Od nepamäti sa ľudia pokúšali uľahčovať náročné práce. Či už využívaním ťažných zvierat na prepravu ťažkých materiálov po úplnú automatizáciu priemyslu. A práve automatizácií sa venujeme v tejto práci. Vybrali sme si túto tému aby sme poukázali na využívanie pneumatiky v priemysle. Zároveň je to aj niečo čím by sme sa chceli v budúcnosti zaujímať.
Cieľom tejto práce je poukázať na pneumatické systémy, ich históriu, využitie v priemysle, výhody a nevýhody oproti iným systémom, a nakoniec ako praktickú časť našej práce vytvoriť funkčný model model pneumatického systému ktorý sa dá ovládať cez dotykovú plochu.
Ako prvú vec sme začali navrhovať model nášho pneumatického systému. Následne sme začali navrhovať program pre daný systém. Ďalej sme pripojili PLC ktoré má celý systém ovládať. Následne sme pridali dotykový panel, cez ktorý sa nás model dá ovládať, monitorovať poloha objektu a počítať, koľko krát prešiel objekt systémom. Keď sme si boli istý že náš systém bude fungovať tak ako sme chceli, sme začali zhromažďovať informácie pre písomnú časť našej práce. Pri získavaní informácií sme využívali hlavne internet kvôli množstvu údajov a jednoduchosti pri ich vyhľadávaní. Tiež sme využívali poznámky z našich zošitov zo súčastného ale aj z minulého ročníka.
Pneumatika funguje na podobných princípoch ako hydraulika až nato že na pohon využíva rôzne plyny namiesto tekutín. Bežne sa využíva stlačený vzduch, dusík alebo iné nehybné plyny. Pneumatické systémy využívajú kompresory, ktoré vzduch očistia od nečistôt a následne vypustia do systému stlačený vzduch keď ho potrebujú.
História pneumatiky siaha až do starovekého grécka kedy Grécky matematik Herón z Alexandrie písal o svojich vynálezoch poháňaných vetrom alebo parou.
Neskôr Nemecký fyzik Otto von Guerickeb vynašiel vákuovú pumpu, ktorou vyťahoval vzduch alebo plyny z nádoby na ktorú bola pumpa napojená.
Po vynájdení kapsule v roku 1886 sa Anglicku začali používať kapsulové potrubia na prenos telegramov z jednej stanice telegrafu do druhej.
Neskôr Škót William Murdoch navrhol využiť pneumatiku do pôšt. No prvý kto to urobil bol Američan John Wanamaker, ktorý nainštaloval pneumatické systémy na poštovom úrade a obchdoch na prenos peňazí medzi jedným a druhým oddelením.
V roku 1867 vynálezca Alfred beach využil pneumatiku na prenos pasažierov, čím v New Yorku vzniklo pneumaticky poháňané metro, no to vydržalo len pár mesiacov, keďže Beach nedostal povolenie na zväčšenie metra.
Stlačený vzduch- Stlačený vzduch je najčastejšie využívaný plyn v pneumatike. Je netoxický nevýbušný, ale obsahuje kyslík ktorý podporuje horenie. Jeho najväčšia nevýhoda je jeho vlhkosť. Pri veľkej zmene teploty sa vzduch môže orosiť, čím sa môžu pneumatické systémy poškodiť. Pre využite stlačeného vzduch je nutný kompresor, ktorý stláča vzduch a očisťuje ho od nečistôt nachádzajúcich sa v atmosfére. Stlačený vzduch sa delí do 3 kategórií, vzduch s nízkym(menej ako 150 psi) , stredným (151-1000 psi ) a vysokým(až 5000 psi) tlakom.
Dusík- Dusík je považovaný za nehybný plyn. Je nehorľavý, pri kontakte so vzduchom nevybuchuje, a ani nekoroduje. Je preferovaný nad stlačeným vzduchom hlavne v lietadlách a raketových systémoch. Dusík je získavaný z destilácie vzduchu pri teplote -196 C.
Aj keď dusík a stlačený vzduch nie sú toxické ani výbušné, stále pri nich hrozí riziko úrazu, hlavne pri systémoch pri tlaku 3000psi a vyššie. Pri poškodení pneumatických potrubí môže jednoducho dôjsť k úrazu na zdraví alebo k poškodeniu inej techniky. Pri úniku stlačeného vzduchu sa ná do očí môže dostať prach alebo iné škodlivé častice. Pri úniku dusíku, hlavne v uzavretých a nevetraných miestnostiach, môže dôjsť k uduseniu a následne k smrti. Aj napriek tomu že stlačený vzduch a dusík sú považované za bezpečnejšie plyny oproti iným využívaným plynom, stále s nimi treba zaobchádzať opatrne.
1 Nevyužívať stlačený vzduch na čistenie miestností, oblečenia ani častí tela.
2 Nepokúšať sa o opravy unikajúceho plynu pod tlakom.
3 Nezahrievať vzduchové potrubia.
4 Nemanipulovať s manuálnymi ventilmi príliš prudko.
5 Neuskladňovať veľké množstvá dusíku v neventilovaných priestoroch.
6 Neuskladňovať stlačený vzduch pri teplote väčšej ako 55 stupňov Celzia.
Čistota- využitý vzduch je vypúšťaný do atmosféry a pri poškodeniach vedenia dôjde iba k úniku vzduchu.
Dostupnosť- vzduch je dostupný všade
Jednoduchosť dizajnu a ovládania- Prístroje využívajúce pneumatický pohon sú robené pomocou jednoduchých komponentov . Ich ovládanie je jednoduché zapínanie a vypínanie.
Spoľahlivosť- pneumatické systémy majú bežne dlhú životnosť a nevyžadujú veľkú údržbu.
Skladovanie- stlačený vzduch sa dá skladovať, čo umožňuje prístrojom fungovať aj v prípade výpadku prúdu.
Bezpečnosť- napríklad oproti hydraulike hrozí menšie riziko požiaru.
Sila- pneumatika nedokáže vyprodukovať také množstvo sily ako napríklad hydraulika.
Čistenie- pre funkčnosť systému je nutné vzduch filtrovať od nečistôt aby nedošlo k poškodeniu alebo korózií prístrojov.
Veľké prevádzkové náklady- narozdiel od hydrauliky, použitý vzduch sa už nedá znova použiť a musí sa vzduch natlakovať do úložnej nádoby.
Festo je Nemecká sploločnosť so sídlom v meste Esslingen am Neckar zaoberajúca sa výrobou a predajom pneumatických a elektrických ovládacích a pohonných technológií.
Festo Didactic je svetový líder v industriálnom vzdelávaní a poradenstve. Ich produkty tiež využívame v praktickej časti práce SOČ.
Firma založili v roku 1925 Albert Fezer a Gottlieb Stoll. Pôvodne sa firma zaoberala výrobou nástrojov na rezanie dreva a neskôr sa dostali do automatizácie. Jden z pamätihodných výrobkov je prvá prenosná, benzínom poháňaná motorová píla. Ich výroba elektrického náradia sa neskôr oddelila do nezávislej spoločnosti Festool.
Siemens je Nemecká spoločnosť so sídlami v Berlíne a Mníchove a je to najväčšia manufaktúrna a elektrotechnická spoločnosť v Európe.
Spoločnosť sa delí na niekoľko divízií, a to: priemyselná, energetická, zdravotnícka a infraštruktúrna. Ich najprofitová divízia je práve tá priemyselná. Výrobky tejto firmy, presnejšíe PLC a dotykový panel tiež používame pri našej praktickej časti práce SOČ.
Firma založili Werner von Siemens a Johann Georg Haskle, najskôr pod menom Siemens & Haskle v roku 1847 a rok nato postavili prvé diaľkové telegrafné vedenie z Berlína do Frankfurtu. V päťdesiatych rokoch 19. storočia telegrafnú sieť v rusku a v roku 1867 dokonćili Indo-Európsku telegrafnú linku vedúcu z Londýna do Kalkaty. V roku 1903 sa spločnosť spojila s Shuckert & Co.
Na vlastnú časť práce SOČ sme sa rozhodli, že vytvoríme funkčný, vlastný model dopravníkového pása s pneumatickým pohonom, ktorý bude posúvať objekt po určenej dráhe. Model pozostáva z niekoľkých jednočínný a dvojčinných piestov, optických a tlakových snímačov, ktoré sú napojené na programovateľný automat Simatic S7 1200 od spoločnosti Siemens. Tiež je ku modelu zapojený aj dotykový displej KPT700 Basic cez ktorý sa bude dať spustiť prvý piest, naprogramovaním tlačidla, kontrolovať, koľko krát prebehol proces, cez koncový snímač a počítadlo, a sledovať polohu objektu v sústave.
Najprv sme začali s návrhom čisto pneumatickej schémy, ktorú sme po otestovaní v simulačnom programe FluidSim, zostavili sme ju pomocou pneumatických prvkov od spoločnosti Festo. Využili sme pritom prvky ako jedno činné a dvojčinné piesty a tlakové snímače. Následne sme začali pridávať elektronické prvky, vymenili sme snímače tlaku za optické snímače a schéma fungovala na niekoľkých relé. Následne po odskúšaní funkčnosti schémy sme vymenili ovládanie cez relé za ovládanie cez PLC. Následne sme začali vytvárať program cez STEP 7. pôvodný program sa skladal z dvanástich networkov a potom sme celý program prepísali v programe Tia Portal v13, pre možnosť pripojenia a naprogramovania displeja s dotykovou plochou. Ako prvá vec bolo naprogramovanie zobrazenia súčasnej polohy objektu v schéme. Následne sme naprogramovali na displeji tlačidlo, ktoré pri detekovanom objekte na vstupnom snímači umožní vytlačenie prvého piestu a začatím cyklu. Potom sme naprogramovali počítadlo na ploche displeja, napojené na koncový snímač schémy, ktoré počíta počet prejdených cyklov. Bohužiaľ pretože nastala chyba v kóde je počítadlo nefunkčné a nepodarilo sa nám ho opraviť. Následne máme v pláne vizuálne upraviť vzhľad práce na zlepšenie jej prehľadnosti. Plánujeme pridať lišty na okraje panelu, do ktorých pôjdu všetky káble, pneumatické aj elektronické až ku napájaciemu panelu.
FluidSim – FluidSim je simulačný program vytvorený spoločnosťou Festo a originálna verzia vola naprogramovaná pred viac ako dvadsiatimi rokmi. FluidSim je využívaný na projektovanie schém a tvorbu pneumatických, hydraulických a aj elektronických schém.Je to perfektný program na učenie a školenie ako narábať s prvkami Festo. FluidSim tiež dovoľuje odsimulovať schému v reálnom čase, čím sa odstraňujú chyby spojené s chybami zostavenia a haváriami a tiež sa zvyšuje efektívnosť a kvalita práce. V programe FluidSim bola vyhotovená prvá verzia našej schémy, ktorá najskôr pozostávala čisto z pneumatických súčiastok a neskôr boli pridané aj elektrické súčiasty. Následne sme sa presunuli na využívanie iného programu.
Step7 – Je to softvér na programovanie PLC značky Simatic od spoločnosti Siemens a je to nástupca programu Step5. Kôli rozšírenosti PLC značky Simatic v Nemecku sa Step7 štandardným programovacím softvérom. Názov programu je akronymom pre Steuerungen Easy Progogrammieren. Pôvodná verzia programu vznikla v roku 1995 a v súčasnosti je verzia 14, ktorá vyšla 30 septembra 2016 najnovšou verziou softvéru. Základná verzia obsahuje podľa normy EN 61131-3 tieto štandardizované programovacie jazyky : FBD (Funkčný blokový diagram), LAD (Ladder diagram) a STL (Statement list). Softvér sme využili na vytvorenie kontaktovej schémy, no museli sme prejsť na Tia portal, pretože Step7 nie je kompatibilný s dotykovým displejom KPT700 Basic, ktorý sme potrebovali na dokončenie našej práce.
Tia Portal – Ide o novšiu verziu programu Step7, vytvorenou spoločnosťou Siemens, ktorý je rozšírený o možnosť programovania displeju, dotykovej plochy a mnohých ďalších prvkov. Finálna verzia našej schémy bola robená práve v programe Tia portal.
Simatic – Ide o značku PLC vytvorených spoločnosťou Siemens, ktoré sú využívane v priemysle na automatizáciu priemyselnej výroby. Meno vzniklo pri spojení slov Siemens a Automatic Podľa toho, akú funkciu musí daný prístroj vykonať, je nutné najskôr vytvoriť program ktorý bude potom uploadnutý do Simaticu, ktorý je potom udržiavaný v ovládacej skrini. Simatic má niekoľko vstupov a výstupov, ktoré sú potom ovládané podľa toho,aký je Simaticu uploadnutý program. Vstupy aj výstupy sú napojené na prístroj cez elektrické káble, vďaka čomu je potom umožnená obojstranná komunikácia medzi Simaticom a prístrojom. Podľa programu sú potom nastavené vstupy aj výstupy na signaly “High“ alebo “Low“. Prístroj dokáže zo Simaticom vďaka senzorom v prśtroji ktoré udávajú jeho rôzne stavy ako napríklad jeho polohu, teplotu. Senzory potom vysielajú elektrický signál ktorý potom ide po kábli do vstupu Simaticu aby vedel, čo sa deje s prístojom, prípadne vykonať ďalší krok v sekvencií. Napríklad keď sa nejaký motor začne prehrievať, Simatic to zaznamená a program okamžite motor vypne. Komunikácia zo Simaticu do prístroja je robená cez výstupy. Pokiaľ program povie že je zapnúť motor, vyšle elektrický signál na správny výstup napojený na motor a ten sa potom zapne. Označovanie verzií Simaticu je nasledovné : Simatic Version G, Simatic S3, Simatic S5 a Simatic S7.
KPT700 Basic dotykový displej – Je to displej s dotykovou plochou ktorý pre komunikáciu s PLC alebo s PC používa sériový sieťový vstup. Tiež obshuje aj UBS port pre pripojenie klávesnice alebo myšky.
Stavebnica Festo - Je to stavebnica od spoločnosti Festo určná pre náuku a zaobchádzanie so pneumatickými a elektronickými prvkami. Medzi pneumatické prvky sa radia jednočinný a dvojčinný piest, snímače tlaku, dvojčinné ventily, tlačidlá s aretáciou aj bez aretácie, tlakové časovače a počítadlá. Medzi elektrické prvky sa radia snímače tlakové, optické, indukčné a kapacitné, relé, tlačidla s a bez aretácie, časovač vypnutia a zapnutia počítadlo.
Užívateľské rozhranie programu Step7
PLC Simatic S7 1200
Stavebnica Festo
Užívateľské rozohranie programu FluidSim
Užívateľské rozohranie programu Tia Portal
Nasleduje náš postup práce:
Náš projekt funguje presne ako má. Treba nám dokončiť len vizualizačnú stránku.
