ZA PROCES PROIZVODNJE PEČIC

(1)

Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko

JURE KMETIČ

IZDELAVA NADZORNEGA SISTEMA ZA PROCES PROIZVODNJE PEČIC

Diplomsko delo Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika

Mentor: doc. dr. Vito Logar

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

III

Zahvala

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Vitu Logarju za vso pomoč pri izdelavi diplomske naloge. Zahvala gre tudi vsem sodelavcem v podjetju, ki so mi nudili pomoč pri samemu projektu. Zahvaljujem se tudi vsem svojim domačim za podporo in spodbujanje v času šolanja.

(4)

(5)

V

Povzetek

V diplomski nalogi je opisana izdelava nadzornega sistema SCADA za spremljanje in nadzor procesa proizvodnje pečic. Izdelal sem vmesnik, ki bo operaterjem pomagal nadzorovati proces izdelovanja obodov pečic. Nadzorni sistem je bil izdelan s programsko opremo Siemens WinCC v programu TIA Portal V16.

Naloga opisuje nadzorne sisteme in programske pakete, ki sem jih uporabljal.

Predstavil sem tudi izdelavo celotnega nadzornega sistema in izdelavo programskih funkcij v glavnemu programu, ki so potrebne za delovanje nadzornega sistema. Za izdelavo nadzornega sistema je bilo potrebno dobro poznavanje programskega paketa TIA Portal in celotnega procesa izdelovanja obodov pečic.

Ključne besede: SCADA, Tia Portal, WinCC, nadzorni sistem

(6)

(7)

VII

Abstract

The diploma thesis describes the development of a supervisory control and data acquisition system (SCADA) for the manufacturing process of the ovens. I designed an interface that will help the operators in supervision and control of the oven rim manufacturing process. The system is developed in Siemens software tool WinCC in the TIA Portal V16.

In the thesis, SCADA systems and the software packages I used are presented.

Furthermore, the entire control device and program functions in the main program, which are necessary for the operation of the control system, are described. To create such a system, it was necessary to have a good knowledge of TIA Portal software packages as well as the entire process of making the perimeters.

Key words: SCADA, Tia Portal, WinCC, control system.

(8)

(9)

IX

Vsebina

1 Uvod 15

2 Industrijski nadzorni sistemi 17

2.1 Vmesnik človek - stroj ... 17

2.2 Nadzorni sistemi SCADA ... 18

2.2.1 Uporaba sistema SCADA ... 18

2.3 Razvoj sistemov SCADA ... 19

2.3.1 Monolitni sistemi (prva generacija) ... 19

2.3.2 Distribuirani sistemi (druga generacija) ... 19

2.3.3 Povezani sistemi (tretja generacija) ... 19

2.3.4 Četrta generacija sistemov ... 20

2.4 Programsko okolje TIA Portal V16 ... 20

2.5 Programski paket Simatic WinCC ... 21

2.5.1 SIMATIC WinCC RT Advanced ... 21

3 Izdelava nadzornega sistema SCADA 23 3.1 Izdelava predloge ... 24

3.2 Zaslonski prikaz napak ... 26

3.3 Zaslonski prikaz korakov postaj ... 29

3.3.1 Prikaz cikla na posamezni postaji ... 30

3.4 Zaslonski prikaz statistike ... 34

3.4.1 Delovanje funkcije ... 37

3.4.2 Zaslonski prikaz časa cikla ... 40

3.5 Zaslonski prikazi postaj ... 43

3.5.1 Zaslonski prikaz postaje 1 ... 44

3.5.2 Zaslonski prikaz tekočega traku ... 44

(10)

3.5.11 Zaslonski prikaz strege ... 52

3.5.12 Zaslonski prikaz varnostnih vhodov in izhodov ... 55

3.6 Zaslonski prikaz za nastavitve postaj ... 55

3.6.1 Zaslonski prikaz nastavitev za postajo 1 ... 56

3.6.5 Zaslonski prikaz nastavitev strege ... 58

3.7 Izdelava glavnega zaslonskega prikaza ... 58

4 Zaključek 65

LITERATURA 67

(11)

XI

Seznam slik

Slika 1:Strojna konfiguracija PC-postaje... 24

Slika 2:Prikaz stanja na linji ... 24

Slika 3:Tekstovni in grafični list... 25

Slika 4: konfiguracija tipke ... 25

Slika 5: Predloga zaslonskih prikazov ... 26

Slika 6: Okno za prikaz napak ... 26

Slika 7:Definiranje oznak za alarme ... 27

Slika 8: Definiranje alarmov ... 27

Slika 9: Definiranje sprožilnega bit-a ... 28

Slika 10: Zaslonski prikaz »ACTUAL ERRORS« ... 28

Slika 11: Zaslonski prikaz »ERROR HISTRORY« ... 29

Slika 12: Prikaz posameznega koraka ... 29

Slika 13: Funkcija »Appearance« ... 30

Slika 14: Koraki na postaji 1 ... 30

Slika 16: Koraki na postaji 3 Slika 17: Koraki na postaji 4 ... 31

Slika 19: Koraki na postaji 6 Slika 20: Koraki na postaji 7 ... 32

Slika 23: Zaslonski prikaz »MACHINE CYCLE« ... 34

Slika 24: Dodajanje funkcijskega bloka ... 35

Slika 25: Definicija vhodov in izhodov v funkcijskem bloku ... 36

Slika 26: Podatkovni tip »TIME« ... 37

Slika 27: Funkcijski blok MOVE_BLK_VARIANT ... 37

Slika 28: Funkcijski blok CYCLE_TIME ... 38

Slika 29: Funkcijski blok SLOWEST... 39

Slika 30:Funkcijski blok FASTEST ... 40

(12)

Slika 31: Prikaz časa cikla na postajah 1, 2, 3, 4 in 5 ... 41

Slika 32:Prikaz časa cikla na postajah 6, 7, 8 in 9 ... 42

Slika 33: Tipke za prikaz najpočasnejše in najhitrejše postaje ... 42

Slika 34: Proizvodna linija in posamezne postaje ... 43

Slika 35: Postaja ena ... 44

Slika 36: Tekoči trak med postajama ena in dva ... 45

Slika 37: Postaja dve prvi zaslon ... 45

Slika 38: Postaja dve drugi zaslon ... 46

Slika 39: Postaja tri ... 46

Slika 40:Postaja štiri ... 47

Slika 41: Postaja pet prvi zaslon ... 48

Slika 42:Postaja pet drugi zaslon ... 48

Slika 43:Postaja šest prvi zaslon ... 49

Slika 44:Postaja šest drugi zaslon ... 49

Slika 45:Postaja sedem prvi zaslon ... 50

Slika 46:Postaja sedem drugi zaslon ... 50

Slika 47: Postaja osem ... 51

Slika 48:Postaja devet prvi zaslon ... 51

Slika 49:Postaja devet drugi zaslon ... 52

Slika 50: Celotna strega ... 52

Slika 51: Strega z manipulatorjema ena in dva ... 53

Slika 52:Strega z manipulatorjema tri in štiri ... 53

Slika 53:Strega z manipulatorjema pet in šest ... 54

Slika 54:Strega z manipulatorjema sedem in osem ... 54

Slika 55: Prikaz zaslona SAFETY ... 55

Slika 56:Zaslonski prikaz nastavitev postaj ... 56

Slika 57: Nastavitve prve postaje ... 56

Slika 58: Nastavitve druge postaje ... 57

Slika 59: Nastavitve šeste postaje ... 57

Slika 60: Nastavitve sedme postaje ... 58

Slika 61:Nastavitve strege ... 58

Slika 62: Prikaz strege ... 58

Slika 63: Prikaz za posamezno postajo ... 59

Slika 64: Funkcijski blok LIN_MOVE ... 60

Slika 65: funkcija Direct movement ... 60

Slika 66: Funkcijski blok DAY_COUNT ... 61

Slika 67: Funkcijski blok SHIFT_COUNT ... 62

(13)

Vsebina XIII

Slika 68: Nastavitve uporabnikov ... 62 Slika 69: Tipke za nadzor linije ... 63

(14)

(15)

15

1 Uvod

Avtomatizacija je postopek, s katerim določeni proces oziroma postopek izpeljemo brez človeške pomoči. Za nemoteno delovanje sistema je nujno potrebno zgraditi sistem vodenja. Ker je sistem vodenja pri določenih procesih zahteven, je potrebno narediti tudi vmesnik človek-stroj (ang. Human-Machine Interface - HMI).

V industriji se za tovrstno nalogo običajno uporabljajo nadzorni sistemi SCADA (ang. Supervisory Control And Data Acquisition), kar v slovenščini pomeni sistem za nadzor in zbiranje podatkov [1].

V diplomski nalogi bom predstavil razvoj aplikacije SCADA za proces izdelave pečic, ki sem jo izdeloval v času praktičnega izobraževanja. Zaradi same kompleksnosti linije in števila posameznih operaciji je sistem SCADA nujen za nemoteno in učinkovito delovanje linije. Aplikacijo smo razvijali v Siemensovim programskem okolju TIA Portal, in sicer s programskim paketom SIMATIC WinCC RT Advanced. Za tovrstni programski paket smo se odločili iz preprostega razloga, tj., glavni program za vodenje proizvodne linije je napisan v programu TIA Portal.

TIA portal omogoča, da naredimo v enem projektu program za krmilnik PLK, konfiguracije vseh panelov HMI in celotno aplikacijo SCADA.

Linija pečic ima devet postaj, tekoči trak in strego, ki prenaša obode pečic med postajami. Celoto linijo nadzoruje operater na glavnem pultu, ki se nahaja pred samo linijo, natančneje med postajo tri in štiri. Obdelovance oziroma pločevino delavci vstavljajo ročno, zaradi česar sta narejeni tudi dve varnostni coni. Prva varnostna cona je narejena okoli upogibne naprave oziroma postaje ena. Druga varnostna cona je narejena okoli preostanka linije in sicer od postaje dve do postaje devet. V postajo dve delavec vstavi upognjeno pločevino, strega pa nato prenaša obod med posamičnimi postajami. Na koncu linije pečica oziroma obod pečice s sprednjo steno zapusti linijo na tekočem traku.

Diplomsko nalogo sem vsebinsko razdelil na dve glavni poglavji. V drugem poglavju sem se osredotočil na nadzorne sisteme s poudarkom na sistemih SCADA, prav tako pa sem predstavil tudi programski paket za izdelavo nadzornih sistemov. V

(16)

tretjem poglavju sem predstavil celotni postopek izdelave in oblikovanja zaslonov, ki sem jih izdelal za nadzorni sistem. Opisal sem tudi delovanje in razvoj programskih funkcij, ki sem ji razvil za potrebe nadzornega sistema.

(17)

17

2 Industrijski nadzorni sistemi

Izraz industrijski nadzorni sistem opisuje različne vrste krmilnih sistemov ter z njimi povezane komponente. Sami nadzorni sistemi se med seboj razlikujejo glede na panogo, v kateri delujejo. Danes se nadzorni sistemi uporabljajo v industrijskih panogah, kritični infrastrukturi, distribucij energije in vode idr [2]. Nadzorni sistemi omogočajo številne dodatne funkcije, ki jih lahko razdelimo v tri skupine:

- Podporne in vmesniške funkcije: To so funkcije za zajem in obdelavo podatkov (filtriranje, preračunavanje …), alarmiranje, pripravo sporočil ter komunikacijo z višjimi programskimi nivoji. V to skupino funkciji spada tudi vmesnik človek-stroj oz. HMI.

- Diagnostične funkcije: Sem spadajo funkcije za zaznavanje, prepoznavanje napak in generiranje alarmov.

-

Funkcije vodenja: Funkcije, ki vplivajo na sam proizvodni proces, kot so zagon in ustavitev proizvodnje, upravljanje z načini delovanja, optimizacija porabe surovin, varnostne funkcije idr [3].

2.1 Vmesnik človek - stroj

Vmesnik človek-stroj je uporabniški vmesnik, ki povezuje operaterja s strojem oziroma napravo. Ti vmesniki se najpogosteje uporabljajo v industriji, kjer jih uporabljajo za:

- nadzor nad PLK-ji, - vizualizacijo podatkov,

- spremljanje vhodov in izhodov strojev,

- spremljanje trendov, časov cikla, števila izdelanih kosov idr.

Vmesniki človek-stroj so izdelani v različnih oblikah, kot npr. zaslonih na računalnikih, vgradnih industrijskih zaslonih, zaslonih na tabličnih računalnikih in drugih.

Glavna funkcija vmesnikov je zagotoviti vpogled v delovanje naprave in njenega stanja [4].

(18)

2.2 Nadzorni sistemi SCADA

SCADA je vrsta nadzornega sistema, ki v industrijskem okolju omogoča nadzor nad lokalnimi ali oddaljenimi procesi, spremljanje in obdelavo podatkov v realnem času in neposredno upravljanje z napravami. Tovrstni sistemi so ključnega pomena za industrijska okolja, saj zagotavljajo učinkovitost procesov, hkrati pa obdelujejo podatke ter sporočajo napake na samih sistemih. Osnovna arhitektura nadzornih sistemov se začne s programirljivimi logičnimi krmilniki (PLK) ali z oddaljenimi terminalnimi enotami (ang. Remote Terminal Unit - RTU). PLK-ji in RTU-ji so vmesniki, ki komunicirajo z vrsto naprav, kot so senzorji, aktuatorji, HMI- ji in končne naprave. Sistem SCADA obdeluje, distribuira in prikazuje podatke operaterjem ter jim tako pomaga pri sprejemanju pomembnih odločitev ali pa jim pomaga poiskati napake v procesu in optimizirati sistem [5]. Štiri osnovne funkcije sistema SCADA so:

- Zbiranje podatkov: Branje stanja na senzorjih oziroma na vhodnih enotah v sistemu. Pretvorba analognih vrednosti v digitalne.

- Omrežna podatkovna komunikacija: Zbrani podatki se posredujejo glavnemu računalniku. Komunikacija poteka po komunikacijskih protokolih (analognih:

T202, POTS itd.; ali digitalnih: RS485, TCP/IP itd.).

- Predstavitev podatkov: Zbrani podatki se obdelajo, organizirajo in predstavijo operaterju. Predstavitev je lahko tabelarična ali grafična.

- Nadzor procesov: Preko sistema SCADA se pošiljajo ustrezni ukazi, ki vplivajo na samo delovanje sistema ali njegovo konfiguracijo.

Štiri glavne komponente SCADA sistema so:

- vhodi in izhodi,

- enote za daljinsko telemetrijo, - vmesnik človek – stroj (HMI) ter - komunikacijsko omrežje [6].

2.2.1 Uporaba sistema SCADA

Sistemi SCADA se uporabljajo pri nadzoru in vodenju različnih procesov, od najpreprostejših, kot je npr. nadzor temperature v hladilni komori, do najkompleksnejših, kot je npr. nadzor nad reaktorjem v jedrski elektrarni. Zaradi možnosti prilagajanja številnim aplikacijam, je sistem postal pomemben člen v številnih panogah sodobne industrije. Učinkovit nadzorni sistem lahko znatno izboljša osnovni proces ter s tem posledično privarčuje čas in denar. Nekaj najpogostejših primerov uporabe sistemov SCADA:

- sistemi za upravljanje vodovodov in čiščenje vode, - plinovodi,

(19)

2 Industrijski nadzorni sistemi 19

- naftovodi,

- distribucija energije, - industrijska proizvodnja, - proizvodna industrija idr. [5].

2.3 Razvoj sistemov SCADA

2.3.1 Monolitni sistemi (prva generacija)

Prvi sistemi SCADA so delovali na velikih računalnikih, ki niso imeli oziroma so imeli malo omrežnih možnosti. Zaradi pomanjkanja omrežnih povezav so bili ti sistemi samostojni. Prve komunikacije so bile vzpostavljene z oddaljenimi terminalnimi enotami. Komunikacijo so uporabljali za izmenjavo podatkov z glavnim računalnikom. Protokol, s katerim so komunicirali, so razvijali prodajalci RTU-jev in so bili združljivi samo z računalnikom istega prodajalca. S širjenjem sistemov SCADA so prodajalci RTU-jev izboljšali tudi podprte podatkovne protokole.

2.3.2 Distribuirani sistemi (druga generacija)

Druga generacija sistemov SCADA je začela uporabljati tehnologijo omrežja LAN (ang. Local Area Network). Izboljšani sitem, ki se je imenoval porazdeljeni sitem, je imel možnost komunikacije med seboj, kar je omogočalo tudi komunikacijo v realnem času. Sistemi so postali manjši in cenejši od predhodne generacije, še vedno pa so bili omejeni glede združljivosti strojne opreme, saj so bili združljivi samo z opremo istega proizvajalca.

2.3.3 Povezani sistemi (tretja generacija)

Tretja generacija oziroma omrežni sistemi SCADA, so prinesli odprto sistemsko arhitekturo, ki podpira odprte komunikacijske protokole in standarde, zaradi česar je omogočena distribucija funkcij, ki jih ponuja sistem SCADA. Poleg odprte arhitekture podpira tudi uporabo strojne opreme drugih proizvajalcev, kar omogoča še dodatno funkcionalnost sistema. Tretja generacija je uvedla tudi internetni protokol IP (ang. Internet Protocol), ki je bil prelomen za razvoj sistemov, saj je omogočil medsebojno povezavo preko povezave Ethernet [7].

(20)

2.3.4 Četrta generacija sistemov

Četrto generacijo sistemov SCADA je povzročil napredek v računalniškem svetu. S pomočjo računalniške tehnologije v oblaku, lahko sistem pošilja podatke v realnem času na dolge razdalje ter izkoristi okolje oblaka za računanje naprednejših algoritmov vodenja. Četrta generacija je prinesla tudi izdatno izboljšanje varnosti [8].

2.4 Programsko okolje TIA Portal V16

Totally Integrated Automation Portal je Siemens-ov programski paket namenjen razvoju programov na področju avtomatizacije in optimizacije industrijskih procesov. TIA Portal je celovito inženirsko orodje za izdelavo preprostih ali kompleksnejših programskih kod. Program je namenjen konfiguracij, programiranju, testiranju in diagnosticiranju krmilnikov SIMATIC. V program je vključen tudi programski paket WinCC Basic, ki omogoča konfiguracijo osnovnih zaslonov SIMATIC HMI.

Podprti programski jeziki, ki jih lahko uporabljamo za programiranje krmilnikov so:

- lestvični diagram LAD (ang. Ladder Diagram),

- funkcijski blokovni diagram FBD (ang. Function Block Diagram), - sekvenčni funkcijski diagram SFC (ang. Sequential Functional Chart) ter - strukturirani tekst SCL (ang. Structured Control Language).

Vsak program, ki ga zgradimo v TIA Portalu, je organiziran v programske organizacijske enote oz. bloke. Ti bloki so lahko:

- organizacijski bloki (OB), ki predstavljajo povezavo med operacijskim sistemom in uporabniškem programom. Organizacijski bloki skrbijo za ciklično delovanje programa, v njem pa so klicane vse funkcije programa.

- funkcijski bloki (FB), ki običajno predstavljajo osnovo za izgradnjo funkcionalnosti posameznega dela vodenja. Lahko vrnejo eno ali več vrednosti. Funkcijski blok se lahko kliče oziroma uporabi večkrat v programu, pri čemer ima vsak od njih svoje ime in podatkovno strukturo s podatki.

- funkcije (FC), ki nimajo notranjih stanj oz. spomina. Vsak klic funkcije z enakimi vrednostmi, dajo vedno enak rezultat, ki je lahko sestavljen iz več spremenljivk.

- podatkovni bloki (DB), ki so namenjeni shranjevanju podatkov iz funkcij in funkcijskih blokov [9].

(21)

2 Industrijski nadzorni sistemi 21

2.5 Programski paket Simatic WinCC

Programski paket Simatic WinCC je ena od vgrajenih funkcionalnosti, ki ponuja popolno funkcionalnost SCADA v sistemu Windows. WinCC ponuja sistem za vizualizacijo procesov s številnimi visoko zmogljivimi funkcijami za nadzor avtomatiziranih procesov. Sistem se uporablja tako za aplikacije z enim uporabnikom kot tudi za sisteme z več uporabniki ter strežniki. Programska oprema SIMATIC WinCC je na voljo v različnih verzijah:

- WinCC Basic, - WinCC Comfort,

- WinCC Advanced (na voljo tudi kot ločen programski paket Runtime) ter - WinCC Professional (na voljo tudi kot ločen programski paket Runtime) [10].

2.5.1 SIMATIC WinCC RT Advanced

SIMATIC WinCC Runtime Advanced je visoko zmogljiva oprema za vizualizacijo preprostih vizualizacijskih nalog. Uporablja se za sisteme z enim uporabnikom, kot npr. aplikacije avtomatizacije proizvodnje. Glavne lastnosti sistema in njegove funkcionalnosti so:

- vizualizacija uporabniškega vmesnika , - prikaz alarmov in sporočil,

- zapisovanje alarmov in procesnih vrednosti (v baze podatkov SQL),

- recepti (ustvarjanje podatkovnih zapisov za strojne podatke, zapis ali branje podatkov iz PLK-jev),

- dokumentacija procesnih podatkov, alarmnih dogodkov (izpis glede na čas ali dogodek),

- večjezična podpora (do dvaintrideset jezikov), - zaščita dostopa (uporabnikov ID in geslo), - povezava s PLK-ji

- odprta komunikacija med sistemi HMI in sistemi višje ravni, strežniki OPC, pošiljanje e-poštnih sporočil na zahtevo, sistemska diagnostika prek strani HTML ter

- WinCC Sm@rtServer za daljinsko upravljanje sistemov preko interneta [11].

(22)

(23)

23

3 Izdelava nadzornega sistema SCADA

Na svetu ni enotnega standarda za izdelavo sistemov SCADA, zato smo se v podjetju okvirno dogovorili, kaj se bo prikazovalo na sistemu, oziroma, katere parametre bo mogoče spremljati in jih po potrebi nastavljati. Odločili smo se za pet različnih tem:

- glavni ekran »MAIN SCREEN«, - napake »ERRORS«,

- cikel na postajah »MACHINE CYCLE«, - statistika »STATISTIC«,

- postaje »STATIONS« in - nastavitve »SETTINGS«.

Ker je celotna linija narejena oziroma programirana s Siemens-ovo opremo, je tudi sistem SCADA zgrajen s pomočjo programske opreme istega proizvajalca.

Siemens ponuja tovrstno programsko opremo pod imenom SIMATIC WinCC.

Programsko opremo smo namestili na računalnik na katerem bo deloval sistem. Na računalniku smo morali najprej nastaviti omrežne nastavitve oziroma smo morali mrežni kartici nastaviti naslov IP. Le-tega smo nastavili kot 192.168.0.200, enak naslov pa moramo nato nastaviti tudi v programu TIA Portal, v katerem izdelujemo vmesnik. Računalnik s programsko opremo in PLK morata biti povezana v isto omrežje. V programu smo v zavihku »Devices&networks« dodali postajo

»SIMATIC PC« ter ji dodali mrežno kartico, na kateri smo nastavili ustrezni naslov IP. Dodali smo tudi aplikacijo »SIMATIC HMI«, in sicer »WinCC RT Advanced«, kot je prikazano na sliki 1.

(24)

Slika 1:Strojna konfiguracija PC-postaje

3.1 Izdelava predloge

Predno smo pričeli z izdelavo celotne funkcionalnosti sistema SCADA, smo izdelali predlogo (ang. template), ki se prikazuje na vseh zaslonskih prikazih (ang.

screen). Uporaba predloge pri izdelavi oziroma oblikovanju ostalih prikazov privarčuje čas, ki bi ga sicer porabili za oblikovanje osnovnih stvari na vsakem prikazu posebej. V predlogo smo dodali logotip našega podjetja, in sicer v zgornji levi rob. Na desni zgornji strani smo dodali prikaz ure in datuma, ter osnovna stanja linije. Slika 2 prikazuje osnovna stanja linije, in sicer cikel, pripravljenost za začetek cikla, ročni ali avtomatski način delovanja, odprta cona, prisotnost napetosti oziroma napajanja kartic in vzpostavitev omrežne povezave.

Slika 2:Prikaz stanja na linji

Za lažji in bolj razumljiv prikaz osnovnih stanj smo v zavihku »Text and graphic lists« naredili seznam besed, ki se prikazujejo v odvisnosti od stanja spremenljivke iz PLK-ja. Tako smo npr. za prikaz cikla naredili dva prikaza, in sicer

»CYCLE OFF« in »CYCLE ON« kot je vidno na sliki 3. Prav tako pa smo naredili barvno animacijo, s pomočjo katere operater hitreje ugotovi morebitno napako oziroma razlog zastoja na liniji.

(25)

3 Izdelava nadzornega sistema SCADA 25

Slika 3:Tekstovni in grafični list

Na spodnji rob vsakega prikaza smo namestili pet tipk, ki služijo menjavi prikazov oziroma teme na zaslonu. Tipke smo poimenovali po tematiki, ki jo prikažejo ob pritisku na jih, in sicer: »MAIN SCREEN« (glavni zaslon), »ERRORS«

(napake), »MACHINE CYCLE« (prikaz cikla na posamezni postaji), »STATISTIC«

(statistika), »STATIONS« (postaje) in »SETTINGS« (nastavitve).

Za vsako tipko smo v nastavitvah, pod zavihkom dogodki (ang. Events), definirali funkcijo, ki jo tipka aktivira. V konkretnem primeru smo izbrali, da se ob pritisku na tipko (ang. Press) aktivira določen zaslon, ki smo ga izbrali glede na funkcijo tipke. Tako na primer tipka, ki smo jo poimenovali »ERRORS« aktivira prikaz, ki prikazuje napake. Na sliki 4 je vidna konfiguracija tipke »ERRORS«

Slika 4: konfiguracija tipke

(26)

Na predlogo smo dodali tudi dva okvirja, s čimer se zgornja vrstica in spodnje tipke lažje ločijo od osnovne barve ekrana. Končni zgled podlage z vsemi tipkami in statusi prikazuje slika 5.

Slika 5: Predloga zaslonskih prikazov

3.2 Zaslonski prikaz napak

Pri izdelavi oziroma oblikovanju zaslonskega prikaza napak nismo imeli veliko dela, saj ima za prikaz le-teh program TIA Portal že zgrajeno prikazovalno okno oz.

tabelo, ki jo prikazuje slika 6. V tabeli se izpiše številka napake, čas in datum pojava napake ter njen opis. Največ časa pri izgradnji smo porabili za deklaracijo napak v zavihku »HMI alarms«, saj je bilo potrebno definirati vsako napako posebej, narediti opis in jo povezati z oznako (ang. tag) na PLK-ju.

Slika 6: Okno za prikaz napak

(27)

V glavnem programu smo pripravili tri podatkovne bloke, v katerih ni izbrana funkcija optimiziranega dostopa. Za povezavo spremenljivk smo v zavihku oznak definirali novo tabelo oznak z imenom »ALARM«. V njej smo definirali oznake HMI in jih povezali z oznakami v podatkovnem bloku. Izbrati smo morali tip spremenljivke, povezavo s PLK, možnost absolutnega dostopa in povezavo s spremenljivko v podatkovnem bloku, kot prikazuje slika 7. Za vse alarme smo morali definirati oseminštirideset oznak in povezav v tabeli »ALARM«.

Slika 7:Definiranje oznak za alarme

Alarme se deklarira v zavihku »HMI alarms«, kjer definiramo številko alarma, ime alarma, napis alarma, razred alarma in povezavo z bitom, ki aktivira alarm. Slika 8 prikazuje deklaracijo alarmov v programu TIA Portal.

Slika 8: Definiranje alarmov

Pri definiciji alarmov smo morali paziti na pravilni prožilni bit (ang. trigger bit), saj ima program TIA portal zamenjani vrstni red bajtov v spremenljivki tipa beseda (ang. word). Besedo sestavljata dva bajta oziroma šestnajst bitov, pri čemer je

(28)

prvi bit v PLK-ju enak osmemu bitu v programu WinCC. Na sliki 9 je prikazana definicija prožilnega bita.

Slika 9: Definiranje sprožilnega bit-a

Končni obliki zaslona, ki je vidna na sliki 10 smo dodali tudi tipko za prehod na prikaz, kjer prikazujemo zgodovino alarmov.

Slika 10: Zaslonski prikaz »ACTUAL ERRORS«

V sistem SCADA smo dodali tudi zaslonski prikaz, na katerem se prikazuje zgodovina napak. Zgodovina napak je pomembna pri odkrivanju napak oziroma vzrokih odpovedi. Prav tako je mogoče predvideti morebitno okvaro določenega dela, če se na določeni komponenti pogosto začne pojavljati enaka napaka. S tem lahko sklepamo, da se je določena komponenta obrabila oziroma ima prisotno okvaro. Na sliki 11 je prikazan zaslon za prikaz zgodovine alarmov.

(29)

Slika 11: Zaslonski prikaz »ERROR HISTRORY«

3.3 Zaslonski prikaz korakov postaj

Za oblikovanje zaslonskega prikaza, ki prikazuje posamični cikel postaje, smo morali najprej pregledati glavni program in si izpisati posamezne korake pri postajah.

Prikaz cikla na posamezni postaji pomaga pri odpravljanju morebitnih napak, saj lahko operater vidi, v katerem koraku je posamezna postaja obstala. Za vsako od postaj smo naredili ločen blok, v katerem smo navedli korake posamezne postaje. Za lažje branje in razumevanje korakov, smo vsak korak označili s posameznimi premiki, ki se v danem trenutku izvajajo. Korak »A+« pomeni, da se je cilinder z oznako »A« premaknil naprej, »A–« pomeni premik cilindra nazaj. Na sliki 12 lahko vidimo korak v katerem se cilinder »A« pomakne naprej.

Slika 12: Prikaz posameznega koraka

Vsak korak, ki se izvaja, se obarva v zeleno barvo. Obarvan ostane do konca cikla, ko se izvede zadnji korak, oziroma konec cikla, kjer se vsi koraki obarvajo v osnovno barvo. Animacijo smo naredili tudi na okvirju okoli korakov, ki se obarva rdeče, če se na postaji pojavi napaka. Uporabljali smo opcijo »Appearance«, v kateri navedemo oznako, ki posamični kvadrat obarva ter barvo, v katero se obarva. Slika 13 prikazuje funkcijo »Appearance«.

(30)

Slika 13: Funkcija »Appearance«

3.3.1 Prikaz cikla na posamezni postaji

Na postaji ena oziroma »U-BENDING« je celotni cikel sestavljen iz trinajstih korakov kot je vidno na sliki 14. Koraki se izvajajo posamično oziroma se v vsakem koraku izvaja samo en premik naenkrat. Korak »UP« in »DOWN« predstavljata korak servomotorja.

Slika 14: Koraki na postaji 1

Slika 15 prikazuje korake postaje dve oziroma »SEAM WELDING U SHAPE + TOP«. Postaja ima devetnajst korakov, pri čemer se v določenih korakih izvajata dva ali več premikov hkrati. Postaja izvaja tudi varjenje, ki ga predstavlja korak z oznako »WELD« oziroma točkovno varjenje, ki ga predstavlja korak z oznako

»SPOT WELD«.

(31)

Slika 16 in slika 17 prestavljata postaji tri oz. »WELD ROLLING« in štiri oz.

»FRONT FORMING WRAP 90°/180°«. Obe postaji imata enako število korakov, in sicer sedem.

Slika 16: Koraki na postaji 3 Slika 17: Koraki na postaji 4

Postaja pet oziroma »PRE-WELD WRAP + BACK« ima trinajst korakov, ki so vidni na sliki 18. Varjenje se odvija v več korakih, zato so posamični vari

(32)

poimenovani po oznakah na varilnih elektrodah. Tako imamo tri različne korake za točkovno varjenje.

Postaji šest in sedem oziroma »LONG SEAM WELDING WRAP + BACK« in

»SHORT SEAM WELDING WRAP + BACK« imata enake korake in postopke.

Razlika med njimi je zgolj v označbi cilindrov oziroma aktivatorjev, kar je vidno na sliki 19 in sliki 20. Postaji izvajata skoraj enake korake, le da postaja šest vari daljši var, postaja sedem pa krajši var.

Slika 19: Koraki na postaji 6 Slika 20: Koraki na postaji 7

(33)

Postaja osem oziroma »SPOT WELDING BACK CARRIER« ima petnajst korakov, od katerih se v določenih korakih izvaja več operacij oziroma premikov, kot prikazuje slika 21.

Postaja devet oziroma »FRONT PANEL WELDING« ima štirinajst korakov.

Tudi pri postaji devet je možnih več različnih varov (varjenje ob različnih časih) ter korakov, kjer se premika več cilindrov. Slika 22 prikazuje korake na postaji 9.

(34)

Vse korake postaj smo prikazali na enem zaslonskem prikazu, s čimer ima operater boljši pregled nad celotno linijo oziroma nad posameznimi postajami. Slika 23 prikazuje končni zgled zaslona za prikaz korakov.

Slika 23: Zaslonski prikaz »MACHINE CYCLE«

3.4 Zaslonski prikaz statistike

Čas izdelovalnega cikla je dandanes v serijski proizvodnji zelo pomemben, zlasti če moramo narediti velike količine artiklov v zelo kratkem času. Pri tem si lahko pomagamo tudi s predvidevanjem časa, ki ga potrebujemo za dosego željenega cilja. Z merjenjem časa posameznega cikla lahko pridobimo koristne informacije za pospešitev proizvodne oziroma dobimo podatek o tem kje izgubljamo največ časa, oz. kateri postopki predstavljajo ozko grlo.

Ker se na celotno linijo sestavlja devet obdelovalnih postaj, na katerih se meri čas izvajanja cikla, smo se odločili, da razvijemo funkcijo, ki bo merila čas cikla, ki ga potrebuje postaja za svoje delovanje, čas, ki ga potrebuje delavec za vstavljanje posameznih kosov in skupni čas izdelka na postaji. Funkcijo smo izdelali kot kombinacijo dveh jezikov, in sicer SCL in FBD. Funkcijo smo razvili v funkcijskem bloku, ki smo ga poimenovali »CYCLE_TIME«. Slika 24 prikazuje dodajanje funkcijskega bloka.

(35)

Slika 24: Dodajanje funkcijskega bloka

V funkcijskem bloku smo najprej navedli vhodne, izhodne in vhodno-izhodne spremenljivke. Vhodne spremenljivke so:

- »CYCLE« (merjenje cikla se izvaja samo v avtomatskem delovanju), - »START« (začetek merjenja časa),

- »LAP« (konec merjenja časa delavca) ter - »STOP« (konec merjenja).

Izhodne spremenljivke so:

- »ACTUAL MACHINE« (trenutni čas postaje), - »ACTUAL WORKER« (trenutni čas delavca),

- »ACTUAL TOTAL« (skupni trenutni čas postaje in delavca), - »LAST MACHINE« (prejšnji čas postaje),

- »LAST WORKER« (prejšnji čas delavca),

- »LAST TOTAL« (prejšnji skupni čas postaje in delavca), - »AVERAGE MACHINE« (povprečni čas postaje), - »AVERAGE WORKER« (povprečni čas delavca) ter - »AVERAGE TOTAL« (povprečni čas postaje in delavca)

(36)

Vhodno-izhodne spremenljivke so tabele, kamor funkcijski blok shranjuje rezultate meritev časa. Za merjenje povprečnega časa smo se odločili, da bomo vzeli deset meritev. Narediti smo morali podatkovni blok, v katerega bo funkcijski blok shranjeval meritve časa. Podatkovni blok smo poimenovali »STATS«, kateremu smo prav tako izklopili funkcijo optimiziranega dostopa do podatkov. Slika 25 predstavlja vhode, izhode in vhode-izhode funkcije »CYCLE_TIME«.

Slika 25: Definicija vhodov in izhodov v funkcijskem bloku

Ker se v podatkovnem bloku ponavljajo enaki tipi podatkov, vendar za različne postaje, smo se odločili, da si naredimo podatkovni tip, in sicer v zavihku »PLC data type«, poimenovali pa smo ga »TIME«. V njem smo naredili tri tabele z enim stolpcem in desetimi vrsticami. Tip podatkov v tabeli je realno število (ang. real), ki je namenjen shranjevanju realnih števil. Prav tako smo v podatkovni tip dodali tri spremenljivke za povprečne čase (ang. average machine, average worker in average total). Slika 26 prikazuje podatkovni tip »TIME«

(37)

Slika 26: Podatkovni tip »TIME«

V podatkovnem bloku smo nadalje naredili spremenljivke, ki smo jih poimenovali po postajah, na katerih merimo čas. Za podatkovni tip smo izbrali

»TIME«.

3.4.1 Delovanje funkcije

V prvem koraku se ob prehodu spremenljivke »START« iz logične ničle v logično ena izvede prepis vseh devetih vrednosti iz stolpca v posamezni tabeli za eno mesto višje. Vrednost, ki je bila prej v prvi vrstici se po izvedbi prepisa nahaja v drugi vrstici. V prvo vrstico se nato zapišejo vrednosti nič. Za prepis vrednosti smo izbrali funkcijo »MOVE_BLK_VARIANT«, ki jo prikazuje slika 2. Funkcija iz tabele prepiše določeno število vrednosti v drugo tabelo. Podati moramo tudi začetno vrstico, iz katere se začnejo prepisovati vrednosti in začetno vrstico, kamor želimo, da blok prepiše vrednosti. Po končanem prepisovanju podatkov se v lokalno spremenljivko »TIME« zapiše vrednost logične 1.

Slika 27: Funkcijski blok MOVE_BLK_VARIANT

(38)

V drugem koraku začnemo meriti čas v odvisnosti od spremenljivk »TIME«,

»CYCLE« in »LAP«. S pomočjo logične funkcije IN (ang. AND) smo naredili logiko za posamezno merjenje časa. Čas smo merili s časovnikom »TONR«.

Merjenje časa ustavi spremenljivka »STOP«, ki postavi spremenljivko »TIME« na logično vrednost nič.

V tretjem koraku delimo vrednosti, ki smo ji pridobili iz časovnikov, da dobimo zapis v sekundah z enim decimalnim mestom.

V četrtem koraku naredimo prepis trenutnih vrednosti iz časovnikov v vrednost

»LAST« in v prvo vrednost v tabeli za posamezno meritev.

V petem koraku, ki smo ga naredili s pomočjo jezika SCL, preštejemo količino podatkov v tabeli. Za preverjanje količine podatkov smo naredili stavek FOR, ki se izvede za vrednosti od 0 do 9. Hkrati s pogojnim stavkom IF preverjamo, če se vrednost v posamezni vrstici razlikuje od 0. Če se, prištejemo spremenljivki »e«

vrednost 1.

V šestem koraku, s pomočjo stavka FOR seštejemo vse vrednosti v posamičnem stolpcu ter jih delimo z vrednostjo spremenljivke »e« iz prejšnjega koraka. Dobljene vrednosti nato napišemo v spremenljivko »AVERAGE«.

Izdelano funkcijo smo nato klicali v funkcijskih blokih postaj, kot prikazuje slika 28.

Slika 28: Funkcijski blok CYCLE_TIME

(39)

Celotni cikel linije je odvisen od vseh postaj, zato smo se odločili, da bomo implementirali tudi funkcijo, ki bo vračala številko najpočasnejše postaje ter funkcijo, ki bo vračala številko najhitrejše postaje.

Funkcijo, ki vrača številko najpočasnejše postaje smo poimenovali

»SLOWEST«. Naredili smo funkcijski blok z desetimi vhodi, pri čemer je devet vhodov namenjenih branju časov posamičnih postaj, en vhod pa služi za prikaz najpočasnejše postaje na izhodu.

V prvem koraku v lokalno spremenljivko »SLOWESTCYCLE« vpišemo vrednost nič. V naslednjih korakih primerjamo spremenljivko s časi posameznih postaj. Če je čas na posamični postaji večji od trenutne vrednosti, zapišemo čas postaje v trenutno vrednost spremenljivke. Ko se izvede prepis časa v trenutno vrednost, se izvede tudi prepis številke postaje v izhodno spremenljivko

»SLOWEST«. Na izhodu funkcije tako dobimo vrednost oziroma številko najpočasnejše postaje. Slika 29 prikazuje funkcijski blok funkcije »SLOWEST«.

Slika 29: Funkcijski blok SLOWEST

(40)

Funkcijo, ki vrača številko najhitrejše postaje smo poimenovali »FASTEST«.

Funkcija je zgrajena podobno kot funkcija »SLOWEST«, z razliko, da tokrat v lokalno spremenljivko vpišemo vrednost 10000. V naslednjih korakih primerjamo lokalno spremenljivko s časi postaj. V primeru, da je čas postaje manjši od predhodnika in hkrati različen od nič, naredimo prepis časa v lokalno spremenljivko.

Ob prepisu časa naredimo tudi prepis številke postaje v izhodno spremenljivko

»FASTEST«. Slika 30 prikazuje funkcijski blok funkcije »FASTEST«.

Slika 30:Funkcijski blok FASTEST

3.4.2 Zaslonski prikaz časa cikla

Vse čase ciklov prikazujemo v sekundah. Na postajah, kjer delavci vstavljajo kose, prikazujemo devet časov. Na postajah, kjer delavec ni prisoten, prikazujemo samo tri čase. Za prikaz časov smo izbrali element iz knjižnice z imenom »I/O field«.

V nastavitvah elementa smo nastavili povezavo z ustrezno spremenljivko na PLK-ju

(41)

ter dolžino prikaza, ki smo ga nastavili na štiri mesta in eno decimalno mesto. Na sliki 31 vidimo prikaze časov postaj 1, 2, 3, 4 in 5, na sliki 32 pa postaj 6, 7, 8 in 9.

Slika 31: Prikaz časa cikla na postajah 1, 2, 3, 4 in 5

(42)

Slika 32:Prikaz časa cikla na postajah 6, 7, 8 in 9

Za prikaz najhitrejše in najpočasnejše postaje smo naredili dve tipki, ki omogočita preračun funkcije, oziroma prikaz njunih vrednosti. Naleteli smo na težavo, saj za eno prikazovalno polje ne moremo uporabiti dveh opcij »Appearance«.

Ideja je bila, da bi z eno funkcijo »Appearance« obarvali prikazno polje zadnjega časa v zeleno, če je bila postaja najhitrejša, z drugo funkcijo »Appearence« pa v rdeče, če je bila postaja najpočasnejša. Težavo smo rešili s prekrivanjem dveh enakih polj s funkcijo »Appearance« za posamezni prikaz. Da smo izvedli obe obarvanji, smo na eno prikazno polje dodali funkcijo »Visibility«, ki skrije zgornjo prikazano polje. Na sliki 33 vidimo tipki za prikaz najpočasnejše in najhitrejše postaje.

Slika 33: Tipke za prikaz najpočasnejše in najhitrejše postaje

(43)

3.5 Zaslonski prikazi postaj

Zaradi lažjega iskanja napak smo se odločil, da bomo v prikazih vsako postajo prikazovali ločeno, pri čemer bomo označili lokacijo posamičnega senzorja. Za vsak senzor bomo prikazovali njegovo dejansko stanje, ki ga pošilja na vhod krmilnika.

To bo omogočalo lažjo detekcijo okvare senzorja. Če senzor ne pošilja vrednosti na vhod krmilnika, ali pa pošilja vrednost tudi, ko ni aktiven, lahko sklepamo, da je senzor v okvari. Celotno linijo, vseh 9 postaj, strego in tekoči trak prikazuje slika 34.

Slika 34: Proizvodna linija in posamezne postaje

Pred izdelavo zaslonskih prikazov smo si ogledali vsako postajo in na njej poiskali vse senzorje in aktivatorje. Ugotovili smo, da so določene postaje zelo kompleksne in bo za prikaz lokacij senzorjev potrebno narediti več prikazov oziroma uporabiti več slik. Odločili smo se, da bo večina slik tri dimenzionalnih. Za lažjo prestave, kako naj na izgledajo končni prikazi, smo si ogledali sistem SCADA za podobno linijo, ki je postavljena na Češkem.

Slike postaj smo naredili s strojnim projektantom v programu CREO. Določene dele na modelu postaje je strojni projektant naredil prosojne, s čimer smo lažje označili lokacije senzorjev in aktivatorjev. Končno verzijo slike smo uvozili v zaslonski prikaz. Z elektro projektantom smo se dogovorili za električne načrte postaj, iz katerih smo razbrali oznake senzorjev in aktuarjev. Poleg oznak senzorjev smo na zaslonske prikaze dodali tudi komentarje, ki olajšajo iskanje določenega aktivatorja/senzorja.

(44)

3.5.1 Zaslonski prikaz postaje 1

Slika 35 prikazuje postajo ena, ki naredi upogib pločevine. Na njej je nameščenih 29 senzorjev in 14 aktivatorjev. V postajo delavec vstavi pločevino v izhodiščno lego. Postaja pločevino prime z dvema prijemaloma in izvede upogib leve in desne strani. Po končanem upogibu postaja upognjeno pločevino dvigne, delavec pa jo odstrani iz postaje. Pločevino nato delavec postavi na tekoči trak. Za prikaz smo izbrali tlorisni pogled postaje, saj je le-ta omogočal pogled na vse senzorje in aktivatorje. Na sliki smo z oranžnimi krogci označili lokacije induktivnih senzorjev.

Zaradi preglednosti slike, senzorjev na pnevmatskih cilindrih nismo označevali.

Prikaz aktivnosti senzorjev smo izvedli s krogci, ki se obarvajo zeleno, kadar je pripadajoči senzor aktiven. Če senzor ni aktiven, je obarvan sivo. Na prikazu prikazujemo tudi izhode za ventile oziroma prisotnost izhodnih napetosti na posamičnih tuljavah ventilov.

Slika 35: Postaja ena

3.5.2 Zaslonski prikaz tekočega traku

Zaslonski prikaz tekočega traku je prikazan na sliki 36. Trak se nahaja med prvo in drugo postajo ter skrbi za transport obodov med postajama. Tekoči trak ima tri senzorje in dva motorja, ki skrbita za njegov pogon.

(45)

Slika 36: Tekoči trak med postajama ena in dva

Postaja dve zavari obod in strop pečice, s čimer postane celotni plašč pečice enoten. V postajo mora delavec ročno vstaviti strop pečice, ki ga primejo vakuumski seski na zadnjem delu postaje. Nadalje delavec v sprednji del postaje vstavi še obod pečice. S pritiskom na tipko za potrditev nalaganja se začne izvajati avtomatski cikel postaje. Postaja zavari strop na obod pečice s pomočjo kolutnega varjenja. Zavarjen obod nato prime strega in ga prenese na naslednjo postajo, kjer se vrši nadaljnja obdelava oboda. Ker je postaja kompleksna, smo zanjo izdelali dva zaslonska prikaza. Na prvem je prikazana celotna postaja, kot je vidno na sliki 37, na drugem pa je prikazan njen prerez in varilni kolut, kot prikazuje slika 38.

Slika 37: Postaja dve prvi zaslon

(46)

Slika 38: Postaja dve drugi zaslon

Slika 39 prikazuje zaslonski prikaz postaje tri, ki valja oziroma poravna zvare.

Strega postavi obod na odlagalno mesto, postaja prime obod in s pomočjo hidravličnih cilindrov zgladi vare na obodu. Cilinder »B« skrbi za vertikalni pomik orodja po postaji, cilindra »C1« in »C2« pa določata silo na valjih za glajenje vara.

Pnevmatska cilindra »A1« in »A2« primeta obod pečice in poskrbita, da med valjenjem ostane na mestu. Po končanem ciklu strega prime obod pečice in ga odnese na postajo štiri. Ker ima ta postaja hidravlične cilindre in je priklopljena na hidravlični agregat, je na zaslonskem prikazu prikazan tudi hidravlični agregat in senzorji, ki so pomembni za delovanje postaje.

Slika 39: Postaja tri

(47)

Postaja štiri na obodu naredi rob, na katerega je privarjena sprednja stena pečice. Rob naredi z dvema giboma. Prvi gib naredi upogib roba za 90 °, drugi gib pa upogib za 180 °. Postaja deluje s pomočjo hidravličnih cilindrov, zato je tako kot pri postaji tri, tudi tukaj potreben hidravlični agregat. Po končanem ciklu, strega odnese obod na postajo pet. Zaradi kompleksnosti postaje, smo morali tudi v tem primeru zgraditi dva zaslonska prikaza. Naredil smo tudi detajl, in sicer na hidravličnemu agregatu, kjer smo označil senzorje tlaka za postajo štiri. Slika 40 prikazuje končni izgled zaslona za četrto postajo.

Slika 40:Postaja štiri

Postaja pet točkovno privari zadnjo steno pečice na obod. Postaja naredi dvajset točkovnih varov, in sicer v treh sklopih, s čimer se omeji potrebna moč na varilnih aparatih. Če bi se varjenje izvajalo z vsemi štirimi varilnimi aparati hkrati, bi na napajalnih kablih linije nastal prevelik tok. Problem nastane, ker se varilni aparati nahajajo na šestih postajah, ki varijo istočasno. Na postaji pet se varjenje najprej izvede z varilnimi pištolami, ki imajo oznako »F« sledi varjenje s pištolami z oznako

»G«, na koncu pa še varjenje s pištolami z oznako »H«. Varilni del, ki je pred postajo (na sliki 41 spodaj) in zajema varilnik »41T1« in varilne pištole »F1.1«, »F1.2«,

»H1.1«, »H1.2«, »G1.1«, »G1.2«, se po končanem ciklu umakne na levo, za kar poskrbi cilinder »B«. Umik celotnega sklopa je potreben, zaradi delavčevega vstavljanja zadnje stene v postajo, s čimer le-ta lažje nastavi zadnji pokrov na obod.

Slika 42 predstavlja prerez postaje pet.

(48)

Slika 41: Postaja pet prvi zaslon

Slika 42:Postaja pet drugi zaslon

Postaja šest naredi vzdolžni var med zadnjim pokrovom in obodom pečice.

Strega v postajo vstavi obod s točkovno privarjenim pokrovom. Postaja nato z varilnima kolutoma naredi vzdolžni var po daljši strani oboda. Za premikanje kolutov skrbi servomotor, ki zgornji del postaje premika naprej ali nazaj. Na sliki 43 je prikazana celotna postaja 6, na sliki 44 pa prerez postaje in diska za kolutno varjenje.

(49)

Slika 43:Postaja šest prvi zaslon

Slika 44:Postaja šest drugi zaslon

Postaja sedem je zgrajena podobno kot postaja šest. Razlika med njima je v dolžini varov, ki ju naredita, saj postaja sedem naredi krajši var oziroma prečni var čez obod. Tudi pri postaji sedem za premikanje kolutov skrbi servomotor. Varjenje je izvedeno na enak način, kot pri postaji šest z varilnima kolutoma. Slika 45 predstavlja postajo sedem, slika 46 pa prerez postaje in diska za kolutno varjenje.

(50)

Slika 45:Postaja sedem prvi zaslon

Slika 46:Postaja sedem drugi zaslon

Slika 47 prikazuje zaslonski prikaz postaje osem, ki vari zadnja držala (ang.

back holder) na obod pečice. Strega vstavi obod pečice v postajo, delavec pa ročno vstavi dva zadnja držala v pripravljena nosilca na postaji. V nosilcih ostaneta zaradi magnetov, ki so nameščeni v držalih. Prisotnost nosilcev zaznavamo z induktivnima senzorjema. Ko delavec konča z vstavljanjem, s tipko potrdi konec njegovega dela.

Zadnja držala skupaj z nosilcem postaja prestavi na sredino oboda, za kar poskrbita cilindra »G1« in »G2«. Z dvema točkovnima pištolama na levi in desni strani oboda in enim varilnima aparatom postaja točkovno privari nosilca na obod.

(51)

Slika 47: Postaja osem

Postaja devet privari sprednjo steno na obod. Najprej mora delavec v postajo ročno vstaviti sprednjo steno. Ko ta potrdi, da je končal z delom, strega vstavi še obod. Postaja s pomočjo štirih varilnih aparatov naredi 9 točkovnih varov, ki tokrat niso narejeni z varilnimi pištolami. Tako kot pri postaji pet, se tudi tukaj varjenje izvaja izmenično, in sicer najprej varijo elektrode »I«, nato elektrode »H«, na koncu pa še elektrode »J«. Elektrode na mesto premaknejo cilindri, ki so nameščeni pod postajo. Same elektrode se premikajo krožno. Za premikanje poskrbijo cilindri »E«,

»D«, »G« in »F«. Prisotnost sprednje stene in prisotnost oboda zaznavamo z induktivnima senzorjema. Slika 48 prikazuje zaslonski prikaz postaje devet, Slika 49 pa prikaz postaje devet od spodaj.

Slika 48:Postaja devet prvi zaslon

(52)

Slika 49:Postaja devet drugi zaslon

3.5.11 Zaslonski prikaz strege

Strega skrbi za prenos obodov med posameznimi postajami. Sestavlja jo osem posameznih manipulatorjev, ki so nameščeni na posebnem vodilu za vzdolžno premikanje, kot je vidno na sliki 50. Manipulatorji so med seboj povezani s povezovalnimi drogovi. Na manipulatorju pet je nameščen servo pogon, ki premika celotno strego, levo ali desno. Strega se premika za toliko kolikor je razdalja med dvema postajama. Vsaka postaja ima svoj manipulator, ki iz postaje prenese obdelovanec na naslednjo postajo. Manipulatorji se med seboj nekoliko razlikujejo, odvisno od obdelovanca, ki ga prijemajo in prenašajo. Določeni manipulatorji se lahko tudi vrtijo za 90 ⁰.

Slika 50: Celotna strega

(53)

Manipulatorja ena in dva, ki sta vidna na sliki 51 se med seboj ne razlikujeta.

Oba prenašata obod brez zadnje stene, posledično pa imata temu primerno narejena prijemala oziroma klešče. Vsak manipulator ima dvoje klešč in senzor prisotnosti.

Manipulator se premika vertikalno s pomočjo cilindra, ki je nameščen na vodilu.

Cilinder ima dva reedova senzorja, ki služita za povratno informacijo, kje se nahaja manipulator (zgoraj ali spodaj).

Slika 51: Strega z manipulatorjema ena in dva

Manipulator tri je na prvi pogled enak manipulatorjema ena in dva. Razlikuje se samo po številu senzorjev reed na cilindru za vertikalni pomik. Tri senzorje potrebuje zaradi četrte postaje, saj postaja na obodu naredi rob, s čimer se zmanjša višina samega oboda, posledično pa se razlikujeta višini odlaganja in pobiranja.

Manipulator štiri ima nameščeno drugačno prijemalo, saj postaja pet točkovno privari pokrov in s tem onemogoči pobiranje s kleščami. Oba manipulatorja predstavlja slika 52.

Slika 52:Strega z manipulatorjema tri in štiri

(54)

Manipulator pet ima nameščen servo motor, ki skrbi za premikanje celotne strege. Prav tako ima nameščen dodatni cilinder, ki lahko obrača spodnji del manipulatorja za devetdeset stopinj okoli vertikalne osi. Obračanje se izvaja zaradi varjenja na postajah šest in sedem, kjer je potrebno zavrteti obod pečice. Manipulator šest je zgrajen na enak način kot manipulator pet, z razliko, da na njem ni nameščenega servo motorja. Na sliki 53 vidimo manipulator pet z nameščenim servo motorjem.

Slika 53:Strega z manipulatorjema pet in šest

Manipulatorja sedem in osem sta zgrajena podobno kot manipulator štiri.

Manipulator sedem ima dodatno vgrajena dva senzorja, ki preverjata prisotnost zadnjih nosilcev na obodu pečice. Manipulator osem je zgrajen enako kot manipulator štiri. Na sliki 54 sta vidna manipulator sedem in osem.

Slika 54:Strega z manipulatorjema sedem in osem

(55)

3.5.12 Zaslonski prikaz varnostnih vhodov in izhodov

Na linijah, kjer je veliko premikajočih delov, je varnost na prvem mestu.

Zaradi tega smo izdelali tudi zaslonski prikaz varnostnih vhodov in izhodov v krmilnik. V nevarno območje lahko posegamo skozi varnostna vrata ali varnostne foto zavese. Linija ima dve ločeni varnostni coni, in sicer eno okrog postaje ena, drugo pa okrog preostalih postaj. Na sliki 55 vidimo vse varnostne vhode in izhode, ki zaklenejo vrata.

Slika 55: Prikaz zaslona SAFETY

3.6 Zaslonski prikaz za nastavitve postaj

V linijo vstopajo različni polizdelki, ki so narejeni iz različnih materialov. Da lahko linija nemoteno deluje, je potrebno spreminjati določene nastavitve posameznih postaj. Z glavnim programerjem smo določili nabor parametrov, ki jih je potrebno nastavljati na posameznih postajah. Nastavitvene parametre ima programer shranjene v podatkovnem bloku, iz katerega jih lahko beremo ali pa jih spreminjamo.

Za prikazovanje podatkov smo morali iz krmilnika pošiljati vrednosti na računalnik oziroma parametre med seboj povezati. Pošiljali smo podatke tipa realno število, določeni podatki pa so imeli že pred-nastavljene vrednosti v podatkovnem bloku.

Nastavitve smo naredil za postaje, ki izvajajo kolutna varjenja ali imajo servo pogone. Postaje s servo pogoni so postaje ena, dva, šest, sedem in strega. Slika 56 predstavlja končni izgled zaslonskega prikaza za nastavitve postaj.

(56)

Slika 56:Zaslonski prikaz nastavitev postaj

3.6.1 Zaslonski prikaz nastavitev za postajo 1

Na postaji ena se nastavljata dva servo pogona, in sicer levi in desni. Na obeh se nastavlja pozicija izhodišča, hitrost dviga oziroma hitrost delovnega giba, pozicija, do katere servo pogon prestavi oziroma dvigne lopatice, hitrost pomika v izhodišče in hitrost pogona, kadar je krmiljen ročno. Na sliki 57 vidimo nastavitve za postajo ena.

Slika 57: Nastavitve prve postaje

Postaja dve vsebuje kolutno varjenje in en servo pogon. Na servo pogonu se nastavlja pozicija izhodišča, zgornja pozicija, hitrost premikanja, delovna hitrost oziroma hitrost med varjenjem ter hitrost ročnega premikanja. Pri varjenju se nastavlja sila kolutov na obdelovanec. Med varjenjem se deformirajo varilni diski,

(57)

zaradi česar jih na določeno število ciklov brusimo. Brušenje lahko po želji tudi izklopimo. Na sliki 58 vidimo nastavitve za postajo dve.

Slika 58: Nastavitve druge postaje

Na šesti postaji se nastavlja izhodiščna pozicija, pozicija spredaj oziroma pozicija, do katere se prestavijo varilni koluti, hitrost med varjenjem in hitrost premika brez varjenja ter ročnega vodenja. Prav tako se za varjenje nastavlja pritisk kolutov na obdelovanec in brušenje. Na sliki 59 vidimo nastavitve za postajo šest.

Slika 59: Nastavitve šeste postaje

Postaja sedem ima enake nastavitve kot postaja šest, saj sta postaji praktično enaki, z razliko dolžine varjenja. Nastavitve sedme postaje so prikazane na sliki 60.

(58)

Slika 60: Nastavitve sedme postaje

3.6.5 Zaslonski prikaz nastavitev strege

Strega vsebuje samo en servo pogon, zato ima nastavite za pozicijo izhodišča, pozicijo spredaj, hitrost premika naprej, hitrost premika nazaj in hitrost ročnega vodenja. Na sliki 61 vidimo nastavitve strege.

Slika 61:Nastavitve strege

3.7 Izdelava glavnega zaslonskega prikaza

Glavni zaslonski prikaz (ang. main screen) mora prikazovati vse osnovne podatke linije, s čimer lahko operater jasno spremlja dogajanje na liniji. Odločili smo se, da prikazujemo vse postaje vključno s strego, čas celotnega cikla linije, število izdelanih kosov in tudi napake na liniji. Prikaz strege smo tudi animirali, prav tako pa smo animirali tudi prisotnost obdelovancev na postajah in stregi. Prisotnost obdelovancev na stregi prikazuje slika 62.

Slika 62: Prikaz strege

(59)

Za prikaz postaj smo se odločili narediti preprost okvir, na katerem so vidna osnovna stanja postaje, kot prikazuje slika 63. Stanja, ki jih prikazujemo za posamično postajo so naslednja:

- avtomatsko delovanje (»AUTOMATIC«), - prisotnost (»PRESENCE«),

- v izhodišču (»IN ORIGIN«), - konec cikla (»CYCLE END«), - pripravljeno za nalaganje (»LOAD«), - pripravljeno za razlaganje (»UNLOAD«), - skupni čas cikla na postaji (trenutni čas cikla) ter - napaka na postaji (redeče obarvan okvir okoli postaje).

Pri postajah, ki imajo nameščeno varnostno zaveso, prikazujemo tudi njeno aktivnost.

Slika 63: Prikaz za posamezno postajo

Za animacijo premikanja strege smo morali narediti funkcijo, ki računa pozicijo oziroma spremembo na zaslonu. Funkcijo smo naredili v funkcijskem bloku, ki smo ga poimenovali »LIN_MOVE«. Vhodi v funkcijo so ukaz za premikanje naprej (»MOVE FORWARD«), ukaz za premikanje nazaj (»MOVE BACKWARD«), dolžina premika in hitrost premika. Funkcija vrača vrednost

»VALUE«, oziroma spremembo pozicije glede na izhodišče. Sestavljena je iz dveh korakov, in sicer se v prvem koraku računa sprememba pozicije pri premikanju naprej, v drugem pa pri premikanju nazaj. Da operater na zaslonu vidi tekoče premikanje, funkcija naredi preračun desetkrat na sekundo. Funkcijo smo vstavili v posamezne funkcije postaj in strege. S pomočjo funkcije smo animirali celotno strego, prav tako smo animirali tudi premikanje obdelovalcev oziroma pečice. Slika 64 predstavlja funkcijski blok funkcije »LIN_MOVE«

(60)

Slika 64: Funkcijski blok LIN_MOVE

V programu TIA portal so za premikanje narejene funkcije, ki se nahajajo pod zavihkom »Animations«. Izbiramo lahko med funkcijo za linearni pomik, horizontalni pomik, diagonalni pomik in direktni pomik, glede na vrednost dveh spremenljivk (ang. direct movement), kot jih prikazuje slika 65. Za premikanje strege smo izbrali funkcijo direktnega pomika, saj premikamo samo manipulatorje na stregi, ki se premikajo tako horizontalno kot vertikalno.

Slika 65: funkcija Direct movement

Statistika, ki jo prikazujemo na glavnem zaslonu je sestavljena iz prikaza cikla strege in števila izdelanih kosov. Za merjenje časa strege smo lahko uporabili že izdelano funkcijo »CYCLE_TIME«. Kot pri merjenju časa, smo se tudi pri štetju izdelkov odločili narediti funkcijo za štetje po izmenah in štetje po dnevih. Tako na glavnem zaslonu prikazujemo število kosov, ki so bili izdelani v enem dnevu, v posamezni izmeni, od zagona linije in od trenutka, ko je uporabnik ponastavil števec (štetje določene serije).

Funkcija, ki je prikazana na sliki 66, je namenjena za prikaz števila dnevno izdelanih kosov in se imenuje »DAY_COUNT«. Vhodi v funkcijo so izdelan kos (»PIECE«), konec dneva ob uri (»END_HOUR«) in konec dneva ob minuti

(61)

(»END_MINUTE«). Izhodi iz funkcije so trenutna vrednost števca in povprečna vrednost števca. Vhodno-izhodna spremenljivka je tabela s tridesetimi vrsticami in enim stolpcem.

Funkcija v prvem koraku prebere lokalni čas, kar omogoča blok

»RD_LOC_T«. V drugem koraku se ob pozitivni spremembi na vhodu »PIECE«

poveča vrednost v prvi vrstici tabele za ena. Vrednost prve vrstice se prepiše na izhod funkcije pod spremenljivko »ACTUAL«. V tretjem koraku se ob ujemanju ure, minute in sekunde za konec dneva postavi bit, ki nato v četrtem koraku preslika vseh trideset vrednosti v tabeli za eno mesto v nižje v isti tabeli. V četrtem koraku se tudi v prvo vrstico tabele napiše vrednost nič. V petem koraku se najprej prešteje število vrstic v tabeli, ki so različne od nič. Nato sledi štetje vseh vrednosti v tabeli in deljenje s številom vrstic. Dobljeni rezultat se nato zapiše v spremenljivko

»AVERAGE«.

Slika 66: Funkcijski blok DAY_COUNT

Funkcija za štetje kosov po izmenah se imenuje »SHIFT_COUNT« in je vidna na sliki 67. Funkcija je zgrajena podobno kot funkcija za dnevno število kosov, z razliko števila spremenljivk. Funkcija za štetje po izmenah ima več vhodnih spremenljivk, in sicer za čase posamične izmene. Samo delovanje se razlikuje pri preslikavi vrednosti, saj se te dogajajo po posameznih izmenah in ne več enkrat dnevno.

(62)

Slika 67: Funkcijski blok SHIFT_COUNT

Na glavni zaslonski prikaz smo namestili tudi osnovne tipke za nadzor linije. Iz glavnega ekrana lahko operater spremeni način delovanja iz ročnega v avtomatsko ali obratno. Prav tako lahko vklopi krmilje. Omogočeno mu je, da prestavi celotno linijo v izhodišče, pobriše napake, vklopi ali izklopi cikel in sproži test luči po celotni liniji. V izogib nepooblaščenemu poseganju v sistem SCADA, smo prikaz ukazov zaščitili z uporabniškim imenom in geslom. V programu TIA Portal, smo pod zavihkom »User administration« dodali uporabnike, pri čemer je vsak uporabnik dodeljen določeni skupini, ki jo prav tako lahko ustvarimo sami. Našega uporabnika smo dodali v skupino »Administrator group«, ki ima vse pravice za upravljanje.

Skupina ima poleg imena tudi številko, s katero smo si pomagali pri prikazu ukaznega okna. Nato smo dodali v zavihku »Scheduled tasks« novo opravilo, ki bo ob spremembi uporabnika, vpisal v spremenljivko »USER_GRUP« številko skupine uporabnika, kot je prikazano na sliki 68.

Slika 68: Nastavitve uporabnikov

(63)

63

Na glavnem zaslonu smo nato oblikovali komandno okno, ki smo mu dodali animacijo, in sicer je viden samo takrat, ko je vrednost spremenljivke

»USER_GROUP« enaka ena. Da se lahko operater vpiše v sistem, smo v zgornji levi kot dodali tipko, ki prekriva naš logotip podjetja. Zaradi prekrivanja smo naredili tipko prosojno, tipki pa smo priredili funkcijo »ShowLogonDialog«. V ukaznem oknu smo dodali tudi tipko, ki operaterja izpiše, za kar smo uporabili funkcijo

»Logoff«. Na sliki 69 je prikazano ukazno okno.

Slika 69: Tipke za nadzor linije

(64)

(65)

65

4 Zaključek

V diplomskem delu je predstavljena izdelava sistema SCADA za nadzor in upravljanje proizvodne linije za sestavljanje obodov pečic. Diplomsko delo sem razdelil na dva dela. V prvem delu sem se osredotočil na gradnike in programe, ki sem jih uporabljal za izdelavo nadzornega sistema, v drugem pa na samo izdelavo sistema SCADA ter na zgrajene programske funkcije v programu TIA Portal. Pri oblikovanju in izgledu zaslonskih prikazov sem imel relativno proste roke, paziti pa sem moral na preglednost posameznih prikazov. Ker se oblikovanje prikazov ne razlikuje od oblikovanja vmesnikov HMI za upravljanje posameznih naprav ali postaj, s samim delom nisem imel večjih težav. Največ časa sem porabil za vzpostavitev povezave med sistemom SCADA in pripadajočim krmilnikom PLK.

Večje težave mi je povzročal razvoj programskih funkciji v glavnem programu linije H-USA. Poskusno testiranje je potekalo na sedežu podjetja, kjer se je linija tudi sestavila. Samo testiranje sistema SCADA se je v podjetju končalo, sledi še testiranje in morebiti popravki na sami lokacij, kjer bo linija postavljena. Ko bo linija postavljena, bo zaključno testiranje sistema SCADA izvedel programer, ki bo prisoten na zagonu linije oziroma programer, ki je napisal glavni program.

Sodelovanje na projektu se je začelo že v času mojega praktičnega izobraževanja. Po končanem praktičnemu izobraževanju sem delo v podjetju tudi nadaljeval. Samo sodelovanje na projektu mi je bil izziv, saj se z izgradnjo tovrstnega nadzornega sistema še nisem srečal. V podjetju so mi vedno nudili pomoč in mi bili popravljeni pomagati, ko sem naletel na težavo. Samo delo mi je olajšala tudi izbrana programska oprema, saj sem se že prej srečal s Siemensovo programsko opremo.

(66)