Koncem letošního semestru akademického roku 2008/09 bylo na Ústavu
výrobních strojů a zařízení Fakulty strojní ČVUT slavnostně otevřeno
Školicí středisko FESTO. Část nového vybavení se pořizovala v rámci
projektu Fondu rozvoje vysokých škol „Modernizace laboratoře pneumatiky
a NC řízení“. Jedná se zejména o mechatronický manipulátor
od firmy FESTO, vzniklý z těsné spolupráce Ústavu výrobních strojů
a zařízení – FESTO (za podpory firem ARGO-HYTOS, ALUTEC K&K a HENN -
LICH INDUSTRIETECHNIK), výukový systém Pneutrainer od firmy SMC
Industrial Automation CZ pro zapojení základních pneumatických obvodů
včetně proporcionální techniky a hydraulický agregát SA4-250 s příslušenstvím,
dodaný domácím výrobcem ARGO-HYTOS.
Manipulátor je značně originální svým pojetím.
V jeho konstrukci se využívají elektrické, pneumatické
a hydraulické pohony ovládané programovatelnými
automaty prostřednictvím ventilových terminálů.
Komunikační a datové toky probíhají přes
standardní rozhraní Ethernet nebo zabezpečenou
wifi-sítí. Unikátnost celého zařízení spočívá zejména
v porovnání různých prostředků, které mohou
vykonávat identické úkony nebo pro součinnost ve
vzájemné interakci.
Popis manipulačního systému
Celá sestava manipulačního systému je koncipována
s cílem vytvořit variabilní kompletní systém,
který je nositelem konvenčních i progresivních
automatizačních prvků. Jde o rozšíření stávajících
výukových možností, názorné ukázání rozdílů
mezi ekvivalentními prvky a jejich vliv na výsledné
konstrukční provedení.
Systém je sestaven ze stolu s výsuvným nosičem,
tří stanic a z řídicích bloků stanic.
První provozní alternativou celého systému je
automatický režim, kdy jsou možné manipulační
cykly mezi jednotlivými stanicemi a zároveň lze
celé zařízení dynamicky budit přímočarým pohybem
výsuvného nosiče. Druhou možností je samostatný
režim čtyř autonomních pracovišť, to je stanic
1, 2 a 3 a stolu s výsuvným nosičem.
Stůl s výsuvným nosičem
Tuhý rám stolu s výsuvným
nosičem je sestaven z hliníkových
profilů systému
Alutec. Snadná
montáž a demontáž
jednotlivých
profilů stolu
umožňuje přizpůsobit
rám aktuálním požadavkům. K přesnému vedení
výsuvného nosiče (1.1) v rámu stolu (1.2) jsou
určeny dvě sestavy alternativních vedení rám stolu
– výsuvný nosič. První sestava je tvořena kluzným
vedením IGUS, druhá valivým vedením THK.
Zdvih nosiče vůči rámu lze realizovat jak hydraulickými,
tak i pneumatickými lineárními motory.
Pneumatický motor je vybaven pneumaticky ovládanou
mechanickou brzdou, která ustavuje mechanismus
v požadované poloze. Bezpečné zajištění
polohy hydromotoru obstará hydraulický zámek.
Samozřejmostí jsou tekutinové prvky pro řízení
rychlosti, silových účinků nosiče a jeho polohování
ve zpětné vazbě.
Stanice 1
U stanice 1 je použita elektrická pohonná jednotka
DNCE+MTR-DCI (2.1) s vodicí jednotkou
FENG (2.2) pro zajištění výsuvu, přesné saně DGSL
(2.3) pro svislý pohyb, paralelní úchopná hlavice
s přídavným kyvným pohybem HGDS (2.4)
a pneumatický přímočarý motor (2.5) pro otáčení
celé sestavy se zaměnitelností za přímočarý hydromotor
nebo elektrickou výsuvnou jednotku.
Pohonná jednotka (2.1) symbolizuje trend doby:
stejnosměrný elektromotor, převodovka, odměřování,
interní rychlá regulace v uzavřené smyčce,
displej a ovládací tlačítka – vše v jednom tělese,
napájení 24 V, možnost řízení manuálním způsobem
přes ovládací panel, binárními signály nebo
s využitím průmyslové sítě (Profibus, DeviceNet,
CanOpen).
Stanice 2
Na stanici 2 vykonává přímočarý pohyb bezpístnicový
pneumatický pohon DGC (3.1) doplněný
o modul aktivní jednosměrné mezipolohy s tlumením
(pneumaticky vyklápěný doraz) . Uspořádání
všech prvků pohonu je voleno tak, aby bylo možné
zajistit všechny montážní a seřizovací úkony z jediného
směru. Kyvný pohyb zajišťuje pohon DRQD
(3.2) se středovou polohou a tlumením v koncových
polohách. Pro uchopení objektu je použita
pneumatická paralelní hlavice, tentokrát je to nejčastěji
v praxi používaný typ HPG-B (3.3).
Stanice 3
Na stanici 3 je k rotaci využita jedna z funkcí kyvného
stolu DHTG (4.1). Konstrukce stolu je zajímavá
a umožňuje nejen kyvný pohyb, ale i přesné
krokování. Použití aretace kuželovými čepy je výjimečně
tuhá a přesná. Posuv zajišťují tzv. elektrické
mini saně, typ SLTE (4.2). Stejnosměrný motor
pracuje v uzavřené polohové regulační smyčce
s inkrementálním odměřováním ve zpětné vazbě.
Ovladač pro motor posuvu je doplněn LCD panelem
s ovládacími tlačítky a představuje tak zcela
autonomní jednotku, kterou lze ovládat pouze
binárními signály a obsahuje vše potřebné pro řízení
pohybu jednotky.
Sevření čelistí zajišťuje paralelní hlavice typu
HGPC (4.3) s přesným předepjatým vedením.
Konstrukce úchopné hlavice je unikátní z technologického
hlediska tím, že je mimořádně účelná
v minimalizování obrábění funkčních ploch a vede
ke kompaktní zástavbě za nízkou cenu.
Řídicí bloky stanic
Řízení pohonů jednotlivých
stanic zajišťují samostatné volně
programovatelné automaty FECCPX,
které jsou součástí ventilových
a elektrických terminálů.
Každý z nich obsahuje sériovou
linku (RS232) a síťovou kartu
pro komunikaci s PC po síti
ethernet nebo wifi router. Všechny
tři systémy bude možno vzájemně propojit do
sítě (včetně ovládání pomocí PC) a podle momentální
situace (vypnutí či zapnutí jednotlivých modulů)
je spouštět. Příklad programu, který je v systémech
vytvořen, umožní jak samostatné plnění úloh
jednotlivých modulů, tak i koordinovaný chod ve
spolupráci s ostatními moduly. Použité programovatelné
automaty mohou aktivně vystupovat na PC
síti, odesílat hlášení e-maily, zaznamenávat údaje
v reálném čase, poskytovat informace o aktuálním
stavu na webové stránky, číst a zapisovat ze sériové
linky (např. čárový kód) atd.
Standardně dodávaný software obsahuje možnost
použití tzv. DataServer, tj. poskytování živých
informací z automatu do běžných prostředků v PC,
např. tabulky MS Excel.
Moderní vybavení laboratoří a spolupráce s průmyslem
významně zvyšuje kvalitu výuky nejen studentů,
ale v rámci Školicího střediska FESTO také
nabídne kurzy celoživotního vzdělávání určené pro
konstruktéry, technology a techniky i programátory
z praxe. Kurzy lze absolvovat jednotlivě nebo
v různých kombinacích, kde se projeví interdisciplinární
provázanost.
Variabilní manipulační systém z výukového
hlediska přináší možnost seznámit se s reálnými
a v dnešní době běžně používanými nástroji pro
automatizační systémy. Přitažlivost systému spočívá
také v možnosti vytvoření přímé konfrontace
pneumatického, hydraulického a elektrického
pohonu. Praktické využití systému je zaměřeno na
montáž prvků od pohonu až po rozvody, jejich seřizování,
řízení průběhu automatického cyklu a další
činnosti, které patří do přípravy výrobních linek.
Celý projekt přinese ČVUT zlepšení kvality
výuky a výzkumu a rychlý přenos jejich výsledků
do průmyslové praxe generující reálnou podobu
inženýrských myšlenek.
ČVUT přihlásila Variabilní manipulační systém
do soutěže o Zlatou medaili MSV 2009.
Zařízení získalo cenu Hospodářských novin. /an/
