Naprava za pranje ulitkov

Transcription

1 Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Smetanova ulica Maribor, Slovenija Dejan Tomažič Naprava za pranje ulitkov.. Diplomsko delo Ptuj, 2015

2 Naprava za pranje ulitkov Študent: Študijski program: Smer: Predmet: Mentor predavatelj: Mentor v podjetju: Lektorica: Dejan Tomažič Visokošolski študijski program Elektrotehnika Avtomatika in robotika Avtomatizacija industrijskih obratov doc. dr. Nenad Muškinja, univ. dipl. inž. el. Marko Planinšek, univ. dipl. inž. el. Darinka Rojko Pičerko, univ. dipl. prof. slov. in teol.

3

4 ZAHVALA Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Nenadu Muškinji, univ. dipl. inž. el. za pomoč pri opravljanju diplomskega dela. Posebna zahvala gre Marku Planinšku, univ. dipl. inž. el. iz podjetja Talum, Servis in inženiring, za možnost opravljanja diplomske naloge in njegovo pomoč pri izvedbi. i

5 Naprava za pranje ulitkov Ključne besede: Avtomatizacija, pranje ulitkov, programirljivi logični krmilnik, SIMATIC S7-300 UDK: : (043.2) Povzetek V diplomskem delu je predstavljena naprava za pranje ulitkov, ki ima nalogo, da po strojni obdelavi ulitkov iz njih opere emulzijo. V nalogi sta opisani strojna in programska oprema, uporabljeni pri realizaciji naprave. Podrobno je predstavljen krmilni sistem SIMATIC S7-300 in programska oprema STEP 7, s katero je bilo izvedeno programiranje krmilnika. Predstavljena sta namembnost in varno upravljanje naprave. ii

6 Casting Washing Machine Key words: Automation, washing castings, programmable logic controller, SIMATIC S7-300 UDK: : (043.2) Abstract The thesis aims to present casting washing machine, which task is to wash machined castings. Described are components comprising the machine, planning and controling of the machine. Utility and safe operation are also presented. iii

7 Kazalo vsebine 1 UVOD Pregled vsebine ostalih poglavij OPIS NAPRAVE Glavni cilji Opis naprave STROJNA OPREMA Končna stikala Induktivna končna stikala Mehanska končna stikala Senzor temperature Pt Varnostni rele za dvoročni vklop Trifazni asinhronski motor Frekvenčni pretvornik Strojna oprema SIMATIC Programirljivi logični krmilnik Operator panel OP PROGRAMSKA OPREMA Caddy++ Electrical SIMATIC Step Lestvični diagram LAD Nabor ukazov STL Strukturiran kontrolni jezik SCL NAČRT OŽIČENJA Način označevanja Vklop grelcev Napajanje Vklop krmilja Pomik mize Rezerva Digitalni vhodi Digitalni izhodi Vklop luči Analogni vhodi Analogni izhodi Krmilnik S Operator panel iv

8 6 PROGRAM Konfiguracija Tabela simbolov Pranje Osnovna oblika funkcije Korak Korak Korak Korak Regulacija temperature Skaliranje temperature PID regulator SIMATIC PID PLK algoritem Alarmi PANEL Konfiguracija Slike Predloga Start NastTemp NastPotop NastPID Alarmi TESTIRANJE IN ZAGON NAPRAVE Testiranje naprave Zagon naprave SKLEP LITERATURA IN VIRI PRILOGE Naslov študenta Kratek življenjepis v

9 Kazalo slik Slika 2.1 Naprava za pranje ulitkov... 2 Slika 3.1 Induktivno tipalo... 3 Slika 3.2 Razmerje upornosti in temperature... 4 Slika 3.3 Temperaturno tipalo Pt Slika 3.4 Shema HTR Slika 3.5 Asinhronski motor Elektrokovina... 5 Slika 3.6 Frekvenčni pretvornik Lenze... 6 Slika 3.7 E82ZBC tipkovnica... 7 Slika 3.8 Parametri Lenze... 7 Slika 3.9 Osnovna zgradba PLK... 8 Slika 3.10 CPU 313C... 9 Slika 3.11 OP Slika 4.2 LAD primer Slika 4.3 STL primer Slika 4.4 SCL primer Slika 6.1 Okno za nov projekt Slika 6.2 SIMATIC 300 Station Slika 6.3 Vnos strojne opreme Slika 6.4 Oblika fc_pranje Slika 6.5 fc_pranje: korak Slika 6.6 fc_pranje: korak Slika 6.7 fc_pranje: korak Slika fc_pranje: korak Slika 6.9 Nastavitev analognega vhoda Slika 6.10 Skaliranje temperature Slika 6.11 Regulacijska proga Slika 6.12 Razlaga delov PID regulatorja Slika 6.13 Standardna knjižnica Slika 6.14 Pulsegen Slika 6.15 Čas interupta OB Slika 6.16 OB35 PID regulator Slika 6.17 PID nastavitve Slika 6.18 Čas pulza Slika 6.19 Blok ctrlpid Slika 6.20 Vklop gretja Slika 6.21 Blok Alarmi Slika 6.22 Krmilje ni vklopljeno Slika 6.23 Miza ni dosegla položaja spodaj Slika 6.24 Miza ni dosegla položaja zgoraj Slika 6.25 Napaka gretja Slika 6.26 Lučka alarm Slika 7.1 HMI Station vi

10 Slika 7.2 OP Slika 7.3 Predloga Slika 7.4 Gumb F Slika 7.5 Slika Start Slika 7.6 Povezava temperature Slika 7.7 Status koraka Slika 7.8 Korak Slika 7.9 Slika NastTemp Slika 7.10 Slika NastPotop Slika 7.11 Slika NastPID Slika 7.12 Slika Alarmi Slika 7.13 Spremenljivka Alarm Slika 7.14 Sestava tipa WORD Slika 7.15 Alarmi Slika 8.1 Izlivanje vode Slika 8.2 Nastavitve pranja Slika 8.3 Nastavitev temperature Slika 8.4 Območje motorja Slika 8.5 Začetek pranja Slika 8.6 Postopek pranja Kazalo tabel Tabela 5.1 Vhodi in izhodi vii

11 UPORABLJENE KRATICE PLK programirljivi logični krmilnik CPE centralno procesna enota OP operaterski panel LAD lestvični diagram (ang. ladder diagram) STL nabor ukazov (ang. statement list) SCL strukturiran kontrolni jezik (ang. structured control language) MPI večtočkovni vmesnik (ang. multi-point interface) MMC mikro pomnilniška kartica (ang. micro memory card) viii

12 1 UVOD Na praktičnem usposabljanju v podjetju Talum Servis in inženiring d. o. o sem dobil možnost opravljanja diplomskega dela. Zaradi neuporabe naprave za testiranje tesnosti so se jo v podjetju Ulitki d. o. o odločili predelati v napravo za pranje ulitkov. Predelavo je izvedlo podjetje Talum Servis in inženiring d. o. o. Ulitki se ulijejo na gravitacijskih livnih strojih, kjer se v kokilo (model ulitka) vstavi peščeno jedro. Po ulitju komada se peščeno jedro s postopkom čiščenja (izbijanje, vibriranje) odstrani, ulitek pa gre na strojno obdelavo (CNC stroji). Obdelan ulitek je zaradi emulzije masten, zato se na koncu opere na pralni napravi. 1.1 Pregled vsebine ostalih poglavij V drugem poglavju diplomske naloge so predstavljeni glavni cilji diplomske naloge, opisan je namen in zgradba stare naprave, ter potrebne spremembe za predelavo naprave v namen pranja. V tretjem poglavju je predstavljena strojna oprema, uporabljena pri realizacije naprave. Opisana so končna stikala, senzor temperature, varnostni rele, trifazni asinhronski motor, frekvenčni pretvornik in strojna oprema SIMATIC. V četrtem poglavju je navedena in predstavljena programska oprema, ki je bila potrebna za izvedbo diplomske naloge oziroma realizacijo naprave. V petem poglavju je opisan priložen načrt ožičenja naprave. Predstavljene so potrebne spremembe električne vezave ob predelavi naprave. V šestem poglavju je opisana izvedba programa, predstavljena je glavna funkcija pranja, regulacija temperature pralne tekočine in funkcija alarmov. V sedmem poglavju je opisana konfiguracija panela in postopek ustvarjanja slik, ki bodo na voljo operaterju. V osmem poglavju je opisano testiranje naprave, zadnji potrebni popravki, delovanje naprave in naloge operaterja. 1

13 2 OPIS NAPRAVE 2.1 Glavni cilji Cilj je bil uporabiti obstoječo strojno opremo in ji spremeniti namembnost. Dodati je bilo potrebno kontrolno ploščo, operacijski panel in program za vodenje krmilja, ki bo deloval zanesljivo, varno ter primerno za industrijsko uporabo. Naprava je postavljena v proizvodnem obratu ulitkov za pranje le-teh. Naprava za pranje ulitkov mora izvajati ter vsebovati naslednje funkcije: Dvig/spust potopne mize sprememba smeri vrtenja gredi elektromotorja, nastavitev števila potopov in čas potopa z vnosom vrednosti prek panela in regulacijo temperature pralne tekočine. 2.2 Opis naprave Naprava se je pred predelavo uporabljala za testiranje tesnosti ulitkov. Na potopni mizi sta bili nameščeni dve vpenjalni mesti, kamor so se vpeli ulitki. Ko je bil ulitek vpet, se ga je s posebnim pokrivalom zatesnilo in vanj upihnilo zrak. Potem se je miza z vpetima ulitkoma potopila v vodo in delavec je ulitka opazoval, če kje uhaja zrak. V podjetju so se nato odločili za posodobitev in so kupili novo napravo, ki tesnost ulitkov preverja elektronsko. Ulitki se podobno vpnejo na mizo in zatesnijo, na kar pa senzor tlaka, meri tlak v ulitku. Če tlak pada, pomeni, da zrak nekje uhaja. Tako je stara naprava ostala brez namena in zato so se jo v podjetju odločili predelati v napravo za pranje ulitkov. Iz stare naprave sta se odstranili vpenjalni mesti in večje število ventilov, na novo je bila nameščena potopna miza, kontrolna plošča in operaterski panel. Ostala strojna oprema je ostala enaka in je podrobneje opisana v naslednjem poglavju. Slika 2.1 Naprava za pranje ulitkov 2

14 3 STROJNA OPREMA V tem poglavju je predstavljena strojna oprema, ki je bila uporabljena pri realizaciji naprave. 3.1 Končna stikala Induktivna končna stikala Za zaznavo končnih položajev potopne mize smo uporabil že nameščeni induktivni stikali. Stikali sta bili dobro ohranjeni, zato ju ni bilo potrebno zamenjati z novimi. Induktivno končno stikalo je tipalo, ki zazna kovinske predmete na krajši razdalji brez fizičnega stika. V osnovi gre za preprost transformator, kjer vezje, integrirano v tipalu, prek oscilatorja ustvarja izmenično navzven usmerjeno elektromagnetno polje. Ko se opazovani kovinski predmet približa, se v njem inducira napetost, ki požene vrtinčne tokove, kar povzroči obremenitev senzorja. Tako se zmanjša primarno polje, kar zaznava vezje v tipalu. Stikalo se vklopi, ko napetost pade pod določeno mejo [1]. Slika 3.1 Induktivno tipalo [2] Prednosti induktivnih stikal so, da delujejo v širokem temperaturnem območju, se ne obrabijo in so cenovno ugodna. Pri uporabi je potrebno upoštevati daljši odzivni čas v primerjavi z mehanskimi stikali Mehanska končna stikala Za varovanje so nameščena tudi mehanska končna stikala, ki delujejo neodvisno od programa. Če se to stikalo sklene, potem se prekine dovod električne energije na rele za vrtenje elektromotorja. Mehanska končna stikala sodijo med klasične načine ugotavljanja doseženega položaja. Pri teh stikalih pride do mehanske sklenitve kontaktov. Ko opazovani predmet»potopna miza«pride v stik z stikalom, se sklene delovni kontakt (NO Normally Open) ali razklene mirovni kontakt (NC Normally Closed) med priključnima sponkama [1]. Pri uporabi mehanskih končnih stikal je potrebno upoštevati možnost obrabe mehanskih delov ali oksidacijo kontaktov. Problem je lahko tudi umazanija, ki skupaj z oksidacijo zmanjša prevodnost kontaktov. 3

15 3.2 Senzor temperature Pt100 Za merjenje temperature pralne tekočine je uporabljeno tipalo Pt100 slovenskega proizvajalca ELPRO Lepenik & Co. Uporovni termometer iz platine Pt100 je naprava s tipično upornostjo 100 Ω pri temperaturi 0 C. Z večanjem temperature se mu veča tudi upornost. Že več let se ti senzorji uporabljajo za merjenje temperature v laboratorijih in industrijskih procesih, saj so si skozi leta pridobili ugled glede natančnosti, ponovljivosti in stabilnosti merjenj. Uporovni termometri lahko običajno merijo temperature do 850 C. Razmerje med upornostjo in temperaturo je sorazmerno linearno (Slika 3.2). Slika 3.2 Razmerje upornosti in temperature [3] Temperaturno območje uporabljenega tipala model U je od 50 C do +450 C. Slika 3.3 Temperaturno tipalo Pt100 [4] 4

16 3.3 Varnostni rele za dvoročni vklop Zaradi varnosti je na napravo montiran dvoročni vklop; v ta namen je bil uporabljen časovni varnostni rele za dvoročni vklop Seltron HTR Naprava HTR 04.5 je namenjena za vklop naprav, kjer so posebej predpisani varnostni ukrepi. Najpogostejši primer so stiskalnice, kjer se le-ta lahko sproži samo, če pritisnemo dve ločeni tipki skoraj istočasno. Največje dovoljeno odstopanje istočasnosti sprožitve je 0,5 s. [5] Slika 3.4 Shema HTR 04.5 [5] 3.4 Trifazni asinhronski motor Za dvig/spust potopne mize je uporabljen asinhronski elektromotor s kratkostično kletko slovenskega proizvajalca Elektrokovina (Slika 3.5). Dvig ali spust mize je odvisen od smeri vrtenja gredi elektromotorja. Slika 3.5 Asinhronski motor Elektrokovina 5

17 Asinhronski motorji so med najbolj razširjenimi v industriji, poganja jih izmenična napetost. Takšni motorji imajo dva glavna sestavna dela: stator in rotor. Na stator je nameščeno trifazno (lahko tudi večfazno) navitje. Zaradi krajevnega premika faznih navitij in faznega premika faznih napetosti nastane vrtilno magnetno polje, katerega amplituda je konstantna. To magnetno polje ustvarja elektromagnetni navor, ki vrti rotor. Rotor je lahko izveden s trifaznim navitjem in drsnimi obroči, kar omogoča tudi težje zagone, lahko pa je izdelan v obliki kratkostične kletke, ki jo sestavlja večje število medsebojno povezanih palic iz bakra ali aluminija. Takšna izvedba rotorja je preprostejša in bolj robustna, zato se najpogosteje uporablja [6]. 3.5 Frekvenčni pretvornik Za krmiljenje motorja je bil uporabljen že nameščen 0,37 kw frekvenčni pretvornik LENZE 8200 Vector (Slika 3.6) z nameščenim vhodno/izhodnim modulom Standard I/O PT, ki omogoči uporabo digitalnih signalov za vodenje. Slika 3.6 Frekvenčni pretvornik Lenze Frekvenčni pretvornik nam omogoča, da s spreminjanjem frekvence in napetosti krmilimo asinhronski motor. Vhodno električno napetost fiksne frekvence ali DC napetost pretvori v izhodno spremenljivo napetost spreminjajoče se frekvence. Ob spreminjanju obremenitve motorja mikroprocesor frekvenčnega pretvornika prilagaja izhodno napetost in poskrbi za konstantno hitrost vrtenja motorja. Poleg tega mikroprocesor na vhodih sprejema tudi zunanje ukaze ter na izhodih prikazuje stanje in režim delovanja. Prav tako skrbi tudi za zaščito pretvornika in motorja. V primeru napačnega delovanja ali večjih in daljših preobremenitev mikroprocesor izklopi izhodno napetost ter na prikazovalniku in ustreznih izhodih javi napako. Glede na model nam frekvenčni pretvorniki omogočajo nastavitev velikega števila parametrov, ki določajo mejne vrednosti pri delovanju, karakteristike in hitrosti odzivanja, dodatno zaviranje in drugo. Parametri tega frekvenčnega pretvornika se lahko nastavijo z E82ZBC tipkovnico (Slika 3.7) ali povezavo frekvenčnega pretvornika z računalnikom. 6

18 Slika 3.7 E82ZBC tipkovnica [7] Parametre smo najprej nastavili na tovarniško privzete vrednosti (C0002), nato smo nastavili maksimalno frekvenco (C0011), s katero smo omejili hitrost dviga in spusta. Nastavili smo še čas pospeševanja (C0012) in ustavljanja (C0013), da so bili pospeški in pojemki "mehki". Preverili smo še nastavitev nazivnega toka motorja (C0088), ki je zelo pomemben parameter, saj če je pravilno nastavljen, frekvenčni pretvornik zelo dobro varuje motor pred preobremenitvijo. Na sliki 3.8. so prikazani pomembnejši parametri, ki jih je bilo potrebno nastaviti. Slika 3.8 Parametri Lenze [8] 7

19 3.6 Strojna oprema SIMATIC SIMATIC je ime sistema za avtomatizacijo, ki je bil razvit s strani nemškega podjetja Siemens. Ta sistem omogoča vodenje in nadzor strojev, ki se uporabljajo v industrijski proizvodnji. Zajema lastno znamko industrijskih krmilnikov in druge opreme za avtomatizacijo proizvodnih linij Programirljivi logični krmilnik Programirljivi logični krmilnik (PLK) je ime krmilnika v uporabi za vodenje komercialnih in industrijskih procesov. Osnovna oblika PLK vsebuje vhodne module, centralno procesno enoto (CPE), izhodne module in napravo za programiranje (Slika 3.9). Slika 3.9 Osnovna zgradba PLK [9] Tip vhodnih modulov je odvisen od tipa uporabljenih vhodnih naprav. Nekateri vhodni moduli se odzovejo na digitalne signale, imenovane tudi diskretni signali, ki so ali ON ali OFF. Drugi moduli se odzivajo na analogne signale. Ti analogni signali predstavljajo vrednost nekega procesa kot območje napetosti ali toka. CPE (ang. CPU) je glavni del krmilnika. Skrbi za izračunavanje in obdelavo podatkov ter nadzor in upravljanje drugih enot. Ko CPE izvede shranjen program, ocenjuje stanje vhodov, izhodov in drugih spremenljivk. Potem pošlje signale za posodobitev stanja izhodov. Izhodni moduli pretvorijo kontrolne signale iz CPE v digitalne ali analogne vrednosti, ki se lahko uporabljajo za nadzor različnih izhodnih naprav. Naprava za programiranje se uporablja za vnos ali spreminjanje programa PLK ali za spremljanje ali spremembo shranjenih vrednosti. Ko je program vnesen, je skupaj s spremenljivkami shranjen v CPE. 8

20 Poleg teh osnovnih elementov se lahko v sistem PLC vključi tudi vmesnik za operaterja za poenostavitev spremljanja in vodenja procesov. Družina industrijskih krmilnikov Siemens SIMATIC S7-300 je razdeljena na štiri osnovne skupine: standardni krmilniki, kompaktni krmilniki, krmilniki, ki so varni pred različnimi izpadi in napakami ter tehnološki krmilniki za izvajanje posebnih operacij. Za krmiljenje procesa pranja ulitkov je bil uporabljen kompaktni Siemensov krmilnik CPU 313C (Slika 3.10), ki že vsebuje tako digitalne kot analogne vhodno-izhodne periferne enote. Slika 3.10 CPU 313C [10] 9

21 Osnovni podatki krmilnika SIMATIC S7-300 CPU 313C Lastnosti CPE 313C: CPE 313 MHz, interni pomnilnik 128 Kb, zunanji pomnilnik: MMC razširitvena pomnilniška kartica do max 8 Mb. Vhodi in izhodi: 24 digitalnih vhodov, 16 digitalnih izhodov, 4 analogni vhodi, 2 analogna izhoda. Časovniki: 256 časovnikov, časovno območje 10 ms do 9990 s. Števci: 256 števcev, območje štetja od 0 do Operator panel OP73 Za možnost nastavljanja parametrov in prikaz napak ter alarmov smo uporabili osnovni panel. Uporabljen je operator panel OP73 (Slika 3.11) iz nizkocenovnega razreda grafičnih HMI (Human Machine interface) naprav. Ti paneli so primerni za manj zahtevne HMI naloge. Slika 3.11 OP73 [11] 10

22 4 PROGRAMSKA OPREMA Pri izvedbi naprave smo uporabili naslednjo programsko opremo. 4.1 Caddy++ Electrical Za risanje elektro načrtov je bil uporabljen program Caddy++ Electrical. Je produkt svetovnega giganta na področju CAE/CAD projektiranja v elektrotehniki, podjetja IGE+XAO. Je intuitivno in ergonomično 32-bitno orodje za pripravo elektrotehnične dokumentacije. Vgrajeni vmesniki nudijo možnost vnašanja dokumentov iz ostalih Windows aplikacij, kot so Microsoft Office, AutoCad, vnos rastrskih in bitnih slik, izvoz projektnih podatkov v večino standardnih formatov oziroma večino ostalih operacij, ki nam jih nudi Windows okolje. V svojih podatkovnih knjižnicah vsebuje prek 90 % vseh elektrotehničnih simbolov, knjižnice produktov različnih proizvajalcev opreme, avtomatizacijo projektiranja, možnost sprotnega spreminjanja podatkov skozi celoten projekt in možnost dodajanja svojih knjižnic. 4.2 SIMATIC Step 7 Za programiranje krmilnika je bila uporabljena programska oprema SIMATIC STEP 7. To je programska oprema za sedaj že prejšnjo generacijo Siemens strojne opreme. Sestavlja jo več posameznih aplikacij, kjer vsaka od njih opravlja določeno funkcijo. Funkcije lahko strnemo v naslednje skupine: funkcije za konfiguracijo strojne opreme, funkcije za konfiguracijo omrežij, funkcije za programiranje, funkcije za testiranje in servisiranje ter funkcije za dokumentiranje in arhiviranje. Glavni grafični vmesnik pri STEP 7 je SIMATIC Manager. Le-ta nam iz različnih aplikacij zbere vse potrebne podatke za oblikovanje projekta kot celote. Znotraj samega projekta so podatki razdeljeni glede na funkcijo in so predstavljeni kot objekti. STEP 7 nam privzeto dovoljuje programiranje s tremi programskimi metodami, ki so značilne za pomnilniško programirljiva krmilja: FBD Function Block Diagram (Funkcijsko blokovni diagram), LAD Ladder Logic (Lestvični diagram) in STL Statement List (Nabor ukazov). 11

23 imamo pa še dodatne možnosti: SCL Structured Control Language (Strukturiran kontrolni jezik) in GRAPH Sequence Control (Kontrola zaporedja). Spodaj bom opisal programske metode, ki so uporabljene pri izvedbi naprave Lestvični diagram LAD LAD je standardni programski jezik krmilnikov PLK, saj ga uporabljajo vsi izdelovalci krmilnikov. Je grafična programska metoda, kjer so ukazi predstavljeni s simboli v obliki stikal in relejev, ki izhajajo iz stikalne tehnike. Ime je dobil zaradi svoje oblike, ki spominja na lestev. Primer je na sliki 4.2. Slika 4.1 LAD primer Nabor ukazov STL STL je prav tako ena najbolj pogostih programskih metod, pri kateri poteka izdelava programa v pisni obliki. Struktura je podobna zbirnemu jeziku (ang. Assembly language). Ukaz je sestavljen iz operacije in operanda. Primer je na sliki 4.3. Slika 4.2 STL primer Strukturiran kontrolni jezik SCL SCL je visokonivojski programski jezik za PLK, ki izvira iz programskega jezika Pascal. Zraven programskih elementov na visoki ravni SCL prav tako vsebuje splošne elemente, kot so vhodi, izhodi, časovniki, itd. Primer je na sliki

24 Slika 4.3 SCL primer 13

25 5 NAČRT OŽIČENJA Iz stare naprave se je odstranilo nekaj električne opreme, saj za novo namembnost naprave, tj. pranje ulitkov, ni bila potrebna. Zaradi tega je bilo potrebno predelati tudi električne načrte, za kar smo uporabili program Caddy++ Electrical. Spodaj bom opisal priložene električne načrte (priloga A). 5.1 Način označevanja V prilogi A na listu 2 je opisan način označevanja različnih elementov v načrtu. To so razne električne komponente, vrstne sponke in kabli. 5.2 Vklop grelcev V prilogi A na listih 3 in 4 je načrt vklopa dveh električnih grelcev prek kontakta releja. V omaro je na vrstne sponke pripeljana dovodna 3-fazna napetost 400V, ta napetost je potem prek glavnega stikala vezana na fid stikalo in prek varovalk naprej na dva krmiljena kontaktorja in nato na električna grelca. 5.3 Napajanje V prilogi A na listu 5 je vezalna shema napajanja krmilja. Iz 3-faznega dovodnega napajanja pride ena faza na napajalnik, priklopljen je še nevtralni vodnik in iz napajalnika dobimo 24 V DC napetost. Ta napetost je potem prek varovalk vezana na različne porabnike, napajane s 24 V. Na tej strani je tudi kontakt releja, ki vklaplja releja obeh električnih grelcev istočasno. 5.4 Vklop krmilja V prilogi A na listu 6 je shema za vklop krmilja. Napajalna napetost gre prek 2 stikal za izklop v sili (na električni omarici in na pultu) na tipko za vklop krmilja. Ta tipka sproži rele, katerega samodržni kontakt nato drži napajalno napetost do izklopa v sili ali izklopa glavnega stikala. Na tej strani je še shema za dvoročni vklop z uporabo varnostnega releja Seltron HTR 04.5, katerega signal je vezan na digitalni vhod krmilnika. 5.5 Pomik mize V prilogi A na listu 7 je shema za pomik mize. Prek digitalnega izhoda na krmilniku se proži rele za pomik mize v določeno smer. Rele za določeno smer se proži samo, če ni že aktiven kontakt releja v drugo smer in če ni miza v končnem položaju, v ta namen je zaporedno vezan mirovni kontakt mehanskega končnega stikala. Za pomik motorja mora na digitalni vhod 28-frekvenčnega pretvornika priti signal 24 V. Smer se izbere z digitalnim vhodom E4, v primeru, da ni signala, se bo motor vrtel v eno smer oz. se bo miza pomikala navzdol, v primeru, da signal je, se bo motor vrtel v drugo smer oz. se bo 14

26 miza pomikala navzgor. Motor se bo vrtel s hitrostjo oz. frekvenco, ki je nastavljena na frekvenčnem pretvorniku, to je 50 Hz. 5.6 Rezerva V starih načrtih so bili na listih 8 in 9 narisani različni ventili, ki pa so bili odstranjeni, saj v primeru te naprave niso potrebni. Tukaj so tako ostale proste sponke, na katere se lahko po potrebi priklopijo dodatne električne komponente. 5.7 Digitalni vhodi V prilogi A na listih 10, 11 in 12 so narisani digitalni vhodi krmilnika. Na listu 10 je narisan signal za vklopljeno krmilje. Na listu 11 so priklopljena štiri stikala, ki so nameščena na kontrolni plošči in na listu 12 sta priklopljeni 2 induktivni končni stikali, signal za dvoročni vklop in tipka za potrditev napake. Digitalni vhodi so podrobneje opisani v poglavju 6.2 Tabela simbolov. 5.8 Digitalni izhodi Na vse digitalne izhode so v tem primeru vezani Releji, katerih kontakti so nato uporabljeni za krmiljenje različnih naprav. Digitalni izhodi so podrobneje opisani v poglavju 6.2 Tabela simbolov. 5.9 Vklop luči V prilogi A na listu 16 je shema za vklop razsvetljave stroja. Iz 3 faznega dovodnega napajanja je ena faza prek stikala speljana na transformator, ki pretvori napetost iz 230 V AC na 12 V DC za napajanje luči. Ta napetost je nato vezana direktno na luči, ki se tako vklopijo ob vklopu stikala za vklop luči Analogni vhodi V prilogi A na listu 17 so narisani analogni vhodi krmilnika. Uporabljen je samo en analogni vhod, na katerega je pripeljana uporovna vrednost senzorja PT Analogni izhodi V prilogi A na listu 18 sta neuporabljena analogna izhoda krmilnika Krmilnik S7-313 Na listu 19 je narisana shema napajanja krmilnika S7-313C ter njegovih vhodov in izhodov Operator panel Na listu 20 je narisana shema napajanja operator panela. 15

27 6 PROGRAM Ko je bila naprava pripravljena za programiranje, smo se lotili pisanja programa. 6.1 Konfiguracija Najprej je bilo potrebno v Simatic Manager-ju ustvaril nov projekt (Slika 6.1). Slika 6.1 Okno za nov projekt V projekt smo najprej vključili družino krmilnika, s katerim bomo delali, to je SIMATIC 300 Station (Slika 6.2). Slika 6.2 SIMATIC 300 Station 16

28 Družina krmilnika nam omogoči vnos uporabljene strojne opreme. Najprej se vnese letev oz. tako imenovani RAIL, na katerega vnesemo module, ki jih bomo uporabili. Module najdemo v katalogu na desni. V tem primeru smo uporabili samo napajalnik in krmilnik z že vgrajenimi digitalnimi in analognimi vhodi in izhodi (Slika 6.3). Model napajalnika je PS 307 5A, model krmilnika pa CPU 313C. Slika 6.3 Vnos strojne opreme Na tej točki je možno krmilniku določiti naslove vhodov in izhodov ter konfigurirati komunikacijo, prek katere bomo krmilnik programirali. Naslovov nismo spreminjali, saj smo uporabili kar privzete nastavitve. Programiranje krmilnika je potekalo prek MPI protokola, ki je prav tako že privzeta nastavitev te družine krmilnikov. 17

29 6.2 Tabela simbolov Ko je bila strojna oprema konfigurirana, smo v tabeli simbolov ustvarili imena vhodov in izhodov, ki so uporabljeni. Razne markerje, časovnike in drugo smo dodajali sproti. Tabela 6.1 Vhodi in izhodi Simbol Naslov Tip Komentar I_Gretje I Bool stikalo za vklop regulacije temperature I_miza_zg I Bool ind. končno stikalo zgoraj I_miza_sp I Bool ind. končno stikalo spodaj I_dvorocni_vk I Bool dvoročni vklop I_reset_n I Bool reset napake I_krmilje_vkl I Bool signal, da je krmilje vklopljeno ai_pt100 PIW 760 Int analogni vhod senzorja temperature Pt100 Q_miza_dol Q Bool pomik mize dol Q_miza_gor Q Bool pomik mize gor Q_vkl_gretja Q Bool vklop gretja Q_luč_alarm Q Bool lučka za alarm Ker smo uporabili obstoječe električne povezave iz prejšnje naprave, vhodi in izhodi niso nujno na zaporednih naslovih, kot bi jih povezali v primeru načrtovanja nove naprave. S tem sta konfiguracija in priprava vhodov in izhodov končani. Nato smo se lotili funkcije pranja. 6.3 Pranje Ta funkcija bo ob začetku avtomatskega režima narekovala potek potapljanja potopne mize glede na nastavljene parametre in delovne zahteve. Funkcija je napisana v SCL obliki Osnovna oblika funkcije Najprej smo sestavili osnovno obliko funkcije in si pripravili potrebne korake za operacijo pranja. Funkcija pranje bo potopila potopno mizo in jo držala pod gladino pralne tekočine tako dolgo, kot je nastavljen za to namenjen parameter na panelu. Ko ustvarimo nov SCL Source, moramo najprej definirati ime funkcije, to je fc_pranje. Pranje bo imelo 4 glavne korake: v koraku 0 se čaka na vklop, v koraku 5 poteka spust mize, v koraku 10 je miza potopljena za nastavljen čas in v koraku 15poteka dvig mize. 18

30 Korake smo razporedili po razponu 5. Če bi kasneje potrebovali še kakšne vmesne korake, ni potrebno vsega spreminjati, ampak se jih zgolj vrine vmes. Slika 6.4 Oblika fc_pranje Korak 0 Slika 6.5 fc_pranje: korak 0 V koraku 0 program čaka na vklop. Pomik mize drži v začetnem položaju mirovanja, dokler ni vklopljeno krmilje in pritisnjen dvoročni vklop. Ko je pogoj izpolnjen, se postavi števec pranj na 0 in program gre na naslednji korak. 19

31 6.3.3 Korak 5 Ker je število potopov nastavljivo, nismo mogli uporabiti toliko korakov, kot bi bilo potopov. To pomeni, da se bodo koraki 5 do 15 večkrat izvedli, glede na števec pranj. Ker se miza večkrat potopi, je v vmesnih korakih ni potrebno dvigniti do konca, v zadnjem, 15 koraku, zato nastavimo čas potopa, ki je v tem primeru čas mirovanja mize nad gladino, da lahko odteče pralna tekočina. Dokler ta časovnik ne preteče, bo program zapustil to funkcijo. Slika 6.6 fc_pranje: korak 5 Ko časovnik preteče, se začne pomik mize navzdol. Istočasno se proži tudi časovnik t_alarmerr (več o alarmih v poglavju 6.5). Dokler miza ne doseže končnega stikala, bo program zapustil to funkcijo. Ko miza doseže končno stikalo, se nastavi čas potopa nastavljen prek panela, shranjen v bloku SPREMENLJIVKE. Vnos na panel je v sekundah, zato se nastavljen čas pomnoži s 1000, saj funkcija»settimedint«kot vhodni parameter zahteva milisekunde. Torej če je vnos na panel 1 s, je to 1000 ms. Na koncu se korak poveča na Korak 10 Slika 6.7 fc_pranje: korak 10 V koraku 10 je miza pod gladino tako dolgo, kot je nastavljen čas potopa, kar pomeni, da dokler ne poteče časovnik t_pranje, program zapustil to funkcijo (return). Nato se nastavi še čas dviga; korak se poveča na 15 in za 1 se poveča števec pranj. 20

32 6.3.5 Korak 15 Slika fc_pranje: korak 15 V koraku 15 se postavi signal za dviganje mize. Miza se dviga, dokler ne doseže končnega stikala zgoraj ali v primeru, da je to vmesni dvig, dokler ne preteče časovnik t_pranje, ki je v prejšnjem koraku postavljen kot čas dviga. Nato se dviganje ustavi in postavi se čas potopa, ki je pomemben v primeru, če je to vmesni dvig, kar pove naslednji pogoj, če je števec pranj manjši od števila dvigov, potem je to vmesni dvig in korak je enak 5, kar pomeni, da se celoten postopek ponovno izvede. V primeru, da pogoj ne drži, je to zadnji dvig, torej se korak nastavi na 0, kjer čaka na ponovni vklop. 21

33 6.4 Regulacija temperature Regulacija temperature je bila potrebna, ker hladna voda oz. pralna tekočina emulzije ne izpere tako dobro kot segreta. Za regulacijo temperature je bil uporabljen PID regulator, ki je glede na izmerjeno temperaturo pralne tekočine prek senzorja Pt100 vklapljal ali izklapljal grelec tako, da je bila izmerjena temperatura enaka nastavljeni Skaliranje temperature Za merjenje temperature je uporabljen senzor Pt100, ki je priklopljen direktno na analogni vhod. V konfiguraciji strojne opreme se lahko nastavijo različni tipi analognih vhodov krmilnika. Krmilnik 313C na zadnjem analognem vhodu omogoča izbiro uporovnega senzorja. Izbrali smo priklop uporovnega senzorja Pt100 standard in enoto temperature v stopinjah Celzija, kot kaže slika 6.9. Slika 6.9 Nastavitev analognega vhoda Ker temperatura ni bila v pravi obliki, jo je bilo potrebno preskalirati. V tem primeru jo je bilo potrebno samo pretvoriti v realno obliko in deliti z 10. Slika 6.10 Skaliranje temperature 22

34 6.4.2 PID regulator PID regulator je najpogostejša oblika regulacije zaprtozančnega sistema s povratno vezavo. V procesnem vodenju je danes več kot 95 % vodenja izvedenega z uporabo PID regulatorja. Regulatorji obstajajo v več različnih oblikah, v samostojni obliki ali vgrajeni v razne krmilne sisteme, kot so PLK. Na Slika 6.11 vidimo splošno obliko regulacijskega sistema, krmiljenega s PID regulatorjem. Nastavljena referenčna vrednost se primerja z dejansko vrednostjo izmerjeno na merilnem mestu. Rezultat primerjave je regulacijsko odstopanje oz. pogrešek, ki je vhod PID regulatorja. PID regulator poskuša glede na to vrednost regulirati izhodno veličino in pogrešek čim bolj zmanjšati. Na regulacijski sistem vplivajo tudi razne motnje, saj v praksi skoraj ni regulacijskega sistema brez motenj. Motnje, ki se lahko pojavijo, so motnje merilnega sistema ali motnje na izvršilnem členu, to so motnje na poti med regulatorjem in krmiljenim objektom, kot kaže slika. Slika 6.11 Regulacijska proga Idealna verzija PID regulatorja je podana s formulo: Kjer je u(t) krmiljeni signal, e(t) je regulacijsko odstopanje, ki je enako: Tukaj je r(t) referenčna vrednost (ang. setpoint) in y(t) je merjena procesna veličina. 23

35 Krmiljeni signal u(t) je torej vsota treh delov, proporcionalnega, integralnega in diferencialnega dela. Parametri takega regulatorja so: proporcionalno ojačenje, integralno ojačenje in diferencialno ojačenje. Regulator je večinoma predstavljen na naslednji način: Kjer so parametri: proporcionalno ojačenje. integralni čas in diferencialni čas. Integralni, proporcionalni in diferencialni del si je mogoče razlagati kot izvajanje regulacije procesa glede na preteklo, sedanje in prihodnje stanje, kot kaže slika Diferencialni del je predstavljen kot napoved z linearno ekstrapolacijo [12]. Slika 6.12 Razlaga delov PID regulatorja [13] 24

36 6.4.3 SIMATIC PID Uporabili smo PID regulator, ki je vgrajen v programsko opremo STEP. Ta PID regulator je bil ustvarjen s strani podjetja Siemens in ga lahko najdemo pod standardno knjižnico (ang. Standard Library), kot kaže slika Slika 6.13 Standardna knjižnica Znotraj knjižnice pod zavihkom PID Control Blocks, najdemo več funkcijskih blokov za izvedbo PID regulatorja v različne namene: FB 41 CONT_C Funkcijski blok CONT_C ima funkcijo neprekinjenega nadzora tehničnih postopkov z branjem vhodnih in izhodnih spremenljivk. Ta regulator lahko uporabimo kot regulator s fiksnimi vrednostmi ali kaskadni regulator [14]. FB 42 CONT_S Je v osnovi podoben bloku FB 41, s tem da ta regulator deluje na principu vzorčenja, torej generira binarne izhodne signale, ki jih dobi iz analognih prožilnih signalov [14]. FB 43 PULSEGEN Pulzni generator se uporablja v kombinaciji z CONT_C za impulzno vodenje proporcionalnih pogonov, kot kaže shema na sliki 6.14 [14]. Slika 6.14 Pulsegen [15] 25

37 FB 58 TCONT_CP Se uporablja za vodenje temperaturnih procesov z neprekinjenim ali impulznim kontrolnim signalom [14]. FB 59 TCONT_S Podobno kot FB58 se uporablja za vodenje temperaturnih procesov, razlika je zgolj v kontrolnem signalu. TCONT_S daje na izhodu 2 kontrolna signala [14] PLK algoritem Za regulacijo temperature smo uporabil kar za to namenjen blok TCONT_CP, čeprav to ni edini možen način izvedbe. Blok PID regulatorja se večinoma kliče v cikličnem interuptu (ang. cyclic interrupt), saj za optimalno preračunavanje potrebuje statičen čas cikla. Ker za krmiljenje grelca ni potrebnih hitrih odzivov, niti niso zaželeni, smo v konfiguraciji strojne opreme nastavili čas interupta OB35 na 1 s oz ms (Slika 6.15). Ob prehitrem preklapljanju se namreč zmanjša obratovalna doba kontaktorja. Slika 6.15 Čas interupta OB35 26

38 Nato smo v projekt dodali ciklično prekinitev (ang. interupt) in v njej klicali blok PID regulatorja (Slika 6.16). Dodelili smo mu še pripadajoči blok podatkov (ang. data block) DB_TCONT_CP, v katerem so shranjeni razni parametri in nastavitve regulatorja (Slika 6.17). Za vodenje regulatorja smo si ustvarili še en dodaten blok podatkov imenovan ctrlpid, v katerem so vsi vhodi in izhodi PID bloka. Direktno na blok smo povezali edino skalirano vrednost temperature in nastavljeno referenčno vrednost. Slika 6.16 OB35 PID regulator 27

39 V bloku podatkov DB_TCONT_CP smo nato nastavili parametre PID regulatorja, kot kaže slika Slika 6.17 PID nastavitve Tukaj je najprej nastavljen čas vzorčenja regulatorja, ki mora biti enak času cikla izvajanja bloka, v našem primeru 1 sekunda. Nato se nastavijo ojačenje, integralni čas in diferencialni čas, ki so najpomembnejši del vsakega PID regulatorja. Ti parametri se lahko pridobijo na več načinov, in sicer najbolj znana in najpogosteje uporabljena metoda je metoda Ziegler - Nichols, ki se jo lahko izvede na dva načina: s pomočjo odziva na stopnico ali z metodo nihajnega preizkusa. V tem primeru nismo uporabili te metode, ampak smo parametre določili kar s preizkušanjem. Mentor iz podjetja ima že veliko izkušenj z regulacijskimi sistemi, zato je predlagal začetne parametre, ki so že delovali zadovoljivo. Po nekaj spremembah smo dobili parametre na zgornji sliki

40 Naslednja pomembna nastavitev je nastavitev pulznega generatorja. Čas vzorčenja je nastavljen na 1 s, kar pomeni, da je en pulz dolg 1 s. Minimalen čas pred spremembo stanja pulza pa je 10 s, kar prepreči prehitro preklapljanje kontakta releja. Perioda je nastavljena na 100 s. To pomeni, da bo grelec vklopljen 100 s, če regulator izračuna 100 % krmilne veličine LMN, ali 50 s, če regulator izračuna 50 % krmilne veličine, kar je jasno prikazano na sliki Slika 6.18 Čas pulza [15] V primeru, da regulator izračuna manj kot 10 % krmilne veličine, bo grelec ostal izklopljen celotno periodo, saj je minimalen čas pulza pred spremembo enak 10 s, kar je enako 10 % krmilne veličine. 29

41 Nato smo nastavili začetne vrednosti v bloku podatkov ctrlpid, kot kaže slika Slika 6.19 Blok ctrlpid Za delovanje PID regulatorja ni potrebno uporabiti oz. nastaviti vseh vhodov. Za delovanje so pomembni predvsem referenčna vrednost (ang. setpoint), čas cikla regulatorja in pulznega generatorja ter izklopljen ročni način, kar pomeni, da je regulator takoj ob vklopu v avtomatskem načinu. Ker pa ni zaželeno, da bi grelec delal ves čas, je na kontrolni plošči stikalo za vklop gretja pralne tekočine. Tako je vklop gretja rešen na naslednji način. Slika 6.20 Vklop gretja To pomeni, da se regulacija izvaja ves čas, ko je stroj vklopljen, ampak vrednost pulza se prenese na izhod tj. grelec samo, če je na kontrolni plošči sklenjeno stikalo za vklop gretja. Druga možnost bi bila, da bi regulator preklapljali v ročni način, kar pa po testiranju te izvedbe ni bilo potrebno. 30

42 6.5 Alarmi Alarmi so zelo pomemben del vsakega stroja oz. naprave, saj v primeru napake operaterju stroja povedo, kaj je narobe. Alarmi se uporabljajo povsod, kjer se nekaj giba in lahko to zaznavamo s senzorjem, npr. pri vodenju motorjev, ventilih, raznih nivojih ipd. Alarme smo prožili na naslednji način: najprej smo ustvarili nov blok podatkov, imenovan Alarm, v njem smo definirali alarme, v tem primeru so to Krmilje je izklopljeno, Napaka grelca in Miza ni dosegla končnih položajev, kot kaže slika Slika 6.21 Blok Alarmi Nato smo ustvarili še funkcijo fc_alarmi, v kateri smo alarme prožili in resetirali. Če je bil kateri alarm aktiven, se je prižgala tudi lučka alarma na kontrolni plošči. 31

43 Alarm, da krmilje ni vklopljeno, se je prožil, če na vhodu I126.1 ni bilo signala za vklopljeno krmilje, kot kaže slika Slika 6.22 Krmilje ni vklopljeno Alarm»Miza ni dosegla položaja spodaj«se je prožil 10 s po vklopu motorja za pomik mize navzdol, če miza ni dosegla končnega stikala spodaj (Slika 6.23). Ta timer se proži v 5 koraku v funkciji fc_pranje, kot kaže slika 6.6 v poglavju Pranje. Slika 6.23 Miza ni dosegla položaja spodaj 32

44 Alarm»Miza ni dosegla položaja zgoraj«se je podobno kot prejšnji alarm prožil 10 s po vklopu motorja za pomik mize navzgor, če miza ni dosegla končnega stikala zgoraj, kot kaže slika Timer za dvig mize se proži v 15 koraku v funkciji fc_pranje, kot kaže slika 6.8 v poglavju Pranje. Slika 6.24 Miza ni dosegla položaja zgoraj 33

45 Če pralna tekočina po dveh urah gretja ni dosegla nastavljene temperature, se je prožil alarm, kot kaže slika Če je gretje vklopljeno in je temperatura manjša od želene, se proži časovnik, in če temperatura v roku dveh ur ne doseže želene temperature, se proži alarm. V trenutku, ko temperatura preseže želeno temperaturo, pa se časovnik resetira. Dejansko temperaturo primerjamo s temperaturo, ki je za 5 C manjša od želene temperature, saj dejanska temperatura ob regulaciji vseeno malo niha, kar pomeni, da je na trenutke ali večja ali manjša od želene. Slika 6.25 Napaka gretja 34

46 Če je kateri od alarmov aktiven, se na kontrolni plošči prižge lučka za napako, kot kaže slika Slika 6.26 Lučka alarm Vse te alarme je potrebno nekako prikazati operaterju naprave; to storimo prek panela. Prek panela se tudi nastavijo različni parametri in konstante. Tako je bil naslednji korak izvedba programa za panel. 35

47 7 PANEL 7.1 Konfiguracija Najprej v Simatic Managerju v projekt dodamo HMI station. Izberemo panel OP73. Slika 7.1 HMI Station Slika 7.2 OP73 36

48 7.2 Slike Potem projekt panela odpremo s programom WinCC Flexible in lahko začnemo ustvarjati slike oziroma različne prikaze. Operaterju je potrebno prikazati korak oz. trenutno stanje naprave ter trenutno temperaturo. Omogočena mu je nastavitev želene temperature, število in čas potopov in po potrebi parametri PID regulatorja Predloga Najprej smo ustvarili predlogo (ang. Template) slik. Slika 7.3 Predloga Predloga slike je prikaz, ki se ga lahko potem dodeli več slikam. Te slike bodo nato uporabljale elemente postavljene na predlogi, kot so gumbi, prikaz ure, ozadje itd. Mi smo na predlogo dodali samo napis»alarmi«in gumbu F2 dodelili funkcijo, da odpre sliko alarmov, kar prikazuje slika 7.4. Slika 7.4 Gumb F2 37

49 7.2.2 Start Je osnovna slika, ki bo prikazana na panelu. Na njej sta prikazana korak oz. status koraka in trenutna temperatura pralne tekočine. Ker je za sliko uporabljena predloga, je že privzeta funkcija gumba F2, preklop na sliko Alarmi. Na sliko je dodan še gumb F4, prek katerega dostopamo do naslednje slike. Slika 7.5 Slika Start Povezava spremenljivk je v WinCC Flexible zelo preprosta, saj jih program samodejno najde znotraj narejenega projekta, kot kaže slika 7.6. Slika 7.6 Povezava temperature 38

50 Za prikaz trenutnega koraka smo ustvarili seznam stanj, ki bo glede na korak pranja prikazal določeno besedilo (Slika 7.7). Slika 7.7 Status koraka Nato smo na sliko dodali še»symbolic IO Field«, katerega smo povezali na korak pranja in glede na vrednost koraka se tukaj prikaže besedilo, nastavljeno na seznamu, kot kaže slika 7.8. Slika 7.8 Korak 39

51 7.2.3 NastTemp Na tej sliki se nastavi želena oz. referenčna vrednost temperature, ki jo bo PID regulator ob vklopu gretja poskušal ohranjati. Iz te slike prek gumba F1 dostopamo do prejšnje slike, to je slika start. Funkcija gumba F2 je nastavljena že v predlogi, prek gumba F4 pa dostopamo do naslednje slike. Slika 7.9 Slika NastTemp NastPotop Na sliki NastPotop se nastavijo spremenljivke, uporabljene v funkciji pranje. Prva nastavitev je pavza, to je čas, kako dolgo bo miza ostala potopljena. Čas gor je nastavitev časa dviga, to je čas, kako dolgo se miza v vmesnih korakih dviga, preden se ustavi in nato zamenja smer. Ta čas je v uporabi zato, ker ni potrebno, da se miza ob vsakem dvigu dvigne do zgornjega končnega stikala, ampak je dovolj že nek vmesni položaj, ki je nastavljen glede na čas. Zadnja nastavitev je število dvigov, kar pomeni, da se bo miza potopila in nato dvignila tolikokrat, kot je nastavljena vrednost (Slika 7.10). 40

52 Slika 7.10 Slika NastPotop NastPID Prek slike NastPID se lahko spremenijo parametri PID regulatorja, to so ojačenje, čas integriranja in čas diferenciranja (Slika 7.11). Slika 7.11 Slika NastPID Alarmi Na sliki alarmov se bodo prikazovali aktivni alarmi. Ker naprava nima veliko gibljivih delov, alarmov na tej napravi ni veliko. Slika 7.12 Slika Alarmi 41

53 Alarme je potrebno najprej povezati s krmilnika na panel, zato na panelu ustvarimo novo spremenljivko tipa word, dolgo 16 bitov. Na ta način lahko z eno spremenljivko uvozimo vse alarme. Spremenljivko povežemo s podatkovnim blokom alarmov, kot kaže slika Slika 7.13 Spremenljivka Alarm Ko imamo spremenljivko povezano, lahko ustvarimo alarme. Kot prožilno spremenljivko (ang. trigger tag) uporabimo ustvarjeno spremenljivko Alarm, kot prožilne bite (ang. trigger bit) pa njenih 16 bitov (Slika 7.15). Pri tem je potrebno paziti na zgradbo tipa WORD. Tip WORD je sestavljen iz 16 bitov oz. iz dveh bajtov, kot kaže slika Iz slike je razvidno, da sta bajta zložena po vrsti, kar pomeni, da je številka prvega bita pri tipu WORD enaka 8 in ne 0, kot pri enem bajtu. Slika 7.14 Sestava tipa WORD Takšne zgradbe ni nujno upoštevati, ampak s tem si olajšamo kasnejše iskanje napak, saj so alarmi v enakem vrstnem redu, kot v podatkovnem bloku alarmov. Na sliki 7.15 lahko vidimo alarme, ki jih naprava vsebuje. Slika 7.15 Alarmi 42

54 8 TESTIRANJE IN ZAGON NAPRAVE 8.1 Testiranje naprave Po končanem programiranju (PLC in OP) je bilo pred končno uporabo v proizvodnji potrebno testirati razne sklope naprave. Najprej so se preverile varnostne funkcije naprave, tj. izklop v sili, delovanje končnih stikal in pravilna smer vrtenja motorja. Pri testiranju smo nato naleteli na problem izlivanja pralne tekočine, ko se je potopna miza potopila. Takrat je namreč izrinila večjo količino vode, ki se je stekala čez vrh posode. Da ne bi prišlo do izlivanja, je bila dodana dodatna posoda (Slika 8.1), v katero se pretoči izrinjena voda. Na posodo je povezana črpalka, ki se jo lahko prek kontrolne plošče ročno vklopi; črpalka takrat črpa vodo iz dodatne posode nazaj v glavni kontejner. Slika 8.1 Izlivanje vode 43

55 8.2 Zagon naprave Po testiranju je sledilo iskanje primernih nastavitev parametrov. Določiti je bilo potrebno število in čas potopov, da bo ob končanem postopku pranja iz ulitkov odstranjena vsa emulzija. Po testiranju različnih nastavitev smo nato nastavili 5 potopov in čas enega potopa na 1,5 s, kot kaže slika 8.2 Slika 8.2 Nastavitve pranja Temperatura pralne tekočine je bila nastavljena na 40 C, kot kaže slika 8.3. Slika 8.3 Nastavitev temperature Ko je bil program delujoč in testiran in je vse delovalo, kot je bilo zamišljeno, je bila naprava predstavljena operaterju, ki bo z njo upravljal. Predstavljene so mu bile njegove naloge: nalaganje ulitkov na potopno mizo, start cikla in na koncu izpihovanje ulitkov s stisnjenim zrakom, ter odlaganje ulitkov v za to namenjene košare. 44

56 Predstavljene so mu bile tudi nevarnosti naprave in območja, v katera ne sme posegati. Pri napravi obstaja možnost stisnjenja rok ob potopu mize ali poseganju v območje motorja (Slika 8.4). Ravno zaradi tega razloga je na napravo montiran dvoročni vklop, ki zagotovi, da ob vklopu ne more priti do stisnjenja. Ob sami napravi so tudi priloženi električni načrti in navodila za varno upravljanje. Slika 8.4 Območje motorja Spodnje slike prikazujejo napravo med delovanjem. Na sliki 8.5 vidimo napravo pripravljeno za začetek pranja. Na potopno mizo so naloženi ulitki in temperatura pralne tekočine je dosegla nastavljenih 40 C. Slika 8.5 Začetek pranja 45

57 Ob pritisku dvoročnega vklopa se začne postopek pranja (Slika 8.6), med katerim se potopna miza z ulitki potopi petkrat. Ulitki so ob vsakem potopu pod vodo, nastavljen čas je 1,5 s. Po končanem postopku pranja se potopna miza dvigne na začetni položaj in operater ulitke še izpiha s stisnjenim zrakom, da se hitreje posušijo. Ulitki se nato naložijo v za to pripravljene košare in gredo na naslednjo postajo za testiranje tesnosti. Slika 8.6 Postopek pranja 46

58 9 SKLEP V okviru diplomske naloge je bilo potrebno predelati električne načrte, izdelati program za vodenje krmilja in program operacijskega panela. Pri izdelavi sem sodeloval od začetka. Moja naloga je bila predelati oziroma na novo narisati električne načrte ter izdelati program krmilnika in panela, kar sem pod nadzorom in ob nasvetih mentorja uspešno opravil. Ob izvedbi sem pridobil razumevanje izdelave industrijskih naprav in znanj, ki so za to potrebna; to so risanje in branje električnih načrtov, programiranje z različnimi programskimi metodami (SCL, STL, LAD) in tudi večje razumevanje strojnega načrtovanja. Pri izdelavi naprave sem sodeloval z ljudmi iz različnih strok, s strojniki, električarji, avtomatiki in operaterji ter tako spoznal delo, ki ga opravljajo. Na sami napravi ni veliko možnosti za izboljšavo, ker je naprava zelo preprosta, saj je vse, kar opravlja, dvigovanje in spuščanje potopne mize v ogrevano pralno tekočino. Ena izmed možnih izboljšav bi bila samodejno izpihovanje ulitkov po končanem postopku pranja. V tem primeru bi bilo potrebno na potopno mizo namestiti nosilce ulitkov, ki bi zagotovili, da bi bili ulitki vedno nameščeni na enakem mestu. Izdelati bi bilo potrebno nek sistem izpihovanja, ki bi se tesno prilegal ulitkom, nato bi potrebovali še električni ventil, ki bi po signalu iz krmilnika spustil stisnjen zrak skozi cevi. Ker pa se je podjetje Ulitki d. o. o za to predelavo odločilo kot začasno rešitev pranja ulitkov, se ta izboljšava ni izplačala. Stroj bo tako v uporabi maksimalno 2 leti, nakar načrtujejo izgradnjo večje linije, kjer bodo ulitke na eni strani nalagali na tekoči trak, ki jih bo nato popeljal skozi pranje in na koncu tudi samodejno izpihovanje. 47

59 10 LITERATURA IN VIRI 1. Anton Jeglič, Janko Drnovšek, Dušan Fefer: Procesna merilna tehnika. Ljubljana: Fakulteta za elektrotehniko, Slika: Induktivno tipalo. Dostopno na: [ ] 3. Slika: Razmerje upornosti in temperature. Dostopno na: [ ] 4. Slika: Temperaturno tipalo Pt100. Dostopno na: [ ] 5. Seltron, Rele za dvoročni vklop HTR Dostopno na: [ ] 6. Slavko Kocijančič: Elektrotehnika, Študijsko gradivo za študente pedagoške fakultete UL. Dostopno na: [ ]. 7. Slika: E82ZBC tipkovnica. Dostopno na: Keypad%208200%20vector v3-1 DE_EN_FR.pdf [ ] 8. Slika: Parametri Lenze. Dostopno na: %20vector% kW v3-0 EN.pdf [ ] 9. Slika: Osnovna zgradba PLK. Dostopno na: [ ] 10. Slika: CPU 313C. Dostopno na: _and_cpu_31x_manual_en-us_en-us.pdf [ ] 48

60 11. Slika: OP73. Dostopno na: -US.pdf [ ] 12. Karl Johan Åström: Feedback Systems. Dostopno na: [ ]. 13. Slika: Razlaga delov PID regulatorja Dostopno na: [ ] 14. Hans Berger: Automating with SIMATIC: Controllers, Software, Programming, Data Communication, Operator Control and Process Monitoring. Erlangen: Publicis Publishing, cop Sliki: Pulsegen, Čas pulza. Dostopno na: [ ] 49

61 11 PRILOGE Priloga A: Elektro načrt 11.1 Naslov študenta Ime in priimek: Dejan Tomažič Naslov: Grajena 18 Pošta: 2250 Ptuj Telefon: Kratek življenjepis Rojen: 13. oktober 1991 na Ptuju Osnovna šola: OŠ Ljudski vrt Ptuj, podružnica Grajena, 2250 Ptuj Srednja šola: Elektro in računalniška šola Ptuj, 2250 Ptuj Elektrotehnik računalništva Visoka šola: Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko Maribor, 2000 Maribor Program Elektrotehnika, smer Avtomatika in robotika 50

62 Priloga A Elektro načrt

63

64

65

66

67

68

69

70

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81