Programozható Logikai Vezérlők

Átírás

1 Programozható Logikai Vezérlők Pneumatikai elemek alkalmazása az iparban 9. Csoport: Ágoston Máté Gulyás Péter Nagy Szilveszter András Tolvaj Csilla LMFJWB HAFSIW PWNW3Y DB08P2 2017/18/2 félév 1

2 Tartalom 1. Bevezetés Mi is az a pneumatika? A pneumatika előnyei, hátrányai Előnyök Hátrányok A sűrített levegő előállítása Pneumatika és a PLC összekapcsolódása Pneumatikai összeállítás Felhasznált eszközeink Series MY1H40G Precíziós lineáris vezető Körvonal munkahenger UNIMEC BP100E és BP663/E 281 Pneumatikus forgó szállítókar FESTO mechanikusan működtethető szelepek Festo JP-4-1/8 Impulzus szelep FESTO VIMP-MINI szelepsziget és S7 PLC Csatlakozó: Pneumatika csatlakozók és csövek Buktatók a projektfeladatban Kérdések válaszok, mit is tanultunk?

3 1. Bevezetés A sűrített levegő kimutathatóan a legrégibb energiaforma, melyet az ember ismert és saját teljesítményének fokozására felhasznált. A levegőnek, mint közegnek a tudatos felhasználása és a vele való többé-kevésbé tudatos munkavégzés már évezredek óta megfigyelhető. A pneuma kifejezés a régi görögöktől ered, ezt a kifejezést használták a lélegzetvételre és a szélre. A pneuma szóból származik a pneumatik fogalom, mint a légmozgások, légfolyamatok tana. Annak ellenére, hogy a pneumatik az emberiség legrégibb ismeretei közé tartozik, mindössze 1950-től beszélhetünk a gyártástechnikában a pneumatika ipari alkalmazásáról. A kezdeti nehézségek ellenére, melyek az ismeretek és képzés hiányára vezethetőkm vissza, az alkalmazási területek állandóan bővültek. Ma már a sűrített levegő egyetlen korszerű üzemből sem hiányozhat. a pneumatikus berendezéseket a legkülönbözőbb ipari célokra alkalmazzák. [forrás: Festo- Bevezetés a Pneumatikába (P111)] 1.1. Mi is az a pneumatika? A pneumatika a nagy nyomású gáz állapotú közegek műszaki alkalmazásokra felhasználó tudományága. Mivel a pneumatikus eszközök sűrített levegővel működnek, ezért úgy is definiálhatjuk, hogy a pneumatika egy sűrített levegős technológia. A pneumatika a sűrített levegővel történő vezérlést és erőátvitelt jelenti A pneumatika előnyei, hátrányai Előnyök Az energiaforrás, vagyis a sűrített levegő a környezetünkből származik, amely korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre. A használat után a sűrített levegő visszanyeri eredeti állapotát, anélkül, hogy bármi változáson menne át. A sűrített levegő rugalmas, ezért lengés- és vibrációs-csillapításnál, rugózásnál előnyösen alkalmazható. A sűrített levegő csővezetékeken keresztül gyorsan szállítható anélkül, hogy jelentős veszteségek lépnének fel. A felhasználható olyan területeken is ahol fokozott a tűz- és robbanásveszély. A nyomás- és mennyiségszabályozásoknak köszönhetően az energiaátvitel tág határok között szabályozható. A pneumatikai elemek könnyen szerelhetők, karbantarthatók, működésük megbízható. 3

4 Hátrányok A sűrített levegő -a felhasználási helyétől függően - gondos előkészítést igényel, mivel a környezeti levegő kompresszálását követően az nedvességet, valamint szilárd és légnemű szennyeződést is tartalmazhat. A sűrített levegő előállítása a magas energiaárak, valamint a kompresszorok hatásfoka miatt viszonylag drága energiahordozó. A levegő összenyomhatóságából adódóan nem lehet a végrehajtóelemke [forrás: Kéri János: Pneumatika alapfogalmak] 1.3. A sűrített levegő előállítása A sűrített levegő előállítására légsűrítőket (kompresszorokat) alkalmaznak, amelyek az atmoszférikus levegőt a kívánt nyomásértékre sűrítik. A pneumatikus vezérlőrendszerekhez (hajtás, vezérlés) szükséges működtető energiát központi sűrített levegőellátás biztosítja. Ennek megfelelően az energia-átalakítást- és energiaátvitelt nem kell minden felhasználó berendezéshez külön megtervezni. A kompresszorteleptől a sűrített levegő csővezetéken jut el a felhasználóig. A kompresszortelep- és léghálózattervezésekor célszerű figyelembe venni, az adott felhasználókon túlmenően a későbbiekben beszerelésre kerülő berendezéseket is. Nagyon fontos a sűrített levegő tisztasága. Ez biztosítja a berendezések hosszú élettartamát Pneumatika és a PLC összekapcsolódása Napjainkban a pneumatikus technikát széles körben alkalmazzák az iparban: gyártóeszközök és mechanikus robotperifériák működtetésében, mérés automatizálásban, anyagmozgatás gépkiszolgálás (handling) területén. Az itt alkalmazott eszközökben főleg munkavégzésre, egyszerűbb esetekben vezérlésre is pneumatikát használunk. A vezérlési feladatok zömét azonban ma már elektropneumatikával és PLC-vel oldják meg. A fontosabb műveletek felügyeletére szenzorokat használnak. Az itt használt intelligens gyártóeszközök, mechanikus robotperifériák a gyártásautomatizálás legfontosabb elemei. 4

5 2. Pneumatikai összeállítás Mechanikus működtetésű szelepek Nyomás szabályzó és tisztító állomás Unimat forgó szállítókar Precíziós lineáris vezető Impulzus szelep Pneumatikus körvonal-munkahenger 1. ábra: A laborban összeállított pneumatikus rendszer A rendszerünk indításához mindkét funkcióhoz két-kezes indításra van szükség, ezzel biztosítva, hogy alapesetben ne tudjon benyúlni az üzemeltető a munkaterületre. 5

6 3. Felhasznált eszközeink 3.1. Series MY1H40G Precíziós lineáris vezető 2. ábra: Series MY1H műszaki rajza Az 2. ábrán látható a vezető egység műszaki rajza, melyet precíziós mozgásokhoz, végpontok eléréséhez használnak az iparban. Több felfogatási lehetőséget kínál a mozgatott lapon, így sok szerszám, vagy gyártástechnikai eszköz felszerelhető rá. Működtetése természetesen nagynyomású levegővel történik. Az eszköz további specifikációja a 3.ábrán látható. 3. ábra: Series MY1H40G - specifikációja 6

7 3.2. Körvonal munkahenger 4. ábra: Festo DNSU munkahenger A fenti képen látható munkahengert mi két eszköznél is használjuk. A munkahengerek rögzítése és biztos mozgása érdekében FESTO FEN-12/16-os vezetőkkel (6.ábra) vannak összeépítve. Ezek a munkahengerek nagyobb úton mozognak, mint bármelyik más felhasznált elem az összeállított pneumatikus rendszerünkben. A műszaki leírás az 5. ábrán látható. 5. ábra: Festo DNSU munkahenger műszaki rajza 6. ábra: Festo FEN-12/16 munkahenger vezető 7

8 3.3. UNIMEC BP100E és BP663/E 281 Pneumatikus forgó szállítókar Az első táblázatban összehasonlítjuk, és bemutatjuk a két forgatókart melyet a laborban megtalálhatunk, és a pneumatikus rendszerünkben használtunk. A baloldali eszköz a nagy testvér melyről a specifikáció is tanuskodik. BP100E BP663E A lenti ábrákon a pneumatikus karok műszaki rajza látható: 8

9 További leírás: Ipari keretek között anyagmegmunkáláskor és pozícionáláskor használunk ilyen forgatókarokat. Ahogy a lineáris vezetőnél, úgy itt is lehetőségünk van több fajta szerszám vagy ipari eszköz felfogatására is. Fontos tulajdonságuk, hogy működésük közben azonos működést ismételnek ciklikusan, melyekben viszont eszközönként beállítható a fenti és lenti végállás valamint a működési sebesség. Forgatáskor a végállásaiban rugós csillapítás gondoskodik az eszköz védelméről. Ezeken a pontokon közelítés érzékelőkkel is el vannak látva a forgatókarok, így ezzel kiegészítve, ipari alkalmazásokkor visszajelzést is kaphatunk működésükről, illetve aktuális állásukról. 1. táblázat: UNIMEC forgó karok összehasonlítása 3.4. FESTO mechanikusan működtethető szelepek LS-3-1/8 VS-3-1/8 RS-3-1/8 Peckes karú szelep Szár működtetett szelep Görgős karú szelep 2. táblázat: Mechanikus szelepek összehasonlítása A szelepek működésük szempontjából mind 3/2 zárt, monostabil típusúak. Mindegyik szelep 2,8-8 bar nyomás között üzemképes. Az összeállításunkban 6 bar nyomáson működik a rendszer, így biztonságosan a működési tartományon belül használjuk a szelepeket. 9

10 3.5. Festo JP-4-1/8 Impulzus szelep 7. ábra: JP-4-1/8 impulzus szelep A 7. ábrán látható a pneumatikai rendszerünk egyik alapköve, amelynek segítségével ciklikusan tudjuk változtatni a levegő irányát. Ez nem más, mint egy impulzus szelep. Ezen szelep segítségével felváltva tud mozogni mindkét körvonal munkahengerünk, és a forgatókarok is, egy azon ütemben. A szelep 10 bar-ig képes üzemszerűen működni, ami az általunk használt 6 bar-hoz tökéletesen megfelelő. Az alább látható 3. táblázatban megtalálható az eszköz teljes specifikációja. 3. Táblázat: Az impulzus szelep műszaki specifikációja 10

11 3.6. FESTO VIMP-MINI szelepsziget és S7 PLC 8. ábra: Festo VIMP MINI szelepsziget A szelepsziget (8.ábra) lényegében egy pneumatikus elosztóközpont, mely működtethető egy valamilyen programozható logikai vezérlővel. Egy darab pneumatikus bemenetén fix nyomást biztosít a disztribúcióhoz, és kapcsoláshoz, amit a csatornákként kapcsolható kártyái segítségével old meg. Alapállásban mindegyik kártya A kimenete továbbítja a nyomást egy pneumatikai eszköz felé, de magas jel 1 hatására vált a szelep és B irányába megy a nagynyomású levegő. A szelepsziget működtetéséhez szükségünk volt egy PLC-re. A laborban egy S7 1214C volt (9.ábra) melyet egy korábbi projekthez már használtak, és LED paneleket programoztak vele. 9. ábra: S7-1214C A PLC adatlapjáról (10.ábra) kiderítve a digitális kimenetek 24V DC jellel tökéletesen alkalmasnak bizonyultak, hogy működtethessük a szelepszigetet. Az egyetlen kérdés ezen 11

12 kimenetek terhelhetősége volt. A dokumentációja szerint a digitális kimenetein 0,5A-t képes leadni a PLC. A szelepszigetet külső tápról táplálva lemértük az áramfelvételét, mely kimenetenként 20mA volt. Ezzel megállapítottuk, hogy a PLC képes lesz vezérelni a szelepszigetet. A további alkalmazáshoz meg kellett tudni a csatlakozó lábkiosztását, mely tüskék számában eltért a katalógustól (11.ábra), és meg kellett bizonyosodnunk a helyességéről. Ezt egy egyszerű méréssel végeztünk el. 10. ábra: S7-1214C digitális kimeneteinek specifikációja 11. ábra: Festo - szelepsziget csatlakozó adatok a katalógus alapján 12

13 Csatlakozó: A képen látható csatlakozó felső 8 csatlakozópontja vezérli a 8 szelepvezérlőt mint csatorna. Balról jobbra 32-től, 39-ig vannak számozva a vezérlők, melyekből kapcsolni csak az első négy volt képes, így ezekkel oldottuk volna meg a pneumatikai összeállításunk vezérlését. Pozitív csatlakozópontok Negatív csatlakozópontok A csatlakozás során a PLC-hez a TIA Portalt használtuk, melyben online módban képesek voltunk változtatni egyes kimenetek értékét a tesztelés során. A problémába ott ütköztünk mikor a kimeneten csak 3 V körüli értéket mértünk, a szükséges 24 V helyett. Sajnos a korábbi LED-es projekt miatt a PLC kötései nem 24V-os meghajtást biztosítottak a kimeneti kártyának. Ennek okán nem tudtuk üzembe helyezni a szelepszigetet programozott módon. A későbbiekben majd ezt a problémát kiküszöbölve megvalósítható lesz a szelepsziget beépítése a jelenlegi rendszerbe, illetve annak vezérlése egy PLC segítségével. 13

14 3.7. Pneumatika csatlakozók és csövek 12. ábra: Festo csatlakozó elemek Az egyes elemek összekötését, valamint az elágazások megvalósítását speciális pneumatikai elemekkel kell megoldani. Ezek az elemek mind sajátos rögzítési megoldással rendelkeznek, ami gyorscsatlakozónak tekinthető és szerszám nélküli szerelhetőséget biztosít. A 12. ábrán látható a széleskörű választék, melyet a cég kínál, így minden alkalmazás során igényes kábelezés valósítható meg. Esetünkben sajnos a jelenlegi készlettel kellett gazdálkodnunk, amit a laborból össze tudtunk szedni, így nem volt lehetőségünk mindenhol a szép kiépítés elkészítésére. 13. ábra: Festo poliuretán cső A csövek (13.ábra) poliuretán alapanyagból készültek és elviselik a nagy nyomást egészen 10 bar-ig. Flexibilisek, rendkívül időtállók és több színben méretben kaphatók. Sajnos ezen a téren 14

15 is az aktuális labor készletre kellett hagyatkoznunk, de ettől eltekintve az ipar amúgy is a kék színt preferálja, ha pneumatikáról van szó, így ezzel építettük fel a rendszert. Sajnos a lefogatás és a csövek elrendezése, további elemeket igényelne, így sajnos nem tökéletes a rendszerkép. 4. Buktatók a projektfeladatban 1. Nem volt megfelelő kábel a szelepsziget és a PLC kimenetek közé. 2. A PLC kimeneti kártyája nem 24V vezérlő feszültséget szolgáltatott, újra kötést igényel. 3. Kevés pneumatikus csatlakozó állt rendelkezésünkre, ezért sok felesleges átalakításra volt szükség. 4. A kapott PLC szoftvere V12-es volt, az általunk használt TIA Portal pedig V13-as. 5. Kérdések válaszok, mit is tanultunk? Szolgáltathat-e a PLC kimeneti kártyája kevesebb mint 20 V-ot? Igen, hogyha a kimeneti kártya meghajtására kisebb feszültséget adunk mint 20 V. Képes-e a S7-1214C PLC önállóan a pneumatikai rendszer vezérlésére? NEM, mert szükség van egy szelepszigetre, vagy szelepre, ami összeköti a PLC-t a pneumatikával. Mekkora a fentebb említett Festo VIMP Mini szelepsziget áramfelvétele csatornánként, ha éppen kapcsol, és magas állapotban van? 20mA 15