SZAKDOLGOZAT Kiss Gergő W7U3B5 Gépészmérnöki BSc szak

Átírás

1 Széchenyi István Egyetem Gépészmérnöki, Informatikai és Villamosmérnöki Kar SZAKDOLGOZAT Kiss Gergő W7U3B5 Gépészmérnöki BSc szak 2016

2 SZÉCHENYI ISTVÁN EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI, INFORMATIKAI ÉS VILLAMOSMÉRNÖKI KAR SZAKDOLGOZAT Fúró-marógép alkatrész adagolójának átalakítása és PLC vezérlés tervezése Kiss Gergő W7U3B5 Gépészmérnöki BSc szak Gépgyártástechnológia Belső konzulens: Jáger Attila Automatizálási Tanszék Külső konzulens: Kiss István Velux Magyarország Kft. Győr, 2016

3 Hallgató adatai Feladat-kiíró lap szakdolgozathoz Név: Kiss Gergő Szak: Gépészmérnöki BSc Specializáció: Gépgyártástechnológia A szakdolgozat adatai Kezdő tanév és félév: 2016/2017/1 Nyelv: magyar Típus: nyilvános Neptun-kód: W7U3B5 Tagozat: nappali Fúró- marógép alkatrész adagolójának átalakítása és PLC vezérlés Feladatok részletezése: tervezése 1) Irodalomkutatás: ifm electronic Termékkatalógus: Érzékelők speciális alkalmazásokhoz 2) Feladat/Probléma: A korábban két operátort igénylő fúró-maró munkaállomáson levő operátorok számát egyre le kell redukálni a gyártás gazdaságosabbá tétele miatt. Fúró- marógép és adagoló PLC vezérlésének megtervezése, összehangolása, adagoló szükség szerinti mechanikus átalakítása Gazdaságossági számítások elvégzése 3) Feladat/Probléma megoldása: A fúró-marógép alkatrész adagolójának automatizációjával egy operátor munkája elég az adott munkaállomásra. Belső konzulens adatai Név: Jáger Attila Tanszék: Automatizálási Tanszék Beosztás: Tanszéki mérnök Külső konzulens adatai Név: Kiss István Munkahely: VELUX Magyarország Kft. Beosztás: Üzemvezető Győr, belső konzulens külső konzulens Járműgyártási Tanszék Dr. Jósvai János

4 Nyilatkozat Alulírott, Kiss Gergő, gépészmérnöki, Bsc szakos hallgató kijelentem, hogy a Fúró-marógép alkatrész adagolójának átalakítása és PLC vezérlés tervezése című szakdolgozat feladat kidolgozása a saját munkám, abban csak a megjelölt forrásokat, és a megjelölt mértékben használtam fel, az idézés szabályainak megfelelően, a hivatkozások pontos megjelölésével. Eredményeim saját munkán, számításokon, kutatáson, valós méréseken alapulnak, és a legjobb tudásom szerint hitelesek. dátum hallgató aláírása

5 Kivonat Fúró-marógép alkatrész adagolójának átalakítása és PLC vezérlés tervezése Szakdolgozatom témája egy fúró-maró CNC vezérlésű egyedi célgép automata alkatrész ellátó rendszerének mechanikai illetve vezérléstechnikai PLC megtervezése. Az automata alkatrész továbbítás a célgép nagy fizikai kiterjedése miatt szállítószalagos megoldást indokolt, amelyhez egy egyedileg tervezett alkatrész adagoló mechanizmus telepítése volt szükséges, amely lehetővé teszi az alkatrészek megfelelő mennyiségben és alkalmas időben való behordását a számítógép vezérelt megmunkáló gépbe. Az alkatrész adagolás megvalósítására több lehetőséget is megvizsgáltam a kidolgozás során, majd több szempont alapján megtörtént az optimális adagoló mechanizmus kiválasztása. Ezt követte a gép vezérléstechnikai tervezése, melyhez egy Omron Zen programozható egységet választottam. A gép mechanikai és PLC tervezése mellett projektmenedzselési feladatokat is elláttam, mivel az általam fejlesztett gép telepítése és üzembe helyezése a műszaki dokumentációim alapján meg fog történni. A projektmenedzselési folyamat a szükséges alkatrészek árajánlatainak kérésére, valamint a gépegység fizikai összeállításának koordinálására terjedt ki. Az általam tervezett automata adagoló rendszer lehetővé teszi a gép kiszolgálását egy operátorral a jelen állapotban kettőt lekötő munkahelyen. Ennek következtében a felszabadult operátor, mint erőforrás a gyártás más szegmensére koncentrálódhat, így növelve a gyártás hatékonyságát. Szakdolgozati munkám eredményeképp létrejött egy gazdaságosabb gyártást támogató gépegység, melyből szellemi javadalmam származott a gép tervezése alatt folytatott mérnöki munka során.

6 Abstract Reconstruction of the part supplier of a drilling-milling machine and planning of it s PLC My thesis focuses on the mechanical and PLC designing of an automatic component-supplier system for a CNC controlled drilling-milling machine. Due to the machine s physical size, the use of conveyors was found to be necessary for the automatic component-transferring system to which the installation of a specifically constructed component-supplier mechanism was needed that got the desirable amount of components delivered to the computer-controlled machine. I examined more possibilites concerning the implementation of a suitable component-supplier, then several criteria were taken into consideration when the optimal supplier-mechanism was sorted out. I chose one of the Omron Zen programmable units to design the controller of the machine. After the approval of the installation and application of the selfdeveloped machine on the basis of my scientific documentation, I was in charge of solving project management tasks as well beside the mechanical and PLC designing of the component-supplier machine. These project management tasks included the calculation of the expectable costs of the necessary components as well as the coordination and supervision of the setting up of the machine. Due to the economical benefits of the self-designed automatic component-supplier machine, the operation of the unit becomes financially more advantageous because it does not require as much labourforce as previously. Instead of two operators, one is enough to operate the unit while the other one as human resource could focus on other parts of the process of production so as to increase the efficiency of productivity to a significant extent. Not only did I intellectually benefit from the scientific work but the result of my thesis contributed a lot to a much more efficient and economically more productive unit.

7 Tartalomjegyzék 1. Bevezetés Kapcsolat a céggel Cégismertető, rövid cégtörténet Irodalomkutatás Számítógép vezérelt gépek Az információfeldolgozás folyamata CNC vezérléseknél Pneumatika fejlődése, jelentősége napjainkban Pneumatikus rendszerek főbb építőelemei Pneumatikus végrehajtók Pneumatikus vezérlőelemek Útszelepek működtetési változatai PLC Programozható Logikai Vezérlő PLC-k funkcionális egységei PLC-k tárfajtái Elektromos érzékelők és a PLC-k kapcsolata PLC programozási lehetőségek PLC készülékek ismertetése Probléma felvetése Mechanikai és PLC vezérlés tervezés Gépegységek ismertetése Megmunkáló CNC gép Szállítószalag Gépen megmunkált alkatrészek ismertetése Gépegységek modellezése szoftver segítségével Automata alkatrész átadó mechanikai kivitelének lehetőségei Motoros áttoló egység Láncos áttoló egység Vákuum-ejektoros átadó egység... 30

8 Dugattyúrúd nélküli munkahengerrel működő áttoló Automata alkatrész áttoló egység kiválasztása Adagoló rendszer mechanikai tervezése: Oldalvezetés Adagoló rendszer mechanikai tervezése: Munkahenger Mellékletekben alkalmazott rajzszámrendszer ismertetése Különböző PLC vezérlő lehetőségek Az alkatrész adagoló PLC vezérlése PLC ki- és bemeneteinek ismertetése Alkalmazott eszközök ismertetése, funkcióik: bemenetek Alkalmazott eszközök ismertetése: kimenetek PLC program ismertetése Összegzés, konklúzió Irodalomjegyzék Mellékletek... 53

9 1. Bevezetés A megújulás gyakran óriási kihívás, de megéri a ráfordított fáradságot, időt, pénzt. A cégek gyakran erős és rendszerint világméretű konkurenciával állnak szemben, emiatt nem kerülhetik ki, hogy vevőik igényeit teljes mértékben kielégítsék. További megoldásra, fejlesztésre váró folyamat a minél környezettudatosabb szemléletmód kialakítása, amely napjainkban mindinkább fontosabb tényezővé válik. A gépek termelő kapacitásának növelését az ökoszisztéma megóvásával kell elérni. Ezek csak néhányat jelentenek azon kihívások közül, amelyekkel egy nagyvállalat nap, mint nap szembetalálja magát a versenyképességért folytatott harcban. A Velux Magyarország Kft. vezetése elkötelezte magát a minél korszerűbb, környezetbarát, a biztonság legmagasabb fokát szem előtt tartó technológiák bevezetésére és alkalmazására. Ennek egyik lehetséges módja az emberi tényező valamilyen fokú kivonása egyes gyártási folyamatokból, ezeknek a rendszereknek az automatizálttá tételével. Erre lehetőséget nyújt korunk technikai fejlettsége. A számítógép által vezérelt gépek a fejlett ipar minden területén egyre nagyobb és nagyobb teret hódítanak a korábban alkalmazott, mára elavultnak számító technológiákkal szemben. Automatizált gépek, gépegységek alkalmazásával nemcsak gyorsabbá, gazdaságosabbá tehetők egyes gyártási folyamatok, de az emberi hibalehetőség kockázata is csökkenthető a minőség magas szinten tartása mellett. Ámbár, ez nem szükségszerűen jelenti azt, hogy az emberi helyzetfelismerő, gyors problémamegoldó képesség nélkülözhető lenne, mindinkább szükséges ezeknek a rendszereknek a telepítésében, fenntartásában, karbantartásában. A jelen kor mérnökének feladata megtalálni a kritikus egyensúlyt a kor technikai fejlettségének tükrében az automatizált berendezések és az emberi munka harmóniájának tekintetében, hogy biztosítani tudják az ember és a gép hatékony együttműködését. 1

10 2. Kapcsolat a céggel Szakdolgozati munkámat a Velux Magyarország Kft.-nél dolgoztam ki, amely egy mély gyökerekkel rendelkező multinacionális vállalat. A céggel a Széchenyi István Egyetem állásbörzéjén ismerkedtem meg, ahol már megfogott a cég nagysága, valamint azt ott alkalmazott technológiák széles köre. Már az állásbörze alkalmával meggyőzött a cégnek a jelen levő mérnök kollegája szakmai felkészültségéről, tapasztalatáról. Rövidesen tagja lettem a cég csapatának, mint szakmai gyakornok és azóta is bővítem mérnöki ismereteimet a nap, mint nap felmerülő kihívások okán Cégismertető, rövid cégtörténet A Velux Magyarország Kft. egy főként tetőtéri ablakokat gyártó és árnyékolástechnikával foglalkozó multinacionális vállalat. Történte 1941-re nyúlik vissza, amikor Villum Kann Rasmussen kifejlesztette és létrehozta az első tetőtéri ablakot, majd a VELUX nevet adta neki. A szó egy összetételből származik. VE, mint ventilláció, szellőzés és LUX, mint fény. Már 1941-ben beadta szabadalmát és céget alapított. Az egyéni vállalat 70 év alatt világméretűvé vált. A Velux cégcsoport a VKR Holding tulajdonában áll. A VKR Holding 120 vállalatot tömörít, 40 országban van jelen és megközelítőleg munkavállalót foglalkoztat. A Holding négy fő üzleti területe: [1] tetőtéri ablakok homlokzati ablakok napenergia szellőzés és beltéri klímatechnika [1] A Velux Magyarország Kft 1986 óta van jelen a haza piacon, Fertődön és Fertőszentmiklóson rendelkezik gyártóegységekkel. A Velux arculat egyik legfontosabb eleme, a fenntarthatóság: a környezettudatos gondolkodás. [1] 2

11 3. Irodalomkutatás Szakdolgozatom irodalomkutatás része azt a logikai felépítést követi, amelyet a szakdolgozat témájának szánt feladat kidolgozása során felmerülő gyakorlati problémák elméleti kiegészítéséül alkalmaztam Számítógép vezérelt gépek Szakdolgozatom fejlesztésre váró gépe egy Danlist típusú, dán gyártmányú fúró maró CNC vezérlésű gépegysége, melyhez automata adagoló rendszert kell terveznem, ezért szükségszerűnek érzem a gépen alkalmazott technológiák beható tanulmányozását. [2] Korunk modern CNC (Computer Numerical Control számítógépes számjegyvezérlés) gépeinek a félvezetők gyártásának és alkalmazásának technológiai megújulásával nyílt lehetőségünk, aminek köszönhetően a gépgyártástechnológiában rohamosan kezdtek elterjedni és mára szinte kizárólagos alkalmazást nyertek. Jellegzetessége e gépeknek, hogy a vezérlés digitális jeleket értelmez. [2] Az információfeldolgozás folyamata CNC vezérléseknél A CNC vezérlés funkcióábrája (1. ábra) tartalmazza a gép főbb felépítő egységeit, a jeláramlás, jelfeldolgozás folyamatát, valamint a kapcsolatot az egyes egységek között. A vezérlés lelke a központi egység (CPU). A korszerű CNC gépek adatforgalma az ún. BUS rendszeren keresztül bonyolódik, ehhez kapcsolódnak a gép különböző moduljai. Memóriaegysége két különböző egységre bontható: ROM-ra és RAM-ra. A ROM feladata a vezérlés működésének meghatározása, míg a RAM segítségével tudjuk a programokat eltárolni. [3] 3

12 Fontos szerepet töltenek még be a kezelő szervek és a kijelzők, melyeknek segítségével a gép szabályzása történhet. A vezérlő egység által irányított végrehajtó elemek végzik a géptől elvárt mozgásokat, megmunkálásokat. Főképp biztonsági szempontból jelentős a felügyeleti egységek megléte, amely többek között ellenőrzi a hidraulikus rendszer megfelelőségét, tápfeszültséget, biztonsági, reteszelő kapcsolók meglétét, működésének helyességét. [3] 1. ábra: CNC vezérlés funkcióábrája [3] A funkcióábrából szembetűnő, hogy a korszerű CNC gépek működésének egyik legfőbb alapelemi a logikai vezérlők és a végrehajtók. A korszerű CNC gépeken számos funkciót találhatunk, (hűtés-kenés, burkolatok mozgatása, tolótömb, szerszámcsere mozgások) melyek PLC vezérlésen keresztül aktiválhatók. Szakdolgozatom megfelelő irodalomjegyzék fejezetében épp ezért kiemelt fontossággal tárgyalom ezek ismérveit. [3] 4

13 3.2. Pneumatika fejlődése, jelentősége napjainkban Modern korunk ipari gépei elképzelhetetlenek lennének pneumatikus berendezések, végrehajtók nélkül. Azonban nem magától értetődő ezeknek a technológiáknak a megléte. A sűrített levegő, mint energiaforma használata nem újkeletű, régmúltra tekint vissza az alkalmazása. Írásos források hitelt érdemlően bizonyítják, hogy a görög Ktesibios már kétezer évvel ezelőtt készített sűrített levegővel működő katapultot. Magát a fogalmat, mint pneumatika a görög Pneuma szóból származtatják, mint légmozgások, légfolyamok tana. Annak ellenére, hogy a sűrített levegő, mint energiahordozó felhasználása évezredes, az erre vonatkozó szisztematikus kutatásokat az elmúlt században végezték el. A pneumatika ipari alkalmazásáról csak az 1950-es évektől beszélhetünk számottevően, holott már korábban a vasúttechnikában, bányászatban, építőiparban korábban is szerepet kapott. A kezdeti nehézségek ellenére az automatizáció, munkafolyamatok racionalizálásakor jelentősen kibővült alkalmazásának köre mára már minden korszerű és kevésbé korszerű üzemnek elengedhetetlen kelléke a sűrített levegő. [4] Pneumatikus rendszerek főbb építőelemei A pneumatikus rendszerek négy alapvető elemcsoportból épülnek fel. Kompresszorok, légsűrítők, levegő előkészítő egységek melyeknek a feladata az atmoszférikus nyomású levegőt összesűríteni a kívánt nyomásértékre, szűrni, tisztítani, olajköddel előkészíteni a munkavégzésre felhasznált levegőt. [4,5] Végrehajtó elemek, melyeknek a feladata a nagy nyomásból származó energia átalakítása mechanikus energiává (forgó vagy egyenes vonalú mozgássá). [4,5] 5

14 Vezérlő elemek, vagy irányítóelemek, amelyek meghatározzák, illetve irányítják az áramló levegő útját, mennyiségét és nyomását. Rendszerfelügyeleti funkciójuk is jelentős, mivel lehetővé teszik, hogy a rendszerben keletkező nyomás ne haladhasson meg egy előre beállított értéket. Az irányítóelemek ezen fontos csoportját nyomáshatároló szelepeknek (2. ábra) nevezzük. Ezek az elemek a szivattyúkat is óvják az esetleges túlterheléstől. [4,5,6] 2. ábra: Nyomáshatároló szelep [6] Levegőszállítást biztosító pneumatikus vezetékek, valamint csatlakozók. A pneumatikus vezérlő és végrehajtó elemek levegőellátását központi levegőellátó rendszer biztosítja, innen ágaznak el a vezetékek, amelyek a felhasználás helyére szállítják a nagy nyomású levegőt. A pneumatikus vezetékek flexibilis vezetékek, melyeknek anyaga polietilén vagy poliamid. A poliamid csövek előnye, hogy magas üzemi hőmérsékletet képesek elviselni, olajállóak valamint nagyobb nyomással terhelhetők. [4,5] Szakdolgozatom témájában a pneumatikus vezérlő és végrehajtó elemek kapnak nagyobb szerepet, így ezek részletesebb irodalomkutatásának nagyobb részt szentelek. 6

15 Pneumatikus végrehajtók A pneumatikus végrehajtók szerepe a gépipari automatizálásban a sűrített levegőben rejlő energia átalakítása egyenes vonalú, illetőleg forgó mozgássá. Az egyenes vonalú mozgást létrehozó eszközöket munkahengereknek nevezzük. Melyek típusai a következők: [4] Egyszeres működésű munkahenger Kettősműködésű henger Különleges kettősműködésű munkahengerek Egyedi kivitelű hengerek [4] Az egyszeres működésű henger (3. ábra) elve, hogy mindig csak az egyik hengertér kap levegőellátást, ebből következően csak egy irányban végezhet munkát, a levegőellátás megszűnését követően a dugattyút rugóerő, vagy súlyerő tolja vissza alapállásba. Hengerterét egy membrán zárja le, ami kenést nem igényel, ennek ellenére tökéletesen tömít. Ezeket a hengereket nevezzük monostabil hengernek is, mivel csak egy stabil helyzete létezik. Erre utal a mono (egy) kifejezés. Ezek a hengerek általában rövid löketűek, kilökésre, sajtolásra, fékek gyártása esetén használják őket. [4] 3. ábra: Egyszeres működésű henger rajzi jelölése és műszaki ábrázolása [4] 7

16 Kettős működésű hengerek (4. ábra) esetén a sűrített levegő a dugattyút a házban már két irányban képes mozgatni, ezzel kiváltja a rugó szerepét. Ezt a hengertípust olyan esetben alkalmazzák, ahol a hengernek visszafele is munkát kell végezni. Legfőbb felépítő egységei: hengercső, dugattyú, dugattyúrúd, valamint a két hengerfedél elöl és hátul. Munkahosszának a dugattyúrúd kihajlása szab csak korlátot. Összességében elmondható, hogy 100 mm-es lökethosszig és maximálisan 200 mm-es hengerátmérőig használatosak. [4] 4. ábra: Kettősműködésű henger rajzi jelölése és műszaki ábrázolása [4] Munkahengereket löketvégi csillapítással olyan esetben alkalmazzák, ahol a dugattyú nagy tömegeket mozgat meg, ezáltal a dugattyú hengerfedelén való felütközését egy csillapítással enyhítik, ezáltal megakadályozható a károsodás. Csillapítást fojtószelepek alkalmazásával is el lehet érni. A csillapítás mértékét a szelep állításával tudjuk szabályozni, a szelep teljesen nyitott állásánál a csillapítás mértéke csekélyebb, minél jobban zárt állapotban van a szelep a csillapítás annál számottevőbb. [4] A különleges kettősműködésű munkahengerek csoportjába sorolhatók a dugattyúrúd nélküli munkahengerek (5. ábra). Ezeknek a legfőbb előnye a korábban tárgyalt munkahengerekhez képest, hogy a beépítési hossza jelentősen rövidebb, de ennek ellenére munkavégző hosszúsága nagyobb, valamint nem kell tartani a dugattyúrúd kihajlásának veszélyétől. Ezt a típust az extrém hosszú löketekhez alkalmazzák akár 10m-es lökethosszúságig. Az erő a dugattyú mindkét mozgási irányában megegyezik a dugattyú felületeinek azonossága miatt. [4] 8

17 5. ábra: Dugattyúrúd nélküli munkahenger [4] Másik csoportja a különleges munkahengereknek a szalaghengerek (6. ábra). Működésének lényege, hogy a dugattyú erejét a szánra egy körbefutó szalag viszi át. Maga a szalag egy veszélyforrást is rejt magában, mivel a vezetőgörgőkhöz szennyeződést tudna behordani, ezt elkerülendő a szalag végén lehúzó csíkok gondoskodnak a szennyeződések eltávolításáról. [4] 6. ábra: Szalaghenger [4] A különleges munkahengerek harmadik jelentős említést érdemlő csoportja az átmenő dugattyúrudas munkahenger (7. ábra). Lényege, hogy a munkahenger mindkét oldalán dugattyúrúd helyezkedik el. Különbsége a korábban tárgyalt munkahengerekkel szemben abban rejlik, hogy a dugattyú mindkét hengerfélben történő megvezetéséből adódóan sokkal merevebb, valamint csekély oldalirányú erő felvételére is alkalmas. [4] 7. ábra: átmenő dugattyúrudas munkahenger [4] 9

18 Az egyedi kivitelű hengereket a felhasználó kifejezett kérésére készít a gyártó. Ezeket a hengereket különleges igénybevételeknek kitett helyeken alkalmazzák. Extrém hőterhelésnek kitett dugattyúkat hőálló tömítéssel látnak el. Nagy terhelés, kihajlás veszélyének kitett dugattyúkat erősített dugattyúrúddal gyártanak. [4] 10

19 Pneumatikus vezérlőelemek A pneumatikus vezérlőelemek feladata az áramló levegő útjának, nyomásásnak és mennyiségének szabályozása. Az irányítóelemeket öt csoportba lehet sorolni a funkciójukat tekintve, melyek a következők: [5] Útszelepek vagy útváltók Záró szelepek Nyomásszelepek Áramlásszelepek Elzáró szelepek [5] Útszelepek azok a vezérlőelemek, melyek a levegő áramlási irányát hivatottak meghatározni. Útszelep alaphelyzete az az állapot, amikor a szelep mozgó részei nyugalmi (nem feszített, nyomásmentes) állapotban vannak. Az útszelepeket mindig két számmal és közötte egy / jellel azonosítjuk, valamint működtetési módjára és kapcsolási helyzetükre is utalhatunk a megnevezésben. Például: 2/2-es monostabil mágnesszelep. A jelölés magyarázataként elmondható, hogy a jelölésben az első szám a munkaági csatlakozások számát adja meg a második pedig az útszelep működési helyzeteinek számát. [5] A munkaági csatlakozások tekintetében beszélhetünk két -, három -, négy -, öt -, vagy akár több utas szelepekről. Működési helyzetük szerint a szelepek lehetnek egyrészt monostabil szelepek, amelyek a működtetés után önműködően felveszik stabil alaphelyzetüket rugóerő segítségével. A szelepek másik csoportja a bistabil szelepek, amelyek működtetés után megtartják helyzetüket, nem térnek vissza, mivel nincs kitüntetett alaphelyzetük. A szelepek különleges csoportjába sorolhatók a többállású szelepek, amelyeknek kettőnél több kapcsolási helyzete van. [5] 11

20 Útszelepek működtetési változatai Útszelepek működtetése különböző módokon lehetséges. Beszélhetünk mechanikus szelepműködtetésről. Ennél a működtetési módnál kézzel, két kézzel, lábbal lehetséges a szelepek működési helyzeteinek befolyásolása. Ennek eszközei a forgatógomb, kézi kar, görgőkaros szelepvezérlő. [4,5] Lehetséges a szelepek távműködtetése, ennek egyik megvalósítási módja a pneumatikusan vezérelt szelepek, melyek esetében pneumatikus energia, levegőnyomás segítségével történik a szelepek működési helyzetének változtatása. Pneumatikus vezérlés megvalósítható monostabil, bistabil és többállású szelepek esetében is. A távműködtetés másik megoldási módja az elektromos szelepvezérlés, amely az elektromos és pneumatikus rendszerek összekapcsolását jelenti. Ennek egyik változata a közvetlen szelepvezérlés, amely esetében az elektromágneses erő közvetlenül a szelep kapcsolóelemére hat. A szeleptányér, amely egyben vasmagként is funkcionál, alapállapotában rugóerő szorítja az ülékre. Elektromos áram hatására a mágnestekercsek a vasmagot felemelik, ezáltal a szelep működési helyzetet vált. Ennek a vezérlésnek a hátránya, hogy a szelepülék csak kis átömlési keresztmetszetű lehet, mivel a nagyobb szelepülék nagyobb mágneses erőt igényelne, amely a tekercs túlzott melegedését okozhatná. Többnyire elővezérlő szelepként alkalmazzák őket. A legtöbb szelep 2-5 W teljesítményű egyenárammal működik. [4,5] Szelepek elektromágneses elven történő működtetése lehetséges közvetett módon is elővezérlő szelepek alkalmazásával. Lényege, hogy az alapszelep többnyire bistabil, ennek előnyös tulajdonsága, hogy csak rövid pneumatikus jelet igényel, így az elővezérlő mágnesszelepeket is elég csak kis ideig működtetni. Ennek a vezérlési módnak az előnye, hogy nagy áteresztésű szelepek vezérléséhez is csak kis elektromos teljesítmény szükséges, ezáltal kiküszöbölhető a tekercs melegedése. [4,5] 12

21 3.3. PLC Programozható Logikai Vezérlő Az 1970-es évek elejétől beszélhetünk programozható logikai vezérlésekről azaz PLC-kről, angol megfelelője Programmable Logic Controller. A mikroelektronika ugrásszerű fejlődése előtt alkalmazott és jól bevált relés huzalozott vezérlések egyik legnagyobb hátránya a nagy helyigény, nagy alkatrészigény valamint a programban történő változtatások lehetőségének rugalmatlansága. A rugalmatlansága abból adódik, hogy az egyes logikai elemeket, jelfogókat huzalozással kapcsolják össze, így hozható létre logikai kapcsolat a vezérlők és végrehajtók között. Ezek a fizikai összeköttetések nem, vagy csak nagyon nehezen sok idő ráfordítással módosíthatók. Erre megoldást nyújtanak a kis helyigényű, gyorsabb jelfeldolgozású nagy teljesítményű mikroprocesszorral szerelt programozható logikai vezérlők azaz PLC-k. Azonban a reléket nem váltották le teljesen a vezérléstechnika minden területén, mivel léteznek olyan felhasználási módok, amelyek esetén nagyobb kimenő teljesítmény szükséges, mind amekkorát a PLC rendszerek képesek előállítani. Ilyen esetekben még a relés módszer alkalmazása előnyösebb. [7,11] A tárolt programvezérlés abban különbözik a relés vezérlésektől, hogy a rákapcsolt kimenő és bemenő jelek között a kódolt felhasználói program teremt kapcsolatot. A vezérlés legfőbb előnyei a kis helyigény, a kódolt program gyors, egyszerű változtatásának lehetősége, amely a korábbiakhoz képest jelentősen nagyobb rugalmasságot nyújt a programok módosítására. [7,11] 13

22 PLC-k funkcionális egységei A PLC-k négy, funkcionálisan jól elkülöníthető egységből épülnek fel. A PLC-k moduláris felépítésének köszönhetően az egységek külön modulokban kapnak helyet, melyek a következők: [7,8,11] Központi logikai és feldolgozó egység CPU Tápegység Input/Output egységek Intelligens egységek Kommunikációs egységek [7,8,11] A Central Processing Unit (CPU) vagy magyar megfelelőjét használva központi logikai és feldolgozó egység a PLC vezérlő legfontosabb eleme, hasonlóan a számítógépekhez ez a PLC-k működésének központi irányítója, amely sínrendszeren keresztül létesít kommunikációs kapcsolatot. A központi vezérlőegység ad parancsot a rendszerbe kötött feldolgozóegységeknek. A CPU felelős a RAM-ban tárolt felhasználó programok futtatásáért is. [7,8,11] A tápegység feladata a hálózati feszültség átalakítása, stabilizálása a PLC vezérlés számára. Tápegységekkel szemben támasztott követelmények közé sorolható, hogy áramkimaradás esetén is bizonyos ideig biztosítsa a RAM tartalmának megőrzését. [7,8,11] 14

23 I/O egységek a programozható logikai vezérlők ki- és bementi pontjai. Megkülönböztetünk digitális ki- és bementi egységeket. Ezek csak olyan jeleket képesek értelmezni, amelyeknek két lehetséges állapotuk van (0,1). Másik főbb típusa az analóg ki és bementi egységek. Az analóg bementi egységek A/D konvertáló segítségével képes értelmezni a vezérlés. A legtöbb egység esetében a bemenetek állapotát világító ledek jelzik. A zavaró jelek kiküszöbölése eszközéül a vezérlés a bemenetekről érkező jeleket kétszer mintavételezi és csak akkor fogadja el érvényesnek ha a két jel egyező. A beérkező jelek feldolgozása után a kimeneteken távozik a számított eredmény. [7,8,11] Az intelligens egységek egyfajta speciális rendszerfelügyeletet látnak el. Az ipari alkalmazástól függően többféle funkciót láthatnak el. Ezek közül néhányat kiemelve: fordulatszámmérés, útmérés, pozícionálás, impulzusszámlálás, hőmérsékletmérés, áramlásmérés, naplózás, időzítő funkció. [7,8,11] A kommunikációs egységek teszik lehetővé, hogy a PLC kommunikálni tudjon a hálózatra kapcsolt többi eszközzel, számítógéppel vagy nyomtatóval. [7,8,11] PLC-k tárfajtái A programozható vezérlések többféle memóriával rendelkeznek. Ezek közül az egyik a ROM, azaz Read Only Memory csak olvasható memória. Ebből a memóriafajtából történik a gyártó által beégetett felhasználói program betöltése működtetés során. Ennek tartalma védett, semmiféle módosítására nem nyílik lehetőség. Létezik ennek egy speciális fajtája a PROM, azaz Programozható ROM, amely lehetőséget ad a készülék felhasználói program megírására, de ezután módosításra már nincs lehetősége. [11] 15

24 A memóriák másik említésre érdemes típusa a RAM. Az ide beírt adatok tetszőleges gyakorisággal módosíthatók, ebben a memóriában történik a PLC programok tárolása. A RAM-ot feszültségvédelemmel kell ellátni, amely lehetővé teszi a készülék kikapcsolását követően a tárolt programok megőrzését. Erre a célja pufferakkumulátort alkalmaznak. [11] A törölhető tárolók között a törlés módja szerint különbséget lehet tenni. Az EPROM (Erasable PROM) ibolyán túli fénnyel törölhetők, illetve EEROM (Electrically Erasable ROM) elektromosan törölhetők. [11] Elektromos érzékelők és a PLC-k kapcsolata Az elektromos érzékelők szerepe, hogy figyeljék az éppen zajló folyamatokat, majd ezt egy jól értelmezhető, kiértékelhető információk formájában továbbítsák a PLC készülék fele. Működésük szerint megkülönböztetünk érintéses és érintés nélküli érzékelőket. A továbbiakban az érzékelők legfontosabb típusait ismertetném, mivel ezeknek nagy szerep jut a szakdolgozatom további fejezeteiben. [9,10,11] A közelítés kapcsolók működésének lényege, hogy érintésmentes kapcsolást valósít meg, ebből kifolyólag magas élettartam és megbízhatóság jellemzi, ellenben a szennyeződésre meglehetősen érzékenyek. Négy fő típusát különböztetünk meg, melyeket a következő felsorolás tartalmaz: [9,10,11] mágneses érzékelő induktív érzékelő kapacitív érzékelő fotoelektromos érzékelő [9,10,11] 16

25 A mágneses (reed) közelítés kapcsoló (8. ábra) működése mágneses úton történik. Két érintkező nyelvből épül fel, amelyek egy védőgázzal töltött csőben kaptak helyet. Az érintkező nyelvek acélrugók. Amikor ez érintkezőkhöz állandó mágnest közelítünk az érintkezők kapcsolnak, majd jelet továbbít a feldolgozás fele. A mágnes eltávolításával a kapcsolat megszakad. Reed relék jellemzője a magas fokú megbízhatóság és a rövid (0,2 ms) kapcsolási idő jellemzi. Zavaró mágneses térre érzékenyen reagálnak működésük során. A mágneses mezők áthatolnak minden nem mágnesezhető anyagon, így az érzékelők a mágneseket a fa, műanyag, alumínium falakon át is felismerik. [9,10,11] 8. ábra: Mágneses közelítés kapcsoló [9] Az induktív érzékelők jellegzetessége, hogy bármely fémes anyagot érzékelni képes. Ennek fizikai magyarázata, hogy a vezetőképes anyagokban fellépő örvényáramok általi veszteségek megváltoztathatják a rezonancia áramkör jósági tényezőjét. Felépítő elemi: oszcillátor, jelváltó, erősítő Ez a kapcsolótípus is kopásmentes kapcsolást tesz lehetővé, valamint nagy kapcsolási pontosságot tesz lehetővé. Az induktív érzékelő csak fényre érzékeny, porra, szennyeződésre kevésbé. [9,10,11] A kapacitív érzékelők a korábban ismertetett induktív érzékelőkkel ellentétben nem csak fémes anyag felismerésére képes. Működési elve hasonló a kondenzátorok működéséhez. A kondenzátor kapacitása nagyban függ a lemezek között levő anyag dielektromos állandójától. Az érzékelő látóterébe kerülő anyag ezt megváltoztatja, így a kapacitás változása kimeneti jelként jelenik meg. Jellemző felhasználási területe a papír-, fa-, üvegipar. Érzékenysége könnyen szabályozható. [9,10,11] 17

26 Az fotoelektromos vagy optikai érzékelőket ott alkalmazzák, ahol a tárgyak helyzetét nagy pontossággal és érintésmentesen kell felismerni. Működése a fényérzékeny félvezetőkön alapszik, ha fényhatás éri őket növekvő feszültséget hoznak létre. Általában infravörös fénnyel működnek, hogy megakadályozzák az egyéb fényforrásból származó interferenciát. Leggyakrabban alkalmazott típusa a diffúz fénysorompó. Az adó és a vevő egy helyen kap helyet. Az érzékelő által kibocsátott fényt az érzékelésre szánt tárgy visszaveri, majd a vevő ezt a jelet feldolgozva érzékel. Aránylag kis érzékelési távolsággal rendelkezik, mely könnyen szabályozható. [9,10,11] PLC programozási lehetőségek A PLC-k programozására három elterjedt lehetőség kínálkozik. Ezek a következők: Utasításlista (AWL) Áramútterv (KOP) Funkcióterv (FUP) [11] Utasításlistás programozás esetén egy parancskészlet áll rendelkezésre. Áll egyrészt egy műveleti részből, másrészt egy operandusrészből. A műveleti rész azokat a parancsokat tartalmazza, amelyeket a processzornak kell végrehajtani. Az operandus rész azt az elemet határozza meg, amire az adott parancs vonatkozik. [11] 18

27 Funkcióterv szerinti programozás (9. ábra) esetén az ábrázolás grafikus formában történik. A felhasznált eszközöket nem ábrázolja. Folyamatorientált programozási típus. [11] BEMENETEK KIMENET E1 E2 E3 E4 A 9 ábra: Funkcióterv szerinti programozás felépítése példával szemléltetve Programozás áramúttervvel vagy létradiagrammal teljesen hasonló a relés vezérlések programozásához. Elnevezését a programábrázolás miatt kapta. Két rendszerint függőleges vonalhoz kapcsolódnak vízszintes sorokban az elektromos készülékek, érzékelők jelei. Az egyik függőleges vonal feszültségforrással van összekötve, a másik a 0 potenciállal. [11] PLC készülékek ismertetése Többféle PLC típus terjed el ipari alkalmazások. Mindegyik működése azonos elven alapszik, mégis célorientált ismeret szükséges ezek programozásához. Szakdolgozatom PLC vezérlő tekintetében OMRON ZEN (10. ábra) típusú vezérlést alkalmaz, így ennek ismérveire végeztem részletes kutatást. A következő általam készített kép szemlélteti a vezérlőt. [12] 10. ábra: Omron Zen 10C Programozható relé 19

28 Az Omron Zen egy programozható logikai vezérlő, kis kompakt méretben. Alaptípusa (C-típus) 10 ki/bemenetet képes kezelni. Ezek közül 6 bemenet (I0, I1, I2, I3, I4, I5) és 4 a kimenet (Q0, Q1, Q2, Q3). Bővítő egységek csatlakoztatásával több be-, illetve kimenet csatlakoztatására nyílik lehetőség. Kétféle változatban készíti a gyártó, egyik típus LCD kijelzővel és beviteli billentyűzettel rendelkezik, a másik típus a LED-es LCD kijelző és beviteli billentyűzet nélkül. Az LCD kijelzős kivitel esetén a program rendkívül gyorsan egyszerűen beírható a programvezérlőbe a beviteli nyomógombok segítségével létradiagram beviteli formában. Tápfeszültség szempontjából működhet VAC illetve 24 VDC feszültséggel is. [12] Az Omron Zen 10C típus, ahogy ez a kép alapján is szembetűnő 8 beviteli billentyűvel rendelkezik. Programot bevinni a készülékbe nemcsak a beviteli gombok segítségével lehetséges. Számítógépen megírt program is betölthető a készülék vezérlőjébe. A ki- és bemeneteket fizikálisan is könnyen lehet rögzíteni a vezérlő erre kialakított helyein. Magát a készüléket kapcsolószekrénybe kell elhelyezni a szennyeződések miatt. Erre a készülék hátulján kiképzett sín nyújt lehetőséget. Feszültség kimaradás esetén a beírt programot EEPROM őrzi meg. A készülék egyéb kiegészítő funkciói: két analóg bemenet kezelése, háttér megvilágítású kijelző, többféle nyelv beállítási lehetőség, jelszóval levédhető programok, ami véd a program jogtalan módosítása ellen. Memóriakazetta elhelyezésére is lehetőséget biztosít a készülék a ráírt programok lementésére, valamint szükség szerint más Zen készülékekbe való áttöltésére. A programozható relé óriási előnye, hogy míg a hagyományos relés vezérlések esetén csak a működés, vezérlés megtervezése után lehetett a működést biztosító készülékeket beszerezni, addig a programozható relék esetén a készülék meglétét követően is ki lehetett találni a működést, az eszköz rugalmasan programozható volta miatt. Jellemző felhasználási területe rendkívül széleskörű. A teljesség igénye nélkül kiemelve párat: Ventilátor-, automata mozgólépcső -, világításvezérlés. [12] 20

29 4. Probléma felvetése Szakdolgozatom témájául a Velux Magyarország Kft. fertőszentmiklósi telephelyén egy Danlist típusú dán gyártmányú CNC gépben (11. ábra) rejlő fejlesztési lehetőséget láttam meg, amely a tok felső fa alkatrészek CNC marását, fúrását (zárfogadó helyek, rögzítő furatok) végzi. A gépről készített fénykép és a hozzá tartozó magyarázatok: Kész alkatrészek elvétele, rakatozás helye Behordó szállítószalag: Nyers alkatrészek beadagolása megmunkálásra 11. ábra: Danlist CNC vezérlésű fúró-maró gép A gépet jelenleg két operátor kezeli napi 8 órában, egy műszakos munkarendben. Egyik operátor a nyers fa alkatrészek beadagolását végzi a számítógép vezérelt gépbe, míg a másik operátor a kész darabok kivételét, rakatozását. A gépen feltétlen szükséges két operátor, mivel a gép hosszúságából adódóan nem lenne lehetséges egy időben a gép adagolása és a kész darab elvétele a rövid takt idő miatt. Ebben láttam meg a fejlesztési lehetőséget, hogy egy automata adagolórendszer kiépítésével a gépbe beadagoló operátor munkája kiváltható lenne egy szállítószalaggal, így egy operátor teljes bérköltsége megtakaríthatóvá válna. A fejlesztésre azért nyílt lehetőség, mivel a cég területén rendelkezésre áll egy megfelelő teherbírású és geometriai kiterjedésű szállítószalag, mely célzott átalakításával az automata adagolás megvalósíthatóvá válna, fődarab költség nélkül, így a fejlesztés rendkívül gazdaságosnak bizonyul. A fejlesztés részletes leírása a saját rész fejezetben kerül részletes tárgyalásra. 21

30 5. Mechanikai és PLC vezérlés tervezés 5.1. Gépegységek ismertetése A feladatmegoldás kidolgozásának rendelkezésre álló gépegységeket. első lépéseként ismertetem a Megmunkáló CNC gép Maga a CNC gép áll egyrészt a kézi adagolást lehetővé tevő behordó szállítószalagból (11. ábra), másrészt egy számítógépes számjegyvezérelt gépből (11. ábra), amely kifejezetten a cég tok felső alkatrészeinek a zárfogadó helyek kimarására létrehozott egyedi célgép. A gép befoglaló méretei: 4400 mm x 2400 mm x 1780 mm. A gép Siemens vezérléssel rendelkezik. Számos biztonsági elemmel is el van látva a balesetek megelőzése miatt. Ezek az ajtóreteszelés, fényfüggöny, vészstop kapcsoló Szállítószalag Ennek a gépegységnek a célzott átalakítása, automata, intelligens alkatrész továbbításának megalkotása, majd a CNC géppel történő integrálása a cél. A szállítószalag egy gumihevederes 0,25 kw-os háromfázisú villanymotorral hajtott, szabályozható előtolási sebességű, vészstop kapcsolóval ellátott 5000 mm hosszú, 1100 mm széles, állítható magasságú, mindkét végén manuális hevederfeszítő mechanizmussal ellátott szalag. A szalag maximális terhelhetősége gépkönyv alapján: 500kg. 22

31 5.2. Gépen megmunkált alkatrészek ismertetése A gépen fa anyagú tok felső alkatrészek megmunkálása (12. ábra) történik. Ezeket az alkatrészeket hosszméretük szerint az alábbi jelölésekkel látták el (1. táblázat), valamint a gyártás során az alábbi betűjelzésekkel azonosítják: x C F M P S U Hosszméret csapolásokkal 548 mm 658 mm 778 mm 940 mm 1138 mm 1338 mm 1. táblázat: Gépen megmunkált alkatrészek hosszméretei 12. ábra: Megmunkált alkatrészek A maximális vastagsági méret minden hosszméret esetén azonos, aminek értéke 42 mm, szélességi méretek is függetlenek a hossztól, ennek értéke 120 mm minden esetben. 23

32 5.3. Gépegységek modellezése szoftver segítségével A mechanikai tervezést és modellezést Autodesk Inventor Professional segítségével végeztem, melyben modelleztem a CNC gépet (13. ábra) nagyvonalakban, mivel a részletes modellezést a feladat nem kívánta meg, valamint a beépítésre kerülő szállítószalagot (14. ábra) teljes részletességgel. A készített modelleket a következő ábrák szemléltetik: 13. ábra: Danlist CNC gép modellje 14. ábra: Szállítószalag modellezett változat A CNC gép és a szalag egybe építésére több lehetőséget megvizsgáltam, de csak a következő pozícióban lehetséges a két egység integrálása (15. ábra, 16. ábra), mivel a Danlist gép szerszámcseréjét, beállításait a gép oldalán elhelyezett szervizajtón keresztül lehet végezni és ennek szabad nyitását biztosítani kell a szalag integrálása után is. Az ajtó nyitásához szükséges távolság min 900 mm, ennél közelebb nem helyezhető az automata adagoló szalag a géphez. Az elhelyezés módját a következő ábrák szemléltetik: min 900 mm 15. ábra: CNC gép és szalag integrálása 16. ábra: Minimális távolság 24

33 Feladat a két szalag közötti munkadarab áramlás megtervezés, hogy mindig a megfelelő időben kerüljön a munkadarab a megmunkáló gépbe. Ennek valósítására egy automata alkatrész átadó szolgál, melyet PLC vezérel. 25

34 5.4. Automata alkatrész átadó mechanikai kivitelének lehetőségei A következő lépés a két szalag közötti automata áttoló rendszer megtervezése, amely lehetővé teszi, hogy az alkatrészek egymás után, egyesével kerüljenek továbbításra a CNC gép behordó szalagjára, ütközés, egymásra tolás nélkül. Ez komplex feladat, többféle megoldás is mérlegelése került. A különböző megvalósítási módokat szakdolgozatom következő fejezeteiben részletesen ismertetem Motoros áttoló egység Első megoldásként, egy már a cégnél korábban is bevált és alkalmazott villanymotoros VenJakob típusú (17. ábra) továbbító rendszer került a lehetőségek közé. Ennek az előtoló mechanizmusnak egy 1 kw-os villanymotor adja a meghajtást, amely tengelykapcsolókon, kardántengelyek segítségével viszi át a hajtást a behordó kerekekre, amelyeket pneumatikus hengerek segítségével szorítanak a munkadarabok felületére, így a hengerek forgó mozgásának következtében a munkadarabok áttolása történik meg a CNC gép behordó szállítószalagjára. A munkadarabok előtolását a motoros behordóhoz a korábban ismertetett szállítószalag végezné. Ezt az áttoló változatot választva a gyártóval együttműködve, közösen tervezve hoznánk létre egy egyedi előtoló mechanizmust a szükséges előtolási sebesség és munkadarab mennyiség tekintetében. Hasonló megoldást szemléltet a következő általam készített fénykép: Behordó kerekek 17. ábra: Motoros áttoló egység 26

35 A megoldás előnyei: gyors, pontos, megbízható adagolási mód A megoldás hátrányai:! Hosszú tervezési, kivitelezési idő! A gyártóval egyeztetve, előzetes árajánlat alapján a gép építési és anyagköltségei meghaladnák a 3 éves megtérülési időt. Ez az idő a vállalatnál vízválasztó, efölötti megtérülési idő esetén mérlegelni kell egy rövidebb megtérülési idővel rendelkező megoldást.! A CNC gép behordó szalagja és a pufferasztalként is funkcionáló szállítószalag közé egy plusz görgősor beépítését tenné szükségessé ez az adagolási mód, mivel csak így lenne lehetséges a hajtott kerekes adagolás.! Fokozott karbantartási igény 27

36 Láncos áttoló egység A második áttoló egység változat, amely mérlegelésre került egy láncos behordó (18. ábra). Lényege, hogy a munkadarab a szalag végén elhelyezett zártszelvény ütközőhöz érve a szalag előtolása leáll, ennek megvalósítására egy tárgyreflexiós optikai érzékelőt alkalmaznék. Egy villanymotorral hajtott, lánckerekekkel vezetett, behordó láncra erősített behordó szem végezné a munkadarab áttolását a gép behordó szalagjára. Ennek a megoldásnak az Autodesk Inventor Professional tervezőszoftverrel végzett modellezett változata a következő: 18. ábra: Láncos áttoló egység A lánc hossza akkora kell legyen, hogy a legnagyobb méretű munkadarab (U-s méret) betolása is lehetséges legyen. A munkadarabok szélső helyzetének pozícionálása rendkívül fontos. Ennek a megvalósítását a szállítószalag oldalán elhelyezett pozícionáló vezetősín végezné (19. ábra), amelynek helyzete állítható egy illesztőszeg segítségével, igazodva a különböző hosszúságú munkadarabok méretéhez. 28

37 Ezt a megvezetési módot szemlélteti a következő modellezett ábra: Állítható helyzetű vezetősín Pozícionáló furatok Illesztőszeg 19. ábra: Pozicionáló vezetősín A megoldás előnyei: Olcsóbb megoldási mód Rövidebb tervezési és kivitelezési idő A megoldás hátrányai:! Kevesebb szabályzási lehetőség! Lánc hangos üzeme! Fokozott karbantartási igény! Nagy az alkatrészigénye Szükséges főbb alkatrészek a megvalósításhoz: Szállítószalag 0,25 kw teljesítményű motor, kúpkerekes hajtóművel Zártszelvény ütköző, motortartó egység Érzékelők Behordó 3m hosszúságú lánc Behordó szem, lánckerekek, csapágyak 29

38 Vákuum-ejektoros átadó egység Ennek a megoldási módnak a lényege, hogy a szállítószalagon érkező munkadarabok a szalag végéhez érve leállítják a szalag mozgását tárgyreflexiós optikai érzékelő segítségével, majd egy pneumatikus vákuum ejektoros behordó egység a munkadarab fölé állva, majd ráereszkedve vákuum segítségével megemelné a darabot, majd a CNC gép behordó szállítószalagjára helyezné azt. Ennek a megoldási változatnak a fő eleme egy vákuum-ejektoros megfogó. Ebben a megoldási módban is rendkívül fontos a szállítószalagon érkező munkadarabok megfelelő pozíciója, az emelés balanszírozása miatt. A munkadarabok megvezetését a korábban már ismertetett állítható vezetősín segítségével végezném. A megoldás előnyei: Halk működés Rövid kivitelezési idő A megoldás hátrányai:! Költséges érzékelők, munkahengerek, vákuum-ejektor egység Szükséges főbb alkatrészek,egységek a megvalósításhoz: Szállítószalag Zártszelvény ütköző Érzékelők Vákuum-ejektoros egység 30

39 Dugattyúrúd nélküli munkahengerrel működő áttoló Ennek a megoldásnak a lényege, hogy a szállítószalagot és a CNC gépet a korábban már említésre került módon helyezem egymás mellé. A szállítószalag végére egy zártszelvény ütközőt helyezve biztosítható, hogy a munkadarabok a kívánt behordási pozíciónál megálljanak. A zártszelvény ütközőbe egy érzékelőt helyeznék, amelynek hatására a szállítószalag előtolása leáll, ezt követően egy dugattyúrúd nélküli munkahengerre erősített betoló lap a darabnak ütközve áttolja a CNC gép behordó szalagjára a munkadarabot. Ennek a megoldásnak a modellező szoftverrel készített változata a következőképp alakul (20. ábra): Zártszelvény ütköző Munkahenger Betoló lap 20. ábra: Dugattyúrúd nélküli munkahengeres áttolási mód A pneumatikus munkahenger alatt elhelyezkedő zártszelvény ütköző feladata kettős, egyrészt támasztja a munkahengert alulról, másrészt a betolás során vezeti a munkadarabot, így pontosan beállítja a pozícióját a gép behordó szalagjára érkezésekor. A megoldás előnyei: Egyszerű mechanizmus Kevés alkatrész szükséges a megvalósításhoz Karbantartás igénye kicsi Megbízható 31

40 A megoldás hátrányai:! Költséges a hosszú dugattyúrúd nélküli pneumatikus munkahenger Szükséges főbb alkatrészek, egységek a megvalósításhoz: Szállítószalag Dugattyúrúd nélküli pneumatikus munkahenger Érzékelők Betoló Zártszelvény ütköző, zártszelvény oldalvezető 32

41 Automata alkatrész áttoló egység kiválasztása Az adagoló egység kiválasztását a cég vezető mérnökeinek közreműködésével végeztem egy kick off meeting keretében. Több szempont is mérlegelésre került a kiválasztás során, melyek a következők: A gépegység ára Karbantartási igény Élettartam Üzembe helyezés időszükséglete Biztonsági kockázatok Értékelés: 1. Motoros áttoló egység: Előzetes árajánlatkérés után, a motoros behordó egység jelentős költsége és hosszú megtérüli idő (> 3 év) miatt elvetésre került. Ennek az átadó szerkezetnek a komplexitásából adódó alkalmazása nem indokolt. 2. Láncos áttoló egység: A lánc hangos üzeme, valamint nagyobb fokú karbantartási igénye miatt ez a változat is elvetésre került. 3. Vákuum-ejektoros átadó egység: Az alkatrészek költsége miatt ez a változat is elvetésre került (előzetes árajánlatok alapján). 4. Dugattyúrúd nélküli munkahengerrel működő áttoló egység: Ennek az adagolási módszernek a tervezési és kivitelezési költségei bizonyultak a legalacsonyabbnak, emiatt ennek a módszernek a részletes kidolgozása után valósítható meg az automata adagolás a leggazdaságosabb módon. 33

42 5.5. Adagoló rendszer mechanikai tervezése: Oldalvezetés Az adagoló rendszer egyik kritikus pontja a megvezetési pontosság, ami rendkívül fontos, hogy az alkatész megfelelő betolási pozícióba kerüljön az átadó mechanizmus elé. Fontos szempont az alkatrészek megvezetése szempontjából, hogy a még megmunkálatlan alkatrészt felrakó operátor minél kisebb valószínűséggel tudja elrontani az alkatrész felrakást, ezáltal hibás adagolást, meghibásodást eredményezve. A megvezetés pontos megvalósítására egy a szalag oldalán elhelyezett vezetősín szolgál. A vezetősínnel szemben támasztott követelmények közé tartozik, hogy kihajlása minimális legyen, így biztosítva a pontos megvezetést. Fontos szempont még az ár és a súly kérdése is. Ennek okán egy zártszelvényből készített vezetősínt alkalmaztam az alkatrészek pontos megvezetésére a szállítószalagon. Melléklet: 1. sz. melléklet: Vezetősín A vezetősínt egy hegesztett kivitelű, szintén zártszelvényekből felépített két keret tart megfelelő pozícióban. Ezeknek a kereteknek a szállítószalagra való rögzítését hatlapfejű csavarokkal, oldottam meg (22. ábra). A vezetősín keretekhez való rögzítését szintúgy csavarokkal biztosítottam (23. ábra), ennek oka az oldalvezetés mobilitása. A vezetősín és az azt pozícionáló keret mechanikai modellezését szintén Autodesk Inventor Professional segítségével végeztem. Melléklet: 2. sz. melléklet: Vezetősín keret rögzítő talp műhelyrajz Melléklet: 3. sz. melléklet: Vezetősín keret összeállítási rajz 34

43 A keret és a vezetősín, mint oldalvezető egység a következő modellezett ábrán szemlélhető (21. ábra): 21. ábra: Oldalvezető egység 22. ábra: Vezetősín rögzítés 23. ábra: Vezetősín keret rögzítés Lehetőségként merült fel, hogy a vezetősín pozícióját a szállítószalag oldalához viszonyítva az épp megmunkáló alkatrész hosszméretének megfelelően állítani kell, így biztosítva a különböző méretekhez való igazodást. Ez a megoldási mód elvetésre került, melynek oka, hogy az automata adagolást úgy kell megalkotni, hogy céges irányelvek szerint az átállás két méret között minél rövidebb időt vegyen igénybe ennél a folyamatnál. Ha a nagyméretű vezetősín pozícióját váltani kell az jelentős időigénnyel jelentkezik egy átállás során. Emiatt fix oldal vezetősínhez igazodva lesz a gép PLC vezérlése kialakítva, ezáltal programból vezérelhető, hogy épp milyen méretű alkatrész megmunkálása történik. 35

44 5.6. Adagoló rendszer mechanikai tervezése: Munkahenger A mechanikai tervezés következő lépése a dugattyúrúd nélküli munkahenger tartószerkezetének mechanikai tervezése. Ehhez elsőként szükséges a munkahenger pontos kiválasztása, geometriai méreteinek ismerete, meghatározása. A választott munkahenger gyártója a FESTO Kft., mivel ezt a gyártót a cég előnyben részesíti, illetve szinte kizárólagosan tőle származó alkatrészeket alkalmaz, a nagyfokú megbízhatósága miatt. A dugattyúrúd nélküli munkahenger a gyártónak a katalógusából lett kiválasztva, amely a következő: Ø32mm belső dugattyú átmérőjű, 1200 mm lökethosszú, löketvégi csillapítással rendelkező, oldalán hornyokkal ellátott (hengerérzékelő felhelyezésének lehetősége), 1-8 bár nyomások között üzemeltethető, dugattyúrúd nélküli munkahenger (rodeless). A munkahenger azonosítója: DGC-K PPV-A-GK-D2. [13] A munkahenger pontos méreteinek ismeretében a mechanikai tervezés folytatódhat. A munkahenger rögzítéséhez, megtámasztásához egy zártszelvényt alkalmazok (24. ábra), melynek szerepe nemcsak a munkahenger pozícionálása, hanem az alkatrész vezetése az áttolás során, valamint egy tárgyreflexiós érzékelők elhelyezése is az acél zártszelvényben lesz megoldva, mivel itt védve van a szennyeződésektől. Az érzékelő pontos ismertetését szakdolgozatom következő fejezeteiben fogom megtenni. A zártszelvény szállítószalaghoz való rögzítését a szállítószalag gumihevedere fölött néhány millimétert hagyva lesz hatlapfejű csavarokkal rögzítve. A hagyott rés szerepe kettős. Egyrészt a gumiheveder szabad futását biztosítja, másrészt a hevederre rakódott esetleges forgács nem torlódik fel a szalag végén, valamint nem szennyezi a tárgyreflexiós érzékelőt sem, ami hibásműködést eredményezhet. A munkahenger rögzítése a záró fedelén elhelyezett menetes furatba való M8 metrikus menetű csavar behelyezésével történik a munkahengert pozícionáló sínen. 36

45 Melléklet: 4. sz. melléklet: Véghelyzeti ütközősín műhelyrajz Melléklet: 5. sz. melléklet: Munkahenger rögzítőlemez 1 műhelyrajz Melléklet: 6. sz. melléklet: Munkahenger rögzítőlemez 2 műhelyrajz Melléklet: 7. sz. melléklet: Munkahengert pozícionáló sín összeállítási rajz Melléklet: 8. sz. melléklet: Áttoló egység összeállítási rajz 24. ábra: Munkahenger pozícionálása A munkahenger és a pozícionáló zártszelvény méreteinek ismeretében szerkesztető egy áttoló lap, ami a munkahenger és az áttolásra szánt munkadarab kapcsolatának kialakítására hivatott. Ezt azt áttoló lapot rögzítve a munkahenger mozgó szánjára lesz lehetőségünk áttolni a munkadarabot a CNC gép behordó szalagjára. Geometria méreteit, illetve a tervezés szabadságát a munkahenger méretei nagyban meghatározzák. Melléklet: 9. sz. melléklet: Áttoló lap felső rész műhelyrajz Melléklet: 10. sz. melléklet: Áttoló lap alsó rész műhelyrajz Melléklet: 11. sz. melléklet: Áttoló lap összeállítási rajz A rész összeállítási rajzok ismeretében összeállítható az automata adagoló rendszer. Az egész adagoló rendszer pontos helyét a CNC géphez a legkisebb gyártandó alkatrész hossz mérete határozza meg. Melléklet: 12. sz. melléklet: Adagoló rendszer összeállítási rajz Melléklet: 13. sz. melléklet: Gépegység teljes összeállítási rajz Ezzel az automata adagoló rendszer mechanikai tervezése befejeződött. 37

46 5.7. Mellékletekben alkalmazott rajzszámrendszer ismertetése Szakdolgozatom mellékleteiben alkalmazott rajzszámrendszer a következőképp épül fel: /X. A rajzszám első három számjegye (901) a vállaltnál az általam fejlesztett CNC gép dokumentációs helye. Ehhez a számhoz kapcsolódóan találhatók meg a gép összes dokumentumai, így megkönnyítve a karbantartási és fejlesztési munkákat a rendelkezésre álló összes dokumentum helyének pontos ismeretében. A következő hat számjegy (201611) az adott dokumentum készítésének ideje. Ebben az első négy számjegy (2016) az adott évre, míg a következő kettő (11) a hónapra utal. A rajzszám kilencedik számjegye után egy / jel következik, majd ez utáni szám jelöli a szakdolgozathoz kapcsolódó melléklet számát Különböző PLC vezérlő lehetőségek A mechanikai elemek megtervezését követően a következő lépés a PLC vezérlés megtervezése, majd szimulálása. Ennek megvalósítására két mód kínálkozik. Egyik lehetőség az, ha a CNC gép PLC vezérlésének bővítésével lenne megoldott a szállítószalag vezérlése. Ezáltal egy komplex PLC vezérléshez jutnánk, amely integrálja az általam írt programot a CNC gép vezérlésébe. Megvizsgálva a gépet, Siemens vezérléssel rendelkezik. Ennek módosítása meglehetősen bonyolult, a gép komplexitását figyelembe véve. Tovább vizsgálódva a második megoldási módhoz jutottam, mely szerint az alkatrész adagoló PLC vezérlést egy külön egységgel oldanám meg. Természetesen a CNC gép és az alkatrész adagoló berendezés ugyan PLC tekintetében független egységként kezelendő, mégis a különböző érzékelők miatt a két vezérlés között teljes összhang valósítható meg. Konzulensi jóváhagyásra a második megoldási móddal haladtam tovább a gép fejlesztése tekintetében. Az adagoló berendezés vezérléséhez egy kisméretű, mégis a rárótt feladatokat tökéletesen ellátó Omron Zen C típusú programozható relével történő vezérlés kidolgozása történt meg. Ennek oka: a külön PLC-vel történő megvalósítás esetén, a tesztüzem során a lehetséges változtatásokat könnyebben lehet alkalmazni, illetve a hibákat elhárítani. 38

47 5.9. Az alkatrész adagoló PLC vezérlése Az alkatrész adagoló PLC vezérlését Omron Zen C típusú programozható relével oldottam meg, melynek részletes ismertetése szakdolgozatom irodalomjegyzék részében megtörtént. A készülék 6 bemeneti és 4 kimeneti csatlakozóval rendelkezik. A program ismertetése előtt összefoglalom az adott ki-/ bemenetekre kötött érzékelőket illetve végrehajtókat a program könnyebb megértése céljából PLC ki- és bemeneteinek ismertetése I0 bemenet: Tárgyreflexiós fotoelektromos érzékelő 1 I1 bemenet: Tárgyreflexiós fotoelektromos érzékelő 2 I2 bemenet: Munkahenger véghelyzeti érzékelő (1 darab hengerérzékelő) I3 bemenet: Munkahenger kezdőponti érzékelő (6 darab hengerérzékelő) I4 bemenet: Szállítószalag kétkezes indítás bemenete I5 bemenet: Vészstop kapcsoló Q0 kimenet: Szállítószalag motorját megállító kimenet Q1 kimenet: 5/2 monostabil mágnesszelep Q2 kimenet: Szállítószalag indító/leállító mágneskapcsoló Alkalmazott eszközök ismertetése, funkcióik: bemenetek Az I0 és I1 számmal jelzett bementre vonatkozóan Omron E3FA típusú tárgyreflexiós érzékelő (25. ábra) jelenti a bemenetet. Az érzékelő jellemzői a kezelési utasítása alapján: visszavertfény érzékelő, kimenete max 100mA erősségű, M12-es csatlakozóval ellátott, maximum 30 cm érzékelési távolsággal rendelkező optikai elven működő érzékelő. A következő általam készített kép szemlélteti az érzékelőt. [14] 39

48 25. ábra: Omron E3FA optikai érzékelő Az érzékelő feladata a fa alkatrészek felismerése, majd erre válaszreakciót generálni a jelfeldolgozás fele. Erre a célra tökéletesen megfelel egy optikai elven működő érzékelő, amely lehetővé teszi alkatrészek érzékelését függetlenül azok anyagi minőségétől. Az érzékelőn levő csavarral lehetséges az érzékelési távolság beállítása. A választás indoka: egyrészt a cégénél ennek az érzékelőnek elterjedt a használata, emiatt készleten is volt belőle, másrészt maga a PLC egység is Omron típusú, emiatt esett rá a választás. Az I0 bementre kötött optikai érzékelő (26. ábra) szerepe, hogy a munkahenger alatt elhelyezkedő zártszelvénybe beépítve (amely támasztja magát a munkahengert is) leállítsa a szalag motorját, ezáltal az általa szállított alkatrészek előtolását, ha egy alkatrész betolási pozícióba érkezett a szállítószalag végéhez. Megoldást jelentene, ha a szalag előtolását nem állítanánk le, hanem a szalag és a motorja folyamatosan üzemelne. Megvizsgálva a problémát ez akkor lenne ésszerű, ha a CNC gépre folyamatosan kellene adagolni az alkatrészt, de mivel a gép egy alkatrészt megközelítőleg 20 másodperc alatt munkál meg, így célszerűbb erre az időre a szalag előtolását kikapcsolni, majd szükség esetén újraindítani, hogy előtolja a következő alkatrészt betolási pozícióba. 40

49 Optikai érzékelő: Omron E3FA, I0 bement 26. ábra: I0 bement helye Az I1-es bementre kötött optikai érzékelő azt hivatott kompenzálni, hogy az adagolóegységet két külön PLC vezérli, ugyanis ez az érzékelő teremt kapcsolatot a CNC gép behordó szalagja és az újonnan telepítésre kerülő szalag között. Az alkatrész áttolása a szállítószalagról csak és kizárólag akkor következhet be, ha a gép behordó szalagja üres, ezáltal megakadályozható az alkatrészek egymásra tolása (bontó érintkező). Ez az érzékelő a CNC gépbehordó szalagjára lesz felszerelve. 41

50 Az I2 és I3 bemenetre FESTO típusú SMT-8M-A-PS-24V-E-0,3-M8D jelzésű hengerérzékelők lennének bekötve. [15] Választás indoka: A cégnél előszeretettel alkalmazzák a FESTO termékeiket. Az érzékelőknek a funkciója, hogy a dugattyúrúd nélküli munkahenger mozgását szabályozza két végpont között. I2 bemeneten minden esetben egy darab hengerérzékelő van (H7) (27. ábra), melynek feladta, hogy jelet adjon arra a bementre, amely ebből a vég pozícióból visszaküldi a dugattyút a kezdő pozícióba, ahonnan a betolás a kezdetét veszi. A kezdőpozícióban (I3 bemenet) 6 hengerérzékelő foglal helyet (H1-H6) (27. ábra), amelyek közül minden esetben csak egy az aktív. Ezt egy váltókapcsoló segítségével lehet befolyásolni. A 6 érzékelőt az indokolja, hogy eltérő a gépen megmunkált alkatrészek hosszmérete, emiatt ha fix a véghelyzet a kezdőpont eltérő. Minden méret esetén más hengerérzékelőt kell aktiválnia az operátornak egy váltókapcsoló segítségével. Ennek magyarázata ábra segítségével: H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 27. ábra: Hengerérzékelők pozíciója a különböző hosszúságú munkadarabokhoz igazodóan 42

51 A gépen egyszerre csak egy méretű alkatrészek megmunkálása történik. A hengerérzékelő váltás csak átállás esetén lép fel. Ezek az érzékelők a hármas bemenetre generálnak jelet. H7 hengerérzékelő fix, kettes számmal jelzett bementre generál jelet. A dugattyú és ezáltal az általa mozgatott munkadarab tolása eddig a pozícióig történik. Az I4-es bement egy egyszerű kétkezes indítást lehetővé tevő biztonsági kapcsoló. Az I5 bement pedig egy szintén biztonsági elem, egy vésztop kapcsoló, melynek aktiválását követően a gép minden mozgása leáll Alkalmazott eszközök ismertetése: kimenetek Q1 kimenet egy 5/2-es monostabil mágnesszelep, melynek típusmegjelölése és gyártója: HAFNER A mágnesszelep a gyártó kézikönyvéből vett adatok (HAFNER pneumatika Kft., , < 1/mh_510_101 >) alapján egy monostabil szelep, tehát egy stabil állása van, amely 3/8 -os csőcsatlakozóval rendelkezik, 2250 liter/perc-es átömlési térfogatárammal rendelkezik. 1.5-től 10 bár nyomásig terhelhető. A mágnesszelep teljesítményértéke 3W. Választás indoka: a szelep térfogatárama elégséges a 32mm dugattyú átmérőjű munkahenger megfelelő sebességgel történő mozgatásához. Ez kísérleti úton ellenőrizve lett. A kisebb térfogatáramú szelep nem biztosította a dugattyú megfelelő mozgását, szaggatott mozgás volt rá jellemző, amelyet a nagyobb szelep megszüntetett. 43

52 PLC program ismertetése 28. ábra: PLC program Az Omron Zen 10C készülék programozására a Zen Support Software-t alkalmaztam (28. ábra). A program a készülék tartozéka. A program indítása után az adott típusú programozható relé adatainak megadását követően nyílik lehetőség a program megírására. A megfelelő paraméterek megadása elengedhetetlenül fontos a program futásának sikeressége miatt. Helytelen paraméterek esetén a Zen-re töltött program nem futtatható, nem működőképes. A létradiagram megírását követően lehetőség van a megírt program szoftveres, konkrét végrehajtás nélküli futtatására (29. ábra). [16] 29. ábra: PLC programfuttatás közben, alaphelyzetben 44

53 Az készített program ismertetését sorról sorra a végrehajtásnak megfelelő sorrendben ismertetem. A vezérlés indítása a következőképp zajlik: az operátor a műszak kezdetén a CNC gép főkapcsolóját felkapcsolva helyezi áram alá mind a CNC gépet, mind pedig az adagoló mechanizmus vezérlését. A gép főkapcsolója sorba van kötve a szalag kétkezes indító gombjával, így az alkatrész adagoló mechanizmussal. A főkapcsoló bekapcsolását követően a szállítószalag kétkezes indításával helyezhető üzembe a szalag vezérlése. A kétkezes indítás lényege, hogy a két gomb egyidejű megnyomását követően indítható a gép, amely az I4 bementre ad jelet. Az adagoló vezérlése csak és kizárólag akkor indul, ha a biztonsági kör (vésztop, I5 bemenet is ad jelet). Ezeknek a feltételeknek a meglétét egy M1-es jelű merker (memória) helyettesíti a továbbiakban. Ezt követően minden egyes sor ennek az M1 merker tartalmának az ellenőrzésével kezdődik, amely egy biztonsági funkciót lát el. Ha aktív a vésztop kapcsoló a vezérlés leáll, illetőleg el sem indítható (30. ábra). Ez a program nulladik sora a vészkör. 30. ábra Vészkör, kétkezes indítás szimulációja 45

54 Az első sor végrehajtása (31. ábra), ahogy ez már említésre került a vészkör ellenőrzésével kezdődik, ha ez rendben lezajlott a szállítószalag elindul. Az operátor a váltókacsoló segítségével aktiválja azt a hengerérzékelőt, amelyhez tartozó alkatrész megmunkálását fogja végezni. Ezt követően a szállítószalag oldalvezető sínjétől néhány mm-re felhelyezi a megmunkálatlan alkatrészeket. A szállítószalag továbbítja ezeket, amíg elér az első darab a szalag végén levő zártszelvény ütközőhöz. Ebben az ütközőben foglal helyet az I0 bemenetre jelet adó tárgyreflexiós érzékelő. Ennek az érzékelési távolságát a zártszelvény szélességi méretének megfelelően kell beállítani, mivel ennek az érzékelőnek az elhelyezése a zártszelvényben történik a dugattyúrúd nélküli munkahenger alatt. Az érzékelő a zártszelvényen vágott nyíláson kiküldött jel segítségével érzékeli a szalag végéhez betolásra érkező alkatrészt. Az elhelyezést az indokolja, hogy szennyeződésre érzékeny ez az érzékelő, emiatt körültekintően kellett eljárni az elhelyezését illetően. Ha az érzékelő látja az alkatrészt bontja az áramkört, a szállítószalagot leállítja (Q0 szalag stop). 31. ábra Program első sora a szimuláció futtatása közben 46