AVTOMATIZACIJA

(1)

Univerza v Ljubljani

Fakulteta za elektrotehniko

MATEVŽ MAGAJNE

AVTOMATIZACIJA SISTEMA VAKUUMSKEGA TRANSPORTA

ODPADKOV

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika

Mentor: doc. dr. Vito Logar

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Vitu Logarju za mentorstvo in vso pomoč s predlogi in opazkami pri pripravi diplomske naloge.

Zahvaljujem se podjetju Eksist d.o.o., ki mi je omogočilo opravljanje projekta opisanega v tej diplomski nalogi. Posebej bi izpostavil mentorja Tomaža Lahajnarja, ki mi je bil v veliko pomoč pri projektiranju in programiranju sistema. Hvala tudi ostalim sodelavcem v podjetju, ki so mi kakorkoli pomagali z nasveti ali izkušnjami.

Predvsem pa bi se zahvalil staršem in sestri, ki me že celotno študijsko pot podpirajo, bodrijo in mi pomagajo po svojih močeh.

(4)

(5)

v

Vsebina

1 Uvod 1

2 Opis in zahteve sistema 3

2.1 Opis sistema ... 3

2.2 Sestavni deli ... 6

2.3 Režimi delovanja ... 7

2.4 Opis gradnikov sistema ... 8

2.5 Zasnova elektro načrta ... 11

2.6 Zahteve za izdelavo PLK programa ... 13

2.7 Zahteve za izdelavo uporabniškega vmesnika ... 14

2.8 Opis uporabljenih orodij ... 15

2.8.1 Programsko okolje TIA portal ... 15

2.8.2 Programski jeziki ... 16

2.8.3 Načrtovalski program WSCAD SUITE X ... 17

3 Izdelava sistema 19 3.1 Projektiranje elektro-krmilja ... 19

3.1.1 Stopnja zaščite IP ... 24

3.1.2 Konfiguracija oddaljenega dostopa ... 25

3.2 Izdelava načrta ... 28

3.3 Izdelava PLK programa ... 31

3.3.1 Funkcijski blok odjemnega mesta ... 32

3.3.2 Funkcijski blok vakuumske postaje ... 36

3.3.3 Funkcijski blok parametrov odjemnih mest... 40

3.3.4 Funkcijski blok parametrov vakuumskih postaj ... 42

3.4 Izdelava uporabniškega vmesnika ... 43

3.4.1 Osnovni meni ... 43

3.4.2 Meni parametrov ... 44

3.4.3 Meni ročnega posluževanja ... 46

3.4.4 Meni alarmov ... 47

3.4.5 Meni sistem ... 48

(6)

vi Vsebina

vi

4 Sklep 50

5 Literatura 52

(7)

vii

Kazalo slik

Slika 1: Prva linija s petimi postajami ... 3

Slika 2: Druga linija s sedmimi postajami ... 4

Slika 3: krmilna doza odjemnega mesta ... 4

Slika 4: Krmilna doza za vakuumske postaje ... 5

Slika 5: Razvodna doza ... 5

Slika 6: Shema vakuumskega transporterja ... 7

Slika 7: 3D model vakuumske postaje... 8

Slika 8: Obroč za ustvarjanje vakuuma ... 9

Slika 9: 3D model zasuna ... 10

Slika 10: 3D model metuljastega zapaha ... 10

Slika 11: Shema FIFO pomnilnika ... 13

Slika 12: Uporabniški vmesnik ... 14

Slika 13: Začetni zaslon TIA portal ... 15

Slika 14: Primer kode v strukturiranem tekstu ... 16

Slika 15: Delovno okolje programa WSCAD ... 17

Slika 16: Primer upravljalnika v programu Wscad... 18

Slika 17: Sponke v senzorski dozi vakuum postaje ... 20

Slika 18: Sponke v senzorski dozi odjemnega mesta ... 20

Slika 19: Shema PLK krmilnika ... 22

Slika 20: Elektronska varovalka MURR-ELEKTRONIK ... 23

Slika 21: Secomea naprava za oddaljeni dostop ... 23

Slika 22: Nastavitveno okno za IP naslove... 26

Slika 23: Nastavitveno okno SiteManager naprave ... 27

Slika 24: Izgled LinkManager menija ... 28

Slika 25: Del načrta za vakuumsko postajo ... 29

Slika 26: Del načrta krmiljenja vakuum postaj... 30

Slika 27: Del načrta odjemnih mest ... 30

Slika 28: Izris postavitve ... 31

Slika 29: Osnovni zaslon ... 44

Slika 30: Zaslon parametrov vakuum postaj ... 45

(8)

viii Kazalo slik

viii

Slika 31: Zaslon parametrov odjemnih mest ... 45

Slika 32: Meni ročnega upravljanja vakuum postaj ... 46

Slika 33: Meni ročnega upravljanja odjemnih mest ... 47

Slika 34: Meni alarmov ... 48

Slika 35: Meni sistem ... 49

(9)

ix

Seznam uporabljenih simbolov

PLK – programirljivi logični krmilnik

LAD – (ang. Ladder diagram), lestvični diagram

SCL – (ang. Structured control language), strukturiran kontrolni jezik FBD – (ang. Function block diagram), funkcijski bločni diagram

FIFO – (ang. First in First out), medpomnilnik pri katerem je prvi vhodni podatek tudi prvi na izhodu

HMI – (ang. Human-Machine interface), vmesnik, ki povezuje osebo z napravo ali sistemom

TIA Portal – (ang. Totally Integrated Automation Portal), Siemensov programski paket za programiranje PLK-jev

(10)

x Seznam uporabljenih simbolov

(11)

xi

Povzetek

Diplomska naloga je nastala na podlagi industrijskega projekta, ki je bil izveden v okviru podjetja Eksist d.o.o. in v sodelovanju z njihovim naročnikom. Naloga opisuje izdelavo elektro-krmilnega sistema za vakuumski transporter odpadkov. Naročnik je želel zasnovo elektro-krmilnega dela narediti popolnoma na novo, neodvisno od obstoječih krmilij za podobne stroje, in sicer zaradi možnosti prenosa izdelanih načrtov in programov na druge tovrstne projekte.

V prvem poglavju je opisano delovanje sistema, njegovi sestavni deli, režimi delovanja, zasnova elektro načrta, zahteve za izdelavo PLK programa in uporabniškega vmesnika ter uporabljena orodja.

Drugo poglavje je posvečeno izdelavi sistema. Najprej je predstavljeno načrtovanje elektro-krmilja, nato izdelava elektro načrta glede na podatke iz faze projektiranja. Nazadnje je prikazana še izdelava krmilnega dela s poudarkom na načrtovanju programske kode za krmilnik Siemens S7-1500SP in izgradnji uporabniškega vmesnika v programskem okolju TIA portal.

Ključne besede: vakuumski transporter, PLK, uporabniški vmesnik, S7-1500SP, TIA portal

(12)

xii Povzetek

(13)

xiii

Abstract

This bachelor thesis focuses on an industrial project that was carried out in cooperation with the company Eksist d.o.o. and its client. The thesis describes the making of an electrical control system for a vacuum conveying system. The client wanted an entirely new design for the electrical control system, independent from the existing controls for comparable machines because of possible design and program transfer to other similar projects.

The first chapter describes the operating of the system and its components, operation modes, the electrical scheme design, the requirements for PLC programming, the user interface, and the tools used.

Chapter Two is dedicated to the making of the system. First, we present the design of the electrical control system then the electrical scheme is drawn up according to the data from the design phase. Finally, the making of the controller with the focus on designing a programming code for the Siemens S7-1500SP controller and the construction of a user interface in the TIA portal software environment is presented.

Keywords: vacuum conveying system, PLC, user interface, S7-1500SP, TIA portal

(14)

xiv Abstract

(15)

1

1 Uvod

Vakuumski transporterji so namenjeni prenosu materiala iz enega mesta na drugo. Zelo pogosto jih najdemo v živilski industriji, kjer predvsem predstavljajo podporno funkcijo osnovnemu procesu. Velikokrat gre za prenos praškastih materialov oz. doziranje teh v osnovni proces. Tovrstne transporterje najdemo tudi v komunalni industriji namenjene prenosu odpadkov ali za transport odpadkov v živilski industriji. Med drugim se tovrstni sistemi uporabljajo v vsakdanjem življenju na ladjah, potniških letalih in v velemestih za prenos odpadkov.

Naročnik stroja opisanega v tej nalogi se ukvarja z izdelavo linij in strojev za klavnice. V klavnici se pri delu nabirajo organski odpadki, ki jih je potrebno nekako zbrati, da se jih lahko ustrezno deponira. Ker gre za velike objekte je ročno prenašanje odpadkov preveč zamudno in bi delavcu vzelo preveč časa. Zato se v tovrstne objekte vgrajuje sisteme vakuumskih postaj, ki so preko cevovodov povezane na odjemna mesta. Naročnik ima zasnovan mehanski del stroja, ki odpadke z vakuumom transportira v zbirno postajo. Za svoj sistem nimajo izdelanega elektro-krmilja, zato so potrebovali zunanje izvajalce za projektiranje, izdelavo in programiranje elektro- krmilnega dela.

Za izdelavo elektro-krmilnega dela stroja smo poskrbeli v podjetju Eksist d.o.o.

Zasnovo elektro-krmilja smo postavili popolnoma na novo, neodvisno od obstoječih krmilij za podobne stroje, predvsem zaradi možnosti prenosa izdelanih načrtov, programov na druge tovrstne projekte. Posledično se skrajša tudi čas izdelave ob morebitnih ponovitvah oz. ponovnih izvedbah podobnih sistemov.

Projekt sem v celoti izvedel sam ob pomoči mentorja in sodelavcev v podjetju.

Pomagali so mi predvsem pri uporabi programske opreme in z nasveti glede načrtovanja. Pri programiranju sistema sem imel še boljšo podporo mentorja, ki je v

(16)

2 1 Uvod

podjetju zaposlen kot programer in mi je lahko zelo hitro svetoval oz. ocenil smiselnost mojih rešitev.

(17)

3

2 Opis in zahteve sistema

2.1 Opis sistema

Za naročnika smo izdelali elektro-krmilni sistem za vakuumski transporter, ki se bo vgradil v obstoječ objekt klavnice v tujini. V sklopu klavnice sta dve liniji, vsaka potrebuje svoj ločen sistem. Sistema se razlikujeta le v številu določenih elementov, in sicer:

· linija s petimi vakuumskimi postajami in osmimi odjemnimi mesti ter

· linija s sedmimi vakuumskimi postajami in enajstimi odjemnimi mesti.

Na sliki 1 vidimo tloris stavbe z vrisanim sistemom za prvo linijo, obarvanim rdeče. Na levi strani slike spodaj so vakuumske postaje, ki se držijo skupaj. Od vsake postaje naprej je speljan cevovod do odjemnega mesta. V tem primeru imajo tri postaje po dve odjemni mesti, dve pa imata po eno odjemno mesto.

Slika 1: Prva linija s petimi postajami

(18)

4 2 Opis in zahteve sistema

V primeru linije s sedmimi postajami imajo štiri postaje po dve odjemni mesti in tri po eno odjemno mesto. V primeru druge linije je ena izmed postaj posebej in se ne drži skupine postaj kot je razvidno iz slike 2.

Slika 2: Druga linija s sedmimi postajami

Vsako odjemno mesto ima svojo krmilno dozo s tipko in preklopnikom, prikazano na sliki 3. Tipka je namenjena vklopu transporta, preklopnik je za izbiro režima delovanja.

Slika 3: krmilna doza odjemnega mesta

(19)

2.1 Opis sistema 5

Vakuumske postaje pa imajo skupno krmilno omarico z dvema tipkama, preklopnikom in signalno lučko za vsako postajo. Prva tipka je namenjena vklopu pranja, druga upravljanju z loputo, preklopnik za izbiro ročno/avtomatsko, lučka pa signalizira delovanje transporta. Na sliki 4 vidimo krmilno dozo z napisnimi ploščicami v ruščini.

Slika 4: Krmilna doza za vakuumske postaje

Tako postaje kot odjemna mesta imajo vsaka svojo senzorsko oz. ventilsko dozo, kamor se priklopijo ventili oz. senzorji ali stikala, ki so nato preko kabla povezani v glavno omaro. Na sliki 5 je razvidna senzorska oz. ventilska doza.

Slika 5: Razvodna doza

(20)

Sistem deluje tako, da pri odjemnem mestu odvržemo odpadke in jih s pritiskom na gumb s pomočjo vakuuma prenesemo po cevovodu na zbirno postajo. Pred vklopom transporta lahko izberemo tudi režim delovanja. Režimi se razlikujejo v nekaj manjših podrobnostih, predvsem pri dodajanju vode. Vakuum se ustvarja na koncu cevovoda na vakuumski postaji, kjer je tudi ciklon za filtriranje odpadkov in loputa, s pomočjo katere odpadke odvržemo. Na obeh postajah so nameščeni tudi ventili za dodajanje vode in za pranje. Vakuumske postaje morajo delovati neodvisno ena od druge, zaradi velike porabe zraka. To pomeni, da sistem lahko hkrati izvaja samo eno zahtevo po transportu, ostale pa medtem čakajo.

2.2 Sestavni deli

Na sliki 6 je shematski prikaz vakuumskega transporterja. Na levi strani imamo odjemno mesto oz. zbirno posodo. Na spodnjem delu posode je luknja, na katero je pripet cevovod, ki je nato v obliki sifona speljan navzgor. Na vrhu cevovoda pred kolenom je nožast zasun. Zasun zapre sistem preden začnemo v cevovodu ustvarjati podtlak. Zasun je narejen v obliki noža, da se morebitni zataknjeni odpadki odrežejo in ne prihaja do zastojev. Na vrhu cevovoda je metuljast zapah namenjen odzračevanju sistema. Odzračevanje je potrebno, saj ko se zasun zapre postane podtlak v celotni cevi enak. To pomeni, da je tlak pred in za odpadki enak, zaradi česar bi odpadki obstali v cevi. S tem ko sistem odzračimo je tlak za odpadki večji in posledično odpadke lahko posesamo do postaje z veliko hitrostjo.

Na desni strani shematskega prikaza na sliki 6 je zbirna postaja, sestavljena iz dveh ciklonskih ločevalnikov, ki ločita trdne snovi od tekočih s pomočjo vrtinca. Prvi je namenjen zgolj zbiranju odpadkov in ima spodaj nameščeno še loputo, ki se upravlja s pnevmatskim cilindrom. Drugi je namenjen ustvarjanju vakuuma in je s cevjo povezan na prvega. Tudi pomožni ciklon ima loputo, le da se z njo upravlja mehansko po potrebi. Na pomožni ciklon dovedemo stisnjen zrak, v njem pa se s posebnim sistemom ustvarja vakuum. Okrog zasuna in lopute so še ventili namenjeni pranju, pod zasunom je še dodaten ventil za vodo, ki je namenjena redčenju.

(21)

2.3 Režimi delovanja 7

Slika 6: Shema vakuumskega transporterja

2.3 Režimi delovanja

Sistem ima tri možne režime delovanja v avtomatskem načinu. Izbira režima se izvede s pomočjo tri pozicijskega preklopnika na odjemnem mestu. Delovanje se sproži s tipko postavljeno zraven preklopnika za izbiro.

· Osnovni režim je transport odpadkov. Način delovanja je takšen, da delavec na zbirno mesto v posodo, ki je zalita z vodo, strese odpadke. Nato pritisne gumb za vklop transportiranja, s čimer se s pomočjo programa na PLK krmilniku sproži proces transportiranja odpadkov. Najprej začne vakuumska postaja ustvarjati podtlak v sistemu. Ko je podtlak vzpostavljen, se na odjemnem mestu odpre zasun, ki potegne odpadke po cevovodu. Na skrajnem koncu se hkrati izvede tudi odzračevanje sistema za lažji transport odpadkov po ceveh. Po določenem času odpadki pripotujejo do zbirne postaje, kjer se odpre loputa in odpadki padejo v zbirno posodo. Ko je cikel transporta zaključen se izvede še pranje zasuna in zbirne postaje.

· Drugi režim delovanja je redčenje. Ta način delovanja je v veliki meri enak načinu transporta, le da se ob začetku cikla v sistem dolije vodo. S tem, ko dolijemo vodo omogočimo lažji transport odpadkov.

(22)

· Tretji režim delovanja je namenjen pranju cevovoda. Ta način delovanja je prav tako zelo podoben transportu, le da v sistem na odjemnem mestu dolijemo samo vodo in ne dodajamo odpadkov. Nato sprožimo transport, zaradi same teže vode je potrebno paziti, da so v tem načinu časovniki daljši. Ko se vsa voda transportira do zbirne postaje, se opere še zasun in zbirna posoda. V primerjavi z režimom transporta, po končanem pranju zbirne postaje še enkrat odpremo loputo in ponovno operemo postajo.

· V sklopu delovanja je zahtevan tudi ročni način, ki je namenjen odpiranju lopute na vakuumski postaji. Za namene testiranja in vzdrževanja se lahko ročno upravlja z vsemi ventili na uporabniškem vmesniku HMI zaslona.

2.4 Opis gradnikov sistema

Gradniki sistema vakuumskega transporta se delijo na mehanske in električne oz. kombinacije teh dveh. V primeru pnevmatskega ventila gre za elektromehanski ventil, ki ga krmilimo elektronsko, opravlja pa mehansko delo.

Mehanski gradniki sistema so predvsem cevovodi in posode iz nerjaveče pločevine. Glavni mehanski gradnik je ciklonski ločevalnik. Ta je namenjen ločevanju trdih delcev od tekočine. Po navadi je zgrajen v obliki stožca, da se v njem tekočina zavrtinči. Trdi delci so težji od tekočine, zaradi česar se ne morejo tako hitro zavrteti in posledično padejo na dno ciklona. V primeru obravnavanega sistema imamo dva ciklona in sicer zbirnega in pomožnega vidno na sliki 7.

Slika 7: 3D model vakuumske postaje

(23)

2.4 Opis gradnikov sistema 9

Zbirni ciklon je namenjen zbiranju odpadkov pred odlaganjem v posodo.

Zgrajen je v obliki valjaste posode. Na vrhu je odprtina na katero pripeljemo cev, ki je povezana s sistemom za ustvarjanje vakuuma. Cev, ki vodi do odjemnega mesta je na posodo pripeljana s strani. Posledično se zaradi hitrosti odpadkov, ki pridejo v posodo vsebina zavrtinči. Dovodna cev je malenkost nagnjena navzdol, da ne bi odpadki prešli v pomožni ciklon in ga onesnažili. Na dnu posode je še loputa, ki jo odpiramo s pnevmatskim cilindrom, namenjena odlaganju odpadkov.

Pomožni ciklon je namenjen ustvarjanju vakuuma in v določeni meri tudi pobeglim odpadkom iz zbirnega ciklona. Za ta namen ima na dnu posode mehansko loputo, ki jo odpremo vsakih nekaj transportov in izpraznimo vsebino. Pomožni ciklon je prav tako zgrajen kot valjasta posoda, le da je na dnu dodan stožec, s katerim se funkcija ciklona (ločevanje odpadkov) še bolj poudari. Na vrhu posode se nahaja pokrov, ki vsebuje filter preko katerega prehaja zrak. Glavna razlika med zbirnim in pomožnim ciklonom je, da slednji vakuum ustvarja. V sredino ciklona je nameščen cevast obroč, viden na sliki 8, na katerega so pritrjene šobe, ki so usmerjene navzgor.

Na obroč dovedemo stisnjen zrak s tlakom 6-8 bar. Posledično skozi šobe zrak z veliko hitrostjo potuje proti vrhu ciklona in v okolico. Tako se ustvari podtlak po Venturijevem principu. Zrak z veliko hitrostjo preide v šobo, kjer se mu zniža tlak.

Okoli šobe so nameščeni posebni nastavki z luknjami skozi katere zrak, ki se mu je zmanjšal tlak potegne preostali zrak za sabo, s čimer se ustvari podtlak v sistemu vse do zasuna na odjemnem mestu.

Slika 8: Obroč za ustvarjanje vakuuma

(24)

Nožast zasun na sliki 9 je namenjen ustvarjanju zaprtega sistema. Nameščen je na koncu cevovoda pri odjemni postaji. Ko je zasun zaprt dosežemo, da je sistem zaključen in vanj okoliški zrak ne more uhajati. Tako se ustvarjen podtlak v sistemu ohrani. Ko pride zahteva po transportu, se zasun odpre in vsebino v odjemni posodi podtlak posrka po cevi. Zelo pomembno je, da nato zasun po določenem času zapremo, v nasprotnem primeru bi podtlak padel in vsebina bi obstala v cevi.

Slika 9: 3D model zasuna

Metuljast zapah na sliki 10 je namenjen odzračevanju. Poleg tega, da je potrebno poskrbeti, da zasun zapremo, moramo zagotoviti, da tlak za odpadki ni enak tlaku pred odpadki, sicer bi ponovno prišlo do ustavitve odpadkov v cevi. Metuljast zapah po določenem času malenkostno odpre loputo in s tem spremeni tlak za odpadki in omogoči normalen transport do zbirne postaje.

Slika 10: 3D model metuljastega zapaha

(25)

2.5 Zasnova elektro načrta 11

2.5 Zasnova elektro načrta

Elektro načrt smo zasnovali po temeljitem posvetovanju z naročnikom. Najprej je bilo potrebno pridobiti podatke o tem, kako sistem deluje in kakšne so zahteve glede uporabljenih elementov. Med samim procesom načrtovanja je komunikacija z naročnikom izrednega pomena. V primeru nerešenih težav oz. napačnem razumevanju sistema, se ob slabi komunikaciji zgodijo napake in majhne težave lahko pomenijo veliko izgubo časa in denarja kasneje v procesu izdelave.

Sistem je zgrajen tako, da so vakuumske postaje postavljene ena zraven druge na enem mestu, vendar delujejo kot samostojne enote. Zato se vsa stikala in ventile na določeni vakuumski postaji dodeli v svojo razvodnico. S kablom se nato te razvodnice poveže v glavno omaro. Ker so vakuumske postaje skupaj, se krmiljenje vakuumskih postaj previdi na skupni omarici. Na vakuumskih postajah namreč drugega kot upravljanje s tipkami ne počnemo, zato je iz tega razloga najbolj smiselno, da lahko operater upravlja vse postaje z enega mesta.

Enako kot vakuumske postaje so odjemna mesta samostojna, zato se pri njih predvidi enake razvodnice z malo drugačno razporeditvijo sponk, ker imamo na odjemnih mestih še dodatne doze z luknjami za tipke in preklopnike. Tudi tu se razvodne doze poveže preko kabla v glavno omaro. Doze s tipkami pa so povezane v razvodne doze in nato preko istega kabla kot ventili v glavno omaro.

Pred projektiranjem glavne omare, ostalih omaric in doz je potrebno vedeti, kje bodo te montirane, zaradi različnih težkih pogojev v industriji. V tem primeru morajo biti vse omarice primerne za pranje z vodo, tj., zgrajene iz nerjaveče pločevine in z ustrezno IP zaščito. Poleg tega morajo tipke vsebovati dodatne gumijaste gobice, ki preprečijo vdor vode v notranjost sistema. Uporabijo se plastične razvodne doze in male doze z luknjami za tipke.

Pomemben vidik projektiranja je tudi izbira primernih kablov. Tu je potrebno vedeti za kakšno okolje gre in kakšne bodo razdalje med postajo in odjemnim mestom.

S strani naročnika smo izvedeli, da gre za razdalje več deset metrov, kar pomeni, da je potrebno uporabiti večji presek kablov kot sicer, zaradi izgub. Poleg tega lahko kabel oksidira in izgubi določeno sposobnost prevajanja. Z drugimi besedami, napetost na eni strani, npr. enosmerna 24V, bi bila lahko na koncu le še 18V, kar pa je lahko

(26)

premalo za upravljanje z določenimi elementi in privede do težav. Tem težavam smo se izognili z izbiro kablov s presekom 1 mm².

Sistem napajanja naj bo TN-S, kar pomeni, da mora biti v omaro pripeljan kabel z ločenim ničelnim in ozemljitvenim vodnikom. Sistem sicer ni potraten z močjo, vendar se vseeno predvidi napajanje 400 VAC, zaradi možnosti kasnejše vgradnje motorjev ipd. Pri tem sistemu se uporabi samo ena faza. Varovanje naprav se izvede z avtomatskimi odklopniki.

Krmilno napajanje naj bo 24 VDC z uporabo klasičnega industrijskega napajalnika. Za varovanje vodnikov in naprav za krmiljenje se uporabi elektronsko varovanje, in sicer zaradi lažje diagnostike. Elektronski varovalni sistemi imajo namreč že dodane kontakte, ki se sprožijo ob napaki in jih lahko povežemo na krmilnik. Tako lahko operaterju preko uporabniškega vmesnika javimo, da je prišlo do napake na enosmerni napetosti. Drugi razlog za uporabo takega varovanja je enostavnost uporabe, saj je za ponovni vklop napajanja dovolj samo pritisk na gumb.

S tem se znebimo težave v primeru, da ne bi imeli na zalogi cevne varovalke in pohitrimo odpravo napake.

Za krmiljenje sistema se uporabi krmilnik z distribuiranimi izhodno/vhodnimi enotami. S tem je zamenjava okvarjenih kartic veliko lažja. Predvsem se lahko s takim krmilnikom zelo hitro in enostavno doda nove kartice v primeru kasnejših dodelav. Z uporabo tovrstnega sistema v določeni meri tudi pohitrimo proces montaže, saj so podnožja zgrajena tako, da se žice priklaplja s pomočjo vzmetnih kontaktov.

Posebnega orodja za priklop žice na kontakt ne potrebujemo. Izvijač potrebujemo samo, ko želimo žico odstraniti iz kontakta.

Na željo naročnika se doda tudi sistem za oddaljeni dostop. S pomočjo tovrstnega sistema lahko programer dostopa do stroja oddaljeno, preko spletnega servisa, in opravlja popravke na sistemu oz. odpravlja napake ali spreminja programsko kodo. Pri tem je potrebno vedeti ali bo na mestu montaže zagotovljen internetni dostop, saj brez tega uporaba oddaljenega dostopa ni mogoča. Če internetnega dostopa ni, se uporabi sistem, ki omogoča vstavitev SIM kartice in se poveže preko mobilnega omrežja.

(27)

2.6 Zahteve za izdelavo PLK programa 13

2.6 Zahteve za izdelavo PLK programa

Program za ta sistem mora biti zgrajen modularno. To pomeni, da v programu zgradimo funkcijske bloke, ki opravljajo določene funkcije. Za upravljanje z vakuumskimi postajami imamo en funkcijski blok in drugega za upravljanje z odjemnimi mesti. Potrebujemo še funkcijski blok za medpomnilnik, v katerem se shranjujejo zahteve po transportu. Medpomnilnik deluje po principu FIFO (ang. First in First out), torej prva zahteva v pomnilniku se servisira najprej. Shematski prikaz tovrstnega medpomnilnika je viden na sliki 11. Potrebno je poskrbeti še za povezavo med dejanskimi vhodi in izhodi na krmilniku. To storimo preko podatkovnih blokov, ki so povezani s funkcijskimi bloki odjemnih mest oz. vakuumskih postaj. Vsaki postaji in vsakemu odjemnemu mestu se določi identifikacijska številka. Ta številka hkrati predstavlja tudi indeks v polju odjemnih mest oz. postaj. V dodatnih funkcijskih blokih nato vsakemu polju določimo parametre, torej izhode in vhode krmilnika. Paziti je potrebno, da polja definiramo kot podatkovni tip funkcijskih blokov za servisiranje postaj in odjemov.

Slika 11: Shema FIFO pomnilnika

(28)

2.7 Zahteve za izdelavo uporabniškega vmesnika

V sklopu programiranja PLK-ja smo za dodeljen projekt izdelali uporabniški vmesnik za panel Siemens HMI (ang. Human machine interface). Pri načrtovanju vmesnika je potrebno upoštevati zahteve naročnika. Predvsem je pomembno, da je uporabniški vmesnik enostaven za uporabo in ne vsebuje nepotrebnih informacij za uporabnika. Zato smo ga zasnovali na način, da imamo na prvem meniju vse potrebne informacije o avtomatskem delovanju sistema. Iz osnovnega menija lahko uporabnik s pritiskom na gumb preide v meni parametrov, kjer lahko nastavlja časovnike.

Potrebujemo dva menija časovnikov. Enega za nastavljanje časov vakuumskih postaj in drugega za nastavljanje časov odjemnih mest. Za vzdrževanje stroja in odpravljanje napak je potreben meni za ročno upravljanje ventilov, na katerem so tudi stanja tipk in preklopnikov. Enako kot pri meniju parametrov sta tu potrebna dva menija, eden za postaje in drugi za odjemna mesta. Dodani so še dodatni meniji za prikaz alarmov in napak in meni za nastavljanje sistemskih podrobnosti, npr. nastavljanje jezika, ustavitev delovanja Runtime ipd. Izgled uporabniškega vmesnika prikazuje slika 12.

Slika 12: Uporabniški vmesnik

(29)

2.8 Opis uporabljenih orodij 15

2.8 Opis uporabljenih orodij

2.8.1 Programsko okolje TIA portal

Pri programiranju sistema smo uporabljali programsko okolje TIA portal (ang.

Totaly integrated automation) proizvajalca Siemens. TIA portal je namenjen programiranju vseh vrst PLK krmilnikov, ki jih ponuja ta proizvajalec. V sklopu programa je sicer več dodatnih programov npr. Wincc, PLCSim. Vendar vse te programe uporabljamo v skupnem orodju, torej v TIA portalu. Na sliki 13 je viden začetni zaslon okolja TIA portal.

Ko začnemo z delom v okolju TIA, je najprej potrebno ustvariti projekt in izbrati ustrezen krmilnik in ostalo opremo. To storimo v razdelku konfiguracije strojne opreme. Dejansko v konfigurator povlečemo vso opremo, ki se tudi izriše v 2D pogledu. Nato je potrebno določiti povezave med krmilnikom in morebitnimi zasloni na dotik ter krmilniku določiti naslov IP. Nato lahko začnemo z izdelavo programa.

Siemens pozna različne programske bloke. Osnovni blok je OB1 oz. Main, v katerem se izvaja program. V tem bloku lahko kličemo tudi ostale bloke. Naslednji je funkcijski blok, v katerem spišemo programsko kodo v želenem jeziku. Funkcijski blok potrebuje še podatkovni blok za shranjevanje vrednosti spremenljivk. Poznamo še funkcijo, ki je namenjena samo opravljanju določenih nalog in ne shranjuje vrednosti.

Ko je program zgrajen, se lahko izdela še uporabniški vmesnik in simulira delovanje sistema. Tako lahko še pred zagonom testiramo določene funkcionalnosti, s čimer bo kasnejši zagon hitrejši in lažji.

Slika 13: Začetni zaslon TIA portal

(30)

2.8.2 Programski jeziki

V TIA portalu je podprtih več različnih programskih jezikov:

· LAD oz. lestvični diagram izhaja iz relejske tehnike, pri katerem gre za grafično postavljanje kontaktov, tuljav in drugih blokov v program.

· FBD oz. funkcijski bločni diagram izhaja iz digitalne tehnike, uporablja pa podobne bloke kot pri načrtovanju digitalne tehnike (logični IN, ALI ipd.).

· STL oz. ukazna lista, ki je v osnovi podobna zbirniku.

· SCL oz. strukturiran tekst, pri katerem gre za tekstovno programiranje.

· GRAPH oz. sekvenčni funkcijski diagram, pri katerem gre za grafično programiranje, kjer dejansko narišemo bloke, ki predstavljajo korake. Za vstop v korak mora biti izpolnjen določen pogoj, v koraku pa se izvajajo akcije.

Pri delu smo uporabljali strukturiran tekst, zato ga bom na kratko predstavil.

Strukturiran tekst izhaja iz jezika Pascal, ki ni več toliko v uporabi kot nekoč. Določene funkcije so zelo podobne kot, npr. v jeziku C, vendar je njegova sintaksa popolnoma drugačna. Poznamo stavka IF in CASE, zanki FOR in WHILE itn. Morda je diagnostika z uporabo tega jezika v primerjavi z lestvičnim diagramom težja, saj se pri slednjem vklopi tuljav prikazujejo grafično, s čimer si lažje predstavljamo kaj se v programu dogaja. Slika 14 prikazuje primer kode v jeziku SCL.

Slika 14: Primer kode v strukturiranem tekstu

(31)

2.8 Opis uporabljenih orodij 17

2.8.3 Načrtovalski program WSCAD SUITE X

Načrt sistema smo izdelali v programu Wscad, ki je namenjen izdelavi elektro shem, od osnovnih tri-polnih in eno-polnih, do izrisa postavitve in pnevmatskih shem [2]. Gre za enega iz med dveh orodij CAD, ki jih uporabljamo v podjetju. Wscad se uporablja čedalje manj, ker je v določenih funkcijah veliko bolj omejen kot orodje Eplan, ki ga v podjetju večinoma uporabljamo. Vendar ravno ta omejenost pomeni tudi razmeroma enostavnejšo uporabo.

Program je v osnovi zelo podoben klasičnim orodjem CAD, osnovna oblika uporabniškega vmesnika programa je vidna na sliki 15. Na vrhu programa se nahaja orodna vrstica in vrstica s posameznimi gumbi, s katerimi direktno dostopamo do določenih funkcij brez dodatnih klikov v orodno vrstico. Na levi strani je projektni raziskovalec, kjer so vidni naši projekti, ki so smiselno strukturirani, in sicer od naslovnice, liste revizij, sheme, do kosovnic itd. V sredini zaslona se nahaja delovno okolje, kjer izrisujemo načrt ali grafike. Na desni strani zaslona pa je raziskovalec simbolov, v katerem poiščemo želene simbole in jih dodamo v delovno okolje. V raziskovalcu lahko izberemo tudi zavihek raziskovalec materiala, ki ga potrebujemo, ko izdelujemo izris postavitve omare. Wscad že v osnovi ponuja simbole in pripadajoče »parte« oz. elemente, ki jih moramo simbolu dodeliti, ko ga dodamo v delovno okolje. V primeru, da elementa ni na voljo, ga lahko poiščemo v spletnem strežniku Wscad universe, v katerega proizvajalci dodajajo elemente. V nekaterih

Slika 15: Delovno okolje programa WSCAD

(32)

primerih tudi to ni možno, zato je takrat potrebno element narisati s pomočjo urejevalnika simbolov.

Za določanje lastnosti posameznih elementov ima Wscad več upravljalcev (ang.

manager). Upravljalec PLK-jev je viden na sliki 16. Primarno se uporablja štiri tovrstne upravljalce, in sicer PLC, Terminals, Cable in Plug. V upravljalcu PLC lahko dodajamo krmilnike in upravljamo z njihovimi povezavami. V upravljalcu Terminals določamo sponke, jih dodajamo, spreminjamo itd. Vse to opravljamo tudi s preostalima dvema upravljalcema.

Slika 16: Primer upravljalnika v programu Wscad

(33)

3.1 Projektiranje elektro-krmilja 19

3 Izdelava sistema

3.1 Projektiranje elektro-krmilja

Elektro-krmilje za sistem vakuumskega transporterja smo sprojektirali na podlagi zahtev naročnika v poglavju 2 oz. na podlagi izkušenj. Faza projektiranja je najpomembnejši del v izdelavi krmilja, saj se lahko morebitne manjše napake v tej fazi kasneje odražajo kot veliko večje in lahko pomenijo veliko izgubo časa oz. denarja.

Najprej smo določili komponente, v katere se bodo vgradili elementi, tj., razvodne doze in elektro-krmilne omare. V razvodne doze vakuumskih postaj na sliki 17 so priklopljeni ventili, v eni izmed doz pa se nahaja mehansko podtlačno stikalo. V vsako dozo so pripeljani štirje ventili. V razvodnih dozah odjemnih mest so lahko največ štirje ventili, le da se tu priklopi še posluževalne doze s preklopnikom in tipko za vklop transporta s signalno lučko. Glede na zbrane podatke o elementih vemo, kakšne sponke bomo v dozi potrebovali. Najprimernejše so senzorske oz. ventilske sponke. Senzorske sponke smo predvideli za rezervo, za morebitne naknadno vgrajene senzorje na aktuatorjih. Sponka z oznako nič je namenjena priklopu napajanja 24 VDC. V rjavi mostiček priklopimo pozitivni vodnik, v modri mostiček pa negativnega.

Ker so vsi mostički povezani med seboj, bo na vseh prisotna napetost 24 VDC. Sponke za ventile so po obliki enake, le da se namesto mostičkov za pozitivni vodnik doda zelene mostičke, namenjene priklopu ozemljitvenega vodnika na ventilih. Tudi tu smo predvideli nekaj rezervnih sponk

(34)

20 3 Izdelava sistema

Slika 17: Sponke v senzorski dozi vakuum postaje

Na enak način smo določili tudi sponke za doze odjemnih mest na sliki 18. V tem primeru se senzorske sponke uporabijo za priklop kabla iz krmilne doze, ventilske pa so namenjene priklopu ventilov odjema.

Slika 18: Sponke v senzorski dozi odjemnega mesta

Ko smo določili sponke v razvodnih dozah, smo lahko določili velikost doz.

Izberali smo omarice velikosti 180x110x90 mm, s čimer je na voljo dovolj prostora za sponke in tri kabelske uvodnice na dozah. V tem primeru ni bila pomembna samo velikost omaric, temveč tudi njihova zaščita pred zunanjimi vplivi. V klavnicah se namreč stroje čisti z vodo iz cevi, zaradi česar smo izbrali doze z zaščito IP stopnje 66.

(35)

Na odjemnih mestih se potrebuje posluževanje oz. upravljanje s sistemom, zato smo tu predvideli male doze z že narejenimi luknjami za standardne tipke in preklopnike, ki se uporabljajo v industriji. Potrebni sta dve luknji, vendar smo predvideli tri za rezervo v primeru kasnejšega dodajanja tipke.

Vse doze so s kablom povezane v glavno omaro. Specifikacije glavne omare smo določili, ko so bili vsi elementi dodani v načrt. V tej fazi vse elemente v načinu risanja postavitve položimo na delovno okolje in glede na to izberemo velikost. Pri tem projektu smo določili omaro velikosti 1000x1000x300 mm. Upoštevali smo tudi 30 odstotkov rezerve za kasnejše dodatke. Tudi pri glavni omari je pomembna zaščita IP, zato smo uporabili omare iz nerjavečega jekla, ki so odporne proti koroziji.

Projektiranje zajema tudi izbiro PLK-ja, pri čemer je pomembno tudi kakšne vhode in izhode bomo potrebovali. V našem primeru smo imeli opravka zgolj z digitalnimi vhodi in izhodi. Naslednja stvar je število vhodov in izhodov. Ugotovili smo, da bomo v primeru prve linije s petimi vakuumskimi postajami potrebovali štirideset vhodov in dvainšestdeset izhodov. Na podlagi modularnosti smo se odločili, da bomo uporabili krmilnik z distribuiranimi izhodno/vhodnimi enotami na sliki 19 in sicer znamke Siemens, družine S7-1500SP [4]. Ti krmilniki imajo tipično podnožja s šestnajstimi luknjami za priklop signalov. Kartice so zamenljive, tako lahko na isto podnožje postavimo popolnoma drugačno vrsto kartice in s tem spremenimo njegove karakteristike. Glede na število vhodnih signalov bi lahko izbrali tri vhodne kartice, vendar ker vgrajujemo tudi nekaj rezerve, izberemo štiri. Pri izhodnih signalih bi lahko izbrali štiri kartice, vendar smo se zaradi rezerve odločili za šest kartic. Na sliki 19 lahko opazimo, da sta dve podnožji drugačne barve od ostalih. Bela podnožja so zgrajena tako, da nimajo povezave napajanja na prejšnjo kartico. To pomeni, da napajanje 24 VDC pripeljemo samo na belo podnožje in s tem ločimo potenciale med vhodi in izhodi. Ločitev je pomembna v primeru napake, npr. na izhodnem signalu (kratek stik ipd.). V tem primeru bo varnostni sistem izklopil napajanje le na izhodih, vhodni signali pa bodo imeli zaradi ločitve še vedno zagotovljeno napajanje. Tako je odkrivanje napak nekoliko lažje.

(36)

Slika 19: Shema PLK krmilnika

Sistem vakuumskega transporterja ne vsebuje večjih močnostnih porabnikov, vsi aktuatorji pa se vklapljajo preko PLK krmilnika. V glavno omaro smo dodali še servisno vtičnico in servisno razsvetljavo, ki ostaneta na napajanju tudi po izklopu glavnega stikala. Predvideli smo napajanje 400 VAC, čeprav uporabimo samo eno fazo. Razlog temu so morebitne dodelave sistema v prihodnosti, in sicer v obliki trifaznih motorjev. Za varovanje izmeničnih porabnikov in vodnikov smo uporabili avtomatske inštalacijske odklopnike.

Varovanje tokokroga 24 VDC smo izvedli z uporabo štiri kanalne elektronske varovalke Murr elektronik na sliki 20. Uporaba takega varovanja je smiselna, saj imajo tovrstne varovalke že vgrajeno stikalo za signalizacijo napake, ki ga povežemo na krmilnik. Poleg tega je ponovni vklop po odpravi napake enostaven, potreben je samo pritisk gumba. Napajanje smo razdelili med kanale na sledeči način za linijo 1:

· Prvi kanal je namenjen napajanju krmilnika in oddaljenega dostopa.

· Drugi kanal je namenjen napajanju dveh postaj in treh odjemnih mest.

· Tretji kanal je namenjen napajanju dveh postaj in treh odjemnih mest.

· Četrti kanal je namenjen napajanju ene postaje in dveh odjemnih mest.

(37)

Za linijo 2, smo napajanje razdelili med kanale na sledeči način:

· Prvi kanal je namenjen napajanju krmilnika in oddaljenega dostopa.

· Drugi kanal je namenjen napajanju treh postaj in štirih odjemnih mest.

· Tretji kanal je namenjen napajanju treh postaj in šestih odjemnih mest.

· Četrti kanal je namenjen napajanju ene postaje in enega odjemnega mesta.

Slika 20: Elektronska varovalka MURR-ELEKTRONIK

Naročnik je za sistem zahteval vgradnjo sistema za oddaljeni dostop. Z oddaljenim dostopom se lahko kasneje, ko sistem že deluje, oddaljeno priklopimo na krmilnik in popravljamo program oz. odpravljamo napake. Uporabili smo sistem Secomea Sitemanager na sliki 21. Za oddaljen dostop je usmerjevalniku potrebno zagotoviti internetni dostop, s čimer lahko preko spletnega servisa dostopamo do usmerjevalnika in naprav, ki so povezane nanj. V primeru, da na kraju montaže stroja ni internetnega dostopa, se uporabi usmerjevalnik z možnostjo vstavitve kartice SIM, ki omogoča povezavo preko mobilnega omrežja. Predvideli smo usmerjevalnik z obema opcijama, ker bo sistem montiran v manj razvitem okolju.

Slika 21: Secomea naprava za oddaljeni dostop

(38)

3.1.1 Stopnja zaščite IP

Vse elektro-krmilne omare in razvodne doze imajo dodeljeno tudi stopnjo zaščite IP pred zunanjimi vplivi. Gre se za zaščito pred vdorom trdnih delcev oz. vode v notranjost naprave oz. omare. Stopnja zaščite je definirana v standardu EN 60529 [3], ki ga je izdala mednarodna elektrotehniška komisija (IEC - International Electrotechnical Commission). Standard je namenjen predvsem temu, da se izognemo komercialnim oznakam pri nakupu tovrstne opreme, kot npr. »vodoodporno«. Takšna oznaka inženirju, ki projektira sistem ne pomeni ničesar, saj mu ne pove točne stopnje vodoodpornosti in pod kakšnimi pogoji je ta dosežena. Stopnjo zaščite se po standardu definira z oznako »IPxy«, pri čemer črki »IP« predstavljata kratico za angleško besedno zvezo »International Protection« (slov. Mednarodna Zaščita), »xy« pa stopnjo zaščite. Prva številka (»x«) pomeni zaščito pred vdorom trdnih delcev ali prahu, druga (»y«) pa zaščito pred vdorom vode. Prva številka, tj., stopnja zaščite pred vdorom trdnih delcev lahko zavzame naslednje vrednosti:

1. Zaščita pred vdorom delcev s premerom večjim od 50 mm.

2. Zaščita pred vdorom delcev s premerom večjim od 12,5 mm.

3. Zaščita pred vdorom delcev s premerom večjim od 2,5 mm.

4. Zaščita pred vdorom delcev s premerom večjim od 1 mm.

5. Zaščita proti vdoru prašnih delcev.

6. Neprepustno za prah.

Druga številka, tj., stopnja zaščite pred vdorom vode lahko zavzame naslednje vrednosti:

1. Zaščita proti kapljicam vode, ki padajo vertikalno na napravo.

2. Zaščita proti kapljicam vode, ki padajo vertikalno na napravo, nagnjeno za 15 stopinj.

3. Zaščite pred pršečo vodo do kota naprave 60 stopinj.

4. Zaščita pred pljuski vode iz katerekoli smeri.

5. Zaščita pred curkom vode iz katerekoli smeri.

6. Zaščita pred močnim curkom vode iz katerekoli smeri.

7. Potopitev v vodo v določenem času brez vdora vode v notranjost.

8. Trajna potopitev v vodo.

(39)

Standard definira še dve dodatni črki, ki se lahko dodata na koncu kode. Prva označuje stopnjo zaščite oseb pred dotikom nevarnih delov in druga določene pogoje pri testu. Prva dodatna črka lahk zavzame naslednje vrednosti:

A. Možen dotik z roko.

B. Možen dotik s prstom.

C. Možen dotik z orodjem.

D. Možen dotik z žico.

Druga dodatna črka lahk zavzame naslednje vrednosti:

H Visoko-napetostna naprava.

I Premikanje med testom z vodo.

J Nepremično med testom z vodo.

K Vremenski pogoji.

3.1.2 Konfiguracija oddaljenega dostopa

Pred prvo uporabo oddaljenega dostopa, ga je potrebno konfigurirati in preizkusiti delovanje pred pošiljanjem k naročniku. S tem zagotovimo, da ne pride do težav kasneje, ko je sistem že v delovanju in oddaljeni dostop morda ne bo deloval, ker smo na konfiguracijo pozabili.

V prvem koraku je potrebno zagotoviti napajanje strojni opremi, tj., priklopimo napajanje 24 VDC na pripadajoče sponke strojne opreme v »Sitemanager« in nato priklopimo še kabel Ethernet na priključek »device« na strojni opremi in na računalnik.

Nato ustvarimo uporabniški račun za spletni servis, ki bo namenjen upravljanju z oddaljenimi dostopi »LinkManager«. Uporabniški račun dodeli pooblaščena oseba v podjetju oz. ga lahko dodeli dobavitelj opreme Secomea. Ob prijavi uporabnika na e- mail naslov prejmemo certifikat in geslo za dostop do strežnika. Ko imamo uporabniški račun, se povežemo na ustrezen spletni naslov, kjer se prikaže okno, v katerem izberemo gumb »LinkManager«. Za prijavo potrebujemo certifikat in geslo, ki smo ga ob prijavi uporabnika dobili na naš e-mail naslov. Ob uspešnem vstopu v

»LinkManager« je potrebno izvesti še povezavo s strojno opremo. V brskalniku odpremo nov zavihek in poiščemo privzeti naslov IP strojne opreme. Za vso strojno opremo Secomea je privzeti naslov enak, in sicer: 10.0.0.1. Ob vpisu naslova je

(40)

potrebno v iskalno polje vpisati https://10.0.0.1. Pomembno je, da uporabimo protokol https, saj bo v primeru uporabe nezavarovanega protokola http prišlo do težav. V primeru, da oddaljen dostop nastavljamo prvič, je potrebno nastaviti naslov IP strojne opreme v računalniku, da bo povezava mogoča. To storimo v nastavitvah operacijskega sistema Windows. V okno na sliki 22 nastavimo naslov 10.0.0.254 in masko podomrežja 255.255.255.0. S tem smo nastavili vse naslove IP z obliko 10.0.0.X.

Slika 22: Nastavitveno okno za IP naslove

Ko smo omogočili povezavo do strojne opreme, vtipkamo njen naslov v brskalnik in pokaže se okno za prijavo. Po uspešni prijavi se odpre okno, namenjeno nastavitvam naprave, vidno na sliki 23.

(41)

Slika 23: Nastavitveno okno SiteManager naprave

Najprej je potrebno nastaviti strežnik, preko katerega dostopamo do strojne opreme. Pod prvo točko izberemo « Fix« in v naslednjem oknu sledeče:

· naslov IP strežnika,

· ime domene ter

· ime naprave.

V drugi točki ponavadi ne nastavljamo ničesar, saj bo strežnik DHCP sam dodelil naslov IP. V tretji točki so nastavitve za primer, da strojna oprema omogoča uporabo kartice SIM. V našem primeru te možnosti ne potrebujemo. V četrti točki nastavimo želen IP naslov naprave. V tem meniju v točki štiri je potrebno nastaviti še DHCP pool, torej kliknemo na spodnji gumb DHCP in v naslednjem oknu nastavimo pool s primernim intervalom naslovov IP. Nato skočimo v sedmo točko menija SETUP in spremenimo geslo. Nastavimo še device agent v peti točki menija SETUP. V tem meniju kliknemo »New« in dodamo Device name »all«, Device type pa »GENERIC«

in »Layer2«. Shranimo in nadaljujemo z naslednjo točko. Sedaj priklopimo

»SiteManager« preko UPLINK-a na internet in v »LinkManagerju« pritisnemo

»connect«. S tem je konfiguracija zaključena in lahko oddaljeno dostopamo do krmilnika ob pogoju, da smo ga fizično s kablom povezali na napravo »SiteManager«.

Na spletnem servisu »LinkManager« na sliki 24 so v drevesni strukturi levo dodane

(42)

vse naprave za oddaljeni dostop pri različnih projektih. Že s pogledom na ikono zraven imena naprave vemo ali je dostopna ali ne.

Slika 24: Izgled LinkManager menija

3.2 Izdelava načrta

Načrt smo izdelali v programu Wscad, ki je namenjen izdelavi elektro shem, od osnovnih tri-polnih in eno-polnih shem, do izrisa postavitve in pnevmatskih shem.

Preden začnemo z risanjem, se je potrebno dogovoriti, na kakšen način se bo označevalo elemente. V podjetju imamo za ta namen interni standard, da so načrti različnih projektantov med seboj poenoteni. Elemente smo označevali na sledeč način:

Primer: 1SD1

Prva številka pred črkama pomeni oznako postaje. Črki oz. ena črka v drugih primerih označujeta tip elementa (npr. SD predstavlja senzorsko dozo). Številka na zadnjem mestu označuje zaporedno številko elementa na prvi postaji.

Pri izdelavi je potrebno paziti, da so elementi, ki se iz strani v stran ponavljajo, na istih mestih. Tako zagotovimo, da slika ne poskakuje, ko pregledujemo načrt v obliki pdf na računalniku. Poleg tega izkažemo določeno mero profesionalnosti in natančnosti pri delu. Smiselno je tudi, da pred vsako postajo oz. sklop odjemnih mest dodamo prazno stran, kjer napišemo za katero postajo oz. odjemno mesto gre. S tem povečamo preglednost načrta.

(43)

3.2 Izdelava načrta 29

Izdelava načrta se začne z izrisom močnostnega dela, katerega je sorazmerno malo. Na prvi strani smo izrisali dovodne sponke, glavno stikalo, servisno vtičnico in razsvetljavo omare. Sledi izris hlajenja omare, ki je dodano kot opcija, ker se z izdelavo dodatnih izrezov v omaro zmanjša njena zaščita IP. Ker v omari ni porabnikov, ki se prekomerno grejejo, dodatno hlajenje ni potrebno. Nazadnje je pri močnostnem delu še enosmerni napajalnik, ki je hkrati tudi največji izmenični porabnik v sistemu.

Nadaljujemo z izrisom razvoda enosmernega napajanja in pustimo prazno stran, kjer bomo na koncu dodali izris povezav sponk za enosmerno napajanje. Nato izrišemo PLK krmilnik oz. v okolje dodamo shemo krmilnika in distribuiranih enot. Zraven krmilnika in enot se doda tudi naročniške kode, da se zmanjša možnost napak v montaži in olajša delo monterja. V načrt dodamo še vmesnik HMI in oddaljeni dostop in s tem je zaključen izris elementov v glavni omari.

Sledi izris doze vakuumske postaje na sliki 25 in povezava vhodno/izhodnih enot na krmilnik. Ko smo razvodno dozo vakuumske postaje izrisali, smo za naslednje postaje ta del prerisali in spremenili imena sponk, doz, elementov. Poleg tega je potrebno paziti, da po kopiranju spremenimo vhodne in izhodne signale oz. povezave le teh.

Slika 25: Del načrta za vakuumsko postajo

Nato smo izrisali omarico za krmiljenje vakuumskih postaj na sliki 26. Vse doze in omarice, ki niso v glavni omari je potrebno ustrezno označiti. Zato uporabimo poseben okvir imenovan strukturno območje. Ta okvir predstavlja dozo oz. omarico, ki ni del glavne omare, je pa z njo povezana. Vsi elementi v tem okvirju so avtomatsko dodeljeni tej dozi kasneje, ko ustvarimo kosovnico in tudi, ko pregledujemo lastnosti elementa, opazimo, da pripadajo strukturnemu identifikatorju doze oz. omarice.

(44)

Slika 26: Del načrta krmiljenja vakuum postaj

Nazadnje je sledil še izris ventilske doze za odjemna mesta in posluževalnih doz odjemnih mest na sliki 27.

Slika 27: Del načrta odjemnih mest

V sklopu izdelave načrta smo poskrbeli tudi za izris postavitve elementov in lokacije izrezov za zaslon HMI in glavno stikalo, vidno na sliki 28. Tako se olajša in pohitri delo v montaži, saj monterjem o tem ni potrebno razmišljati, ampak naredijo po načrtu. V glavni omari se je predvidelo tudi rezervo v vrednosti približno 30 %.

(45)

3.3 Izdelava PLK programa 31

Slika 28: Izris postavitve

3.3 Izdelava PLK programa

Izdelavo programa za sistem smo pričeli z idejo osnovne sekvence delovanja s pomočjo shematskega sekvenčnega diagrama. Nato smo naredili sekvenco delovanja posameznih blokov s pomočjo stavka CASE. Sledila je implementacija pogojev za vstop v posamezno sekvenco in funkcije za servisiranje zahtev po transportu v obliki programskega pomnilnika FIFO [1]. Nazadnje smo dodali še časovnike in podporne funkcije za vmesnik HMI ter dodali ukaze za ročne ukaze in diagnostiko le teh.

Program je zasnovan tako, da imajo vse vakuumske postaje en skupen blok, odjemna mesta pa drugega. Dodatno sta v programo še dva funkcijska bloka za obravnavo vseh odjemnih mest oz. vakuumskih postaj parametrično. V teh dodatnih blokih smo definirali odjemna mesta oz. postaje kot polje s podatkovnim tipom pripadajočega funkcijskega bloka. Tako lahko vsaki poziciji v polju določimo pripadajoče parametre za obdelavo v bloku postaj oz. odjemov. Za obdelavo zahtev po transportu med obratovanjem smo dodali še podatkovni blok medpomnilnika.

Shranjevanje zahtev po transportu v medpomnilnik naredimo v bloku za parametrično obdelavo odjemnih mest.

(46)

3.3.1 Funkcijski blok odjemnega mesta

V bloku za obdelavo odjemnega mesta zgradimo program oz. sekvenco za obdelavo odjemnega mesta. Najprej je potrebno poskrbeti, da pravilno preverjamo ali je kdo pritisnil tipko za start transporta. To storimo z naslednjima vrsticama kode:

1 #TR_START(CLK := #I_S_START);

2 #TF_START(CLK := #I_S_START);

Prva vrstica zazna pozitivno fronto pritiska tipke, medtem ko druga vrstica zazna negativno fronto oz. izklop tipke. S tem zagotovimo, da v primeru, da bi nekdo tipko stalno držal pritisnjeno oz. jo predelal na način, da bi bila stalno pritisnjena, to nima učinka na sam program.

Sekvenco delovanja odjemnega mesta izvedemo v stavku CASE. Začnemo s korakom nič, v katerem najprej preverjamo ali je preklopnik na vakuumski postaji postavljen v avtomatski način. Hkrati čakamo na pritisk tipke za vklop transporta in izpolnjen pogoj prisotnosti zraka. V primeru, da pogoj avtomatskega načina ni izpolnjen, skočimo v korak 1000, ki označuje začetek ročnih ukazov. Ob izpolnjenih pogojih, skočimo v stavek IF…ELSIF, kjer preverimo, kateri režim delovanja je izbran. V primeru, da so izpolnjeni pogoji za vstop v enega izmed režimov, npr. v korak sto. Potem postavimo spremenljivko #Q_BUFFER_REQ_TYPE_1 na logično ena. S tem signaliziramo v blok za obdelavo medpomnilnika, da smo v režimu transporta in želimo uporabiti časovnike za transport. V primeru, da vstopamo v režim redčenja imamo še vmesen korak 200, ki dolije vodo pred pričetkom transporta:

101 200: // Dotok vode v odjemno mesto 102 #Q_Y_VODA_CEVOVOD := TRUE 103 IF #TON_REDCENJE_ON.Q THEN 104 #STEP0 := 201;

105 END_IF

106 201:

107 #Q_Y_VODA_CEVOVOD := FALSE 108 IF #TON_REDCENJE_OFF.Q THEN 109 #STEP0 := 100;

110 END_IF;

(47)

V primeru, da vstopamo v režim pranja, se ob vstopu v korak 300 postavi spremenljivka #Q_BUFFER_REQ_TYPE_2, ki signalizira bloku za obdelavo medpomnilnika, da smo v režimu pranja in želimo uporabiti časovnike namenjene pranju.

V vseh režimih je delovanje sistema od tu naprej zelo podobno. V koraku 100 oz. 300 čakamo na potrditev zahteve po transportu. Nato v naslednjem koraku 110 oz.

310, čakamo na vakuumsko postajo, da je pripravljena na začetek transporta. Nato nadaljujemo z opravljanjem sekvence. Koda v omenjenih korakih je naslednja:

59 100:

60 IF #IQ_BUFFER_ACK THEN 61 #IQ_BUFFER_ACK := FALSE;

62 #STEP0 := 110;

63 END_IF;

64 110: // Čakaj pripravljeno vakuumsko postajo

65 IF "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].Q_READY AND "BUFFER".BUFFER[0].ID =

#I_ID THEN

66 #STEP0 := 111;

67 END_IF;

68 111:

69 IF "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].TLAČNO_STIKALO THEN 70 #STEP0 := 120;

71 END_IF;

Ko dobimo potrditev, da je postaja pripravljena, odpremo zasun ga zapremo in počakamo, da vakuumska postaja zaključi transport in to potrdi. Ob zapiranju zasuna v vzporednem stavku CASE poskrbimo še za pranje zasuna. V zadnjem koraku moramo še poskrbeti za postavitev korakov na nič. Koda ponovnega odpiranja in zapiranja zasuna:

90 130:

91 IF "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].Q_DONE_ACK AND

"BUFFER".BUFFER[0].ID = #I_ID THEN 92 #STEP0 := 140;

93 END_IF;

94 140:

(48)

95 IF #STEP1 = 120 THEN 96 #STEP0 := 0;

97 #STEP1 := 0;

98 END_IF;

Programska koda vzporednega izvajanja pranja sistema je naslednja:

214 CASE #STEP1 OF 215 100:

216 #Q_Y_VODA_ZASUN := TRUE;

217 IF #TON_PRANJE_ZASUN_ON.Q THEN 218 #STEP1 := 110;

219 END_IF;

220 110:

221 #Q_Y_VODA_ZASUN := FALSE;

222 IF #TON_PRANJE_ZASUN_OFF.Q THEN 223 #STEP1 := 120;

224 END_IF;

225 END_CASE;

Dodatno smo implementirali še korake za ročne komande, ki se začnejo s korakom 1000, v katerem preverjamo, da v vmesnem času ni prišlo do vklopa avtomatskega načina. Ostali koraki s predpono 1000 so namenjeni upravljanju z ventili. V primeru, da se v koraku 1000 izpolni pogoj avtomatskega načina, izklopimo vse morebitno vklopljene ventile v koraku 1299 in postavimo korak na 0. Programska koda je naslednja:

169 1000:

170 IF "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].I_S_AUTO THEN 171 #STEP0 := 1999;

172 END_IF;

173 1100:

174 #Q_Y_VODA_CEVOVOD := NOT #Q_Y_VODA_CEVOVOD;

175 #STEP0 := 1000;

176 1200:

177 #Q_Y_VODA_ZASUN := NOT #Q_Y_VODA_ZASUN;

178 #STEP0 := 1000;

179 1300:

180 #Q_Y_ZASUN := NOT #Q_Y_ZASUN;

181 #STEP0 := 1000;

182 1999:

(49)

183 #Q_Y_VODA_CEVOVOD := FALSE;

185 #Q_Y_ZASUN := FALSE;

186 #STEP0 := 0;

Ročne ukaze se vklaplja na zaslonu HMI, za potrebe česar imamo definirano spremenljviko tipa Double Word »MANUAL«, kjer na posamezen bit povežemo določen parameter ali izhod za vklapljanje ventilov ali pa samo vhod za diagnostiko na zaslonu. Nato v stavku IF…ELSIF preverjamo ali smo še vedno v avtomatskem načinu in v koraku 1000 ter vklop bita v DWordu »MANUAL«, ki predstavlja posamezen ventil. Ob izpolnjenih pogojih vstopimo v korak namenjen vklopu oz.

izklopu določenega ventila, kjer samo negiramo prejšnjo vrednost bita. Programska koda je naslednja:

7 //diagnostika ročnih komand

8 #MANUAL.%X0 := #Q_Y_VODA_CEVOVOD;

9 #MANUAL.%X1 := #Q_Y_VODA_ZASUN;

10 #MANUAL.%X2 := #Q_Y_ZASUN;

11 #MANUAL.%X8 := #I_S_TRANSPORT;

12 #MANUAL.%X9 := #I_S_REDCENJE;

13 #MANUAL.%X10 := #I_S_PRANJE;

14 #MANUAL.%X11 := #I_S_START;

15 #MANUAL.%X12 := #Q_S_START;

16 // Ročno upravljanje ventilov

17 IF NOT "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].I_S_AUTO AND #STEP0 = 1000 AND #MANUAL.%X16 THEN

18 #STEP0 := 1100;

19 #MANUAL.%X16 := FALSE;

20 ELSIF #MANUAL.%X16 THEN 21 #MANUAL.%X16 := FALSE;

22 END_IF;

23 IF NOT "VAKUM_POSTAJE_DB".POSTAJA[#I_ID_VAKUM_POSTAJE].I_S_AUTO AND #STEP0 = 1000 AND 24 #MANUAL.%X17 THEN

24 #STEP0 := 1200;

25 #MANUAL.%X17 := FALSE;

26 ELSIF #MANUAL.%X17 THEN 27 #MANUAL.%X17 := FALSE;

28 END_IF;

(50)

V programsko kodo smo dodali tudi možnost za ponastavitev programa v primeru, da bi se program nepričakovano zaustavil. Ponastavitev se izvede s pritiskom na tipko na zaslonu HMI v ročnem meniju. Tipka je zaklenjena z administratorskim geslom, saj bi zloraba te funkcije lahko privedla do zaustavitve v neprimernem času med sekvenco, v primeru, da bi jo uporabljale nepooblaščene osebe. Tipka na zaslonu postavi bit, ki signalizira zahtevo po ponastavitvi sistema. Zahtevo sicer sprožimo v bloku vakuumske postaje in jo parametrično povežemo na blok odjemnega mesta. Ob sprožitvi zahteve skočimo v korak 3000, kjer izklopimo vse ventile in izpraznimo medpomnilnik na prvem mestu, ki se izvaja. Nato v naslednjem koraku še pobrišemo zahtevo po ponastavitvi in signaliziramo vakuum postaji, da je le-ta končana. Del kode, ki je namenjen preverjanju zahteve za ponastavitev je:

39 IF #I_VP_RESET_REQ AND #STEP0 <> 3001 THEN 40 #STEP0 := 3000;

41 END_IF;

Koda za izvajanje ponastavitve je naslednja:

192 3000:

193 #Q_Y_VODA_CEVOVOD := FALSE;

195 #Q_Y_ZASUN := FALSE;

196 FOR #i:= #LLIM TO #ULIM DO 197 IF #IQ_BUFFER[#i].ID = #I_ID THEN 198 #IQ_BUFFER[#i].ID := 0;

199 END_IF;

200 END_FOR;

201 #STEP0 := 3001;

202 3001:

203 IF NOT #I_VP_RESET_REQ THEN 204 #STEP0 := 0;

205 END_IF;

3.3.2 Funkcijski blok vakuumske postaje

V bloku za obdelavo delovanja vakuumskih postaj smo enako kot pri odjemnem mestu zgradili sekvenco delovanja s pomočjo stavka CASE. Najprej je sicer potrebno poskrbeti, da vsako zahtevo po transportu, ki pride v blok, postavimo na pozicijo ena v polju. To storimo s kodo na spodnji sliki. Najprej določimo dimenzije vhodnega

(51)

polja oz. spodnjo mejo in zgornjo mejo v polju. To pomeni, da v primeru drugačnega števila odjemnih mest spremenimo samo velikost medpomnilnika, programa pa ne bo potrebno popravljati. Vstopimo v zanko FOR, kjer za vsako mesto v pomnilniku preverimo ali je tam ničla. V primeru, da naletimo na ničlo vstopimo v dodatno zanko FOR, kjer na mesto ničle prepišemo naslednjo pozicijo v pomnilniku. Koda je naslednja:

1 #LL := LOWER_BOUND(ARR := #I_BUFFER, DIM := 1);

2 #UL := UPPER_BOUND(ARR := #I_BUFFER, DIM := 1);

3 FOR #i := 0 TO #UL DO

4 IF #I_BUFFER[#i].ID = 0 THEN 5 FOR #j := #i TO #UL - 1 DO

6 #I_BUFFER[#j] := #I_BUFFER[#j + 1];

7 END_FOR;

8 END_IF;

9 END_FOR;

Ob vstopu v sekvenco delovanja vakuumske postaje najprej v koraku 0 preverjamo ali je postaja v avtomatskem režimu delovanja. Hkrati zagotovimo, da ne izvajamo transporta za odjemno mesto nič, ki ne obstaja. Preverimo tudi, da identifikacijska številka postaje ustreza odjemnemu mestu, ki je dodeljeno tej postaji, in v katerem režimu delovanja je sistem. Nazadnje preverimo še prisotnost tlaka v sistemu. Koda je naslednja:

71 CASE #STEP OF 72 0:

73 IF #I_S_AUTO AND #I_BUFFER[0].ID <> 0 AND

"ODJEMNA_MESTA_BUFFER".ODJEMNO[#I_BUFFER[0].ID].I_ID_VAKUM_POSTAJE = #I_ID AND

#I_BUFFER[0].TYPE = "TRANS_TYPE_NORMAL" AND #TLAČNO_STIKALO THEN 74 #STEP := 100;

75 #DTS_START := "HMI_POINTERS"."Date/time PLC";

76 ELSIF #I_S_AUTO AND #I_BUFFER[0].ID <> 0 AND

"ODJEMNA_MESTA_BUFFER".ODJEMNO[#I_BUFFER[0].ID].I_ID_VAKUM_POSTAJE = #I_ID AND

#I_BUFFER[0].TYPE = "TRANS_TYPE_CLEANING" AND #TLAČNO_STIKALO THEN 77 #STEP := 500;

78 #DTS_START := "HMI_POINTERS"."Date/time PLC";

(52)

79 ELSIF NOT #I_S_AUTO THEN 80 #STEP := 1000;

81 END_IF;

V naslednjem koraku, torej 100 ali 200 se začne vakuumiranje oz. ustvarjanje podtlaka v sistemu. V tem koraku z določeno zakasnitvijo preverjamo ali je tlak v sistemu ustrezen, zaradi zakasnitve na stikalu. Po določenem času, ko je podtlak vzpostavljen, skočimo v naslednji korak, kjer čakamo odjemno mesto, da odpre in zapre zasun preden sprožimo odzračevanje. Po končanem odzračevanju odpremo loputo na postaji, da odvržemo odpadke in operemo postajo. Na koncu cikla transporta, v zadnjem koraku 240, izbrišemo opravljeno odjemno mesto iz medpomnilnika in skočimo v korak nič. Koda izvajanja je naslednja:

89 100:

90 #Q_Y_VAKUM_1 := #Q_Y_VAKUM_2 := TRUE;

91 IF #TON_VAKUMIRANJE.Q AND #TLAČNO_STIKALO THEN 92 #STEP := 200;

93 ELSIF #TON_TLAK.Q THEN

94 #Q_Y_VAKUM_1 := #Q_Y_VAKUM_2 := FALSE;

95 #STEP := 0;

96 END_IF;

97 200:

98 IF "ODJEMNA_MESTA_BUFFER".ODJEMNO[#I_BUFFER[0].ID].Q_DONE THEN 99 #STEP := 210;

100 END_IF;

132 240:

133 IF NOT "ODJEMNA_MESTA_BUFFER".ODJEMNO[#I_BUFFER[0].ID].Q_DONE THEN 134 #I_BUFFER[0] := "DEFAULT".BUFFER_ITEM;

135 #STEP := 0; END_IF;

Enako kot pri odjemnih mestih, lahko tudi vakuumske postaje upravljamo ročno.

Implementacija ročnih ukazov je zelo podobna kot pri odjemih. Imamo korak 1000, ki preverja vklop avtomatskega načina in imamo nadaljnje korake s predpono 1000, ki vklapljajo ventile. V koraku 1299 postavimo vse ventile na nič in stopimo v korak 0.