1 struktura systemów automatyzacji: sensory , rodzaje sensorow, wymagania stawiane sensorom, przykłady sensorow i ich zastosowanie

Wymagania stawiane sensorom:

• Jednoznaczne odwzorowanie wielkości wejściowej w wielkość wyjściową

• Nieczułość na oddziaływania innych czynników niż mierzona wielkość w tym na zakłócenia elektromagnetyczne

• Liniowość charakterystyki pomiarowej

• Normalizacja sygnału wyjściowego

• Łatwe zasilanie prądem

• Możliwość kontroli sprawności działania

Sensory dla maszyn i instalacji produkcyjnych.

Zadanie: dostarczenie informacji binarnych o tym czy została osiągnięta określona pozycja zespołu roboczego, wprowadzony przedmiot, uzyskany określony poziom napełnienia itp. Rodzaje:

-indukcyjne czujniki zbliżeniowe,

-pojemnościowe czujniki zbliżeniowe,

-mechaniczne wyłączniki krańcowe,

-bariery (kurtyny) świetlne.

Własności:

-sposób pracy: stykowy lub bezstykowy,

-uzyskiwana częstotliwość załączania duża, mała,

Zastosowanie: wszystkie materiały tylko przewodniki prądu

podzial sensorow ze względu na sygnaly i informacje( czujnikow)

- ze względu na rodzaj sygnalu:

Sygnal analogowy

Sygnal binarny

Sygnal cyfrowy

- ze względu na możliwość systemu

Sensor z interfejsem sieciowym

Sensor bez interfejsu sieciowego

- ze względu na funkcjonalność

Sensor elementarny

Sensor zintegrowany

Sensor inteligentny

Ogolny podzial sensorow(czujnikow)

Czujniki proste

- pomiar wielkości fizycznych

-pomiar wielkości termicznych

-pomiar wielkości magnetycznych

-pomiar wielkości optycznych

-pomiar wielkości chemicznych

Czujniki inteligentne

-czujniki taktylne

-czujniki wizyjne

-czujniki audytywne

Systemy identyfikacyjne

Zadania

-identyfikacja przedmiotu, narzędzia , palety, pozycji itp., wzgl. Manipulowanie dodatkowymi danymi( np. wartość korekcji narzędzia)

Czesci składowe

- nosnik danych, etykieta z tekstem lub kodem kreskowym wzgl. Programowalny modul(chip)

- urzadzenie do zapisu/ odczytu: skaner laserowy, kamera itp.

Własności

- możliwości: tylko odczyt lub odczyt i zapis

Rodzaje zapisu: tylko statycznie, statycznie lub dynamicznie

2 wymagania stawiane systemom automatyzacji. Niezawodność i dyspozycyjność systemow automatyzacji, sredni okres miedzy awariami MTBF , krzywa wannowa. Zadania realizowane przez sterowniki przemysłowe PLC, CNC, i RC. Tryby pracy układów sterowania

Wymagania dotyczace systemow automatyzacji

- wprowadzanie/ wyprowadzanie sygnałów procesu

- zdolnosc do pracy w czasie rzeczywistym

- pewnosc i niezawodność dzialania

- odpornosc na oddziaływanie otoczenia

Niezawodność Zdolność rozpatrywanej jednostki do spełniania wymagań wynikających z określonych celów zastosowania w ramach zadanych ograniczeń, które są postawione przebiegiem jej własności podczas określonego okresu czasu.

BLEDY:

- bledy ludzi podczas projektowania , budowy i eksploatacji systemu

- refundacja nie pomaga a pomocny może być jedynie rozproszony rozwoj systemu

AWARIE

- awarie sa spowodowane czynnikami fizycznymi bądź chemicznymi

-przeciwdzialnie poprzez

<szczególny staranny dobor składników montaż

<przegląd zapobiegawczy

<refundacje

Dyspozycyjność Prawdopodobieństwo, że system (rozpatrywana jednostka) znajduje się w stanie funkcjonowania. Stany sprawny i awaria są określane z prawdopodobieństwem dyspozycyjny i niedyspozycyjny

Sredni okres miedzy awariami MTBF jest

-okreslany empirycznie n podstawie działającego systemu

-obliczany na podstawie poziomu awarii zastosowanych w systemie składników

Sposoby zwiekszania niezawodności i dyspozycyjności

- wybor i zastosowanie wysokowartościowych i niezawodnych czesci

-korzystne warunki pracy

-przeglady zapobiegawcze

- refundacja sprzętu dla wrażliwych na awarie składników takich jak; magistrale systemowe, elementy warstwy użytkownika

-refundacja procesora

-refundacja systemu komputerowego

Zadania realizowane przez sterowniki przemyslowe

- według wymaganego czasu rzeczywistego

<sterowanie przebiegiem procesów

<zadania regulacji

- brak wymagań czasu rzeczywistego

< kierowanie procesami , zarzadzanie recepturami

<interfejs człowieka , maszyna HMI

<planowanie i sterowanie produkcja

<archiwizacje i oddziaływanie na wsad(wytop) procesu

Tryby pracy układów sterowania

Automatyczny tryb pracy

Oprócz przycisków „Start”, „Stop”, „Wyłącznika awaryjnego” operator nie ma żadnych możliwości ingerencji

Częściowo automatyczny tryb pracy

Tylko część programów są realizowane bez konieczności ingerencji operatora.

Ręczny tryb pracy

Operator wpływa na wyjścia układu sterowania. Blokady są częściowo aktywne.

Tryb ustawienia.

Operator wpływa na wyjścia układu sterowania z ominięciem blokad.

Ręcznie ustawiany tryb pracy.

Ustawiany jest tylko jeden określony krok łańcucha przebiegów (z lub bez dalszych warunków)

Krokowy tryb pracy

Przez wciśnięcie przycisku uruchamiającego programowo jest realizowany następny krok programu.

Sterownik swobodnie programowalny PLC:

programy nie mogą być zmieniane podczas ich wykonywania

dlatego też PLC zwykle nie ma monitora i klawiatury zamiast tego stosuje się zewnętrzne programatory

Przenośny programator na bazie mikrokomputera:

• zintegrowany monitor

• programator EPROM

Prosty ręczny programator:

• wyświetlacz LCD

• klawisze funkcyjne

Standardowy komputer PC:

• handlowy PC

• system programowania dla PLC

Sposób działania sterownika PLC.

Określenie maksymalnego czasu reakcji:

1. Czas cyklu PLC jest w przybliżeniu proporcjonalny do liczby wykonywanych instrukcji programu. Zależnie od tego, jakie gałęzie w programie są wykonywane, uzyskuje się różne czasy cyklu

2. Rozpatrywanie Worst-Case: Jeżeli wkrótce po rozpoczęciu cyklu PLC zmieni się sygnał wejściowy to jest to uwzględniane dopiero w następnym cyklu po aktualizacji wejściowych stanów procesu. Reakcja tzn. wyprowadzanie odpowiednich sygnałów wyjściowych, następuje dopiero po zakończeniu tego drugiego cyklu- przy aktualizacji wyjściowych stanów procesu.

Jezyki programowania

- jezyki tekstowe

< lista instrukcji

< tekst strukturalny

- jezyki graficzne

< schemat drabinkowy

<jezyk modulow funkcyjnych

< jezyk przebiegow funkcyjnych

Przykłady zasosowan

- technika procesowa

- budowa instalacji

- obrabiarki

< zmieniacz narzedzi

< transport przedmiotow

< ciecz chlodzaco-smarujaca

< transporter wiórów

- przemysl poligraficzny

- przemysl tekstylny

Aspekty bezpieczeństwa

SYSTEMY KOMUNIKACJI PRZEMYSLOWEJ

6 UKLADY STEROWANIA NUMERYCZNEGO CNC

Metody interpolacji

Interpolacja liniowa:

_ krzywe płaskie i przestrzenne są opisywane ciągiem linii prostych,

_ dokładność jest zależna od odległości punktów wsparcia (węzłowych).

Interpolacja kołowa:

_ w przestrzeni jest odniesiona do płaszczyzny,

_ zredukowanie nakładów związanych z wprowadzaniem danych.

Interpolacja paraboliczna:

_ równoczesne ruchy w wielu osiach.

Interpolacja śrubowa (helikalna )

_ nałożenie ruchu kołowego i liniowego.

Interpolacja spline 'ami:

_ opis geometrii za pomocą krzywych wyższego rzędu,

_ zredukowanie nakładów podczas programowania obróbki,

_ obróbka powierzchni o swobodnych kształtach.

Rodzaje informacji w układach NC:

Dane geometryczne: Opisują przemieszczenia narzędzi względem przedmiotu i tym samym określają geometrię obrabianego przedmiotu

Dane technologiczne: zawierają niezbędne do obróbki informacje takie jak: wartość prędkości obrotowej wrzeciona, wartość prędkości posuwu, numer narzędzia, doprowadzenie chłodziwa itp.

Cechy układów sterowania numerycznego.

NC- Numercial Control - Elektroniczne układy sterowania obrabiarek, które przetwarzają informacje sterujące w postaci znaków alfanumerycznych, w których zdefiniowany jest ciąg kroków obróbkowych.

CNC- Computerized Numercial Control- układ sterowania numerycznego, w którym funkcjonalność jest realizowana przy pomocy mikroprocesorów.

Układy sterowania numerycznego zawierają:

- urządzenia regulacyjne dla osi ruchomych z oddzielnymi napędami

- urządzenia przetwarzania danych :

- do przetwarzania znaków alfanumerycznych i znaków specjalnych

- do zapamiętywania, obliczania i wykonywania funkcji logicznych

Osie numeryczne:

- realizują wartości zadane przemieszczeń; - każda z nich ma własny regulowany napęd

- oraz elektroniczny układ pomiarowy

Zasadnicze wymagania układów sterowania numerycznego:

- intuicyjny interfejs człowiek-maszyna HMI;

- programowanie zorientowane warsztatowo;

- minimalne czasy przetwarzania bloków;

- minimalny czas cyklu regulacji położenia;

- wysoka jakość czasu rzeczywistego

- Look Ahead;

- zaawansowane metody interpolacji;

- otwartość na rozszerzenia specyficzne dla firmy;

- możliwość Upgrade

Cechy zastosowania techniki NC:

Zalety:

1) duża elastyczność i wydajność:

- krótsze czasy przebiegów,

- przedmioty geometrycznie złożone,

- krótsze czasy uruchomienia produkcji,

- obróbka kompletna

2) złożone operacje obliczeniowe; (i pokoleji3,4…);

4)-zewnętrzne programowanie;

5)-powtarzalność;

-dyspozycyjność;

-przyjazność dla służb utrzymania ruchu;

-możliwość rozszerzenia zakresu funkcyjnego;

-wysoka dokładność, jakość;

-wytwarzanie bezobsługowe.

Wady:

-programowanie wymagające wysokich nakładów;

-wyższe wymagania dla operatora;

-podatność elektroniki na zakłócenia;

-oddzielne serwo-napędy;

-wysokie koszty inwestycyjne

Zakres funkcjonalny układów sterowania numerycznego:

1) interfejs użytkownika:

- Softkey's,

- kółko elektroniczne,

- techniki Windows,

- konfigurowalność;

2) symulacja obróbki:

- sprawdzenie kolizji,

- zobrazowanie 2D/3D,

- optymalizacja ruchów,

-określenie czasu obróbki;

3) funkcje gniazda:

- zarządzanie zleceniami,

- zarządzanie paletami,

- zarządzanie narzędziami,

- zarządzanie trwałością;

4) diagnostyka:

- telediagnostyka,

- samodiagnostyka NC,

- rejestracja historii,

- nadzorowanie narzędzi

5) funkcje pomiarowe i korekcyjne:

- korekcja 2D narzędzi,

- przesunięcie punktu zerowego,

- pomiary przedmiotu,

- kompensacja temperatury;

6) programowanie [ISO 6983],

- ciągi zarysów,

- parametry,

- technologie specjalne;

7) komunikacja:

- sprzężenie z PLC,

- interfejs DNC,

- MAP/MMS,

- ISDN

Budowa układów sterowania numerycznego:

Układy sterowania numerycznego składają się z następujących modułów:

- M. obsługi i wprowadzenia danych: wymiana instrukcji sterujących i programów NC

- M. interpretacji i zarządzania programami: zapamiętywanie programów NC i ich podział na poszczególne instrukcje sterujące. Są one następnie zamieniane na rozkazy przemieszczeń.

-M. interpolacji: tworzenie wartości zadanych współrzędnych dla wspólnych osi obrabiarki oraz koordynacja ruchu osi;

-M. regulacji osi - regulacja ruchu osi według wartości zadanych.

W układach sterowania CNC wszystkie informacje służące do obróbki przedmiotu (o drodze i załączeniach) są wprowadzane w postaci programu NC, który zawiera informacje sterujące jako znaki alfanumeryczne. W programie NC rozróżnia się dwie zasadnicze grupy informacji:

Dane geometryczne opisują one względne przemieszczenia narzędzi i przedmiotu i tym samym określają geometrię przedmiotu.

Dane technologiczne dodatkowe informacje niezbędne dla obróbki, takie jak prędkość posuwu, prędkość obrotowa wrzeciona, zmiana narzędzia, chłodzenie.

Struktura obrabiarek sterowanych numerycznie:

1) panel obsługi jako HMI:

-programowanie,

- meldunki,

- wymiana danych;

2) NCK (rdzeń NC) do przygotowania programów:

- rozdzielenie informacji geometrycznych i technologicznych,

- interpolacja i regulacja położenia,

- interfejsy do napędów;

3) PLC dla funkcji maszynowych i załączających:

- załączenie stopni przełożeń,

- funkcje do wymiany narzędzi i przedmiotów,

- sterowanie urządzeń peryferyjnych,

- czujniki wyłączniki elementy wykonawcze

Zasada tworzenia toru ruchu w obrabiarkach NC:

• Oś NC obrabiarki składa się z regulatora, silnika, posuwu, elementów mechanicznych (np. śruby tocznej) oraz układu pomiaru położenia

• Silnik posuwu realizuje ruch osi

• Układ pomiaru położenia określa aktualną pozycję zespołu roboczego (suportu, stołu) i przekazuje ją do komparatora

• Komparator porównuje pozycję zadaną z rzeczywistą (uchyb położenia) a regulator zgodnie z uchybem reaguje na silnik

• Dzięki nakładaniu się ruchu w wielu osiach można tworzyć dowolne przebiegi torów w przestrzeni

Podział zadań w układach sterowania numerycznego:

Sterowniki PLC - sterowanie i nadzorowanie mechanicznych jednostek funkcyjnych - powiązania logiczne - funkcje blokad - nadzorowanie czasowe i ważności - funkcje załączenia/wyłączenia - zarządzanie narzędziami - PDA/MDA zbieranie i przysyłanie danych produkcyjnych/maszynowych

Rdzeń NC (NCK) - przygotowanie danych geometrycznych - obliczenia pozycji - interpolacja - regulacja położenia - komunikacja z komputerem nadrzędnym - interfejs człowiek-maszyna HMI

Sprzęt i oprogramowanie sterownika NC

Platforma sprzętowa układu NC: _ Technologia PC: magistrala PCI, ..., _ System automatyzacji z magistralą VME, _ System wbudowany: mikrosterownik.

Biblioteka graficzna: _ GUI (Graphical User Interface), _ Warstwa Windows.

Baza danych czasu rzeczywistego: Np. dla programów NC, danych geometrycznych i technologicznych, danych procesu.

Standardowe systemy operacyjne czasu rzeczywistego: _ Zarządzanie task'ami, komunikacja między task'ami, synchronizacja, Scheduling (przydział czasu procesora), zarządzanie pamięcią, _ System plików dla zarządzania danymi NC, _ Sterowniki urządze_ (driver's): przerwania, OMA, SCSI, ..._ Grafika, klawiatura, RS 232, Ethernet, Fieldbus.

9 Robot

Robot- swobodnie programowalna maszyna manipulacyjna

Roboty przemysłowe- do zastosowania w procesach wytwórczych, montażu, pracach manipulacyjnych, transportowych itp.

Zadania układów sterowania RC

- sterowanie ruchami do punktow po torze

-synchronizacje przebiegow ruchu zewnętrznymi działaniami

-przyjmowanie danych z sensorow, przetwarzanie wynikow w wymagane reakcje

- nadzorowanie ruchow

-sterowanie logiczne urządzeń zewnętrznych

- programowanie, korekcja i testowanie programow

- komunikacja

Metody programowania robotow przemysłowych

1. metody bezpośrednie

- Teach In (uczenie)

- Play back (odgrywanie)

- ze wspomaganiem sensorami

b) metody pośrednie

- tekstowo

-ze wspomaganiem CAD

- Explicite ( zorientowan en aruch)

-Implicite (zorientowane na zadania)

Rodzaje interpolacji

- interpolacja PTP ( od punktu do punktu)

-interpolacja ciagla

<liniowa

< kolowa

Rodzaje sterowania robotow

-PTP- polega na zapamiętywaniu i nastepnie najeżdżaniu na ciag dyskretnych punktow w przestrzeni

- MP ( sterowanie wielopunktowe)

- CP ( sterowanie kształtowe )

10 HMI- interfejs człowiek a maszyna

Funkcje

-wizualizacja, wywoływanie funkcji systemu sterowania, parametryzacja

-zarzadzanie uzytkownikami

-zarzadzanie alarmami

-zarzadzanie receptorami

- trendy , wykresy, prognozy

- udostępnienie danych ukl. Sterowania do innych systemow informatycznych

Sygnaly

- sygnal akustyczny- aktywny

- sygnal dotykowy- aktywny

- sygnal wizualny - aktywny

-wskaznik: mechaniczne, optyczne , elektryczne lub elektroniczne urzadzenie przekazujące wizualna, akustyczna, dotykowa informacje

-kodowanie

-symbol graficzny

- znak bezpieczeństwa

Symbole graficzne

Wymagania dotyczące HMI

- wysoki komfort obsługi

- niska cena

- proste projektowanie

- odpornosc na warunki przemysłowe

- mala przestrzen zabudowy

- możliwość wlaczenia do sieci

- otwartość

- ergonomiczne kształty

Panele operatorskie

1. tekstowe

- oddzielenie funkcji HMI od sterownika PLC

- pamiec projektu w HMI

- firmowe oprogramowanie narzędziowe do programowania paneli

- ładowalne driver'y komunikacyjne dla wielu sterownikow

- możliwość opracowania interfejsu wielojęzycznego

- obsluga drukarki

b) graficzne

- kolorowe lub bialoczarne

-Touch Screen

- oprogramowanie narzędziowe z bogata biblioteka gotowych elementow graficznych

-wykresy i trendy

Komputery panelowe

-standardowy system operacyjny

-latwa obsluga

-możliwe jest uruchomienie standartowych aplikacji

-latwe dolaczenie do dowolnego układu sterowania

- latwa rozbudowa funkcjonalności

-latwa integracja z innymi systemami informatycznymi przedsiebiostwa

Komunikacja HMI

- komunikacja z układami sterowania

<sieci firmowe(MPI, SBUS, MelsecNec)

<Fieldbus

<OPC, NetDDE

<WEB HMI

- komunikacja z innymi systemami informatycznymi przedsiębiorstw

1

---