Vezérelt tisztaság

A feladat egy megbízható, könnyen felügyelhető és az események (risztások) valós idejű kezelésére képes automatizált vezérlőrendszer kifejlesztése volt, egy autóalkatrészek tisztítását végző sor részére. A fejlett, valós időben működő, teljesen automatikus, egyszerűen kezelhető és nagy megbízhatóságú vezérlő- és monitorozórendszer felépítéséhez az NI CompactRIO platformot és a LabVIEW szoftverkörnyezetet választották.

A rendszer egy autóipari alkatrészgyártó vállalat olyan tisztítógépeihez készült, amelyek a gyártás közbeni olaj- és egyéb szennyeződések mentesítését végzik a gyártott termékeken. A gyártási folyamat megköveteli, hogy az alkatrészek a legapróbb részletekig teljesen megtisztított állapotban kerüljenek a gyártósor következő fázisába. A javasolt megoldásban a kezelő egy PC érintőképernyőjén kommunikál a rendszerrel, miközben azon megbízható, valós idejű adatokat lát a rendszer állapotáról.

Hardver- és szoftverelemek

Ugyan a piacon sokféle különböző teljesítményű programozható vezérlő (PLC) érhető el, a lehetőségek alapos elemzése után mégis az NI C sorozatú modulokból felépíthető CompactRIO platformját választották a fejlesztési feladathoz. Ez a konfiguráció rugalmas, nagy teljesítményű és kedvező árú megoldást kínál, ugyanolyan vagy szélesebb körű funkcionalitással, mint a PLC-vel felépíthető változatok. A fejlesztőcsapat a robusztus NI cRIO-9074 integrált vezérlő mellett döntött, amely 400 MHz-es ipari valós idejű processzort és FPGA chipet is tartalmaz ugyanabban a keretben, így kiválóan alkalmazható beágyazott rendszerekben vezérlő és monitoring alkalmazások építésénél.

A számos I/O modul közül az NI 9425 típusú passzív (sinking DI) bemenetű modult választották a fotocellák, a helyzetérzékelők és a végálláskapcsolók jeleinek fogadására. Az NI 9476 típusú aktív kimenetű (sourcing DO) modul vezérli a pneumatikus szelepeket, a hidraulikus munkahengereket, a víz- és vákuumszivattyúkat, valamit a kosárban elhelyezett tisztítandó alkatrészek jelentette terhelés egyenletes mozgását is biztosítja. NI 9203 adatgyűjtő modul méri a tisztítókamra nyomását (vákuum), valamint NI 9211 hőelemes bemenetű modult használnak a víz, a szárítólevegő, a terhelés és a mosókamra hőmérsékletének mérésére.

Mindezek mellett egy beépített érintőképernyős NI PPC-2115 ipari panel-PC volt a legjobb választás az kezelőfelület megvalósítására. Ezzel a technológiával felhasználóbarát, magas szinten menedzselhető környezetet alakítottak ki a teljes tisztítósor állapotának megjelenítésére, amely helytakarékos megoldásával ideális nagy, grafikus kezelői felületű (HMI) alkalmazások esetén. A rendszer vezérlésére a LabVIEW grafikus szoftverfejlesztő környezetet választották, amelyet könnyű használni, ezen felül hordozható és skálázható megoldást kínál. A LabVIEW a fejlesztéshez szükséges idő jelentős csökkentését is segítette.

A tisztítósor kialakítása

A tisztítósort a szlovén Bosio d.o.o tervezte és fejlesztette, a két fő elemére vonatkozó követelmények figyelembevételével. Az első fő elem a szállítórendszer, amely optimális helykihasználást biztosít, a tisztítandó alkatrészeket szállító kosarakat a szállítórendszer utolsó szabad pozíciójába irányítja. Az operátorok két helyen tölthetik a kosarakat a tisztítókamrába, majd indíthatják a szállítószalagot. A kosár a mosótérbe kerülés előtt kap egy fedelet, amelyet a folyamat végén automatikusan eltávolít a rendszer. A kosarak automatikus ürítése két lépésben történik.

A szállítórendszer fejlesztése során a legnagyobb kihívást a kívánt sebesség és a megbízhatóság biztosítása jelentette. A rendszerben lézeres fotocellákkal érik el, hogy a kosarak helyzete milliméter pontossággal meghatározott legyen. A kosár fedelének mozgatása is nagy pontosságot igényel. A kosár ürítésének sebességét pozíciómérésre vezetik vissza, amelyhez enkódert használnak: impulzusainak méréséből a megfelelő skálázás után megkapják az alkatrész pontos helyzetét. A második fő elem maga a mosási folyamat, amely több lépésből áll, és amelynek eredményeként az alkatrész tiszta és száraz állapotú lesz.

A mosási folyamat tökéletes kivitelezése a mechanikai, a villamos és a programozási követelmények együttes teljesülését igényli. A mechanikai követelmények között különböző opciók szerepeltek a megfelelő mosási minőség elérése érdekében. A rendszer vízsugár, a tisztítandó elemek mozgatása, sűrített levegős buborékoltatás, vákuumtechnika és a fűtés különféle kombinációival végzi az alkatrészek tisztítását. A feladat nagy mennyiségű adat gyűjtését és feldolgozását igényli, valamint hőmérsékletet, nyomást, vízszintet és a kosár pozícióját kell szabályozni.

Erre a feladatra megfelelő pontosságot és válaszidőt kínáló PID szabályozókat használnak, így biztosítva a mosási folyamat egyenletes minőségét. A LabVIEW és az NI PPC-2115 ipari panel-PC alkalmazása lehetővé teszi, hogy a kezelő gyorsan ellenőrizni tudja az állapotot, észrevegye a hibákat, a leállásokat, illetve figyelemmel kísérje a mosásra került alkatrészek pozícióját és számát. A technikai személyzet láthatja a motorok és szivattyúk állapotát, a hőmérsékletet és a nyomásértékeket. Mindezek mellett a LabVIEW fejlesztői környezet könnyű használatának köszönhetően a kezelő virtuális billentyűzet segítségével könnyedén írhatja, átrendezheti, mentheti és betöltheti a mosógép diagramjait, vagy dolgozhat velük. Mivel a rendszer folyamatosan monitorozza a riasztásokat és jelzéseket, a hibák felfedezésének ideje jelentősen csökkent.

Végső következtetések

A mérnökök által tervezett összetett gépeket gyakran betanított személyzet kezeli, és ennek tagjai nem rendelkeznek magas szintű programozói tudással. Az ilyen összetett rendszereknek ezért olyan kifinomultnak kell lenniük, hogy a dolgozók valamennyi műveletet kezelni tudják, és egyúttal olyan felhasználóbarát kezelőfelülettel kell rendelkezniük, amelyen keresztül egy technikus a felügyelőmérnök bevonása nélkül működtetni tudja a rendszert. Az NI termékek felhasználásával épített megoldás nagy teljesítményű összetett rendszer, egyszerű és könnyen olvasható kezelői felülettel, fejlett funkcionalitással és pontos adatelemzéssel, tehát teljesíti a szóban forgó elvárásokat.