Témata
Reklama

Automatizační technika zaznamenala v posledních letech značný pokrok na poli hardwarových i softwarových prostředků. Díky miniaturizaci, výkonnosti a dostupnosti pronikla od prvních použití v tehdy moderních výrobních linkách až do běžného života široké veřejnosti.

Dříve se PLC automaty, jak tomu napovídá název (programmable logic controller), používaly zejména pro logické operace. Vzhledem k tomu, že u výrobních strojů byl kladen důraz na rychlost smyčky, nebylo možné z důvodu nízkého výkonu PLC automatů jejich využití k jiným účelům. Dnešní PLC, ať už hardwarové nebo softwarově emulované na PC dovolují již svým výkonem i funkcemi mnohem širší využití. Proto se velmi často setkáváme s jejich netradičním uplatněním, například pro jednodušší výpočty, řízení jakosti, řízení jednoúčelových strojů apod.

Možnosti využití PLC zvyšuje také velké množství rozšiřujících modulů, např. pro PWM řízení motorů (pulzně-šířková modulace), analogové vstupy a výstupy využitelné např. pro měření teplot a proporcionální řízení, moduly pro komunikaci (ethernet, RS 232, GSM, …), paměťové moduly, zobrazovací moduly aj.

V oblasti obráběcích strojů tvoří PLC systémy velice důležitou součást řízení. Mezi základní úkoly PLC automatů u číslicově řízených výrobních strojů (CNC) patří zejména zajištění bezpečnostních opatření, obsluha některých periferií a podpora obsluhy stroje. PLC v takovém případě velice úzce spolupracuje s řídicím systémem stroje, který odbavuje NC program a řídí pohybové osy, v některých případech je dokonce PLC implementováno přímo do řídicího systému stroje. V případě výrobních strojů či automatizovaných výrobních linek přímo řízených PLC automatem je situace podobná, ale navíc je zde do PLC pochopitelně začleněna ještě obsluha a řízení výrobního procesu.

PLC systémy však umožňují i více než běžnou obsluhu periferií či řízení jednoúčelových strojů. PLC systémy mohou při jejich vhodném naprogramování a vhodné volbě komponent sloužit také např. k identifikaci fyzikálního systému nebo vytvoření náhradního matematického modelu procesu či stroje. Tyto modely je možné v PLC systému odbavovat za běhu stroje a vypočtená virtuální data využít přímo k řízení reálného procesu jako doplněk k běžně používaným informacím. Návrhu takovýchto sofistikovaných PLC systémů je věnována ve Výzkumném centru pro strojírenskou výrobní techniku a technologii (VCSVTT), Fakultě strojní, ČVUT v Praze, poměrně velká pozornost. Díky této technologii je totiž možné do běžného obráběcího stroje implementovat řadu pokročilých funkcí.
Záznam dat o provozu periferií v PLC

Vyšší hardwarové parametry umožňují PLC automatům nejen výpočet složitějších algoritmů, ale i ukládání většího množství dat. Proto jsou vhodné k dlouhodobějším záznamům i objemných datových struktur. Těchto možností bylo využito u CNC stroje k záznamu o spotřebě jednotlivých periferií, pohonů a spotřebičů spínaných PLC automatem. V tomto případě je využívána spolupráce integrovaného PLC s NC systémem obráběcího stroje. PLC zde zajišťuje mimo obvyklých úkonů také ověřování změn stavů spotřebičů a režimů stroje, zjišťování rychlosti vřetena a spotřeby jednotlivých pohonů os apod. Možností se nabízí velké množství. Tato informace se společně s časovým údajem ukládá do paměti PLC nebo na jiné záznamové médium, např. pevný disk, USB paměťové médium nebo jiné, pokud stroj tyto možnosti nabízí. V praxi je možné uložená data využít k analýze provozu, zatížení a spotřeby stroje a jeho částí, jak lze vidět například na obr. 1 a obr. 2. Na základě dat z analýzy lze následně provést optimalizaci řízení spotřebičů nebo jejich typu.

Reklama
Reklama
Obr. 1. Graf využití jednotlivých spotřebičů a režimů

Obr. 2. Záznam časového průběhu provozu hydraulického agregátu (spotřebič č. 16)

Tento program může na stroji fungovat, aniž by jakkoli omezil jeho funkce, a bez jakéhokoliv přidaného hardwaru (testováno na systému Siemens Sinumerik 840D SL). Pro jednodušší implementaci do již fungujících strojů je možné jako záznamové médium použít jiné PLC, které bude zasílaný data pouze ukládat. V tomto případě nejde o zásadní zásah do PLC i NC systému, a není tedy nutná delší odstávka stroje pro ladění PLC programu vzhledem ke specifickým podmínkám různých typů strojů.

Implementace pokročilých teplotních kompenzací do PLC

Změny geometrie výrobních strojů v závislosti na teplotě lze s vysokou mírou přesnosti určit pomocí složitých MKP modelů. Tyto výpočty jsou však náročné i pro dnešní výkonné výpočetní stanice, a jejich „realtimové“ využití tak není v běžném průmyslu možné. Pro zrychlení výpočtu změny geometrie stroje způsobené teplotním chováním lze však s výhodou využít přenosových teplotních funkcí. Ty představují značné urychlení výpočtu a snížení náročnosti na množství použitých snímačů teploty (v některých případech lze teplotní snímače vynechat úplně a použít jen informaci o spotřebě jednotlivých zdrojů tepla). Značné urychlení výpočtu však neznamená, že jde o triviální funkce. U přesné výrobní techniky se musejí korekce polohy způsobené teplotním zatížením, a tudíž i příslušné výpočty, provádět v řádu sekund. Unikátnost tohoto řešení spočívá ve zjednodušení algoritmu modelu natolik, aby jej byl schopen PLC automat v CNC systému vykonat jednou za sekundu bez citelného prodloužení PLC smyčky. U tohoto řešení je tak bez nutnosti přidaného hardwaru zavedena do korekcí jednotlivých os hodnota předpokládané teplotní deformace vypočtená na základě modelu spuštěného v PLC.

Obr. 3. Záznam testovacího provozu výpočtu tepelných kompenzací (dz – měřená deformace, dz model – vypočtená deformace, Residue z – zbytková deformace)

Tímto postupem se na reálných strojích při testovacím provozu podařilo znatelně zvýšit přesnost obrábění i při měnících se řezných podmínkách a obrobcích.

Aplikace s grafickým uživatelským rozhraním

Programovatelné automaty lze vybavit kromě klasických průmyslových periferií také multimediálními periferiemi. Ty mají za úkol pokud možno vytvořit uživatelsky přívětivé rozhraní mezi obsluhou a procesem, podobné těm, které jsou známé např. z tabletů a smartphonů. V takovýchto případech PLC obstarává nejen obsluhu řízeného procesu, ale také komunikaci se zobrazovacím médiem. PLC nejsou primárně uzpůsobeny k obsluhování grafických obrazovek, a proto využívají webových rozhraní nebo samostatných grafických periferií. Webové rozhraní PLC automatů je velmi podobné HTML webovým stránkám a běžnými webovými prohlížeči může být otevřeno a ovládáno. Ovládání a sledování procesu probíhá pomocí grafických interpretací displejů, kontrolek, zadávacích polí, přepínačů, spínačů, ale také ovládáním reproduktoru apod. V případě, že připojíme jak PLC, tak i zobrazovací jednotku do firemní nebo jiné sítě, lze grafické rozhraní sledovat i ovládat i z ostatních míst v síti (tzn. PC, tablet, smartphone, …). Díky tomu je možné sledovat a řídit procesy řízené PLC automatem z každého místa, kde se lze připojit na internet nebo intranet. Bezpečnost je zde zajištěna nutností přístupového hesla a uživatelského jména podobně jako u přístupu ke klasické e-mailové schránce. Navíc lze každému uživateli nastavit úroveň oprávnění. V praxi to znamená, že někteří uživatelé mají povoleno pouze sledovat průběh procesu, uživatelé s vyšší úrovní mohou do procesu zasahovat a s rostoucí úrovní oprávnění stoupají i možnosti ovlivňování procesu. Podobně lze pro dané úrovně omezit přístup do jednotlivých stránek v grafickém menu.

Obr. 4. Grafické prostředí testovacího zařízení (PLC TECO)

Vzhledem k tomu, že PLC nevytváří grafickou reprezentaci hodnot, ale pouze tyto hodnoty poskytuje spolu s návodem, jak je zobrazit (kód webového rozhraní), musí se pro zobrazování využít zobrazovací jednotka s vlastním výpočetním aparátem a komunikačním rozhraním. Pro tyto účely je k dispozici řada průmyslových displejů, ale plně postačí také běžné tablety, notebooky apod.

Řízení testovacích zařízení

PLC je také vhodné pro řízení testovacích zařízení. Prioritou při provozování testovacích a experimentálních zařízení je vedle samotného řízení procesu také co nejdůkladnější diagnostika procesu. Tato zařízení bývají často vybavena řadou měřicích přístrojů, které jsou používány pro řízení procesu (měření výšky hladiny, teploty, otáček apod.) nebo jen informují o průběhu testů. Měřicí přístroje, jejichž hodnoty jsou využívány k řízení procesu, lze snadno zaznamenávat, protože s nimi PLC pracuje. Pro ostatní měřicí přístroje (informativní a přehledové) lze ve většině případů nalézt odpovídající ekvivalenty vhodné k připojení k PLC. Pokud budeme zapisovat všechny vstupní veličiny, spolu s akčními a výstupními, vznikne komplexní soubor o chování systému vhodný nejen k rozborům, ale také k ověřování simulací a výpočtů stejných nebo podobných procesů.

Ke snížení možnosti vzniku škod při experimentálních a testovacích provozech lze využít také hlášení havarijních nebo jim blízkých stavů e-mailem, SMS zprávou, zvukovým signálem apod. Zásahy obsluhy zde pak mohou být vykonávány buď na místě výkonu experimentu, nebo pomocí vzdáleného přístupu přes grafická rozhraní z ostatních míst ve firemní nebo jiné síti.

Řízení rychlých procesů

Pokud rychlost smyčky není dostačující pro zabezpečení všech funkcí, např. při nutnosti uzavírat smyčky pohonů při řízení procesu, je možné vytvářet aplikace s více PLC jednotkami, z nichž jedna je použita výhradně pro zabezpečení rychlých procesů a druhá pro řízení celku. V praxi to znamená, že první PLC automat má na starosti výpočet a zadávání parametrů pro polohování (cílová pozice, rychlost, zrychlení, dráha) spolu s bezpečnostními a dalšími opatřeními a druhé PLC obstarává pouze načítání cílových pozic a podle nich uzavírá zpětné vazby servopohonu. Komunikace mezi jednotlivými PLC automaty může probíhat na rozhraních RS, Ethernet apod.

Nevyužití potenciálu PLC u OS

PLC automaty v dnešní době dokážou mnohem více než v době svého vzniku. S větším výkonem a pamětí stoupá jejich výpočetní síla a s množstvím periferií se rozšiřuje okruh jejich využití. Bez nutnosti dalších finančních nákladů na nákup hardwaru tak lze na výrobním stroji nebo lince vytvořit nové funkce, které mohou zlevnit, zrychlit, zefektivnit anebo alespoň zpříjemnit výrobu.

Ing. Jiří Jančík, Ing. Jiří Švéda, Ph.D.

Ústav výrobních strojů a zařízení, VCSVTT, FS ČVUT v Praze
J.Jancik @rcmt.cvut.cz

Reklama
Vydání #12
Firmy
Související články
Současný vývoj v oblasti řezných nástrojů

Vývojové trendy v segmentu obráběcích řezných nástrojů jsou navázány na progresi ve strojírenské výrobě a reagují na aktuální potřeby průmyslu. Výzkum a vývoj již dlouhodobě soustřeďuje svou pozornost na vývoj řezných materiálů, systémů povlakování, konstrukce moderních nástrojů využívajících princip minimálního mazání a chlazení MQL, koncepty inovativních upínacích soustav. V současnosti jsou rozvíjeny technologie pro inteligentní výrobu s aplikací předností Průmyslu 4.0, včetně automatizace výrobního procesu, sběru dat o zařízeních, procesech a vyráběných dílcích. Na veletrhu EMO Hannover 2019 byly společnostmi představeny chytré technologie a řešení inteligentního řízení procesu obrábění. Digitalizace a konektivita jsou nyní důležitější než kdykoliv předtím.

Digitalizujeme svět obrábění

Digitalizace v oblasti obráběcích strojů je poměrně nový fenomén. Svět digitalizace se stává svébytným ekosystémem a Siemens jako jediný má pro jeho vytvoření a fungování potřebnou škálu nástrojů – od simulačních programů pro plánování a virtuální zprovoznění strojů, výrobků i procesů přes řídicí systémy a další prvky průmyslové automatizace po monitoring a sběr dat, cloudová úložiště i manažerské nadřazené systémy. Jaké výhody digitalizace přináší, ukázal Siemens na letošním Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně mimo jiné také na prototypu multifunkčního obráběcího centra MCU450 společnosti Kovosvit MAS.

Dodavatel automobilového průmyslu expanduje v Číně

Celkem s 24 miliony vozidel zakoupených v roce 2015 je nyní Čína největším automobilovým trhem na světě a stala se hlavním místem podnikání mnoha známých výrobců automobilů a jejich dodavatelů. Aby se v tomto slibném, ale silně konkurenčním prostředí firma Schlote Group, německý sériový dodavatel pro automobilový průmysl a dodavatelský průmysl, prosadila, snaží se využívat vysoce automatizovaných strojních řešení, která zaručují rychlejší a tím i efektivnější výrobu kvalitních produktů.

Související články
Automatická optimalizace posuvů a pohonů obráběcích strojů

Před více než rokem uvedla společnost Siemens do prodeje nový, podstatně funkčně vylepšený software 4.7 pro NC řídicí systémy Sinumerik 840D sl a 828D. Na nové funkce softwaru, které výrazně vylepšují vlastnosti řídicího systému Sinumerik v oblasti programování a obsluhy, jsme se soustředili v článku ve vydání č. 1,2/2017 (viz. www.mmspekturm.com/170148). V tomto příspěvku se budeme věnovat detailněji výrazné změně softwaru 4.7 v oblasti seřizování a optimalizace posuvů a hlavních pohonů.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Silná geometrie s měkkým řezem

Existují prezentace produktů, které je potřeba přečíst si několikrát, než je člověk pochopí. Tato prezentace k nim ovšem nepatří. S-Cut SC-UNI je fréza, jejíž funkční princip lze přes její unikátní provedení, nebo právě proto, velmi snadno vysvětlit. Její břity ve tvaru S a extrémně nestejné dělení potlačující chvění vyvolané procesem obrábění vytvářejí z této frézy vysoce kvalitní nástroj, který v rámci veškerých srovnávacích testů poráží porovnávané frézy.

Novinky laserového předehřevu při obrábění

Stále častější využívání vysokopevnostních slitin a jiných těžkoobrobitelných materiálů, včetně keramických, vyžaduje pro jejich efektivní obrábění i nových technologií. Uplatňují se tu především laserové technologie přinášející lokální povrchové snížení pevnosti a tvrdosti materiálu. Výhodou takového předehřevu materiálu před břitem nástroje je navíc i snížení opotřebení nástroje při obrábění a možnost obrábět i vyšší řeznou rychlostí.

Produktivní high-end obrábění

V minulém vydání jsme vám přinesli referenci rakouského výrobce obráběcích strojů Emco u svých klíčových zákazníků, konkrétně z laakirchenského závodu na výrobu rotačných dílů firmy Miba Gleitlager Austria GmbH. V Rakousku nadále zůstáváme a dnes se vydáme se do salcburské firmy MTE Metalltechnik Elsenhuber, která se vedle sestav specializuje na výrobu kusovou až velkosériovou.

Komponenty pro vyšší efektivitu a produktivitu obráběcích strojů

Chcete realizovat stavbu obráběcích strojů rychleji a jednodušeji, nebo chcete stroje provozovat efektivněji a pravidelně je optimalizovat a zvyšovat jejich produktivitu? Výkonný CNC systém Sinumerik nabízí řešení pro výrobní dílny, kusovou výrobu i výroby velkých sérií, ať už se jedná o jednoduché, nebo složité obrobky. Nová softwarová verze 4.7 pro řídicí systémy Sinumerik 840D sl a 828D přinesla řadu nových funkcí, které usnadňují a rozšiřují operátorské a programátorské možnosti řídicího systému. Odpověď na otázku, jaké jsou hlavní změny a trendy v oblasti rozvoje hardwaru Siemens pro řízení obráběcích strojů, přináší tento článek.

Je zaškrabávání nezastupitelná metoda?

V minulém vydání jsme uvedli 1. díl pohledu do minulosti i současnosti řemeslné výroby obráběcích strojů. Nyní vám přinášíme pokračování tohoto článku o unikátní metodě – technologii zaškrabávání.

Automatický systém aktivního řízení lunet pro ustavení klikových hřídelí při opr

Systém řeší specifické problémy charakteristické pro třískové opracování klikových hřídelí pro pístové motory určené především pro lodní průmysl. Nepřesné uložení klikových hřídelí při opracování se projevuje tzv. dýcháním velikosti v řádu mikronů. Dýchání hřídelí při otáčivém pohybu během opracování je způsobeno pružností hřídele, její hmotností a tím, že osa otáčení nesouhlasí přesně s osou hřídele a má přímý vliv na celkovou přesnost zalomené hřídele. Hodnoty dýchání příslušné k jednotlivým zdvihům se obecně mění v závislosti na úhlu natočení hřídele. Je-li však hřídel přesně ustavena, potom při jejím otáčení nenastává žádné dýchání. Původní technologie je řešena ručním nastavením podpěrných sil oscilačních lunet bez jakékoliv automatizace.

Jaký byl Metav 2012

V Německu běží veletržní dění na plné obrátky. Hannoverské výstaviště je "sotva" uklizené od pozůstatků veletrhu EMO (viz. náš poslední díl profesního seriálu v tomto vydání na str. xx) a již byly o necelých 300 kilometrů na jihozápad otevírány brány výstaviště v Düsseldorfu. Je možné, aby německý trh vstřebal takovouto nadílku veletrhů týkajících se výrobních strojů a výrobní techniky, jejichž náplní jsou zejména obráběcí stroje?

Zlatý věk letecké výroby

Historie vývoje NC číslicového řízení je úzce spjata s vzestupem leteckého průmyslu ve Spojených státech a s technickými nároky, kterým čelili konstruktéři, když dostali za úkol navrhovat a vyrábět letadla a hnací ústrojí dosahující vyšších rychlostí, větší výšky letu, delšího doletu a větší bezpečnosti. Stavitelé letadel tlačili na své dodavatele a na nějakou dobu nastala situace, kdy technické nároky předběhly výrobní možnosti.

Harmonizace ve svařování

Mezinárodní harmonizace norem a pravidel pro svařování je důležitá z mnoha důvodů. Primárním důvodem je skutečnost, že svařování je považováno za "zvláštní proces" (EN ISO 9001), při kterém nelze zcela zjistit jakost po skončení procesu inspekcí, ale jakost musí být sledována před i v průběhu celého procesu svařování.

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.

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