Μεταφορικη ταινια

Έλεγχος κίνησης μεταφορικής ταινίας με εξοικονόμηση ενέργειας

Στις εγκαταστάσεις μίας βιομηχανικής μονάδας έχει τοποθετηθεί μεταφορική ταινία, η οποία μεταφέρει κιβώτια από την αποθήκη στο σημείο φόρτωσης. Προκειμένου να επιτευχθεί η κατά το δυνατό οικονομικότερη και ενεργειακά αποδοτικότερη λειτουργία της ταινίας, πρέπει να πραγματοποιηθεί ο κατάλληλος αυτοματισμός. Έτσι, θα πρέπει η μεταφορική ταινία να τίθεται σε λειτουργία μόνο όταν «ανιχνευθεί» κιβώτιο στο άκρο που βρίσκεται στην αποθήκη. Σε περίπτωση που για οποιοδήποτε λόγo πρέπει να διακοπεί η διαδικασία της μεταφοράς, θα πρέπει να έχει γίνει πρόβλεψη για ένα μπουτόν Stop, το οποίο θα βρίσκεται κοντά στον εργάτη που φορτώνει τα κιβώτια. Όταν ο εργάτης απενεργοποιήσει το Stop τότε η διαδικασία θα πρέπει να συνεχίζεται κανονικά. Στον πίνακα ελέγχου της ταινίας, θα πρέπει να υπάρχει ένα Emergency Stop, το οποίο όταν ενεργοποιηθεί, διακόπτει όλη την διαδικασία και δεν επιτρέπει την εκκίνηση της ταινίας όταν τοποθετηθεί κιβώτιο στο άκρο της. Στην περίπτωση αυτή, θα πρέπει να υπάρχει ένα μπουτόν Start στον πίνακα ελέγχου, για την εκ νέου ενεργοποίηση της διαδικασίας. Εξαιτίας του συγκεκριμένου αριθμού κιβωτίων που μπορεί να μεταφέρει το φορτηγό, θα πρέπει η λειτουργία της ταινίας να σταματάει  μετά τη μεταφορά  100 κιβωτίων. Κατάλληλες ενδεικτικές λυχνίες θα ενημερώνουν τον χειριστή.

bcb

Ανάλυση απαιτήσεων

Πριν περάσουμε στο επόμενο βήμα που είναι η επιλογή του κατάλληλου PLC, θα πρέπει να αναλύσουμε τις απαιτήσεις του συστήματος.

Πρώτα από όλα είναι σαφές ότι το μπουτόν Start δεν θα δίνει εντολή λειτουργίας στον κινητήρα, αλλά θα θέτει το σύστημα σε κατάσταση ετοιμότητας και θα πραγματοποιεί το Reset της διαδικασίας (όταν αυτό απαιτείται). Προκειμένου να λειτουργήσει η ταινία, θα πρέπει ένας αισθητήρας (φωτοκύτταρο) να «ανιχνεύει» την παρουσία κιβωτίου στην άκρη της ταινίας.

Η ταινία μεταφέρει το κιβώτιο από την αποθήκη στο σημείο φόρτωσης σε χρόνο έστω 10 sec. Μετά το πέρας αυτού του διαστήματος, η λειτουργία του κινητήρα σταματάει αυτόματα. Σε περίπτωση που ο εργάτης φορτώσει δεύτερο κιβώτιο στην μεταφορική ταινία, πριν φτάσει το προηγούμενο στον προορισμό του, θα πρέπει ο χρόνος λειτουργίας της ταινίας να ανανεωθεί (reset του χρονικού).

Κάθε φορά που ο εργάτης θα φορτώνει ένα κιβώτιο, θα πρέπει να ανιχνεύεται από φωτοκύτταρο και να προσμετράται στον μετρητή κιβωτίων. Όταν ο μετρητής μετρήσει 100 κιβώτια, η διαδικασία διακόπτεται (ο κινητήρας δεν ενεργοποιείται πια από το φωτοκύτταρο). Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να πατηθεί και πάλι Start για την επανεκκίνηση της διαδικασίας.

Αν για οποιοδήποτε λόγω ο εργάτης ενεργοποιήσει το μπουτόν Stop που βρίσκεται κοντά του (Simple Stop), διακόπτεται η κίνηση της ταινίας. Για να την εκκίνηση της ταινίας μετά από Simple Stop θα πρέπει είτε να φορτωθεί νέο κιβώτιο, είτε να υπάρχει η δυνατότητα χειροκίνητης εκκίνησης του κινητήρα (μπουτόν Manual Start).

Αν για οποιοδήποτε λόγω ο χειριστής ενεργοποιήσει το Emergency Stop από τον πίνακα ελέγχου, τότε διακόπτεται ολόκληρη η διαδικασία, χωρίς να υπάρχει η δυνατότητα ενεργοποίησης του κινητήρα από το φωτοκύτταρο ή το μπουτόν Manual Start. Στην περίπτωση αυτή θα πρέπει να πατηθεί το μπουτόν Start το οποίο θα κάνει Reset σε ολόκληρο το κύκλωμα (μετρητή κιβωτίων και χρονικό).

Εφόσον έχει ενεργοποιηθεί το μπουτόν Simple Stop, σημαίνει ότι η διαδικασία θα πρέπει να συνεχιστεί κανονικά. Για την ενεργοποίηση της μεταφορικής ταινίας θα πρέπει είτε να φορτωθεί νέο κιβώτιο, είτε να έχει γίνει πρόβλεψη για μπουτόν Manual Start. Μετά την ενεργοποίηση αυτού του μπουτόν, η ταινία θα λειτουργήσει και πάλι για 10 sec, ωστόσο ο μετρητής κιβωτίων θα πρέπει να μην αυξηθεί.

Επιλογή του κατάλληλου PLC

Η επιλογή του κατάλληλου PLC για την κάθε εφαρμογή εξαρτάται από πολλούς παράγοντες μεταξύ των οποίων είναι οι παρακάτω:

  1. Πλήθος απαιτούμενων ψηφιακών εισόδων,
  2. Πλήθος απαιτούμενων ψηφιακών εξόδων,
  3. Επιθυμητή γλώσσα προγραμματισμού του PLC (Ladder, Function Block Diagram, Instruction List)

Προκειμένου να υλοποιηθεί αυτός ο απλός αυτοματισμός με PLC, θα πρέπει να εξετάσουμε τις εισόδους και τις εξόδους του κυκλώματος. Με τον τρόπο αυτό, θα καταλήξουμε με ασφάλεια στην επιλογή του κατάλληλου PLC, το οποίο θα διαθέτει το πλήθος και τον τύπο των επιθυμητών Ι/Ο.

Είσοδοι του PLC

Στοιχείο του κυκλώματος

Έξοδοι του PLC

Στοιχείο του κυκλώματος

I1

Κατάσταση ετοιμότητας (Start Mode)

Q1

Κινητήρας (Motor)

I2

Επαφή ΝΟ του φωτοκυττάρου (Photocell)

Q2

Κόκκινη λυχνία (Process Off)

I3

Χειροκίνητη λειτουργία (Manual Start)

Q3

Πράσινη λυχνία (Process On)

I4

Stop έκτακτης ανάγκης (Emergency Stop)

Q4

Ενδεικτική λυχνία του μετρητή (Counter Preset)

I5

Απλό Stop (Simple Stop)

I6

Επαφή NO θερμικού (Thermal Relay NO Contact)

Όπως παρατηρούμε στον παραπάνω πίνακα, για την υλοποίηση αυτού του προγράμματος στο PLC απαιτούνται 6 ψηφιακές είσοδοι και 4 ψηφιακές έξοδοι.

Το πρόγραμμα ZelioSoft 2 του  Zelio PLC της Schneider Electric μας δίνει τη δυνατότητα προγραμματισμού σε  Function Block Diagram (γλώσσα FBD). Η FBD μάς δίνει μεγάλη άνεση σε τέτοιου είδους εφαρμογές, όπου το Set και Reset των εξόδων του PLC θα πρέπει να προκύπτει μέσα από μία συνδυαστική λογική της κατάστασης των στοιχείων του κυκλώματος. Για παράδειγμα για να λειτουργήσει ο κινητήρας θα πρέπει:

  1. Να έχει δοθεί Start  Mode και (λογικό AND),
  2. Να υπάρχει σήμα από το φωτοκύτταρο ή (λογικό OR),
  3. Να δοθεί Manual Start και,
  4. Να μην υπάρχει σήμα από τον μετρητή (λογικό Not  ή Reset)  ή (λογικό OR),
  5. Να μην είναι πατημένο το Emergency Stop (λογικό Not  ή Reset)  και (λογικό AND),
  6. Να μην υπάρχει σήμα από το χρονικό, ή το Emergency Stop, ή το Simple Stop ή το Thermal Relay NO Contact.

Σύντομη περιγραφή του προγράμματος

ZELIO FBD1

Αμέσως μόλις ενεργοποιήσουμε την κατάσταση προσομοίωσης (πλήκτρο Simulation επάνω δεξιά στην οθόνη και μετά Run), παρατηρούμε ότι η κόκκινη ενδεικτική λυχνία είναι αναμμένη (Q2). Αυτό σημαίνει ότι για να ξεκινήσει η λειτουργία θα πρέπει να πατήσουμε το μπουτόν Start Mode του προγράμματος (με διπλό κλικ στην  είσοδο I1).  Παρατηρούμε ότι μόλις το σύστημα μπει σε κατάσταση ετοιμότητας, σβήνει η κόκκινη και ανάβει η πράσινη λυχνία (Q3). Μόλις ενεργοποιηθεί το φωτοκύτταρο (διπλό κλικ στην I2) θα δούμε τον κινητήρα (Q1) να περιστρέφεται για όσο χρόνο έχουμε ορίσει στο χρονικό (μπλοκ B07).

zelio fbd motor on

Έστω ότι το επιθυμητό χρονικό διάστημα λειτουργίας του κινητήρα είναι 10 sec. Αν ενεργοποιηθεί το φωτοκύτταρο πριν να παρέλθει το διάστημα των 10 sec, παρατηρούμε ότι το χρονικό μηδενίζει και αρχίζει ξανά τη μέτρηση από το 0. Με αυτόν τον τρόπο, μπορεί ο εργάτης να φορτώνει συνεχώς κιβώτια. Ακόμα και για το τελευταίο κιβώτιο θα υπάρχει ο απαραίτητος χρόνος των 10 sec ώστε να φτάσει στο άλλο άκρο της μεταφορικής ταινίας.

Έστω ότι ο επιθυμητός αριθμός κιβωτίων που θα μεταφερθούν είναι 5. Παρατηρούμε ότι κάθε φορά που ενεργοποιείται το φωτοκύτταρο, το περιεχόμενο του μετρητή (μπλοκ Β10) αυξάνεται κατά μία μονάδα. Την πέμπτη φορά που θα ενεργοποιηθεί το φωτοκύτταρο, ο μετρητής θα μετατρέψει την έξοδό του από OFF σε ΟΝ και θα θέσει τον κινητήρα εκτός λειτουργίας. Παράλληλα, θα ενεργοποιήσει τις εξόδους Q2 και Q4 (κόκκινη ενδεικτική λυχνία Process Off και ενδεικτική λυχνία Counter Preset, αντιστοίχως). Στο σημείο αυτό, για την επαναφορά του συστήματος σε κατάσταση ετοιμότητας πρέπει να πατηθεί το μπουτόν Start Mode (I1).

Πατώντας το μπουτόν Manual Start, ο κινητήρας της μεταφορικής ταινίας παίρνει εντολή ενεργοποίησης για χρόνο ίσο με 10 sec. Ωστόσο παρατηρούμε ότι το πάτημα αυτού του μπουτόν, δεν αυξάνει το περιεχόμενο του μετρητή κιβωτίων. Ο λόγος συνοψίζεται ως εξής: Με το πάτημα του Simple Stop ο εργάτης μπορεί να διακόψει την κίνηση της ταινίας. Με το μπουτόν Manual Start μπορεί να ενεργοποιήσει και πάλι τον κινητήρα χωρίς να χρειαστεί να φορτώσει κιβώτιο στην ταινία. Θα μπορούσε να σκεφτεί κανείς ότι η ταινία μπορεί να ενεργοποιηθεί αν έστω ο εργάτης περνούσε το χέρι του μπροστά από το φωτοκύτταρο κόβοντας έτσι την δέσμη του φωτός. Κάτι τέτοιο, θα προκαλούσε φυσικά την επανεκκίνηση του κινητήρα όμως ο μετρητής θα μετρούσε την ενέργεια αυτή σαν να επρόκειτο για κιβώτιο. Επίσης με τη χρήση του μπουτόν Manual Start μπορούμε να ενεργοποιήσουμε την ταινία παρακάμπτοντας τον μετρητή. Με τον τρόπο αυτό, ο εργάτης μπορεί να εξακολουθεί να φορτώνει κιβώτια χωρίς αυτά να προσμετρούνται από τον μετρητή ή ακόμα και όταν ο μετρητής χρειάζεται Reset.

Το πάτημα του μπουτόν Simple Stop (I5) και το κλείσιμο της επαφής NO του θερμικού (I6), προκαλούν την απενεργοποίηση του κινητήρα. Ωστόσο το σύστημα παραμένει σε κατάσταση αναμονής. Δηλαδή, αφενός δεν χάνεται το περιεχόμενο του μετρητή και αφετέρου ο κινητήρας μπορεί να ενεργοποιηθεί από το φωτοκύτταρο ή το Manual Start, όταν φυσικά ο χειριστής απενεργοποιήσει το Simple Stop ή επαναφέρει το θερμικό.

Το πάτημα του μπουτόν Emergency Stop (Ι4) προκαλεί την απενεργοποίηση όλου του συστήματος. Για την επαναφορά του συστήματος σε κατάσταση ετοιμότητας θα πρέπει να ενεργοποιηθεί το μπουτόν Start Mode (Ι1). Κάτι τέτοιο ωστόσο, θα προκαλέσει εκτός των άλλων και το μηδενισμό του μετρητή.

Παρατηρήσεις:

  1. Σε κάθε περίπτωση, είτε ενεργοποιώντας την ταινία από το φωτοκύτταρο, είτε από το Manual Start ο κινητήρας θα λειτουργήσει μόνο για όσο χρονικό διάστημα έχει οριστεί στο χρονικό.
  2. Με το μπλοκ B22 (πύλη AND) πετυχαίνουμε την αύξηση του περιεχομένου του μετρητή με το σήμα του φωτοκυττάρου (I2), ΜΟΝΟ όταν το σύστημα βρίσκεται σε κατάσταση ετοιμότητας (έχει δοθεί I1). Σε αντίθετη περίπτωση, το φωτοκύτταρο θα αύξανε τον μετρητή ακόμα και όταν το σύστημα βρισκόταν σε αδράνεια.

zelio selection

Επιλογή του Zelio. Διαθέτει ικανότητα προγραμματισμού σε γλώσσα FBD

Συντάκτης:
Γιάννης Σοφιανίδης
Μηχανικός Αυτοματισμού Τ.Ε.

References: Giannis Sofianidis (2013), Automation Engineer, for the sofianidis.eu