Modernizace a řízení obráběcího šestivřetenového automatu

Modernizace a řízení obráběcího šestivřetenového automatu Modernization and control of the six-spindle machining automat Radim Pijáček Bakalářská práce 2009

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 3

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 4 ABSTRAKT Obsahem této práce je vytvoření programu pro řízení některých funkcí obráběcího šestivřetenového automatu Schütte SF20 programovatelným automatem Siemens řady S7-300. První část se zabývá teorií programovatelných automatů a stručným popisem jejich funkce. Dále je stručně popsán stav obráběcího stroje před a po modernizaci. Praktická část obsahuje popis a vysvětlení vybraných funkcí stroje. V závěru jsou shrnuty výhody modernizace stroje, výsledný vliv na produktivitu a je zhodnoceno ekonomické hledisko. Klíčová slova: Simatic S7-300, program, hydraulika, mazání, chlazení, multiplexer, dopravník třísek, vřeteno, posuv. ABSTRACT This diploma thesis deals with creating program to control some functions of six-spindle machining automat Schütte SF20 controled by programmable logic controller Siemens type S7-300. The first part of the work describes programmable logic controllers and short description of their functions as well as the status of the machining automat before and after the modernization. The practical part contains describtion and explaination of selected functions of the machine. At the end there is a summary of advantages of machine modernization, resulting effect on productivity and financial aspect. Keywords: Simatic S7-300, programme, hydraulics, lubrication, cooling, multiplexer, chip conveyor, spindle, feed.

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 5 Poděkování Děkuji tímto vedoucímu mé bakalářské práce Ing. Tomášovi Sysalovi, Ph.D., za odborné vedení a také za ochotu v průběhu vzniku této práce. Rád bych také poděkoval mému konzultantovi z firmy KEZ s.r.o. Ing. Františku Kučeříkovi za trpělivost, kterou se mnou měl při tvorbě práce. Díky patří také pracovníkům firmy ZPS Generální opravy, a.s. za vstřícnost a ochotu při popisu stroje a vysvětlení jeho funkce.

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 6 Prohlašuji, že beru na vědomí, že odevzdáním bakalářské práce souhlasím se zveřejněním své práce podle zákona č. 111/1998 Sb. o vysokých školách a o změně a doplnění dalších zákonů (zákon o vysokých školách), ve znění pozdějších právních předpisů, bez ohledu na výsledek obhajoby; beru na vědomí, že bakalářská práce bude uložena v elektronické podobě v univerzitním informačním systému dostupná k prezenčnímu nahlédnutí, že jeden výtisk bakalářské práce bude uložen v příruční knihovně Fakulty aplikované informatiky Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně a jeden výtisk bude uložen u vedoucího práce; byl/a jsem seznámen/a s tím, že na moji bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č. 121/2000 Sb. o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon) ve znění pozdějších právních předpisů, zejm. 35 odst. 3; beru na vědomí, že podle 60 odst. 1 autorského zákona má UTB ve Zlíně právo na uzavření licenční smlouvy o užití školního díla v rozsahu 12 odst. 4 autorského zákona; beru na vědomí, že podle 60 odst. 2 a 3 autorského zákona mohu užít své dílo bakalářskou práci nebo poskytnout licenci k jejímu využití jen s předchozím písemným souhlasem Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně, která je oprávněna v takovém případě ode mne požadovat přiměřený příspěvek na úhradu nákladů, které byly Univerzitou Tomáše Bati ve Zlíně na vytvoření díla vynaloženy (až do jejich skutečné výše); beru na vědomí, že pokud bylo k vypracování bakalářské práce využito softwaru poskytnutého Univerzitou Tomáše Bati ve Zlíně nebo jinými subjekty pouze ke studijním a výzkumným účelům (tedy pouze k nekomerčnímu využití), nelze výsledky bakalářské práce využít ke komerčním účelům; beru na vědomí, že pokud je výstupem bakalářské práce jakýkoliv softwarový produkt, považují se za součást práce rovněž i zdrojové kódy, popř. soubory, ze kterých se projekt skládá. Neodevzdání této součásti může být důvodem k neobhájení práce. Prohlašuji, že jsem na bakalářské práci pracoval samostatně a použitou literaturu jsem citoval. V případě publikace výsledků budu uveden jako spoluautor. Ve Zlíně.. podpis diplomanta

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 7 OBSAH ÚVOD...9 I TEORETICKÁ ČÁST...10 1 PROGRAMOVATELNÉ AUTOMATY...11 1.1 PŘEDCHŮDCE...11 1.2 PLC PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER...11 1.3 SLOŽENÍ PLC...11 1.4 ROZDĚLENÍ PLC...12 1.4.1 Kompaktní...12 1.4.2 Modulární...12 1.5 PROGRAMOVÁNÍ...13 1.5.1 Jazyk mnemokódu...13 1.5.2 Jazyk kontaktních (releových) schémat...13 1.5.3 Jazyk logických schémat, funkčních bloků (FUP)...14 1.5.4 Grafický jazyk pro sekvenční programování...14 2 PŮVODNÍ ŘEŠENÍ STROJE...15 3 MODERNIZOVANÉ ŘEŠENÍ STROJE...18 3.1 MECHANICKÁ ČÁST...18 3.2 ELEKTRICKÁ ČÁST...20 II 3.3 POPIS OVLÁDACÍCH PANELŮ...22 3.3.1 Popis tlačítek předního ovládacího panelu...23 PRAKTICKÁ ČÁST...26 4 SOUBOR VSTUPŮ A VÝSTUPŮ PLC...27 5 MULTIPLEXER...30 5.1 POPIS...30 5.2 FUNKCE MUX...31 6 DOPRAVNÍK TŘÍSEK...32 6.1 POPIS...32 6.2 FUNKCE...32 7 CHLAZENÍ...34 7.1 POPIS...34 7.2 FUNKCE CHLAZENÍ...35 7.2.1 Ruční režim...35 7.2.2 Automatický režim...35 8 MAZÁNÍ...36 8.1 POPIS...36 8.1.1 Oběhové mazání...36

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 8 8.1.2 Dávkové mazání...36 9 HYDRAULIKA...38 9.1 POPIS...38 9.2 FUNKCE HYDRAULIKY...39 10 HLAVNÍ PROGRAM...41 10.1 VOLBA PANELU A DERIVACE TLAČÍTEK, FC11...41 10.2 START VŘETEN, FC6...42 10.2.1 Automatická funkce...42 10.2.2 Ruční funkce (tipování vřeten)...43 10.2.3 Funkce signálek v tlačítkách...43 10.2.4 Výpočet hodnoty vřeten pro D/A převodník...43 10.3 START POSUVŮ, FC7...44 10.3.1 Automatická funkce...44 10.3.2 Ruční funkce...45 10.3.3 Výpočet hodnoty posuvů pro D/A převodník...45 10.4 PLÁNOVANÝ STOP, FC10...46 11 EKONOMICKÁ ANALÝZA MODERNIZACE...47 ZÁVĚR...48 ZÁVĚR V ANGLIČTINĚ...49 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY...50 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK...51 SEZNAM OBRÁZKŮ...52 SEZNAM TABULEK...53

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 48 ZÁVĚR Tématem mé bakalářské práce bylo vytvořit program pro některé dílčí funkce šestivřetenového obráběcího stroje Schütte SF20. V teoretické části jsem popsal programovatelný logický automat, jeho rozdělení, činnost a způsoby programování. Následující část se zabývá původním řešením stroje, ve kterém jeden asynchronní motor ovládal současně vřetena i posuvy pomocí složité převodovky. V modernizovaném řešení je asynchronní motor nahrazen dvěma servomotory, které vřetena a posuvy pohání nezávisle. Převodová skříň byla ze stroje odstraněna, a změna otáček vřeten a doby cyklu stroje je nyní řešena pomocí multifunkčního displeje a programu PLC. Praktická část obsahuje popis vybraných funkcí stroje a vysvětlení jejich činnosti. Nejprve jsem se zabýval multiplexerem, který nahrazuje vstupní kartu PLC. Poté jsem uvedl funkci dopravníku třísek. Ten má na starosti odvod třísek vzniklých při obrábění tyčového materiálu. Dále jsem měl za úkol vyřešit funkci chlazení. Zde bylo potřeba naprogramovat funkci motoru, který pracoval ve dvou režimech. V následující části se zabývám funkcí mazání, ve které bylo potřeba ošetřit mazání dávkové a oběhové. Dalším důležitým prvkem je hydraulika. Ta je velmi často podmínkou pro spuštění dalších funkcí. Mým úkolem bylo udržet tlak hydraulického oleje v předem stanoveném intervalu. Hlavní částí bylo vyřešit ovládání vřeten a posuvů. Změna již není řešena pomocí převodovky, nýbrž servopohonem řízeným logickým automatem. Požadované otáčky motorů zadává obsluha stroje a úkolem programu je odeslat na D/A převodník hodnotu, kterou obdrží servopohon v rozsahu napětí 0 až 10 V. Ošetřeno bylo také bezpečné zastavení stroje. Na závěr jsem srovnal původní a modernizované řešení stroje. Možnost změny otáček motorů pomocí multifunkčního displeje a PLC je obrovskou výhodou, protože neproduktivní doba, po kterou se u původního řešení měnily ozubená kola, je nyní velmi výrazně zkrácena. Odstranění složité převodovky také snižuje poruchovost a hlučnost. Po modernizaci klesla zmetkovitost a prodloužily se intervaly výměn obráběcích nástrojů. Na konec jsem zhodnotil ekonomické hledisko modernizace.

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 49 ZÁVĚR V ANGLIČTINĚ The topic of my diploma thesis was to create the program for some partial functions of the six-spindle machining automat Schütte SF20. In the theoretical part I have described the programmable logic controller, its types, functions and its programming methods. The following section deals with the original solution of the machine where one asynchronous engine controls spindles together with feeds by the complicated gear box. In the modernized solution is the asynchronous engine replaced by two servomotors which control spindles and feeds separately. Gear box has been removed and changing the spindle speed and machine cycle time is now done by multifunctional display and PLC program. The practical part include a description of selected functions of the machine and explanation of their procedure. At first I focused on the multiplexer which replaces the input card of PLC. Then I mentioned function of chip conveyor. This is the removal of chips made during machining of rod material. I also had to task to resolve the cooling function. There was a need to develop a program of the engine which worked in two modes. The following section deals with the function of lubrication which was need to made a batch and circulatory lubrication. Another important item is the hydraulic system. It is often a condition for execution of other functions. My task was to keep the hydraulic oil pressure in the predefined interval. The main part was to solve control of spindles and feeds The changes were not done by the transmission but by the servomotors controlled by PLC. The operator enters required engine speed and the task of program is send information to the D/A converter. Servo recieve value from converter in 0 to 10 V range. I also handled a secure shutdown of the machine. At the end I compared the original and the modernized solution of the machine. The possibility to change the engine speed by the multi-function display and the PLC is a big advantage because unproductive time, when gear wheels were changed, is now greatly reduced. Removing of complicated gear box also reduces failure rate and noice. Spoilage went down and vitality of the machining tools was increased after the modernization. Finally I evaluated the economic aspect of the modernization.

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 50 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] Martinásková, M., Šmejkal, L.: Řízení programovatelnými automaty, Vydavatelství ČVUT, Praha 1998. [2] Martinásková, M., Šmejkal, L.: Řízení programovatelnými automaty II, Vydavatelství ČVUT, Praha 2000. [3] Bernard, J.-M., Hugon, J., Le Corvec, R.: Od logických obvodů k mikroprocesorům I, Překlad Drábek, V., Hlavička, J., Pokorný, Z., Vydavatelství Editions Eyrolles, Paříž 1979. [4] Berger, H.: Automatizace se STEPem 7 v AWL, Překlad Tuček. J., Vydavatel Siemens Aktiengesellschaft, Berlin und München. [5] Firemní literatura k programovatelným automatům Simatic S7. [6] Siemens : Industry Automation and Drive Technologies [online]. 2001-2009 [cit. 2009-2-15]. Dostupný z WWW: <http://www.automation.siemens.com>. [7] Ifm electronic : Operating instructions Pressure sensor PE700xx [online]. 1998-2009, 6.2005 [cit. 2009-03-18]. Dostupný z WWW: <http://www.ifm.com/ifmcz/web/dsfs!pe7002.html>. [8] Schütte : Mehrspindel-Drehautomaten [online]. 2007 [cit. 2009-01-16]. Dostupný z WWW: <www.schuette.de>.

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 51 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK HL FB Signálka v tlačítku, přepínači nebo majáku Funkční blok MUX Multiplexer SA SB SP Přepínač Tlačítko Tlakový snímač TON Časovač typu zpožděný přítah TOF YV Časovač typu zpožděný odtah Elektromagnetický ventil

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 52 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1. Mnemokód... 13 Obr. 2. Kontaktní schéma... 14 Obr. 3. Logické schéma... 14 Obr. 4. Pohled na původní vřetenový buben, v červené části jsou vačky supportů... 16 Obr. 5. Pohled na ovládací část... 17 Obr. 6. Část původního rozvaděče, PLC... 17 Obr. 7. Pohled na zadní část stroje, umístění motorů... 18 Obr. 8. Pracovní prostor, vřetenový buben s vřeteny, supporty, ventily pro chlazení... 19 Obr. 9. Rozvaděč... 20 Obr. 10. Detailní pohled na horní část rozvaděče, PLC, MPX... 21 Obr. 11. Přední ovládací panel... 22 Obr. 12. Zadní ovládací panel... 23 Obr. 13. Multiplexer... 30 Obr. 14. Čtení osmic multiplexeru... 31 Obr. 15. Motor chlazení... 34 Obr. 16. Rozvody mazacího media... 37 Obr. 17. Levá strana boxu hydrauliky s ventily YV a snímačem tlaku SP3.1... 38 Obr. 18. Pravá strana boxu hydrauliky, elektromagnetické ventily, tlakoměr... 39 Obr. 19. Funkce tlakového senzoru SP3.1 [7]... 40 Obr. 20. Derivace tlačítka... 41

UTB ve Zlíně, Fakulta aplikované informatiky, 2009 53 SEZNAM TABULEK Tab. 1. Vstupní karty... 27 Tab. 2. Smíšená karta, vstupní... 28 Tab. 3. Smíšená karta, výstupní... 28 Tab. 4. Výstupní karty... 29 Tab. 5. Výstupní analogová karta... 29 Tab. 6. Soubor vstupů a výstupů multiplexeru... 30 Tab. 7. Soubor vstupů a výstupů Dopravníku třísek... 32 Tab. 8. Soubor vstupů a výstupů chlazení... 34 Tab. 9. Soubor vstupů a výstupů mazání... 36 Tab. 10. Soubor vstupů a výstupů hydrauliky... 38 Tab. 11. Soubor vstupů a výstupů funkce vřeten... 42 Tab. 12. Soubor vstupů a výstupů funkce posuvů... 44 Tab. 13. Soubor vstupů a výstupů funkce plánovaný stop... 46