Olimpiadi dell automazione 2014

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1 Olimpiadi dell automazione 2014 Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot Antropomorfo Kawasaki controllato con PLC Siemens S7-300 Alunni iscritti al concorso: 1- DAVIDE MARINIOTTI 2- DOMENICO MARVULLI 3- COSIMO CICCARNE 4- STEFANO CLEMENTE 5- GERARDO BRAIA 6-VINCENZO CERBINO 7- ANGELA MASCIANDARO 8- GIANLUCA TORTORELLI Docente Tutor: Centonze Michele IIS PENTASUGLIA Via Mattei sn MATERA IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /1

2 Descrizione del progetto Attività svolta dall automatismo L automatismo ha il compito di movimentare mediante nastri trasportatori e scambiatori di direzione i cilindri da sottoporre a due processi di lavorazione. Il sistema è in grado di eseguire la movimentazione contemporanea di più cilindri. Inoltre i cilindri da sottoporre alla lavorazione e i cilindri lavorati sono manipolati mediante robot antropomorfo Kawasaki. Gli elementi dell automatismo Gli elementi che compongono l automatismo sono: - Ciclo di lavorazione Fischertechnik, - PLC SIMATIC S7-300, - Pannello operatore KTP 600, - Quadro elettrico di controllo, - Un alimentatore da banco, - Robot Kawasaki. Descrizione centro di lavorazione Fischertechnik Centro di :lavorazione è composto da 4 nastri trasportatori alimentati a 9V DC, 2 scambiatori di direzione alimentati a 9V DC, 2 coppie di finecorsa per la limitazione dello scorrimento degli scambiatori, 4 sensori ottici (fotocellule). Il cilindro in ingresso è movimentato dal nastro trasportatore NT1 fino allo scambiatore di direzione SC1, che ha il compito di spostare il cilindro sul nastro trasportatore NT2. Su tale nastro è collocata la macchina per la lavorazione 1. Successivamente il nastro trasportatore NT3 riceve il cilindro in uscita dalla lavorazione 1. Su tale nastro è presente la macchina per la lavorazione 2. Conclusa la seconda lavorazione, il cilindro passa mediante lo scambiatore 2, al nastro trasportatore NT4. All uscita di tale nastro è collocato il punto di scarico del prodotto lavorato. Il centro di lavoro Fischertechnik è controllato da una scheda elettronica, la quale è stata rimossa e con il quadro di controllo dotato di PLC e pannello operatore. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /2

3 DESCRIZIONE COMPONENTI ELETTROMECCANICI ROBOT 3D Di seguito è riportata l immagine dell automatismo in cui sono indicate le posizioni dei sensori e degli attuatori. Il sistema è alimentato con due livelli di tensione. La tensione a 24Vdc ha il compito di alimentare il PLC, i relè ed il Pannello Operatore. La tensione a 9Vdc è impiegata per alimentare i motori del Centro di Lavoro In allegato sono riportati gli schemi elettrici, del quadro di controllo. INTERFACCIA HMI Mediante il Pannello Operatore è possibile interagire con la logica di controllo. Di seguo è riportata la descrizione delle attività più significative realizzate nel HMI. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /3

4 A destra è riportata la pagina Menu, attraverso la quale è possibile accedere a tutte le altre pagine del HMI.. Mediante la pagina riportata a destra è possibile stabilire la modalità di funzionamento dell automatismo. Inoltre, se l impianto è in manuale è possibile gestire i singoli motori mediante i pulsanti verdi. Mediante l HMI è possibile visualizzare il livello logico dei segnali di ingresso e di uscita. Nel HMI sono riportate ed anime le pagine descrittive degli automi implementati nel PLC. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /4

5 DESCRIZIONA LOGICA IMPLEMENTATA NEL PLC Struttura logica di controllo Il disegno evidenzia gli elementi programmabili che compongono Il sistema di controllo Blocco programma Nell immagine a destra sono rappresentati i blocchi di programma e i blocchi funzione implementati nel PLC IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /5

6 PROGRAMMA IMPLEMENTATO NEL PLC Di seguito è riportata la lista delle variabili PLC definite per la realizzazione della logica di controllo. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /6

7 Di seguito è riportata la descrizione e la logica di controllo dei singoli blocchi di programma implementati. BLOCCO DI PROGRAMMA MAIN LA LOGICA DI CONTROLLO E' STATA SUDDIVISA IN DIVERSI AUTOMI (CONTENUTI IN FB) CHE INTERAGISCONO TRA LORO. IN QUESTO MODO E' POSSIBILE ESEGUIRE LA LAVORAZIONE CONTEMPORANEA DI PIU' CILINDRI. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /7

8 BLOCCO FUNZIONE CICLO DI CARICO DI SEGUITO E' RIPORTATA LA SEQUENZA DEGLI STATI CHE PERMETTE ALL' "AUTOMA DI CARICO" DI SPOSTARE IL CILINDRO DAL PUNTO DI IMMISSIONE DEL NASTRO TRASPORTATORE 1 AL NATRO TRASPORTATORE NT2 DELLA LAVORAZIONE 2 IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /8

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10 BLOCCO FUNZIONE LAVORAZIONE 1 DI SEGUITO E' RIPORTATA LA SEQUENZA DEGLI STATI CHE PERMETTE ALL' "AUTOMA LAVORAZIONE 1" DI ESEGUIRE LA LAVORAZIONE 1 E SPOSTARE IL CILINDRO SUL NASTRO TRASPORTATORE 3. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /10

11 BLOCCO FUNZIONE LAVORAZIONE 2 DI SEGUITO E' RIPORTATA LA SEQUENZA DEGLI STATI CHE PERMETTE ALL' "AUTOMA LAVORAZIONE 2" DI ESEGUIRE LA LAVORAZIONE 1 E SPOSTARE IL CILINDRO SULLO SCAMBIATORE 2. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /11

12 BLOCCO FUNZIONE CICLO DI SCARICO DI SEGUITO E' RIPORTATA LA LOGICA CHE PERMETTE ALL' "AUTOMA DI SCARICO" DI MOVIMENTARE IL CILINDRO VERSO LA POSIZIONE DI SCARICO POSTO DEL NASTRO TRASPORTATORE 4. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /12

13 BLOCCO FUNZIONE USCITE DI SEGUITO SONO ELENCATE LE RELAZIONI CHE LEGANO LO STATO DEGLI AUTOMI ALLE USCITE ED AI TIMER. INOLTRE IL SELETTORE AUTO/MAN PERMETTE DI STABILIRE SE L'USCITA DELE ESSERE GESTITA DALLA LOGICA DI CONTROLLO O DAL COMANDO MANUALE POSTO SUL TOUCH SCREEN IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /13

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17 ROBOT KAWASAKI Come accennato nella parte introduttiva, le operazioni di carico e scarico del prodotto in lavorazione sono assegnate al robot antropomorfo Kawasaki. Di seguito è elencata la lista delle pose registrate. Esse sono necessarie per l esecuzione dei compiti assegnati al robot. Nime COORDINATE FOTO DESCRIZIONE POSA home X:0 Y:0 Z:0 Rx:0 Ry:0 Rz:0 Posizione di partenza pilainprepos X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: Preposizionamento di pilainmax del mattoncino lavorato inserisciprepos X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: Preposizionamento di inserisci inserisci X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: Posizionamento rilascio mattoncino sul nastro trasportatore 1 IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /17

18 laserprepos X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: preposizionamento poslaser poslaser X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: posizione laser per controllo mattoncino uscita prendiprepos X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: preposizionamento di prendi prendi X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: toglie il pezzo lavorato dal nastro trasportatore 4 pilaoutprepos X: Y: Z: Rx: Ry: Rz: preposizionamento di pilaoutmax del mattoncino lavorato IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /18

19 Di seguito è riportato il listato del programma implementato nel robot, utilizzando il linguaggio as. Lista istruzioni.program siemens() commento home hmat=25 discesa_out=349 discesa_in=311 nlav_in=0 nlav_out=0 start: if sig(1018) then if nlav_in<3 then jmove pilainprepos draw,,-discesa_in discesa_in=discesa_in+hmat call venton twait 1 lmove pilainprepos lmove inserisciprepos lmove inserisci call ventoff twait 1 lmove inserisciprepos nlav_in=nlav_in+1 signal 6 wait sig(-1018) signal -6 home else wait sig(-1025) wait sig(1025) nlav_in=0 discesa_in=311 end end if sig(1019) then if nlav_out<3 then jmove laserprepos lmove poslaser call lason twait 2 call lasoff twait 1 lmove laserprepos jmove prendiprepos lmove prendi call venton twait 1 lmove prendiprepos lmove pilaoutprepos draw,,-discesa_out discesa_out=discesa_out-hmat Impostazione delle variabili Parte di programma dedicata alle operazioni di carico. Il ciclo automatico si ferma dopo avere caricato 3 cilindri Fase di avvicinamento e presa del cilindro Fase di movimentazione per il rilascio del cilindro sul nastro trasportatore Spostamento nella posizione di riposo e invio segnale al PLC di cilindro su Nastro trasportatore NT1, ed incremento conteggio dei prodotti movimentati. Se sono stati movimentati tre cilindri il sistema è in attesa del comando del nuovo segnale di carico. Successivamente reimposta le variabili di lavoro Parte di programma dedicata alle operazioni di scarico. Il ciclo automatico si ferma dopo avere scaricato 3 cilindri Fase di avvicinamento ed esecuzione di una semilavorazione (verniciatura simulata mediante puntatore laser) Fase di prelievo del cilindro dal nastro trasportatore NT4. Fase di movimentazione per il rilascio del cilindro sulla pila di scarico Spostamento nella posizione di riposo e incremento IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /19

20 call ventoff twait 1 lmove pilaoutprepos nlav_out=nlav_out+1 else wait sig(-1025) wait sig(1025) nlav_out=0 discesa_out=349 end end goto start conteggio dei prodotti movimentati. Se sono stati movimentati tre cilindri il sistema è in attesa del comando del nuovo segnale di riempimento della pila di cilindri. Successivamente reimposta le variabili di lavoro.end CIRCUITI ELETTRONICI REALIZZATI Per rendere compatibili le caratteristiche elettriche delle fotocellule della Fischertechnik alle tensioni in uso nel quadro di controllo, sono stati realizzati quattro circuiti comparatori con amplificatori operazioni UA741. Di seguito sono riportate le immagini relative allo schema di un comparatore e la foto del circuito realizzato su bread-board. Allegati: Schema di collegamento dei motori Schema Unifilare quadro di controllo Tabella dei Collegamenti tra il quadro di Controllo e il centro di lavoro della Fischertechnuk. IIS PENTASUGLIA - Matera - Progetto: Ciclo di lavoro Fischertechnik e Robot. Kawasaki controllato con PLC S /20