80
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO Tilen SEMENIČ VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA Z INDUSTRIJSKIM KRMILNIKOM Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje Mehatronika Maribor, september 2017

VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO,

RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO

Tilen SEMENIČ

VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA Z

INDUSTRIJSKIM KRMILNIKOM

Diplomsko delo

univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Mehatronika

Maribor, september 2017

Page 2: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA Z

INDUSTRIJSKIM KRMILNIKOM

Diplomsko delo

Študent: Tilen SEMENIČ

Študijski program: univerzitetni študijski program 1. stopnje Mehatronika

Mentor FS: izr. prof. dr. Uroš ŽUPERL

Mentor FERI:

izr. prof. dr. Aleš HACE

Somentor: doc. dr. Edvard DETIČEK

Maribor, september 2017

Page 3: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo
Page 4: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

II

I Z J A V A

Podpisani ______________________________, izjavljam, da:

je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela,

predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe

po študijskem programu druge fakultete ali univerze,

so rezultati korektno navedeni,

nisem kršil-a avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih,

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter

Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in

elektronske verzije zaključnega dela.

Maribor,_____________________ Podpis: ________________________

Page 5: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

III

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorjema izr. prof. dr. Urošu Župerlu

in izr. prof. dr. Alešu Hacetu, ter somentorju doc. dr.

Edvardu Detičku za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Posebna zahvala velja družini in punci za moralno

podporo v času študija.

Page 6: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

IV

VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA Z INDUSTRIJSKIM

KRMILNIKOM

Ključne besede: vertikalni hidravlični valj, proporcionalni ventil, industrijski krmilnik

UDK: 681.5:621.226(043.2)

POVZETEK

V okviru diplomske naloge je izdelan hidravlični sistem z avtomatičnim vodenjem pomika

batnice vertikalnega hidravličnega valja. Vodenje je izvedeno s pomočjo industrijskega

krmilnika. Poleg hidravličnega valja ključno komponento pri izvedbi predstavlja

elektrohidravlični proporcionalni potni ventil. V smiselnem zaporedju je prikazana zasnova in

izvedba mehanskega dela hidravličnega sistema, ki vsebuje tudi načrt električne priključitve

naprave z industrijskim krmilnikom Siemens S7-200 in zunanjimi napravami. Programiranje

krmilnika je smiselno predstavljeno pri metodi avtomatizacije hidravličnega sistema.

Page 7: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

V

CONTROL OF VERTICAL HYDRAULIC CYLINDER WITH INDUSTRIAL CONTROLLER

Keywords: vertical hydraulic cylinder, proportional valve, industrial controller

UDK: 681.5:621.226(043.2)

ABSTRACT

Within the thesis, a hydraulic system with automatic guidance of the movement of the piston

rod of a vertical hydraulic cylinder is constructed. The control is carried out with the aid of an

industrial controller. In addition to the hydraulic cylinder, the key component in performance

is an electrohydraulic proportional directional valve. In a logical sequence, the design and

implementation of the mechanical part of the hydraulic system, which also includes the plan

for an electrical connection of the device with the industrial controller Siemens S7-200 and the

external devices, is shown. The programming of the controller is presented in the method of

automation of the hydraulic system.

Page 8: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

VI

KAZALO VSEBINE

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

2 OPIS HIDRAVLIČNEGA SISTEMA .................................................................................. 2

Vertikalni hidravlični cilinder................................................................................ 3

Elektro-magnetni proporcionalni potni ventil ....................................................... 4

Hidravlični agregat ............................................................................................... 7

Končna stikala ..................................................................................................... 9

Industrijski krmilnik Siemens S7-200 .................................................................. 10

3 ZASNOVA IN IZVEDBA MEHANSKEGA DELA SISTEMA ................................................ 12

Izbira in način namestitve hidravličnega valja ..................................................... 12

Izbira in namestitev mehanskih priključkov hidravlične mreže ............................ 15

Hidravlična shema sistema ................................................................................. 17

Načrtovanje in izdelava pozicionirno mesto ....................................................... 19

Izdelava kontrolne plošče .................................................................................. 21

Načrt električne priključitve naprave z industrijskim krmilnikom in zunanjimi

napravami ................................................................................................................... 22

4 AVTOMATIZACIJA HIDRAVLIČNEGA SISTEMA............................................................ 25

Programsko orodje za industrijski krmilnik ......................................................... 25

Programiranje industrijskega krmilnika .............................................................. 25

Krmilni program sistema .................................................................................... 31

5 ANALIZA REZULTATOV ............................................................................................. 35

6 SKLEP ....................................................................................................................... 36

7 VIRI .......................................................................................................................... 37

8 PRILOGE ...................................................................................................................... I

Page 9: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

VII

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Glavne komponente hidravličnega sistema ................................................................ 2

Slika 2.2: Prerez hidravličnega cilindra [6] .................................................................................. 3

Slika 2.3: Diferencialni hidravlični valj ........................................................................................ 3

Slika 2.4: Prerez proporcionalnega ventila [7] ........................................................................... 4

Slika 2.5: Uporabljen proporcionalni ventil ................................................................................ 5

Slika 2.6: Karakteristične krivulje proporcionalnega ventila [7] ................................................. 6

Slika 2.7: Hidravlični agregat ...................................................................................................... 8

Slika 2.8: Induktivno cilindrično stikalo [8] ................................................................................. 9

Slika 2.9: Industrijski krmilnik Siemens S7-200 ........................................................................ 10

Slika 2.10: Analogni V/I razširitveni modul [9] ......................................................................... 11

Slika 3.1: Obstoječi hidravlični sistem ...................................................................................... 12

Slika 3.2: Možnosti pritrditve hidravličnega valja .................................................................... 13

Slika 3.3: Način pritrditve s konzolo ......................................................................................... 13

Slika 3.4: Tehniška dokumentacija za izdelavo podložnih ploščic hidravličnega valja ............. 14

Slika 3.5: Pritrditev hidravličnega valja ..................................................................................... 15

Slika 3.6: Shema hidravlične mreže .......................................................................................... 16

Slika 3.7: Namestitev hitrih spojk na gibke cevi ....................................................................... 16

Slika 3.8: Hidravlična shema sistema ........................................................................................ 17

Slika 3.9: Povezava hidravlične mreže ...................................................................................... 18

Slika 3.10: Primer izdelave pozicionirnega mesta .................................................................... 19

Slika 3.11: Izdelava pozicionirnega mesta ................................................................................ 20

Slika 3.12: Namestitev končnih stikal ....................................................................................... 20

Slika 3.13: Kontrolna plošča hidravličnega sistema .................................................................. 21

Slika 3.14: Prikaz električne povezave med komponentami .................................................... 22

Slika 3.15: Vezalna shema krmilnika z elektroniko ventila in senzorji ..................................... 23

Slika 3.16: Vezalna shema krmilnika s simulacijsko in kontrolno ploščo ................................. 24

Slika 4.1: Primer lestvičnega diagrama ..................................................................................... 25

Slika 4.2: Prehod v stanje delovanja procesa ........................................................................... 26

Slika 4.3: Funkcija V pomnilnika [5] .......................................................................................... 27

Slika 4.4: Prehod v stanje zaustavitve procesa ......................................................................... 27

Page 10: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

VIII

Slika 4.5: Funkcija za zaustavitev delovnega giba batnice ....................................................... 27

Slika 4.6: Zapis analognih vrednosti ......................................................................................... 28

Slika 4.7: Določanje položaja batnice s pomočjo stanj ............................................................. 28

Slika 4.8: Nastavljanje hitrosti gibanja batnice ......................................................................... 29

Slika 4.9: Krmilni program signalizacije .................................................................................... 30

Slika 4.10: Tehnološka shema................................................................................................... 31

Slika 4.11: Diagram stanj .......................................................................................................... 32

Slika 4.12: Krmilna veriga ......................................................................................................... 33

Slika 4.13: Prireditvena tabela .................................................................................................. 33

Slika 4.14: Diagram stanj .......................................................................................................... 34

Page 11: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

IX

KAZALO TABEL

Tabela 2.1: Tehnični podatki hidravličnega cilindra ................................................................... 4

Tabela 2.2: Primerjava servoventilov s proporcionalnimi ventili [4] ......................................... 5

Tabela 2.3: Tehnični podatki proporcionalnega ventila [7]........................................................ 6

Tabela 2.4: Tehnični podatki elektromotorja ............................................................................. 8

Tabela 2.5: Tehnični podatki induktivnih stikal [10]................................................................... 9

Tabela 2.6: Tehnični podatki industrijskega krmilnika [5] ........................................................ 11

Tabela 2.7: Tehnični podatki razširitvenega modula [5] .......................................................... 12

Page 12: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

X

SEZNAM UPORABLJENIH KRATIC

PLC – ang. Programmable Logic Controller

DC – ang. Direct Current

AC – ang. Alternating Current

CPU – ang. Central Process Unit

LD - ang. Ladder Diagram

FBD – ang. Function Block Diagram

MOVW - ang. Move Word

3D – ang. three-dimensional

Page 13: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

1

1 UVOD

Hidravlično pogonsko tehniko odlikuje visoka gostota energije in s tem zmožnost

premagovanja velikih bremen. Odlične dinamične lastnosti omogočajo doseganje izjemnih

pospeškov in pojemkov. S tem hidravlika izpolnjuje zahteve, ki jih sodobna strojegradnja

postavlja proizvajalcem pogonskih sistemov. Slednje se odraža predvsem v doseganju točnosti

pomikov, ob velikih hitrostih in silah, kar je še posebej pomembno pri strojih za preoblikovanje

kovin.

Za realizacijo natančnega pozicioniranja se najpogosteje uporabljajo elektro-hidravlični

servoventili, ki pa so za industrijsko prakso preobčutljivi. Za uporabo v grobem industrijskem

okolju so bili razviti proporcionalni ventili, ki omogočajo nadzor smeri in hitrosti batnice

hidravličnega cilindra, zvezno, v odvisnosti od vhodnega električnega signala. Ob manjših

zahtevah glede natančnosti so robustnejši in cenejši kot servoventili. Razen tega pa je njihovo

električno krmiljenje običajno pri večjih močeh enostavnejše, priključne mere pa so enake kot

pri običajnih potnih ventilih. Proizvajalci proporcionalnih ventilov priporočajo, zaradi manjših

dinamičnih zmogljivostih, pazljivo uporabo proporcionalnih ventilov v regulacijskih sistemih.

V večini se uporabljajo v aplikacijah, ki zahtevajo odprto-zančno vodenje.

Poleg proporcionalnega ventila, kateri je poglavitni element diplomskega dela, imata glavno

vlogo še hidravlični cilinder (valj) in hidravlični agregat. Hidravlični valj je mehanski pogon v

hidravliki in hkrati hidravlični potrošnik, ki energijo hidravličnega medija pretvarja v koristno

delo. Pomembno vlogo v hidravličnem sistemu imajo tudi hidravlični elementi oz. priključki,

skozi katere potuje hidravlična tekočina. Izbrati je bilo potrebno ustrezne elemente, da se

izognemo tlačnim izgubam v cevni mreži.

Glavni cilj diplomskega dela je avtomatično vodenje pomika batnice vertikalnega hidravličnega

valja. Vodenje je izvedeno s pomočjo industrijskega krmilnika Siemens S7-200. Programirljivi

logični krmilniki oz. PLC-ji so nepogrešljivi gradniki sodobne industrijske avtomatizacije.

Uporabljamo jih predvsem v industrijskem okolju, zato so pomemben element tudi v

hidravličnih sistemih. Pozicioniranje batnice nam omogočajo induktivni senzorji, ki so v

sistemu uporabljeni kot končna stikala.

Page 14: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

2

Diplomsko delo je razdeljeno na štiri glavna poglavja. Začetno poglavje predstavlja opis

hidravličnega dela sistema, s katerim smo izvedli eksperiment. Opisani so posamezni

hidravlični elementi sistema, njihove funkcije in njihov pomen delovanja v sistemu. V

naslednjem oz. drugem poglavju je prikazana zasnova in izvedba mehanskega dela sistema. V

prvem delu projekta je bila potrebna izbira, nabava ter fizična montaža manjkajočih

mehanskih delov naprave. Drugi del vsebuje še izvedbo in načrt električne priključitve naprave

z industrijskim krmilnikom ter zunanjimi napravami. Prikazana je tudi izdelava in delovanje

kontrolne plošče, ki komunicira s hidravličnim sistemom preko simulacijske plošče. V tretjem

poglavju je predstavljena celotna avtomatizacija hidravličnega sistema. Potrebno je bilo je

izbrati industrijski krmilnik in omogočiti komunikacijo le tega z računalnikom. Izbran krmilnik

Siemens S7-200 smo programirali v programskem orodju STEP 7-Micro/WIN. Na koncu

poglavja je prikazana tudi izvedba eksperimenta diplomskega dela. Rezultati eksperimenta in

možnosti nadgradnje sistema so prikazani v zadnjem oz. četrtem poglavju.

2 OPIS HIDRAVLIČNEGA SISTEMA

Hidravlični sistem je sestavljen iz več komponent, katere bodo opisane v podpoglavju 2.1.

Glavni elementi so prikazani na sliki 2.1.

Slika 2.1: Glavne komponente hidravličnega sistema

Page 15: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

3

Vertikalni hidravlični cilinder

Naloga hidravličnega cilindra je pretvorba hidravlične energije nazaj v mehansko energijo. Pri

tem tekočina, ki doteka v valj, premika bat v vzdolžni smeri. Hidravlični medij pod tlakom

deluje na površino hidravličnega cilindra in s tem povzroča premočrtno gibanje bata in

posledično batnice, ki je povezana z bremenom. Tako se energija hidravličnega medija pretvori

v vodljivo moč, ki deluje v ravni liniji [1].

Slika 2.2: Prerez hidravličnega cilindra [6]

Hidravlični valj, ki smo ga uporabili v diplomskem delu (Slika 2.3), je diferencialni hidravlični

cilinder z dvostranskim delovanjem. Hidravlični cilindri z dvojnim delovanjem imajo dve

nasproti ležeči batni površini. Ti dve krmilita delovanje sile hidravlične tekočine, kar nam

omogoča dve aktivni smeri pomikanja. Dvostransko delujoč cilinder nam omogoča opravljanje

delovnega giba v obe smeri s tem, da je potisna sila za razmerje površin večja od vlečne sile.

Slika 2.3: Diferencialni hidravlični valj

Page 16: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

4

Tabela 2.1: Tehnični podatki hidravličnega cilindra

Elektro-magnetni proporcionalni potni ventil

Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

tekočino. Tekočina potuje skozi ventil, iz vira toka, v enega izmed izbranih priključkov cilindra.

Proporcionalni ventili omogočajo zvezno oz. proporcionalno krmiljenje pretoka skozi ventil v

odvisnosti od velikosti toka ali napetosti na tuljavi ventila. Naloga proporcionalnih ventilov je,

da pretvorijo analogni električni signal v proporcionalni hidravlični izhod [2].

Slika 2.4: Prerez proporcionalnega ventila [7]

Page 17: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

5

Pozicioniranje omogočajo vretena ventilov, ki so oblikovana z zarezami in zagotavljajo nadzor:

- toka v odvisnosti od hitrosti,

- smerne krmilne funkcije v le enem ventilu,

- več kot eno hitrost.

Različne hitrosti se dosežejo s spremembo nivoja električnega signala, kar zagotovi potreben

pretok v odvisnosti od hitrosti. Proporcionalne potne ventile krmilijo enosmerni tokovi [3].

2.2.1 Razlike med proporcionalnimi in servoventili

Funkcije, ki jih lahko izvajamo tako s proporcionalnimi, kot tudi z servoventili, so sorazmerno

enake. Kljub temu pa lahko najdemo prednosti tako enih kot drugih ventilov, kot je prikazano

v tabeli 2.2.

Tabela 2.2: Primerjava servoventilov s proporcionalnimi ventili [4]

V hidravličnem sistemu je uporabljen elektro-magnetni proporcionalni potni ventil BOSCH WV

NG6 (Slika 2.5). Ventil nam je omogočal, da smo s spremembo nivoja električnega signala

zagotovili potreben pretok hidravlične tekočine v odvisnosti od hitrosti.

Slika 2.5: Uporabljen proporcionalni ventil

Page 18: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

6

Tehnične lastnosti uporabljenega proporcionalnega ventila so prikazane v tabeli 2.3.

Tabela 2.3: Tehnični podatki proporcionalnega ventila [7]

Tehnična literatura vedno prikazuje linearnost merilnih karakteristik ventilov, vendar je v

praksi to težko izvedljivo. Cilj proizvajalcev ventilov je, da se linearni karakteristiki čim bolj

približajo. Slika 2.6 prikazuje karakteristiko uporabljenega proporcionalnega ventila.

Slika 2.6: Karakteristične krivulje proporcionalnega ventila [7]

Page 19: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

7

Graf na levi strani prikazuje vrednosti pomika drsnika ventila v odvisnosti od napetosti, ki jo

pripeljemo na ventil. Iz grafa je razvidno (rdeča navpična črta), da pri npr. 8 V napetosti dobimo

vrednost pomika drsnika v neko smer večjo od 80 %, kar je posledica izgub v hidravličnem

sistemu. Oznaka P-B na levem grafu označuje pretok iz tlačnega (P), proti delovnem priključku

(B). Oznaka B-T pa pretok iz delovnega priključka (B) proti priključku povratnega voda (T). V

primeru izpada napajanja ventila, tuljava preide v varno stanje (ang. *fail-safe) in s tem

prepreči možne mehanske poškodbe ventila. Graf na desni strani prikazuje količino pretoka v

odvisnosti od dovedene napetosti na ventil. Lomljena črta prikazuje nelinearnost, ki se pojavi

pri delovanju hidravličnega sistema. Puščanje oz. lekaža ventila povzroča tako imenovano

mrtvo območje ventila (v desnem grafu označeno območje z rdečo). To je območje zelo

nizkega pretoka, ki se pojavi med prelomnima točkama črte (med -6 in 6 V). Območji označeni

z modro, prikazujeta aktivno območje delovanja ventila.

Hidravlični agregat

Hidravlični agregat je osnova za hidravlični sistem. Agregat služi kot vir hidravlične energije,

saj zagotavlja olje pod tlakom in dovaja olje do porabnikov. Za normalno delovanje hidravličnih

naprav je potrebna oprema za shranjevanje, kondicioniranje in prenašanje delovnega medija,

ter nadzor delovnih naprav in komponent. Agregat je sestavljen iz črpalke z elektromotorjem,

manometra, rezervoarja, varnostnega ventila, kazala nivoja hidravlične tekočine in filtra.

Hidravlični rezervoar mora sprejeti celotno količino hidravlične tekočine, ter zagotavljati

hlajenje tekočine. Filter omogoča odstranjevanje nečistoč (trdni delci, voda, zrak), ki

povzročajo obrabo komponent in motnje v delovanju. Naloga hidrostatičnih črpalk, katere

poganjajo elektro-motorji, je pretvorba mehanske energije v hidravlično. Tlačno omejevalni

ventil pa omejuje najvišji dovoljeni tlak v hidravlični napravi.

Uporabili smo hidravlični agregat (Slika 2.7), ki zagotavlja do 16 L/min stalnega pretoka. Ker

gre za agregat manjše velikosti, ima pogon neposredno nameščen na rezervoar (pokrov

rezervoarja). Agregat sestoji iz trifaznega asinhronskega elektromotorja, zobniške črpalke,

prirobnice in sklopke za prenos moči od elektromotorja do črpalke. Tehnični podatki trifaznega

asinhronskega elektromotorja so prikazani v tabeli 2.4.

Page 20: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

8

Slika 2.7: Hidravlični agregat

Tabela 2.4: Tehnični podatki elektromotorja

Page 21: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

9

Končna stikala

Končna stikala so pomemben del avtomatizacije, saj nam omogočajo informacijo o položaju

obdelovanca oz. orodja sistema. Za pozicioniranje položaja batnice hidravličnega cilindra smo

uporabili induktivna cilindrična stikala (Slika 2.8). Induktivni senzorji se uporabljajo za

brezkontaktno detekcijo kovinskih predmetov. Njihov princip delovanja temelji na tuljavi in

oscilatorju, ki ustvarja elektromagnetno polje v bližnji okolici zaznavne površine. Prisotnost

kovinskega predmeta v delovnem območju povzroči dušenje amplitude oscilacije. Zvišanje ali

padec oscilacije je določen na pram vezja, ki spremeni izhod senzorja. Razdalja zaznavanja

senzorja je odvisna od oblike in velikosti aktuatorja in je striktno povezana samo z določeno

vrsto materiala.

Slika 2.8: Induktivno cilindrično stikalo [8]

Tehnični podatki induktivnih senzorjev, katere smo uporabili v hidravličnem sistemu, so

prikazani v tabeli 2.5.

Tabela 2.5: Tehnični podatki induktivnih stikal [10]

Page 22: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

10

Industrijski krmilnik Siemens S7-200

Serija S7-200 je linija programirljivih logičnih krmilnikov (PLC-jev), ki lahko nadzorujejo različne

aplikacije za avtomatizacijo. Kompaktna oblika, razširljivost, nizka cena in zmogljiv nabor

navodil PLC-jev, je odlična rešitev za nadzor manjših aplikacij. Širok nabor različnih CPU

velikosti in napetosti omogočajo prilagodljivost, ki je potrebna za rešitev avtomatizacije.

Krmilniki serije S7-200 so namenjeni reševanju manj zahtevnih nalog v avtomatizaciji,

predvsem za manjše zaključne sisteme. Kljub preprosti arhitekturi in nizki ceni, pa nam

krmilniki nudijo:

- integrirane PID regulacijske funkcije,

- matematiko s plavajočo vejico,

- hitre števce,

- programski pomnilnik z mnogo funkcijami,

- več različnih načinov programiranja,

- hitro in preprosto programiranje,

- komunikacijo z zunanjimi napravami [4].

Za avtomatično zvezno vodenje vertikalnega hidravličnega valja smo uporabili Siemens-ov

industrijski krmilnik iz serije S7-200, z oznako CPU 216 AC/DC/Relay (Slika 2.9). Industrijski

krmilnik je povezan z analognim vhodnim/izhodnim razširitvenim modulom.

Slika 2.9: Industrijski krmilnik Siemens S7-200

Tehnični podatki industrijskega krmilnika, ki smo ga uporabili za vodenje hidravličnega valja so

prikazani v tabeli 2.6.

Page 23: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

11

Tabela 2.6: Tehnični podatki industrijskega krmilnika [5]

Podrobnejše podatke lahko najdemo v podatkovnem listu krmilnika.

Krmilnik temelji na modularni izgradnji PLC-jev, kar pomeni, da uporabniku omogoča poljubno

dodajanje digitalnih in analognih vhodnih/izhodnih ter komunikacijskih razširitvenih modulov.

Za prenos podatkov na proporcionalni ventil hidravličnega sistema, je bilo potrebno uporabiti

analogni razširitveni modul. Uporabili smo analogni vhodno/izhodni modul EM 235 (Slika

2.10), s pomočjo katerega smo pošiljali analogni izhodni signal od -10 do +10 V na elektroniko

proporcionalnega ventila.

Slika 2.10: Analogni V/I razširitveni modul [9]

Tehnični podatki razširitvenega modula so prikazani v tabeli 2.7.

Page 24: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

12

Tabela 2.7: Tehnični podatki razširitvenega modula [5]

3 ZASNOVA IN IZVEDBA MEHANSKEGA DELA SISTEMA

Izbira in način namestitve hidravličnega valja

Za obstoječo kovinsko konstrukcijo (Slika 3.1 ), je bilo najprej potrebno izbrati najugodnejšo

namestitev hidravličnega valja.

Slika 3.1: Obstoječi hidravlični sistem

Page 25: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

13

Za lažjo predstavo smo ideje za namestitev hidravličnega valja najprej izdelali v 3D obliki.

Izbirali smo med dvema opcijama, ki sta prikazani na sliki 3.2. Primer (1) na sliki 3.2 prikazuje

možnost pritrditve s kovinsko konzolo, katera je že bila izdelana. S to možnostjo bi pridobili

več delovnega prostora pod hidravličnim valjem, saj bi bil nameščen višje kot v primeru (2).

Slabost primera (1) je bila potrebna izdelava dodatne plošče z navojnimi luknjami (Slika 3.3).

Navojne luknje bi se morale zelo natančno ujemati z luknjami na hidravličnem valju. V tem

primeru bi bili primorani poseči v notranjost hidravličnega valja, saj bi navojne šibke valja

morale biti natančno privite na navojne luknje dodatne plošče (Slika 3.3).

Slika 3.2: Možnosti pritrditve hidravličnega valja

Slika 3.3: Način pritrditve s konzolo

Page 26: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

14

Hitrejša za izdelavo, cenejša in manj zahtevna je bila rešitev primera (2) na sliki 3.2. Zato smo

izbrali pritrditev hidravličnega valja z dodatnimi podložnimi kovinskimi ploščicami. Izdelava

ploščic je zahtevala predhodno izdelavo tehniške dokumentacije (Slika 3.4). Da bi dosegli večjo

odmično razdaljo hidravličnega valja od kovinske konstrukcije, je bilo potrebno izdelati

kovinske distančne podložke. Vse izdelane elemente smo prebarvali s kakovostno barvo,

odporno proti obrabi in oljnim madežem. Za pritrditev je bila potrebna izbira primernih

vijakov, matic in podložk (navadnih in vzmetnih).

Slika 3.4: Tehniška dokumentacija za izdelavo podložnih ploščic hidravličnega valja

Page 27: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

15

Za pritrditev hidravličnega valja na ploščice, z luknjami Ø13 mm, smo uporabili 4 vijake

velikosti M12, matice ter navadne in vzmetne podložke. Hidravlični valj s pritrjenimi ploščicami

smo nato namestili na kovinsko konstrukcijo s štirimi vijaki M16, dimenzije 16 x 80 mm. Za

pritrditev vijakov smo uporabili navadne (17 mm) in vzmetne (16,2 mm) podložke.

Na sliki 3.5 je prikazana končna pritrditev hidravličnega valja na kovinsko konstrukcijo.

Slika 3.5: Pritrditev hidravličnega valja

Izbira in namestitev mehanskih priključkov hidravlične mreže

Povezavo in prenos hidravlične energije med posameznimi komponentami v hidravlični

napravi nam omogočajo hidravlične gibke cevi. Uporabili smo že obstoječe hidravlične cevi z

notranjim premerom Ø16 mm, ki so bile v laboratoriju. Za izvedbo hidravlične mreže smo

izbirali med dvema možnima rešitvama. Prva rešitev je bila, da bi hkrati povezali obstoječi

horizontalni hidravlični valj in vertikalni valj, s tako imenovanimi T elementi. T elementi

omogočajo razvoj enega hidravličnega toka v dva enaka toka. V tem primeru bi bila potrebna

Page 28: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

16

nabava dodatnih gibkih cevi, prav tako bi se pojavile dodatne tlačne izgube zaradi razdvojitve

toka. Da bi se temu izognili, smo izbrali drugo rešitev in sicer uporabo hitrih spojk. Hitre spojke

nam omogočajo lažji in hitrejši preklop hidravličnih cevi med že obstoječim hidravličnim

sistemom in našim hidravličnim sistemom. Za izbran primer smo naredili shemo hidravlične

mreže, ki je prikazana na sliki 3.6.

Slika 3.6: Shema hidravlične mreže

Slika 3.7: Namestitev hitrih spojk na gibke cevi

Page 29: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

17

Za pritrditev hitrih spojk na hidravlične cevi je bila potrebna nabava matic, konusov,

nastavljivih kotnih priključkov ter tesnil. Uporabili smo moške in ženske tipe hitrih spojk in s

tem preprečili možnost napačne priključitve. Pri hidravličnem cilindru je bila potrebna nabava

priključkov za privitje, na katerega smo preko kotnih priključkov in hitrih spojk pritrdili

hidravlične cevi z notranjim premerom Ø16 mm (Slika 3.7). Različne velikosti prečnega preseka

pri posameznih priključnih elementih vpliva na tokovne izgube v cevnem omrežju, zato smo

izbrali enake velikosti priključnih elementov. Pri hidravličnih elementih smo izbirali velikosti

premera 16 mm oz. 16 S (S – težka).

Hidravlična shema sistema

Slika 3.8: Hidravlična shema sistema

Page 30: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

18

Slika 3.8 prikazuje hidravlično shemo za hidravlični sistem. Hidravlični sistem sestoji iz

hidravličnega agregata z zobniško hidravlično črpalko, elektromagnetnega proporcionalnega

ventila, vertikalnega hidravličnega valja, tlačno omejevalnega ventila, oljnega filtra na

delovnem vodu, manometra in cevovoda.

Proporcionalni potni ventil omogoča krmiljenje smeri toka tekočine. Gre za 4/3 (št. priključkov

ventila / št. stanj ventila) potni ventil, kar nam omogoča krmiljenje med tremi stanji ventila.

Črki A in B v simbolu proporcionalnega ventila prikazujeta delovni priključek, črka P tlačni

priključek, ter črka T priključek povratnega voda. Analogni signal, katerega pridobimo iz

industrijskega krmilnika, nam omogoča krmiljenje smeri in pretoka hidravlične tekočine. Pred

vklopom sistema je ventil vedno v pretočnem mirovnem stanju. Pri elektromagnetnem

preklopu se krmilni drsnik lahko prekrmili iz mirovnega položaja samo v skrajna delovna

položaja. Kadar vzmet proporcionalnega ventila potisne krmilni drsnik skrajno desno,

omogočimo batnici prosto gibanje. Črpalka potisne hidravlično tekočino do tlačnega voda,

katera nato nadaljuje pot skozi delovne priključke, hidravlični valj in na koncu preko

povratnega voda nazaj v rezervoar hidravlične tekočine. Tlačno omejevalni ventil ščiti celoten

sistem pred previsokim tlakom. Ko tlak preseže najvišje dovoljenega, se odpre povezava z

rezervoarjem. Stanje v sredini simbola dosežemo ob vključitvi elektronike ventila. Takrat se

krmilni drsnik proporcionalnega ventila postavi v srednji položaj, ter onemogoči gibanje

batnice. Slika 3.9 prikazuje vzpostavljeno hidravlično mrežo hidravličnega sistema.

Slika 3.9: Povezava hidravlične mreže

Page 31: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

19

Načrtovanje in izdelava pozicionirnega mesta

Za pozicioniranje položaja batnice hidravličnega valja, je bilo potrebno izdelati pozicionirno

mesto. Hidravlični sistem ni vseboval mesta za namestitev končnih stikal, zato ga je bilo

potrebno izdelati. Pozicionirno mesto smo najprej izdelali v računalniški 3D obliki, ki je

prikazana na sliki 3.10.

Slika 3.10: Primer izdelave pozicionirnega mesta

Izdelati je bilo potrebno nosilec, na katerega smo namestili končna stikala, ter ga pritrdili na

hidravlični valj. Za možnost nastavljanja končnih stikal v vertikalni smeri, smo načrtali vzdolžno

luknjo na nosilcu. Uporabili smo induktivna cilindrična stikala, kar nam je omogočalo

enostavno premikanje in namestitev stikal. Poleg omenjenega nosilca je bila potrebna še

izdelava nosilca za proženje končnih stikal. Le-tega smo privili na dno batnice, kar je

omogočalo gibanje nosilca skupaj z batnico cilindra. Za izdelavo komponent smo izdelali

tehnično dokumentacijo in elemente prebarvali z barvo odporno proti obrabi in oljnim

madežem (Slika 3.11).

Page 32: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

20

Na slikah 3.11 in 3.12 je prikazan postopek izdelave in pritrditve nosilcev, ter namestitev

končnih stikal.

Slika 3.11: Izdelava pozicionirnega mesta

Slika 3.12: Namestitev končnih stikal

Page 33: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

21

Izdelava kontrolne plošče

Kontrolna plošča hidravličnega sistema omogoča vodenje, nadzor, varnost in vizualizacijo

procesa. Kontrolno ploščo smo izdelali iz električne razvodnice, stikal in indikatorskih lučk.

Dodali smo tudi besedna in znakovna navodila za vodenje in sledenje procesu. Sestava

kontrolne plošče je prikazana na sliki 3.13.

Slika 3.13: Kontrolna plošča hidravličnega sistema

Kontrolna plošča omogoča prenos signalov preko dveh vodnikov do simulacijske plošče. Leva

stran na sliki 3.13 označuje stikala, ki predstavljajo digitalne vhode in jih preko vodnika

prenašamo na simulacijsko ploščo. Enako velja za desno stran oz. indikatorske lučke, ki

predstavljajo digitalne izhode. Oba vodnika sta povezana preko bananskih konektorjev na

simulacijsko ploščo. Simulacijska plošča je povezana z industrijskim krmilnikom. Podrobnejša

električna povezava med komponentami je opisana v podpoglavju 3.6.

Page 34: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

22

Načrt električne priključitve naprave z industrijskim krmilnikom in

zunanjimi napravami

Električna povezava komponent hidravličnega sistema omogoča prenos signalov v procesu.

Komponente, med katerimi je potrebna električna povezava, so prikazane na sliki 3.14.

Slika 3.14: Prikaz električne povezave med komponentami

Page 35: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

23

Slika 3.15: Vezalna shema krmilnika z elektroniko ventila in senzorji

Barvne linije na sliki 3.15 prikazujejo barve žičk električne priključitve. Rdeča barva predstavlja

pozitiven pol napetosti, črna pa negativen. Induktivni senzorji imajo tri priključne žičke. Črna

žička senzorja se uporablja za prenos signala, rjava predstavlja pozitiven pol napetosti, modra

pa negativen pol. Izhodni analogni signal, katerega pripeljemo iz analognega modula,

priklopimo na škatlo elektronike proporcionalnega ventila, kot je prikazano na sliki 3.15.

Page 36: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

24

Slika 3.16: Vezalna shema krmilnika s simulacijsko in kontrolno ploščo

Na krmilniku smo uporabili digitalne vhode od I0.0 do I0.7 za kontrolna in končna stikala.

Indikatorske lučke smo priključili na digitalne izhode od Q0.0 do Q0.5. Neuporabljeni vhodi oz.

izhodi se lahko uporabijo za nadaljnjo projektno delo. Simulacijsko ploščo in industrijski

krmilnik (siva vezava na sliki 3.16) povezujeta dva vodnika, ki omogočata prenos digitalnih

vhodnih in izhodnih signalov.

Page 37: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

25

4 AVTOMATIZACIJA HIDRAVLIČNEGA SISTEMA

Programsko orodje za industrijski krmilnik

Avtomatično vodenje pomika batnice nam omogoča industrijski krmilnik Siemens S7-200.

Krmilnik programiramo v računalniškem orodju STEP 7–Micro/WIN. Orodje STEP 7 omogoča

SIMATIC komponentam možnost konfiguracije in programiranja. Uporabniški vmesnik

programa STEP 7-MicroWIN temelji na uporabi potezne menijske vrstice in oken.

Programiranje industrijskega krmilnika

Programiranje krmilnika S7-200 omogoča programsko orodje STEP7-Micro/WIN. Programsko

orodje je uporabniško prijazno in nudi možnost programiranja v treh standardnih oblikah

(ukazni, lestvični ter s funkcijski bloki). Nudi nam popolno razvojno okolje za izdelavo krmilnih

aplikacij. Navodila za povezavo krmilnika z računalnikom so prikazana v prilogi A.

4.2.1 Uporaba funkcij programskega orodja pri programiranju

V nadaljnje bo prikazanih nekaj primerov uporabe različnih funkcij programskega orodja STEP

7-Micro/WIN, ki smo jih uporabili za krmilni program sistema. Krmilnik smo programirali v

obliki lestvičnega diagrama (LD) in s pomočjo funkcijskih blokovnih diagramov (FBD), ki

omogočajo simbolično in pregledno predstavitev vezja relejskih krmilij (Slika 4.1). Program je

sestavljen iz več krmilnih mrež, ki vsebujejo povezave med kontakti (delovnimi, mirovnimi),

tuljavami, ter funkcijskimi bloki. Krmilni program temelji na različnih stanjih, katera prožijo

stikala na kontrolni plošči (Slika 3.13).

Slika 4.1: Primer lestvičnega diagrama

Page 38: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

26

Krmilna mreža na sliki 4.1 prikazuje začetno stanje krmilnega programa. Sistem je vklopljen,

batnica cilindra je v izhodiščni legi, delovni proces ne poteka, stikalo za zasilni izklop je

sproščeno. Vklopno-izklopna logika (Slika 4.11) določa, da je prehod iz stanja zasilnega izklopa

v začetno stanje mogoč le s tipko STOP na kontrolni plošči. Ta prehod med stanji omogoča

vzporedna vezava na sliki 4.1, v kateri s tipko STOP resetiramo stanje Zasilni_izklop. Krmilna

mreža na sliki 4.2 (Network 2) prikazuje prehod v stanje delovanja. Delovanje omogočimo s

tipko START na kontrolni plošči, med tem pa ne sme biti sprožena tipka za ZASILNI IZKLOP.

Tipka ZASILNI IZKLOP ima ob sprožitvi mirovni kontakt. Na sliki 4.2 (Network 4) je prikazan

prehod v stanje Zasilni_izklop ob pritisku tipke ZASILNI IZKLOP. S tem setiramo (S) stanje za

zasilni izklop, vsa ostala stanja pa resetiramo (R). Zaradi preglednosti in lažjega programiranja

smo vsa stanja shranjevali kot merkerje.

Slika 4.2: Prehod v stanje delovanja procesa

Vrednosti hitrosti smo prenašali v obliki besede preko funkcijskega bloka MOVW (Slika 4.2,

Slika 4.3). Instrukcija MOVW omogoča prenos vrednosti iz pomnilniške lokacije vhoda (IN) v

novo (OUT) izhodno lokacijo, brez spreminjanja prvotne vrednosti. Hitrost smo shranjevali kot

besedo, v pomnilniku VW pod določenim naslovom (Slika 4.3). Pomnilnik V omogoča

shranjevanje vmesnih rezultatov operacij, ki jih izvaja kontrolna logika programa.

Page 39: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

27

Slika 4.3: Funkcija V pomnilnika [5]

VW0 smo v krmilnem programu uporabljali za shranjevanje različnih vrednosti hitrosti. VW2

pa smo uporabljali za shranjevanje vrednosti hitrosti pri zaustavitvi procesa (Slika 4.2, 4.4).

Krmilna mreža na sliki 4.4 prikazuje prehod v stanje zaustavitve procesa. Med delovnim

procesom lahko delovanje zaustavimo s tipko STOP. Ob zaustavitvi se vrednost hitrosti VW0

shrani kot hitrost VW2. Hitrost VW2 nato uporabimo v stanju delovanja (Slika 4.2), kar nam

omogoča, da lahko proces nadaljujemo od točke zaustavitve batnice cilindra naprej.

Slika 4.4: Prehod v stanje zaustavitve procesa

Instrukcijo MOV_W smo uporabili tudi za prenos vrednosti 0 na elektroniko ventila. To nam je

omogočilo zaustavitev delovnega giba batnice. Slika 4.5 prikazuje krmilni mreži (Network 6,

Network 7), v kateri smo vrednost 0 prenesli v hitrost VW0. Shranjeno vrednost 0, smo nato

prenesli preko analognega izhoda na elektroniko ventila (Slika 4.6). Vrednost 0 smo uporabili

v stanju zaustavitve in zasilnega izklopa procesa.

Slika 4.5: Funkcija za zaustavitev delovnega giba batnice

Page 40: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

28

Za prenos hitrosti na analogni izhod smo prav tako uporabili funkcijski blok MOVW, vendar

smo kot izhodno enoto nastavili AQW0 (Slika 4.6). Krmilnik S7-200 pretvori 16-bitno digitalno

vrednost v tok ali napetost. Ta vrednost se zapiše v identifikacijskem območju (AQ), obliki

podatka (W) in začetnem bitu naslova (0). Analogni izhodi so besede in se vedno začnejo s

številkami enakimi številkam bitov (kot so 0, 2 ali 4), zato jih zapišemo enako številkam

naslovov bitov (kot so AQW0, AQW2 ali AQW4). Krmilna mreža na sliki 4.6 prikazuje prenos

hitrosti VW0 na analogni izhod oz. elektroniko ventila. Vrednost hitrosti VW0 je odvisna od

stanja v katerem se nahajamo. Stanja so zapisana kot merkerji, zato se v stanju SET (S) prenese

hitrost posameznega stanja na analogni izhod.

Slika 4.6: Zapis analognih vrednosti

Prehod med različnimi hitrosti gibanja batnice, nam omogočajo stanja od 1 do 4. Stanje_1

predstavlja hiter gib batnice cilindra navzdol, Stanje_2 počasen gib navzdol, Stanje_3 hiter gib

navzgor, ter Stanje_4 počasen gib navzgor. Preklop med stanji nam omogočajo končna stikala.

Na sliki 4.7 so prikazane krmilne mreže programa, v katerih smo določali pogoje za prehode

med stanji. Pogoj za preklop med stanji so bili induktivni senzorji, ki so ob sprožitvi omogočili

prehod v naslednje stanje.

Slika 4.7: Določanje položaja batnice s pomočjo stanj

Page 41: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

29

Za nastavljanje različnih hitrosti gibanja batnice hidravličnega cilindra smo uporabili funkciji za

seštevanje (ADD_I) in odštevanje (SUB_I). Instrukciji za seštevanje in odštevanje seštevata ali

odštevata dve 16-bitni spremenljivki v 16-bitni rezultat. Funkciji smo uporabljali v kombinaciji

z blokom za neenakost, ter tako inkrementalno povečevali oz. zmanjševali hitrost. Na sliki 4.8

so prikazane krmilne mreže, v katerih smo določali hitrosti gibanja batnice cilindra. Hitrost

VW0 smo povečevali po koraku 100, dokler vrednost ni bila večja oz. manjša ali enaka določeni

vrednosti v bloku neenakosti (Slika 4.8). Hitrost je zapisana kot beseda, kar omogoča

spreminjanje napetosti v vrednosti od -32000 do 32000 (-10 do 10 V). V krmilnih mrežah na

sliki 4.8 so prikazane različne vrednosti za izhodno hitrost. Vrednost hitrosti smo nastavljali

glede na željeni gib in hitrost pomika batnice. Vrednost 13000 v krmilni mreži (Network 13)

predstavlja 4V izhodne napetosti. Vrednost -20000 v krmilni mreži (Nework 15) pa 6,25 V

izhodne napetosti. Pretvorbo vrednosti nam omogoča krmilnik oz. analogni modul krmilnika.

Slika 4.8: Nastavljanje hitrosti gibanja batnice

Page 42: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

30

Na sliki 4.9 je prikazana krmilna mreža za prižiganje indikatorskih lučk na kontrolni plošči

(3.13). Krmilje signalizacije smo izvedli s pomočjo setiranja in resetiranja tuljav, katera

predstavljajo indikatorske lučke. Senzorji prožijo oranžne lučke, ki se prižigajo napram položaja

batnice. Merkerja Gib_navzdol in Gib_navzgor določata prižiganje zelene in rdeče lučke.

Slika 4.9: Krmilni program signalizacije

Page 43: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

31

Krmilni program sistema

4.3.1 Tehnološka shema sistema

Slika 4.10: Tehnološka shema

4.3.2 Tehnološke zahteve sistema

Proces sistema temelji na gibanju batnice hidravličnega valja. Proces se izvaja ponavljajoče do

zaustavitve ali prekinitve procesa. S pritiskom na tipko VKLOP preidemo v začetno stanje

procesa. Prehod v delovanje sistema omogočimo s tipko START. Batnica hidravličnega valja se

začne s hitrim gibom navzdol (0,08 m/s) po vertikalni liniji (a) pomikati do končnega stikala oz.

senzorja 3 na sliki 4.10. Ob sprožitvi senzorja 3, sledi počasen gib batnice (0,04 m/s) po liniji

(b) navzdol do končne lege oz. senzorja 4. Ko batnica doseže končno lego, sledi hiter gib

navzgor (0,08 m/s) po liniji (c). Hiter gib navzgor se izvede do sprožitve senzorja 2, nato se

Page 44: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

32

začne počasen gib batnice (0,04 m/s) po liniji (d) navzgor v začetno lego. Kadar batnica doseže

začetno lego oz. senzor 1, se proces ponovi. Proces se izvaja do prekinitve. Delovni proces

ustavimo s tipko STOP ali ZASILNI IZKLOP. V primeru pritiska tipke STOP, se delovni proces

zaustavi. Nadaljevanje procesa od točke zaustavitve, lahko omogočimo s tipko START. Ob

pritisku tipke ZASILNI IZKLOP, je onemogočeno takojšnje nadaljevanje sistema s pritiskom

tipke START. Za ponoven zagon procesa je potrebno najprej sprostiti tipko ZASILNI IZKLOP,

pritisniti tipko STOP in še le nato tipko START. Diagram vklopno-izklopne logike je prikazan na

sliki 4.11.

4.3.3 Vklopno-izklopna logika programa

Vklopno-izklopna logika nam omogoča razumevanje prehajanj med stanji v procesu. Stikala

VKLOP/IZKLOP, START, STOP in ZASILNI IZKLOP, ki se nahajajo na kontrolni škatli (Slika 3.13),

nam omogočajo prehajanje med stanji. Slika 4.11 ponazarja prehode med stanji.

Slika 4.11: Diagram stanj

Page 45: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

33

4.3.4 Krmilna veriga sistema

Slika 4.12: Krmilna veriga

4.3.5 Prireditvena tabela

Slika 4.13: Prireditvena tabela

Page 46: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

34

4.3.6 Diagram stanj za ciklično delovanje sistema

Slika 4.14: Diagram stanj

Signalizacija sistema je povezana z gibanjem batnice hidravličnega valja. Proces prižiganja

indikatorskih lučk je viden v diagramu stanj na sliki 4.14. Ob zagonu procesa se batnica

hidravličnega valja začne pomikati navzdol. Takrat gori zelena lučka na kontrolni plošči.

Oranžne lučke, ki ponazarjajo končna stikala, se med delovnim procesom vklapljajo oz.

izklapljajo v odvisnosti od položaja batnice cilindra. V začetni legi žarijo vse štiri oranžne lučke,

ter se ob pomiku batnice navzdol ugašajo po vrstnem redu končnih stikal. Kadar se batnica

hidravličnega valja pomika navzgor, je prižgana rdeča lučka. Oranžne lučke se od končne do

začetne lege prižigajo po vrstnem redu proženja končnih stikal.

Priloga B vsebuje celoten krmilni program napisan v računalniškem orodju STEP 7-Micro/WIN.

Page 47: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

35

5 ANALIZA REZULTATOV

Na začetku smo preučili in načrtovali celoten hidravlični sistem. Načrtovati je bilo potrebno

zgradbo celotne naprave, ter vključiti obstoječe komponente v Laboratoriju. Najprej smo

preučili možnost uporabe industrijskega proporcionalnega ventila ter hidravličnega valja.

Zaradi manjših dinamičnih zmogljivosti proporcionalnih ventilov, proizvajalci priporočajo

pazljivo uporabo ventilov v regulacijski sistemih. V obzir temu, smo se odločili za odprto-

zančno vodenje hidravličnega sistema. Hidravlični valj smo namestili vertikalno.

Za preizkus delovanja komponent je bila potrebna vzpostavitev hidravličnega sistema. Poleg

obstoječih elementov, kateri so bili na razpolago v Laboratoriju, je bila potrebna nabava še

manjkajočih. Za manjkajoče elemente pri pritrditvi hidravličnega valja iIz Komponente

potrebne za obnovitev, ter na novo izdelane, smo prebarvali z večkratnim nanosom

obstojnega laka in jih s tem zaščitili pred obrabo. Potrebna je bila nabava elementov za

vzpostavitev hidravlične mreže. Izbrali smo rešitev gibkih hidravličnih cevi s hitrimi spojkami.

Poleg ustreznih hitrih spojk, je nakup vseboval še priključne in tesnilne elemente za namestitev

hitrih spojk. Po vzpostavitvi hidravlične mreže smo preizkusili delovanje sistema. Pri prvem

preizkusu smo opazili manjše puščanje tesnil pri pritrditvi proporcionalnega ventila na

priključno ploščo hidravličnega valja. Ta problem smo odpravili z zamenjavo starih tesnil z

novimi.

Pozicioniranje položaja batnice hidravličnega cilindra omogoča pozicionirno mesto. Poleg

zasnove in izdelave mehanskega dela, je bila potrebna še nabava končnih stikal. Odločili smo

se za nakup induktivnih cilindričnih stikal.

Nato je sledila zasnova avtomatizacije hidravličnega sistema. Izdelali smo električne sheme za

priključitev naprave z industrijskim krmilnikom in senzorji. Komponente smo ustrezno povezali

in začeli s programiranjem krmilnika. Za Siemens S7-200 je potrebna posodobitev

programskega orodja na sodobnih operacijskih sistemih (Windows 7, Windows 10). To nam je

povzročalo nekaj več težav, vendar smo jih s pomočjo internetnih virov odpravili.

Inkrementalno povečevanje hitrosti batnice nam je omogočalo, da smo dosegli vodenje po

rampah funkcij in s tem ublažili sunke hidravličnega pogona. Najhitrejši gib batnice je dosegel

hitrost 0,08 m/s, najpočasnejši pa 0,04 m/s.

Page 48: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

36

6 SKLEP

Ustaljena zahteva, ki jo sodobna strojegradnja postavlja proizvajalcem pogonskih sistemov, je

doseganje točnosti pomikov ob velikih hitrostih in silah. Slednje se nanaša tudi na hidravlične

pogone, ki se uporabljajo na strojih za preoblikovanje kovin. Glavni cilj našega hidravličnega

sistema je avtomatično vodenje pomika batnice vertikalnega hidravličnega valja, po začrtani

trajektoriji. Vodenje smo izvedli s pomočjo industrijskega krmilnika. Za pozicioniranje položaja

batnice cilindra smo uporabili induktivne senzorje, ki delujejo kot končna stikala. Ključno

komponento pri izvedbi sistema je predstavljala uporaba elektrohidravličnega

proporcionalnega ventila. S pomočjo analognega izhoda na komunikacijskem modulu

krmilnika smo prenašali signal na elektroniko ventila. Z vrednostmi od -10 do 10 V smo

nastavljali hitrost gibanja batnice in se tako približali principu procesa preoblikovanja kovin. V

krmilnem programu smo uporabili inkrementalno povečevanje hitrosti batnice. To nam je

omogočalo, da smo dosegli vodenje po rampah funkcij in s tem ublažili sunke hidravličnega

pogona. Najhitrejši gib batnice je dosegel hitrost 0,08 m/s, najpočasnejši pa 0,04 m/s.

Programiranje je zaradi dinamičnih zmožnosti proporcionalnega ventila potekalo v odprti

zanki. Program, napisan za avtomatično vodenje vertikalnega hidravličnega valja, deluje po

principu hitrega giba navzdol, počasnega giba navzdol do končne lege, hitrega giba navzgor in

nato počasnega giba navzgor v izhodiščni položaj. V nadaljevanju raziskave je možna

namestitev orodja oz. mase bremena na batnico hidravličnega cilindra, kar bi povzročilo

dodatno težavo pri pozicioniranju in krmiljenju cilindra. S tem bi se približali podobi nekaterih

naprav iz industrijske prakse. Cilj nadaljnjih raziskav bi bila potrebna preučitev algoritmov za

regulacijo pomika in sile.

Page 49: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

37

7 VIRI

[1] MAPRO, Hidravlični cilindri (valji) [splet], Dosegljivo:

http://www.mapro.si/slo/proizvodno-prodajni-program/hidravlicni-cilindri/

[Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[2] D. Scholz, Proportional hydraulics, 9. izdaja. Esslingen, 1996.

[3] M. Jelali, A. Kroll, Hydraulic Servo-systems: Modelling, Identification and Control.

Springer-Verlag London,2003.

[4] H. Berger, Automatisieren mit SIMATIC, 4. izdaja. Berlin: 2010

[5] SIEMENS, S7-200 Programmable Controller System Manual [splet], Dosegljivo:

http://www1.siemens.cz/ad/current/content/data_files/automatizacni_systemy/mik

rosystemy/simatic_s7200/manual_s7_200_2005_en.pdf

[Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[6] Hidravlični cilinder, Dosegljivo:

http://www.hydraulicspneumatics.com/200/TechZone/Cylinders/Article/False/6423/

TechZone-Cylinders [Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[7] Proporcionalni ventil, Dosegljivo: http://www.kanflu.com/assets/Uploads/SERVO-

VALVE-WITH-FEEDBACK-4WRPH10-RE29032.pdf [Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[8] Induktivno stikalo, Dosegljivo: http://www.miel.si/wp-content/uploads/2012/08/e3t-

c.png [Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[9] Analogni razširitveni modul, Dosegljivo: https://www.terapeak.com/worth/siemens-

em235-1p-6es7-235-0kd00-0xa0-plc-i-o-analog-expansion-module-

12bit/291595586614/ [Datum dostopa: 15. 8. 2017].

[10] Cylindrical Proximity Sensor E2B, Doseglijvo:

http://www.ia.omron.com/data_pdf/cat/e2b_d116-e1_1_5_csm1012652.pdf

[Datum dostopa: 15. 8. 2017].

Page 50: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

8 PRILOGE

Priloga A

Vodenje vertikalnega hidravličnega valja z

industrijskim krmilnikom

Navodila za uporabo

Maribor, avgust 2017

Page 51: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

ii

KAZALO VSEBINE

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

2. NAVODILA ZA VARNO DELO ....................................................................................... 1

3. ELEKTRIČNA VARNOST PRI DELU ................................................................................ 2

4. UPORABA IZKLOPA V SILI ........................................................................................... 2

5. TEHNIČNI PODATKI HIDRAVLIČNEGA SISTEMA............................................................ 3

6. POVEZAVA IN ZAGON HIDRAVLIČNEGA SISTEMA ........................................................ 4

6.1. POVEZAVA HIDRAVLIČNIH KOMPONENT ..................................................................... 4

6.2. POVEZAVA ELEKTRIČNIH KOMPONENT ....................................................................... 4

6.3. POVEZAVA KRMILNIKA S SIMULACIJSKO PLOŠČO ........................................................ 6

6.4. ZAGON HIDRAVLIČNEGA SISTEMA ............................................................................... 8

7. RAČUNALNIŠKI PROGRAM STEP 7-MICRO/WIN ........................................................ 10

7.1. POVEZAVA INDUSTRIJSKEGA KRMILNIKA S PROGRAMSKIM ORODJEM .................... 11

7.2. NAMESTITEV PROGRAMA NA KRMILNIK ................................................................... 14

8. NAVODILA ZA NADGRADNJO OPREME STEP 7-MICRO/WIN ...................................... 17

Page 52: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

iii

KAZALO SLIK

Slika 4.1: Kontrolna plošča ......................................................................................................... 2

Slika 4.2: Kontrolna plošča hidravličnega agregata ................................................................... 3

Slika 6.1: Priključitev hidravličnih cevi na hidravlični valj ........................................................... 4

Slika 6.2: Priključitev ventila z elektroniko ventila ..................................................................... 5

Slika 6.3: Priključitev elektronike ventila z industrijskim krmilnikom ......................................... 5

Slika 6.4: Simulacijska plošča ..................................................................................................... 6

Slika 6.5: Povezava krmilnika z simulacijsko ploščo ................................................................... 6

Slika 6.6 Proženje induktivnega stikala ...................................................................................... 7

Slika 6.7: Vklop elektronike ventila............................................................................................. 8

Slika 6.8: Vklop hidravličnega agregata ..................................................................................... 8

Slika 6.9: Kontrolna plošča ......................................................................................................... 9

Slika 7.1: Namizje računalniškega zaslona ............................................................................... 10

Slika 7.2: Delovno okolje programskega orodja Micro/WIN .................................................... 10

Slika 7.3: Okno Communications Setup .................................................................................... 11

Slika 7.4. Izbira krmilnika .......................................................................................................... 11

Slika 7.5: Napaka pri komunikaciji ........................................................................................... 12

Slika 7.6: Okno Set PG/PC Interface ......................................................................................... 12

Slika 7.7: Properties .................................................................................................................. 12

Slika 7.8: Local Connection ....................................................................................................... 13

Slika 7.9: Upravitelj naprav ...................................................................................................... 13

Slika 7.10: Orodna vrstica delovnega okolja ............................................................................ 14

Slika 7.11: Okno za odpiranje programa .................................................................................. 14

Slika 7.12: Odziv na pravilnost programa ................................................................................ 14

Slika 7.13: Okno za prenos programa na krmilnik ................................................................... 15

Slika 7.14: Omogočitev delovanja programa ........................................................................... 15

Slika 7.15: Zaustavitev izvajanja programa ............................................................................. 16

Page 53: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

iv

KAZALO TABEL

Tabela 6.1: Naslovi vhodov in izhodov ....................................................................................... 7

Page 54: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

1

1. UVOD

Pri sistemih v katerih ima poglavitno vlogo hidravlika, se srečujemo z visokimi tlaki delovanja,

zato je varnost uporabnika še kako pomembna. Za pravilno delovanje in izvedbo funkcije na

hidravličnem sistemu, je priporočljivo, da pred priključitvijo in uporabo preberete navodila za

uporabo. Navodila za uporabo so sestavni del hidravličnega sistema in vsebujejo bistvene

podatke za učinkovito in varno uporabo, ter dolgo življenjsko dobo sistema.

2. NAVODILA ZA VARNO DELO

Pred pričetkom dela je potrebno preveriti pritrjenost:

- hidravličnega cilindra (valja),

- hitrih spojk, ki so nameščene na hidravličnih ceveh,

- elektro-magnetnega proporcionalnega potnega ventila.

Pred vključitvijo delovnega giba hidravličnega valja, se prepričamo, da ni nikogar v delovnem

območju.

V primeru, da pride do kakršnih koli napak v hidravličnem sistemu, je potrebno prekiniti z

delom.

Če opazimo, da hidravlični sistem pušča olje, je potrebno prekiniti z delom in napako popraviti.

Če pride do razlitja olja, je potrebno le-to primerno očistiti.

Med delovnim procesom mora uporabnik upoštevati varnostno razdaljo.

Pri delovanju hidravličnega sistema mora uporabnik imeti neposreden stik s kontrolno ploščo

sistema.

Pri uporabi hidravličnega sistema je potrebno upoštevati naslednja opozorila:

Zaradi lastne varnostni upoštevajte te varnostne predpise!

Page 55: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

2

3. ELEKTRIČNA VARNOST PRI DELU

Hidravlični agregat je potrebno priključiti na izmenični tok z napetostjo 380V. V primeru, da

hidravlični agregat ne bomo uporabljali dlje časa, izključimo električni kabel (vtikač).

Škatlo elektronike proporcionalnega ventila je potrebno priključiti na izmenični tok z

napetostjo 220-240V. Priključimo jo samo na ozemljeno električno omrežje.

Hidravlični sistem je namenjen samo za notranjo uporabo, zato onemogočimo kakršen koli

dostop vode v delovno območje.

4. UPORABA IZKLOPA V SILI

Hidravlični sistem vsebuje dve možnosti izklopa v sili:

- gumb za zasilni izklop (goba), kateri je nameščen na kontrolni plošči (Slika 4.1), ne

izklopi hidravlični agregata. Omogoča nam zaustavitev delovnega procesa oz. pomika

batnice hidravličnega valja. Namenjen je za takojšnjo zaustavitev hidravličnega valja,

da preprečimo poškodbe le-tega ali operaterja.

Slika 4.1: Kontrolna plošča

Page 56: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

3

- gumb za izklop v sili (goba), kateri je nameščen na kontrolni plošči hidravličnega

agregata (Slika 4.2), omogoča zaustavitev pretoka hidravlične tekočine in izklop

agregata. V primeru puščanja ali netesnosti sistema, ga pritisnemo pred gumbom za

zasilni izklop na sliki 4.1. V nasprotnem primeru, ga pritisnemo takoj po pritisku gumba

za zasilni izklop (Slika 4.1).

Slika 4.2: Kontrolna plošča hidravličnega agregata

5. TEHNIČNI PODATKI HIDRAVLIČNEGA SISTEMA

Za tehnične podatke vseh elementov hidravličnega sistema glej: Vodenje vertikalnega

hidravličnega valja z industrijskim krmilnikom (diplomsko delo).

Page 57: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

4

6. POVEZAVA IN ZAGON HIDRAVLIČNEGA SISTEMA

Za komunikacijo hidravličnega sistema z industrijskim krmilnikom je potrebna pravilna

povezava. V tem poglavju je opisan postopek za zagon in delovanje hidravličnega sistema.

6.1. Povezava hidravličnih komponent

1) Hidravlične gibke cevi priključimo na hidravlični valj (Slika 6.1). Gibko cev z moško hitro

spojko (moder pokrov), priključimo na žensko hitro spojko (rdeč pokrov) hidravličnega

valja. Gibko cev z žensko hitro spojko (rdeč pokrov), priključimo na moško hitro spojko

(moder pokrov) hidravličnega valja.

Slika 6.1: Priključitev hidravličnih cevi na hidravlični valj

6.2. Povezava električnih komponent

1) Najprej preverimo, če so vse komponente priključene na napajanje, tj. industrijski

krmilnik (220 V), škatla elektronike elektromagnetnega proporcionalnega ventila (220

V) in hidravlični agregat (380 V).

Page 58: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

5

2) Škatlo z elektroniko proporcionalnega ventila povežemo z ventilom preko dveh

kontrolnih vodnikov, ki se nahajajo na zadnji strani škatle elektronike. Vsak kontrolni

vodnik ima svoj priključek (ni možna napačna priključitev) (Slika 6.2).

Slika 6.2: Priključitev ventila z elektroniko ventila

3) Analogni razširitveni modul EM 235, krmilnika S7-200, povežemo s škatlo elektronike

ventila. Analogni izhod krmilnika preko žic, z bananskim priključkom, povežemo z

vhodnim signalom na škatli elektronike ventila. Rdečo žico (Vo +) povežemo z rdečo

obarvanim vhodnim signalom, črno žico (M -) pa s črnim vhodnim signalom (Slika 6.3).

Slika 6.3: Priključitev elektronike ventila z industrijskim krmilnikom

Page 59: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

6

6.3. Povezava krmilnika s simulacijsko ploščo

Uporabljena simulacijska plošča (Slika 6.4) nam omogoča testiranje krmilnega programa in

demonstracijo vodenja procesa.

1) Izberemo simulacijsko ploščo, ki ima vsaj 16 vhodnih in 16 izhodnih priključkov.

Slika 6.4: Simulacijska plošča

2) Preverimo, katera od komunikacijskih vodnikov sta vezana na krmilnik S7-200 (CPU 216

AC/DC/Relay). Komunikacijska vodnika za vhode in izhode nato povežemo s

simulacijsko ploščo (Slika 6.5).

Slika 6.5: Povezava krmilnika z simulacijsko ploščo

Page 60: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

7

3) Na simulacijsko ploščo povežemo vhode in izhode. Na vhode priključimo stikala in

senzorje, na izhode pa indikatorske lučke (Sledi električni shemi na sliki 3.16 v

diplomskem delu). Sledimo tabeli 1 in listkom, ki označujejo vsak vhod in izhod. Za

pozicijo nameščenih senzorjev glej sliko 4.10 v diplomskem delu.

Tabela 6.1: Naslovi vhodov in izhodov

4) Delovanje induktivnih stikal (končnih stikal) preizkusimo tako, da stikalu prislonimo

kovinski predmet. Pri zaznavanju kovine se sproži oranžna LED na stikalu (Slika 6.6).

Med delovnim procesom se za posamezno proženo stikalo prižge zelena LED na

krmilniku in oranžna indikatorska lučka na kontrolni plošči.

Slika 6.6 Proženje induktivnega stikala

Page 61: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

8

6.4. Zagon hidravličnega sistema

Po opravljenih postopkih v poglavju 6.1. in 6.2. je hidravlični sistem pripravljen za uporabo.

1) Vklopimo računalnik.

2) Odpremo program V4.0 STEP 7-Micro/WIN SP9.

3) Krmilni program z imenom glavni_program_Semenic.mwp naložimo na krmilnik.

(Poglavje 7)

4) Na zadnji strani škatle, elektronike proporcionalnega ventila, vključimo stikalo za vklop.

Delovanje lahko preverimo z zvokom, ki ga oddaja ventil.

5) Na sprednji strani škatle vklopimo stikalo za VKLOP (prižge se zelena LED) in izključimo

DEBLOKADO (stikalo mora biti obrnjeno navzgor) (Slika 6.7).

Slika 6.7: Vklop elektronike ventila

6) S pritiskom na tipko VKLOP vključimo hidravlični agregat (Slika 6.8).

Slika 6.8: Vklop hidravličnega agregata

Page 62: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

9

7) Postavimo se na varno razdaljo od hidravličnega valja.

8) Za vklop sistema vključimo stikalo VKLOP/IZKLOP na kontrolni plošči (Slika 6.9). S

pritiskom na tipko START, sprožimo gibanje batnice hidravličnega valja po zastavljeni

trajektoriji.

9) Delovanje batnice hidravličnega valja, lahko zaustavimo na poljubnem mestu s

pritiskom tipke STOP. Če želimo, da sistem nadaljuje avtomatično gibanje od točke

zaustavitve naprej, spet pritisnemo tipko START (Slika 6.9).

10) V primeru, da zaznamo napako sistema ali želimo gibanje batnice cilindra nemudoma

zaustaviti, pritisnemo tipko ZASILNI IZKLOP (Slika 6.9).

11) Za nadaljevanje delovanja sistema, sprostimo tipko ZASILNI IZKLOP. Ponovni zagon

sistema omogočimo s tipko STOP in nato s tipko START.

12) Signalizacija z lučmi na desni strani kontrolne škatle ponazarja položaj batnice

hidravličnega cilindra.

13) POMEMBNO: Tipka ZASILNI IZKLOP na kontrolni plošči zaustavi gibanje batnice

hidravličnega valja, vendar ne izklopi delovanje hidravličnega agregata (Slika 6.9). Za

izklop celotnega hidravličnega sistema je potrebno pritisniti ZASILNI IZKLOP na

kontrolni plošči hidravličnega agregata (Slika 6.8)!

Slika 6.9: Kontrolna plošča

Page 63: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

10

7. RAČUNALNIŠKI PROGRAM STEP 7-Micro/WIN

Za vodenje hidravličnega procesa uporabljamo Siemensov krmilnik S7-200. Krmilnik

programiramo v programskem orodju STEP 7-Micro/WIN. Uporabljena je V4.0 SP9 verzija

programskega orodja. V primeru, da programsko orodje ni posodobljeno na verzijo SP9, je

potrebno slediti navodilom za nadgradnjo programskega orodja STEP 7-Micro/WIN v poglavju

8. Na namizju računalniškega zaslona z dvoklikom poženemo program V4.0 STEP 7-MicroWIN

SP9.

Slika 7.1: Namizje računalniškega zaslona

Odpre se delovno okolje programskega orodja, ki omogoča programiranje krmilnika.

Slika 7.2: Delovno okolje programskega orodja Micro/WIN

Page 64: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

11

7.1. Povezava industrijskega krmilnika s programskim orodjem

Najprej je potrebno izvesti komunikacijo industrijskega krmilnika S7-200 s programskim

orodjem Micro/WIN. Kot prvo priključimo PC/PPI kabel, ki omogoča povezavo RS-458

komunikacijskega vmesnika krmilnika z USB komunikacijskim vmesnikom računalnika.

Če kabel PC/PPI vsebuje CD-ROM za namestitev gonilnikov, to storimo pred nastavitvami

komunikacij.

Najprej preverimo pravilnost komunikacijskih nastavitev. S klikom na ikono

Communicatons v navigacijskem meniju, se nam odpre novo okno imenovano

Communications Setup (Slika 7.3).

Slika 7.3: Okno Communications Setup

Z dvoklikom na ikono osvežimo seznam, ki prikazuje razpoložljivost krmilnikov za

povezavo z računalnikom.

Na seznamu se prikaže krmilnik, ki ga uporabljamo. Krmilnik izberemo z dvoklikom na ikono

(Slika 7.4). Izbiro krmilnika potrdimo s klikom na ikono OK.

Slika 7.4. Izbira krmilnika

Page 65: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

12

V primeru, da program javi napako pri komunikaciji (Slika 7.5), sledimo nadaljnjim navodilom.

V primeru, da se napaka ne pojavi, sledimo navodilom v poglavju 7.2.

Slika 7.5: Napaka pri komunikaciji

Zaradi nepravilnosti pri komunikaciji, je potrebno nastavitve le-teh popraviti. V levem

spodnjem delu okna kliknemo na ikono . Odpre se okno Set PG/PC

Interface (Slika 7.6).

Slika 7.6: Okno Set PG/PC Interface

Na seznamu izberemo PC/PPI cable. PPI.1 – COMX in kliknemo na ikono Properties… .

Odpre se okno (Slika 7.7), kjer vnesemo enake vrednosti kot so na sliki 7.7.

Slika 7.7: Properties

Page 66: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

13

Nato se s klikom pomaknemo na Local Connection (Slika 7.8).

Slika 7.8: Local Connection

Izbrati je potrebno pravilen vmesnik računalnika (COM port). Za pravilno izbiro se pomaknemo

v Nadzorno ploščo računalnika. S klikom na Upravitelj naprav se nam odpre naslednje okno

(Slika 7.9).

Slika 7.9: Upravitelj naprav

Pod zavihkom Vrata (COM in LPT) poiščemo USB – SERIAL CH340. V oklepaju se nahaja

vmesnik računalnika (COM port), katerega uporabimo za potrebne pravilne nastavitve Local

Connection (Slika 7.8).

S klikom na ikono OK potrdimo nastavitve.

Page 67: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

14

7.2. Namestitev programa na krmilnik

Po uspešni komunikaciji krmilnika z računalnikom (poglavje 7.1) je potrebno program naložiti

na krmilnik. V zgornji orodni vrstici delovnega okolja, s klikom izberemo ikono za odpiranje

datoteke programa (Slika 7.10).

Slika 7.10: Orodna vrstica delovnega okolja

Odpre se nam okno Odpiranje (Slika 7.11). Poiščemo krmilni program z imenom

glavni_program_Semenic.mwp (*.mwp vrsta datoteke). Datoteko krmilnega programa z

imenom glavni_program_Semenic.mwp najdete na priloženem CD-ju diplomske naloge.

Slika 7.11: Okno za odpiranje programa

Izbiro potrdimo s klikom na ikono Odpri. Izbran program se nam odpre v delovnem okolju. Da

preverimo pravilnost programa, v orodni vrstici kliknemo v na ikono Compile all. V kolikor

program ne vsebuje napak in je pripravljen za namestitev na krmilnik, lahko preverimo v

spodnjem oknu delovnega okolja (Slika 7.12).

Slika 7.12: Odziv na pravilnost programa

Page 68: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

15

Za prenos programa na krmilnik, kliknemo na ikono Download. Odpre se nam okno za

prenos programa, v katerem s klikom na Download potrdimo prenos (Slika 7.13).

Slika 7.13: Okno za prenos programa na krmilnik

Počakamo, da se program prenese na krmilnik. Da se program začne izvajati, moramo le-tega

zagnati s klikom na ikono RUN v zgornji orodni vrstici delovnega okolja. Pojavi se okno (Slika

7.14),v katerem s klikom na ikono Yes krmilniku omogočimo prehod v stanje delovanja.

Slika 7.14: Omogočitev delovanja programa

Page 69: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

16

Na krmilniku S7-200 se pri RUN zasveti zelena (LED) luč. Program je tako nameščen na krmilnik

in je pripravljen za delovanje.

Za lažji pregled poteka izvajanja programa v realnem času, izberemo ikono Monitoring v

zgornji orodni vrstici delovnega okolja. Ta funkcija nam omogoča lažje spremljanje izvajanja

programa krmilnika, medtem, ko se izvaja proces v realnem času.

Za prekinitev izvajanja programa oz. prehod krmilnika v stanje nedelovanja, v zgornji orodni

vrstici delovnega okolja izberemo ikono STOP. Ukaz potrdimo v naslednjem oknu, ki se

pojavi s klikom na ikono Yes (Slika 17).

Slika 7.15: Zaustavitev izvajanja programa

Za natančnejša navodila glede krmilnega programa hidravličnega sistema glej poglavje 4.3.

v diplomskem delu!

Page 70: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Navodila za uporabo

17

8. Navodila za nadgradnjo opreme STEP 7-Micro/WIN

1. ZAHTEVE:

- Operacijski sistem Windows 7 (32 ali 64 bit), Windows 10 (32 ali 64 bit);

- Nameščena programska oprema STEP 7-Micro/WIN V4 z verzijo SP8;

- Registracija na Siemensovi spletni strani;

2. NAVODILA ZA NAMESTITEV ZA STEP7 MicroWIN V4 SP9

i. Prenesite datoteko na vaš računalnik (Datoteko najdete na spletni strani:

https://support.industry.siemens.com/cs/document/58523240/step7-microwin-

v4-0-sp8-and-sp9?dti=0&lc=en-WW)

ii. Preneseno datoteko step7_mw_v4_sp8_9.zip razširimo z ustreznim programom

iii. Odpremo mapo Disk1 in zaženemo datoteko setup.exe

iv. Sledimo postopku namestitve, da zaključimo proces

v. Po uspešni namestitvi najdemo STEP7 MicroWIN V4 SP9 v meniju START pod

datoteko Simatic

3. DODATNE ZAHTEVE

V kolikor imamo nameščeno starejšo verzijo (SP5, SP7) programa STEP 7 MicroWIN,

moramo verzije postopno nadgrajevati. Npr., če imamo verzijo SP7, jo najprej nadgradimo

na verzijo SP8 in še le na to na verzijo SP9.

Če nimamo datoteke za namestitev PC/PPI kabla, ki omogoča povezavo RS-458

komunikacijskega vmesnika krmilnika z USB komunikacijskim vmesnikom računalnika, le-

to najdemo na CD-ju diplomske naloge pod imenom PCPPIcable.zip.

Page 71: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Priloga B

Page 72: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

2

Page 73: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

3

Page 74: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

4

Page 75: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

5

Page 76: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

6

Page 77: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

7

Page 78: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

8

Page 79: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

9

Page 80: VODENJE VERTIKALNEGA HIDRAVLIČNEGA VALJA ZElektro-magnetni proporcionalni potni ventil Potni ventili so pogosto označeni kot preklopni ventili, ker preprosto usmerijo oz. preklopijo

Krmilni program

10