ti ulazni signali se obrađuju u procesoru i pretvaraju u izlazne signale A1, A2 i prema programu pale ili gase žarulje H1, H2.
Slika 2.4- Shema PLC upravljanja
Kod po kojem procesor obrađuje ulazne signale pisan je prema pravilima logičkih funkcija i obrađuje ulazne signale upravo po uvjetima koji su dani u poglavlju 2.1. Program glasi: WHEN E0.1 AND E0.2 THEN SET A0.1 6
OTHERWISE RESET A0.1 WHEN E0.3 AND E0.4 THEN SET A0.2 OTHERWISE RESET A0.2 Prema kodu žarulja H1 će se upaliti samo kada su kontakti S1 i S2 ukjlučena tj. kada daju signal na ulaze E1 i E2. Isto tako žatulja H2 će se uključiti samo kada ulazi E3 i E4 daju signal što znači da su kontakti S3 i S4 uključeni. Pri izradi sheme u FluidSimP-u, kao što je ranije napomenuto, izbačeni su releji i kotve a umjesti njih ubačenia su dva modula, jedan za obradu ulaznih signale a drugi za obradu izlaznih signale (slika 2.5).
Slika 2.5- Shema PLC upravljanja iz FluidSimP
7
2.3
Simulacija upravljanja žarulja u FluidSimP-u FluidSimP-u uz pomoć logičkih modula
FluidSimP nudi mogućnost izrade sheme za PLC upravljanje, ali program nema mogućnost ubacivanja koda kako bi se napravila simulacija. Ali zato se u FluidSimP-u, PLC shema može programirati pomoću logičkih modula. Umjesto modula za obradu ulaznih i izlaznih signala u shemu se postavlja logički modul koji na sebi ima priključke za ulazne i izlazne signale (slika 2.6).
Slika 2.6- Shema logi čkog upravljanja žaruljama
8
Programiranje logičkog modula je pojednostavljeno, klikom na logički modul u shemi otvara se prozor (slika 2.7) u kojemu su prikazani ulazni i izlazni priključci. Dodavanjem logičkih modula (AND, IF, OR, ELSE...) i njihovim spajanjem na ulaze/izlaze definira kako će ulazni signal utjecati na izlazni signal.
Slika 2.7- Shema logičkog modula
Princip rada: princip rada se bazira na uvjetima koji su opisani u poglavlju 2.1. Uz pomo ć modula AND dan je uvjet da signal mora do ći sa kontakta S1 i S2 (koji su spojeni na ulaze I0 i I1) kako bi se ta dva ulazna signala pretvorila u izlazni signal Q0 koji će upaliti žarulju H1. Isto pravilo vrijedi za žarulju H2, logičkim modulom AND dan je uvjet da se ona upali samo ako dođu signali sa kotakta S3 i S4.
3. Relejno upravljanje postupkom bušenja Za izradu ove sheme korišteni su (osim 3 cilindra i 3 ravodnika) kontakti (S, S1, 1S2...), releji (K1, K2, K3, K4) i elektromagneti za uklju čivanje razvodnika (Y1, Y2, Y3, Y4). Ručnim kontaktom i mehaničkim graničnim kontaktima daju se ulazni signali relejima a releji daju izlazni signal elektromagnetima za aktiviranje razvodnika (slika 3.1). Cilindri se izvlače i uvlače pema tehnološkome zapisu na temelju ulaznih signala koje daju kontakti (1S1, 1S2, 2S1, 2S2, 3S1, 3S2).
9
Slika 3.1- Shema relejnog upravljanja bušenjem
Princip rada: -za izvlačenje cilindra A potrebno je aktivirati kontakt S (na liniji 1), pri čemu kontakt K5 (na liniji 1), mora biti uključen, jer je relej K5 neaktivan, što zna či da su klipnjače cilidra A i B uvučene i cilindar A može započeti sa izvlačenjem. -kad se cilindar A potupno izvuče aktivira se kontakt 1S2 (na liniji 3), i aktivira se relej K3 koji aktivira elektromagnet Y3 i započinje izvlačenje cilindra B. -kada se cilindar B potpuno izvuče aktivira se kontakt 2S2 i uz uvjet da je aktiviran i kontakt 1S2 aktivira se relej K5 koji deaktivira kotve K5 (na liniji 1 i 3), zbog čega deaktivira eletromagnet Y3 (na jednoradnome cilindru B) i započinje uvlačenje cilindra B. Istovremeno se deaktivira elektromagnet Y1 koji će kasnij omogučiti aktiviranje Y2 i uvla čenje klipnjače A. -kada se cilindar B potpuno uvuče aktivira se kontakt 2S1 (na linij 2) i uz prethodno aktiviranu kotvu K5 aktivira se relej K2 koji aktivira elektrmagnet Y2 i započinje uvlačenje cilindra A. 10
-sada kada je cilindar A potpuno uvučen i relej K5 deaktiviran, cilindar ostaje na početnome položaju a signal sa 1S1 i 3S2 aktivirat će relej K4 koji aktivira Y4 i započinje izvlačenje cilindra C. Zbog povezanih kontakta S (na liniji 1 i 5) samo kada je kontakt s linije 1 neativan aktivirati će se relej K4. -jednom kada se cilindar C potpuno izvuče aktivirat će se kontakt 3S2 koji će prekinuti signal za relej K4 i započinje uvlačenje klipnjače C.
4. PLC upravljanje postupkom bušenja Kao što je ranije navedeno za PLC upravljanje nekog susutava izbacuju se iz sheme releji i kotve te se ulazni kontakti spajaji na modul za obradu ulaznih signala a elektromagneti se spajaju na modul za obradu izlaznih signala (vidi slika 4.1).U ovome slučaju za ulaze postavljeno je 7 kotatakta (6 za krajnje položaje cilindra i 1 za ru čno aktiviranje postupka na početku rada), dok su za izlaze postavljeni elektromgneti koji direktno aktiviraju razvodnike.
Slika 4.1- Shema PLC upravljanja bušenjem
11
Kod kojeg treba učitati u PLC procesor glasi: STEP Start IF I0.6 THEN NOP STEP Aplus IF I0.6 AND I0.0 AND I0.2 AND I0.4 THEN SET O0.0 RESET O0.1 STEP Bplus IF I0.1 THEN SET O0.2 STEP Bminus IF I0.3 THEN RESET O0.2 STEP Aminus IF I0.2 THEN RESET O0.0 SET O0.1 STEP Cplus IF I0.0 THEN SET O0.3 STEP Cminus IF I0.5 THEN RESET O0.3 STEP Back IF I0.4 THEN JMP TO Start Objašnjenje koda (proncip rada): STEP Start - ako se dobije signal samo sa tipkala S6 (što zna či da svi cilindri nisu u po četnome položaju) ništa se neće desiti (NOP - no operation), već program mora pričekati sa su svi cilindri uvu čeni.
12
STEP Aplus -jednom kada su svi cilindri uvučeni i kada se dobije signal sa tipkala S6 aktivira se elektromagnet Y0 (THEN SET O0.0 ) i započinje izvlačenje cilindra A. Naredba RESET O0.1 služi da se prekine signal koji je aktivirao Y1 (iz prethodnog ciklusa) kako bi se sprije čila pojava blokirajućeg signala pri uključivanju elektromagneta Y0. STEP Bplus i STEP Bminus -kada se cilindar A potpuno izvuče dati će signal na I1(B1) i aktivirati će se elktromaggnet Y2 i započet će izvlačenje cilindra B. Kada se cilindar B potpuno izvuče dati će signal na ulaz I3(B3) i deaktivirati će se Y2 (THEN RESET O0.2 ) pri čemu započinji uvlačenje cilindra B (zbog toga što je to jednoradni cilindar). STEP Aminus -kada se cilindar B potpuno uvuče aktivirati će se I2(B2) što daje naredbu elektromagnetu Y0 da se ugasi(THEN RESET O0.0 –da se izbjegne blokirajući signal) i aktivira se elektromagnet Y1 i započinje uvlačenje cilindra A. STEP Cplus -kada se se cilindar A potpuno uvuče dati će signal na I0(B0) koji će aktivirati elektromagnet Y3 (THEN SET O0.3) i započnje izvlačenje cilindra C. STEP Cminus -kada se cilindar C potpuno izvuče dati će signal na I5(B5), prekinuti će se signal na elektromagnetu Y3 (THEN RESET O0.3) i cilindar C će se uvući. STEP Back -kada se cilindar C potpuno uvuče dati će signal na I4(B4) što znači da je proces gotov i da može početi ispočetka (THEN JMP TO Start - vrati se na korak start).
13
4.1
Simulacia PLC upravljanja postupkom bušenja na radnome stolu
Zbog nemogućnosti izrade simulacije PLC upravljanja u FluidSimP-u, simulacija će se odraditi na probnmom stolu kako bi se ispitalo da li je kod ispravno napisan, tj. da li će se cilindri izvlačiti po tehnološkome zapisu. Simulacija je izvedena u labratoriju za Hidrauliku i pneumatiku u Tehničkoj školi za strojarstvo i brdogradnju Rijeka. Cilindri (A, B, C-slika 4.2) i senzori su složeni prema shemi (slika 4.1).
Slika 4.2-Probni stol
Zbog nedostatka opreme korištena su samo 2 mehanička granična prekidača (slika 4.3, B0 i B2), 1 induktivni (slika 4.3, B1), 1 kapacitativni (slika 4.3, B3), 1 opti čki (slika 4.3, B5), i 1 reed kontakt (slika 4.2, B4).
14
Slika 4.3-Senzori
Za učitavanje koda u PLC memorijski modul (slika 4.5) bilo je potrebno na ra čunalo instalirati FESTO-ov program FST 4 (slika 4.4), pomoću kojeg se datoteka sa kodom učitala u memorijski modul.
Slika 4.4-Sučelje programa FST 4
Slika 4.5-Memorijski modul
15
Memorijski modul ima mogućnost memoriranja samo jednog koda tako da kada se učita novi kod stari se automatski izbriše iz memorije. Sam program FST 4 nudi puno gotovih primjera za učenje koji već imaju napisan kod i samo je potrebno složiti komponente na stolu prema shemi. Isto tako u program FST 4 može se učitati datoteka sa gotovim kodom ili se može kod ispisati u programu pa učitati na PLC. Jednom kada je kod učitan u memorijski modul, trebalo je spojiti memorijski modul sa modulima na kojima su spojeni ulazi i izlazi signala (slika 4.6). Pritiskom na tipkalo Start započeo je proces bušenja.
Slika 4.6-Probni stol sa spojenim elementima
Zaključak: Na temelju izvedene simulacije zaključeno je da je kod za PLC upravljanje (zadanog procesa bušenja) ispravno napisan i da se cilindri izvlače/uvlače prema tehnološkome zapisu. Isto tak na temelju simulacije iz FluidSimP-a za relejno bušenje, zaklju čeno je da su oba dvije simulacije (tj. sheme i kod) izra đene propisno i da se isti proces može simulirati na dva različita načina, pri čemu su se dobili isti rezultati (što se tiče tehnološkog zapisa), i da se obje metode mogu primjeniti u stvarnim uvjetima.
16
4.2
Simulacija bušenja u FluidSimP-u uz pomoć logičkih modula
Kako bi se ipak mogla izraditi simulacija bušenja u FluidSimP-u, PLC shema bušenja će se pokušati programirati uz pomoć logičkih modula. Sam postupak programiranja pomoću logičkih modula je sličan kodu koji se ubacuje u PLC jer se bazira na logičkim funkcijama (IF, AND, OR...). Nažalost pri pokušaju da se PLC shema bušenja programira pomoću logičkih modula (slika 4.7) došlo je do pojave blokirajućeg signala zbog čega se simulacija nije mogla izvesti do kraja.
slika 4.7-Shema bušenja pomo ću logičkih modula
17
Kako bi se izbjegla pojava blokirajućeg signala na PLC shemi iz prethodnog poglavlja, odlučeno je da će se napraviti shema s dva cilindra bez blokirajućeg signala kako bi se mogla napraviti simulacija pomo ću logičkih modula. Shema (slika 4.8) se sastoji od 2 dvoradna cilindra, 2 razvodnika, 5 kotakta i 4 elektromagneta za aktiviranje razvodnika. Jedina razlika, u odnosu na PLC shemu, je u logičkome modulu (koji se sastoji iz jednog dijela na kojeg su spojeni ulazi i izlazi) i tehnološkome zapisu: A+B+A-B- (kako ne bi došlo do blokiraju ćeg signala).
slika 4.8-Shema bez blokraju ćeg signala
18
slika 4.9-Shema logičkog modula
Programiranje se sastoji od slijedećeg: da bi se klipnjača A počela izvlačiti potrebno je pritisnuti kontakt S, pri tome ako su oba dvije klipnja če uvučene pritiskom na kontakt S jedan signal će doći na ulaz I0 a drugi na ulaz I3. Logičkom funkcijom (modulom) AND dan je uvjet da signal mora doći sa I0 i I3 i samo onda će se signal proslijediti na izlaz Q1 koji će aktivirati elektromagnet Y1 i započet će izvlačenje cilindra A. Kada cilindar A dosegne krajnji položaj aktivirati će kontakt A1 i taj signal izravno aktivira izlaz Q3 tj. Y3 i zapo činje izvlačenje cilindra B. Kada cilindar B dosegne krajnji položaj aktivira se kontakt B1 i uz prethodno aktivirani kontakt A1 (izvučeni cilindar A) povezivanjem ulaza I1 i I2 daje se uvjet za aktiviranje izlaza Q2 koji aktivira Y2 i započinje uvlačenje cilindra A. Sada kada je aktiviran kontakt A0 i uz prethodno aktivirani kontakt B1 stvorio se uvjet za aktiviranje izlaza Q4 koji aktivira elektrmagnet Y4 i započinje uvlačenje cilindra B. Time je proces gotov.
19
5. Zaključak Na temelju dobivenih rezultata dokazano je da se postupak bušenja pomoću pneumatskih cilndara može automatizirati koristeći relejno i PLC upravljanje. Kada bi trebalo odabrati između releja i PLC za automatizaciju nekog pogona, PLC upravljanje dolazi do izražaja i ima prednosti (u odonosu na relejno upravljaje) kao što su: potreba za manjom kli činom elektroničkih kompomneneti, jednostavno programiranje, brzina i pouzdanost, modularnost sklopova (komponenti), minimalne potrebe održavanja, prilagođenost za rad u industrijskim uvjetima... Svemu tome još ide u korist činjenica da je PLC upravljanje razvijeno kao zamjena za složene relejne upravljačke sklopove. Nekad su PLC-ovi bili skuplji od reljnog upravljanja i to im je bio glavni nedostatak, ali danas je cijena PLC puno pristupačnija što čini PLC prvim izborom pri automatizaciji složenih industrijskih postrojenja.
20
Popis literature: Nikolić & Novaković, Pneumatika i hidraulika 2. dio, Hidraulika, Školske novine, Zagreb 2005.g. M.Zagorac , Predavanje: Elektropneumatika i elektrohidraulik ele ktrohidraulikaa D. Siminiati, Predavanja: HIDRAULIKA I PNEUMATIKA 1 Nebojša Nikolić, Seminarski rad: Programibilni logički kontroler-PLC
Popis slika: stranica 1.1- Slika uređaja za bušenje........................................................................................................ 4 2.1- Konstrukcija releja ............................................................................................................... 5 2.2- Shematski prikaz releja.............................................................................................................................5 2.3- Shema relejnog upravljanja iz FluidSimP .................................................................................. ........................................... ....................................... 5 2.4- Shema PLC upravljanja........................................................................................................ 6 2.5- Shema PLC upravljanja iz FluidSimP .............................................. ....................................................................................... ......................................... 7 2.6- Shema logičkog upravljanja žaruljama..................................................................................... ........................................... .......................................... 8 2.7- Shema logičkog modula....................................................................................................... 9 3.1- Shema relejnog upravljanja bušenjem .................................................................................... 10 4.1- Shema PLC upravljanja bušenjem......................................................................................... 11 4.2- Probni stol................................................................................................................................................14 4.3- Senzori............................................................................................... ........................................ ..................................................................................... .............................. 15 4.4- Sučelje programa FST4...........................................................................................................................15 4.5- Memorijski modul.................................................................................................................................... 15 4.6- Probni stol sa spojenim elementima....................................................................................... 16 4.7- Shema bušenja pomoću logičkih modula................................................................................ 17 4.8- Shema bez blokrajućeg signala............................................................................................. 18 4.9- Shema logičkog modula...................................................................................................... 19
21
