-
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.
-
PROJECTE FINAL DE CARRERA
Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de
Fabricació Flexible
MEMORIA DESCRIPTIVA
Titulació: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica
Industrial
AUTOR: Carles Moragrega Garcia.
DIRECTOR: Enric Vidal Idiarte.
DATA: juliol del 2005
-
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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:
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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:
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
10
1.6 Mòdul de Producció
Figura 4. Vista general del Mòdul de Producció
Figura 5. Esquema del Mòdul de Producció
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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).
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
20
1.6.2.2 Zona de desplaçament
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.
1.6.2.3 Modes de Treball
Segons la selecció de la botonera de comandament, definirem el
mode de treball de l’estació:
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
21
Figura 13. 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).
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte controlat
per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte controlat
per una electrovàlvula de 5/2 vies 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.
1.6.3.4 Modes de Treball
Segons la selecció de la botonera de comandament, definirem el
mode de treball de l’estació:
Figura 16. 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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
26
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).
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
28
Figura 18. Zones del mòdul 4
1.6.4.1 Zona de desplaçament
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
31
1.6.4.4 Modes de Treball
Segons la selecció de la botonera de comandament, definirem el
mode de treball de l’estació:
Figura 19. 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).
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
Està format per un cilindre pneumàtic de doble efecte controlat
per una electrovàlvula de 5/2 vies monoestable.
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.
1.6.5.3 Modes de Treball
Segons la selecció de la botonera de comandament, definirem el
mode de treball de l’estació:
Figura 22. Detall de la botonera de comandament
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
35
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).
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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)
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DESCRIPTIVA
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
-
PROJECTE FINAL DE CARRERA
Sistema de supervisió mitjançant SCADA de la Cèl·lula de
Fabricació Flexible
MEMORIA DE CÀLCUL
Titulació: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica
Industrial
AUTOR: Carles Moragrega Garcia.
DIRECTOR: Enric Vidal Idiarte.
DATA: juliol del 2005
-
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).
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DE CÀLCUL
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DE CÀLCUL
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DE CÀLCUL
48
Figura 35. Detall de la opció d’adaptar l’objecte
Figura 36. Objectes adaptats de la llibreria
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DE CÀLCUL
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.
-
PFC: Supervisió amb SCADA de la Cèl·lula de Fabricació Flexible
MEMÒRIA DE CÀLCUL
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.