Pracovní list Automatizační cvičení Elektropneumatická ruka _LD Vypracoval žák Jméno, příjmení Datum vypracování Datum odevzdání SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 1
Úkol projektu 1. Vytvořte projekt s programovatelným automatem Foxtrot s centrální jednotkou CP 1014, která bude řídit model se třemi lineárními dvojčinnými pneumatickými motory a přísavkou. Všechny čtyři prvky jsou ovládány elektropneumatickými rozvaděči s monostabilním ovládáním (jedna cívka elektromagnetu, který přestavuje šoupátko rozdělovače stlačeného vzduchu), tzn., že aby byl motor vysunut resp. se tvořil podtlak, je nutné přivést na cívku rozvaděče log. 1 odpovídající úrovně a výkonu. Aplikace, která je součástí projektu bude splňovat následující podmínky: 2. spuštění aplikace bude provedeno buď z předního panelu nebo z webové aplikace 3. po spuštění aplikace budou motory m1 až m3 a přísavka vykonávat postupně následující činnosti, které plynou z požadavku přemístit předmět opakovaně z výchozí pozice na cílovou pozici přes překážku. a. pořadí činností jednotlivých řízených prvků ukazuje následující tabulka krok m1 m2 m3 vakuum v0 pozn 1 0 0 0 0 Výchozí stav 2 0 1 0 0 3 1 1 0 0 4 1 0 1 0 5 1 0 1 1 Uchopení předmětu ve výchozí poloze 6 1 1 0 1 7 0 1 0 1 8 0 0 1 1 9 0 0 1 0 10 0 0 0 0 Uvolnění předmětu v nové poloze = výchozí stav 11 nový cyklus - pokračování krokem 2 b. následující činnost se bude spouštět až po dokončení předchozí, která je indikována snímačem polohy resp. snímačem podtlaku c. cyklus se zopakuje 3 krát; pro počítání počtu cyklů použijte čítač CTU. 4. Navržený a vytvořený program ověřte v simulaci ve vývojovém prostředí. 5. Navržený a vytvořený program ověřte na reálném modelu osazeného PLC Foxtrot CP1014. SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 2
Výukové cíle projektu pochopit logiku ovládání elektropneumatické ruky umět se orientovat v elektrickém a pneumatickém schématu přípravku definovat základní parametry PLC umět nastavit projekt PLC umět definovat tabulku I/O aplikace umět udělat algoritmus úlohy umět převést vytvořený algoritmus do programu v jazyce LD pochopit založení nového projektu umět napsat logické funkce ze slovního zadání úlohy pomocí výrokové analýzy umět logické funkce zjednodušit aplikovat obecné zásady programování do konkrétní aplikace umět vytvořit aplikaci ve zvoleném jazyce dle IEC 61131-3 umět ověřit správnou funkci aplikace v simulátoru a na reálném modelu s PLC Foxtrot Studijní literatura, zdroj citací 1. Dokumentace Teco Kolín; Začínáme v Mosaicu. 8. vydání Kolín, 2010. 2. Dokumentace Teco Kolín; Programování podle normy IEC 61 131-3. 10. vydání Kolín, 2007. 3. Dokumentace Teco Kolín; GraphMaker. 1. vydání Kolín, 2003. 4. Dokumentace Teco Kolín; WebMaker. 3. vydání Kolín, 2010. 5. Vývojové prostředí Mosaic v.2012.1, [cit. 14. 5. 2012]. Dostupn7 na www: http://www.tecomat.com/index.php?a=cat.311; 6. Elektropneumatická ruka konstrukce přípravku SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 3
Teoretický rozbor Elektropneumatická ruka se skládá s konstrukčních prvků, pneumatických pohonů s kontaktními snímači polohy ejektorem s přísavkou a měřením podtlaku. Popis přípravku je uveden v [6]. Pneumatické pohony jsou realizovány dvojčinnými lineárními motory. Ovládání pneumatických motorů je realizováno elektropneumatickými rozvaděči s jednočinným ovládáním, jak ukazuje schéma zapojení pneumatiky na obrázku 1. Obr. 1: Pneumatické schéma ovládání ramene [6] Vysunutí pístnice motoru zajišťuje přivedení logické jedničky na cívku elektropneumatického ventilu. Pokud se signál změní zpět na logickou nulu, pružina vrátí šoupátko ventilu do výchozí polohy a pístnice se zasune. Programovatelný automat, který je použit pro uvedenou úlohu je typu Foxtrot s centrální jednotkou CP 1014. Na výstupy programovatelného automatu jsou připojeny cívky elektropneumatických automatů s monostabilním ovládáním, tj. pokud má být motor s vysunutou pístnicí, musí být na výstupu PLC log. 1. Na vstupy PLC jsou připojena čidla snímající polohu pístu s pístnicí (obrázek 2). Přiřazení vstupů a výstupů PLC k technologii je patrný z tabulky na obrázku 3. SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 4
Obr. 2: Elektrické schéma zapojení ovládání elektropneumatické ruky [6] Obr. 3: Detail zapojení snímače podtlaku SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 5
Obr. 4: přiřazení vstupů a výstupů PLC Postup řešení 1. Ve vývojovém prostředí Mosaic založíme novou projektovou skupinu a v ní nový projekt. Nastavení projektu je: - modulární PLC Foxtrot TC 1014, IP adresa: 172.16.25.89 - programovací jazyk: LD 2. V novém projektu nastavíme v manažeru projektu zadaný typ PLC a simulovaný PLC. 3. Na panelu nastavení vstupů/výstupů pojmenujeme ve sloupci Alias jednotlivé použité vstupy a výstupy. 4. Podle stavové tabulky napíšeme logické funkce podmínky pro vysouvání a zasouvání motorů a spuštění podtlaku. 5. Logické funkce převedeme na program pomocí programovacího jazyku LD (liniová schémata) 6. Ověříme v simulačním režimu 7. srovnáme průběhy veličin pod sebe 8. spustíme GraphMaker 9. spustíme aplikaci SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 6
10. ověříme činnost aplikace 11. odpojíme simulovaný PLC, připojíme PLC přes ethernet 12. nahrajeme program do PLC 13. ověříme funkci Logické funkce Logické funkce vytváříme na základě logických slovních formulací, které popisují jednotlivé činnosti motorů a vakua. Spojky a, současně představují logický součin, což znamená sériové spojení kontaktů. Spojka nebo znamená logický součet tj. paralelní spojení kontaktů. Pokud požadujeme reakci na změnu signálu, použijeme FB typu trig. Pro spuštění pracovního cyklu budeme formulovat složenou podmínku pro spuštění motoru m2 následovně: motor m2 se vysune, pokud bude elektropneumatická ruka ve výchozí poloze (motory m1, m2, m3 jsou zasunuty tj. Ksm1z = Ksm2z = Ksm3z = 1 a současně je vypnuté vakuum) a stiskneme start tlačítko nebo pokud se dokončí cyklus a počet cyklů nedosáhl stanoveného počtu. Uvedenou formulaci použijeme pro nastavení RS klopného obvodu ovládajícího m2. Zroveň musí dojít k vysunutí motoru m2 při zpětném pohybu elektropneumatické ruky, což nastává za stavu č. 6 (stavové tabulky). po převedení na logickou funkci získáme následující zápis 1 : m2 S1 = Ksm1z and Ksm2z and Ksm3z and v0 and start or (stav citace počet cyklů) and (konec cyklu) m2 S2 = Ksm1V and v0 and (r-trig Ksm3Z) Situace, která zde vznikla tj. dvě funkce, které předepisují činnost pro vysunutí motoru m2, stanovuje nejednoznačné požadavky na chování motoru m2. S ohledem na jednoznačné chování PLC se vykoná právě jedna funkce a to ta, která bude v programu jako poslední. Tuto situaci musíme řešit sloučením obou funkcí: m2 S = m2 S1 or m2 S2 = Ksm1z and Ksm2z and Ksm3z and v0 and start or (stav citace počet cyklů) and (konec cyklu) or Ksm1V and v0 and (r-trig Ksm3Z) Z analýzy uvedeného stavu řešení vyplývá, že na vstupu S RS klopného obvodu budou tři paralelní větve. Po vytvoření zápisu logické funkce provedeme minimalizaci logické funkce aplikací zákonů booleovy algebry nebo použitím karnaughovy mapy. 1 při zápisu funkcí respektujeme prioritu matematických a logických operandů a závorek SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 7
Obdobným postupem budou vyřešeny podmínky/funkce pro ostatní vstupy RS klopných obvodů použitých pro ovládání elektromagnetů rozvaděčů. Řešení úlohy Definované a použité datové elementy a programové organizační jednotky v aplikaci ukazuje obrázek 5. Program vytvořený v jazyce LD obsahující jednotlivé programové linie řešící provoz jednotlivých motorů a vakua je na obrázku 6. Obrázek 7 znázorňuje doplňující linii, která řeší odstranění problému samovolného spuštění aplikace při uvedení programu v PLC do režimu RUN.. Obr. 5: IEC manažer projektu struktura programových organizačních jednotek a proměnných SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 8
Obr. 6: Program vytvořený v jazyce LD SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 9
Obr. 7: Doplnění LD Otázky k opakování 1. popište funkci robotické ruky 2. popište funkci elektropneumatického rozvaděče 3. proveďte minimalizaci logické funkce 4. vysvětlete funkci klopného obvodu RS 5. vysvětlete činnost funkčního bloku R-Trig 6. vysvětlete činnost funkčního bloku F-Trig Závěr zhodnocení výsledků V této úloze jsem ověřil nastavování základních parametrů projektu, psaní logických funkcí a jejich převedení na program v programu LD. Program byl odzkoušen na elektropneumatické ruce v online provozu. Drobné nedostatky byly odstraněny při ověřování provozu. Při ověřovacím provozu jsem zjistil, že je nutné zejména kontrolovat počet pracovních cyklů, které počítá a ukazuje čítač pracovních cyklů. To souvisí s tím, ve které fázi pracovního cyklu je aktuální cyklus počítán. Při nevhodném nastavení to znamená zjištěný počet cyklů o jedničku menší, než je skutečný. SPŠ a VOŠ Písek, Karla Čapka 402, 397 11 Písek 10