Toni Salo AURAUSVIITTOJEN PYSTYTYSAUTOMAATIN KÄYTETTÄVYYDEN PARANTAMINEN

Opinnäytetyö KESKI-POHJANMAAN AMMATTIKORKEAKOULU Sähkötekniikan koulutusohjelma Marraskuu 2007

Tiivistelmä opinnäytetyöstä Toimipiste Ylivieskan yksikkö

Aika 23.11.2007

Tekijä Toni Salo

Koulutusohjelma Sähkötekniikan koulutusohjelma Työn nimi Aurausviittojen pystytysautomaatin käytettävyyden parantaminen Työn ohjaaja Matti Ojala

Sivumäärä 30+2 liitettä

Työn valvoja Jari Halme Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli VAMA-Product Oy:n valmistaman aurausviittojen käytettävyyden parantaminen. Tähän pyrittiin vaihtamalla käytössä ollut ohjauspääte kosketuspaneeliin. Tavoitteena oli sovellus, jonka muokkaaminen edelleen olisi mahdollisimman helppoa. Aikaisempi Magelis COMETE XBTN400 –ohjauspääte korvattiin XBTGT2220 –kosketuspaneelilla jota varten laadittiin sovellusohjelma. Paneelin vaihdosta johtuen laadittiin myös uusi logiikkaohjelma. Itse järjestelmään ei tässä yhteydessä puututtu. Lopputuloksena saatiin sekä kosketuspaneelille että logiikalle uudet ohjelmat joiden katsottiin vastaavan asetettuihin vaatimuksiin. Käytännön testaamista ei voitu suorittaa, koska laitteen valmistaminen alkaisi myöhemmin. Asiasanat Kosketuspaneeli, ohjelmoitava logiikka, pystytysautomaatti

Abstract CENTRAL OSTROBOTHNIA POLYTECHNIC Ylivieska unit

Date 23.11.2007

Author Toni Salo

Degree program Degree Programme for Electric Technology Name of thesis Upgrading the usability of the automaton used to raise snow stakes Instructor Matti Ojala

Pages 30 + 2

Supervisor Jari Halme The aim of this Bachelor's thesis was to upgrade the usability of the automaton used to raise snow stakes made by VAMA-Product Inc. This goal was intended to be reached by replacing the previous operating terminal with the new touch panel. A further aim was to make an application that would be easy to edit. The previous Magelis COMETE XBTN400 operating panel was replaced with a XBTGT2220 touch panel by designing a new application. Because of replacing the old operating terminal with a new touch panel a new application for the programmable logic controller was designed. There weren't any chances made in the system during this project. As a result of this project there was a new application both for the touch panel and for the programmable logic controller which met the expectations that had been set in the beginning. Field tests were not able to be made because manufacturing of the automaton would start later. Key words Touch panel, programmable logic controller, raising automaton

TIIVISTELMÄ ABSTRACT SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANTO 1 2 AURAUSVIITTOJEN PYSTYTYSAUTOMAATTI 2 3 OHJAUSPÄÄTTEET 5 3.1 Yleistä ohjauspäätteistä 5 3.2 Kosketuspaneeli 7 3.3 Magelis XBTGT2000-sarja 7 3.4 Magelis XBTGT2220 8 3.5 Vijeo Designer –ohjelmointiohjelmisto 9 3.5.1 Alkumäärittelyt 9 3.5.2 Käyttäjähallinta 10 3.5.3 Muuttujat 11 3.5.4 Pystytysautomaatin ohjauspaneelisovellus 12 4 OHJELMOITAVA LOGIIKKA 17 4.1 Yleistä 17 4.2 Ohjelmointilaitteet 18 4.3 Logiikkaohjelmoinnin esitystavat 19 4.4 Logiikan muisti 21 4.5 Keskusyksikkö 21 4.6 Tulo- ja lähtöyksiköt 22 4.7 Teholähde 22 4.8 Lisämoduulit 22 4.9 Logiikka pystytysautomaatissa 23 4.9.1 TWIDO –keskusyksikkö 23 4.9.2 Käytetyt laajennusyksiköt 23 4.10 TwidoSoft –ohjelmointiohjelmisto 23 4.11 Aurausviittojen pystytysautomaatin logiikkasovellus 25 5 YHTEENVETO 30 LÄHTEET LIITTEET

1 JOHDANTO Aihe tähän opinnäytetyöhön saatiin Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulun Ylivieskan

yksikön sähkötekniikan koulutusohjelmasta johon oltiin oltu yhteydessä työn teettäjän

taholta.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on parantaa Ylivieskassa toimivan VAMA-Product

Oy:n valmistaman aurausviittojen pystytysautomaatin käytettävyyttä. Lähtökohtana

toiminnalle on aiemmin käytetyn Magelis COMETE XBTN400-tyypin ohjauspäätteen

huono soveltuvuus tehtäväänsä. Korvaava laite on tarkoitus valita Magelis XBTGT2000-

sarjan kosketusnäytöistä jotka ovat yhteensopivia käytössä olevan ohjauslogiikan kanssa.

Tarkoituksena on myös käydä lävitse aiempi käytössä jo oleva logiikkasovellus, ja sen

pohjalta edelleen kehittää uusittuun ohjauslaitteeseen soveltuva sovellus. Logiikkana on

tällä hetkellä käytössä Schneider Electricin tarjoama TWIDO TWDLMDA20DKT-

perusyksikkö.

Sovellussuunnittelussa on eräänä lähtökohtana nyt tehtyjen sovellusten mahdollisimman

hyvät edellytykset käyttää niitä edelleen pohjana yhtiön muissa vastaavan tyyppisissä

käyttökohteissa.

Opinnäytetyön kirjallinen osuus jakautuu ohjauspäätteitä ja logiikkaa sekä näiden

ohjelmointiohjelmia käsitteleviin osuuksiin. Lisäksi esitellään itse kehitystyön kohteena

ollut aurausviittojen pystytysautomaatti lyhyesti.

2 AURAUSVIITTOJEN PYSTYTYSAUTOMAATTI

Aurausviittojen pystytysautomaatti on alun perin kehitetty Aimo Pinolan toimesta, ja sille

on haettu patentti vuonna 2002. Laitteen ohjaus rakentuu Schneider Electricin

markkinoiman TWIDO TWDLMDA20DKT-perusyksikön ja tähän liittyvien

TWDDDO16TK-lähtöyksikön sekä TWDDDI16DT-tuloyksikön ympärille. Hallinta

tapahtuu ohjaamoon sijoitettavasta hallintapaneelista käsin. Varsinaiset liikkeet tapatuvat

hydraulisesti.

Perinteisesti aurausviittojen pystytys tapahtuu käsityönä kahden henkilön toimesta, mutta

automaatti tarvitsee ainoastaan yhden käyttäjän, joka samalla toimii siirtoalustana toimivan

ajoneuvon kuljettajana. Automaatti voidaan asentaa joko kevytkuorma-autoon, kuorma-

autoon, pyöräkuormaajaan tai traktoriin käyttämällä tarvittavia soviteosia.

KUVIO 1. Aurausviittojen pystytysautomaatti

Automaatin työkierto on lyhyesti kuvattuna seuraava. Kuljettaja käynnistää työkierron

ohjaamon hallintapaneelista. Automatiikka siirtää pistopiikin noin 30 cm:n etäisyydelle

laitteen sivulle. Pistopiikki kairaa maahan viittaa varten reiän. Automaatti siirtää viitan

samalle liikesuoralle, jota pistopiikki aiemmin liikkui. Viitta asetetaan reikään,

tamppausterä tiivistää paikan ja kallistaa viittaa tien liuskan suuntaan. Automaatti palaa

takaisin perustilaansa, ja työkierto valmistuu.

Mikäli pistopiikki osuu johonkin esteeseen, kuten kiveen, saa kuljettaja tästä tiedon

ohjaamoon, ja työkierto keskeytyy automaatin jäädessä odottamaan kuljettajan päätöstä

tilanteen ratkaisuksi. Vaihtoehtoina ovat työkierron keskeyttäminen ja paluu perustilaan,

työkierron jatkaminen huolimatta piston epäonnistumisesta tai kolmantena vaihtoehtona

automaatin toiminnan jäädyttäminen niin, että vaakapuomi jonka päässä varsinaiset

toimilaitteet ovat ei palaudu takaisin perusasentoon. Tässä tapauksessa kuljettaja siirtää

ajoneuvoa sopivaksi katsomansa matkan ja aloittaa työkierron uudelleen porauksesta

lähtien.

Automaattia voidaan käyttää sekä muovi-, bambu- kuin myös risuviittojen pystyttämiseen

kuitenkin niin, että risuviittojen tulee tyvestään olla suoria ja oksattomia noin 60 cm:n

matkalta. Lisäksi automaatilla voidaan pystyttää maanteiden päällystystyössä käytettäviä

mittapaaluja. (VAMA-Product 2006.)

Automaatin viittakasetin lataaminen tapahtuu manuaalisesti, ja tähän kuluu aikaa noin 6 –

10 minuuttia. Itse työteho on tielaitoksen tekemän tarkastelun mukaan 1000 – 1136 viittaa

kahdeksassa tunnissa. (Linna 2005, 43.)

TAULUKKO 1. Pystytysautomaatin tekniset tiedot

Siirtoajoleveys: 300 cm

Paino: 950 kg

Käyttöjännite: 24 V (lisävaruste 12 V)

Hydr.pumppu: 40 l/min – 150 bar

Pistopiikin poraussyvyys: n. 300 mm

Automaatin toimintakiertoaika: 10 sek (riippuen asetuksista)

Max. työteho: n. 150 viittaa / h

Kasetin latausaika: 6 – 10 min

Viittakasetin lokerojen lukumäärä: 150 - 200

Mikäli työmäärä vuotta kohti on vähintäänkin 1200 tiekilometriä, on tielaitos hyöty- ja

kustannuslaskelmissaan todennut, että automaatin hankintakustannukset tulevat korvatuiksi

nopeimmillaan alle kahdessa vuodessa. (Kone-Forum 2006.)

3 OHJAUSPÄÄTTEET

3.1 Yleistä ohjauspäätteistä

Perinteisesti ohjauspäätteet muodostuvat näytöstä, sekä vaihtelevasta määrästä

painonappeja. Painonappeja voidaan käyttää käskyjen antamiseen laitteelle, siirtymiseen

eri näyttötilojen välillä tai erilaisiin kuittauksiin. Näytöt voivat olla joko alfanumeerisia

sekä matriisi- tai graafisianäyttöjä. Näyttöjen koot puolestaan vaihtelevat yhden rivin

tekstinäytöstä varsin kookkaisiin ja samalla runsaasti tietoa tarjoaviin graafisiin näyttöihin.

Useimmiten juuri käyttötarkoitus määrittää käytettävän ohjauspäätteen valintaperusteet.

Esimerkkinä voidaan käyttää metalliteollisuudesta sinkkitehtaalla käytettyä pukkinosturia.

Laite toimii automaattisesti, eikä sen käyttäjän normaalissa käyttötilanteessa ole tarpeen

tarkastella laitteeseen kuuluvaa ohjauspäätettä. Häiriötilanteessa tämän kautta voidaan

helposti saada tieto siitä, mistä ongelma suoranaisesti johtuu tai aikakin siitä, mikä

välillisesti on aiheuttamassa ongelmaa. Kyseisen näytön tarkoituksena ei kuitenkaan ole

välittää laajaa graafista informaatiota, vaan tiedot saadaan tekstimuodossa. Tilanteissa,

joissa käyttäjä on jatkuvassa näköyhteydessä laitteeseen, muodostavat erilaiset hälytykset

pääosan siitä informaatiosta, jota ohjauspäätteeltä halutaan. Toisaalta myös antureilta

saatavat ja laitetta paikoilleen kohdistettaessa käytettävät oloarvotiedot ovat tärkeitä

käyttäjän kannalta. Oloarvotietoja ovat mm. tiedot siitä ovatko esimerkiksi työvarret tulleet

perille asemaan. Ohjauspäätteeseen liittyy varsin kookas, useita rivejä käsittävä,

näppäinosa, jonka kautta päätteellä voidaan operoida. Tällaisessa ympäristössä on

perusteltua käyttää perinteistä ohjauspaneelia, sillä kentällä työhanskat kädessä tapahtuva

päätteen käsittely on helposti kovakouraisempaa kuin valvomo tai muissa ns. sisätiloissa

työskenneltäessä.

Sen sijaan käytettäessä ohjauspäätettä sellaisen laitteen ohjaamiseen, johon ei välttämättä

ole suoraa näköyhteyttä, muodostuu graafinen informaatio merkittäväksi. Esimerkkinä

tällaisesta kohteesta voidaan mainita niin ikään metalliteollisuudesta löytyvä automaatti,

sinkkielektrolyysin irrotuskone. Koneen pääasiallinen valvonta tapahtuu erillisestä

ohjaamosta, mistä ei ole suoraa näköyhteyttä koneen kaikille sektoreille. Tällöin on

käytetty kookasta graafista ohjauspäätettä kosketusnäytöllä, johon on kuvattu koko laite ja

siinä liikkuvat katodilevyt. Tällaisessa käyttötarkoituksessa kosketuspaneeli on erittäin

käyttökelpoinen ratkaisu, sillä näytöllä olevista kohteista on voitu näin luoda objekteja,

joita häiriötilanteessa koskettamalla käyttäjä pääsee operoimaan kulloinkin huomiota

vaativaa toimilaitetta.

Se, mikä siis antaa tällaisessa tapauksessa kosketusnäytölle erityistä lisäarvoa, on sen

visuaalisuus. Tässä yhteydessä se tarkoittaa, että käyttäjän ei ole tarpeen ryhtyä

valitsemaan näppäimistöltä oikeaa painiketta, vaan hän voi kuvaannollisesti tarttua suoraan

ongelmaan. Lisäksi voidaan todeta, että esimerkin kaltaisissa, lähes valvomoon

verrattavissa olosuhteissa, ei kosketuspaneelin käytölle ole edellä mainitunkaltaisia

ympäristöllisiä esteitä.

.

KUVIO 2. Erilaisia näyttöjä (1. Alfanumeerinen tekstinäyttö, 2. Matriisinäyttö, 3.

Ohjauspääte alfanumeerisella näytöllä, 4. Graafinen ohjauspääte

näppäimistöllä, 5. Graafinen ohjauspääte kosketusnäytöllä)

3.2 Kosketuspaneeli

Nykyaikana kosketusnäyttöjen käyttö on lisääntynyt huomattavasti teknisen kehityksen

myötä. Jo varsin jokapäiväiseen käyttöön on tullut sellaisia laitteita, joiden toteuttaminen

muutoin tuntuisi jo ajatuksena jotenkin kömpelöltä ja nykytietämyksen valossa jopa

kaukaiselta. Eräänä esimerkkinä tällaisesta laitteesta voidaan mainita navigaattorit, joiden

käyttö autoilijoiden parissa on jatkuvasti lisääntynyt.

Paitsi päivittäisessä elektroniikassa, on kosketusnäyttöjen käyttö lisääntynyt myös

työkonesovelluksissa. Sinälläänhän ei kyseinen tekniikka ole mitenkään uutta, mutta sen

käyttö on pitkään rajoittunut enemmänkin teollisuuden käyttökohteisiin.

Eräs merkittävä seikka, jota ei välttämättä tule heti ajatelleeksi, on tilantarve, joka

kosketuspaneelin kohdalla on selkeästi pienempi kuin näytön ja näppäimien

muodostamassa ohjauspäätteessä. Koska näppäimet voidaan toteuttaa ohjelmallisesti

näytölle, eivät ne vie erikseen tilaa. Koska kullekin näyttöikkunalle voidaan laatia omat

painikkeensa, ei ohjauspäätteen tilantarve määräydy siitä, kuinka paljon painikkeita

sovellukseen tarvitaan. Mikäli käytettävissä oleva tila ei ole rajallinen, ei koon merkitys ole

tällöin niin merkittävä kuin tilanteessa, jossa tila on joko rajoitettu tai kookas pääte haittaisi

muuta ympäristöä. Myöskään ei sovi unohtaa painikkeiden määrän asettamaa rajoitusta

sovellusta tehtäessä. Kosketuspaneeli, jossa painikkeet toteutetaan ohjelmallisesti, tarjoaa

huomattavasti enemmän mahdollisuuksia sovellukseen sisällytettävien painikkeiden

määräksi.

3.3 Magelis XBTGT2000-sarja

Magelis XBTGT2000-sarja on Telemecaniquen tarjoamista graafisista ohjauspäätteistä

pienempi, kooltaan 5.7” LCD kosketusnäyttö. Näytöt ovat joko kaksi tai useampi värisiä ja

kaikki kyseisen sarjan mallit ovat suoraan yhteensopivia TWIDO –logiikkaperheen kanssa.

Syöttöjännite on kaikissa 24 V, ja ohjelmointi tapahtuu VijeoDesigner –

ohjelmointiohjelmalla, joka on yhteensopiva Windows 2000 sekä XP -käyttöjärjestelmien

kanssa.

3.4 Magelis XBTGT2220

Sovellusta tehtäessä käytössä oli Magelis XBTGT2000-sarjan malli XBTGT2220, joka on

mallisarjan toinen värillinen näyttö ja värien määrä on 64. Näyttö on toteutettu Super

Twisted Nematic (STN)-tekniikalla joka tunnetaan myös passiivimatriisina ja joka on

nykyisin yleisimmin käytetty näyttötyyppi. Kyseinen tekniikka tarkoittaa näytön olevan

superkierteisesti nemanttinen ja perustuvan kiteiden kahtaistaittuvuuteen. (Lallukka &

Ojala 2006.)

Kuten kaikissa sarjan näytöissä on muuttujien esitystavoiksi käytettävissä vaihtoehdot:

alfanumeerinen, bittikartta (bmp), pylväsdiagrammi, mittari, ohjauspainike, merkkivalo,

kello, vilkkuva merkkivalo sekä näppäimistö. Lisäksi näytöllä voidaan esittää trendejä ja se

sisältää sisäänrakennetut hälytyslogit. (Ohjauspäätteet ja valvomo-ohjelmistot valintaopas

2004.)

Sovelluksen lataamista varten näyttö liitetään tietokoneeseen USB -kaapelin avulla, ja

tietokone tulkitsee näytön ulkopuoliseksi muistiksi. Näin ollen sovelluksen tultua

onnistuneesti ladatuksi suoritetaan näytön irrottamiseksi tietokoneen yhteydestä samat

toimenpiteet kuin muidenkin ulkoisten USB-portin kautta liitettyjen muistilaitteiden

kohdalla. On kuitenkin huomattava, että toimiakseen on paneelille kytkettävä tarvittava

käyttöjännite.

KUVIO 3. Kosketuspaneelin liittäminen ohjelmointilaitteeseen

Paneelin säilytyslämpötilarajoiksi valmistaja ilmoittaa –20 C° - +60 C° ja

käyttölämpötiloiksi 0 C° - +50 C°. (Magelis XBTGT User Manual. 2006.) Tarkemmat

tekniset tiedot on esitetty liitteessä 1.

Paneelin liittäminen TWIDO –perheen logiikkaan tapahtuu RS-485 –standardin mukaista

kommunikointiporttia käyttäen. Kommunikointiprotokollana käytetään Schneider Electric

Industries SAS:n Uni-Telway –protokollaa.

3.5 Vijeo Designer -ohjelmointiohjelmisto

Windows-pohjainen Vijeo Designer –ohjelmointiohjelmisto on tarkoitettu uusien

kosketusnäyttöisten ja graafisten XBTG –ohjauspäätteiden ohjelmointiin. Ulospäin

ohjelman rakenne on tuttu muista vastaavista ohjelmointiohjelmistoista, joita käytetään

joko logiikoiden tai ohjauspaneelien ohjelmoinnissa.

3.5.1 Alkumäärittelyt

Ryhdyttäessä laatimaan uutta projektia on alkuvaiheessa suoritettava joukko määrittelyitä,

kuten projektin sisältämien kohteiden lukumäärä, mahdollinen salasana sekä käytettävän

paneelin tyyppi. Lisäksi määritetään mahdollinen IP -osoite sekä paneelin ja ohjattavan

laitteen välinen yhteysprotokolla. Tähän on valittavana useita eri vaihtoehtoja jotka on

eroteltu valmistajan mukaan. Mikäli sovellus on tehty alun perin käytettäväksi esimerkiksi

XBTGT2120 –tyypin paneelissa ja myöhemmin samaa sovellusta haluttaisiin käyttää

XBTGT2220 -tyypissä voidaan kyseinen muutos suorittaa helposti aktivoimalla kohde

navigointi-ikkunassa. Tämän jälkeen voidaan kyseinen muutos suorittaa objektin

ominaisuudet –ikkunassa.

K

UVIO 4. Vijeo Designer –ohjelmointiohjelman ikkuna

3.5.2 Käyttäjähallinta

Mikäli sovellukseen halutaan laatia joitain ylläpidollisia näyttöjä, kuten ajastinten

asettaminen tai raja-arvon asettaminen, voidaan tällöin sovellukseen upottaa ohjelmiston

valmiina tarjoama kirjautumisobjekti. Kyseisen objektin liittämisen jälkeen voidaan

sovelluksen eri näytöille määritellä käyttöoikeusvaatimukset. Mikäli kirjautuneen käyttäjän

turvallisuustaso on alhaisempi kuin näytölle määritelty turvallisuustaso, estää sovellus

kyseistä näyttöä avautumasta aukaisten sen sijaan kirjautumisikkunan. Turvallisuustason

määrittely sekä käyttäjäryhmien laatiminen tapahtuu ohjelmiston käyttäjähallinnassa.

KUVIO 5. Käyttäjähallinta-ikkuna

Enimmillään sovellukseen voidaan laatia 20 eri käyttäjä ryhmää, joista kuhunkin voidaan

sisällyttää 100 käyttäjää. Näin ollen käyttäjien enimmäismääräksi muodostuu yhteensä

2000 käyttäjää.

3.5.3 Muuttujat

Ohjelmisto sisällyttää kuhunkin projektin kohteeseen automaattisesti joukon muuttujia,

joita voidaan käyttää hyväksi sovelluksen toteutuksessa. Tällaisia yleisesti käytettäviä

järjestelmän sisäisiä muuttujia ovat esimerkiksi kuukausi, vuosi sekä aika muuttujat, joiden

avulla voidaan toteuttaa päivyri ja kellonaika näytöt.

Käyttäjä voi luonnollisesti määritellä tarvitsemiaan joko sisäisiä tai ulkoisia muuttujia,

joihin voidaan soveltaa joko suoraa tai epäsuoraa osoitusta. Suoralla osoituksella

tarkoitetaan muuttujalle määriteltyä laitteen osoitetta esimerkiksi logiikkaohjelman

apubittiä ja epäsuoralla esimerkiksi otetun apubitin määrittelemistä jonkin toisen muuttujan

kautta. Muuttujia määriteltäessä on käytettävissä neljä eri tietotyyppiä jotka ovat discrete,

float, integer ja string. Tietotyypin määrityksen lähtökohtana on muuttujan käyttötarkoitus.

Tällöin edellä mainitun apubitin tietotyypiksi ei määritettäisi integeriä, jota käytetään 8:n

bitin muodostaman sanan määrittämiseen, vaan discrete. Dicrete -tietotyypillä käytettävissä

on kaksi eri tilaa kuten yksittäisen bitin tapauksessa on tarpeen. Objektin ominaisuudet –

ikkunan oikeassa laidassa sijaitsevan painikkeen avulla käyttäjä saa avatuksi valikon,

minkä kautta muuttujan osoitteen määrittely voidaan tehdä joustavasti, ohjelman tarjotessa

käytettävissä olevat vaihtoehdot.

KUVIO 6. Muuttujan määritysvalikko ja objektin ominaisuudet –ikkuna

3.5.4 Pystytysautomaatin ohjauspaneelisovellus

Lähdettäessä laatimaan sovellusta oli otettava huomioon muutamia seikkoja. Ensinnäkin

sovellusta tulisi voida edelleen kehittää muihin käyttökohteisiin, sovelluksen tulisi olla

mahdollisimman käyttäjä-ystävällinen ja sovelluksesta olisi saatava riittävästi tietoa

laitteen toiminnasta.

Koska sovellusta olisi voitava käyttää myös muissa sovelluksissa, tuli tarpeelliseksi laatia

erillinen ylläpitonäyttö, jonka kautta voitaisiin parametroida logiikkasovelluksessa

käytettäviä ajastimia. Koska tavallisella käyttäjällä ei voida katsoa olevan tarvetta päästä

muokkaamaan ainakaan kaikkia mainittuja arvoja oli sovellukseen asetettava

käyttäjähallinta jonka avulla voidaan määritellä ne käyttäjäryhmät joiden voidaan katsoa

olevan aiheellista päästä suorittamaan mahdollisia muutoksia.

Varsinaisia rajoitetun käyttöoikeuden näyttöjä ei sovelluksessa ole kuin yksi, ja muiden

näyttöjen mahdollista suojaamista käyttäjätunnuksin sekä salasanoin voidaan tietysti pitää

tarpeettomanakin. Tällä voidaan kuitenkin katsoa saavutettavan se etu, ettei asiaton

käyttäjä pääse käynnistämään automaattia tai suorittamaan muita mahdollisia ei-toivottuja

toimenpiteitä.

Edellä mainitun ylläpidon parametrointi -näytön lisäksi sovellus muodostuu yhteensä

viidestä eri näytöstä sekä neljästä ponnahdusikkunasta. Varsinaisen operointialueen,

käyttäjän pääsääntöisesti normaalioloissa hyödyntämät näytöt, muodostaa kaksi näyttöä.

Nämä näytöt ovat ohjausnäyttö sekä makasiinin hallintanäyttö. Näistä kahdesta

ohjausnäytön sisältö on seuraava:

• työkierron käynnistyspainike

• työkierron jatkamispainike porauksen epäonnistuessa

• porauksen uusinta painike kuljettajan siirrettyä ajoneuvon uuteen kohtaan

• työkierron keskeytyspainike porauksen epäonnistuessa

• työkierron etenemistä kuvaava lamppurivi

• tekstinäyttö johon koottu ilmoitukset häiriöistä sekä työkierron etenemisestä

• näyttö kertomaan makasiinissa jäljellä olevien viittojen määrän

• näyttöjen välisen siirtymispainikkeet (3 kpl).

Makasiini hallintanäytön toiminnot ovat:

• painike toimintojen lukitsemiseksi makasiinin täytön ajaksi

• painike lukituksen avaamiseksi täytön jälkeen

• painike, joka aukaisee ponnahdusikkunan viittojen määrän syöttämistä varten

• painike, joka nollaa pystytysten määrän laskurin

• numeronäyttö pystytysten määrälle

• tekstinäyttö, joka kertoo lukituksen tilan

• painike, joka aukaisee ohjausnäytön.

TAULUKKO 2. Painikkeiden värikoodauksen yleisperiaate

Painikkeen väri Toiminnat

Vihreä Käynnistykset, kuittaukset, lukitusten vapautus

Sininen Siirtymiset näyttöjen välillä

Punainen Lukitukset, nollaukset

Keltainen Muut toiminnot

Riippumatta väristä kaikkiin painikkeisiin on liitetty äänimerkki ilmaisemaan toimintaan ja

lisäksi tiettyihin painikkeisiin on asetettu viive. Painiketta on tällöin pidettävä alhaalla

tietty aika ennen kuin laite tulkitsee tilan muuttuneen. Tällä menettelyllä on pyritty

estämään mahdollisten virhepainallusten aiheuttamat ei-toivotut toiminnot.

Painikkeet, joissa viivettä on käytetty, ovat pystytysten laskurin nollaus sekä

ohjausnäyttöön sijoitetut keskeytyneen työkierron jatkovalinnat. Koska painikkeet on

sijoitettu yhteen varsinaisen työkierron aloittamisen kanssa on näin pyritty huomioimaan

mahdollinen tilanne, jossa ajoneuvon kuljettaja vahingossa tulisi painaneeksi väärää

painiketta käynnistyksen yhteydessä. Sama perustelu pätee myös työkierron uudelleen

käynnistyksen yhteydessä, jolloin kuljettajan on todellakin valittava juuri haluamansa

vaihtoehto sen sijaan, että nopea painallus sattuisi osumaan väärään painikkeeseen.

KUVIO 7. Ohjausnäyttö

Kolme muuta sovellukseen kuuluvaa näyttöä ovat:

• Aloitus -näyttö

• Rajahälytykset -näyttö

• Käyttäjän parametrit –näyttö.

Aloitus -näytössä käyttäjä voi valita joko siirtymisen automaatin käyttöön, siirtymisen

käyttäjänä muokattavissa oleviin parametreihin – kaksi ajastinta. Mikäli käyttäjä kuuluu

ylemmät käyttöoikeudet omaavaan ryhmään, hän pääsee käsiksi myös ylläpidon

parametrointiin. Rajahälytykset –näytössä käyttäjä saa tarkemmat tiedot mahdollisen

rajahälytyksen sattuessa. Mikäli näin tapahtuu, on mahdollista, että kyse on myös

varsinaisesta viasta eikä vain satunnaisesta häiriöstä. Käyttäjän parametrit –näytössä

käyttäjä voi muokata kouran pitoaikaa tai noston viivettä pystytyksen yhteydessä.

Pitoajalla tarkoitetaan aikaa, jonka tartunta pitää viittaa kiinni sen jälkeen, kun se on

painettu maahan. Viive tarkoittaa tässä aikaa joka kuluu tartunnan irrotuksesta kouran

nostoon.

Sovellukseen sisältyvät neljä ponnahdusikkunaan sisältävät seuraavat toiminnot:

• Selitykset -ikkuna

• Viittoja –ikkuna.

• Login –ikkuna

• Nollaa –ikkuna.

Selitykset ikkunaan on koottu lyhyet kuvaukset ylläpidon asetettavista olevista ajastimista.

Viittoja –ikkunan kautta käyttäjä pääsee syöttämään makasiiniin ladattujen viittojen

määrään. Tässä yhteydessä käytetään hyväksi ohjelmistoon sisältyvää

ponnahdusnäppäimistöä. Login –ikkuna sisältää käyttäjähallinnan kirjautumisikkunan joka

niin ikään on ohjelmistoon suoraan tarjoama objekti. Nollaa –ikkunan kautta käyttäjä

pääsee nollaamaan pystytyslaskurin.

Ohjelmistoon sisältyvä ponnahdusnäppäimistö helpottaa merkittävästi erilaisten

syöttötoimintojen toteuttamista. Käytettävissä onkin useita eri vaihtoehtoja joista laajin

vastaa lähes normaalia näppäimistöä. Tästä löytyvät sekä numero että kirjainnäppäimet,

paitsi skandit, sekä joukko kirjoittamisessa tarvittavia toimintonäppäimiä. Näppäimistön

ulkoasu vaihtelee sen mukaan mikä kieli on asetettu käyttäjäsovelluksessa. Vaihtoehtoina

ovat englanti, espanja, ranska, saksa ja italia. Näppäimistöistä pienin on neljän näppäimen

muodostama muutosnäppäimistö. Tämä on tarkoitettu muuttujan arvon kasvattamiseen tai

vähentämiseen niin, että näppäimistössä ovat vain nuolinäppäimet ylös ja alas sekä Esc ja

Enter. Normaalisovelluksen toteuttamisen kannalta oleellisin näppäimistövaihtoehto on

kuitenkin numeerinen näppäimistö. Tällöin voidaan valita joko desimaali / oktaali,

heksadesimaali tai binäärinäppäimistö. Sovelluksessa onkin käytetty

desimaalinäppäimistöä liittyen kaikkien ajastinten sekä laskurin arvojensyöttöön.

KUVIO 8. Desimaalinäppäimistö

Sovellusta rakentaessa kannattaa miettiä, käyttääkö ponnahdusikkunassa samaa

taustaväriä, oletusarvoisesti musta, kuin varsinaisten näyttöjen taustavärinäkin. Koska

ponnahdusikkuna on huomattavasti pienempi kuin näyttö, voi tämä samaa taustaväriä

käytettäessä johtaa tilanteeseen jossa on epäselvää missä sijaitsevat ponnahdusikkunan

objektit ja mitkä taasen kuuluvat alla olevaan näyttöön. Mikäli jostain syystä ei

ponnahdusikkunan taustaväriä halua vaihtaa, on syytä harkita ponnahdusikkunan koon

kasvattamista yhtä suureksi kuin varsinainen näyttökin on. Koon muokkaaminen tapahtuu

yksinkertaisesti valitsemalla navigaatio –ikkunasta haluttu ponnahdusikkuna, jonka jälkeen

tämän asetukset ovat muokattavissa objektin ominaisuudet –ikkunassa.

4 OHJELMOITAVA LOGIIKKA

4.1 Yleistä

Alunperin ohjelmoitava logiikka, – programmable Logic Controller (PLC), Programmable

Logic Unit (PLU), suunniteltiin korvaamaan releillä toteutetut ohjauspiirit. Aloite releiden

korvaavaksi ohjausjärjestelmäksi tuli autoteollisuudelta, joka kaipasi mekanisoituihin

tuotantolinjoihinsa kehittyneempiä ohjausmenetelmiä. Verrattuna perinteiseen

reletekniikkaan voidaan logiikan avulla saavuttaa selkeitä etuja, joista oleellisimpina

voidaan mainita selkeästi vähentynyt tilantarve sekä muutosten tekemisen helpottuminen.

Ohjelmoitavien logiikoiden käyttökohteet ovat hyvin moninaiset alkaen yksittäisen

keskusyksikön ohjaamasta kuljetin sovelluksesta laajempiin automaatioratkaisuihin, joissa

voidaan hyödyntää moderneja tekniikoita kuten kenttäväylää sekä langatonta tiedonsiirtoa.

Kooltaan logiikoiden avulla toteutetut automatisointitehtävät ovat pieniä ja keskisuuria

niin, että suuret tehtävät toteutetaan erillisillä automaatiojärjestelmillä. (Keinänen,

Kärkkäinen, Metso & Putkonen 2001, 241 – 242.)

Aikaisemmin logiikat voitiin jakaa kahteen päätyyppiin, joista toinen tunnettiin

askeltavana logiikkana ja toinen vapaasti ohjelmoitavana logiikkana. Oleellisin ero näiden

välillä on siinä, että askeltavat logiikat ovat sekvenssityyppisiin ohjauksiin tarkoitettuja

tietokoneita. Näiden käyttökohteena oli sellaisten lähinnä releillä ja pneumaattisesti

ohjattujen logiikkajärjestelmien korvaaminen, joissa ohjaukset muodostuivat jo ennestään

askelketjuna etenevistä toiminnoista. Nykyään askeltavat logiikat ovat poistuneet lähes

täysin käytöstä ja ne on korvattu vapaasti ohjelmoitavilla logiikoilla. Vapaasti

ohjelmoitavien logiikoiden ohjelman kirjoitusjärjestys on vapaa, koska sillä ei ole

toiminnallista merkitystä. Ohjelmaa selataan jatkuvasti, ja ohjaukset tapahtuvat aina

ehtojen täyttyessä. (Keinänen ym. 2001, 243 – 244.)

Vapaasti ohjelmoitavien logiikoiden jakoperusteena voidaan käyttää kahta eri perustetta,

joista ensimmäinen on niiden prosessoriteho. Tällöin on eroteltavissa kolme ryhmää;

pienet, keskisuuret sekä suuret logiikat. Tehon perustuessa kykyyn käsitellä tulo- ja

lähtötietoja voidaan näille antaa jaottelussa käytettäväksi viitteellisiä I/O-määriä: pienet

logiikat alle 100 I/O:ta, keskisuuret 100 – 500 I/O:ta, suuret yli 500 I/O:ta. (Isaksson

2000.)

Toisena mahdollisuutena on jakaa ohjelmoitavat logiikat rakenteensa perusteella kahteen

ryhmään, joista toisen muodostavat pienet ja kompaktit logiikat, joihin itseensä sisältyy

jonkin verran I/O:ta. Toisen ryhmän muodostavat puolestaan kookkaammat modulaariset

logiikat, joissa eri moduulit asennetaan virtalähteellä varustettuun kehikkoon ja liitetään

toisiinsa.

4.2 Ohjelmointilaitteet

Logiikoiden ohjelmointi voi tapahtua pääasiassa kolmella eri välineellä: erillisellä

ohjelmointilaitteella, pienellä käsiohjelmointilaitteella tai tietokoneella. jossa on logiikan

ohjelmointiin tarvittava ohjelmisto.

Ohjelmointilaite sisältää normaalisti näppäimistön sekä näytön, jolla ohjelmointi voidaan

suorittaa. Erillisten ohjelmointilaitteiden käytettävyyttä rajoittaa se, että ne varsin

tyypillisesti ovat merkkikohtaisia, mikä merkitsee sitä, ettei toisen logiikkamerkin

ohjelmointilaitetta voi käyttää toisenmerkkisen logiikan ohjelmointiin. Lisäksi nämä voivat

olla varsin kookkaita ja näin ollen varsin työläitä liikuteltavia. (Isaksson 1999.)

Pienikokoiset käsiohjelmointilaitteet ovat helposti liikuteltavia, niissä on yleensä yhden tai

kahden rivin näyttö ja tarvittavat näppäimet. Näytöstä johtuen ohjelmointi on kuitenkin

suoritettava käskylistamuodossa, ja koska nähtävissä on kulloinkin hyvin lyhyt osa

ohjelmasta, ei laajempien ohjelmointitehtävien suorittaminen ole näiden avulla mitenkään

mielekästä. Lähinnä nämä soveltuvat kunnossapidon työvälineeksi ja kentällä tapahtuvien

pienten muutosten suorittamiseen. (Isaksson 1999.)

Nykyaikaisin ja käytetyin väline logiikkaohjelmointiin on tietokone varustettuna

logiikkaohjelmointiohjelmistolla. Koska samalle tietokoneelle voidaan asentaa useiden eri

logiikoiden ja logiikkavalmistajien ohjelmointityökalut, laajenee näiden käytettävyys

ohjelmointitehtävissä. Kannettavien tietokoneiden kehittymisen myötä on näiden

käytettävyys myös kentällä tapahtuviin ohjelmointitehtäviin lisääntynyt. Tietysti

käytettävyyteen näissä tilanteissa vaikuttavat aina ympäröivät olosuhteet. Tietokoneilla

ajettavat nykyaikaiset ohjelmointiohjelmat ovat varsin kehittyneitä ja niillä voidaan

toteuttaa ohjelmointitehtäviä useilla eri esitystavoilla. Lisäksi näiden yhteydessä on usein

käytettävissä erikoistehtäviin suunniteltuja valmiita alirutiineja, jotka voidaan ottaa

käyttöön ja näin nopeuttaa ohjelmoinnin suorittamista

4.3 Logiikkaohjelmoinnin esitystavat

Logiikkaohjelmat voidaan laatia käyttämällä kolmea eri esitystapaa. Nämä ovat

käskylistaesitys, logiikkakaavioesitys sekä tikapuukaavioesitys. Esitystapojen ulkoasut

poikkeavat selvästi toisistaan.

Perinteinen käskylistaesitys - englanniksi Statement List (STL), saksaksi Anweisungsliste

(AWL) - löytyy pääsääntöisesti kaikista eri ohjelmointityökaluista ja joissakin se on ainoa

käytettävissä oleva esitystapa. Käskyrivit muodostuvat käskystä, siihen liittyvästä

operandista sekä mahdollisesta kommentista. Käskylista muistuttaakin hyvin paljon

Assembly-kielistä ohjelmointia. Tämän ohjelmointitavan avulla voidaan toteuttaa myös

sellaisia käskyjä, joita muut ohjelmointitavat eivät mahdollista. Käskylistaesityksen

havainnollisuus ei kuitenkaan ole yhtä hyvä kuin toisten tapojen, ja sen käyttö onkin

suurinta lähinnä kokeneiden suunnittelijoiden keskuudessa. (Isaksson 2000.)

Logiikkakaavioesitys – englanniksi Function Block Diagram (FBD), saksaksi

Funktionsplan (FUP) - edustaa ohjelmoinnin kehittyneintä vaihetta. Tässä graafisessa

esitystavassa ohjelma muodostetaan IEC 60 617 -standardin mukaisista

logiikkasymboleista. Esitystavan etuna on, että loogiset toiminnat voidaan esittää selkeästi

ja tiivistetysti. (Isaksson 2000.)

Tikapuukaavioesitys – englanniksi Ladder Diagram (LAD/LD), saksaksi Kontaktplan

(KOP) - pohjautuu perinteiseen relekaavioon ja sen luettavuus on varsin hyvä. Tämä

esitystapa tunnetaan myös nimillä relekaavio- ja kosketinkaavioesitys. Ohjelma koostuu

virtapiireistä, jotka puolestaan rakentuvat JA- sekä TAI-kytkentäisistä koskettimista.

Lisäksi ohjelmoinnissa on käytettävissä joukko toimilohkoja, joihin kuuluvat muiden

muassa ajastimet, laskurit sekä erilaiset matemaattiset toimilohkot. (Isaksson 2000.)

KUVIO 9. Logiikkaohjelmoinnin esitystavat

Huolimatta siitä, että saman ohjelmakoodin käyttäminen eri valmistajien logiikoissa on

mahdotonta, ohjelmoinnin kuvaustavat on kuitenkin sovittu eri valmistajien välillä. IEC

61131-3 -standardi sisältää logiikkaohjelmoinnissa käytettävien kuvaustapojen määrittelyn.

Standardiin liittyvien asioiden edelleen kehittämiseksi ovat eri maiden käyttäjäryhmät sekä

ohjausjärjestelmien valmistajat perustaneet tuoteriippumattoman organisaation, joka

tunnetaan nimellä PLCopen.

4.4 Logiikan muisti

Logiikoihin liittyy käyttötarkoituksen mukaan tarkasteltuna karkeasti jaotellen kaksi eri

muistia, joista molemmilla on omat tehtävänsä. Nämä muistit ovat ohjelmamuisti ja

apumuisti, joista apumuisti voidaan jakaa vielä useisiin eri muisteihin. (Isaksson 1999.)

Ohjelmamuistiin, joka tunnetaan myös PROM-muistina, tallennetaan logiikan toimintaa

ohjaava ohjelma. Riippumatta siitä, millä esitystavalla ohjelma on laadittu, se tallennetaan

aina käskyinä. Tyypiltään ohjelmamuistit ovat joko paristovarmennettua RAM:ia,

EPROM- tai EEPROM-muistia. (Isaksson 1999.)

Apumuisti on tyypiltään RAM-muistia, ja se sijaitsee keskusyksikössä. Apumuisti sisältää

digitaalimuotoisen tiedon logiikan lähtöjen, tulojen, laskureiden, apumuuttujien ja muiden

vastaavien tiloista. Nykyaikaisessa logiikassa apumuistin laajuus saattaa olla jopa

kymmeniä tuhansia bittejä. RAM-muistille on tyypillistä, että se tyhjenee sähkökatkoksen

yhteydessä. Näiden varalta apumuistista on kuitenkin määritelty, tai käyttäjän

määriteltävissä, osa niin sanotuksi puskuroiduksi muistiksi mikä tarkoittaa, että ne

säilyttävät tilansa sähkökatkon ajan. Muita ohjelmoinnin kannalta merkityksellisiä muisteja

ovat erikoisapumuisti sekä datamuisti. Erikoisapumuisti sisältää sellaisia logiikan sisäisiä

muistipaikkoja, joilla on jokin tietty, ennakolta ohjelmoitu käyttötarkoitus kuten

kellopulssit. Datamuistiin tallennetaan numerotietoja, joita ohjelmansuorituksessa

käytetään. Tällaisia tietoja ovat esimerkiksi reseptit ja asetusarvot. (Isaksson 1999.)

4.5 Keskusyksikkö

Keskusyksikön – Central Processing Unit (CPU) – varsinaisena tehtävänä on ohjelman

suorittaminen. Toiminnan perustana on jatkuva ohjelmakierto, joka ei pysähdy. Jokaisella

ohjelman suorituskerralla verrataan tulojen ja lähtöjen kuvamuistissa olevia tilatietoja

ohjelmamuistiin tallennettuun ja suoritetaan looginen päättely. Keskusyksikkö muodostuu

prosessorista, joita voi nykyisin yhdessä logiikassa olla useampiakin, muistista sekä eri

porteista. (Isaksson 1999.)

4.6 Tulo- ja lähtöyksiköt

Logiikan tulo- ja lähtöyksiköt voivat tyypiltään olla joko digitaalisia tai analogisia

kuitenkin niin, että tavallisimmin samassa moduulissa ei ole kummankin tyypin I/O:ta.

Tuloyksiköt on eristetty logiikan elektroniikasta käyttämällä optoerotusta eli galvaanista

erotusta, jossa tuloviesti ei siirry suoraan sähköviestinä kentältä, vaan välitykseen

käytetään valodiodin ja fototransistorin muodostamaa optoerotinta. Digitaaliset tuloyksiköt

voivat kytkentäteknisesti olla tyypiltään joko PNP- tai NPN-tyyppisiä. (Isaksson 2000.)

Lähtöpiirien tehtävänä on ohjata järjestelmään liitettyjä toimilaitteita, joita voivat olla

vaikka releet tai merkkilamput. Tyypillisesti logiikan lähdöt ovat joko rele- tai

transistorilähtöjä, mutta myös triakkilähdöt ovat mahdollisia. (Isaksson 2000.)

4.7 Teholähde

Teholähteen tehtävänä on syöttää logiikan sekä sen I/O:n toiminnassaan tarvitsema teho.

Tämän lisäksi se myös erottaa galvaanisesti logiikan verkkojännitteestä. Logiikasta

riippuen jännitelähde voi olla sisäänrakennettuna CPU:hun tai se voi olla oma erillinen

yksikkönsä. Logiikoiden käyttämä jännite on normaalisti joko 24 VDC tai 230 VAC.

(Isaksson 2000.)

4.8 Lisämoduulit

Logiikoihin on saatavissa merkkikohtaisia laajennusmoduuleja. Normaalien analogisten ja

digitaalisten I/O-lisämoduulien lisäksi on olemassa myös erikoismoduuleja tiettyihin

erityistarkoituksiin. Tällaisiin erikoismoduuleihin kuuluu tietoliikenne-, asemointi- sekä

väylämoduuleja. Usein lisämoduulit ovat niin sanottuja älykkäitä yksiköitä. Yksikköä

kutsutaan älykkääksi, mikäli sillä on oma prosessorinsa. (Isaksson 2000.)

4.9 Logiikka pystytysautomaatissa

4.9.1 TWIDO -keskusyksikkö

Aurausviittojen pystytysautomaatissa käytetään Schneider Electricin Telemecaniquen

TWIDO pienlogiikka perheen TWIDO Modular –keskusyksikköä, tyyppimerkinnältään

TWDLMDA20DTK. Yksikkö on varustettu kahdellatoista 24 V:n tulolla sekä kahdeksalla

24 V:n staattisella lähdöllä jotka ovat tyypiltään PNP transistoriyksiköitä mikä

tyyppimerkinnässä ilmoitetaan luvun 20 jälkeen olevan kirjain yhdistelmän keskimmäisellä

T -kirjaimella. Yksikön nimellinen syöttöjännite on 24 VDC, mutta sallitut rajat ovat 20,4

– 26,4 VDC. Perusyksikköön voidaan enimmillään liittää 4 I/O- laajennusyksikköä.

Kyseisessä logiikkasarjasta voidaan puhua konkreettisestikin pienlogiikasta, sillä

keskusyksikön paino on vain 140 g. Muut ulkomitat ovat: Leveys 35,4 mm; korkeus 90,0

mm; pituus 81,3 mm (max).

4.9.2 Käytetyt laajennusyksiköt

Pystytysautomaatin logiikkajärjestelmän muodostaa yhdessä keskusyksikön kanssa

lähtöyksikkö TWDDDO16TK sekä tuloyksikkö TWDDDI16DT. Molemmissa

laajennusyksiköissä on kuusitoista erillistä liitäntää, tuloyksikön ollessa kytkentäteknisesti

joko PNP tai NPN -tyyppisen lähtöyksikön ollessa pelkästään PNP -tyyppisen. Sekä tulot

että lähdöt ovat tarkoitetut 24 VDC –jännitteelle tuloyksikön tehonkeston ollessa 7 mA ja

lähtöyksikön vastaavasti 0,1 A.

4.10 TwidoSoft -ohjelmointiohjelmisto

TwidoSoft on Schneider Electricin Twido –sarjan logiikoille tarkoitettu 32-bittinen

Windows-pohjainen graafinen ohjelmointityökalu joka toimii Windows 98SE, Windows

2000 sekä Windows XP käyttöjärjestelmissä. Ohjelmointi voidaan tehdä joko tikapuu- tai

käskylista muodossa, mutta logiikkakaavioesitys ei tässä ohjelmointityökalussa ole

käytettävissä. Sen sijaan ohjelma tukee omaa Grafcet –ohjelmointiaan, joka tarjoaakin

erittäin käyttökelpoisen työkalun ohjelmoitaessa askeleittain etenevää sekvenssiohjausta.

Grafcet -ohjelmoinnissa askeleiden määrä riippuu käytössä olevasta Twido –

keskusyksiköstä, mutta yhtä aikaa aktiivisena olevien askeleiden määrää ei ole erikseen

rajoitettu. Vähimmillään on käytettävissä kuusikymmentäkaksi askelta ja enimmillään

yhdeksänkymmentäviisi. Lisäksi tulevat ohjelman käyttöön varatut erikoisaskeleet

ennakko- ja jälkiprosessointiin. Ohjelmassa on lisäksi joukko erikoisbittejä, joiden avulla

voidaan ohjata Grafcet –askelketjussa suoritettavia operaatioita. Tällaisista erikoisbiteistä

voidaan esimerkkinä mainita S21 joka on ennakkoprosessointiin varattu Grafcet -alustus.

Tämän seurauksena kaikki aktiivisena olevat askeleet nollataan ja aloitusaskel aktivoidaan.

Ulkoisesti Grafset –muotoinen sovellus voidaan esittää joko käskylistauksena tai

tikapuukaaviona ja näkyvät ulkoiset merkit käytetystä ohjelmoinnista ovatkin varsin

vähäisiä.

K

UVIO 10. Grafcet –ohjelmointi tikapuu- ja käskylistaesityksenä

Tikapuuesityksessä sovellus rakentuu matriisilohkoista, joista kussakin on seitsemän riviä

ja yksitoista saraketta. Ohjelmassa tästä lohkosta käytetään nimitystä rung (porras,

askelma). Kukin lohko toteutetaan vasemmalta oikealle, ylhäältä alas, rivi kerrallaan.

Lisäksi lohkot on jaettu kahtia niin, että sarakkeet 1 – 10 muodostavat varsinaisen

testivyöhykkeen johon sijoittuvat toteutettavat ehdot. Osittain testivyöhykkeen päälle

sarakkeisiin 8 – 11 sijoittuu toimintavyöhyke, johon sijoittuvat lähdöt sekä

operaatioyksiköt, joiden toiminta riippuu testivyöhykkeen lopputuloksesta.

4.11 Aurausviittojen pystytysautomaatin logiikkasovellus

Koska sovelluksen käyttökohteena on kaupallinen tuote, joka on jatkuvan tuotekehityksen

kohteena, joten sovellusta suunniteltaessa on lähtökohtaisesti pidettävä mielessä sen

mahdollisimman selkeä rakenne edelleen kehittämistä silmällä pitäen. Tämän takia sekä

ohjelmointiteknisistä seikoista johtuen voidaan sovelluksen katsoa jakautuvan kolmeen

kokonaisuuteen. Sovelluksen alun lohkot sisältävät ennen varsinaista automaatin toiminnan

käynnistämistä suoritettavat sekä tähän liittyvät niin sanotut aputoiminnot. Toisen

kokonaisuuden muodostavat varsinaiset työkierron askeleet ja kolmantena tulevat lähtöjen

ohjaukset. Koska laitteen, pystytysautomaatin, toiminta on luonteeltaan askeltavaa on

Grafcet –ominaisuuden käyttö sovelluksessa luontevaa, koska tämä osaltaan lyhentää

sovelluksen pituutta.

Toiminnan käynnistymistä ennen ja mahdollisesti sen aikana suoritettavat lohkot sisältävät

käynnistyksen jälkeisen täydellisen alustuksen, jossa yhteydessä kaikki Grafcet –askeleet

nollataan sekä tarkastetaan mahdolliset hälytykset. Lisäksi tähän osioon on koottu

sovelluksessa käytettäviin ajastimiin liittyvät ohjaukset sekä määrittelyt. Itse asetusarvot

määritetään tässä tapauksessa ohjauspaneelista käsin ja ne kirjoitetaan logiikan muistiin

jossa se on sovelluksen luettavissa. Myös ohjauspaneelia varten käytössä olevat työkierron

etenemisen kuvaamiseen käytettävät apubitit ohjataan tässä osassa.

Työkierron askeleet on toteutettu Grafcet –askelluksena, joiden asettumista ohjaavat paitsi

laitteelta saatavat anturisignaalit, myös useat ajastimet sekä vertailuoperaatiot. Askelluksen

mukana muutetaan eri muistipaikkojen sisältöä niin, että näitä seuraamalla voidaan

ohjauspaneelin kautta välittää käyttäjälle tietoa automaatin kulloisestakin työkierron

vaiheesta sekä muista toimintaan vaikuttavista tekijöistä. Sovelluksen tähän osaan on

lisäksi sijoitettu eri laskureihin kohdistuvat toimenpiteet.

Askellusosan jälkeen on loppuun sijoitettu varsinaiset lähtöjen ohjaukset sekä muutama

tähän olennaisesti liittyvä operaatioyksikkö. Tänne on sijoitettu myös ohjauspaneelista

käsin hallittava viittamakasiinin täytön aikainen turvalukitus, jonka tarkoituksena on estää

kaikki laitteen toiminnat makasiinia täytettäessä. Tässä on kuitenkin otettava huomioon,

että lukitus ei toimi mikäli käyttäjä ei itse aktivoi sitä. Ainoina poikkeuksina ovat maton

eteen ja taaksepäin ajot käyttäjän toimesta huoltopainikkeiden avulla, mutta ohjelman

suorittama maton eteenpäin pyöritys on estetty joka tapauksessa.

Huomattavaa on, että haluttaessa ohjelmoida ajastimet käyttämään asetusarvonaan

ulkopuolelta, ohjauspaneelilta, määrättävää arvoa on tällöin ajastimen ohjelmointi

toteutettava ensin käskylista muodossa, vaikka ohjelma muuten kirjoitettaisiinkin käyttäen

tikapuuesitystä. Vaihdettaessa esitystavasta toiseen jää näin toteutettu ajastin näkymää

käskylistamuodossa omana lohkonaan. Mikäli ajastimelle määritetään jo ohjelmoinnin

yhteydessä asetuksen lukuarvo, voidaan ohjelmointi tällöin toteuttaa normaalisti molempia

esitystapoja käyttäen.

KUVIO 11. Mukautettu vuokaavio Grafcet –askeleista

Seuraavaksi kuvataan pääpiirteittäin kunkin askeleen sisältämät toiminnot. Koska edellisen

askeleen suoritus sisältää seuraavan askeleen asettumisehdot, ei näitä ole merkitty erikseen

kaavioon.

TAULUKKO 3. Grafcet –askelten toiminnat

Askel Toiminta

1 Työkierron aloitus, testataan toimielinten sijoittumiset rajoille ja

odotetaan ohjauspaneelilta tulevaa käynnistyskäskyä.

2 Kouran tarttuminen viittaan.

3 Vaakapuomin siirtyminen ulkorajalle.

4 Vaakapuomin saavuttua ulkorajalle odotetaan viiveen kuluminen

ennen poraukseen ryhtymistä.

5 Poraus, eli pisto, jatketaan kunnes saavutetaan alaraja tai

aikavalvonnan edellyttämän ajan.

6 Poran palautus ylärajalle.

7 Poran kääntö ulkorajalle, siirretään viitta työsuoralle.

8 Piston 1. vaihe, odotetaan viive ennen tartunnan irrottamista viitasta.

9 Piston 2. vaihe, odotetaan viive ennen kouran nostoa.

10 Kouran nosto sekä laskuri operaatiot.

11 Vaakapuomin siirto sisälle.

12 Poran kääntö sisärajalle.

13 Makasiinin ajo eteenpäin, aikavalvonta, viitat lopussa.

14 Makasiinin ajo eteenpäin.

15 Paluu valmiustilaan makasiinin täytön jälkeen.

16 Porauksen epäonnistumisen jälkeen kuljettajan tekemä valinta

jatkosta; keskeytys, normaali jatko, jatko laitteen siirtämisen jälkeen.

17 Vaakapuomin siirto sisälle.

18 Rajahäiriö.

5 YHTEENVETO

Projektin onnistumisen kannalta on hyvin oleellista, kuinka täsmällisesti sille asetetut rajat

on alun alkaen määritelty. Koska nyt kyse oli jo tuotannossa olevan laitteen

jatkokehityksestä, oli luonnollista, että jo ennen varsinaisen työn käynnistymistä tiedettiin,

mitä laitteita tultaisiin käyttämään ja ennen kaikkea millaisia tuloksia odotettiin.

Ainoa merkittävä virheellinen alkuoletus oli, että uuden ohjauspaneelin ohjelmointi

voitaisiin toteuttaa aikaisemmin käytössä olleella ohjelmointiohjelmalla. Tämä ei

kuitenkaan ollut mahdollista, mikä ilmeni jo varsin aikaisessa vaiheessa, vaan tarkoitusta

varten oli hankittava kokonaan uusi ohjelmisto. Tätä ohjelmistoa ei maahantuoja

kuitenkaan kyennyt toimittamaan kuin usean kuukauden odotuksen jälkeen mikä

käytännössä aiheutti alkuperäisen aikataulun täydellisen pettämisen. Tämä ei onneksi

aiheuttanut ongelmia laitteen tuotantoon, sillä uudistettua laitetta oli tarkoitus ryhtyä

valmistamaan vasta myöhempänä ajankohtana.

Koska tuotteen jatkuva kehittäminen on merkittävää sen mahdollisimman pitkän

tuotannollisen elinkaaren saavuttamiseksi, on sovelluksia suunniteltaessa pyrittävä

huomioimaan niiden mahdollisimman hyvä edelleen kehitettävyys. Näin on pyritty

menettelemään myös tässä työssä, sillä eräänä ajatuksena alussa oli, että nyt tehtyjä

sovelluksia voitaisiin käyttää mahdollisimman pienin muutoksin myös yhtiön muissa

tuotteissa. Se, miten tämä käytännössä tulee onnistumaan ja miten hyvin nyt tehty

ohjauspaneeli sovellus toimii käytännössä, selviää kuitenkin parhaiten silloin, kun ne

otetaan työkäyttöön. Suunnittelussa on kuitenkin pyritty ottamaan mahdollisimman hyvin

huomioon aiemmista laitteista käyttäjiltä saatu palaute.

LÄHTEET Julkaistut lähteet Linna, Eemeli. 2005. Artikkeli. Maatilan Pirkka 2/2005. Keinänen, Tommi & Metso, Kari & Putkonen, Kari. 2001. Koneautomaatio 2: Logiikat ja ohjausjärjestelmät. WSOY. VAMA-Product. Tuoteluettelo.2006. S.l. S.n. Magelis XBTGT User Manual. 2006. S.l. S.n. Sähköiset julkaisut Kone-Forum. WWW-dokumentti. Saatavissa http://www.koneforum.com/2004/index.php?print=true&r=177&pl=FIN. Luettu 19.5.2007. Lallukka, Juha & Ojala, Janne. 2006. Grafiikkanäytön ohjaus AVR-mikro-ohjaimella. Turun ammattikorkeakoulu. Tekniikan ja liikenteen osasto. Pdf-dokumentti. Saatavissa http://kehittaminen.turkuamk.fi/mpnaykki/projektit/dokumentit/2005/TutkimusS02/ryhma6/Tutkimusraportti_1_2.pdf. Luettu 19.5.2007. Ohjauspäätteet ja valvomo-ohjelmistot valintaopas. 2004. Pdf-dokumentti. Saatavissa http://www.schneider-electric.fi. Luettu 19.5.2007. Julkaisemattomat lähteet Isaksson Paul. 1999. Automaatiotekniikka PLC-tekniikan perusteita. Automaation perusteiden luentomateriaali. Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulu. Tekniikan yksikkö. Kokkola. Isaksson Paul. 2000. Logiikkaohjaus. Ohjaustekniikan luentomateriaali. Keski-Pohjanmaan ammattikorkeakoulu. Tekniikan yksikkö. Kokkola.

LIITE 1/1

LIITE 1/2