Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de...

PROJECTE FINAL DE CARRERA

Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible

Titulació: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica Industrial

AUTOR: Carles Moragrega Garcia. DIRECTOR: Enric Vidal Idiarte.

DATA: juliol del 2005

Als meus pares, al meu germà i a l’Anna, per a la seva ajuda i ànims en la creació d’aquest projecte

Al director del projecte Enric Vidal per la seva Dedicació, comprensió i bon saber fer.

A tots els meus amics i companys que m’han ajudat. Gràcies a tots.



MEMORIA DESCRIPTIVA


AUTOR: Carles Moragrega Garcia.

DIRECTOR: Enric Vidal Idiarte.


PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible MEMÒRIA DESCRIPTIVA

1

1.1 Antecedents 1.1.1 El sistema SCADA 1.1.1.1 Introducció al SCADA SCADA són els acrònims de Supervisory Control And Data Acquisition, o supervisió, control i adquisició de dades. Un sistema SCADA permet a l’operador canviar consignes a variables en sistemes remots (a distància), per obrir o tancar vàlvules o interruptor, per monitoritzar alarmes i per portar informació de mesura cap als llocs de distribució, com en refineries o Plantes hidroelèctriques. Quan les dimensions del procés són molt grans (centenars o milers de quilòmetres de distància) és on s’aprecien els beneficis del SCADA, podent controlar, pràcticament, en temps real sistemes a distància, sense tenir que anar l’operari personalment. 1.1.1.2 Elements del SCADA Ø L’operador: accedeix al sistema de control mitjançant la consola de l’operador, que

sol ser una pantalla (CRT, TFT o tàctil), un teclat i un ratolí. La pantalla visualitza en temps real el procés; el teclat i el ratolí seran d’utilitat per interactuar amb el sistema.

Ø MTU: l’operador és comunica amb la MTU (Master Terminal Unit o Mestre) que

és la que controla el procés. La MTU sol ser un PC, però també potser un PLC. Ø RTU: la MTU es comunica amb les diferents RTU (Remote Terminal Unit o

Remota) que transmet informació en temps real al mestre. Ø Mitjà de transmissió: La comunicació entre MTU i RTU so ser per cable telefònic,

fibra òptica o bé ràdio. En el cas d’aquest projecte es fa servir el PROFIBUS, al que dediquem un apartat per explicar-lo. (veure apartat 1.1.2 per a més referències).

1.1.1.3 El SCADA com a sistema de temps real Un sistema de temps real és aquell que no introdueix temps de retard entre la recepció del senyal mesurat i la seva visualització de la mateixa ( per exemple, en una pantalla). A l’actuar sobre sistemes mecànics ( com una electrovàlvula) sempre hi haurà un retard, per interessa que sigui el més curt possible. En sistemes crítics (com una reactor d’una central nuclear) és clau un temps de resposta ràpid al detectar un alarma ( les condicions del procés estan fora de lloc), ja que el temps de resposta en aquests sistemes pot condicionar en gran mesura les possibles


2

conseqüències a posteriori. Cal, també, que el sistema de control no de tingui un retard excessiu. Si tenim un sistema amb diverses Remotes, el Mestre dedica un cert temps a cadascuna per a recollir les dades de cadascuna; aquest temps s’anomena temps d’escaneig. (scan period). Si el sistema té un nombre elevat de remotes, s’introduirà un temps de retard considerable en la resposta del sistema. Tenim quatre factors que determinen el temps d’escaneig:

- Nombre de remotes. Cal estimar-ho prèviament. - Dades a transferir per remota. Pot ser des de una variable fins a centenars. - Velocitat de transmissió. Dependrà de lo crític que sigui el sistema. - Eficiència de la comunicació. És el quocient entre el temps que està el

sistema movent dades i el temps total de comunicació. Cal mostrejar les Remotes amb un temps que superi clarament el temps d’aliasing, o temps que es produeixen els canvis al sistema que estem mostrejant, ja que sinó tindrem errors considerables. En sistemes en que la freqüència d’aliasing sigui superior a la de mostreig, caldrà tenir les dades processades abans de fer el següent mostreig, sinó cada vegada acumularem més error. 1.1.1.4 Casos en que no podem aplicar un sistema SCADA Tenim aplicacions que depenen exclusivament del SCADA per a la seva aplicació (per exemple, com hem esmentat, sistemes amb molta distancia entre diferents punts de control). En contraposició tenim dos tipus de sistema que no poden dependre del sistemes SCADA: § Instrumentació i sistemes de seguretat. Cal que els sistemes que tinguin una part

especialment crítica, la resposta a una fallada d’aquesta part no depengui directament d’un sistema supervisor SCADA; cal un element de control com més simple millor, ja que serà més fiable, i en definitiva és el que ens interessa.

§ Sistemes de mesura oficials. En aquests tipus de sistemes en que intervenen

l’administració i estaments oficials per a homologar i certificar elements de mesura oficials (com poden ser bàscules de tendes o control de cabals de líquids que després tenen directament relacionats pagaments), ja que es considerà que la part de software és fàcilment alterable podent donar lloc a possibles fraus.

1.1.1.5 Justificació del SCADA. Comunicacions. La comunicació és el moviment (intel·ligent) de dades de un lloc a un altre.


3

Instal·lar un sistema SCADA pot estar justificat en casos en que un punt (o més) de control estiguin en un lloc molt remot i existeixi una dificultat real de controlar-lo. En alguns casos en que les condicions siguin hostils (perilloses per al ser humà) estarà plenament justificat l’ús d’una RTU enlloc d’un operari. En d’altres, simplement, resulta molt més costos que un operador realitzi visites periòdiques que no pas tenir un sistema SCADA amb una RTU controlada per una MTU. Tos el moviments de dades entre Mestre i Esclaus són de forma binària. Si volem llegir variables analògiques haurem de fer servir una conversió A/D abans d’enviar-les al Mestre. Les comunicacions a llarga distància són problemàtiques; cada trama de dades binàries es enviada una darrera l’altre. Si pensem en busos paral·lels per augmentar les línies de transmissió que funcionen alhora veiem que en llargues distàncies són inviables, ja que el cost del cable esdevé prohibitiu. El que s’acostuma a fer és una comunicació sèrie, però fent servir protocol de comunicació enviant dades redundants per saber si les dades són correctes o ha hagut algun error durant la transmissió (que un bit ha canviat de valor, per exemple). 1.1.2 El estàndard PROFIBUS 1.1.2.1 Introducció al PROFIBUS

Actualment, les comunicacions són una part important en els sistemes de producció,

en els que les xarxes industrials són una peça clau. En entorns industrials, els requisits de comunicacions són més restrictius quan s’està més a prop del procés. En les tasques d’adquisició de dades, el bus de camp (field bus) ha estat una revolució en contraposició a les tècniques de cablejat punt a punt. Els bussos de camp, avui en dia, són emprats com a sistema de comunicació per intercanviar informació entre els sistemes d’automatització i dispositius de camp distribuïts.

PROFIBUS és un estàndard internacional per als nivells de Cèl·lula i camp ( bus de camp), amb un elevat grau d’implementació. És una de les solucions més versàtil i flexible, emprada en una àmplia diversitat de processos productius. Compleix les normes internacionals EN 50170 i EC 61158.

1.1.2.2 Característiques Bàsiques PROFIBUS és un sistema de comunicacions industrial obert, indicat per a un ampli rang d’aplicacions a entorns de fabricació, processos i automatització. Ha estat desenvolupat sobre la base del model ISO/OSI (International Standards Organization / Open System Interconnect) per a serveis de comunicació de dades. 1.1.2.3 Tipus de PROFIBUS Existeixen tres diferents tipus de PROFIBUS: FMS, DP i PA.


4

ü PROFIBUS FMS (Field Message Specification). Més estesa en quan a disseny,

l’Ethernet i el TCP/IP a nivell de cèl·lula l’han acabat relegant. ü PROFIBUS DP (Distributed Peripherial). És el cas usat aquest projecte. Dissenyat

per a la comunicació entre controladors i perifèrics distribuïts per la xarxa a molt alta velocitat i eficiència. El propòsit principal és l’intercanvi ràpid i cíclic de dades entre el controlador potent (mestre) i diversos perifèrics més senzills (esclaus)

ü PROFIBUS PA (Process Automation). Ampliació del PROFIBUS DP. Dissenyat

per a treballar en el control de processos. 1.1.2.4 Arquitectura del Protocol. Dispositius Mestres i Esclaus. v Mestre. Controla la comunicació de dades al bus. Pot enviar missatges sense una

demanda externa quan obté els drets d’accés. En el nostre cas serà el PC. v Esclau. No té drets d’accés al bus i només pot reconèixer o enviar missatges al

mestre quan aquest realitza demandes. En els nostre cas és PLC. (Això en el cas de la supervisió, ja que al nivell d’automatització el PLC passa a ser el mestre i les unitats d’entrades i sortides fan d’esclaus).

1.1.2.5 PROFIBUS DP. Característiques Principals.

- Intercanvi d’informació cíclic en general (es pot configurar com a acíclic) - El cicle de bus és menor que el temps més petit de cicle del programa - Pot arribar a un màxim de 12Mbps (en general). - Tot i això, la velocitat de transmissió no és l’únic criteri; cal veure

característiques com la facilitat de manipulació, capacitat de diagnòstic i l’inmunitat a les interferències.

- La comunicació entre un mestre i les estacions DP es realitza mitjançant enquestes cícliques (polling).

- Tenim dos fases de transmissió: la primera en que es configuren les estacions segons els paràmetres prefixats i una segona on ja s’efectua l’intercanvi d’informació.

1.1.2.6 Modes de Funcionament del Sistema. Tenim diferents modes en que el PROFIBUS pot funcionar; vegem-los:

Ø OFFLINE: Estat inicial del mestre. No hi ha comunicació. Ø STOP: No hi ha comunicació entre mestre i esclau. El sistema està aturat. En el

nostre cas és similar a l’anterior.


5

Ø CLEAR: El mestre assigna i configura els paràmetres dels esclaus que té assignats.

Ø OPERATE: Fase de transferència de dades entre estacions.

Ø AUTOCLEAR: Cas especial del PROFIBUS DP. És un estat al que pot entrar la

estació si succeeix un erro previst prèviament per l’usuari; llavors el mestre entra en fase CLEAR. Serà l’usuari qui l’haurà de fer commutar a OPERATE un cop esmenat l’error.

1.1.2.7 Mecanismes de Protecció. El PROFIBUS DP té una sèrie de mecanismes de monitorització per assegurar una comunicació fiable i segura entre mestres i esclaus.

- Al Mestre: En el cas del nostre projecte el mestre ( el PLC, quan fa de mestre amb les entrades / sortides) està provist d’un temporitzador de control a cadascun dels esclaus, la expiració d’aquests temps implica que no s’ha produït una comunicació correcta. Si estès habilitada la reacció automàtica, el mestre passaria automàticament de OPERATE A CLEAR.

- Als esclaus: Els dispositius esclaus (en el nostre cas les entrades / sortides)

disposen d’un temporitzador, anomenat watch-dog, pensat per detectar errors en la línia de transmissió o al mestre. Si es produeix l’esclau commuta les sortides a estat segur (fail safe status). Un cop solucionat el problema, caldrà tornar a configurar l’esclau.

1.2 Introducció 1.2.1 Situació i emplaçament

El projecte ha estat realitzat al laboratori 113, dins les instal·lacions de la Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona, ubicades al Campus Sescel·lades, amb adreça Av. Països Catalans núm. 26 de Tarragona, CP:43007. Telf. Secretaria: 977 559 708, Telf. Consergeria: 977 559 699


6

Figura 1. Imatge de la cèl·lula de fabricació flexible

1.2.2 Titular, autor i director El titular del projecte és la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona; amb adreça a C/ Escorxador, s/n de Tarragona (C.P. 43003). Telèfon 977 588000 y Fax 977 588022.

L’autor del projecte és Carles Moragrega Garcia amb NIF: 52 917 355-J i amb domicili a Partida la Cova, s/n de Vimbodí amb CP 43430 El director del projecte és Enric Vidal Idiarte amb adreça a l’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la Universitat Rovira i Virgili de Tarragona (C.P. 43007); situada al Campus Sescel·lades; Amb adreça: Av. Països Catalans núm. 26; 43007 de Tarragona. Telèfon 977 559628. 1.3 Objectius

L’objectiu del present projecte és fer una aplicació de visualització, supervisió i control de la Cèl·lula de Fabricació Flexible, on tindrem un mode de test i un mode automàtic. Per aconseguir això ha calgut fer els següents apartats:


7

1. Estudi previ del funcionament de la Cèl·lula de Fabricació Flexible.

S’ha fet un estudi per entendre el funcionament general i de cadascun dels mòduls

dels que consten aquest projecte [5]. 2. Aprenentatge del funcionament del WinCC (SCADA)

Ha calgut un petit aprenentatge del programa Windows Control Center per poder saber després conèixer les eines de que disposa aquest software per tal d’aplicar-ho a l’àmbit d’aquest projecte. 3. Realització de les pantalles gràfiques

Ha calgut crear les pantalles gràfiques de cadascun dels 5 mòduls i de les pantalles generals, combinant diversos elements i objectes que ofereix la llibreria del programa.

4. Connexió amb el STEP 7

Connexió de les pantalles gràfiques al sistema automatitzat, via PROFIBUS. 5. Depuració i protecció del mode de TEST

Per tal d’evitar col·lisions i xocs per un us incorrecte del mode manual s’ha dotat d’una protecció al mode de TEST. 6. Millora del STEP 7, retocs i Posta en marxa

S’ha col·laborat amb el futur Enginyer Tècnic que està realitzant l’automatització

dels mòduls posteriors per modificat el codi del STEP 7 (projecte anterior) per tal de distingir al mòdul de verificació si les peces són bones o no. Per últim s’han fet una sèrie de proves per veure que el sistema de supervisió funciona segons el previst. 1.4 Descripció General del procés La distribució jeràrquica dels elements de control i supervisió és la següent:


8

Figura 2. Esquema Jeràrquic del Sistema

Com veiem a l’esquema anterior, tenim un sistema basat en el disseny Master-Slave, controlats i supervisats amb un PC. El PC és on tenim instal·lat el programa de visualització i control WinCC (Windows Control Center); ens comunicarem amb l’autòmat via PROFIBUS. El PLC S7-300 és el autòmat que realitza la funció MASTER (MESTRE) del sistema, i on està bolcat el programa que controla la Cèl·lula de Fabricació Flexible. Es fa servir el protocol PROFIBUS DP per la comunicació entre el Mestre i els diferents esclaus ET200s. Les ET200S son las entrades i sortides remotes que realitzen la funció de SLAVE (ESCLAU) del sistema. S’encarreguen de detectar i realitzar los canvis d’estat de les variables que fan funcionar la Cèl·lula.

1.5 Descripció de la Cèl·lula de Fabricació Flexible. La Cèl·lula de Fabricació Flexible està pensada per realitzar la fabricació, verificació, classificació y emmagatzematge de cilindres pneumàtics de simple efecte.


9

1. MÒDUL DE PRODUCCIÓ 2. MÒDUL D’UNIÓ 3. MÒDUL D’EMMAGATZEMATGE

Figura 3. Esquema general de la Cèl·lula de Fabricació Flexible

Tal i com és pot veure a la figura 3 de més a dalt la Cèl·lula de Fabricació Flexible consta de 3 mòduls principals que descriurem breument tot seguit: 1) MÒDUL DE PRODUCCIÓ

En aquest mòdul s’efectua la producció de cilindres de simple efecte amb retorn per molla. Primer s’identifiquen i s’introdueixen les camises al sistema; després són dipositades en un palet damunt d’una cinta transportadora que interconecta els 4 submòduls. Després s’introdueixen l’èmbol corresponent i la molla; tot seguit és tapa amb una culata amb tancament mitjançant baioneta. Per últim, es verifica que el conjunt està correctament muntat.

2) MÒDUL D’ENLLAÇ

Un cop s’ha comprovat que el conjunt és correcte, es transporta cap a una estació en que es farà la seva identificació, classificació i emmagatzematge, fins que arribi la ordre de treball que indiqui el tipus de cilindre que cal subministrar

3) MÒDUL D’EMMAGATZEMATGE

Per últim, amb els cilindres procedents del mòdul d’enllaç es procedeix a la formació de palets de 3 cilindres cadascun segons les ordres de treball assignades. Dins de aquest mòdul en tenim 2; el primer que forma els palets de 3 cilindres i el segon submòdul (aquest més complex) classificarà els palets amb diferents nivells d’alçada.

En aquest projecte s’ha realitzat el control i supervisió mitjançant SCADA del

mòdul de producció, prèviament automatitzat.


10

1.6 Mòdul de Producció

Figura 4. Vista general del Mòdul de Producció

Figura 5. Esquema del Mòdul de Producció


11

El Mòdul de Producció està format pels següents mòduls:

1) Mòdul d’identificació i càrrega de camises 2) Mòdul de muntatge de components 3) Mòdul de muntatge de culates 4) Mòdul de verificació 5) Mòdul de transport

En el primer mòdul s’identifica el tipus de camisa i es posa damunt del palet; Es disposen de 3 tipus de camises: vermelles, metàl·liques i negres. Hi ha una segona diferencia a part del color, que és que el diàmetre interior on s’allotja l’èmbol es menor en les peces negres que en les vermelles, i que també tenen una alçada menor.

Figura 6. Detall dels components dels Cilindres de Simple Efecte

Els diferents tipus de camises són emmagatzemats prèviament en un dipòsit. Un pistó

pitja la camisa que està a la part de sota fins arribar a la zona dels càrrega. Tres tipus de sensors (inductiu, capacitiu i de presència) identifiquen el tipus de camisa. Un cop identificada es trasllada damunt del palet, després es verifica que la camisa no està de cap per avall. Si es així es traslladada al magatzem de refusades. En cas contrari segueix el procés.

Si la camisa està en posició correcta el palet avança fins el següent mòdul on es

realitzarà el muntatge de la molla i l’èmbol que li correspon. Cal tenir en compte de col·locar els èmbols als receptacles corresponents segons la forma que han de ser introduïts dins la camisa, segons podem veure en la figura 6.

Un cop muntats correctament els dos elements al segon mòdul el palet avança cap al

tercer mòdul. Un cop enclavat el palet, es procedeix a obtenir una culata d’un dipòsit similar al descrit al del mòdul 1. Ja que el muntatge de la culata es fa mitjançant el sistema de baioneta (girant un nombre determinat de graus una damunt de l’altra) cal fixar la camisa per que no giri i d’això se’n encarrega una pinça que la pressiona. Un cop el pistó pitja sota el dipòsit de culates, s’agafa la culata i es munta de la manera descrita damunt la camisa.


12

Per últim el palet arriba a l’estació de verificació, on es comprovarà que la peça està correctament muntada, o dit d’una altra manera, que està presuritzada. S’introdueix el cilindre dins un recipient i se li injecta aire a pressió. Si està ben muntat, no hi haurà pèrdues d’aire i un sensor de recorregut que estarà damunt de la peça pujarà fins la seva màxima extensió. Si es així, la peça es dipositada a la cinta per continuar a les zones de classificació i emmagatzematge. Sinó es així i hi ha pèrdues d’aire vol dir que el cilindre muntat es erroni i es transportarà a la cubeta de refusos.

Un cop descrita la planta en general passarem a fer una descripció de mòdul per

mòdul enumerant breument els components de que consta cadascun d’ells.

1.6.1 Mòdul 1: identificació i càrrega de camises

Aquesta estació s’encarrega de la identificació i càrrega de camises de cilindres de simple efecte al procés de producció

Figura 7. Imatge del Mòdul 1

En aquest mòdul hi ha diverses zones que podem diferenciar per facilitar la seva comprensió i estudi:

• Zona de l’alimentador • Zona de desplaçament • Zona de detecció


13

Figura 8. Zones del mòdul 1.

1.6.1.1 Zona de l’alimentador

Aquesta és la part on es carreguen i s’identifiquen les camises que s’introduiran al sistema. Està composada pels següents elements:

1.6.1.1.1 Dipòsit

En el dipòsit s’introdueixen les camises que seran la base de producció dels elements de la Cèl·lula de Fabricació Flexible. Han d’introduir-se de boca amunt de forma que s’hi puguin introduir correctament els elements posteriors. Si està col·locada al revés, serà conduïda a la cubeta de refusos.

Aquest dipòsit es considera d’alimentació per gravetat, ja que les camises queden acumulades una damunt de l’altra i la que està a la base serà la que serà processada en primer moment. 1.6.1.1.2 Carregador de camises

El carregador és l’encarregat de desplaçar la camisa del cilindre que s’ha de produir des de la base del carregador fins a la zona d’identificació. Està format per un cilindre de doble efecte controlat per una electrovàlvula 5/2 vies monoestable.


14

1.6.1.1.3 Zona d’identificació

En aquesta part, la camisa es identificada mitjançant una combinació de 3 sensors:

Figura 9. Detall dels sensors d’identificació

- Un sensor de tipus capacitiu que detecta la presència de camisa dins la zona indicada. - Un sensor de tipus fotoelèctric que distingeix entre camises negres (no rebota la llum) i vermelles i metàl·liques, que ho fa amb més facilitat. - Un sensor inductiu que distingeix entre peces metàl·liques i negres o vermelles, ja que detecta la presencia de metall a la camisa.

Usant una correcta combinació dels sensors podem saber el tipus de camisa que s’està processant en cada moment:

· Camisa negra: s’activa el sensor capacitiu. · Camisa vermella: s’activen els sensors capacitiu i fotoelèctric. · Camisa metàl·lica: s’activen els sensors capacitiu, fotoelèctric i inductiu.

1.6.1.2 Zona de desplaçament

En aquesta zona es fa el desplaçament de la camisa per les diferents parts del mòdul. Està composada per les següents parts:

- Desplaçador pneumàtic horitzontal DGPL - Desplaçador Twin de refusos horitzontal - Desplaçador Twin elevador vertical - Pinça HGD

1.6.1.2.1 Desplaçador pneumàtic horitzontal DGPL

El moviment per fer el trasllat de les camises des de la zona dels sensors fins el palet es fa mitjançant un cilindre sense tija tipus DGPL, amb topall mecànic i amortització hidràulica en els extrems controlat per una electrovàlvula 5/2 vies biestable.


15

Al ser el cilindre de doble efecte pot treballar en ambdós sentits, ja que pot rebre pressió del sistema en els dos costats de l’èmbol per avançar o retrocedir.

Es detecten els finals de carrera en cada un dels sentits mitjançant uns sensors magnètics. 1.6.1.2.2 Desplaçador Twin de refusos horitzontal

Per traslladar les camises fins a la cubeta de refusos s’efectua per un cilindre tipus Twin, muntat horitzontalment controlat per una electrovàlvula 5/2 vies biestable.

Aquest cilindre, de forma anàloga al cas anterior, pot treballar en ambdues direccions, al poder rebre pressió dels dos costats de l’èmbol per poder avançar o be retrocedir.

Per a cada posició del cilindre es disposa de sensors magnètics que detecten la presència del cilindre i activen la variable corresponent.

1.6.1.2.3 Desplaçador Twin elevador vertical

El cilindre de tipus Twin, aquest muntat verticalment, es fa servir per a traslladar la camisa verticalment (de amunt a baix o viceversa), tant per recollir la camisa de l’alimentador com de dipositar-la al palet, o a la cubeta de refusos. Està controlat per una electrovàlvula 5/2 vies monoestable.

Al igual que el cas anterior, pot treballar en ambdós sentits, al poder rebre pressió dels dos costats de l’èmbol per poder pujar o baixar.

Tindrem detectors de final de carrera magnètics, que ens permetrà saber la posició del cilindre en tot moment. 1.6.1.2.4 Pinça HGD

Per a agafar les camises i transportar-les d’un lloc a un altre del mòdul s’usa una pinça del tipus HGD controlada per una electrovàlvula 5/2 vies monoestable.

No hi ha implementat cap final de carrera en aquesta pinça, així que en l’automatització s’empra un temporitzador.

1.6.1.3 Zona de detecció

En aquesta part del mòdul es fa la comprovació de que la camisa quedi ben col·locada damunt del palet; totes les camises han de quedar boca amunt. Si es detecta una que no és així, es transportarà a la cubeta de refusos. Està composada per les següents parts:

- Desplaçador Twin del detector horitzontal - Detector òptic

1.6.1.3.1 Desplaçador Twin del detector horitzontal

El cilindre de tipus Twin, muntat horitzontalment, s’usa per desplaçar el sensor òptic sobre la camisa que estarà col·locada en el palet, per comprovar que estigui col·locada de


16

forma correcta; en cas contrari es transportarà a la cubeta de refusos. Està controlat per una electrovàlvula 5/2 vies monoestable.

Al igual que els casos anteriors dels desplaçadors Twin, pot treballar en ambdós sentits, al poder rebre pressió dels dos costats de l’èmbol per avançar o be retrocedir el detector.

Es disposa de dos detectors magnètics, usats com a finals de carrera per saber la posició del detector.

1.6.1.3.1 Detector òptic

Tenim un detector òptic instal·lat damunt del desplaçador Twin anterior, i és l’encarregat de determinar si la camisa està ben col·locada o no, això és, que està boca amunt.

1.6.1.4 Modes de Treball

Segons la selecció de la botonera de comandament, definirem el mode de treball de l’estació:

Figura 10. Detall de la botonera de comandament

o Manual i Independent L’estació opera en mode manual. Un cop polsat el botó de marcha, l’estació estarà en funcionament fins que es polsi reset o emergència. Aquest mode manual estarà lligat al mode de test del scada; des del pc es controlaran de forma manual totes les entrades i sortides.

o Manual i Integrat No té efecte. o Automàtic i Independent

L’estació funciona en mode Cicle Continu. Un cop polsada la marcha, estarà en funcionament fins que es polsi reset o emergència.

o Automàtic i Integrat

L’estació funciona en mode Cicle Continu, però només obeeix les ordres donades des del scada. Es realitza un cicle que correspon a una sortida sota demanda (Just in Time).


17

1.6.1.5 Seqüència de moviments 1.6.1.5.1 Seqüència de treball Les camises són extretes d’un cilindre alimentador per gravetat. S’extrauen per mitjà d’un pistó que les posiciona a la zona de sensors que detecta de quin tipus de camisa és tracta. La seqüència d’accions que es porten a terme en aquesta estació són:

- El pistó pitja la camisa cap a la zona dels sensors - Baixa el braç - Es pinça la camisa (s’activa un temporitzador d’un segon) - Un cop passat aquest temps, puja el braç. - Es desplaça el braç fins a arribar a la zona del palet. - Un cop damunt del palet, el braç baixa. - S’activa un temporitzador d’un segon - Un cop passat aquest temps, el braç puja. - S’activa pistó del detector òptic. - Es retirà el detector. - Si la peça és bona (boca amunt) el braç es desplaça a la posició de repòs preparat

per processar una camisa nova. - Si és dolenta, el braç agafa la peça i la desplaça cap a la cubeta de refusos.

Posteriorment, torna a la posició de repòs. Quan una camisa és pitjada pel pistó, si transcorre un temps determinat (10segons) entre que el pistó pitja la peça i es detecta, es torna a fer actuar el pistó per que carregui la camisa. Si tornen a transcorre aquests 10 segons i no es continua sense detectar presència de camisa a la zona del sensors, voldrà dir que el cilindre alimentador està buit de camises; el sistema passa a situació d’espera. per reanudar el cicle caldrà omplir el cilindre alimentador i polsar marcha.


18

1.6.2 Mòdul 2: muntatge de components.

Aquesta estació té la missió d’inserir l’èmbol i la molla a l’interior de la camisa del cilindre en producció.

Figura 11. Imatge del Mòdul 2

En aquest mòdul, podem diferenciar diferents zones per tal de facilitar l’estudi de

cadascuna d’elles i dels elements que la formen:

Figura 12. Zones del mòdul 2

- Zona de Càrrega - Zona de Desplaçament


19

1.6.2.1 Zona de Càrrega

En aquesta zona es realitza la càrrega de l’èmbol i de la molla de que consten el cilindre de simple efecte.

Aquesta part del mòdul està composta pels elements següents:

- Dipòsits - Carregador giratori DSM d’èmbols - Carregador horitzontal DSL de molles

1.6.2.1.1 Dipòsits

En aquests dipòsits s’emmagatzemen els èmbols i les molles per ser introduïts posteriorment dins la camisa.

Cal tenir en compte el següent:

- La posició dels èmbols és de cara amunt, és a dir, la base més ampla, baix. - No s’han de barrejar els diferents tipus d’èmbols, ja que són de diàmetres

diferents. - Les molles han de col·locar-se al dipòsit sense forçar ni encallar-se. - Cal vigilar de no col·locar en els dipòsits molles deformades, podrien encallar-se.

1.6.2.1.2 Carregador giratori DSM d’èmbols

Aquest carregador és el que prepara l’èmbol que serà carregat en la camisa en procés. Si la camisa és vermella o metàl·lica és prepararà un èmbol de plàstic negre. Si la camisa és negra, es prepararà un èmbol metàl·lic, que és una mica més petit (la camisa és mes petita).

La part motriu de l’alimentador d’èmbols està constituïda per un cilindre rotatiu, tipus DSM i està controlat per una electrovàlvula biestable.

El cilindre DSM pot treballar en ambdues direccions, ja que pot rebre pressió del sistema pels dos costats de l’èmbol.

En el cilindre hi ha sensors inductius que funcionen com a detectors de posició, per determinar que l’èmbol està preparat per ser agafat. 1.6.2.1.3 Carregador horitzontal DSL de molles

El carregador DSL serà l’encarregat de pitjar la molla a col·locar damunt de l’èmbol que es troba dins la camisa al palet, transportant-la des del carregador fins la zona on serà recollida per la pinça.

Està constituït per un cilindre pneumàtic de doble efecte controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.

Al cilindre hi ha instal·lat detectors magnètics, que ens indicaran si el cilindre està en posició de retrocés o avançament.


20


En aquesta zona s’efectua el desplaçament de la molla i l’èmbol corresponents a través de les diferents parts del mòdul.

Està format pels següents elements: - Desplaçador DSL giratori i elevador vertical - Pinça HGP

1.6.2.2.1 Desplaçador DSL giratori

L’estació disposa d’un actuador tipus DSL, que permet realitzar moviments lineals i giratoris.

La part motriu consta d’un cilindre rotatiu del tipus DSL i està controlat per una electrovàlvula biestable. El cilindre DSL pot treballar en ambdós sentits, ja que pot rebre pressió del sistema en els dos costats de l’èmbol.

El moviment giratori del cilindre (90º) s’empra per girar la pinça i per tant el component, èmbol o molla, que es trobi en ella. Podrem posar la pinça en situació d’agafar components o de deixar-les anar (al palet).

El cilindre de tipus DSL, muntat verticalment, es emprat per traslladar l’èmbol o la

molla verticalment en les operacions de recollida de components als respectius alimentadors, i dipositar-los en la camisa que està en procés de fabricació.

Està constituït per un cilindre pneumàtic de doble efecte sense tija controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable

El cilindre pot treballar en ambdós sentits, al poder rebre pressió del sistema en els dos costats de l’èmbol.

S’han instal·lat dos sensors magnètics que actuen com a detectors de posició, per determinar si el cilindre és dalt o baix.

1.6.2.2.2 Pinça HGP

Per tal d’agafar els èmbols i molles i transportar-los d’una part a una altra del mòdul, s’usa una pinça del tipus HGP amb pinces paral·leles.

Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.

No hi ha previst cap final de carrera per saber si la pinça està oberta o tancada. Caldrà emprar un temporitzador per assegurar que la pinça ha agafat o deixat anar l’èmbol o la molla.




21







1.6.2.4 Seqüència de moviments 1.6.2.4.1 Seqüència de treball

El codi de l’èmbol sol·licitat en la ordre de fabricació està emmagatzemat en una variable interna de l’autòmat. Aquest codi està relacionat amb el cilindre que està en procés de la següent forma:

- Camisa negra muntar èmbol metàl·lic (petit). - Camises vermella o metàl·lica muntar èmbol negre (gran). L’estació té un mòdul separador d’èmbols amb dos carregadors. Un mòdul rotatiu

selecciona l’èmbol que cal per la camisa en procés. La seqüència d’accions que es porten a terme en aquesta estació són: - El cilindre DSL muntat verticalment baixa, tanca la pinça i puja l’èmbol. La

pinça girà cap a la posició d’inserció de component. - El cilindre rotatiu dels èmbols gira en sentit contrari, per tal de tenir un èmbol

com el que s’acaba d’agafar, preparat. - El braç es desplaça mitjançant un motor pas a pas cap a la zona del palet; un cop

allí baixa i deixà anar l’èmbol dins la camisa.


22

- Un cop fet això, cal inserir ara la molla corresponent. El braç puja la pinça i es desplaça cap a la zona del carregador de molles.

- Un cop arribat a la zona de carregar la molla, la pinça gira a posició de carregar components. Baixa i pinça la molla. Obrirà la pinça i tornarà a tancar-la per tal de centrar mecànicament la molla. Després pujarà i girarà a posició de descarrega de component

- Cal recarregar l’alimentador de molles; per tan el cilindre carregador es tira enrera i després endavant per tal de tenir carregada una molla a la zona de càrrega del braç.

- El braç es desplaça cap a la zona del palet. Un cop allà baixa el braç i obre la pinça. Després pujarà i es desplaçarà a la posició de repòs.

- El sistema roman a l’espera d’una nova camisa per muntar i la senyal de marcha.

1.6.3 Mòdul 3: muntatge de culates.

Aquest mòdul té com a missió extraure culates d’un carregador, col·locar-les i roscar-les, mitjançant un manipulador pneumàtic, a la camisa en procés.

Figura 14. Imatge del mòdul 3

En aquest mòdul podem diferenciar diferents zones a fi i efecte de facilitar l’estudi

de cadascuna d’elles i els elements que les formen:

- Zona de l’alimentador - Zona de desplaçament - Zona de muntatge


23

Figura 15. Zones del mòdul 3.

1.6.3.1 Zona de l’alimentador

En aquesta zona s’efectua la càrrega de les culates que serviran per tancar el cilindre. Està composta per:

- Dipòsit - Carregador - Detector de culates

1.6.3.1.1 Dipòsit

En aquest dipòsit s’emmagatzemen les culates que serviran per tancar les camises que s’estan processant. Totes s’ha de col·locar boca baix (les pestanyes a la part inferior).

Aquest dipòsit es considerat d’alimentador per gravetat, ja que les culates queden acumulades una damunt de l’altra damunt de la base del carregador.

1.6.3.1.2 Carregador

El carregador s’encarrega de desplaçar la culata que tancarà la camisa des de la base del carregador fins el palet.


Aquest cilindre pot treballar en ambdues direccions, al poder rebre pressió del sistema en ambdues direccions per avançar i retrocedir.

Al cilindre hi ha muntats dos detectors magnètics que actuen com a detectors de posició, per saber si el cilindre està en retrocés o avanç.


24

1.6.3.1.3 Detector de culates

En la zona de càrrega hi ha instal·lat un detector òptic que determinarà si hi ha presència de culata en aquesta zona o no.

1.6.3.2 Zona de Desplaçament

En aquesta part s’efectua el desplaçament de la culata per les diferents parts del mòdul. Consta dels següents elements:

- Desplaçador pneumàtic horitzontal DGPL - Desplaçador DSL giratori i elevador vertical - Pinça HGD

1.6.3.2.1 Desplaçador pneumàtic horitzontal DGPL

El moviment per traslladar les culates des de l’alimentador fins al palet es executat per un cilindre sense tija, tipus DGPL, amb topall mecànic i amortització hidràulica als extrems.

Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte sense tija controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies biestable.

El cilindre pot treballar en ambdues direccions al poder rebre pressió del sistema en ambdós costats de l’èmbol.

Un sensors magnètics, muntats sobre la camisa del cilindre, informen de les posicions extremes (alimentador - cinta)

1.6.3.2.2 Desplaçador DSL giratori i elevador vertical

El mòdul disposa d’un actuador de tipus DSL, que permet realitzar moviments lineals i giratoris. El moviment giratori del cilindre s’empra per girar la pinça i en conseqüència, la culata que es troba pinçada. El gir es fa degut a que el tancament dels cilindres es fa per baioneta, per això cal roscar la culata mantenint fixada la camisa.

La part motriu està formada per un cilindre rotatiu tipus DSL i està controlat per una electrovàlvula monoestable.

El cilindre DSL pot treballar en ambdues direccions, al poder rebre pressió del sistema en els dos costats de l’èmbol.

Al cilindre s’hi ha instal·lat dos sensors inductius que actuen com a detectors de posició, per tal de determinar si l’actuador està a l’inici o a la fi del roscat.

El cilindre de tipus DSL, muntat verticalment, es fa servir per pujar o baixar les

culates, segons convingui. Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte sense tija controlat per una

electrovàlvula de 5/2 vies monoestable. El cilindre de doble efecte pot treballar en ambdós sentits al poder rebre pressió del

sistema des dels dos costats de l’èmbol. Al cilindre estan disposats dos sensors magnètics que s’utilitzen com a detectors de

posició.


25

1.6.3.2.3 Pinça HGD

Per agafar les culates i transportar-les d’una part a una altra del mòdul s’usa una pinça del tipus HGD.

Està formada per un cilindre pneumàtic de doble efecte, controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.

No hi ha previst cap final de carrera per saber si la pinça està oberta o tancada. Caldrà fer servir un temporitzador per assegurar que la pinça hagi agafat o deixat anar la culata.

1.6.3.3 Zona de Muntatge

En aquesta part del mòdul es fa el muntatge final del cilindre, col·locant la culata damunt, amb l’èmbol i molla corresponents, i fent el tancament per baioneta. per fer aquesta operació és important que la camisa no giri al mateix temps que ho fa la culata. Per tan el que s’ha previst és una mordassa que deixa fixa la camisa.

1.6.3.3.1Pinça HGR

La pinça que es fa servir per fixar les camises, mentre es fa l’operació de tancar la culata, es controlada per una electrovàlvula monoestable.


No hi ha disponible cap final de carrera per determinar si la pinça està oberta o està tancada. Caldrà usar un temporitzador per assegurar que la mordassa ha tingut temps d’obrir-se o bé de tancar-se.






26





1.6.3.5 Seqüència de moviments 1.6.3.5.1 Seqüència de treball La seqüència d’accions que es porten a terme en aquesta estació són:

- La camisa que hi ha al palet és fixada amb la pinça - mordassa. - S’activa el pistó per extraure una culata del carregador. Un detector òptic detecta

la presència de la culata al carregador. - Un cop detectada la culata, baixa el braç, la pinça es tanca i puja amb la culata. - Si la culata cau de la pinça en la maniobra de pujar, cal polsar EMERGÈNCIA;

després posar la culata en la zona de càrrega i aixecar el polsador d’emergència i polsar marcha.

- El braç trasllada la culata des de la zona de càrrega fins al palet. - El braç baixa fins entrar en contacte amb la camisa. Després efectua el gir del

braç per tal de roscar la culata damunt de la camisa fixada. - S’obre la pinça i el braç puja. La mordassa alliberà el cilindre ja muntat. - El braç retorna a la posició de repòs. El mòdul està preparat per una nova peça. - Quan es pitja una culata, si transcorre un temps de 10 segons entre que pitja el

pistó i es reconeix la culata, es torna a activar el pistó. Si tornen a passar 10 segons i no es detecta presència de culata, vol dir que el carregador està buit (o obstruït). - Cal reomplir / desencallar el carregador - Polsar marcha. Es repeteix el procés de carrega.


27

1.6.4 Mòdul 4: Mòdul de verificació de conjunts.

Aquest mòdul té com a missió verificar el correcte funcionament dels cilindres de simple efecte.

Figura 17. Vista general del mòdul 4.

Dins d’aquest mòdul podem distingir diferents parts, a fi i efecte de facilitar l’estudi

de cadascuna d’elles i dels elements que les formen: - Zona de desplaçament - Zona de verificació - Zona de classificació


28

Figura 18. Zones del mòdul 4


En aquesta part del mòdul s’efectua el desplaçament del cilindre, des del palet fins la zona de verificació. Està compost pels següents elements:

- Desplaçador DSL giratori i elevador vertical - Tovera de succió

1.6.4.1.1 Desplaçador DSL giratori i elevador vertical

El mòdul disposa d’un actuador DSL que permet fer moviments lineals i giratoris. El moviment giratori del cilindre s’empra per girar la pinça, i per tant el cilindre que

estigui en ella. Podem girar la pinça cap a un sentit per agafar el conjunt que es troba al palet, o be, girar-la cap a l’altre sentit per dipositar la peça al conjunt de verificació.

La part motriu està formada per un cilindre giratori tipus DSL, i controlat per una electrovàlvula biestable.

El cilindre de DSL pot treballar en ambdues direccions al poder rebre pressió del sistema pels dos costats de l’èmbol.

Al cilindre s’han instal·lat dos sensors inductius que actuen com a detectors de posició, per saber si l’actuador està al principi o al final de carrera. Això ens permetrà saber si el braç es troba en la zona de verificació o be al palet.

El cilindre DSL s’empra per traslladar els conjunts verticalment, és a dir pujar-los o

baixar-los segons convingui l’operació actual. Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte sense tija controlat per una

electrovàlvula de 5/2 vies monoestable. El cilindre de doble efecte pot treballar en ambdues direccions, al poder rebre pressió

del sistema pels dos costats de l’èmbol.


29

Al cilindre s’han previst dos sensors magnètics que actuen com a detectors de posició, per saber si el braç es troba dalt o baix.

1.6.4.1.2 Tovera de succió

Per a fer el trasllat dels cilindres del palet a la zona de verificació, es fa servir una subjecció per buit. La tovera de succió s’encarrega de crear el buit per tal que la ventosa de subjecció pugui mantenir succionat el cilindre, i així transportar-lo d’una part a una altra.

La tovera de succió està controlada per una electrovàlvula de 3/2 vies monoestable. Per efecte Venturi, es crea una zona de depressió que està connectada a les ventoses.

Quan les ventoses subjecten al cilindre, es crea el buit en elles i al tub que les comunica. El buit es detectat per un presostat.

1.6.4.2 Zona de verificació

En aquesta zona es realitza la verificació en que sabrem si el cilindre que s’ha fabricat al llarg del sistema de producció és correcte o no. Està composta pels següents elements:

- Desplaçador Twin elevador vertical - Injector d’aire - Cilindre expulsor

1.6.4.2.1 Desplaçador Twin elevador verificador

El cilindre del sistema de verificació és del tipus Twin. és un cilindre de doble efecte, construït amb dos tiges per proporcionat major potència i seguretat antigir.

Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte amb doble tija controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.

Al cilindre s’han muntat dos sensors magnètics com a detectors de posició, per saber si el cilindre està en retrocés o avanç.

1.6.4.2.2 Injector d’aire

Per a provar els cilindres que s’han acabat de muntar al mòdul anterior, cal injectar aire a pressió i comprovar la carrera de l’èmbol del cilindre de simple efecte construït.

Està format per un injector d’aire controlat per una electrovàlvula de 3/2 vies monoestable. 1.6.4.2.3 Cilindre expulsor

El cilindre instal·lat en la base de l’allotjament del verificador, té com a objectiu pitjar el cilindre verificat per facilitar l’extracció del mateix.


30

Està format per un cilindre pneumàtic de simple efecte, amb retrocés per molla, controlat per una electrovàlvula de 3/2 dies monoestable.

El cilindre de simple efecte pot treballar en una única direcció, ja que només pot rebre pressió del sistema per un costat de l’èmbol. El retrocés es fa mitjançant una molla.

1.6.4.3 Zona de classificació

En aquesta zona, segons el resultat de la verificació, s’activa el mòdul basculant que determina si el conjunt segueix endavant o es enviat a la cubeta de refusos. Està composada pels següents elements:

- Desplaçador DSM giratori - Desplaçador DSL vertical basculant - Tovera de succió

1.6.4.3.1 Desplaçador DSM giratori

El moviment giratori d’aquest element es fa servir per traslladar el cilindre verificat des del verificador fins al mòdul basculant.

La part motriu del braç giratori està constituïda per un cilindre rotatiu, tipus DSM i està controlada per una electrovàlvula biestable.

El cilindre DSM pot treballar en ambdues direccions, ja que pot rebre pressió del sistema en els dos costats de l’èmbol.

Al cilindre hi ha disposats sensors inductius com a detectors de posició. 1.6.4.3.2 Desplaçador DSL vertical basculant

El cilindre de tipus DSL, muntat verticalment, s’empra per pujar i baixar el mòdul basculant. Quan el cilindre verificat és bo, el desplaçador està en repòs (les peces cauen a la cinta transportadora posterior) i quan la verificació és dolenta, el desplaçador està en avanç, aixecant el basculant per tal que les peces caiguin a la cubeta de refusos.

Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte, controlat per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.

Al cilindre s’ha muntat un sensor inductiu com a detector de posició, per determinar si el cilindre està avançant (baix) o retrocedint (dalt).

1.6.4.3.3 Tovera de succió

Per a traslladar els cilindres de la zona de verificació cap al basculant, s’usa una subjecció per buit. La tovera de succió s’encarrega de crear el buit per que la ventosa de subjecció pugui succionar el cilindre i així poder transportar-lo.

La tovera de succió està controlat per una electrovàlvula de 3/2 vies monoestable. Per efecte Venturi es crea una zona de depressió que està connectada a les ventoses.

Quan les ventoses subjecten el conjunt, es crea el buit en elles i el tub que les comunica. Aquest buit es detectat per un presostat.


31









1.6.4.5 Seqüència de moviments 1.6.4.5.1 Seqüència de treball

Un cilindre amb tija giratori de tipus DSL, serà l’encarregat de pujar i baixar la peça, així com de traslladar-lo entre el palet i el mòdul de verificació.

La seqüència d’accions que es porten a terme en aquesta estació són: - En repòs, el braç 1 està damunt del palet. Al rebre la senyal de MARCHA el braç

baixa fins entrar en contacte amb la peça. - S’activa el buit per subjectar la peça. - El braç puja conjuntament amb la peça. - Un cop es a dalt, el braç gira cap el mòdul de verificació - Després el braç baixa i deixa de succionar la peça, deixant-la al mòdul de

verificació.


32

- El braç gira cap a la posició del palet i baixa el conjunt de verificació (format per el grup de mesura i el cilindre Twin).

- S’injecta aire a pressió per forçar que l’èmbol efectuï un desplaçament vertical (cap a dalt).

- El sensor analògic mesura la carrera del tija, emmagatzemant la mesura en un registre de l’autòmat. Si no supera un cert valor, considerarem que el cilindre té fugues i per tan es defectuós.

- Un cop finalitzada la mesura, es desactiva la injecció d’aire i puja el grup de mesura.

- El braç 2 es desplaça cap al verificador - S’activa l’expulsor del cilindre en el verificador - Un cop allà s’activa el buit per succionar el cilindre verificat. - Es desplaça el braç cap al mòdul basculant. - Depenent del resultat de la verificació s’activa el pistó del mòdul basculant o no,

segons sigui el resultat de la verificació correcte o no. - Es desactiva la succió del cilindre i aquest cau damunt del mòdul basculant,

dirigint-se a la cinta posterior ( si és bona) o a la cubeta de refusos (si és dolenta). - Finalitzada l’operació, l’estació roman a l’espera de l’arribada d’un nou palet que

contingui un cilindre fabricat per verificar. 1.6.5 Mòdul 5: Transport.

Aquesta estació té per objecte desplaçar els palets pels diferents mòduls del sistema de producció.

Figura 20. Imatge del mòdul de transport


33

Aquest mòdul està format per les següents parts: - Cintes - Zones de parada

1.6.5.1 Cintes

Les cintes són les encarregades de transportar els palets d’un mòdul a un altre.

Figura 21. Esquema de les cintes

La distribució de les cintes és la següent:

- Cintes 1 i 2: estan controlades per la mateixa senyal; és a dir al activar-se la variable associada s’activaran els motors que fan moure les cintes 1 i 2.

- Cintes 3 i 4: com al cas anterior, estan controlades per la mateixa senyal; al activar-se la variable associada, s’activaran els dos motors que fan desplaçar les cintes 3 i 4.

1.6.5.2 Zones de parada

En aquesta zona és on és realitza la parada del carro. Hi ha previstes 4 parades al sistema de producció, una per cadascun dels quatre mòduls en que el carro (el carro conté el palet) s’ha d’aturar. Els elements d’aquestes zones es troben davant de cada mòdul, on s’atura carro.

Està formada pels següents elements: - Sensor aturada carro - Enclavament carro - Aturada de carro


34

1.6.5.2.1 Sensor aturada carro

En les posicions d’aturada dels carros, davant dels mòduls del sistema de producció, hi ha uns detectors de tipus inductiu situats sota la posició en la que els carros es detenen. Aquests sensors ens informen sobre la presència d’un carro en la posició d’aturada.

1.6.5.2.2 Enclavament carro

L’enclavament del carro es realitza un cop està detingut el carro, aixecant-lo de forma que no tingui contacte amb la cinta transportadora, i així poder treballar, amb la camisa que es troba damunt d’ell, sense problemes de moviment del palet. A més, evitem el desgast innecessari de la goma que porta el carro, degut al fregament de la cinta.


Els cilindres d’enclavament no disposen de sensors de posició. El que es fa és usar temporitzadors, usant com a inici de temporització l’inici de presència de carro.

1.6.5.2.3 Aturada de carro

Els carros s’aturen al punt d’enclavament per que els mòduls puguin agafar o deixar el material que transporten. Això es fa amb cilindres de simple efecte, de tipus AEVUZ, denominats “stoppers”. Tenen com a missió retenir el carro fins que s’activi l’enclavament, que deixa el carro fixat en la posició de treball.

Està format per un cilindre de simple efecte amb retrocés per molla, controlat per una electrovàlvula de 3/2 vies monoestable.

El cilindre de simple efecte pot treballar en una sola direcció, al poder rebre només pressió del sistema en un costat de l’èmbol. El cilindre en repòs està en posició d’aturar el carro.





35






1.7 El Sistema de Control

La cèl·lula de fabricació flexible està controlada per un PLC (SIMATIC S7-300), amb connexió a PROFIBUS DP i perifèria descentralitzada ET200S. és a dir tenim el PLC que mitjançant el PROFIBUS controla les entrades i sortides, de forma remota, amb les unitats ET200s. Això és molt més còmode i eficaç, al no tenir que cablejar cada variable directament a l’autòmat amb el seu corresponent cable.

1.7.1 El PLC SIMATIC S7-300 Aquest autòmat programable pertany a la família S7-300. Estan constituïts per una

font d’alimentació PS 307, una CPU 314 IFM, mòduls d’entrades i sortides, tan analògics com digitals. Per últim, tenim el mòdul de comunicacions CP 342-5, que ens servirà per connectar-nos, tant als elements de programació (PC) via RS-232 com PROFIBUS com a les perifèries descentralitzades via PROFIBUS.


36

1.7.1.1 La CPU

La CPU utilitzada és la 314C-2 DP de Siemens.

Figura 23. Vista de l’autòmat amb font d’alimentació i mòduls E/S.

1 - Leds d’Estat:

• SF: Grup d’errors, errors interns de la CPU o mòdul de diagnòstic. • BAF: Fallada de bateria (bateria esgotada o no present). • DC5V: Presència de la font de 5V. • FRCE: Manteniment de Forçat • RUN: Intermitent quan s’inicia la CPU, de forma constant en mode RUN • STOP: intermitent quan cal un borrat total, de forma constant en mode STOP

2 – Interruptor de selecció: Selecció manual del mode d’operació de la CPU

• MRES: Reset general. • STOP: Mode STOP. El programa no s’executa. • RUN-P: Mode RUN. La CPU processa el programa emmagatzemat. • RUN: Es processa el programa, però només pot llegir-se.

1.7.1.2 La Font d’alimentació

Com la tensió d’entrada és alterna de 220 V, cal usar una font d’alimentació addicional, de forma que ens transformi la tensió d’entrada en 24 V de continua, que és amb la que treballa l’autòmat, així com les estacions perifèriques d’entrades i sortides ET200s. En el cas d’aquest projecte és la PS 307 de 5 A.


37

Figura 24. Vista del frontal de la font d’alimentació

1.7.1.3 el processador de comunicació CP 342-5

Aquest mòdul interconecta la CPU amb les entrades i sortides remotes ET200S. Això permet controlar cada submòdul del sistema de producció de la Cèl·lula de Fabricació Flexible mitjançant el cable PROFIBUS.

Figura 25. Vista del mòdul de comunicació

Aquest mòdul facilita molt la connexió amb totes les variables (entrades i sortides)

del sistema, al no tenir que cablejar-les una a una a l’autòmat. Es configura com un sistema Mestre – Esclau, és a dir, la CPU fa de mestre i les

diferents ET200S fan d’esclaus.

1.7.1.4 Perifèria descentralitzada

En el nostre cas es fan servir les ET200S per fer de perifèrics descentralitzats. S’usen 5 estacions perifèriques per controlar cadascuna de les estacions o submòduls de que


38

consta el sistema de producció de la Cèl·lula, i tal i com s’ha esmentat mes a dalt, estaran configurades com a esclaus.

Estan formades per un mòdul d’interfície IM151-1 Standard, que s’encarrega de la connexió mitjançant PROFIBUS-DP amb la CPU, un mòdul de potència a prova d’errors per mòduls electrònics PM-E i els diferents mòduls d’entrades i sortides digitals que calen per controlar tots els elements de cada submòdul. En aquest últim cas s’han emprat mòduls de 4 canals, tan d’entrada com de sortida.

Figura 26. Vista del IM151-1 el PM-E i el mòdul d’entrada/sortida

Figura 27. Distribució del PROFIBUS

En el esquema anterior podem veure la distribució del cable PROFIBUS DP del

sistema. El PLC S7-300 és l’autòmat que fa la funció de MASTER (MESTRE) del sistema.

Conté la CPU 314 IFM, entrades i sortides, tan analògiques com digitals, la interfície de comunicacions CP 342-5 i la memòria on es transferit el programa que controla la Cèl·lula de Fabricació Flexible.

Es fa servir el cable PROFIBUS DP per la comunicació entre el Mestre i els Esclaus ET200S. Aquests últims són entrades i sortides que realitzen la funció de SLAVE (ESCLAU) del sistema. Són les encarregades de detectar canvis d’estat de les variables responsables de fer funcionar la Cèl·lula de Fabricació Flexible.


39

1.8 El sistema de Supervisió

El sistema de supervisió està format per un PC, el software de SCADA WINCC 5.0 amb la llicència per 256 variables externes, la targeta d’adquisició de dades via PROFIBUS i la connexió amb PROFIBUS DP a l’autòmat.

1.8.1 El Software SCADA: Windows Control Center (WinCC):

La visualització, monitorització i supervisió de la Cèl·lula de Fabricació Flexible es fa amb el software de Siemens WinCC. Aquest paquet s’instal·la al PC i unit a la targeta de comunicacions via PROFIBUS permetrà una connexió ràpida, flexible i transparent a l’autòmat. El paquet de sofware es pot servir amb llicència per 128, 256, 1024 o 64000 variables externes.

1.8.1.1 Característiques de WinCC

Windows Control Center és un conjunt d’eines per la creació d’aplicacions i gestió de processos automatitzats. Englobat a l’apartat de HMI (‘Human Machine Interface’) representa una eina indispensable per interactuar gràficament amb la planta. Podem veure les característiques principals en la taula següent:

Avisos i Alarmes

Número d’Avisos 50.000 Caràcters per Avís 256 Nombre d’Avisos Arxivats Més de 50.000 Valors de Procés por Avís 10 Arxius

Tipus de Arxiu Arxius Circulares y Arxius Seqüencials

Format de Arxiu Sybase SQL o Dbase III Sistema Gràfic Quantitat de Imatges (Pantalles) Limitats pel Sistema Quantitat de Objectes por Imatge Limitats pel Sistema Quantitat de Campos Operables por Imatge

Limitats pel Sistema

Variables de Procés 128, 256, 1024 o 64000 en funció de la Llicència

Corbes Marcos de Corba por Imatge 8 Corbes por Marco de Corbes 15 Corbes por Imatge 120 Valors de Mesura en Disc Dur (Circular) 9.999.999

Gestió de Usuaris


40

Grups de Usuaris 28 Quantitat de Usuaris 128 Grups d’ Autorització 999 Scripts C (ANSI C) Número de Scripts Limitats pel Sistema

Caràcters por Script 32.000 incloent encapçalat i espais en blanc

Figura 28. Característiques principals del WinCC

1.8.1.2 Mòduls de Funció de WinCC:

La creació d’una determinada aplicació en WinCC es fa partint de diversos mòduls de funció que incorpora el software. A aquests mòduls se’ls hi pot afegir els anomenats ‘Option Packs’ que són llibreries, la llicència de les mateixes s’adquireix a part. Els mòduls que porta per defecte són els següents:

Icona Mòdul de Funció Breu Descripció

Equip

Es defineixen les propietats de l’ordinador de l’estació de treball, com el nom de l’estació, característiques inicials i paràmetres.

Gestió de variables

Administra els drivers per l’acoblament, connexions lògiques, variables de procés i interns, a més de grups de variables.

Estructura de variables Editor para la creació d’estructures de variables en aquells PLC’s que les poden suportar (p. Ex. Simatic S7)

Graphics Designer

Es el editor de gràfics. Serveix per la creació de pantalles i la manipulació d’objectes gràfics.

Alarm Logging

Sistema de missatges d’alarma: Transferència de missatges dels processos per al seu posterior processat, visualització i emmagatzematge.

Tag Logging

Arxivat i Adquisició de valors de mesura: processament de valors històrics i arxivat a llarg termini.

Report Designer Informes: sistema integrat d’informes amb el qual és poden registrar dades d’usuari, valors de procés i missatges (actuals i arxivats)


41

Global Script

Es el compilador de ANSI C de WinCC. Fa possible crear funcions en C i accions que poden usar-se en tot el projecte.

Text Library

Llibreria de textos: Textos d’usuari per al sistema de missatges, amb possibilitats de treballar amb diferents idiomes.

User Administration

Gestiona el alta/baixa d’usuaris i les seves contrasenyes per restringir l’accés a diferents

Zones de l’aplicació.

Cross Reference

Referències Creuades: Aquesta eina crea un llistat de totes les variables del projecte indicant si han estat usades i en quina part del projecte. és útil per buscar possibles errors.

Figura 29. Taula amb els diferents editors de WinCC

La figura següent mostra la pantalla d’inici (la general) del WinCC, des d’on és

podran accedir als diferents editors anteriorment esmentats:

Figura 30. Imatge de la pantalla principal de WinCC


42

1.8.2 El PC

El paquet de software WinCC de SIEMENS pot funcionar amb qualsevol PC que tingui com a sistema operatiu el Windows 2000 amb ‘service pack 4’ o bé Windows NT 4.0 amb el ‘Service Pack 5’. El PC del projecte és el descrit a la taula següent:

Component Mínim Requerit Recomanat PC del Projecte

Processador Pentium II 400MHz > Pentium II 400MHz Pentium IV 2GHz Memòria RAM

128 MB 256 MB 256 MB

VGA SVGA 4 MB XGA 8 MB XGA 64 MB

Resolució 800 x 600 1024 x 768 1024 x 768

Disc Dur 3 GB 3 GB 20 GB

CD ROM 52x Figura 31. Taula amb característiques mínimes recomanades i reals del PC.

A més d’aquestes característiques, cal que el PC disposi d’una ranura lliure PCI (o ISA) per la inserció de la targeta de comunicacions CP 5613 que es descriu breument a continuació:

1.8.3 La Targeta d’adquisició de dades SIEMENS CP 5613:

Per a que l’ordinador pugui comunicar-se amb el PLC S7, cal una targeta de comunicacions. per aquest projecte s’ha usat una targeta CP 5613 de Siemens la qual permet la connexió del PC a una xarxa MPI o PROFIBUS (com és el nostre cas). El software i els controladors de la targeta estan inclosos amb el paquet de software de WinCC. Per la seva configuració hi ha una aplicació al Pannell de Control de Windows.

1.8.4 La Connexió de PROFIBUS DP al PC

La connexió amb PROFIBUS ens comunicarà de forma ‘transparent’ el PC amb l’autòmat. Des del SIMATIC S7 el connectem al mòdul de comunicacions CP 342-5 i després al PC el connectem a la targeta CP 5613 abans mencionada.

Els connectors PROFIBUS són com els del port sèrie RS 232, de 8 pins, tan a la banda de l’autòmat com a la del PC.

Es disposa d’una eina específica per facilitar la connexió del cable als connectors de 8 pins. És el FAST CONNECTING STRIPPING, que ens deixa els dos cables principals al descobert.


43

Figura 32. Cable i diferents connectors PROFIBUS

1.9 Resum del Pressupost El preu del pressupost de licitació resultant és de 15757,22 €, tenint en compte despeses generals (13%), benefici industrial (6%) i I.V.A. (16%), trobant-se detallat al pressupost. Tarragona, juliol de 2005 CARLES MORAGREGA I GARCIA. Enginyer Tècnic Industrial en Electrònica


44

1.10 Bibliografia

q PROFIBUS. Un bus de camp Industrial. Víctor Sempre et alt. Cuadernos CEA-IFAC, 1a Edició

q SCADA. Supervisory Control And Data Acquisition. Suart A. Boyer ISA, Library of Congres Cataloging-in-Publication Data. 1a Edició.

q Operación y Supervisión de WinCC. Curso del Sistema ST-BWINCCS.

SIEMENS AG 2001

q Adreces d’Internet:

- www.profibus.com - www.siemens.com



MEMORIA DE CÀLCUL


AUTOR: Carles Moragrega Garcia.

DIRECTOR: Enric Vidal Idiarte.


PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible MEMÒRIA DE CÀLCUL

45

2.1 Disseny de les pantalles gràfiques

Per a efectuar el disseny de les pantalles gràfiques, que seran la base fonamental en aquest projecte, s’ha fet servir l’editor de gràfics graphics designer, que està integrat al WinCC, com s’ha esmentat a la memòria descriptiva.

Donada la versatilitat del graphics designer, i per donar una imatge de major realisme, s’han dibuixat les pantalles dels 5 diferents submòduls en 3 dimensions. Les pantalles generals, per donar una vista des de dalt i no recarregar les imatges en excés, s’han fet ens dos dimensions.

Figura 33. Pantalla del graphics designer.

2.1.1 Descripció del Graphics Designer

Quan dins de la pantalla principal del WinCC obrim l’aplicació del graphics designer, se’ns obre la finestra mostrada més a dalt a la Figura 33. En aquesta pantalla tenim dos elements clarament diferenciats: la finestra d’arxiu i les diferents eines per poder crear i modificar objectes. Dins les eines tenim: a la part superior la barra d’eines estàndard, a la esquerra de la pantalla, la paleta de colors i el zoom ajustable. A la part esquerra tenim la paleta d’objectes i la paleta d’estil. Per últim, a la part inferior tenim els botons de les capes (nivells).


46

• Finestra d’arxiu: En aquest espai de la pantalla crearem, construirem o modificarem els objectes que siguin necessaris. Disposa d’una retícula ajustable per treballar amb precisió fins i tot amb un zoom elevat.

• Barra d’eines estàndard: aquí estan les comandes mes habituals relacionades amb l’arxiu amb que estem treballant, com ara guardar, imprimir, etc. Hi ha un botó d’especial interès, que és el de mostrar la biblioteca. La biblioteca estàndard és una llibreria molt ampli amb un gran nombre de objectes predefinits. En concret, en aquest projecte s’han usat objectes de formes bàsiques i transportadors de cinta.

Figura 34. Biblioteca predefinida de formes bàsiques

• Paleta de colors: Amb aquesta eina podem modificar el color de l’objecte que estigui prèviament seleccionat, poden adoptar colors predefinits o creats per l’usuari.

• Zoom ajustable: Podem ajustar el factor de zoom de la imatge activa amb la barra o bé amb els botons. Cal recordar que per a una bona definició en la imatge final cal treballar a un zoom relativament elevat.

• Paleta d’objectes: En aquesta paleta es poden seleccionar objectes per a inserir-los a l’àrea de treball. Podem triar entre objectes estàndard, Actius (smart) i windows.


47

o Objectes Estàndard: estan compostos per objectes gràfics i textos estàtics.

o Objectes Actius: tenim una sèrie d’objectes que ens permetran de forma gràfica la visualització o intervenció amb variables del procés de forma directa. En podem destacar el camp d’entrada i sortida en que podrem veure el valor d’un variables del sistema o bé la barra, que podrem veure el valor d’una variable de forma més gràfica.

o • Objectes windows dels que podríem destacar els botons, (de dos tipus) o la barra desplaçadora (slider).

Per últim tenim a la segona pestanya els objectes de control de WinCC, els quals no tenen efecte en l’àmbit d’aquest projecte.

• Paleta d’estil: En aquesta part de la barra d’eines podrem modificar l’estil, l’amplada i el final de línia, i el patró de “reomplert”.

• Capes del gràfic: Podem crear els objectes en diferents nivells o capes per tal de facilitar després el retoc dels mateixos. Com més alta és la capa més prioritat té. Això només tindrà efecte alhora de veure una capa per damunt de l’altra. Un cop activada la pantalla (mode run) les capes desactivades s’activen de forma automàtica.

2.1.2 Creació dels objectes gràfics Per crear els objectes gràfics s’han usat dos principals vies per a fer-ho. Als objectes en tres dimensions (pantalles de cada mòdul, tan en modes de test com en automàtic) s’han fet servir objectes de la llibreria (abans esmentada) de formes bàsiques, on podem trobar-hi cilindres, cubs i d’altres que es poden adaptar a cada situació. On no s’ha pogut emprar un objecte d’aquestes característiques per a crear una part del mòdul desitjat (per motius estètics o de similitud amb l’original) s’han fet servir objectes estàndard de dos dimensions, que modelats i units correctament donen un efecte de tres dimensions millor, fins i tot al conjunt de objectes de tres dimensions de la llibreria. Això és degut a que al poder treballar a un zoom alt es poden definir fins al més mínim detall, que al reduir l’ampliació al zoom real queda de la forma desitjada. 2.2.1.1 Creació d’un objecte a partir de un objecte de llibreria En aquest cas el que farem serà seleccionar un objecte que ens interessi de la llibreria i adequar-lo, tan en tamany, forma i color per obtenir la forma final desitjada. En Aquest projecte s’han extret objectes de dos llibreries en concret: de ‘formes bàsiques’ i de ‘transportadors de cinta’. El que fem és copiar-lo a la finestra de treball; un cop allà activem l’opció de ‘adaptar’ el objecte (el que fa aquesta opció deshabilitada és mantenir la relació de ample / llarg.) i així tindrem més flexibilitat alhora de adequar l’objecte a les necessitats de cada dibuix en concret.


48

Figura 35. Detall de la opció d’adaptar l’objecte

Figura 36. Objectes adaptats de la llibreria


49

A la figura 36 podem veure un detall del mòdul 1 amb objectes creats exclusivament a través de la llibreria de formes bàsiques. Notem que a vegades té certa complexitat que certs detalls, com ara el angle de la 3a dimensió (profunditat) coincideixin en tots. Veiem que el magatzem de culates fet a través de dos cilindres no té la mateixa perspectiva que les culates en si. L’única solució (treballant amb aquesta llibreria) seria la de fer servir 3 o quatre cilindres enlloc de dos per crear el magatzem , però això fa que llavors es vegin línies horitzontals que separen els objectes, si ens fixem en les columnes que fan de suport al recorregut del braç veiem que estan fetes a partir de diversos objectes. 2.2.1.2 Creació d’un objecte a partir de la paleta d’objectes En aquest cas el que farem serà crear un objecte, ja no com a suma de diversos objectes predefinits sinó com a suma de polígons de dos dimensions, que, correctament units podrem crear un objecte de tres dimensions amb més definició que en el cas anterior. Per a fer aquesta tasca seleccionem el objecte ‘polígon’ de la paleta d’objectes; podrem definir un polígon dels costats que vulguem i amb la forma convinguda, això ens donarà molta flexibilitat alhora de crear després els objectes en tres dimensions. Anem a la finestra de treball i anem dibuixant el polígon. Un cop finalitzat, continuem amb el següent, i així fins a obtenir el objecte de tres dimensions desitjat. Veiem que tot i la modul·laritat que ens permet aquest sistema també cal més feina per a crear l’objecte que no pas amb la suma d’objectes de llibreria.

Figura 37. Detall d’objecte amb polígons

A la figura 37 podem veure un objecte com a suma de polígons de dos dimensions, que formen l’esquelet de la part mòbil del verificador del mòdul 4, i també objectes de llibreria com ara cilindres o rectangles. Veiem que la definició (el dibuix està ampliat) és prou bona i això seria més difícil d’aconseguir si ho intentéssim fer tot amb objectes de llibreria. 2.2.1.3 Treballant amb nivells El fet de poder treballar amb nivells o capes facilita molt la tasca de fer retocs a una part del dibuix quan la complexitat d’objectes en la finestra de treball és elevada. A més, com és segur que hi hauran objectes damunt d’altres o inclosos en la seva àrea de selecció no és fàcil seleccionar el que és vol sinó es treballant amb diferents capes.


50

Donats dos objectes (o més) en que un s’ha de veure damunt d’un altre tenim dos possibilitats per a fer-ho:

o Amb capes: disposem de setze capes diferents en les que la zero és la menys prioritària i la quinze la que més, és a dir, els objectes de aquesta última capa sempre estaran per sobre (suposant que sollevin amb d’altres) que altres objectes de capes inferiors. En aquest projecte s’han associat nivells a parts funcionals del mòdul o bé estructures que formen un bloc.

o Dins la mateixa capa podem ficar objectes damunt d’altres amb la funció de ‘objecte al primer pla’ o ‘objecte al fons’. Això és útil quan s’està creant un objecte a partir de d’altres objectes (‘objecte personalitzat’ o bé agrupació d’objectes) per definir les parts que van damunt i les que van sota.

A la figura de sota veiem un exemple d’us de les dos formes de sobreposar objectes de que disposa el WinCC:

Figura 38. Detall amb tots els nivells actius Figura 39. Detall amb només nivells 2 i 3 actius Si ens fixem a les figures 38 i 39 veiem la modularitat dels nivells. A la figura 29 veiem un detall del mòdul dos amb totes les capes actives. Com hi ha força objectes sobreposats, seria complicat treballar sobre aquesta imatge tal qual. Ara bé, si desactivem certes capes o nivells podrem treballar amb més facilitat. També és important seleccionar els nivells per conjunts d’objectes que comparteixen una funció; a la figura de la dreta veiem que tenim la estructura que suporta el braç al nivell 2 i la base del mòdul al nivell 3.

Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de...

Documents

Transcript of Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de...