Témata
Reklama

Řídicí systém pro koordinované dynamické pohony

Řídicí systém Simotion vstupuje na scénu automatizace jako nový prvek a řadí se mezi numerický řídicí systém Sinumerik a univerzální PLC Simatic. Jeho přednosti se uplatní zejména při řízení výrobních strojů s vysokými nároky na dynamiku řízení polohy. Jako alternativa pro uživatele s výraznou převahou nasazení řídicího systému Simatic existuje tzv. technologické CPU Simatic S7-300.

Společnost Siemens je již dlouhodobě předním dodavatelem speciálních řídicích systémů Sinumerik pro řízení obráběcích strojů. Z hlediska požadavků na tento typ řídicího systému je jednou ze základních charakteristik schopnost výpočtu a řízení pohonů tak, aby výsledný pohyb závislých os tvořil prostorovou či plošnou křivku dle zadání pro obrábění. Kromě vedlejšího programování PLC funkcí je hlavní filozofií zadávání pohybových úloh prostřednictvím tzv. technologického programování. Řídicí systémy Simatic lze doplnit o moduly pro řízení pohonů, které jako periferie řídí vždy jednu osu. Případná synchronizace os se děje přes CPU v cyklicky vykonávaném programu.
Je zřejmé, že existují oblasti řízení, kde není jednoznačný důraz na technologické programování (křivky pohybů v několika osách) ani nelze vystačit s rozšířením volně programovatelného automatu. Jedná se o řešení pro výrobní stroje, kam patří např. sklářské, balicí a tiskařské stroje, stroje na formování výrobků z plastů, textilní stroje, výtahy a jiné zdvihací mechanismy, lisy a další tvářecí stroje nebo dřevoobráběcí stroje.
Mnohá řešení pro uvedené technologie lze pochopitelně z hlediska dynamiky a rychlosti synchronizace řízených os bez problému založit na PLC, které pomocí vstupů, snímajících pohyby, a výstupů, ovládajících příslušné výkonové členy, vše i s rezervou uřídí.
Dynamicky náročnější aplikace však bylo v minulosti nutno řešit buď pomocí speciálních technologických modulů pro PLC nebo přesunem řízení rychlého děje do pohonu, přesněji řečeno do frekvenčního měniče. V dobách Simaticu S5 existovala celá řada různých technologických karet, později se výběr zracionalizoval do několika základních karet typu FM (Function Modules).
Co se týče řešení uvnitř frekvenčního měniče, disponuje příslušnou inteligencí především řada Simovert Masterdrives Motion Control. Dále se pro některé z uvedených technologických oblastí v zájmu optimálního řízení vyvíjela velmi speciální řešení, což předpokládalo vysoce sériové odběry významných zákazníků dané oblasti kvůli přijatelnosti ceny těchto řešení.
S nástupem výkonnějších CPU, ale především s významným pokrokem v oblasti průmyslových síťových řešení na bázi izochronního Profibusu a nejnověji pak Profinetu však přichází na trh nový řídicí systém, který plně vyhoví principům TIA, bude alternativou k PLC řízení Simatic a současně k numerickému řízení Sinumerik.
Reklama
Reklama
Reklama

Alternativa Simatic T-CPU

Technologická CPU existují ve variantě CPU 317 T-2DP a CPU 315 T-2DP. Uživatelé a skalní programátoři řídicích systémů Simatic mají tedy k dispozici řešení založené na standardním systému Simatic S7-300, CPU 317-2DP, nově nyní i CPU 315-2DP, které je rozšířeno o druhý procesor - v zásadě systém Simotion -, zabývající se řešením polohovacích úloh ve vlastním rychlém cyklu. Mezi tímto koprocesorem a základním procesorem probíhá komunikace pomocí bloků dle standardu PLC-Open. Dvojitý procesor disponuje dvěma rozhraními Profibus-DP. Jedno z nich je určeno k běžné komunikaci s nadřazeným systémem, operátorskými panely či PLC mezi sebou. Druhé je určeno pro provozování v izochronním režimu, výhodném pro přesné časování, což je důležité pro ovládání frekvenčního měniče. Použít se dá Simovert Masterdrives Motion Control, Simovert nebo Sinamics S120.
Vývojové prostředí pro základní procesor Simatic je běžný STEP7, pro technologický koprocesor je určen doplněk zvaný Simatic Technology.

Simotion

Řídicí systém Simotion je z hlediska programování založen na principu multitaskingového systému. Na pozadí běží cyklicky zpracovávaný blok, stejně jako hlavní cyklický blok OB1 v řídicím systému Simatic. V něm lze například zpracovávat logiku a sekvence nepřímo závislé na pohonech a polohování. Další úlohy (tasky) jsou startovány, pozastavovány, znovu spouštěny a ukončovány nezávisle na tomto cyklu a právě ony jsou určeny pro řešení jednotlivých pohybů. Tasky se programují v grafických blocích podobných vývojovému diagramu nebo v programovacím jazyku podobném např. Pascalu, případně v grafickém programovacím prostředku Ladder.
Řídicí systém pohonů Simotion existuje ve třech provedeních, označených jako C, P a D. Tato označení jsou odvozena od platformy, na níž je Simotion postaven: Controller, PC a Drive. Jednou vytvořený program pro řídicí systém Simotion je díky propojení komponent sběrnicovým způsobem nezávislý na platformě. Jednotlivé platformy mají své specifické přednosti, všechny však splňují základní myšlenku sjednocení třech základních funkcí: logického řízení, řízení typu Motion Control a vykonávání technologických funkcí.
Programování systému probíhá ve vývojovém prostředí Scout, v němž je integrováno rozhraní pro pohony (Drive ES) a program Starter pro práci s měniči Sinamics. Nadstavbou může být např. konfigurační software pro programování vaček CamTool.
Operátorské rozhraní se programuje podobně jako u řídicího systému Simatic v softwaru Simatic ProTool nebo ve WinCC Flexible. Je tedy možno připojit běžné operátorské panely a Touchpanely, průmyslová PC či běžná PC jako operátorská pracoviště s vizualizačním softwarem. Všechny platformy řídicího systému Simotion jsou navíc standardně vybaveny rozhraním Ethernet.
Simotion C je stavební forma podobná řídicím systémům S7-300, vhodná pro aplikace s několika centrálními vstupy/výstupy, na něž se použijí běžné karty systému Simatic S7-300. Izochronní sběrnicí Profibus DP se připojí frekvenční měniče a přes druhé rozhraní Profibus DP nadřazená řídicí úroveň, operátorský panel apod. Procesor Simotion C má označení C230.
Simotion P je průmyslové panelové PC s rozhraním na frekvenční měniče přes izochronní Profibus DP a na systém decentrálních vstupů a výstupů Simatic ET200 prostřednictvím druhého rozhraní Profibus DP. Výhodou je integrovaný displej a to, že na výkonném PC mohou kromě aplikace Simotion běžet i další programy pro PC. Provedení panelového PC Simotion P má označení P350. Vysoký výpočetní výkon pak umožňuje náročné výpočty v reálném čase, jak to ukazuje popis aplikace v další části článku.
Simotion D je stavební součástí víceosého frekvenčního měniče Sinamics S120 a z tohoto hlediska nahrazuje jeho řídicí jednotku. Kombinovaný modul se tedy skládá z vlastního jádra Simotion a z druhého procesoru, který přebírá funkci řídicí jednotky frekvenčního měniče Sinamics S120. Přes Profibus DP se připojí nadřazená úroveň či operátorský panel a dále pomocí decentrálních periferií Simatic ET200 veškeré vstupy a výstupy, které nesouvisí s rychlým řízením polohy. Vstupy a výstupy mající přímou vazbu k řízeným osám měniče Sinamics S120 jsou totiž připojeny pomocí vlastní sběrnice měniče typu Drive CLiQ. Simotion D existuje již ve třech výkonnostně odstupňovaných provedeních pro ovládání 8 až 64 os.

Aplikace Simotion P

Jedním z příkladů aplikace, která dokazuje vhodnost použití systému Simotion, je jednoúčelový stroj, integrovaný do automatizovaných linek pracujících ve vysokém tempu, často i ve třísměnném provozu. Stavbou podobných zařízení se zabývá i společnost Progress Produktionstechnik (PPT), s. r .o., z moravského Přerova.
PPT v loňském roce dodala do jedné z našich automobilek v pořadí již třetí automatický elektrický rovnací lis, který slouží k přesnému rovnání předlohových hřídelí a pastorků ručně řazených automobilních převodovek. Z hlediska životnosti vyráběné převodovky i z hlediska jízdního komfortu budoucího automobilu je totiž nutné, aby obě součásti byly před montáží vyrovnané s přesností na tisíciny milimetru.
Ačkoli jsou všechny tři dodané lisy po mechanické stránce naprosto shodné, po stránce elektrického zapojení a ovládání jsou založeny na odlišné koncepci. Zatímco první dva stroje, vyrobené v rozmezí let 1999 až 2000, pracují na bázi průmyslového PC s vloženými kartami, poslední lis, vyrobený v roce 2004, je postaven na bázi standardizované automatizační techniky Siemens. Díky tomu se nejen mnohem snáze konstruuje, ale také během provozu udržuje a opravuje. Jeho elektrické zapojení je totiž daleko přehlednější, neboť všechny periferie, snímače i pohony jsou připojeny přes rozhraní Profibus. Sběrnice Profibus jako standardizované průmyslové rozhraní zaručuje vysokou přesnost přenosu informací v izochronním režimu (chyba je v tomto případě menší než 1µs) a také možnost snazší údržby a oprav. Také ostatní použité komponenty Siemens, jako např. pohony či snímací karty, jsou standardizované a běžně dostupné (mimo jiné se používají také při výrobě obráběcích strojů), a uživatel tak ušetří značné prostředky, které by musel vynakládat na skladování nestandardních náhradních dílů. Současně se tím zvýšila rychlost případných oprav a poklesly náklady na odborné zaškolení pracovníků obsluhy a údržby.
Přípravek podle zjištěných hodnot průhybu hřídele vypočte místo rovnání a potřebnou rovnací sílu. Beran lisu se poté (pomocí elektrického pohonu Simodrive 611U a motoru řady 1FT6 s absolutním odměřováním) přesune nad přesně definované místo působení, na které zapůsobí vypočtenou tlakovou silou. Beran dokáže působit vahou až 16 tun. Jeho pohon je také elektrický, přičemž lisovací síla se přenáší přes převodovku a vačkový mechanismus s rolnou.
I během rovnání zůstávají inkrementální čidla v kontaktu se zpracovávaným dílem a ihned po odlehčení mohou hřídel či pastorek znovu proměřit. V případě potřeby se může celý postup znovu opakovat, dokud požadovaná přesnost průhybu není lepší než 0,04 mm.
Po ukončení rovnání odkládá podavač zpracované díly na speciální plošinu, kde se automaticky třídí dle naměřených hodnot průhybu na dobré kusy, nevyrovnané kusy a prasklé kusy. K tomu účelu má lis k dispozici také detektor prasklin. Veškeré naměřené údaje se elektronicky archivují pomocí uživatelské databáze, pracující pod Windows XP. Jeden lis dokáže během hodiny vyrovnat více než 200 hřídelí, popř. pastorků.
Simotion P350 řídí přes Profibus DP tři pohony Simodrive 611U a zároveň je na Profibus DP napojeno (přes jednotku Analog Drive Interface ADI 4) 12 lineárně inkrementálních snímačů Haidenhein s rozlišením 0,5 µm. Naměřené hodnoty nepřesností se pomocí sběrnice Profibus dostávají do řídicího systému Simotion, který má dostatečný výpočetní výkon k tomu, aby mohl vyhodnotit během jediné sekundy až 500 vzorků ze 13 kanálů (12 inkrementálních snímačů plus údaj o házivosti hrotů). Data se vyhodnocují s přesností "longreal", tedy jako 64bitová informace. Pro vizualizaci slouží 12palcový LCD displej, který je standardní součástí systému Simotion P 350.
Všechny digitální vstupy/výstupy jsou do řídicího systému připojeny prostřednictvím distribuovaných periferií Simatic ET 200, připojených přes rozhraní Profibus DP. V rozváděčích jsou typy ET 200S, na stroji jsou periferie ET 200X s vysokým krytím.
Použitím uvedených periferií se výrazně snížily náklady na kabeláž a pokleslo množství elektricky spojovaných míst, čímž rapidně narostla spolehlivost celého zařízení.
Vizualizační rozhraní je tvořeno programovacím jazykem Microsoft Visual C++. Přenos dat mezi Simotion P350 a vizualizační aplikací (běžící pod Windows XP) je realizován prostřednictvím OPC Serveru (je standardně předinstalován v Simotion P350). Nezbytnou součástí vizualizace je tedy i uživatelské rozhraní tvořené Windows XP.
Lis pro rovnání hřídelí a pastorků není jediným strojem, který firma PPT v poslední době osadila komponenty Siemens. Na stejném principu funguje i její lis na rovnání klikových hřídelí motorových pil, který již k plné spokojenosti zákazníka funguje u německo-americké firmy Stihl.
Veškeré obrázky naleznete v tištěné podobě časopisu.
Petr Boček
Reklama
Vydání #3
Kód článku: 50330
Datum: 10. 03. 2005
Rubrika: Trendy / Automatizace
Autor:
Firmy
Související články
Platforma pro edgecomputing a průmyslový internet věcí

Systém FIELD (FANUC Intelligent Edge Link and Drive) je platforma určená pro propojení provozních zařízení, která umožňuje rychlý a spolehlivý přístup k výrobním datům s cílem využít je k naplnění koncepce chytré, propojené výroby. Dovoluje realizovat edge computing, tedy shromažďovat a zpracovávat data přímo v provozu, nikoliv až v cloudu, a umožňuje tak činit rozhodnutí, která se týkají jednotlivých strojů a zařízení, mnohem rychleji než u cloudových aplikací. Přitom zůstává zachována možnost, nikoliv povinnost, předem zpracovaná data přenášet k centralizovanému zpracování v informačním systému podniku nebo v cloudu. Účelem je nejen monitorovat, ale i aktivně zasahovat do výrobního procesu ve smyslu regulační smyčky se zpětnou vazbou.

Školní robot pro výuku automatizace

Vzdělávání žáků pro život v první polovině 21. století, v naší tzv. industriální civilizaci.

Doživotní přesnost servopohonů s dutou hřídelí

Požadavky, se kterými se obor pohonné techniky dlouhodobě setkává, jsou velmi různorodé. Kompaktnost a velký výkon se jako klíčové atributy staly standardem v mnoha aplikacích. Zástavbový prostor, který je k dispozici, je stále zmenšován, avšak požadavky na výkon zůstávají buď stejné, nebo se zvyšují. Stále rostoucí globální konkurence vyžaduje trvalou optimalizaci výkonu.

Související články
Strojírenská firma sází na kolaborativní aplikaci

FT-Produktion, švédská strojírenská firma se zákazníky z automobilového, stavebního a nábytkářského průmyslu, zvýšila svou produktivitu díky robotickému řešení obsahujícímu dva uchopovače RG2 od společnosti OnRobot. Kolaborativní aplikace pomohla výrobci zvýšit produktivitu, zkrátit dodací lhůty a přijímat objednávky o mnohem větších objemech.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Roboty řeší nedostatek zaměstnanců v průmyslu

Od svého uvedení na trh v roce 2010 dodala společnost KUKA více než 100 000 robotů řady KR Quantec. Důvodem zájmu o ně je jejich vysoká spolehlivost a univerzálnost s širokým spektrem aplikací.

Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů

Mezinárodní federace robotiky (IFR, International Federation of Robotics) zveřejnila v prosinci 2018 zprávu nazvanou Demystifikace kolaborativních průmyslových robotů (Demystifying Collaborative Industrial Robots), která se snaží nalézt odpověď na otázku současné a budoucí úlohy kolaborativní robotiky. Níže uvádíme překlad podstatné části zprávy, kterou nám poskytl jeden ze členů IFR - společnost FANUC.

Když jde o prostor…

Současné trendy směřují k mnohem větší míře využití elektroniky než doposud. To je hlavní, nikoliv však jediný důvod, proč se množí automatizace výroby menších zařízení, jakými jsou například mobilní telefony, tablety i ostatní elektronika. Ale nejde jen o ni, ale i o laboratoře, farmacii apod.

Zerobot - efektivní způsob automatizace

V minulém příspěvku (www.mmspektrum.com/180112) jsme popsali tzv. nulový bod upínání (Zero point systém). Ukazuje se, že při dnešních trendech, kdy automatizace a zejména pak robotizace opět zažívají velkou renesanci, je výhodné spojit Zero point systém a robot. O trendech takového spojení pojednává tento příspěvek.

Pro ergonomickou obsluhu strojů

Optimální ergonomie je na pracovišti nezbytná. Stroje nejenže musejí splňovat bezpečnostní požadavky, ale musejí také být navrženy tak, aby jejich obsluha byla co nejsnadnější a bez námahy. Ovládací panely na strojích proto musejí být flexibilní a snadno polohovatelné prostřednictvím systémů nosných ramen.

Automatická obsluha mezioperačního skladu

Důvodem pro nasazení automatu v obsluze skladu polotovarů v jičínském závodě Continental Automotive Czech Republic je speciální klima. Brzdové komponenty z plastů musejí po určitou dobu schnout a dozrávat za přísných teplotních, a hlavně vlhkostních podmínek, které nejsou vhodné pro delší pobyt člověka.

Monitoring výroby přinesl vyšší produktivitu

Společnost Kopos Kolín patří mezi tradiční české elektroinstalační podniky působící řadu desetiletí na českém trhu. Firma se před časem rozhodla implementovat do výroby systém Plantyst, který spojuje monitorování technologií a jednoduchý shop floor management do jednoho nástroje. Výsledkem byl výrazný nárůst produktivity a přesné informace o stavu výroby.

Novinky ve vývoji řídicího systému SandRA

Společnost ZAT každoročně představuje novinky ve vývoji českého řídicího systému SandRA. Nač se zaměří letos? „V roce 2016 jsme se věnovali vývoji a posílení vizualizace a komunikace, letos cílíme na kybernetickou bezpečnost a rozvoj aplikací a služeb směrem k Průmyslu 4.0,“ říká Pavel Kulík, ředitel útvaru Technický rozvoj společnosti ZAT a.s.

Vše je uvnitř!

Pokud potřebujete elektrický pohon a uvažujete o tom, zda máte dostatečné kapacity a čas na řešení své aplikace, je na místě uvažovat o elektrickém pohonu EMCA od firmy Festo.

Budoucnost patří spolupráci člověka s robotem

Automatizaci si lze z dnešní výroby jen stěží odmyslet. V mnoha případech jsou její jednotlivé stupně zaváděny plynule. Průmyslové roboty postupně přebírají různé nové úkoly a spolupracují stále těsněji s člověkem. Spolupráce člověk–robot (Human-Robot-Collaboration – HRC) se tak stává nedílnou součástí automatizace.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit