Nadgradnja avtomatizacije talne proge za transport papirja

(1)

Univerza v Ljubljani Fakulteta za elektrotehniko

Aljaž Klinc

Nadgradnja avtomatizacije talne proge za transport papirja

Diplomsko delo

Visokošolski strokovni študijski program prve stopnje Aplikativna elektrotehnika

Mentor: doc. dr. Vito Logar, univ. dipl. inž. el.

Ljubljana, 2021

(2)

(3)

iii

Zahvala

Iskreno se zahvaljujem mentorju doc. dr. Vitu Logarju, univ. dipl. inž. el. za strokovno pomoč, nasvete in hitro odzivnost pri izdelavi diplomske naloge.

Zahvaljujem se tudi sodelavcem iz podjetja Papirnica Vevče Proizvodnja d. o. o. iz oddelka merilno regulacijske tehnike, za njihovo strokovno pomoč pri izvedbi projekta. Rad bi se zahvalil tudi družini, ki mi je med študijem in tekom izdelave diplomske naloge stala ob strani in me podpirala.

(4)

Zahvala iv

(5)

v

Povzetek

V diplomski nalogi je predstavljena predelava talne proge, ki se v podjetju za proizvodnjo papirja uporablja za transport zvitkov papirja do skladišča. Izvedena predelava bo olajšala delo predvsem operaterjem, saj bodo lahko s pomočjo predelane talne proge spremljali celotno delovanje na uporabniškem panelu ali na računalniku, kar pred tem ni bilo mogoče.

Naloga opisuje izdelavo strojne in programske nadgradnje talne proge.

Nadgradnja proge je bila razdeljena v tri glavne korake, in sicer na strojno nadgradnjo, programsko nadgradnjo ter vizualizacijo delovanja. Pri predelavi je bila uporabljena izključno Siemens-ova strojna in programska oprema. Strojna nadgradnja sistema je zajemala namestitev programirljivih logičnih krmilnikov, vhodno-izhodnih modulov, uporabniških panelov, frekvenčnih pretvornikov ter napajalnikov. Programska nadgradnja sistema je zajemala izdelavo algoritmov vodenja, ki skrbijo za pravilno delovanje proge. Program za vodenje proge je napisan v programskem okolju Simatic Manager, in sicer v programskem jeziku FBD. Po nadgradnji lahko talna proga deluje v treh različnih režimih delovanja, in sicer v avtomatskem, ročnem ali servisnem.

Izdelava vizualizacije delovanja proge je zajemala izdelavo ustreznih uporabniških prikazov na panelih in na računalniku (SCADA), s čimer je operaterju omogočeno opazovanje delovanja in upravljanje proge na obeh napravah.

Po končani izvedbi projekta je bila pravilnost delovanja sistema tudi testirana, in sicer s pomočjo posebne plošče za simulacijo vhodov krmilnika. Ugotovljeno je bilo, da predelava deluje pravilno in se bo v kratkem tudi izvedla na realnem sistemu.

Celoten projekt je bil izpeljan brez večjih težav.

Ključne besede: avtomatizacija, talna proga, PLK, vizualizacija, koračno krmilje, SCADA.

(6)

vi Povzetek

(7)

vii

Abstract

The diploma thesis presents the rework of the floor line, which is used in a paper company to transport paper rolls to the warehouse. The performed rework will make the work easier, especially for the operators, as they will be able to monitor the entire operation using the user panel or a supervisory system on the computer, which was not possible before the rework.

The thesis describes the hardware and software upgrades of the floor line. The upgrade of the line was divided into three main steps, namely hardware upgrade, software upgrade and visualization of floor line operation. Only Siemens hardware and software were used in the rework. The hardware upgrade of the system is intended for the installation of programable logic controllers, input-output modules, operator panels, frequency converters and power supplies. The software upgrade of the system is intended for the development of control algorithms that ensure the proper operation of the floor line. The program for line management is written in Simatic Manager programming environment in FBD programming language. After the upgrade, the floor line can operate in three different operation modes, i.e., automatic, manual or service mode. The visualization of the line operation was intended for creation of appropriate displays on operator panel and in supervisory system (SCADA), which enables the operator to observe the operation of the line on both devices.

After the completion of the project, the correct operation of the system was tested using a special simulation plate, which simulates the inputs of the controller. It was found that the control and supervision of the reworked floor line works properly and will soon be installed on the real system. The whole project was carried out without any major problems.

Key words: automation, floor line, PLC, visualization, sequential controls, SCADA.

(8)

viii Abstract

(9)

ix

Vsebina

1 Uvod 1

2 Opis sistema 3

2.1 Zahteve sistema ... 3

2.1.1 Avtomatski režim ... 4

2.1.2 Ročni režim ... 5

2.1.3 Servisni režim ... 5

2.2 Podrobno delovanje sistema ... 6

2.2.1 Sekvenca traku 1 ... 6

2.2.2 Sekvenca traku 2 in obračalne mize 1 ... 7

2.2.5 Sekvenca traku 5 in obračalne mize 2 ... 12

3 Gradniki sistema 19 3.1 Strojna oprema ... 19

3.2 Programska oprema ... 20

3.3 Protokol Profibus ... 21

3.4 Protokol Profinet ... 21

3.5 Frekvenčni pretvornik ... 22

4 Izdelava sistema 23 4.1 Programiranje ... 23

(10)

x Vsebina

4.1.1 Funkcija sekvenc trakov in miz ... 24

4.1.2 Režimi delovanja trakov ... 25

4.1.3 Alarmi ... 28

4.1.4 Vizualizacija ... 28

4.1.5 Komunikacija med krmilnikoma ... 30

4.2 Vizualizacija ... 32

4.2.1 Vizualizacija panela ... 32

4.2.2 Vizualizacija sistema SCADA ... 37

4.3 Določanje parametrov frekvenčnih pretvornikov ... 41

5 Rezultati 45

6 Zaključek 49

Literatura 51

(11)

xi

Seznam slik

Slika 2.1: Postavitev trakov in miz na talni progi Wohr ... 3

Slika 2.2: Sekvenca delovanja traku 1 ... 6

Slika 2.3: Sekvenca delovanja traku 2 in obračalne mize 1 ... 8

Slika 2.6: Sekvenca delovanja traku 5 in obračalne mize 2 ... 12

Slika 3.1: Prikaz sestave U – frekvenčnega pretvornika [18] ... 22

Slika 4.1: Shema strojne opreme, ki je uporabljena v projektu ... 23

Slika 4.2: Primer programa sekvence traku 4 ... 24

Slika 4.3: Primer dela programa za ročni režim delovanja ... 25

Slika 4.4: Primer dela programa za avtomatski režim delovanja ... 26

Slika 4.5: Primer dela programa za servisni režim delovanja ... 27

Slika 4.6: Primer funkcije alarma končnega stikala ... 28

Slika 4.7: Primer funkcije prikaza traku v položaju 1 in v položaju 2 ... 29

Slika 4.8: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 1 pri kotu 0° ... 29

Slika 4.9: Prikaz traku na obračalni mizi med položajema 1 in 2 pri kotu 45° 29 Slika 4.10: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 2 pri kotu 90° ... 30

Slika 4.11: Prikaz traku na obračalni mizi med položajema 1 in 3 pri kotu -45° iiiiiiii ... 30

Slika 4.12: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 3 pri kotu -90° ... 30

Slika 4.13: Primer uporabe funkcijskega bloka GET za sprejem podatkov ... 31

Slika 4.14: Primer negiranja bita za odkrivanje napak pri prenosu podatkov in primer uporabe funkcijskega bloka PUT za pošiljanje podatkov na drugi krmilnik... 31

Slika 4.15: Predloga zaslona ... 32

(12)

Seznam slik xii

Slika 4.16: Globalni zaslon ... 33

Slika 4.17: Primer zaslonske slike, ki prikazuje trakove 3, 4, 5, 7 in mizo 2 ... 34

Slika 4.18: Pojavno okno namenjeno prikazu servisnega režima ... 35

Slika 4.19: Pojavno okno namenjeno prikazu motenj in napak ... 36

Slika 4.20: Pojavno okno namenjeno prikazu hitrosti trakov in miz ... 36

Slika 4.21: Servisna slika panela ... 37

Slika 4.22: Prikaz delovanja vseh trakov in miz na računalniku ... 38

Slika 4.23: Prikaz pojavnega okna za nastavitev frekvenc in premikanje trakov v servisnem režimu ... 38

Slika 4.24: Prikaz vseh sekvenc na SCADI ... 39

Slika 4.25: Pojavno okno potrditve menjave sekvenc ... 39

Slika 4.26: Slika skripte za menjavo sekvenc ... 40

Slika 4.27: Izpis na pojavnem oknu ... 40

Slika 4.28: Nastavitve strojne opreme frekvenčnega pretvornika ... 41

Slika 4.29: Primer parametrov frekvenčnega pretvornika ... 42

Slika 4.30 Shema odprtozančnega vodenja [21] ... 43

Slika 5.1: Simulacijska plošča ... 45

Slika 5.2: Krmilnik ... 46

Slika 5.3: Frekvenčni pretvorniki ... 46

Slika 5.4: Čas pospeševanja in pojemanja [19] ... 47

(13)

xiii

Seznam uporabljenih simbolov

V pričujočem zaključnem delu so uporabljene naslednje veličine in simboli:

Veličina / oznaka Enota

Ime Simbol Ime Simbol

Fotocelica FZ - -

Induktivno stikalo IS - -

Končno stikalo KS

Maksimalna frekvenca vrtenja fmax Hertz Hz Minimalna frekvenca vrtenja fmin Hertz Hz Maksimalna hitrost vrtenja nmax - obr/min

Minimalna hitrost vrtenja nmin - obr/min

Frekvenca pri 50 Hz f50Hz Hertz Hz

Hitrost motorja pri frekvenci 50 Hz n50Hz - obr/min

(14)

Seznam uporabljenih simbolov xiv

(15)

1

1 Uvod

Diplomsko delo obravnava projekt predelave talne proge »Wohr«, ki je namenjena transportu papirnatih zvitkov v skladišče. Za predelavo smo se v podjetju odločili zaradi zastarele tehnologije in predvsem, ker rezervni deli niso več dobavljivi.

Pred nadgradnjo je bilo treba za upravljanje s trakovi proge uporabljati komandni pult, po nadgradnji pa bo operater za upravljanje s trakovi uporabljal uporabniški panel.

Celotno delovanje trakov bo lahko spremljal tudi na nadzornem sistemu na računalniku (SCADA).

Na liniji, ki je bila predmet predelave, se bodo, zaradi že v naprej predvidenih alarmov, lažje odkrivale tudi napake. Do sedaj so vzdrževalci stroja lahko videli le signalno luč, ki je svetila v primeru alarma, niso pa vedeli, za kakšno napako gre. S predelavo smo naredili nadgradnjo, tako da so vsi alarmi podani v obliki besedila, ki signalizira napako na talni progi.

V predelavi smo uporabili strojno opremo proizvajalca Siemens, ki obsega nove programirljive logične krmilnike, napajalnike, vhodno-izhodne module, uporabniške panele in frekvenčne pretvornike. Do predelave je bila za delovanje talne proge vgrajena strojna oprema verzije S5. Podjetju bo ta predelava prinesla večjo preglednost delovanja in lažje upravljanje s talno progo, vizualizacijo trakov na panelu in računalniku (SCADA), lažje odkrivanje napak, manjše možnosti napak strojne opreme, itd.

Zaradi manjše količine strojne opreme, se bo zmanjšala tudi možnost napak.

Obstoječi upravljalni pult bo zamenjal manjši, na steno pritrjen panel, na katerem so narisane virtualne tipke in signalne lučke. Upravljanje sistema, tj., pomikanje trakov in miz, ter spremljanje sistema bosta tako izvedena brez fizičnih tipk in lučk. Ostala bodo le stikala za zasilni izklop, ki so obvezna za zagotavljanje varnosti. Zaradi zamenjave upravljalnega pulta s panelom, smo izločili veliko število vhodov

(16)

2 Uvod

krmilnika, ki so bili povezani s tipkami in izhodov, ki so bili povezani z signalnimi lučmi. Posledično se je zmanjšala tudi količina potrebnih vhodno-izhodnih kartic.

V projektu je zasnovana tudi menjava frekvenčnih pretvornikov obeh obračalnih miz in traku 8. Frekvenčna pretvornika miz sta zastarela, prav tako pa je zastarel tudi krmilnik, zato rezervni deli niso več dobavljivi. Pri traku 8 se je zamenjalo frekvenčni pretvornik, z namenom poenotenja čim več frekvenčnih pretvornikov v podjetju na isti tip in proizvajalca, saj je na tak način najlažje vzdrževati zalogo, v primeru okvare pa lahko na več mestih vgradijo ali zamenjajo frekvenčne pretvornike iz zaloge. Stare frekvenčne pretvornike bodo zamenjali novi, in sicer pretvorniki Siemens Sinamics, ki se jim lahko parametre določi v programu Simatic Starter. Ob menjavi ali vgradnji frekvenčnega pretvornika se parametri zgolj naložijo iz programa Simatic Starter. V primeru, da podatkov o nastavitvi parametrov nimamo, pa jih lahko enostavno preberemo iz kontrolne enote obstoječih frekvenčnih pretvornikov.

Trenutno je projekt dokončan do faze testiranja na simulaciji, saj je za vgradnjo nove opreme na pravi proces potrebno veliko časa, proces pa med vgradnjo ne deluje.

Tega si trenutno podjetje ne more dovoliti. Vgradnja opreme in testiranje na pravem procesu bo predvidoma potekalo v januarju 2022.

(17)

3

2 Opis sistema

2.1 Zahteve sistema

Prvi korak pri nadgradnji obstoječe talne proge je bila določitev zahtev za njeno delovanje po nadgradnji. Delovanje trakov smo ugotavljali tako, da smo opazovali dosedanje delovanje talne proge. Ugotovitve glede osnovnega principa delovanja talne proge, do katerih smo prišli tekom opazovanja, bodo opisane v nadaljevanju. Za lažjo predstavitev delovanja je na sliki 2.1 prikazan razpored trakov in miz.

Miza 2 Miza 1

Trak 1

Trak 4

Trak 3

Trak 6Trak 8

Trak 7

FZ29 FZ28 FZ27 FZ19 FZ26

FZ18

FZ17 FZ16 FZ30

FZ3 FZ4

FZ15 FZ14 FZ13

KS7IS9

IS10 IS8IS11 IS5 IS6 KS12

KS25

FZ24FZ23

FZ22 FZ29

KS20

Slika 2.1: Postavitev trakov in miz na talni progi Wohr

(18)

4 Opis sistema

2.1.1 Avtomatski režim

V avtomatskem režimu talna proga deluje tako, da ima operater traku na traku 1 naložene zvitke. Za vklop traku 1 mora najprej pritisniti tipko za vklop traku 1. Nato se zažene trak 1 za 20 s, tako da zvitki še ne pridejo do izstopne fotocelice . Ko operater drugič pritisne tipko za vklop traku 1, se zvitki na traku 1 premaknejo do izstopne fotocelice traku 1. Če je trak 2 prazen in je miza v pravem položaju, se začne prenos zvitkov iz traku 1 na trak 2. Ko je zvitek na sredini traku 2, se lahko začne miza 2 vrteti proti položaju 2. Vzporedno se vrti še trak 1, saj je na traku 1 lahko več zvitkov. Ta postopek se lahko ponovi največ trikrat, saj so lahko na traku 1 maksimalno trije zvitki.

Ko na traku 1 zmanjka zvitkov, se trak zavrti za eno svojo dolžino, zato da se prepričamo, da na traku 1 ni nobenega zvitka več. Po končanem vrtenju mize 1 v drugi položaj se začne prenos zvitka iz traku 2 na trak 3. V primeru, da je trak 3 prazen se začne prenos zvitkov na trak 3. Ko je celotna dolžina zvitka na traku 3, se začne miza 1 vrteti nazaj v začetni položaj. Trak 4 je narejen na podoben način kot trak 1, in sicer tako, da operater pritisne tipko za vklop traku 4. Trak 4 se vklopi za 20 s, nato se ustavi.

Ob ponovnem pritisku tipke za vklop traku 4 se zvitki na traku 4 pomaknejo do izstopne fotocelice traku 4. Na traku 4 so lahko največ trije zvitki hkrati. Podobno kot pri traku 1 in 4 operater pritisne tipko za vklop traku 8, ki se začne premikati za 20 s.

Nato se trak ustavi in ob naslednjem pritisku na tipko za vklop traku 8 se zvitki na traku pomaknejo do izstopne fotocelice traku 8. V primeru, da je trak 6 prazen, se zgodi prenos iz traku 8 na trak 6. Trak 6 se ustavi, ko se pokrije končna fotocelica traku 6. Trak 8 se mora po končanem nalaganju zavrteti še za eno svojo dolžino, če je na njem še kakšen zvitek. V primeru, da je na traku še kakšen zvitek, se trak ustavi, ko pride zvitek do izhodne fotocelice traku 8. Če pa je trak prazen, se zavrti za svojo dolžino in se nato ustavi. Kadar so zvitki na končnih fotocelicah trakov 3, 4 in 6, trak 5 jemlje zvitke v določenem zaporedju. Najprej vzame zvitek iz traku 3, nato zvitek iz traku 4 in na koncu zvitek iz traku 6. Za jemanje iz traku 4 in 6 se mora miza 2 najprej zavrteti v drugi položaj. V primeru, da je zvitek na traku 4, se mora trak 5 zavrteti naprej in nato zvitek najprej pride do vstopne fotocelice, potem se pripelje do srednje fotocelice na traku 5. Ko je ta fotocelica pokrita, se mora miza 2 začeti vrteti v nasprotno smer, dokler ne doseže začetnega položaja za oddajo zvitkov na trak 7. V primeru, da je na vrsti jemanje zvitkov iz traku 6, se mora trak 5 začeti vrteti nazaj oziroma v obratno smer kot se je vrtel, ko je začel prevzemanje zvitkov iz traku 4. Zato zvitek pri prevzemanju iz traku 6 na trak 5 naprej prekine izstopno fotocelico in nato pride do srednje fotocelice. Ko je zvitek na sredini, se začne miza 2 vrteti nazaj v začetni položaj, ki je enak položaju za predajo zvitkov na trak 7. Ko je zvitek na sredini

(19)

Zahteve sistema 5

traku 5 in je miza 2 v začetnem položaju, oziroma v položaju za oddajo zvitkov, mora biti trak 7 prazen. V primeru, da je trak 7 prazen, se lahko začne prenos zvitka iz traku 5 na trak 7. Najprej se zvitek na traku 5 zapelje do izstopne fotocelice. Prenos se nadaljuje vse dokler zvitek v celoti ne pride na trak 7, v času prenosa se trak 5 vrti, ko pa je celoten zvitek na traku 7, se trak 5 preneha vrteti. V trenutku, ko zvitek na traku 7 pride do izstopne fotocelice, se trak 7 ustavi. Za prenos zvitkov iz traku 7 na trak 10 mora operater pritisniti tipko za oddajo zvitkov na drugi del talne proge, ki je že predelan in ni bil zajet v tem projektu. Operater se odloči, ali bo izpraznil celotno talno progo ali pa bo praznjenje trakov ustavil že prej. Celotno delovanje lahko operater spremlja tudi na nadzornem sistemu SCADA na računalniku.

2.1.2 Ročni režim

Ročni način delovanja proge je zasnovan na principu, da operater ročno, s pomočjo operaterskega panela, izprazni talno progo. To pomeni, da vse trakove premika s pomočjo tipk (premik traku naprej oziroma nazaj). Vendar ima zaradi varnost določene omejitve premikanja trakov in miz.

2.1.3 Servisni režim

Servisni režim delovanja je namenjen predvsem vzdrževalcem stroja, saj imajo v njem možnost premikanja trakov in miz brez omejitev, za odkrivanje napak, itd. Za dostopanje do servisnega režima je zahtevano tudi geslo, saj v tem režimu delovanja ni nobenih omejitev premikanja trakov.

(20)

6 Opis sistema

2.2 Podrobno delovanje sistema

V nadaljevanju diplomskega dela je avtomatsko delovanje trakov in miz talne proge opisano po posameznih sekvencah trakov ali traku in mize skupaj.

2.2.1 Sekvenca traku 1

Sekvenco delovanja traku 1 prikazuje slika 2.2.

Vklop traku 1 (Naprej)

[K1]

Čakanje na položaj 1 mize 1

[K2]

Pogoj za vklop traku 2

[K3]

Miza v položaju 1 (IS24)

[K4]

Trak 2 vklopljen (Q0.2)

Trak 1 vklopljen (Naprej)

[K5]

/FZ29 Trak 1

Tipka za vklop traku 1 (I0.0)

T1 (20s)

T2 (45s)

FZ29

Slika 2.2: Sekvenca delovanja traku 1

Trak 1 v avtomatskem režimu deluje tako, da ko je pritisnjena tipka »Vklop traku 1« za vklop traku 1, se mora trak 1 začeti premikati in se premika 20 s, oziroma dokler

(21)

Podrobno delovanje sistema 7

se izstopna fotocelica FZ29 traku 1 ne pokrije (ob prvem pritisku tipke »Vklop traku 1« se trak začne premikati in se premika 20 s, ob drugem pritisku tipke pa se zvitki premaknejo do izstopne fotocelice FZ29). Ko je fotocelica FZ29 pokrita, trak 1 miruje, dokler miza 1 ni v primernem položaju za sprejem zvitkov. To je osnovni položaj mize 1, ko sta pokriti obe induktivni stikali IS24 in IS23. Nato sekvenca počaka, dokler iz traku 2 ne dobi pogoja za vklop traku 1. Ta pogoj je, da mora biti trak 2 prazen in se mora začeti vrteti. Šele nato se lahko začne premikati trak 1. Trak 2 se mora vrteti, dokler se izstopna fotocelica FZ29 ne odkrije. Po odkritju fotocelice FZ29 se mora trak 1 še naprej vrteti, saj so na traku 1 lahko naložena tudi do tri bremena (do trije zvitki papirja na enkrat). V primeru, da je na traku več kot en zvitek papirja se mora trak ustaviti, ko pride naslednji zvitek do fotocelice FZ29. Če je na traku 1, samo en zvitek in je že oddan na trak 2, se mora trak 1 zavrteti še za eno svojo dolžino, preden se lahko ustavi, da se prepričamo, da noben zvitek ne čaka na oddajo na trak 2. Ko se trak zavrti za svojo dolžino ali malo več in noben zvitek ne pride do fotocelice FZ29, se avtomatsko sproži časovna omejitev, sekvenca traku 1 pa se postavi v začetni položaj.

2.2.2 Sekvenca traku 2 in obračalne mize 1

Sekvenco delovanja traku 2 in obračalne mize prikazuje slika 2.3. Na začetku sekvence delovanja traku 2 in obračalne mize 1, se mora obračalna miza 1 postaviti v osnovni položaj (položaj 1). Pri obračanju mize se lahko določi dve hitrosti vrtenja mize, in sicer »hitro« in »počasi«. Miza se začne vrteti »hitro«, dokler se ne pokrije induktivno stikalo IS23. Ko je induktivno stikalo pokrito, se hitrost vrtenja mize preklopi na hitrost »počasi«. Miza se s »počasno« hitrostjo vrti do končnega induktivnega stikala IS24. Ko je miza 1 v začetnem položaju, trak 2 miruje ter čaka, da se v sekvenci traku 1 ustvari pogoj za vklop traku 2. Ko je ustvarjen pogoj za vklop traku 2, se ta vklopi, dokler se fotocelica FZ28 ne pokrije. V primeru, da se fotocelica slučajno nikoli ne pokrije, zaradi zunanjega vpliva (npr. nekdo pohodi fotocelico, ali na njej ostane košček papirja ipd.), se mora trak prenehati vrteti in sprožiti se mora alarm za predolgo dolžino koraka, da ne ostane neskončno v isti sekvenci. Ko je fotocelica pokrita, se trak premika, dokler se ista fotocelica FZ28 ne odkrije in je hkrati pokrita fotocelica FZ27. Sekvenca je narejena tako, da se mora najprej pokriti vstopna fotocelica FZ28, nato pa se mora ista fotocelica odkriti, srednja fotocelica FZ27 pa mora biti pokrita. Tako je narejeno zato, da je zvitek na sredini traku 2. Ko je zvitek na sredini traku, se miza 1 lahko začne »hitro« vrteti. Ko pride miza do položaja IS22, se hitrost mize spremeni na »počasno«. V naslednjem koraku miza pride do IS21 in miza 1 se ustavi ter ustvari pogoj za vklop traku 3. Ko pa je trak 3 v koraku za sprejem

(22)

8 Opis sistema

zvitka in se trak 3 vklopi, se lahko sekvenca traku 2 premakne v naslednji korak.

Vklopi se trak 2, dokler se izstopna fotocelica FZ26 ne pokrije. V naslednjem koraku se mora fotocelica FZ26 odkriti in vstopna fotocelica FZ19 traku 3 mora biti pokrita.

V zadnjem koraku sekvence traku 2 se mora odkriti vstopna fotocelica FZ19 traku 3.

Trak 2 in miza 1

Obračanje mize 1 desno (Hitro)

[K1]

Obračanje mize 1 desno (Počasi)

[K2]

IS23

Čakaj na pogoj za vklop traku 1

[K3]

IS24

[K4]

Pogoj za vklop traku 2 (M10.2)

Obračanje mize 1 levo (Hitro)

[K7]

/FZ28

Obračanje mize 1 levo (Počasi)

[K8]

IS22

Miza 1 se ustavi in ustvari se pogoj za

vklop traku 3 [K9]

IS21

[K10]

Trak 3 vklopkljen (Q0.5)

[K12]

/FZ26 IN FZ19

/FZ19 FZ28

[K5]

[K6]

FZ27

[K11]

FZ26

Slika 2.3: Sekvenca delovanja traku 2 in obračalne mize 1

Pri koraku prevzemanja zvitkov iz traku 1 na trak 2 se lahko zgodi, da se trak začne vrteti in se fotocelica nikoli ne pokrije zaradi zunanjih dejavnikov (npr. lahko

(23)

kdo stopi na mesto, kjer je fotocelica, ostanki papirja prekrijejo fotocelico ipd.). Zato so v nekaterih korakih v sekvenci dodane časovne omejitve, ki določajo koliko časa je lahko korak aktiven, oziroma če v določenem času ni izpolnjen naslednji pogoj, se sekvenca ustavi v tem koraku, sproži alarm za predolgo trajanje koraka in izvajanje koraka se ustavi. Po potrditvi alarma se korak ponovno zažene.

Sekvenco delovanja traku 3 prikazuje slika 2.4. Trak 3 v prvem koraku čaka na pogoj za sprejem zvitkov iz traku 2. To pomeni, da mora biti trak 2 v koraku za predajo zvitkov na trak 3, da lahko ta začne s prevzemanjem zvitkov. V naslednjem koraku se trak 3 vklopi, dokler je fotocelica FZ19 pokrita. V primeru, da se fotocelica v določenem času ne odkrije, je dodana časovna omejitev, ki določa koliko časa je sekvenca lahko aktivna. Po določenem času se sekvenca ustavi, hkrati pa se ustvari alarm za predolgo izvajanje koraka. Dokler ne potrdimo alarma, se sekvenca ne bo nadaljevala. Ko je alarm potrjen, se korak začne izvajati od začetka. Če se fotocelica FZ19 pokrije pravočasno, je trak še vedno vklopljen, dokler se ista fotocelica ne odkrije. V naslednjem koraku pa se mora FZ18 pravočasno pokriti, drugače se sekvenca ustavi in ustvari alarm enako kot v prejšnjem primeru, saj je tudi v tem koraku dodana časovna omejitev koraka. Ko je fotocelica FZ18 pokrita, trak 3 miruje, dokler miza 2 ni v pravem položaju, to je v položaju 2. Ko miza 2 doseže ta položaj, trak še vedno miruje in čaka na pogoj za vklop traku 3. To pomeni, da je trak 3 pripravljen na oddajo zvitkov in čaka samo še na to, da bo sekvenca traku 5 in mize 2 v pravem koraku. Ko sta v pravem koraku, se lahko začne prevzem zvitkov iz traku 3 na trak 5. Oddaja se odvija podobno kot prevzem nekaj korakov prej. Vklopi se trak 3 in v določenem času se mora odkriti fotocelica FZ18, drugače pride do alarma časovne omejitve koraka. Ob potrditvi sekvenca ponovno zažene trenutni korak. V naslednjem koraku se mora v določenem času pokriti fotocelica FZ15, drugače ponovno pride do ustavitve sekvence. Ponovno se ustvari alarm za predlogo delovanje sekvence, ki ga je treba potrditi. Nato se začne korak ponovno izvajati od začetka. Kot končni korak sekvence se mora fotocelica FZ15 odkriti.

(24)

10 Opis sistema

Trak 3

Čakanje na pogoj za vklop traku 3

[K1]

[K2]

[K3]

FZ19

[K4]

/FZ19

[K6]

FZ18

[K7]

FZ15

[K8]

/FZ18

[K9]

/FZ15

Miza 2 v poziciji 1 [K5]

Miza 2 v poziciji 1 (IS10 in IS11)

Sekvenco delovanja traku 4 prikazuje slika 2.5. Sekvenca traku 4 deluje podobno kot sekvenca traku 1. Najprej mora operater stroja pritisniti na tipko »Vklop traku 4«, da sekvenca pride v 1. korak. V tem koraku se začne miza premikati do izstopne fotocelice traku 4, oziroma se mora v primeru, da je na traku 4 naloženih več zvitkov papirja premikati 45 sekund (trak se v tem času zavrti za eno svojo dolžino). V drugem

(25)

koraku mora biti miza 2 s trakom 5 postavljena v pravilni položaj. Pravilni položaj mize je v tem primeru položaj 2 (takrat, ko sta pokriti induktivni stikali IS06 in IS05).

V četrtem koraku se trak 4 vklopi in se vrti naprej, dokler se fotocelica FZ17 ne odkrije.

V petem koraku se mora trak vrteti toliko časa, da se fotocelica FZ17 ponovno pokrije oziroma se mora zavrteti za eno svojo dolžino, ker je na tem traku lahko več kot en zvitek. Ta proces traja približno 45 sekund.

Čakanje na položaj 2 mize 2

[K2]

[K3]

[K4]

[K5]

/FZ17

Tipka za vklop traku 4 (I2.0)

T12 (45s)

Premik traku 4 (Naprej)

[K1]

Trak 4

T11 (20s)

FZ17

IS06

FZ17

(26)

12 Opis sistema

2.2.5 Sekvenca traku 5 in obračalne mize 2

Sekvenco delovanja traku 5 in obračalne mize 2 prikazuje slika 2.6.

IS10 IS6

NE

Vrtenje mize 2 levo (Hitro)

[K3]

Vrtenje mize 2 desno (Hitro)

[K1]

NE

Vrtenje mize 2 desno (Počasi)

[K2]

IS10 ALI IS5

IS11 ALI IS6 Vrtenje mize 2

levo (Počasi) [K4]

IS11

IS10 DA DA

[K6]

[K7]

Trak 3 vklopljen (Q0.5) Vrtenje mize 2

desno (Hitro) [K10]

Vrtenje mize 2 desno (Počasi) [K11]

[K12]

IS5

IS6

[K8]

FZ15

[K9]

/FZ15

Trak 4 vklopljen FZ14 (Q0.7) Pogoj za vklop

traku 6 [K17]

FZ16 IN /FZ17

[K13]

FZ17

[K14]

Vklop traku 5 (Nazaj)

[K18]

[K19]

FZ13

[K20]

/FZ13

[K15]

FZ15

[K16]

/FZ15

FZ14

Vrtenje mize 2 levo (Hitro)

[21]

Vrtenje mize 2 levo (Počasi)

[K22]

(iz traku 7) [K23]

[K24]

IS11

IS10

/FZ3 IN pogoj za vklop traku 5 (M24.0)

[K26]

/FZ13 IN FZ4

/FZ4 Vklop traku 5 (Naprej)

[K25]

FZ13

Trak 5 in miza 2

FZ18 IN /FZ14 (FZ17 ALI FZ16) IN

/FZ14 IN /FZ18 Čakanje zvitkov na

enem od trakov (3, 4, 6)

[K5]

Slika 2.6: Sekvenca delovanja traku 5 in obračalne mize 2

(27)

Sekvenca traku 5 in mize 2 se začne s postavitvijo mize 2 v osnovni položaj. Za premikanje mize v osnovni položaj moramo vedeti, da je lahko miza v katerem koli položaju (položaj 1, 2 ali 3) ali pa je v katerem koli vmesnem položaju (med položajem 1 in 2 oziroma med položajem 2 in 3). V primeru, da je miza v katerem koli drugem položaju kot v osnovnem ali v položaju 2, se sekvenca postavi v korak 1. Miza 2 se hitro zavrti v desno smer (smer urinega kazalca), dokler ne pride do induktivnega stikala IS10 ali IS5. Ko je katero koli od induktivnih stikal pokrito, preidemo v 2.

korak. V tem koraku se miza 2 začne vrteti v počasnem načinu, dokler ne doseže končnega induktivnega stikala IS11 ali IS6. Ko sta induktivni stikali pokriti, to pomeni, da je miza 2 prišla do osnovnega položaja oziroma do položaja 2. Nato se sekvenca ponovno vrne na začetek. Če je miza 2 v položaju 2, skoči sekvenca v korak 3. V koraku 3 se miza 2 začne vrteti v levo (obratna smer urinega kazalca). Ko miza 2 pride do induktivnega stikala IS11, preide v korak 4. V tem koraku se miza 2 začne vrteti v počasnem režimu do končnega induktivnega stikala IS10. Če je aktivirano induktivno stikalo IS 10 se sekvenca ponovno vrne na začetek in gre v korak 5. V tem koraku miza 1 čaka, dokler se ne pokrije ena od izstopnih fotocelic traku 3 (FZ18 ), traku 4 (FZ17), traku 6 (FZ16). V primeru, da bi bili zvitki na vseh treh trakovih hkrati, trak najprej izprazni trak 3, nato izprazni trak 4, na koncu pa izprazni še trak 6. V 6.

koraku trak 5 prične s prevzemanjem zvitkov iz traku 3 in čaka, da se najprej zavrti trak 3, nato pa se vklopi še trak 5 v koraku 7. Trak 5 se vrti, dokler se ne pokrije vstopna fotocelica FZ15 in sekvenca pride v korak 8. V primeru, da se ta fotocelica ne pokrije v določenem času, se trak 5 po 30 s preneha vrteti, sproži se alarm za predolgo vrtenje traku 5 in sekvenca počaka v koraku 7. V tem primeru se trak neha vrteti in čaka, da operater potrdi alarm za predolgo vrtenje traku. Ko je alarm potrjen, se trak 5 ponovno začne vrteti. V 8. koraku se trak 5 še vedno vrti, dokler se vstopna fotocelica ne odkrije.

Ko se ta fotocelica odkrije, preide v 9. korak. Naslednji korak je korak 23. Pogoj za prehod v ta korak je, da je srednja fotocelica FZ14 na traku 5 pokrita. V kolikor se ta fotocelica ne pokrije v določenem času, se zopet sproži alarm, ki ga potrdimo in korak se ponovno izvede. V korak 10 pridemo v primeru, če na traku 3 ni zvitkov, in če so zvitki na enem od trakov 4 ali 6. V tem koraku se sproži vrtenje mize 2 v desno (smer urinega kazalca) v hitrem režimu delovanja. Ko pride miza 2 do induktivnega stikala IS5, se miza 1 preklopi iz hitrega režima vrtenja v počasen režim vrtenja v koraku 11.

Nato se miza vrti do končnega induktivnega stikala IS6. Ko se miza 2 ustavi, je v položaju 2 in gre v korak 12. V 12. koraku je bilo ponovno treba določiti prioriteto jemanja zvitkov na trak 5. Kot je že zgoraj opisano ima med trakovoma 4 in 6 višjo prioriteto trak 4, najnižjo prioriteto pa ima trak 6. V primeru, da je na obeh trakovih zvitek, bo trak 5 najprej začel s prevzemom zvitka iz traku 4, šele nato pa bo prevzel

(28)

14 Opis sistema

zvitek iz traku 5. V koraku 13, trak 5 začne s prevzemom zvitka iz traku 4. V 13.

koraku se ustvari pogoj za vklop traku 4. Pogoj za nadaljevanje v naslednji korak je, da se trak 4 začne vrteti. V koraku 14 se začne vrteti trak 5 (naprej). Vrti se dokler ni pokrita vstopna fotocelica FZ15 traku 5. V primeru, da se fotocelica v določenem času ne pokrije, pride do alarma, in ko je alarm potrjen, se korak začne ponovno izvajati.

Če je fotocelica FZ15 pokrita, pridemo do naslednjega koraka. To je korak 15. Ta korak traja toliko časa dokler se fotocelica FZ15 ne odkrije. Nato pridemo v korak 16.

V tem koraku se trak 5 še vedno vrti, dokler zvitek ne pride do fotocelice FZ14 oziroma dokler se ne izteče čas, v katerem mora biti izveden korak. Po izteku časa se zopet prižge alarm, ko pa alarm potrdimo, se korak začne ponovno izvajati. Ko pride zvitek do fotocelice FZ 14, se trak 5 ustavi in preidemo v korak 21. V koraku 17 se začne prevzem zvitka na trak 5 iz traku 6. Najprej trak 5 ustvari pogoj za prevzem zvitka na trak 5. Kot pogoj za prehod v naslednji korak se mora najprej zagnati trak 6. Ko se ta zažene, se zgodi prehod v korak 18. V tem koraku se začne trak 5 vrteti nazaj. V primeru, da trak ne pokrije izstopne fotocelice FZ13 traku 5, se prižge alarm, ki ga je najprej potrebno potrditi, nato pa se začne sekvenca ponovno izvajati. Ko zvitek pokrije izstopno fotocelico na traku 5, nastopi korak 19. V tem koraku se trak 5 še vedno vrti nazaj, dokler ne odkrije izstopne fotocelice FZ13. Ko je fotocelica FZ13 odkrita, se mora v koraku 20 pokriti sredinska fotocelica FZ14 traku 5. V primeru da se fotocelica ne pokrije pravočasno, zopet pride do alarma in s tem se delovanje koraka ustavi. Ko alarm potrdimo, se korak ponovno začne izvajati. V naslednjem koraku 21 se ponovno dogaja vrtenje mize 2 v levo (obratna smer urinega kazalca), dokler ne pride do položaja, ko pokrije induktivno stikalo IS11 in se miza začne vrteti v počasnem načinu. Nato sekvenca preide v naslednji korak, to je korak 22, ko miza prične s počasnim vrtenjem do končnega induktivnega stikala IS10. Zatem sekvenca traku 5 in mize 2 preide v naslednji korak, to je korak 23. V tem koraku čaka na pogoj za vklop traku 5, ki ga mora dobiti iz traku 7, hkrati pa mora biti izstopna fotocelica traku 7 odkrita, da se trak 5 lahko zažene. V naslednjem koraku, to je korak 24, se vklopi trak 5 (pomikanje naprej) in se premika toliko časa dokler se ne pokrije izstopna fotocelica FZ13 traku 5. V primeru, če se fotocelica FZ13 ne pokrije pravočasno, se sproži alarm za predolgo vrtenje traku 5 in dokler se alarm ne potrdi, sekvenca traku stoji. Po potrditvi alarma pa se sekvenca ponovno začne izvajati. V primeru, da je izstopna fotocelica pokrita, gre sekvenca v naslednji korak 25. V tem koraku se trak 5 še vedno vrti naprej, dokler se izstopna fotocelica FZ13 traku 5 ne odkrije in hkrati ni pokrita vstopna fotocelica FZ4 na trak 7. V zadnjem koraku se trak 5 še vedno vrti, dokler se fotocelica FZ4 traku 7 ne odkrije, oziroma če to traja predolgo, gre sekvenca zopet v alarm in ob potrditvi alarma se korak 26 začne ponovno izvajati. V primeru,

(29)

da se fotocelica FZ4 odkrije pravočasno, pa se sekvenca vrne nazaj na prvo odločanje, torej, v kateri poziciji je obračalna miza 2.

Sekvenco delovanja traku 6 prikazuje slika 2.7. Sekvenca deluje tako, da za vstop v 1. korak potrebuje pogoj iz traku 8. V 1. koraku se vklopi trak 6 in je vklopljen toliko časa, dokler ne pokrije izstopne fotocelice FZ16 traku 6. V kolikor je ne pokrije v določenem času, se trak 6 izklopi in prikaže alarm za predolgo vrtenje traku. Ko je izstopna fotocelica FZ16 traku 2 pokrita, pride sekvenca v korak 2, ki pomeni čakanje na pogoj za vklop traku 6. Pogoj za vklop traku 6 je generiran na traku 5. V koraku 3 se trak 6 vklopi in je vklopljen, dokler se izstopna fotocelica traku 6 ne izkopi. V zadnjem koraku se trak 6 vrti toliko časa, dokler ponovno ne pokrije fotocelice FZ16, oziroma dokler se trak ne zavrti vsaj za eno svojo dolžino. S tem se prepričamo, da na traku 6 ni več nobenega zvitka.

Trak 6

[K1]

[K2]

FZ16

[K3]

[K4]

/FZ16

T22 (30s) T21 (30s)

FZ16

(30)

16 Opis sistema

Sekvenco delovanja traku 7 prikazuje slika 2.8.

Trak 7

[K1]

/FZ3 IN /FZ4

[K2]

Čakanje na pogoj za premik zvitkov na Pesmel in prtisk

tipke vklop premikanja zvitkov

[K3]

[K4]

Pogoj za premik zvitkov naprej

(M34.0) na pesmel IN prepoved nalaganja na Pesmel (/M34.1) IN pritisk tipke vklop premikanja zvitkov (M33.0) IN Alarm komunikacije s Pesmelom (/DB3.DBX20.0)

/FZ3

Trak 5 vklopljen (Q1.1) IN je v koraku za oddajo (M20.6)

FZ3

Sekvenca deluje tako, da moramo pred vstopom v 1. korak zagotoviti, da je trak 7 prazen. To naredimo tako, da preverimo, ali sta vstopna fotocelica FZ3 in izstopna fotocelica FZ4 odkriti. V prvem koraku ustvarimo pogoj za vklop traku 5. Kot pogoj za prehod v naslednji korak mora biti trak 5 vklopljen, sekvenca traku 5 ter mize 2 pa mora biti v koraku za oddajo zvitka. Le tako lahko pridemo v naslednji korak. V 2.

koraku se trak 7 vklopi, dokler ne pokrije izstopne fotocelice FZ3 oziroma, če premikanje traku traja predolgo, se vklopi alarm za prekoračen čas vrtenja traku 7. Po

(31)

potrditvi alarma se korak izvaja od začetka in ko doseže izstopno fotocelico FZ3 preide v korak 3. V tretjem koraku trak 7 čaka na to da se izpolnijo vsi pogoji za prenos zvitka iz traku 7 na trak 10, ki spada pod drugi stroj. Pogoji, ki so potrebni za vklop traku 7 so pritisnjena tipka za premik zvitkov iz traku 7 na trak 10, tako imenovan »Pesmel«

(projekt v katerem je implementiran trak 10), ki ne sme biti poln, kar pomeni, da na traku 10 ne sme biti zvitkov, poleg tega tudi ne sme biti alarma komunikacije s

»Pesmel-om«. Nato se v koraku 4 začne trak 7 premikati naprej, dokler se izstopna fotocelica FZ3 traku 7 ne odkrije. V primeru, da se izstopna fotocelica ne odkrije v določnem času, se pojavi alarm za predolgo vrtenje traku. Ko se alarm potrdi, se korak 4 začne izvajati od začetka. Ko pa je izstopna fotocelica FZ3 traku 7 odkrita, korak 4 preide na začetek sekvence pred korak 1 in sekvenca čaka na izpolnjen pogoj za vstop v korak 1.

Sekvenco delovanja traku 8 prikazuje slika 2.9. Sekvenca deluje podobno kot že prej opisani sekvenci traku 1 in traku 4. Za vstop v prvi korak moramo izpolniti pogoj, ki je pritisk tipke za vklop traku 8. Ko je ta pogoj izpolnjen, se sekvenca premakne v korak 1 in trak se začne vrteti naprej. Trak se po 20 s preneha vrteti in se ustavi preden se fotocelica FZ30 pokrije. Operater mora ponovno pritisniti vklop traku, da trak pripelje zvitke do fotocelice FZ30. Ko je fotocelica FZ30 pokrita, se sekvenca premakne iz 1. koraka v 2. korak. V tem koraku se ustvari pogoj za vklop traku 6. Za prehod v naslednji korak mora biti pogoj vrtenja traku 6. V 3. koraku se trak 8 vrti naprej. Sekvenca pride v naslednji korak tako, da mora biti fotocelica FZ30 odkrita. V zadnjem, 4. koraku, je trak 8 še vklopljen in se vrti, dokler se izstopna fotocelica FZ30 ponovno ne pokrije (v primeru, da je na traku 8 več zvitkov), ali dokler se trak ne zavrti za eno svojo dolžino, nato se sekvenca vrne pred korak 1 (vrtenje traja približno 40 sekund). V primeru, da se izstopna fotocelica traku 8 pokrije, se zgodi skok v sekvenci iz koraka 4 v korak 2.

(32)

18 Opis sistema

Premik traku 8 (Naprej)

[K1]

[K2]

[K3]

[K4]

/FZ30

Tipka vklop traku 3 (I4.6)

T26 (45s)

Trak 8

T25 (20s)

FZ30

(33)

19

3 Gradniki sistema

3.1 Strojna oprema

V podjetju, kjer sem opravljal projekt, smo se odločili, da se bo za predelavo talne proge uporabilo Siemens-ovo strojno opremo. Seznam strojne opreme, ki smo jo uporabili za nadgradnjo je naslednji:

• Napajalnik, ki se napaja z vhodno napetostjo 120 V ali 230 V in zagotavlja napetost in tok 24 V / 5 A, ki napaja krmilnik, komunikacijski procesor, dve vhodni kartici, eno izhodno kartico in tri komunikacijske procesorje frekvenčnih pretvornikov. Oznaka napajalnega modula je 6ES7307-1EA01-0AA0 [1].

• Programirljivi logični krmilnik S7-300 CPU315-2DP, ki ima 128 KB delovnega spomina. Naloga krmilnika je, da izvaja program, ki je v njem naložen, za kar potrebuje tudi napajanje 24 V. Maksimalno število blokov v krmilniku je 1024 (to število zajema vse podatkovne bloke (DB), funkcijske bloke (FB), funkcije (FC), sistemske podatkovne bloke (SDB) in organizacijske bloke (OB). Krmilnik z oznako 6ES7315- 2AG10-0AB0 podpira dve vrsti komunikacije, in sicer MPI in Profibu«[2].

• Komunikacijski procesor med operaterskim panelom, krmilniki in prikazom na nadzornem sistemu SCADA WinCC. Uporablja se tudi za dostop do krmilnika. Za komunikacijo med zgoraj naštetimi napravami uporablja protokol Profinet. Oznaka komunikacijskega modula SimaticNET CP343-1, ki se uporablja za komunikacijo z je 6GK7343- 1EX30-0XE0 [3].

• Dve vhodni 32-bitni kartici, na kateri se priključi digitalne vhode v krmilnik. Na posamezno kartico lahko priključimo 32 vhodnih signalov.

Na kartico moramo priključiti tudi napajanje. Vhodni signal mora imeti napetost od 13 V do 30 V, da vhodna kartica zazna signal kot »1«. Če je

(34)

20 Gradniki sistema

na vhodnem signalu napetost od -30 V do 5 V, zavzame vrednost »0«.

Oznaka izhodne kartice je 6ES7322-1BL00-0AB0 [4].

• Izhodna kartica z oznako 6ES7322-1BL00-0AA0, ki ima 32 izhodov, ki zagotavljajo izhodno napetost/tok 24 V / 0.5 A [5].

• Uporabniški panel HMI TP1200 Comfort Panel, ki se uporablja za spremljanje stanja procesa in za posluževanje naprave. Zaslon je velik 12 palcev. Oznaka panela je 6AV2124-0MC01-0AX0 [6].

• Kontrolna enota frekvenčnega pretvornika CU240B-2. Za povezavo z drugimi napravami kontrolna enota frekvenčnega pretvornika uporablja komunikacijo Profibus. Do njenih nastavitev se lahko dostopa tudi preko vmesnika USB. Kontrolni modul potrebuje napajanje 24 V. Oznaka kontrolnega vmesnika je 6SL3244-0BB00-1PA1 [7].

• Operaterski panel frekvenčnega pretvornika, ki se uporablja za spremljanje parametrov na frekvenčnem pretvorniku. Namenjen je tudi potrjevanju različnih napak in alarmov, vpogledu v parametre, alarme, napake, hitrosti vrtenja motorjev in podobno. Oznaka operaterskega modula je 6SL3255-0AA00-4CA1 [8].

• Dva močnostna modula za frekvenčnega pretvornika PM240-2. Na vhod je potrebno priključit tri faze z napetostjo med 380 V in 480 V. Na frekvenčni pretvornik lahko priklopimo motor, ki ima nazivno moč največ 0,75 KW. Maksimalni izhodni tok, ki ga lahko zagotavlja močnostni modul frekvenčnega pretvornika je 3,4 A. Oznaka močnostnega modula je 6SL3210-1PE12-3UL1 [9].

• Močnostni modul frekvenčnega pretvornika PM240-2. Na vhod je treba priključit tri faze z napetostjo med 380 V in 480 V. Na frekvenčni pretvornik lahko priklopimo motor, ki ima nazivno moč največ 3 kW.

Maksimalni izhodni tok, ki ga lahko zagotavlja močnostni modul frekvenčnega pretvornika je 11,8 A. Oznaka močnostnega modula je 6SL3210-1PE18-0AL1 [10].

3.2 Programska oprema

Pri predelavi talne proge je bila uporabljena Siemens-ova programska oprema, in sicer je program za krmilnik narejen v programskem okolju Simatic Manager, vizualizacija za panel je izrisana v programu TIA Portal V16, za vizualizacijo na računalniku je uporabljen program TIA Portal V14, za vpisovanje parametrov frekvenčnih pretvornikov pa je bil uporabljen program Simatic Starter.

(35)

Protokol Profibus 21

3.3 Protokol Profibus

Polno ime protokola Profibus je Proces field bus. Ta protokol je del standarda IEC61158 in podpira dve vrsti naprav. Prva vrsta so aktivne naprave oziroma gospodarji (ang. master), druga vrsta naprav so sužnji (ang. slave) oziroma pasivne naprave [11]. Primer aktivne naprave je krmilnik, primeri pasivnih naprav pa so ventili, senzorji vlage, temperature, gostote, motorji itd. Komunikacija Profibus deluje tako, da mora najprej aktivna naprava (npr. PLK) odda zahtevo za pridobitev vrednosti iz senzorja. Zahtevo nato pošlje senzorju, ki je pasivna naprava. V trenutku, ko pasivna naprava dobi zahtevo, pošlje zahtevane podatke nazaj aktivni napravi. Danes poznamo dve vrsti komunikacije Profibus. Prva vrsta je Profibus DP, ki se uporablja za krmiljenje vhodno izhodnih enot s pomočjo centralne enote. Uporablja pa se tudi za povezavo, kjer je vključeno več krmilnikov. Pri povezavi Profibus DP obstajata dve vrsti aktivnih naprav [12]. Aktivna naprava prvega razreda ciklično nadzoruje proces delovanja. Naprava drugega razreda pa deluje na način, da napravi dodeli parametre in preverja diagnostiko naprave, ki je povezana preko tega protokola. Hitrosti povezave, ki se lahko dosežejo pri tej vrsti komunikacije, so do 12 Mb/s. Druga vrsta je Profibus PA, ki je namenjena za uporabo v nevarnih območjih. Pri tej vrsti po vodilu tečejo zelo majhni tokovi, zato da ne prihaja do kakršnega koli iskrenja, ki lahko povzroči eksplozijo. Tudi v primeru okvare na vodilu, ne pride do iskrenja. Najvišja hitrost povezave po tem vodilu je 31,25 kb/s [13].

3.4 Protokol Profinet

Polno ime protokola Profinet je Process Field Net. Gre za protokol, ki za prenos podatkov preko interneta uporablja industrijski Ethernet. Uporablja se predvsem za komunikacijo med krmilnikom in perifernimi napravami kot so senzorji. Razvil se je iz kombinacije komunikacij Profibus DP in industrijskega interneta [14].

Komunikacija Profinet je hitrejša in bolj učinkovita od komunikacije Profibus, saj je zasnovana na dvosmerni komunikaciji, ki poteka v obe smeri (ang. Full-Duplex) in deluje na pasovni širini 100 Mb/s. S pomočjo povezave Profinet lahko dostopamo do več naprav hkrati. Na ta način je omrežje veliko bolj učinkovito in omogoča hkraten prenos informacij v več vozlišč [15]. Vsaka naprava, ki je povezana v omrežje Profinet ima doložen naslov MAC, ki je tovarniško privzet, naslov IP in ime naprave. Vsaka naprava ima lahko enega ali več vrat za priklop v industrijsko omrežje [16].

(36)

22 Gradniki sistema

3.5 Frekvenčni pretvornik

Frekvenčni pretvorniki so naprave, ki se uporabljajo za regulacijo hitrosti trifaznih motorjev. Iz izmenične napetosti, ki ima medfazno napetost in konstanto frekvenco, ustvarijo nastavljivo napetost ter frekvenco. Glede na zgradbo delimo frekvenčne pretvornike na dve vrsti:

• U – frekvenčni pretvornik in

• I – frekvenčni pretvornik.

U – frekvenčni pretvornik je sestavljen iz naslednjih komponent:

• usmernika,

• enosmernega vezja,

• razsmernika in

• krmilnika, ki krmili enosmerno vezje.

Usmernik je namenjen pretvorbi napajalne napetosti v konstantno enosmerno napetost. Vmesno vezje vsebuje kondenzator in upor. Kondenzator je namenjen glajenju napetost in zagotavljanju energije ob konicah, na primer ob zagonu motorja.

Uporu v vezju rečemo tudi zaviralni upor, saj ob zaviranju motorja odvečno energijo pretvori v toplotne izgube. Na koncu pa je razsmernik, ki enosmerno napetost pretvori nazaj v izmenično [20].

Na sliki 3.1 je prikazana razlika med U – frekvenčnim pretvornikom in I – frekvenčnim pretvornikom.

Slika 3.1: Prikaz sestave U – frekvenčnega pretvornika [18]

Za pravilno delovanje je potrebno frekvenčnemu pretvorniku določiti še določene parametre, saj drugače le-ta ne bo deloval pravilno.

(37)

23

4 Izdelava sistema

4.1 Programiranje

Program za talno progo je napisan v programskem okolju Simatic Manager. Pred začetkom programiranja je bilo treba izbrati in dodati v program strojno opremo, ki je navedena v prejšnjem poglavju. Nato je bilo treba krmilniku določiti naslov, s čimer je omogočen dostop do njega. Do krmilnika smo dostopali preko protokola Profinet, s pomočjo pomožnega komunikacijskega procesorja Simatic-net. Na tem komunikacijskem procesorju je bilo treba nastaviti naslov IP, da smo lahko dostopali do procesorja. Nato smo med strojno opremo dodali še kontrolno enoto frekvenčnega pretvornika. Krmilnik in frekvenčni pretvorniki so med seboj povezani preko vodila Profibus. Vsaki kontrolni enoti posebej je bilo potrebno dodeliti naslov Profibus, zato da lahko vsak frekvenčni pretvornik komunicira s krmilnikom. Na koncu je bilo potrebno narediti še komunikacijo med krmilnikom, ki se bo uporabljal za delovanje talne proge in med krmilnikom, ki že deluje na drugem odseku proge. Na sliki 4.1 je vidna konfiguracija strojne opreme projekta.

Slika 4.1: Shema strojne opreme, ki je uporabljena v projektu

Program je sestavljen iz več delov. Vsak del je napisan v svoji funkciji. Funkcije so predstavljene v nadaljevanju.

(38)

24 Izdelava sistema

4.1.1 Funkcija sekvenc trakov in miz

Program za delovanje trakov je sestavljen iz več delov. Prvi del vsebuje le avtomatsko delovanje sekvenc trakov. Za vsak trak so napisane njegove sekvence, kot so opisane v poglavju 2. Prehajanju med sekvencami so v tem delu programa dodani še pogoji, da mora biti varnostni rele vklopljen, hkrati pa mora biti vklopljen še avtomatski način delovanja. Kot pogoj za vstop v prvi korak je tudi, da sekvenca ne sme biti v nobenem drugem koraku, kot je prikazano na sliki 4.2.

Slika 4.2: Primer programa sekvence traku 4

V primeru, da je sekvenca v katerem koli koraku, se vstop v 1. korak ne bo nikoli zgodil, saj s primerjalnikom preverjamo ali je sekvenca posameznega traku v katerem

(39)

Programiranje 25

koli koraku. Vse sekvence trakov in miz so narejene na podoben način. V primeru, kot je vrtenje mize, se ob vsakem vrtenju preverja časovnik, ki določa ali je miza v določenem času dosegla naslednji položaj. V primeru, da ga ne doseže, se sproži alarm za predolgo vrtenje mize. V tem primeru bi to najverjetneje pomenilo, da gre za napako na verigi, saj se lahko zgodi, da se le-ta strga. V tem primeru pride do alarma

»poškodba verige«. Vsako tako napako je potrebno med alarmi potrditi. Ko se alarm potrdi, se korak, v katerem je ostala sekvenca, začne ponovno izvajati. Podobno se zgodi, če se pri premikanju trakov fotocelice ne pokrijejo v določenem času. Tudi v tem primeru pride do napake in se enako kot prej sumi napaka na verigi. Alarme je potrebno potrditi in korak se začne izvajati od začetka.

4.1.2 Režimi delovanja trakov

Drugi del programiranja trakov in miz je sestavljen iz treh delov. Prvi del je namenjen ročnemu delovanju, drugi del je namenjen avtomatskemu delovanju, tretji del pa je namenjen servisnemu režimu delovanja. V 1. delu delovanja, to je v ročnem načinu, je program narejen tako, da lahko operater ročno premika zvitke po traku naprej in nazaj, a z vsemi omejitvami, ki so enake kot v avtomatskem režimu delovanja. To pomeni, da se mora v primeru, ko zvitek pride do izstopne fotocelice, trak ustaviti, razen, če je naslednji trak, ki sprejema zvitek prazen in se tudi vrti. Prvi del lahko vidimo na sliki 4.3

Slika 4.3: Primer dela programa za ročni režim delovanja

(40)

Drugi del programa je avtomatsko delovanje, ki je opisano v poglavju 2 pri opisu sekvenc in v prvem delu delovanja trakov. Na sliki 4.4 je prikazan avtomatski način delovanja.

Slika 4.4: Primer dela programa za avtomatski režim delovanja

Zadnji režim delovanja pa je servisni režim. Ta režim je primarno namenjen vzdrževanju, v katerem se lahko preveri, če je karkoli narobe s katerim od trakov ali

(41)

Programiranje 27

miz, oziroma če je slučajno kakšen zvitek predolg in ga je potrebno odstraniti iz proge do mesta, kjer ga lahko odstranijo na drugačen način. V tem načinu se ne upošteva nobenih induktivnih stikal ali fotocelic. Operater mora v tem režimu točno vedeti kaj dela. Da se prepreči morebitno zlorabo uporabe tega režima, je za vstop v ta režim potrebno vpisati geslo. Do tega režima lahko zaradi varnosti dostopajo le pooblaščene osebe. V tem delu programa so v avtomatskem in ročnem delu nameščene vse vrste blokad, kot so končna induktivna stikala za vrtenje miz, končne fotocelice, kateri režim delovanja je izbran, ali je varnostni rele vklopljen ali se trak vrti le v eno smer, ali je aktiven katerikoli do alarmov za napako verige trakov in miz, ali je bil katerikoli trak predolgo časa v sekvenci, itd. Primer programa, kako je narejen servisni režim je na sliki 4.5.

Slika 4.5: Primer dela programa za servisni režim delovanja

V zadnji del programa so vključeni še frekvenčni pretvorniki. Trenutno se v celotnem programu uporabljajo trije frekvenčni pretvorniki, in sicer za vrtenje mize 1 in 2 ter za vrtenje traku 8. Vodenje ostalih trakov bo ostalo realizirano s kontaktorji.

Za določanje delovanja frekvenčnega pretvornika smo uporabili že v naprej pripravljeno funkcijo, ki v določene pomnilniške bite (ang. memory bit) zapisuje vrednosti. Ti biti se prenašajo na frekvenčni pretvornik. V bloku za frekvenčni pretvornik moramo nastaviti prametre kot so hitrost, v katero smer se mora motor vrteti, katero hitrost naj uporabi in možnost za potrditev alarma frekvenčnega pretvornika. Kot izhod iz bloka pa dobimo ali je na frekvenčnem pretvorniku kakšen alarm in dejansko vrednost, s katero frekvenčni pretvornik poganja motor.

(42)

4.1.3 Alarmi

Tretji del programa se nanaša na generiranje alarmov, kot so napake pretokovne zaščite trakov, napake v sekvencah, prekoračen čas koraka, napake frekvenčnih pretvornikov, napake na induktivnih stikalih (npr. neveljavna kombinacija induktivnih stikal), ali delujejo vse fotocelice, napaka komunikacije med krmilnikoma, splošne napake kot so delovanje glavne varovalke, glavnega stikala, varovalke napajanja 24 V, varovalke napajanja 230 V. Na sliki 4.6 je prikazan primer alarmne funkcije, ko je končno stikalo sklenjeno.

Slika 4.6: Primer funkcije alarma končnega stikala

4.1.4 Vizualizacija

Četrti del programa je namenjen vizualizaciji, ki zajema vse kombinacije prikaza trakov in miz v vseh položajih na panelu in računalniku (SCADA), prikaz napak trakov in miz ter prikaz simbolov. Pri prikazu trakov 2 in 5 je bilo potrebno dodati prikaz v vseh položajih, saj se ob vrtenju mize trak pojavi v več položajih, kot so prikazani na slikah od 4.7 do 4.12. Hkrati morajo biti poleg trakov prikazane tudi oznake v različnih položajih. Na sliki 4.7 je prikazan del funkcije, ki se konkretno uporablja za prikaz traku 2 na mizi 1, v položajih 90 ° in 0 °. Na naslednjih slikah so prikazani vsi možni položaji trakov na mizah. Na sliki 4.8 je prikazan položaj traku na mizi ob kotu 0 ° oziroma v začetnem položaju ali položaju 1. Slika 4.9 prikazuje mizo v vmesnem položaju, med položajema 1 in 2 pri kotu 45 °. Slika 4.10 prikazuje položaj 2 ob kotu 90 °. Slika 4.11 prikazuje trak na mizi med položajema 1 in 3, ob kotu mize -45 °.

(43)

Programiranje 29

Slika 4.12 pa prikazuje položaj mize v 3. položaju, v tem primeru pa je miza obrnjena za kot -90 °.

Slika 4.7: Primer funkcije prikaza traku v položaju 1 in v položaju 2

Slika 4.8: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 1 pri kotu 0°

Slika 4.9: Prikaz traku na obračalni mizi med položajema 1 in 2 pri kotu 45°

(44)

Slika 4.10: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 2 pri kotu 90°

Slika 4.11: Prikaz traku na obračalni mizi med položajema 1 in 3 pri kotu -45°

Slika 4.12: Prikaz traku na obračalni mizi v položaju 3 pri kotu -90°

4.1.5 Komunikacija med krmilnikoma

Zadnji del programa je namenjen komunikaciji med krmilnikoma, saj je bilo potrebno za pravilno delovanje pridobiti nekaj informacij, ki so na drugem krmilniku.

Najprej smo morali na obeh straneh (v projektu predelave talne proge in v projektu Pesmel) narediti podatkovne bloke za sprejem in oddajo podatkov. Nato je bilo potrebno spisati algoritem, ki najprej prebere vrednosti podatkovnega bloka, ki je narejen na strani drugega krmilnika z blokom GET, kot vidimo na sliki 4.13 in jih zapisati v interni podatkovni blok, kot vidimo na spodnji sliki 4.14. Na koncu pošljemo vrednosti iz internega podatkovnega bloka v drugi krmilnik (v projekt Pesmel) s funkcijskim blokom PUT, ki je na sliki 4.14.

(45)

Programiranje 31

Slika 4.13: Primer uporabe funkcijskega bloka GET za sprejem podatkov

Slika 4.14: Primer negiranja bita za odkrivanje napak pri prenosu podatkov in primer uporabe funkcijskega bloka PUT za pošiljanje podatkov na drugi krmilnik

(46)

4.2 Vizualizacija

Vizualizacija se je v našem primeru delila na dva dela. V prvem delu se je izdelalo vizualizacijo za uporabniški panel. Vizualizacija trakov na panelu je zaradi večje preglednosti razdeljena v več zaslonskih slik. V drugem delu pa se je izdelalo vizualizacijo nadzornega sistema SCADA, ki je na operaterjevem računalniku. V vizualizaciji SCADA je prikazano celotno delovanje talne proge na eni sliki. Prikazane so tudi sekvence trakov. Uporabniški panel in SCADA na računalniku sta s krmilnikom povezana preko komunikacije Profinet.

4.2.1 Vizualizacija panela

Vizualizacija panela je sestavljena iz več slik. Najprej smo naredili predlogo zaslona (ang. template), ki vsebuje alarmno vrstico, desno od alarmne vrstice je tipka za potrditev alarma, skrajno desno je ura, pod alarmno vrstico pa so postavljeni navigacijski gumbi za menjavo slik. Alarmna vrstica na tej sliki prikazuje samo aktualne aktivne alarme. To pomeni, da ne prikazuje alarmov, ki so bili nedavno aktivni in še niso potrjeni, prav tako ne prikazuje še aktivnih alarmov, ki jih je operater nedavno potrdil. Ta zaslon je primarno namenjen navigaciji med slikami prikaza trakov. Predloga zaslona je prikazana na sliki 4.15.

Slika 4.15: Predloga zaslona

(47)

Vizualizacija 33

Kot drugi zaslon je bil ustvarjen globalni zaslon, ki se uporablja za prikaz vseh alarmov. To pomeni prikaz vseh aktivnih alarmov, vseh že potrjenih alarmov, ki so aktivni in vseh alarmov, ki niso več aktivni, vendar še niso bili potrjeni. Alarmno okno pokaže zaporedno številko alarma, čas, ko se je pojavil alarm, datum alarma, status alarma in vsebino alarma. Statusi alarma so lahko naslednji [17]:

• I (Dohodni alarm (ang.(Incoming alarm)) je alarm, ki je trenutno aktiven in še ni potrjen,

• IA (Dohodni potrjeni alarm (ang. Incoming/Acknowledged)) je še vedno aktiven alarm, vendar je že prišlo do potrditve alarma in

• IO (Dohodno/odhodni alarm (ang. Incoming/Outgoing)), to je alarm, ki trenutno ni več aktiven, vendar še ni bil potrjen.

Globalni zaslon je prikazan na sliki 4.16.

Slika 4.16: Globalni zaslon

Po končanem globalnem zaslonu smo se lotili izdelave slik, ki prikazujejo skupine trakov. Dve mizi in osem trakov je razdeljenih v 4 zaslonske slike. Prva zaslonska slika prikazuje trakove 1, 2, 3 in mizo 1, druga slika prikazuje trakove 3, 4, 5, 7 in mizo 2, tretja slika prikazuje trak 5, 6, 7, 8 in mizo 2 zadnja slika prikazuje trak 5, 7, 10 in mizo 2. Vse slike so narejene na podoben način. Primer je prikazan na sliki 4.17.