UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Matjaž KRANJC

ELEKTROVEZAVA IN VIZUALIZACIJA HIDRAVLIČNE ZAPORNICE

Diplomsko delo

Visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje

Mehatronika

Maribor, september 2019

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Matjaž KRANJC

ELEKTROVEZAVA IN VIZUALIZACIJA HIDRAVLIČNE ZAPORNICE

Diplomsko delo

Visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje

Mehatronika

Maribor, september 2019

ELEKTROVEZAVA IN VIZUALIZACIJA

HIDRAVLIČNE ZAPORNICE

Diplomsko delo

Študent: Matjaž Kranjc

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje

Mehatronika

Mentor FERI: izr. prof. dr. Aleš HACE

Mentor FS: izr. prof. dr. Uroš ŽUPERL

Somentor: doc. dr. Edvard DETIČEK

I

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjema izr. prof. dr. Urošu

Župerlu, izr. prof. dr. Alešu Hacetu in

somentorju doc. dr. Edvardu Detičku za

vsestransko pomoč, koristne nasvete in

navodila pri opravljanju diplomskega dela.

Posebna zahvala velja moji družini, ki mi je

omogočila študij in me skozi vsa leta podpirala.

Zahvala gre tudi prijateljem, ki so me podpirali

in naredili študentska leta nepozabna.

II

ELEKTROVEZAVA IN VIZUALIZACIJA HIDRAVLIČNE ZAPORNICE

Ključne besede: elektrovezava, krmiljenje, vizualizacija, EasyBuilder Pro

UDK: 681.51:621.22(043.2)

Povzetek

Diplomska naloga opisuje elektrovezavo in vizualizacijo hidravlične zapornice. V nalogi

so opisane vse elektro komponente sistema, krmiljenje, vizualizacija in sestavni deli

hidravlične zapornice. Opisana je tudi uporaba in delovanje programov, uporabljenih za

izvedbo naloge ter krmilni program in električna shema.

III

ELECTRO-BINDING AND VISUALIZATION OF HYDRAULIC GATE

Keywords: electro-binding, control, visualization, EasyBuilder Pro

UDC: 681.51:621.22(043.2)

Abstract

The bachelor’s thesis describes electro-binding and visualization of hydraulic gate. The

bachelor’s thesis describes also all electrical components, control, visualization and all

other parts of hydraulic gate, as well as the use and operation of the programs used to

perform the task, the control program and wiring diagram.

IV

KAZALO VSEBINE

1 UVOD ....................................................................................................... 1

2 OPIS MODELA HIDRAVLIČNE ZAPORNICE .................................................. 2

2.1 Hidravlični del ..................................................................................... 3

2.2 Konstruiranje in modeliranje .............................................................. 4

3 ELEKTRIČNI DEL......................................................................................... 5

3.1 Induktivni senzorji Omron .................................................................. 5

3.2 Ostale električne komponente ............................................................ 9

3.3 Krmilna konzola ................................................................................ 10

3.4 Električna shema .............................................................................. 12

3.5 Povezava s krmilnikom ..................................................................... 14

3.6 Tabela vhodov in izhodov ................................................................. 15

4 BESEDNI OPIS TEHNOLOŠKIH ZAHTEV ..................................................... 16

5 KRMILJENJE PROCESA ............................................................................. 17

5.1 Diagram poteka ................................................................................ 19

5.2 Krmilni program ............................................................................... 20

6 VIZUALIZACIJA ........................................................................................ 26

6.1 Spremembe v krmilnem programu ................................................... 27

6.2 Dodajanje krmilnika.......................................................................... 28

6.3 Povezava krmilnika ........................................................................... 30

7 PRERAČUN STROŠKOV ............................................................................ 34

8 SKLEP ...................................................................................................... 36

9 VIRI ......................................................................................................... 37

10 PRILOGE ................................................................................................. 38

V

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Deli hidravlične zapornice ................................................................................. 2

Slika 2.2: Cilinder z ventilom, priključen na hidravlični agregat ....................................... 3

Slika 2.3: 3D model ........................................................................................................... 4

Slika 3.1: Induktivni senzor Omron E2B-S08KN04WPB1 2M [4] ...................................... 6

Slika 3.2: Nosilec induktivnih senzorjev ............................................................................ 7

Slika 3.3: Dajalnik pozicije z vijakom in označenimi senzorji ............................................ 8

Slika 3.4: Tipka za izbiro pozicije [6].................................................................................. 9

Slika 3.5: Stikalo za izklop v sili [7] .................................................................................... 9

Slika 3.6: Zunanja stran konzole ..................................................................................... 10

Slika 3.7: Notranja stran konzole .................................................................................... 10

Slika 3.8: Funkcije tipk in stikal ....................................................................................... 11

Slika 3.9: Električna shema ............................................................................................. 12

Slika 3.10: Ožičena krmilna konzola ................................................................................ 13

Slika 3.11: Kabel z izhodnimi PIN-i .................................................................................. 14

Slika 3.12: Kabel z vhodnimi PIN-i ................................................................................... 14

Slika 5.1: Krmilnik S7-1200 .............................................................................................. 17

Slika 5.2: Ožičenje krmilnika ........................................................................................... 18

Slika 5.3: Diagram poteka procesa.................................................................................. 19

Slika 5.4: Tabela vhodov, izhodov in spominskih bitov .................................................. 20

Slika 5.5: Varnost ............................................................................................................ 21

Slika 5.6: Primer pomika na željeno pozicijo 1 ............................................................... 22

Slika 5.7: Vklop luči za izbrano pozicijo 1 ........................................................................ 22

Slika 5.8: Gibanje cilindra GOR ....................................................................................... 23

Slika 5.9: Gibanje cilindra DOL ........................................................................................ 23

Slika 5.10: Indikacija pomika navzgor ............................................................................. 24

Slika 5.11: Indikacija pomika navzdol ............................................................................. 24

Slika 5.12: Med pozicijami .............................................................................................. 25

Slika 5.13: Aktiviranje ventila .......................................................................................... 25

VI

Slika 6.1: Prikaz ALI funkcije ............................................................................................ 27

Slika 6.2: Dodajanje krmilnika ......................................................................................... 28

Slika 6.3: Izbira ustreznega krmilnika ............................................................................. 29

Slika 6.4: Dodajanje IP naslova ....................................................................................... 30

Slika 6.5: Uvožene spremenljivke ................................................................................... 30

Slika 6.6: Nastavitve navideznega gumba ....................................................................... 31

Slika 6.7: Končni izgled HMI zaslona ............................................................................... 32

Slika 6.8: Aktiven HMI zaslon in krmilna konzola ........................................................... 33

VII

KAZALO TABEL Tabela 3.1: Lastnosti senzorja Omron [4] ......................................................................... 6

Tabela 3.2: Električne komponente .................................................................................. 9

Tabela 3.3: Seznam vhodov in izhodov ........................................................................... 15

Tabela 5.1: Tehnične lastnosti krmilnika [5] ................................................................... 18

Tabela 7.1: Elektro sklop ................................................................................................. 34

Tabela 7.2: Hidravlični sklop ........................................................................................... 34

Tabela 7.3: Ostali material .............................................................................................. 35

Tabela 7.4: Skupni stroški ............................................................................................... 35

VIII

UPORABLJENE KRATICE

TIA Totally Integrated Automation

NO Normally Opened

NC Normally Closed

PCB Printed Circuit Board

IP Internet Protocol

DC Direct Current

Q Output

I Input

M Memory

SR Set–Reset

HMI Human Machine Interface

1

1 UVOD

Z uvedbo vse bolj avtomatizirane in samodejne proizvodnje oz. procesov so razni stroji

prevzeli izvrševalno funkcijo, človek pa je prevzel nadzorovalno ter načrtovalno funkcijo.

Stroji torej opravljajo predvsem nevarno in rutinirano delo, kar za človeka pomeni predvsem

manjšo izpostavljenost in s tem zmanjšano tveganje za nastanek kakršnekoli nesreče oz.

poškodbe. Tako je vizualizacija dandanes že skoraj prisotna na vseh področjih življenja, še

posebej v raznih avtomatiziranih proizvodnih procesih oz. linijah in je zmeraj bolj pomemben

sestavni del proizvodnega procesa. Glavni namen vizualizacije je spremljanje, nadzor in

branje podatkov nekega stroja, obrata ali sistema iz nekega oddaljenega mesta (npr.

kontrolne sobe), kjer ima človek omogočen vpogled do raznoraznih parametrov, podatkov in

stanj sistema.

Za diplomsko delo smo si izbrali elektrovezavo in vizualizacijo modela hidravlične zapornice.

To pomeni ustrezno in varno povezavo vseh izbranih električnih elementov v elektro omarico

oz. krmilno konzolo. Zagotoviti je potrebno zanesljivo delovanje celotnega sistema

hidravlične zapornice. Ta se mora ob pritisku na izbrano tipko pomakniti na določeno

pozicijo. Ustvariti je potrebno pregledno in predvsem uporabniku prijazno vizualizacijo za

delo iz oddaljenega mesta.

2

2 OPIS MODELA HIDRAVLIČNE ZAPORNICE

Model hidravlične zapornice je sestavljen iz treh sklopov oz. delov in je prikazan na Sliki

2.1. To so električni, krmilni in hidravlični del. Električni del je sestavljen iz induktivnih

senzorjev in krmilne konzole, s katero izberemo željeno pozicijo zapornice. Krmilni del

sestavljata industrijski krmilnik Siemens S7-1200 in programski paket TIA Portal, s

katerim smo naredili krmilni program za vodenje cilindra. Hidravlični del zajema

hidravlični cilinder in elektromagnetni potni ventil. Ta krmili smer pretoka

hidravličnega olja oziroma smer gibanja cilindra in s tem zapornice.

Slika 2.1: Deli hidravlične zapornice

3

2.1 Hidravlični del

Hidravlični del sistema zajema hidravlični agregat, dvosmerni hidravlični cilinder,

elektromagnetni potni ventil 4/3 in hidravlični priključki. Hidravlični agregat je

stacioniran v laboratoriju. Dvosmerni hidravlični cilinder je bilo potrebno obnoviti in

mu zamenjati priključne cevi. Z elektromagnetnim potnim ventilom krmilimo pretok

olja. Hidravlični priključki (hitre spojke) služijo za povezavo med hidravličnim

agregatom in cilindrom.

Slika 2.2: Cilinder z ventilom, priključen na hidravlični agregat

4

2.2 Konstruiranje in modeliranje

Vse nosilce in mehanske dele zapornice smo zmodelirali in jih dali izdelati v podjetje.

Modeliranje je potekalo v programu Solidworks. Izdelati smo morali pritrdilni nosilec

(1), na katerem se nahaja celotna zapornica. Dajalnik pozicije (2) zapornice, ki je

pritrjen na zgornji strani batnice cilindra. Omejevalnik zasuka (3), ki onemogoča, da bi

se batnica med premikanjem zasukala, nosilec senzorjev (4) ter nosilec za povezavo (5)

zapornice in batnice, ki se nahaja na spodnji strani batnice. Aluminijaste profile (6) smo

uporabili kot vodila zapornice in za nosilec krmilne konzole (7) ter ekrana za

vizualizacijo. Zapornico smo izdelali iz pleksi stekla.

Slika 2.3: 3D model

5

3 ELEKTRIČNI DEL

Najprej smo izbrali vse električne komponente, ki smo jih potrebovali za izdelavo

elektro omarice oz. krmilne konzole. Potrebno je bilo poiskati primerne induktivne

senzorje, ki zaznavajo kovino na razdalji od 2 do 6 milimetrov, zaradi same

konfiguracije sistema. Prav tako je bilo potrebo poiskati štiri tipke za izbiro željene

pozicije zapornice z vgrajenimi lučmi, dve indikatorski lučki za indikacijo pomika

cilindra gor in dol, stikalo za vklop celotnega sistema in varnostno stikalo. Na koncu je

bilo potrebno še vse skupaj logično pozicionirati v tako imenovano krmilno konzolo in

ožičiti celoten sistem.

3.1 Induktivni senzorji Omron

Induktivni senzorji se uporabljajo za brezkontaktne detekcije objektov. Uporabljajo se

za detekcijo kovine. So neobčutljivi na obrabo, imajo višjo hitrost preklopov in večjo

natančnost. Prav tako so neobčutljivi na vibracije, vlago in prah, zato imajo zelo širok

spekter uporabe [3].

Tako smo uporabili štiri induktivne senzorje proizvajalca Omron in sicer model E2B-

S08KN04-WPB1 2M, ki je po vseh lastnostih ustrezal našim zahtevam.

6

Slika 3.1: Induktivni senzor Omron E2B-S08KN04WPB1 2M [4]

Tabela 3.1: Lastnosti senzorja Omron [4]

Proizvajalec Omron

Tip senzorja Induktivni

Območje 4 mm

Napajalna napetost 10…30 V DC

Delovni tok 200 mA

Izhodna konfiguracija PNP

Delovna temperatura -25…70 °C

Največja frekvenca 1000 Hz

Teža 65 g

Dolžina 42 mm

7

Senzorje smo pritrdili na nosilec, ki je prikazan na Sliki 3.2. Ta omogoča nastavljanje

poljubne višine le-teh. Tako lahko enostavno omejimo ali spremenimo višino zapornice

oz. hod samega cilindra.

Slika 3.2: Nosilec induktivnih senzorjev

8

Da so senzorji sploh lahko zaznali pozicijo zapornice, smo morali na batnico cilindra,

dodati dajalnik pozicije. Na dajalnik smo namestili vijak, ki je aktiviral senzor, kadar se

mu je le-ta približal. Na Sliki 3.3 so prikazani vsi označeni induktivni senzorji in dajalnik

pozicije z vijakom.

Slika 3.3: Dajalnik pozicije z vijakom in označenimi senzorji

9

3.2 Ostale električne komponente

V Tabeli 3.2 so zbrane vse uporabljene električne komponente sistema.

Tabela 3.2: Električne komponente

KOS ELEMENT

1x Doza N/O 190x140x75, IP65

4x Led signalno stikalo – pritisno, zeleno 1Xno, 24 V AC/DC

1x LED signalna lučka, zelena 24 V/DC signal

1x LED signalna lučka, rdeča 24 V/DC signal

1x Stikalo zapiralno, 0-1 s tlivko

1x Tipka za izklop v sili NYG442P30 Tracon

1x Kabel PP-L 3x0.75 mm, 3 metre

Vse štiri tipke za izbiro pozicije imajo delovni kontakt (normally open – NO). To

pomeni, da ob pritisku na tipko sklenemo tokokrog. V našem primeru tako pošljemo

zapornico v željeno pozicijo s pritiskom na poljubno tipko.

Slika 3.4: Tipka za izbiro pozicije [6]

Stikalo za izklop v sili oz. gobica ima mirovni kontakt (normally closed – NC). To

pomeni, da ob pritisku na stikalo razklenemo tokokrog. V tem primeru izklopimo

celoten sistem in onemogočimo pomikanje zapornice.

Slika 3.5: Stikalo za izklop v sili [7]

10

3.3 Krmilna konzola

Začeli smo s kreiranjem krmilne konzole, kjer smo vse prej omenjene komponente,

razen že nameščenih induktivnih senzorjev, smiselno razporedili na površino konzole.

Naredili smo več različnih postavitev in izbrali optimalno, ki je prikazana na Sliki 3.6.

Elemente smo po vrsti fiksirali v ohišje (Slika 3.7) in jih pripravili za nadaljnje ožičenje.

Celotno konzolo smo s pomočjo aluminijastega profila pritrdili na že obstoječ objekt.

Izbrali smo predvsem vidno in lahko dostopno in dovolj varno mesto za uporabo mesto

za uporabnika.

Slika 3.6: Zunanja stran konzole

Slika 3.7: Notranja stran konzole

11

Na Sliki 3.8 so prikazane funkcije stikal in tipk krmilne konzole. Krmilna konzola je

pritrjena na nosilec iz aluminijastega profila.

Slika 3.8: Funkcije tipk in stikal

12

3.4 Električna shema

V programskem okolju Eagle proizvajalca Autodesk smo zasnovali celotno električno

shemo. Program je primarno namenjen oblikovalcem tiskanih vezij (PCB), omogoča pa

tudi preprosto risanje električnih shem [1]. Z multimetrom smo najprej preverili

delovanje elementov, da ne bi prišlo do morebitnih napak in uničenja komponent pri

nadaljnjem ožičenju.

Vse električne komponente smo poiskali v programski knjižnici in jih dodali v načrt.

Komponente smo med seboj povezali in jih napajali z enosmerno napetostjo 24 V.

Slika 3.9: Električna shema

13

Električno shemo (Slika 3.9) smo realizirali in med seboj fizično povezali elemente. Vse

komponente smo ožičili in jih izolirali s termoskrčljivimi cevmi. S tem smo preprečili

nastanek kratkega stika v omarici in posledično zagotovili zanesljivost delovanja

sistema.

Po ožičenju smo uredili vse kable in jih estetsko umestili v konzolo, kar nam omogoča

dober vpogled, večjo preglednost in lažje odkrivanje napak.

Slika 3.10: Ožičena krmilna konzola

14

3.5 Povezava s krmilnikom

Za povezavo med krmilnikom in krmilno konzolo smo uporabili tiskalniški kabel, ki je

zagotavljal zadostno število PIN-ov za naš sistem. Kabel smo ponovno spajkali in žice

glede na PIN-e ustrezno razvrstili po barvah, ki smo jih priredili po naših željah. Vsak

posamezni PIN predstavlja določen vhod oz. izhod našega krmilnika. Uporaba

tiskalniškega kabla omogoča hitro demontažo krmilnika. Tiskalniški kabel omogoča

uporabo 25 vhodov oz. izhodov.

Slika 3.11: Kabel z izhodnimi PIN-i

Slika 3.12: Kabel z vhodnimi PIN-i

15

3.6 Tabela vhodov in izhodov

V spodnji Tabeli 3.3 je predstavljeno, kateri PIN je uporabljen za posamezno funkcijo.

Za naš sistem smo potrebovali: 10 vhodov, 8 izhodov, maso (-) in 24 V (+) enosmerne

napetosti. PIN-i na moškem delu kabla predstavljajo Q-je (OUTPUT) oz. izhodne enote.

PIN-i na ženskem delu pa predstavljajo I-je (INPUT) oz. vhodne enote.

Tabela 3.3: Seznam vhodov in izhodov Ženski del Moški del

Št. PIN-a Naslov Funkcija Št. PIN-a Naslov Funkcija

1 I0.0 TIPKA POZICIJA 1 1 Q0.0 LUČKA GOR

2 I0.1 TIPKA POZICIJA 2 2 Q0.1 LUČKA DOL

3 I0.2 TIPKA POZICIJA 3 3 Q0.2 LUC POZ. 1

4 I0.3 TIPKA POZICIJA 4 4 Q0.3 LUC POZ. 2

5 I0.4 STOP 5 Q0.4 LUC POZ. 3

6 I0.5 START 6 Q0.5 LUC POZ. 4

7 I0.6 SENZOR 4 7 Q0.6 VENTIL 1

8 I1.0 SENZOR 1 8 / /

9 I1.1 SENZOR 3 9 Q1.0 VENTIL 2

10 I1.2 SENZOR 2 10 Q1.1 /

11 I1.3 / 11 / /

12 I1.4 / 12 / /

13 / / 13 / /

14 / / 14 / /

15 / / 15 / /

16 / / 16 / /

17 / / 17 / /

18 / / 18 / /

19 / / 19 / /

20 / / 20 / /

21 / / 21 / /

22 / / 22 / /

23 / / 23 / /

24 / / 24 / /

25 24 V (+) / 25 Masa (-) /

16

4 BESEDNI OPIS TEHNOLOŠKIH ZAHTEV

Sistem vklopimo s pritiskom na zeleno stikalo START. Program deluje tako, da se

zapornica ob pritisku na tipko za željeno pozicijo pomakne do določenega položaja. Na

izbiro imamo štiri položaje oz. pozicije: odprta zapornica, zaprta zapornica ter dva

vmesna položaja. Ob pritisku na varnostno tipko STOP se celoten sistem ustavi na

tistem mestu, kjer je bil ob trenutku pritiska. Če se med odpiranjem ali zapiranjem

zapornice v režimu ustavitve karkoli zgodi, pomik ustavimo z izklopom stikala za vklop

sistema. Pri ponovnem zagonu programa je potrebno najprej zapornico poslati v

popolnoma odprt ali zaprt položaj, če se zapornica nahaja v položaju, kjer je ne zazna

nobeden izmed senzorjev. Nato lahko ponovno izbiramo poljubno pozicijo. Če

uporabnik izbere dve poziciji hkrati, program izbere prvo. Vse ostale izbire ignorira oz.

preskoči dokler zapornica ne doseže prve izbrane pozicije. Prav tako med samim

pomikanjem ni mogoče spreminjati izbire pozicije.

17

5 KRMILJENJE PROCESA

Za krmiljenje procesa smo uporabili industrijski krmilnik S7-1200 proizvajalca Siemens,

in sicer: model CPU 1214C AC/DC/RLY. Vse kable oz. žice krmilnika smo preverili in

ugotovili, da je krmilnik ožičen pravilno. Obstoječega ožičenja zato nismo spreminjali.

Krmilnik smo pustili pritrjen na učnem modulu narejenem iz aluminijastih profilov, saj

dopušča enostaven priklop in odklop krmilnika.

Slika 5.1: Krmilnik S7-1200

18

V Tabeli 5.1 so prikazani glavni podatki krmilnika.

Tabela 5.1: Tehnične lastnosti krmilnika [5] Model CPU 1214C AC/DC/RLY

Delovna napetost 115 V/AC, 230 V/AC

Obratovalna napetost 85-264 V

Mera (ŠxVxG) 110x100x75 mm

Število digitalnih vhodov 14

Število analognih vhodov 2

Število digitalnih izhodov 10

Podatkovni pomnilnik 100 Kb

Programski pomnilnik 4MB

Ožičenje smo pregledali in ugotovili, da votlice modre barve predstavljajo napajanje

krmilnika, votlice rdeče barve predstavljajo napajanje vhodov in izhodov s 24 V, vse

votlice bele barve pa predstavljajo vhode in izhode krmilnika.

Slika 5.2: Ožičenje krmilnika

19

5.1 Diagram poteka

Programiranje poteka hitreje in enostavnejše, če si pred pričetkom ustvarimo

predviden načrt za celoten proces. To nam omogoča lažje in boljše razumevanje

procesa. Za prikaz natančnega zaporedja operacij, ki jih program v nadaljevanju izvaja,

si ustvarimo algoritem imenovan diagram poteka. Algoritem krmilnega programa je

prikazan na Sliki 5.3.

Slika 5.3: Diagram poteka procesa

20

5.2 Krmilni program

Za izdelavo krmilnega programa smo uporabili programsko opremo TIA Portal v14

(Totally Integrated Automation Portal), ki jo prav tako kot krmilnik ponuja Siemens.

Programski paket je bil že nameščen na računalnikih v laboratoriju. Delo s programom

je preprosto in nam je bilo že poznano.

Program na začetku od nas zahteva, da določimo tip uporabljenega krmilnika. Izbrali

smo prej omenjeno serijo krmilnika S7-1200 in nato še pravilen model 1214C

AC/DC/RLY. Za dodajanjem krmilnika smo uredili oz. dodali t. i. prireditveno tabelo.

Prej popisane digitalne vhode in izhode smo vnesli še v krmilni program. Na vhode smo

dodali senzorje, tipke in stikala, ki se nahajajo na naslovih I (INPUT). Na izhode pa smo

dodali dva ventila cilindra in luči, ki pa se nahajajo na naslovih Q (OUTPUT). Poleg tega

smo v tabelo dodali še potrebne spominske bite na naslovih M (MEMORY), ki služijo za

shranjevanje spremenljivk med samim izvajanjem programa.

Slika 5.4: Tabela vhodov, izhodov in spominskih bitov

21

Začeli smo s kreiranjem krmilnega programa in se odločili za programiranje v grafičnem

jeziku LD – lestvični diagram. V tem načinu imamo opravka s kontakti (NO,NC),

tuljavami (izhodi) in funkcijskimi bloki. Poskrbeti smo morali za varno delovanje

sistema in to storili v prvi mreži. Uporabili smo funkcijo SR, ki vsebuje dva vhoda. Vhod

S (set), ki postavi in vhod R (reset), ki briše. Na vhod funkcije smo povezali tipki START

in STOP. Določili smo pravilna stanja in zagotovili, da se ob pritisku na tipko STOP ali

izklop tipke START sistem takoj ustavi. S pomočjo spominskega bita M (npr. %M0.0)

smo v vsaki mreži uporabili funkcijo varnost.

Slika 5.5: Varnost

22

V naslednjih štirih mrežah smo ustvarili krmilne programe za pomik na željene štiri

pozicije. Kadar se želimo pomakniti na določeno pozicijo, moramo preveriti, če so ostali

trije pomiki na pozicije neaktivirani. Funkcijo za pomik resetiramo, če ni zagotovljen

eden izmed naslednjih dveh pogojev, in sicer: varnost ali kadar se zapornica že nahaja

na željeni poziciji. To preverjamo s senzorji.

Slika 5.6: Primer pomika na željeno pozicijo 1

Po proženju zgoraj naštetih mrež aktiviramo luč v izbrani tipki pozicije. Kar je prikazano

na Sliki 5.7. Prav tako smo ustvarili štiri mreže za aktiviranje posameznih luči za tipke

pozicij.

Slika 5.7: Vklop luči za izbrano pozicijo 1

23

Za vsako pozicijo smo ustvarili še po dve mreži, ki sta namenjeni za ugotavljanje

pomikanja cilindra v določeno pozicijo (GOR ali DOL), da lahko vklopimo luči za

indikacijo pomika. Da se cilinder giblje NAVZGOR, mora izhajati iz senzorjev, ki so nižje

od trenutne pozicije. Če pa izhaja iz senzorjev, ki so višje, se giblje NAVZDOL. Na Sliki

5.8 je prikazano, da se cilinder giblje v pozicijo 2 v smeri gibanja GOR, če se ne giblje

NAVZDOL in izhaja iz senzorja pozicije 3 ali pozicije 4.

Slika 5.8: Gibanje cilindra GOR

Za ugotavljanje smeri gibanja cilindra NAVZDOL se cilinder ne sme pomikati NAVZGOR.

Hkrati moramo biti v izhodišču pozicije 1.

Slika 5.9: Gibanje cilindra DOL

24

Za indikacijo pomika cilindra smo uporabili dve luči. Zelena luč pomeni, da se zapornica

giblje NAVZGOR. Rdeča pa pomeni pomik zapornice NAVZDOL. Zapornica se giblje

GOR, kadar gre v pozicijo 1, 2 ali 3. Če pa se pomika DOL, pomeni pomik v pozicijo 2,3

ali 4.

Slika 5.10: Indikacija pomika navzgor

Slika 5.11: Indikacija pomika navzdol

25

Ustvarili smo mrežo za stanje, če se zapornica nahaja med pozicijami. Takrat ni

aktiviran nobeden izmed senzorjev. Stanje se resetira, ko pride zapornica v začetno

pozicijo 1 ali končno pozicijo 4.

Slika 5.12: Med pozicijami

Na koncu smo naredili še mreži, ki krmilita ventila za gibanje cilindra. SIV ventil služi za

pomik zapornice NAVZGOR, ČRN ventil pa služi za pomik zapornice NAVZDOL.

Slika 5.13: Aktiviranje ventila

26

6 VIZUALIZACIJA

Za izvedbo vizualizacije smo izbirali med dvema programoma. Na eni strani se je

nahajal Siemensov program za simulacijo WinccRT, na drugi pa program EasyBuilder

Pro. Uporabili smo programsko opremo EasyBuilder Pro proizvajalca Weintek.

Namesto HMI (Human Machine Interface) zaslona smo uporabili program, ki omogoča

prikaz preko računalniškega zaslona oz. monitorja. Program je brezplačen in prosto

dostopen na njihovi spletni strani. Po uspešni registraciji, smo dobili dostop do njihove

raznolike programske opreme. Ugotovili smo, da program ni kompleksen, temveč

lahek za učenje in uporabo. Obenem nam ponuja veliko možnosti za ustvarjanje glede

na želje vsakega posameznika.

27

6.1 Spremembe v krmilnem programu

V krmilni program smo morali dodati nekaj sprememb, da je vizualizacija delovala. Za

vsa stikala in tipke smo v program vzporedno oz. s funkcijo ALI, vezali še njihove

spominske bite M, ki smo jih uvozili v program EasyBuilder Pro. Krmilni program je

nato deloval ali preko ročnega režima z upravljanjem krmilne konzole ali preko

vizualizacije.

Slika 6.1: Prikaz ALI funkcije Na Sliki 6.1 je prikazano delovanje ALI funkcije. Izhod bo aktiviran, če fizično pritisnemo

na tipko START (%I0.5), ali če pritisnemo na tipko MSTART v vizualizaciji (%M2.0).

28

6.2 Dodajanje krmilnika

Podobno kot pri krmilnem programu smo tudi pri vizualizaciji morali dodati pravilen

krmilnik. Sprva nam je program ponudil izbiro proizvajalčevega HMI zaslona, vendar za

nas ta izbira ni bila aktualna, saj smo izvedli vizualizacijo preko računalnika.

Slika 6.2: Dodajanje krmilnika

29

Slika 6.3: Izbira ustreznega krmilnika

Nato smo morali poiskati krmilnik S7-1200 in ga s pritiskom na gumb NEW dodati. V

programu se odpre seznam krmilnikov različnih serij. Poiskali smo krmilnik Siemens S7-

1200 in ga potrdili s pritiskom na gumb OK.

30

6.3 Povezava krmilnika

Sledi povezava med TIA Portal-om in EasyBuilder Pro. Potrebovali smo IP naslov

krmilnika, ki smo ga poiskali v TIA Portal-u. Najden IP naslov 192.168.0.1, smo vpisali v

EasyBuilder Pro, v zavihku IP protocol in na tak način vzpostavili povezavo.

Slika 6.4: Dodajanje IP naslova

Izvoziti in uvoziti smo morali še vse spremenljivke krmilnega programa, ki smo jih nato

uporabili v vizualizaciji. V TIA Portal-u smo izvozili prireditveno tabelo, ki jo program

zabeleži v Excel-ovo datoteko. Excel-ov dokument smo uvozili v EasyBuilder Pro, ki

ustvari lastne (nove) naslove spremenljivk. Le-te so prikazane v stolpcu ADDRESS na

Sliki 6.5.

Slika 6.5: Uvožene spremenljivke

31

Sledilo je vizualno kreiranje izgleda virtualnega zaslona procesa. V knjižnicah smo

poiskali elemente krmilne konzole in jih razporedili na ekran. Vsakemu virtualnemu

gumbu smo spremenili nastavitve. Dodali smo pravilno ime in naslov spremenljivke. Ob

pritisku na virtualni gumb je program zaznal ustrezno tipko ali stikalo in ga tudi sprožil.

Slika 6.6: Nastavitve navideznega gumba

32

Vsakemu posameznemu elementu ekrana smo dodali vizualne lastnosti, in sicer: barvo

v aktiviranem stanju (POZICIJA 2, VKLOP) in barvo v neaktiviranem stanju (POZICIJA 1).

Prav tako smo prilagodili velikost elementa.

Slika 6.7: Končni izgled HMI zaslona

Preverili in testirali smo krmilni program. Ko smo ugotovili, da vizualizacija deluje

zanesljivo in pravilno, smo povezali računalnik z nameščenim ekranom na sistemu.

Zapornico smo tako lahko vodili preko HMI zaslona.

33

Slika 6.8: Aktiven HMI zaslon in krmilna konzola

34

7 PRERAČUN STROŠKOV

V Tabelah 7.1, 7.2, 7.3 in 7.4 so prikazani stroški sklopov zapornice.

Tabela 7.1: Elektro sklop

OPIS KOLIČINA Vrednost z DDV [€]

PROXIMITY SENZOR M8 E2B-S08KS02-WP-B1 2M 4 69,69

OHIŠJE NADOMETNO 190X140X75 PW-S-BOX406 1 4,66

TIPKA ZELENA Z LED 24VDC VAQ-9-10-24-G 4 12,03

SIGNALNA LUČKA LED RDEČA 24V IZOBČENA 1 1,66

SIGNALNA LUČKA LED ZELENA 24V IZOBČENA 1 1,66

KABEL PPL 3X0.75 (H03VV-F) 3 1,87

STIKALO ZELENO 24VDC R13112B8W02BGL2 1 3,68

STIKALO RDEČE 24VDC R13112B8W02BRL2 1 3,68

STIKALO VARNOSTNO LEB22-1/C 1 5,19

SKUPNI ZNESEK / 104,12

Tabela 7.2: Hidravlični sklop

ŠIFRA OPIS KOLIČINA Prodajna vrednost [€]

SZGH18X1,5 61 100 SPOJKA 12L 1 12,52

SZWH18X1,5 61 100 SPOJKA 12L 1 4,72

491032 POKROV SPOJKE 61 200 1 2

PLAS.MALEPU POKROV SPOJKE MOŠKI RDEČ 1 2

TN419-12L ECL 12 O RING PRIKLJUČEK WEW 12-L 2 12,52

EGE12LREDCF ACRL 12 ED PRIKLJUČEK 2 9,15

VENTIL 4/3 ELEKTROMAGNETNI POTNI VENTIL 1 230

5413258 PRIKLJUČNA PLOŠČICA 1 57,99

SKUPNI ZNESEK

/ / 330,90

35

Tabela 7.3: Ostali material

OPIS KOLIČINA CENA [€]

LASERSKI RAZREZ 1 84

BARVA 2 9,84

BRUSILNI PAPIR 2 2,64

ZAŠČITNI TRAK 1 1,58

KLADIVASTA MATICA M6 6 1,98

MATICA M10 14 3,29

MATICA M4 2 0,36

VZMETNA PODLOŽKA M6 2 0,12

VGRADNJA CEVI

38

VIJAK M4X25 6 1,28

PODLOŽKA M12 1 0,05

VZMETNA PODLOŽKA M12 1 0,10

VIJAK M12X25 1 0,30

PODLOŽKA M6 2 0,40

VIJAK M6X16 6 0,60

VIJAK M6X12 2 0,20

MATICA M20 3 5,88

VIJAK M20X50 1 0,77

VIJAK M6X30 3 0,36

MATICA M6 1 0,06

VIJAK M10X45 4 1

VZMETNA PODLOŽKA M10 4 0,40

PODLOŽKA M20 6 0,20

VZMETNA PODLOŽKA M16 4 0,60

VIJAK M16X70 4 2

MATICA M16 4 0,80

ALU-PROFIL 40X40 1,5 m 13,03

PODLOŽKA M4 2 0,06

SKUPNI ZNESEK / 169,90

Tabela 7.4: Skupni stroški

OPIS CENA [€]

ELEKTRO MATERIAL 104,12

HIDRAVLIČNE KOMPONENTE 330,90

DROBNI MATERIAL 169,90

SKUPNI ZNESEK 604,92

36

8 SKLEP

Cilj diplomske naloge je ožičiti sistem hidravlične zapornice in izdelati vizualizacijo

procesa. Izdelali smo električno shemo, ki nam je bila v oporo pri izvedbi ožičenja.

Potrebno je bilo ožičiti induktivne senzorje, ventil cilindra, tipke za izbiro pozicij, stikalo

za vklop in izklop ter zagotoviti brezhibno delovanje. Krmiljenje smo izvedli s pomočjo

programske opreme TIA Portal in krmilnika S7-1200. Sledila je še povezava med

krmilnim programom in vizualizacijo v programu EasyBuilder Pro. Izmenjali smo tabelo

vhodov in izhodov sistema ter jih ustrezno vpisali v program za vizualizacijo. S pomočjo

programske opreme EasyBuilder Pro smo naredili vizualizacijo hidravlične zapornice.

Pri izdelavi diplomske naloge smo dobro spoznali postopke vizualizacije, krmiljenja,

programiranja, elektrotehnike, hidravlike, modeliranja in področje senzorjev.

37

9 VIRI

[1] Autodesk Eagle. Dostopno na : [2.9.2019]

https://www.autodesk.com/products/eagle/overview

[2] Diagram poteka. Dostopno na : [28.8.2019]

https://sl.wikipedia.org/wiki/Diagram_poteka [2.9.2019]

[3] Induktivni senzorji. Dostopno na : [1.9.2019]

http://proel.si/proizvodi/senzorji/induktivni-senzorji/

[4] Lastnosti senzorjev Omron. Dostopno na : [1.9.2019]

https://www.tme.eu/en/details/e2bs08kn04wpb12m/dc-cylindrical-inductive-

sensors/omron/e2b-s08kn04-wp-b1-2m/

[5] Siemens S7-1200 1214C. Dostopno na : [28.8.2019]

https://new.siemens.com/global/en/products/automation/systems/industrial/

plc/s7-1200.html

[6] Tipka za izbiro pozicije – slika. Dostopno na : [28.8.2019]

https://www.tme.eu/si/sl/details/m22-l-g/panel-mount-accessories/eaton-

electric/

[7] Varnostno stikalo - slika. Dostopno na : [28.8.2019]

https://www.megashop.si/stikalo-za-izklop-v-sili-as1-by-22tsb-2-x-delovni-2-x-

mirovni-k-250-v-ac-5-a-16-mm-704781

38

10 PRILOGE

• Priloga A : Navodila za uporabo

• Priloga B : Krmilni program

• Priloga C : Posnetki zaslonov vizualizacije

• Priloga D : CD :

- Projekt v TIA Portal-u

- Projekt v EasyBuilder Pro

Priloga A

Navodila za uporabo

Priloga B

Krmilni program

Priloga C

Posnetki zaslonov vizualizacije

Priloga D

CD :

- Projekt v TIA Portal-u

- Projekt v EasyBuilder Pro