Styringsteknik. Et projekt i faget styringsteknik. En rapport af Rune Zaar Østergaard

Transkript

1 Styringsteknik Et projekt i faget styringsteknik. I1 & Q1 I2 En rapport af Rune Zaar Østergaard

2 Styringsteknik 2007 Indholdsfortegnelse 1.0 Formål Indledning (min ide) Problemdefinition Afgrænsning Case Problemformulering Metodevalg (metode-afsnit) Udførelse Kravspecifikation Program Milepæl A Pneumatik Kommunikation Milepæl B Dokumentation Konklusion Afslutning Bilagsliste... 8 Rune Zaar Østergaard 2

3 Styringsteknik Formål I faget styringsteknik skal jeg have kendskab til gældende principper og anvendelsesområder for digitale, elektriske og pneumatiske komponenter. 2.0 Indledning (min ide) Som udgangspunkt har jeg valgt at brainstorme lidt på området, da der er utallige muligheder for at berøre de ovenstående komponenter (digitale, elektriske og pneumatiske) i en anvendelig opstilling. Der er forskellige faktorer der sætter begrænsninger for hvor avanceret systemet kan blive. Det er ikke alle slags komponenter der er til rådighed, men med lidt god fantasi kan jeg godt lave et funktionelt system. Ligeledes er der også komponenter der er mere eller mindre er obligatoriske, hvilket der har fået mig til at opridse et par enkelte ideer der vil være interessante for mit vedkommende i dette projekt. Jeg vil i næste afsnit afgrænse mit emne. Flaskeautomat Baseret på det transportbånd der skal anvendes kan man lave en flaskeautomat der starter transportbåndet ved påvirkning af den første sensor, stopper transportbåndet ved påvirkning af den anden sensor og udfører derefter en kontrol af flaskens form (pris). Når dette er udført, kører transportbåndet videre og ved påvirkning af den tredje sensor fortsætter transportbåndet et par sekunder inden det stopper, så flasken bliver sendt videre i systemet. Transportbånd der fx sætter låg og label på et glas. Denne opstilling virker lidt på samme måde som ovenstående og består også af det samme transportbånd, med tilhørende sensorer. Løsningen indgår i en større produktion og den første sensor er placeret hvor transportbåndet bliver fodret med glas. Ved påvirkning af den første sensor starter transportbåndet og glasset kører frem. Ved påvirkning af den anden sensor stopper transportbåndet. En arm holder glasset på plads og sætter låg på. Når dette er udført kører transportbåndet videre til den tredje sensor, ved påvirkning af denne stopper transportbåndet og en arm holder glasset på plads og sætter en label på. Efterfølgende starter transportbåndet og fortsætter med at køre et par sekunder inden det stopper, så glasset bliver sendt videre i systemet. Tyverialarm (eller lignende form for alarm) Til denne opstilling benyttes transportbåndet også, men det er ikke nødvendigt at transportbåndet kører under forsøget, det er udelukkende sensorerne der bliver brugt. Ved påvirkning af den første sensor starter den første alarm og en sirene går i gang og der vises evt. en advarsel. Ved påvirkning af den anden sensor går sirenen i gang og der lukkes en port bag den indtrængende og vagtcentralen bliver underrettet. Den sidste sensor fungerer som en afbryder der sidder hos vagtcentralen, hvilken der afbryder sirenen og åbner porten. Rune Zaar Østergaard 3

4 Styringsteknik Problemdefinition 3.1 Afgrænsning De tre ovenstående eksempler er alle gode at arbejde videre med, men jeg vælger at arbejde videre med det andet af de tre eksempler transportbåndet der sætter låg og label på et glas. Men i princippet er de to andre ideer også anvendelige i praksis. Men der skal tages et valg. 3.2 Case I en større produktion der fremstiller syltetøj er der brug for en maskine der kan sætte låg og labels på syltetøjsglassene. Der skal laves en mekanisk løsning til dette og produktet skal overholde virksomhedens ønsker mht. sikkerhed. 3.3 Problemformulering Hvilke komponenter skal der til for at lave ovenstående løsning? Hvilke overvejelser skal der tages i forbindelse med sikkerhed og styring af transportbåndet? Og hvordan skal det udføres i praksis? 4.0 Metodevalg (metode-afsnit) Jeg har valgt at dele opgaven op i forskellige afsnit for på den måde bedre at kunne styre udviklingsprocessen. Der benyttes milepæle i projektet og disse skal opfyldes for at arbejde videre med de efterfølgende afsnit. Milepælene fungerer samtidigt som delkonklusioner. 5.0 Udførelse 5.1 Kravspecifikation Der stilles nogle krav til den færdige løsning. Løsningen skal indgå i en større produktionsvirksomheds produktionslinie af syltetøj. Opgaven består i at lave et transportbånd der sætter låg og label på syltetøjsglasset. Transportbåndet fodres med fyldte syltetøjsglas og sender disse videre med låg og label på til et andet transportbånd. Af sikkerhedsmæssige grunde er det blevet besluttet at så længe der er ét syltetøjsglas på transportbåndet må dette ikke fodres med flere før transportbåndet har afleveret det aktive syltetøjsglas. Med andre ord må der kun befinde sig ét syltetøjsglas på transportbåndet af gangen. Der skal desuden være et nødstop der stopper transportbåndet, så eventuelle kontrollører og servicepersonale kan afhjælpe pludseligt opståede problemer. 5.2 Program Til at starte med opbyggede jeg et simpelt program i Siemens LOGO!Soft 1, som havde tre indgange og tre udgange. De tre indgange symboliserer de tre sensorer på transportbåndet, mens de tre udgange symboliserer hhv. styring af transportbåndet, aktivering af pneumatik til påsætning af låg og til sidst aktivering af pneumatik til påsætning af label. 1 Program til udvikling af PLC-styringsprogram, programmet benævnes efterfølgende bare LOGO. Rune Zaar Østergaard 4

5 Styringsteknik 2007 Da der af sikkerhedsmæssige grunde er besluttet at der skal være et nødstop på systemet, er der blevet tilføjet endnu en indgang, med tilhørende udgang. Indgangen aktiveres af tryk på en nødstopskontakt i umiddelbar nærhed af transportbåndet, mens udgangen sender signal til en alarmfunktion i form af fx en advarselslampe og/eller en alarm. Mht. styring af kun ét glas på transportbåndet af gangen funktionen er dette blevet løst ved at tilføje forskellige funktioner i programmet, hvilke jeg ikke vil komme nærmere ind på her. Under programmeringsforløbet blev der foretaget løbende tests af systemet. Der blev indlagt test efter den første simple løsning, efter løsningen hvor nødstoppet blev tilføjet og til sidst efter den sidste funktion blev tilføjet. Hver test skulle give et fornuftigt resultat, inden udviklingsprocessen kunne fortsætte. Funktionsdiagrammet 2 indledes med fire indgange, Sensor 1 (I1), Sensor 2 (I2), Sensor 3 (I3) og Nødstop (I4). Der er også fire udgange, Transportbånd (Q1), Pneumatik A (Q2), Pneumatik B (Q3) og Advarsel (Q4). Ladderdiagrammet er ligeledes vedlagt som bilag 3 Sensor 1: Når Sensor 1 (I1) går hi, går Transportbånd (Q1) hi, denne udgang forbliver hi indtil Sensor 2 (I2) eller Nødstop (I4) går hi. Transportbånd (Q1) forbliver hi også efter at Sensor 1 (I1) går lo Sensor 2: Når Sensor 2 (I2) går hi, går Transportbånd (Q1) lo. Med en forsinkelse på et sekund sendes en hi-impuls til Pneumatik A (Q2), som går hi i et sekund, hvorefter denne (Q2) går lo igen. Sensor 2 (I2) sender også signal til Procestid for A (B002), som med en forsinkelse på fire sekunder får Transportbånd (Q1) til at gå hi. Denne (Q1) forbliver hi også efter at Sensor 2 (I2) går lo. Transportbånd (Q1) forbliver hi indtil Sensor 3 (I3) eller Nødstop (I4) går hi. Sensor 3: Når Sensor 3 (I3) går hi, går Transportbånd (Q1) lo og der sendes en hi-impuls til Pneumatik B (Q3), som går hi i et sekund, hvorefter denne (Q3) går lo igen. Der sendes også et signal til Procestid for B (B017), som med en forsinkelse på fire sekunder får Transportbånd (Q1) til at gå hi i ti sekunder, hvorefter denne (Q1) går lo igen. Når Sensor 3 (I3) går lo igen tændes en kontrollampe i to sekunder med fem sekunders forsinkelse (i dette tilfælde benyttes advarselslampen (Q4) til dette). Denne sidste funktion er udelukkende for at illustrere at man fx har mulighed for at sende et signal til det forudgående transportbånd for at styre fodringen af glas til vores løsning, så der ikke opstår problemer. Man kan ligeledes stoppe glasset på transportbåndet inden det sendes videre, hvis det efterfølgende transportbånd har brug for en vis styring af hvornår dette skal fodres med yderligere glas med låg og label på. 2 Funktionsdiagram er vedlagt som bilag se Bilag 1. 3 Ladderdiagram er vedlagt som bilag se Bilag 2. Rune Zaar Østergaard 5

6 Styringsteknik 2007 Nødstop: Når Nødstop (I4) går hi, går Transportbånd lo og der sendes en gentaget impuls til Advarsel (Q4), som skiftevis går hi i et sekund og lo i et halvt sekund. Denne proces fortsætter til Nødstop (I4) går lo igen. Der er benyttet følgende komponenter 4 til løsningen 5 (i parentesen står antallet af de enkelte komponenter): Input (4) Output (4) Or-gate (6) And-gate (5) Interter (4) Set-reset (10) On-delay (4) Off-delay (1) Pulse Generator (3) Asynkron Pulse Generator (1) Efter at have testet programmet så det opfylder kravspecifikationen er dette blevet overført fra LOGO på computeren og til PLC en via et specielt kabel. 5.3 Milepæl A Programmet virker efter forskrifterne, men det var en større udviklingsproces end jeg havde forventet. Men eftersom det er første gang jeg stifter bekendtskab med programmet, vil det jo tage lidt længere tid, end hvis man havde arbejdet med det lidt oftere. Det har været en lærerig proces at udvikle programmet. Jeg startede i lidt mindre skala, så det var overskueligt, men for at opfylde kravspecifikationen og for at prøve lidt grænser af med programmet og mig selv, videreudviklede jeg programmet til det endelige resultat. 5.4 Pneumatik Der benyttes pneumatiske funktioner til at udføre de opgaver der er nødvendige på transportbåndet sætte låg og label på syltetøjsglasset. For at illustrere de pneumatiske handlinger PLC en skal styre, opsættes nogle pneumatiske komponenter på den dertil indrettede tavle 6 og disse forbindes til PLC en. Jeg har valgt at én cylinder skal aktiveres for at illustrere at der er tale om en pneumatisk handling. For at gøre opstillingen så simpel som muligt, udføres den samme pneumatiske handling i begge tilfælde (sætte låg og label på glasset). Jeg kunne i princippet også have forbundet en række slanger således at de to pneumatiske handlinger havde bestået at to uafhængige systemer. 4 Komponenternes ikoner er vedlagt som bilag se Bilag 3. 5 Komponenterne er benyttet til Funktionsdiagrammet se Bilag 1. 6 En tavle med en række forskellige pneumatiske komponenter der kan forbindes på mange forskellige måder. herefter benævnes denne tavle også som den pneumatiske tavle. Rune Zaar Østergaard 6

7 Styringsteknik 2007 Det pneumatiske system er opbygget som det kan ses på vedlagte bilag 7. På det vedlagte bilag 8 kan den pneumatiske tavle ses med de forskellige forbindelser der styrer cylinderen. Til det pneumatiske system er der benyttet følgende komponenter (tallet i parentes angiver antallet af komponenter): Cylinder (1) El styret 3/2 retningsventil (1) Mekanisk styret 3/2 retningsventil (2) Tryk styret 5/2 retningsventilventil (1) Forskellige slanger til fordeling af luft. Systemet fungerer på følgende måde; som udgangspunkt er cylinderen (Cylinder) i minus. Og den ene mekanisk styret 3/2 retningsventil (V2) er påvirket. Så snart der kommer et elektrisk signal til den el styrede 3/2 retningsventil (V1), aktiveres denne til det elektriske signal forsvinder igen. Så længe V1 er aktiv forsynes V2 med luft, som i aktiveret stilling sender styreluft til den trykstyrede 5/2 retningsventil (V4). Denne skifter stilling og sender arbejdsluft til Cylinderen, som går i plus. Herefter aktiveres den mekanisk styrede 3/2 retningsventil (V3), som sender styringsluft til V4, som skifter stilling og sender arbejdsluft til Cylinderen, som igen går i minus. Vi er nu tilbage til udgangspunktet. Sekvensskemaet for denne cyklus kan ses på det vedlagte bilag Kommunikation Til løsningen benyttes både strømførende ledninger og lufttryk-førende ledninger. Som det kan ses på vedlagte billeder 10 er PLC ens indgange koblet til transportbåndets tre sensorer og kontakten der fungerer som nødstop med elektriske ledninger. PLC ens udgange sender signaler gennem elektriske ledninger til transportbåndets motor og til den el styrede 3/2 retningsventil på den pneumatiske tavle. De pneumatiske forbindelser er illustreret på vedlagte bilag Milepæl B Systemet er nu forbundet og virker efter hensigten. Opstillingen er blevet afprøvet i forskellige situationer, som fx almindelig drift og forskellige fejlsituationer. Selv om min pneumatiske opstilling var forholdsvis simpel at gå til, viste det sig dog at det var let at begå småfejl på den pneumatiske tavle. Det virkede lidt forvirrende at have en masse komponenter til rådighed, som ikke indgik i min løsning og samtidigt fremgik det ikke altid hvilke ind- og udgange på komponenterne der var til hvad (forsyningsluft, styreluft, afblæsning o. lign.), men det var lærerigt at prøve det af og snuse lidt området. 7 Flerstrengsskema af pneumatisk opstilling er vedlagt som bilag se Bilag 4. 8 Billeder af opstillingen (pneumatiske og elektriske forbindelser) se Bilag 5. 9 Sekvensskema over den pneumatiske cyklus se Bilag Billeder af opstillingen (pneumatiske og elektriske forbindelser) se Bilag De pneumatiske forbindelser kan ses på flerstrengsskemaet (Bilag 4) eller på billederne af opstillingen (Bilag 5). Rune Zaar Østergaard 7

8 Styringsteknik Dokumentation Som dokumentation af projektet henviser jeg til de forskellige bilag der er udarbejdet i denne rapport 12. Ydermere vil projektet, billeder heraf og anden dokumentation kunne findes digitalt på Internettet Konklusion Som opsummering har jeg benyttet programmet LOGO til udvikling af det program der skal styre PLC en. Lavet en pneumatisk opstilling og forbundet de to former for systemer. Undervejs i forløbet udviklede jeg en kravspecifikation der fungerede som en fiktiv virksomheds krav til løsningen, men samtidigt også som en udfordring til mig, heri indgik en stillingstagen til sikkerhed og styring af transportbåndet. Jeg vurderer at min PLCprogramløsning vil kunne benyttes i praksis med et par ændringer, mens min pneumatiske opstilling udelukkende fungerer som illustration for hvad PLC en styrer af funktioner. 7.0 Afslutning For mit vedkommende har dette projekt været en meget lærerig proces, hvor jeg har stiftet bekendtskab med nye områder. Den pneumatiske opstilling fungerede fint som en introduktion til området, men det satte sine begrænsninger at man ikke kunne få løsningen til at udføre noget i praksis. Men tiden og ressourcerne taget i betragtning er det jo forståeligt. Mht. udviklingen af programmet til PLC en var det en meget spændende proces. Det var lidt svært at komme rigtigt i gang, men da jeg først fik knækket nødden og fundet ud af hvordan programmet virkede, var det svært at stoppe igen og man blev grebet lidt i udviklingen. Jo mere man bygger på programmet og jo flere krav man selv stiller til det, jo længere tid tager det at overskue programmet og udviklingen af dette men det var en god udfordring og den proces i forløbet jeg fandt mest interessant. 8.0 Bilagsliste Nedenstående bilag er vedlagt og forefindes på de efterfølgende sider. Bilag 1 Funktionsdiagram. Bilag 2 Ladderdiagram. Bilag 3 Komponenternes ikoner. Bilag 4 Flerstrengsskema af pneumatisk opstilling. Bilag 5 Billeder af opstillingen (pneumatiske og elektriske forbindelser). Bilag 6 Sekvensskema over den pneumatiske cyklus. 12 Se liste over vedlagte bilag i afsnittet herom se 8.0 Bilagsliste. 13 Se mere på Rune Zaar Østergaard 8

9

10

11

12

13

14

15

16 Bilag 3 Komponenternes ikoner Input Output Q Or 1 And & Inverter 1 Set-Reset RS On-delay Off-delay Pulse Generator Asynkron Pulse Generator

17 Bilag 4 Flerstrengsskema af pneumatisk opstilling Cylinder V2 V3 V4 V1

18 Bilag 5 Billeder af opstillingen Billede af hele opstillingen. Billede af den pneumatiske del. Billede af PLC, transportbånd og de elektriske Forbindelser.

19 Bilag 6 Sekvensskema over den pneumatiske cyklus V1 V4 V3 V4 V2 + Cylinder _ arbejdsforløb