Aktuální vydání

celé číslo

08

2020

Mozaika novinek a informací

Restart ekonomiky

celé číslo

Automatizace prací linky s použitím CompactRIO a LabView

Slovinská firma Bosio vyvinula s použitím hardwaru CompactRIO a vývojového prostředí LabView společnosti National Instruments (NI) spolehlivý řídicí systém pro automatickou prací linku, který usnadňuje dohled a sledování alarmů v reálném čase. Prací linka je určena k odstraňování oleje a malých částic z automobilových součástek na výrobní lince. Výrobní proces vyžaduje umytí i těch nejmenších částí těchto součástek, aby mohly pokračovat do dalšího úseku výrobní linky. Výrobce součástek vyžadoval, aby řídicí systém operátorovi spolehlivě zobrazoval data v reálném čase a aby měl rozhraní, s jehož pomocí může uživatel ovládat prací proces prostřednictvím počítače s dotykovou obrazovkou.

Hardware a software systému

Na trhu je k dispozici mnoho průmyslových programovatelných logických automatů (PLC) s různým výkonem; po důkladném rozboru dostupných možností byla však pro řízení prací linky zvolena platforma CompactRIO s moduly NI řady C. Tato konfigurace je ve srovnání s PLC pružnější, výkonnější a levnější, přitom má srovnatelné, nebo dokonce i lepší funkce.

Pro řízení strojů a monitorování si tým techniků firmy Bosio vybral robustní integrovanou řídicí jednotku NI cRIO-9074, která obsahuje 400MHz průmyslový procesor reálného času a rekonfigurovatelné hradlové pole (FPGA) v jednom šasi. Ze široké nabídky vstupně-výstupních modulů byl vybrán modul digitálních vstupů NI 9425 pro detekci signálů z fotočlánků, pozice pulzních generátorů a koncových spínačů. Modul digitálních výstupů NI 9476 ovládá pneumatické ventily, pneumatické a hydraulické válce a vodní a vakuová čerpadla a zajišťuje přesný transport mytých částí. Modul NI 9203 pro sběr dat je určen pro měření tlaku vakua uvnitř prací komory a modul termočlánkových vstupů NI 9211 měří teplotu vody, vzduchu pro sušení obsahu košíku a komory. Pro komunikaci mezi strojem a uživatelem se osvědčil průmyslový panelový počítač NI PPC-2115 s vestavěným dotykovým displejem. Operátorský panel v průmyslovém provedení poskytuje uživatelsky přívětivé a vysoce přizpůsobitelné prostředí pro zobrazování stavu celé mycí linky. Takto navržené operátorské prostředí šetří místo a je ideální pro rozsáhlé systémy typu HMI (Human Machine Interface).

K řízení celého systému bylo zvoleno grafické vývojové prostředí LabView pro jeho snadnou použitelnost, přenositelnost a škálovatelnost. Použitím grafického vývojového prostředí LabView byl vývoj řídicího systému výrazně rychlejší. 

Návrh a realizace prací linky

Prací linka (obr. 1) byla navržena a vyvinuta společností Bosio d. o. o., která musela splnit požadavky ve dvou hlavních oblastech. Tou první je transportní systém (obr. 2), který zajišťuje optimální využití prostoru linky díky řízení pohybu košíku s mytými částmi až do posledního volného sektoru transportního systému. Operátoři mohou košík plnit ve dvou místech komory mycí linky a aktivovat dopravníkový pás. Před přesunem košíku dovnitř pračky je na něj nasazen kryt, který je automaticky odstraněn na konci mycího procesu. Košíky jsou automaticky vykládány ve dvou krocích.

Při vývoji transportního systému bylo hlavním úkolem zajistit rychlost a spolehlivost. Systém používá laserové fotočlánky s milimetrovou přesností pro zjištění polohy košíku a detekci v dalších krocích. Značná přesnost je vyžadována i při manipulaci s košíkem. Rychlosti vykládky systému bylo dosaženo měřením pozice impulzním vysílačem. Procesor detekuje pulzy přicházející z impulzního vysílače a transformuje je matematickým výpočtem na přesnou polohu vykládací části.

Druhou oblastí je mycí proces. V několika fázích pracího cyklu je obsah košíku očištěn a vysušen. Bylo nutné, aby prací proces byl precizní, a tak bylo při vypracovávání jeho návrhu třeba splnit nejrůznější požadavky na mechanické provedení elektrického zapojení a na programování. Požadavky ohledně mechaniky zahrnovaly mnoho různých variant mytí při zachování kvality. Systém může při praní kombinovat různé trysky, natáčet celý náklad v košíku, používat bubliny stlačeného vzduchu, podtlak a zahřívání. Řídicí systém za běhu získává a zpracovává velký objem dat. Je třeba řídit teplotu, tlak, polohu hladiny vody a pozici košíku. Tento úkol je plněn s pomocí PID regulátorů, které zajišťují přesnost a rychlost reakce, takže kvalita praní zůstává stále stejná. S použitím LabView a průmyslového panelového počítače NI PPC-2115 může operátor rychle zkontrolovat všechny hodnoty, včetně chyb, nečinnosti, pozice a počtu nákladů. Operátor může sledovat stav motorů, čerpadel, teploty a tlaku. Kromě toho může prostřednictvím virtuální klávesnice, díky snadnému ovládání programu v LabView, zapisovat, přeskupovat, ukládat, načítat či upravovat prací diagramy. Díky nepřetržitému monitorování alarmů se značně zkrátila doba potřebná k detekci chyb. 

Závěr

Složité stroje navržené techniky musí být často denně používány operátory, kteří neznají příliš programování. Systémy pro řízení těchto strojů musí být schopny zvládnout všechny požadované operace a zároveň poskytovat uživatelsky přívětivá rozhraní, která mohou být snadno ovládána a upravována operátory.

Řídicí systém postavený na produktech NI je vysoce výkonný, s jednoduchým a dobře čitelným uživatelským rozhraním umožňujícím komunikaci, dokonalé fungování a přesnou analýzu dat. „Pomocí techniky NI jsme vyvinuli pokročilou a plně automatizovanou průmyslovou prací linku, která se snadno používá a udržuje. Kombinace platformy CompactRIO a vývojového prostředí LabView nám pomohla rychle vyřešit složité úlohy, a to snadněji, než by se nám podařilo s použitím jiných produktů na trhu,“ řekl o návrhu prací linky M. Malovrh z firmy Bosio.

 M. Malovrh, D. Kovacic, A. Romih, K. Martinovic, Bosio d. o. o.

Obr. 1. Prací linka k odstraňování oleje a malých částic z automobilových součástek na výrobní lince

Obr. 2. Obrazovka k ovládání transportního systému prací linky

Obr. 3. Obrazovka k ovládání mycího procesu