4

1 Ülesanded

1.1 Ülesanne 1. Detailide ümberpaigutamine töölaual

Koostada roboti juhtimisprogramm, mis tõstab lauapeal olevad kuubikud laul olevate aluste nurkadesse. Punane detail tuleb panna esimese aluse robotipoolsele kohale, roheline teise aluse robotipoolsele kohale ja sinine teise aluse robotist kaugemaile kohale. Testimise käigus tuleb vaadata, et robot ja tõstetavad kuubikud ei läheks millegi vastu.

Hiljem tuleb lisada vahesein kahe aluse vahele. Seejärel tuleb muuta Roboti juhtimisprogrammi nii palju, et detailide tõstmine toimuks üle vaheseina.

1.2 Ülesanne 2. Anduri kasutamine detailide ümberpa igutamisel

Lisada mahtuvuslik sensor roboti mudelisse ja siduda see roboti juhtimisseadme sisendiga. Sensor peab asetsema detaili hoidmiskoha all.

Robotile tuleb kirjutada juhtimisprogramm, mis kontrollib detaili olemasolu sensori kohal. Kui silinder on olemas, haarab robot peale 3 sekundilist viivitust detaili ja tõstab selle ülesse. 5 sekundit hiljem paneb robot detaili tagasi alusele

1.3 Ülesanne 3. Toodete asetamine karpi

Täiendada olemasolevat valmistamisliini robotiseeritud koostemoodulit nii, et robot oleks võimeline kokkupandud mudelkolbe karpi panema, kui see olemas on ja täis pole. Karpi peab mahtuma 6 valmisdetaili.

Teha vajalikud muudatused robotiseeritud koostemooduli elektrilises, mehaanilises ja pneumaatilises skeemis. Koostada koostemooduli ehitamiseks vajaminevate detailide nimekiri ja spetsifikatsioon. Koostada vajalike, kuid valmiskujul puuduvate, konstruktsioonidetailide ja rakiste joonised. Valmistada vajalikud karbidetailid ja selle rakised alusele fikseerimiseks.

Täiendada „COSIMIR Educational” programmis olevat robotiseeritud koostemooduli mudelit nii et uuendatud koostemoodul oleks ka mudelina arvutis olemas.

5

Luua InTouch arenduskeskkonnas robotiseeritud koostemooduli uus visuaalne lahendus, selline, mis on kooskõlas uuendatud koostemooduli võimalustega.

Lõpus tuleb koostada projekti ülesande nr 3 aruanne, kus on esitatud tehnoloogilise protsessi kirjeldus ja uuendatud dokumentatsioon. Dokumentatsioon peab sisaldama robotiseeritud koostemooduli juhtimisprogrammi algoritme ja tekste, uusi elektrilisi, mehaanilisi ja pneumaatilisi skeeme koos nende juurde kuuluvate detailide nimekirjade ja/või spetsifikatsioonidega.

2 Valmistamisliin Multi FMS

Valmistamisliin Multi FMS (sellest on pilt joonisel 2.1) on firma Festo DIDACTIC GmbH & Co. KG poolt valmistatav õppeotstarbeline mudeltehas. Selle ülesandeks on toota mudelkolbe, mis koosnevad silinderkorpusest, kolvist, vedrust ja kaanest.

Joonis 2.1. Multi FMS

2.1 Valmistamisliini Multi FMS seadmed

Multi FMS koosneb kahest suuremast masinakomplektist: Micro FMS-st ja FMS 50-st (vt joonis 2.2). Need jagunevad omakorda veel väiksemateks süsteemideks. Mõlemad masinad on võimelised töötama omaette. Micro FMS ja FMS 50 seob ainult üks sensor detaili sisestusmoodulis. See vaatab kas silinderkorpuse panipaik detaili sisestusmoodulis on täis või pole. Sensor asub detaili sisestusmooduli magasini peal.

6

Joonis 2.2. Micro FMS ja FMS 50 piiritlus

Joonisele 2.2 vastab tabel 1, kus on esitatud tehases kasutatud seadmete (moodulite) üldnimed nii eesti kui ka inglise keeles, et hiljem leida nende kohta käivat infot programmist Mechatronics Assistant (lisainfot saab selle kohta peatükist 3).

Tabel 1: Multi FMS seadmete nimetused eesti ja inglise keeles

Joonisel 2 näidatud seadme number

Eestikeelne nimi Ingliskeelne nimi

1 Puhverkonveier süsteem Buffering conveyors 2 CNC puurimispink Turn 105 CNC lathing machine Turn 105 3 CNC freespink Mill 105 CNC milling machine Mill 105 4 Kuue liikuvusastmega robot koos lisa

liikumisteega 6 axis robot with slide

5 Detaili sisestusmoodul Distribution station 6 Detaili testimismoodul Testing station 7 Manipulaatormoodul Handling station 8 Töötlemismoodul Processing station 9 Vision kaameramoodul Vision camera system 10 Robotiseeritud koostemoodul Assembling station 11 Riiulladu AS/RS20 station 12 Manipulaatormoodul II Handling station II 13 Sorteerimismoodul Sorting station 14 Transportsüsteem Conveyor system 15 SCADA tööjaam SCADA workstation

4

Micro FMS

FMS 50 1

2

3

5

6 7

8

9

10

11

12

13

14

15

4

7

Micro FMS koosneb puhverkonveieri süsteemist, robotist ja kahest CNC masinast.

a) b) c)

Joonis 2.3. Puhverkonveier süsteem (a), 6 liikuvusastmega robot (b) ja CNC freespink (c)

Puhverkonveieri süsteem koosneb kolmest konveierist, kus kahes hoitakse toormaterjale CNC pinkide jaoks ja kolmandasse lähevad CNC masinate poolt valmistatud detailid. Detailid tuuakse konveierisse siis, kui neid ei saa FMS 50-le üle anda või kui viimast pole üldse olemas. Valmisdetailid (silinderkorpus) tuleb konveierilt eemaldada käsitsi.

Kuue liikuvusastmega roboti koos lisa liikumisteega kasutatakse toormaterjali viimiseks CNC masinatesse ja sealt valmisdetailide äratoomiseks. Valmisdetailid annab robot üle FMS 50 detaili sisestusmoodulile või kui seda teha ei saa (kui selleks ettenähtud panipaik detaili sisestusmoodulis on detaile täis või FMS 50 pole üldse) siis viiakse need puhverkonveierisse tagasi.

CNC masinatest kasutatakse Mictro FMS-is freesimispinki Mill 105 ja puurimispinki Turn 105. Nagu nimest välja loeb, töötlevad need masinad vastavalt toormaterjale ja valmistavad mudelkolbide jaoks vajalikke detaile. CNC masinate juurde kuuluvad arvutiga täiendatud töökohad, mis võimaldavad tööpinke ka käsitsi juhtida.

FMS 50 koosneb kuuest tööjaamast ja transportsüsteemist, kus monteeritakse kokku mudelkolbe.

Transportsüsteem on FMS 50 süda, mis koordineerib teiste jaamade tööd. Transportsüsteem koosneb suletud liikumisega konveierist ja palettidest (kandeplaadid, mida on kokku kaheksatükki). Konveieril on kuus peale\mahalaadimispositsiooni, mille vahel paletid transpordivad detaile\valmistoodangut. Iga peale\mahalaadimis-positsioon asetseb tööjaamade juures.

Joonis 2.4. Transportsüsteem

8

Esimene tööjaam on üldnimetusega detailide sisestus. Ta koosneb detaili sisestus- ning testmoodulist. Siin toimub Micro FMS-is poolt valmistatud silinderkorpuse sisseviimine FMS 50-sse. Peale detaili väljastamist magasinist läheb see kontrollmoodulisse teatud tingimustele vastavuse kontrollimiseks (Festo Didactic on selleks võtnud detailide kõrguse). Nõuetele mittevastav silinderkorpus sorteeritakse välja (ei anta transportsüsteemile edasi, vaid lükatakse alumisse renni). Silindrite täpsemal vaatlemisel on näha, et musta värvi detail on ülejäänutest madalam. Reguleerides testmoodulil olevat 2. potentsimeetrit on võimalik kas musta või punast ja hõbedast värvi silinderkorpused välja sorteerida.

Teine jaam on töötlusjaam, mis koosneb manipulaator- ja töötlusmoodulist. Manipulaator viib detaili transportsüsteemilt töötlusmoodulisse, kus kontrollitakse aukude olemasolu. Augu puudumisel eemaldatakse silinderkorpus robotiseeritud koostemoodulis. Augu olemasolul tehakse selle puhastuslihvimine. Peale töötlust viib manipulaator detaili transportsüsteemi tagasi.

Kolmas tööjaam on Vision kaameramoodul, kus kaamera avastab silinderkorpuse välimust kontrollides defektsed detailid. Avastatud defektne detail eemaldatakse järgmises jaamas. Kaamera on transportsüsteemiga jäigalt seotud, et ei tekiks vajadust silindri eemaldamiseks kandeplaadi pealt.

Neljas jaam on robotiseeritud koostemoodul, mis koosneb robotist ja väikedetailide laost. Siin toimub roboti poolt defektsete silinderkorpuste väljasorteerimine ning vastavatest detailidest lõpptoote kokkupanemine. Osa montaažiks vajalikke detaile, mida ise ei valmistata vaid ostetakse sisse, võetakse roboti kõrval olevast laost. Toodangu kokkupanemisel tehakse algul kindlaks silindri värv, sest musta värvi silindrile sobib ainult hõbedane kolb. Seejärel otsitakse silindri alt üles auk, mille järgi silinder

a) b)

Joonis 2.5. Detaili sisestus- (a) ja testmoodul (b)

a) b)

Joonis 2.6. Töötlus- (a) ja manipulaatormoodul (b)

Joonis 2.7. Kaameramoodul

Joonis 2.8. Robotiseeritud koostemoodul

9

paigutatakse tihvtiga auku. Tihvti kasutatakse silindri pööramise takistamiseks kaane kinnikeeramisel. Siis võetakse kolb ja asetatakse detaili auku, seejärel vedru ja viimasena kaas. Kaanel on kolm kõrva, mille asukoht tehakse samamoodi kindlaks nagu silindri auk. Kaanel olevad kõrvad tagavad tema haakumist silindriga. Peale kaane kinnikeeramist on toode valmis. Valmistoodang antakse üle transportsüsteemile.

Viies tööjaam on riiulladu (tema lühend on AS/RS 20) moodul, kuhu kogutakse valmistoodang juhul, kui toote väljastusjaam pole sisse lülitatud või tema koosseisu kuuluva sorteerimismooduli väljundrennid on täis. AS/RS 20-st antakse valmistoodang tagasi transportsüsteemi, kui toote sorteerimismooduli väljundrennid pole enam täis ja väljastusjaam on sisselülitatud. AS/RS 20-st saab ka valmistoodangut välja võtta, kui toote väljastusjaam puudub. Riiulladu on võimeline ilma kitsendusteta vastu võtma 20 valmistoodangut.

Kuues jaam on toote väljastusjaam, mis koosneb manipulaator- (number kaks) ja sorteerimismoodulist. Siin võtab manipulaator toote transportsüsteemist ning annab üle sorteerimismoodulile. Seal uuritakse toote värvi andurite abiga ja suunatakse analüüsi lõppedes sorteerimismooduli ühte väljundrenni. Täitunud väljundrenni puhul seiskub väljastusjaama töö. Sorteerimismoodul ei võtta ühtegi uut valmistoodangut vastu kuni väljundrennilt pole eemaldatud sorteeritud toodang. Jaam jätkab tööd, kui väljundrennid on tühjendatud.

Multi FMS juurde kuulub ka SCADA tööjaam, mida võib vaadata kui tehase operaatori töökohana. Selle kaudu on inimesel võimalik juhtida ja jälgida tehase üldist tööd ning eraldi moodulite olekut.

FMS 50 masina mooduleid saab ka ilma transportsüsteemita kasutada (ka ilma kaameramoodulita, kuna viimane on konveieri külge monteeritud), kombineerides neid omavahel. Üks selline näide on joonisel 2.11. Muidugi tuleb moodulite kombineerimisel kinni pidada nende loogilisest järjestusest, mis võimaldab igal moodulil teha oma tööd.

Joonis 2.9. Riiulladu

Joonis 2.10. Sorteerimismoodul

10

Joonis 2.11. Üks FMS 50 masina moodulite kasutusjärjestus ilma transportsüsteemita

Joonisel 2.12 on näidatud materjali liikumine valmistamisliinis Multi FMS. Näha on detailide sisestuskohad, liikumine Multi FMS sees ning valmistoodangu ja vigaste detailide eemaldamise kohad. Toormaterjal, mida frees- ja puurpink töötlevad, sisestatakse puhverkonveieri süsteemi kahelt konveierilt. Lisadetailid, mida kasutatakse valmistoodangu kokkupanemiseks ja mida tehas ise ei tooda vaid ostab sisse, sisestatakse koostemoodulis. Defektsete detailide eemaldamine toimub detailide sisestusjaama ja robotiseeritud koostemooduli juures. Osa valmisdetailide, mida ei anta üle detaili sisestusjaamale, eemaldatakse puhverkonveieri süsteemi juures. Hiljem võib need detailid lisada detaili sisestusmoodulisse, et ka need ära kasutataks. Valmistoodang väljastatakse toote väljastusjaama juures.

Joonis 2.12. Materjali liikumine Multi FMS’is

Antud lahendusest puudub Tallinna Tehnikaülikoolil CNC puurimispink, Vision kaameramoodul ja riiulladu. Multi FMS-i tööks piisaks kui on olemas Micro FMS-i poolelt puhverkonveierite süsteem,

4

Valmis toodangu eemaldamine

Lisa detailide sisestamine

Defektse detaili eemaldamine

Toormaterjali sisestamine

Valmis detailid eemaldamine

Defektse detaili eemaldamine

11

robot ja üks CNC masinatest ning FMS 50-ne poolelt transportsüsteem, detailide sisestus- ja toote väljastusjaamad.

Kõikidest FMS 50 seadme moodulitest, mis TTÜ’s olemas, on virtuaalsed mudelid arvutis olemas. Need võimaldavad testida tudengi poolt kirjutatud moodulite juhtimisprogramme enne nende laadimist reaalsetesse seadmetesse. Robotiseeritud koostemooduli virtuaalne mudel on COSIMIR Educational tarkvaras ja ülejäänud FMS 50 mudelid on olemas COSIMIR PLC tarkvaras. Ainult Vision kaameramooduli mudel puudub.

2.2 Juhtimisseadmed

FMS 50 masina moodulite, väljaarvatud robotiseeritud koostemooduli, juhtimiseks kasutatakse peamiselt Siemens SIMATIC S7-300 seeria programmeeritavaid kontrollereid .

Transportsüsteemi juhtimiseks kasutatakse CPU 313C-2DP, ASI-Master ja SIMATIC NET moodulitest koosnevat programmeeritavat kontrollerit. CPU 313C-2DP omab MPI ja ProfiBus ühenduskohta, kuusteist digitaalsisendit ja sama palju digitaalväljundeid. Transportsüsteemi programm on sellesse moodulisse salvestatud. ASI-Master moodul on mõeldud transportsüsteemis olevate ASI seadmetega ühenduse loomiseks, mis näiteks juhivad peale\mahalaadimispositsioone. SIMATIC NET moodul omab Ethernet ühenduskohta, mille kaudu operaatori arvuti saab infot ja edastab seda kontrollerile.

Robotiseeritud koostemooduli ajuks on Mitsubishi MELFA CR1-571 Drive-Unit, kus on salvestatud roboti juhtimisprogrammid. Seda juhtimisseadet on võimalik mitmete lisakaartide abil laiendada nagu digitaalsete sisendite/väljundite, Ethernet või CC-Link kaartidega. Montaažijaamas on olemas ka SIEMENS ET200B hajutatud sisendite/väljundite moodul, millelt saadakse infot koostemooduli visualiseerimiseks. Seadmel on ProfiBus ühenduskoht, kakskümmend neli digitaal-sisendit ja kaheksa digitaalväljundit. Moodul on ühendatud transportsüsteemi kontrolleriga üle ProfiBus ühenduse.

Ülejäänud FMS 50 masina moodulite programmeeritavad kontrollerid koosnevad CPU 313C ja SIMATIC NET moodulitest. CPU moodul omab MPI ühenduskohta, kakskümmend neli digitaalsisendit, kuutteist digitaalväljundit, viit analoogsisendit ja kahte analoogväljundit. SIMATIC NET moodul omab Ethernet ühenduskohta.

Micro FMS masina moodulite juhtimiseks kasutatakse Mitsubishi MELFA CR1-571 Driver-Unit’it. Juhtimisseade juhib peale roboti ka CNC freespinki. Muidugi on freespingi sees olemas oma juhtseade, kuid see saab töökäsud roboti kontrollerilt. CNC freespingi juurde kuulub ka eraldi arvutiga töökoht, mis võimaldab pingis muid detaile välja freesida.

Siemens’i programmeeritavate kontrollerite asemel, välja arvatud transportsüsteemi oma, võib kasutada ka Allen-Bradley (nt CompactLogix 1769 L35E), Festo (nt FEC 640) või mõne muu firma programmeeritavaid kontrollereid. Teiste kontrollerite kasutamise tingimuseks on see, et nendel peab olema kuusteist digitaalsisendit ja sama palju väljundeid ning Etherneti ühenduskoht. FMS 50 masina moodulite juhtimiseks võib kasutada samal ajal erinevate firmade programmeeritavaid kontrollereid. Näiteks on mõned moodulid varustatud Festo, teised Siemens’i ja kolmandad Allen-Bradley kontrolleritega.

Tehase erinevate moodulite koostöö tagamiseks on olulisel kohal infovahetus neid juhtivate kontrollerite vahel. Ilma selleta ei tea näiteks detaili sisestusmoodul, kas ta võib detaili edastada

12

testimismoodulile või ei. See toimub kontrollerite vahel läbi digitaalsete sisendite ja väljundite (I/O), kus viimased on omavahel ühendatud läbi laboratoorsete kaablite või optiliste seadmete (saatja ja vastuvõtja). Transportsüsteemi ja FMS 50 seadme moodulite vahel toimub infovahetus ka läbi digitaalsete sisendite ja väljundite, mis edastatakse AS-interface’i kaudu transportsüsteemi kontrollerile.

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

ROBOT CONTROL

CONVEYOR CONTROL

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

I/OI/O I/O

I/O

I/OI/O

I/OI/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/O

I/OAS-INTERFASE

AS-INTERFASE

Joonis 2.13. FMS 50 moodulite vaheline andmesideühendus läbi kontrollerite digitaalsete sisendite ja väljundite

Ethernet ühendust programmeeritavad kontrollerite juures kasutatakse info vahetuseks SCADA tööjamaga. Samas saavad kontrollerid ka läbi Etherneti infot omavahel vahetada. Kõige lihtsam on see siis kui kontrollerid on ühe firma omad. Pole vaja vaheseadmeid, mis infot tõlgivad. Kui kontrollerid on aga erineva firma omad, siis vajatakse vahetõlki, kes tõlgib info ühest kontrolleri keelest teise kontrolleri keelde. Selle tõlke töö võib SCADA tööjaam üle võtta.

13

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

ET200B

CONVEYOR CONTROL

PLC-Board

PLC-Board

PLC-Board

AS-INTERFASE

SWITCH

ETHERNET

PROFIBUS

SCADA

Joonis 2.14. FMS 50 moodulite andmesideühendus Ethernet’i baasil