TITOLO ESPERIENZA: Controllo della Stazione di … · Il modello fischertechnik si è dimostrato...

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TITOLO ESPERIENZA: Controllo della Stazione di lavoro Pneumatica a 24V di

fischertechnik mediante il PLC Siemens S7-1200 e il software Step 7 TIA Portal

PRODOTTI UTILIZZATI:

OBIETTIVO: Realizzare l’integrazione tra Siemens e fischertechnik, interfacciando la stazione pneumatica a 24V di fischertechnik con il PLC Siemens S7-1200 mediante il software Step 7 TIA Portal.

AUTORE: Pietro Alberti (Media Direct srl, Italia) – [email protected]

RINGRAZIAMENTI: Roberto Guidi (Siemens SCE, Italia) Wohlfarth Laurenz (fischertechnik GmbH, Germany)

FILE A CORREDO:

Software: Stazione Pneumatica fischertechnik+Siemens (3.3 MB) Video: http://youtu.be/taJbfA0wTns

Dedicato a Marco, Luca, Chiara, Francesco e Maria


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FISCHERTECHNIK: DESCRIZIONE DEL MODELLO Un pezzo cilindrico da lavorare viene depositato in un’area di ingresso, facendolo calare dall’alto. Poi viene spostato su una base rotante mediante un pistone pneumatico. Grazie alla base rotante il pezzo viene portato sotto ad una pressa pneumatica per la lavorazione. Quando la pressa ha completato il lavoro, la base rotante riparte e porta il pezzo verso un’area di scambio ove viene spostato su un nastro trasportatore mediante un cilindro pneumatico a doppio effetto. Il pezzo viene infine trasportato in uscita fino ad una barriera fotoelettrica, pronto per essere prelevato da una pinza o per continuare su un altro nastro trasportatore. Il modello è costituito da 6 INGRESSI (I1,…,I6) e 7 USCITE (Q1,…,Q7). 6 INGRESSI: I1: barriera fotoelettrica nastro trasportatore (pezzo pronto in uscita) I2: pulsante presenza pezzo in area di scambio “torretta-nastro trasporatatore” I3: pulsante presenza pezzo in area pressa (per lavorazione) I4: pulsante base rotante I5: barriera fotoelettrica (pezzo inserito per caduta dall’alto) I6: pulsante di Start/Stop 7 USCITE: Q1: motore nastro trasportatore on/off Q2: motore base rotante on/off Q3: azionamento pneumatico (posizione predefinita x cilindro area scambio “BaseRot-Nastro”) Q4: azionamento pneumatico (sposta il pezzo nel nastro trasportatore) Q5: azionamento pneumatico (pressa) Q6: azionamento pneumatico (spinge il pezzo dall’area di ingresso verso la base rotante) Q7: motore compressore pneumatico on/off


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Il modello fischertechnik funziona a 24 Volt: i segnali di ingresso/uscita possono essere collegati direttamente al PLC!

Il modello arriva dal produttore fischertechnik già assemblato e cablato con una schedina per l’interfacciamento al PLC. Tale schedina include una morsettiera con contatti a molla per rapido test/prototipazione e un connettore IDC maschio 26P diritto per cavi flat/piatti. Il modello include un documento che descrive precisamente la piedinatura dei contatti disponibili nella scheda per l’interfacciamento:


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La numerazione dei terminali del connettore IDC maschio 26P per cavi flat coincide con quella dei contatti a molla.

Motore Lampada Fototransistor Pulsante Compressore pneumatico

Elettrovalvola pneumatica

24V , Imax=300 mA 24V, Imax=40 mA 24V , Imax=75 mA

Utilizzati per

azionare il nastro trasportatore e la

base rotante.

La barriera fotoelettrica è composta da una lampada

allineata ad un fototransistor e rappresenta un contatto NC,

(normalmente chiuso, e quindi a livello logico alto H).

Se il pezzo interrompe il fascio di luce, il sensore fornisce un valore

logico basso L.

E’ utilizzato come fine corsa, per contare

impulsi o per rilevare la

presenza di un oggetto

per contatto.

Il compressore

può essere lasciato

“sempre” acceso:

fornisce aria al circuito

pneumatico.

Un impulso

logico “alto” di 300/500 ms è sufficiente per azionare un cilindro ( per muovere il

pistone in tutta la sua corsa)


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FISCHERTECHNIK: CIRCUITO PNEUMATICO Il compressore genera aria che viene distribuita nel circuito pneumatico mediante dei tubi in gomma blu. L’aria serve per muovere i pistoni dei cilindri pneumatici: grazie ad essi si riesce a “spingere” o “spostare” il pezzo da lavorare in aree diverse. I cilindri pneumatici sono comandati mediante elettrovalvole: un impulso logico “alto” (24 Volt per una durata di 300 ms) è sufficiente per muovere il pistone in tutta la sua corsa. Nel modello ci sono 3 cilindri pneumatici, comandati da 4 elettrovalvole:

- cilindro a singolo effetto: nell’area di ingresso, per spingere il pezzo dal punto di inserimento iniziale nella base rotante; è comandato dall’elettrovalvola Q6

- cilindro a singolo effetto: pressa; è comandato dall’elettrovalvola Q5 - cilindro a doppio effetto: per spostare il pezzo dalla base rotante al nastro

trasportatore; è comandato da due elettrovalvole Q3 (pistone fuori) e Q4 (pistone dentro).


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SIEMENS: PLC S7-1200 Il PLC scelto per il controllo del modello è un Siemens S7-1200. Per la precisione è stata scelta la CPU 1212C AC/DC/Relè: 8 DI ingressi digitali, 6 DO uscite relè, e 2 AI ingressi analogici, 1 presa di rete Ethernet ed è programmabile con il potente software Siemens TIA Portal. La CPU 1212 dispone di 6 uscite. Avendo la necessità di 7 uscite si è fatto ricorso ad un modulo di espansione aggiuntivo 8DI/8DO. Ecco alcune considerazioni in merito a tale scelta: - La scelta è ricaduta sull’alimentazione di rete AC (220V), per evitare l’uso di un alimentatore esterno a 24 VDC. Gli ingressi e le uscite digitali sono perfette per la comunicazione con il mondo fischertechnik: - le uscite relè sono già in grado di azionare direttamente i motori fischertechnik. - gli ingressi digitali che possono essere collegati direttamente ai segnali di feedback provenienti dai sensori fischertechnik. Inoltre la CPU è dotata di un Web server che consente l'accesso tramite pagine Web ai dati della CPU e ai dati di processo in essa contenuti. Il PLC S7-1200 fornisce inoltre un supporto per la creazione di pagine Web personalizzate dalle quali è possibile accedere ai dati della CPU. Queste pagine possono essere sviluppate con un qualsiasi strumento di progettazione con linguaggio HTML e comprendono dei comandi "AWP" (Automation Web Programming) predefiniti nel codice HTML per accedere ai dati della CPU: ottimo spunto per una esercitazione futura.


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ALIMENTAZIONE E COLLEGAMENTI ELETTRICI Alimentazione del modello fischertechnik: Il modello richiede una alimentazione a 24 Volt e, valutando il consumo richiesto (vedi Imax dei componenti fischertechnik a pagina 3), si è utilizzato un alimentatore 24V LOGO!Power 24V/1.3A. - I due terminali (+24V e –24V) vanno collegati rispettivamente ai pin 1 e 3 della schedina fischertechnik,. - I pin 1 e 2 nella schedina fischertechnik (24VDC) vanno collegati assieme (facendo un ponticello tra i 2 morsetti) - I pin 3 e 4 nella schedina fischertechnik (GND) vanno collegati assieme (altro ponticello)

Alimentazione del PLC S7-1200: Avendo scelto la versione AC/DC/RLY, basta collegare (con attenzione) i 220V ai terminali L1 e N del PLC. Notare che il PLC offre una tensione 24VDC (terminali L+,M), ma serve solo come uscita di alimentazione per sensori a 24 V DC: NON si può usare questa tensione per alimentare il modello fischertechnik. -Il morsetto 1M (massa per gli ingressi digitali) va collegato al morsetto –24V del modello fischertechnik (pin 3 della schedina fischertechnik), per una maggiore immunità al rumore. -Il morsetto 1L delle uscite relè va collegato al morsetto +24V dell’alimentatore LOGO!Power.

Collegamenti ingressi/sensori e uscite/motori: I segnali dei sensori fischertechnik (I1, I2, I3, I4, I5, I6) possono essere collegati direttamente agli ingressi del PLC S7-1200. I segnali delle uscite fischertechnik (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7) possono essere collegati direttamente alle uscite relè dell’S7-1200.


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COLLEGAMENTO ETHERNET Il PLC S7-1200 dispone di una porta Ethernet RJ45. Per la programmazione è stato usato un computer, munito di porta Ethernet e del software TIA Portal. Nel PLC S7-1200 si deve impostare un indirizzo IP compatibile con il PC (operazione molto semplice, eseguibile mediante il software TIA Portal).

Nella tabella seguente è riportata la configurazione usata nell’esperienza.

COMPUTER PLC S7-1200

Indirizzo IP: 192.168.0.22 192.1768.0.235

Sottorete: 255.255.255.0 255.255.255.0

PC

STEP7

(TIA Portal)

S7-1200

Collegamento Ethernet


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PROGRAMMAZIONE DEL PLC Ingressi e uscite sono così configurati:

Segnali Siemens S7-1200

Segnali fischertechnik

I 0.0 I1 Barriera fotoelettrica, uscita pezzo, normalmente CHIUSA (H)

I 0.1 I2 Pulsante, pezzo da spostare su nastro, normalmente APERTO (L)

I 0.2 I3 Pulsante, pezzo sotto alla pressa, normalmente APERTO (L)

I 0.3 I4 Pulsante, base rotante, normalmente APERTO (L)

I 0.4 I5 Barriera fotoelettrica, inserim. pezzo, normalmente CHIUSA (H)

I 0.5 I6 Pulsante, Start/Stop, normalmente APERTO (L)

Q 0.0 Q1 Motore nastro trasportatore on/off

Q 0.1 Q2 Motore base rotante on/off

Q 0.2 Q3 Elettrovalvola (pistone fuori); area scambio Base.Rot.-Nastro

Q 0.3 Q4 Elettrovalvola (pistone dentro); area scambio Base.Rot.-Nastro

Q 0.4 Q5 Elettrovalvola (pistone fuori); pressa, con ritorno automatico Q 0.5 Q6 Elettrovalvola (pistone fuori); area ingresso, ritorno aut. Q 8.0 Q7 Motore compressore on/off

Per governare il funzionamento del sistema è stato implementato un modello a stati. Si è utilizzato il linguaggio di programmazione SCL (Structured Control Language) presente nel Siemens TIA Portal. Il linguaggio SCL è molto simile al linguaggio di PASCAL e aiuta a fare un rapido sviluppo del software. Ecco una schermata della funzione richiamata nell’OB1 ciclico:

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FOTO FINALE (01-03-2013)


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CONSIDERAZIONI FINALI (01-03-2013) Il modello fischertechnik si è dimostrato molto interessante per la possibilità di sperimentare la pneumatica nel consto dell’automazione industriale. Ecco alcune riflessioni finali suddivise tra hardware e software. HARDWARE Cablaggio: è comodo, basta un semplice tester per verificare la correttezza dei contatti. Si può cablare il tutto con fili volanti, grazie alla morsettiera con contatti a molla, però risulta più ordinato e facile da montare/smontare se si usa un cavo flat (cavo piatto) con connettore IDC maschio 26P, visto che la schedina fischertechnik offre anche un altro connettore proprio a tal scopo. Si potrebbe ulteriormente rendere più flessibile mediante l’impiego delle morsettiere rimovibili di Siemens, che consentono di cablare il sistema una sola volta, con un conseguente risparmio di tempo prezioso.

Stati logici I/O: è molto utile il fatto di avere sulla CPU i led indicatori dello stato degli ingressi e delle uscite (DI/DO) in fase di collegamento e debug del sistema: si può capire al volo lo stato dei sensori. In particolare si può notare che le barriere fotoelettriche del modello sono normalmente allo stato logico alto (true, H, 1) e passano allo stato logico basso quando sono interrotte dal pezzo; i fine corsa invece (se non premuti) sono allo stato logico basso (false, L , 0). Numero di ingressi/uscite: la CPU usata (1212C AC/DC/RLY) è estremamente potente e veloce. Il numero di uscite richieste in questo modello supera quelle realmente disponibili nella singola CPU ed è stato necessario l’utilizzo di un modulo Siemens di espansione di ingressi/uscite. In tal modo però si può arrivare a gestire una vera e propria “catena di montaggio” combinando assieme gli altri modelli fischertechnik a 24V:

Pannello operatore: nell’esperienza si potrebbe aggiungere un pannello operatore, per gestire e visualizzare il modello in maniera più versatile e aumentare così l’interazione uomo-macchina. TIA Portal offre un ambiente di programmazione dei pannelli operatore (HMI) che permette in tempi rapidi di sviluppare la propria applicazione.

Nastro

trasportatore Braccio robotico a 3 assi con pinza

Nastro trasportatore a C con 2 isole di lavoro

Stampatrice con nastro trasportatore


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SOFTWARE Il software realizzato è “essenziale”, ridotto al minimo, giusto per mettere in funzione il sistema e compiere il ciclo di lavorazione per 1 pezzo alla volta. Ma sono tanti i possibili complementi e/o varianti che si potrebbero implementare, tra cui la parametrizzazione del sistema (tempi di ritardo per la movimentazione del pezzo, conteggio pezzi lavorati, inserire e lavorare più pezzi in contemporanea, ecc.). Come ultimo aspetto software, si potrebbe sviluppare un sistema di supervisione/controllo via Web, grazie al Web server integrato nella CPU S7-1200 che consente di sviluppare pagine HTML specifiche per la propria applicazione.

Grazie per la vostra attenzione!

Pietro Alberti

[email protected]

01 Marzo 2013

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http://www.youtube.com/upload

http://www.youtube.com/user/CampuStoreEducation?feature=watch

http://www.youtube.com/user/CampuStoreEducation/videos

http://www.youtube.com/watch?v=Cjlb3Iu071M





http://www.youtube.com/watch?v=DmW3WLfbYNM




http://www.youtube.com/watch?v=Hh_Kx7UKndI






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pneumatica.Quindi la torretta porta il pezzo in un'area di scambio ove, un cilindro pneumatico a doppio effetto lo sposta su un nastro trasportatore. Infine il pezzo arriva in uscita e si ferma dopo aver raggiunto una barriera fotoelettrica, in posizione atta per il prelevamento da una pinza robotica o per continuare su un altro nastro. Maggiori informazioni su: www.CampuStore.it

http://support.google.com/youtube/?hl=it-IT&p=

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http://www.youtube.com/yt/creators/it/

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