ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6317| Title: | Автоматизація контрольно-динамічних вагів |
| Authors: | Чичужко, Марина Володимирівна Шпак, Антон Сергійович |
| Issue Date: | Jun-2025 |
| Abstract: | У кваліфікаційній роботі бакалавра було виконано повний цикл розробки системи автоматизації контрольно-динамічних вагів, призначених для точного зважування продукції, що переміщується конвеєром, із короткочасною зупинкою під час зважування. Такий підхід забезпечує високу точність вимірювань, дозволяє об’єктивно контролювати масу продукції, зменшити вплив людського фактору та підвищити ефективність виробничого процесу. Проведено детальний аналіз вимог до системи та розроблено оптимальну технічну реалізацію автоматизації процесу. Для побудови системи були використані сучасні засоби автоматизації. Реалізовано логічну структуру керування, за якої продукція, проходячи через три оптичні датчики, послідовно фіксується у зонах в’їзду, зважування та виїзду. Контролер ОВЕН ПЛК150 обробляє ці сигнали, приймає рішення про зупинку/запуск відповідного конвеєра та фіксує масу кожного мішка при зупинці в зоні зважування. Програмування логіки здійснювалося у середовищі CoDeSys 2.3, яке повністю підтримує стандарти IEC 61131-3 та забезпечує реалізацію програм у вигляді функціональних блоків (FBD), релейних схем (LD), структурованого тексту (ST) та графічної візуалізації CFC. Таким чином, створена система дозволяє здійснювати високоточне зважування завдяки короткочасній зупинці потоку продукції, оптимізує робочий цикл, знижує втрати та підвищує точність обліку і контролю маси. Проект може бути ефективно впроваджений на підприємствах харчової, хімічної, будівельної промисловості, а також у логістичних і фасувальних центрах. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6317 |
| Appears in Collections: | 174 Автоматизація, комп'ютерно-інтегровані технології та робототехніка (Автоматизація та комп'ютерно-інтегровані системи та компоненти) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| Б_174_2025_Шпак.pdf Restricted Access | 1.78 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеня «бакалавр» АВТОМАТИЗАЦІЇ на тему: КОНТРОЛЬНО-ДИНАМІЧНИХ ВАГІВ Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи АКІТС-2109 спеціальності 174 Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології та робототехніка Антон ШПАК (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Керівник Марина Чичужко (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Рецензент (ім’я та ПРІЗВИЩЕ) Черкаси 2025 року ЗМІСТ с. СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ............................................. 3 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ........................................................ 4 2 ОПИС ОБ’ЄКТА АВТОМАТИЗАЦІЇ ................................................................... 7 3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ ....................................................... 10 3.1 ОПИС ФУНКЦІОНАЛЬНОЇ СХЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ (ФСА) ПРОЦЕСУ .................. 10 3.2 ОБҐРУНТУВАННЯ ВИБОРУ ТЕХНІЧНИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ, ВИКОНАВЧИХ МЕХАНІЗМІВ ТА РЕГУЛЮЮЧИХ ОРГАНІВ ...................................... 13 4 ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ ПРОМИСЛОВОГО ЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЕРА (ПЛК) ТА СХЕМИ ПІДКЛЮЧЕННЯ ....................................... 29 4.1 ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ ПРОМИСЛОВОГО ЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЕРА ........... 29 4.2 ЗАГАЛЬНА СХЕМА ПІДКЛЮЧЕННЯ ДАТЧИКІВ ТА ВМ ДО ПЛК............................ 34 4.3 РОЗШИРЕНІ СХЕМИ ПІДКЛЮЧЕННЯ ДЛЯ ОКРЕМОГО КОНТУРУ ............................ 37 4.4 ОПИС СХЕМИ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПІДКЛЮЧЕНЬ ......................................................... 41 5 ОПИС СПЕЦІАЛЬНОГО ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ПРОМИСЛОВОГО ЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЕРА (АЛГОРИТМ ТА ПРОГРАМА ДЛЯ ПЛК, ПЕРЕЛІК ЗМІННИХ ПЛК) ........................................ 44 5.1 ОПИС СПЕЦІАЛЬНОГО ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ПРОМИСЛОВОГО ЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЕРА .................................................................................... 44 5.2 АЛГОРИТМ РОБОТИ ПРОГРАМИ ........................................................................... 48 5.3 ПРОГРАМА ДЛЯ ПЛК ......................................................................................... 50 5.4 ВІЗУАЛІЗАЦІЯ РОБОТИ КОНТРОЛЬНО-ДИНАМІЧНИХ ВАГІВ ДЛЯ ПЛК ................. 54 ВИСНОВОК ............................................................................................................... 56 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ................................................................. 58 3 СПИСОК СКОРОЧЕНЬ І УМОВНИХ ПОЗНAЧЕНЬ АРМ – автоматизоване робоче місце АСК ТП – автоматизована система керування технологічним процесом СА – система автоматизації ВМ – виконавчий механізм ПЛК – програмований логічний контролер РО – регулюючий орган ТП – технологічний процес HMI – Human Machine Interface MES – Manufacturing execution system NE – Network Element HACCP — Hazard Analysis and Critical Control Points — аналіз небезпечних факторів і критичні контрольні точки ISO — International Organization for Standardization — Міжнародна організація зі стандартизації OPC – Open Platform Communications PLC – Programmable Logic Controller SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition – програмний пакет, призначений для розробки або забезпечення роботи в реальному часі систем збору, обробки, відображення та архівування інформації про об'єкт моніторингу або управління. CoDeSys – Controller Development System інструментальний програмний комплекс промислової автоматизації ПЗ – Програмне забезпечення. КДВ – Контрольно-динамічні ваги 4 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми У сучасних умовах інтенсивного розвитку промислового виробництва, зокрема у галузях харчової, хімічної, аграрної та пакувальної промисловості, виникає гостра потреба у впровадженні високоточних систем обліку матеріальних потоків. Однією з найважливіших складових цього процесу є зважування продукції у русі, що дозволяє значно підвищити продуктивність та точність обліку. Однак традиційні методи динамічного зважування мають ряд обмежень щодо точності, особливо при високій швидкості транспортування. Саме тому розробка систем контрольно-динамічних вагів із короткочасною зупинкою продукту для більш точного зважування є надзвичайно актуальною. Такий підхід дозволяє досягнути компромісу між динамічністю процесу та високою точністю вимірювання. Це особливо важливо в умовах, коли похибка у зважуванні навіть декількох грамів може спричинити суттєві економічні втрати. Впровадження таких систем відповідає сучасним вимогам до автоматизації та цифровізaції виробництва в Україні, сприяє підвищенню його конкурентоспроможності та технологічному оновленню. Мета і завдання дослідження Метою дослідження є розробка автоматизованої системи контрольно- динамічного зважування з функцією зупинки продукту для забезпечення максимальної точності обліку у виробничому процесі. Для досягнення цієї мети були поставлені наступні завдання: – Проаналізувати сучасні методи динамічного зважування та визначити їх переваги й обмеження. – Розробити принципову електричну та функціональну схему системи контрольно-динамічного зважування. – Вибрати відповідні технічні засоби: тензометричні та оптичні датчики, контролер, тензопідсилювач, частотний перетворювач, панель оператора. 5 – Реалізувати логіку керування зупинкою транспортера для проведення точного зважування. – Здійснити програмування контролера в середовищі CODESYS з використанням мови CFC. – Провести імітаційне моделювання та налагодження роботи системи. Об’єкт дослідження Об’єктом дослідження є процес автоматизованого зважування продукції в умовах безперервного технологічного потоку на конвеєрі. Предмет дослідження Предметом дослідження є методи та технічні засоби реалізації точного динамічного зважування із короткочасною зупинкою продукту на платформі ваг, що забезпечує точні та стабільні результати вимірювання. Методи дослідження Для реалізації поставлених завдань у дипломній роботі використано такі методи: – аналіз літературних та технічних джерел з тематики динамічного зважування та автоматизації; – методи моделювання роботи електронних систем у середовищі CoDeSys; – структурно-функціональний підхід до побудови системи автоматизації; – використання засобів інженерного проектування електричних схем; – методи логічного програмування для реалізації алгоритму керування; – тестування та налагодження системи з подальшим аналізом результатів. Новизна отриманих результатів – Запропоновано підхід до підвищення точності динамічного зважування шляхом введення короткочасної зупинки продукції на платформі ваг. – Розроблено структурну, функціональну, електричну схему системи з урахуванням вимог до точності, надійності та масштабованості. 6 – Реалізовано програмне забезпечення системи з урахуванням можливості розширення функціоналу та візуалізації. – Забезпечено інтеграцію системи в єдину автоматизовану структуру з мінімальними витратами на обслуговування. Практичне значення отриманих результатів Результати даної дипломної роботи мають безпосереднє практичне застосування у промислових підприємствах, де існує потреба у точному зважуванні продукції в потоці, зокрема у харчовій, аграрній, хімічній, логістичній галузях. – Система може бути впроваджена на діючому обладнанні з мінімальними витратами на адаптацію. – Забезпечується підвищення точності вимірювань без значного зниження швидкості транспортування. – Розроблене ПЗ дозволяє вести облік продукції, формувати звіти та виявляти відхилення у реальному часі. – Завдяки використанню ПЛК ОВЕН, система підтримує гнучке налаштування параметрів та легко масштабується. – Результати дослідження можуть бути використані як основа для подальших розробок у галузі автоматизованого обліку матеріальних потоків. Отже, автоматизація контрольно-динамічних вагів із функцією зупинки є ефективним рішенням для досягнення високої точності зважування в умовах безперервного виробництва та обліку продукції. 7 2 ОПИС ОБ’ЄКТА АВТОМАТИЗАЦІЇ Контрольно-динамічні ваги — це автоматизована система зважування, призначена для визначення маси об'єктів, що рухаються по транспортеру, без зупинки технологічного процесу. Такі ваги широко використовуються в харчовій, хімічній, фармацевтичній, аграрній та інших галузях, де необхідно контролювати масу продукції в потоці з високою точністю та швидкістю. У розробленій системі контрольно-динамічних ваг передбачено автоматичне зупинення конвеєра під час зважування об’єкта. Такий підхід дозволяє значно зменшити похибку вимірювання, яка зазвичай виникає при зважуванні в русі через динамічні коливання, інерційні сили та вібрації. Контрольно-динамічні ваги, які використовуються в даному проекті, призначені для автоматизованого зважування одиниць продукції з короткочасною зупинкою на ваговій платформі. Такий підхід забезпечує високу точність визначення маси і дозволяє уникнути похибок, характерних для безперервного (справді динамічного) зважування. Зовнішній вигляд машини контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 2.1. Рисунок 2.1– Контрольно-динамічні ваги 8 Контрольно-динамічні ваги призначені для оперативного контролю відповідності маси продукції заданим стандартам. Вони дозволяють здійснювати 100% контроль без втручання оператора у виробничий процес. Застосування подібних систем дозволяє уникати недоваги або перевантаження, що може впливати на якість та відповідність нормативам. Хоча зважування передбачає зупинку продукту, система є частково автоматизованою. Це дозволяє: – мінімізувати вплив людського фактору; – забезпечити високу точність зважування (оскільки відсутні вібрації при русі); – зменшити кількість браку і похибок; – передавати дані в систему обліку або ERP-систему підприємства. Однак впровадження систем автоматичного моніторингу, віддаленого керування та діагностики дозволяє значно зменшити участь людини в робочому циклі, зменшуючи ризики зупинок через людський фактор. Також автоматизація дозволяє зберігати історію результатів зважування, формувати звіти та передавати інформацію до загальної системи обліку підприємства. На рисунку 2.2 показано зчитувальні виконавчі пристрої, які використовуються для промислової систем керування. Зчитувальними пристроями є датчики технологічних величин – положення. Виконавчими є пристрої, які змінюють матеріальні потоки, – двигуни, засувки, тощо. Рисунок 2.2 – Схема технологічного процесу 9 Під час роботи машини система керування контролює та регулює невелику кількість параметрів які зведені в таблицю 2.1. Таблиця 2.1 – Контрольовані та регулюємі параметри Машина Параметр, Припусти Вид Характер Засоби Додаткові агрегат, місце ме автома- контролю управління умови установка відбору значення тизації чи та сигналу параметр управління контролю, у реалізації управляючої дії Конвеєрна Рух/зупинка Вкл/Викл Управлін Дискретне ПЛК через Пуск/сто система конвеєрів ня керування DO, ЧП і п через (М1, М2, пускачі ПЛК, М3) швидкіст ь із ЧП Зона Маса кг Контроль Аналогови Тензодатчик Платфор зважуванн сировини й контроль и + Zemic ма я (тензометри T1 + ПЛК повинна (тензодатч чний міст) AI бути ики) стабільна Оптичні Наявність Є/Немає Контроль Дискретни ПЛК через Правильн датчики продукта в й контроль DI е 1а, 1б, 1в зоні положенн я продукту для зважуван ня Підсилюва Сигнал 4–20 4–20 мА Контроль Аналогове ПЛК (AI) 4– Калібрува ч мА зчитування 20 мА ння тензосигна сигналу лу Zemic T1 T1 10 3 РОЗРОБКА СИСТЕМИ АВТОМАТИЗАЦІЇ 3.1 Опис функціональної схеми автоматизації (ФСА) процесу Функціональна схема автоматизації (ФСА) — це умовно-графічне зображення структури системи автоматичного керування технологічним процесом, яке відображає взаємозв’язок між основними функціональними елементами автоматизації: датчиками, виконавчими механізмами, контролюючими пристроями, операторами і об'єктом керування. ФСА є невід’ємною частиною будь-якого проекту автоматизації, оскільки дозволяє візуально представити логіку побудови системи, показати, які елементи беруть участь у процесі, як вони взаємодіють між собою, та які функції виконує кожен компонент у загальному алгоритмі роботи. Призначення функціональної схеми автоматизації: – відображення основних вхідних та вихідних сигналів системи; – ілюстрація логічного зв’язку між технологічним процесом та засобами автоматизації; – забезпечення наочності структури керування; – сприяння розробці алгоритмів ПЛК-програмування; – використання для налагодження, технічного обслуговування та модернізації системи. ФСА не деталізує електричні з'єднання чи розводку кабелів — на відміну від електричних принципових схем, вона показує логічну функціональну побудову системи: як сигнали проходять від об’єкта до контролера, обробляються в логіці керування, і впливають на виконавчі механізми. Структура ФСА зазвичай включає: – об'єкт автоматизації — агрегат, установка, технологічна лінія або інший технічний процес; – первинні вимірювальні перетворювачі (датчики тиску, температури, маси, положення тощо); – виконавчі механізми (електродвигуни, клапани, пускачі тощо); 11 – програмований логічний контролер (ПЛК) — пристрій, що приймає сигнали від датчиків, обробляє їх за заданим алгоритмом і формує команди для керування виконавчими елементами; – людино-машинний інтерфейс (панель оператора або SCADA) — для моніторингу, керування і налаштування системи. Функціональна схема автоматизації (ФСА) відображає загальні взаємозв’язки між основними технічними засобами автоматизації та об’єктом керування. Вона слугує основою для розуміння логіки взаємодії між датчиками, виконавчими механізмами, контролерами та засобами відображення інформації. На функціональній схемі показано вимірювальні та виконавчі пристрої, які використовуються для промислової систем керування. Вимірювальними пристроями є датчики технологічних величин - температури, тиску, рівня тощо. Виконавчими є пристрої, які змінюють матеріальні потоки, - клапани, засувки, насоси тощо. До системи контрольно-динамічних вагів входить: 1) оптичні датчики; 2) тензометричні датчики; 3) сумуюча коробка; 4) тензопідсилювач; 5) частотний перетворювач; 6) мотор. 12 Рисунок 3.1 – Функціональної схеми автоматизації контрольно- динамічних вагів Принцип роботи технічного процесу становить, ми натискаємо кнопку пуск на панелі, запускаються три конвеєр керує ним двигун (М1 ,М2 , М3).Оптичний датчик (2а) (на в’їзді) фіксує наближення продукції, якщо вже йде інший продукт у зоні зважування, перший конвеєр зупиняється, щоб не допустити кількох продуктів одночасно. Продукція рухається на платформі зважування. Оптичний датчик (2б) (у центрі вагів) фіксує, що продукт повністю зайняв зону зважування, конвеєр самих вагів зупиняється (М2), і проходить процес зважування тензометричними датчиками (3а,3б,3в,3г). Після зважування вмикаються конвеєрні ваги (М2) і продукт виїжджає із зони зважування, оптичний датчик (2в) фіксує, що продукт вийшов. Якщо перед входом вже чекає наступний продукт – перший конвеєр вмикається, і все повторюється. 13 3.2 Обґрунтування вибору технічних засобів для вимірювання, виконавчих механізмів та регулюючих органів Структурна схема — це умовно-графічне зображення автоматизованої системи, що ілюструє основні її функціональні блоки та зв’язки між ними. Вона дозволяє наочно представити архітектуру системи, описати принцип її побудови, функціональну взаємодію елементів і логіку сигналопередачі без деталізації електричних з’єднань або конкретних компонентів. На відміну від принципових схем, структурна схема зосереджена не на схемотехнічному рішенні, а на інформаційно-функціональній моделі системи. Вона широко використовується на етапах проєктування, узгодження, аналізу та пояснення загального принципу роботи. Призначення структурної схеми: – відображення загальної структури системи керування; – пояснення взаємозв’язків між підсистемами: вимірювальною, виконавчою, обчислювальною, операторською; – формування бази для подальшого проектування, вибору обладнання, написання програмного забезпечення, побудови функціональних і монтажних схем; – використання як документації для експлуатації, ремонту та обслуговування. До типових функціональних блоків структурної схеми автоматизованої системи належать: – об'єкт керування (наприклад, вагова платформа або транспортерна система); – датчики (вимірювальні перетворювачі) — пристрої, які зчитують фізичні параметри (маса, положення, наявність об’єкта тощо); – контролер (ПЛК) — центральний обчислювальний елемент, що отримує інформацію з датчиків, обробляє її відповідно до закладеної логіки та керує виконавчими пристроями; 14 – виконавчі механізми (електродвигуни, клапани, пускачі) — здійснюють фізичний вплив на об’єкт керування. Перед вибором технічних засобів для вимірювання, виконавчих механізмів та регулюючих органів необхідно скласти бачення системи автоматизації яка розробляється в даній роботі. Для цього пропонується розробити структурну схему автоматизації, яка в свою чергу покаже які типи та кількість, технічних засобів необхідні для системи автоматизації. Структурна схема системи автоматизації процесу контрольно-динамічних вагів зображена на рисунку 3.2. Рисунок 3.2 – Структурна схема В цій схемі автоматизації оптичні датчики використовуються для обчислювання та наявності продукції оптичний датчик T30SP6LPQ. Оптичний датчик T30SP6LPQ - це електронний пристрій, що використовується для вимірювання руху або позиції об'єкта за допомогою світлового сигналу. 15 Рисунок 3.3 – Вигляд оптичного датчика T30SP6LPQ Цей датчик виробляється компанією Omron і має наступні характеристики: – тип датчика: променевий оптичний датчик; – число контактов, pin: 4; – матеріал лінзи: Акрил; – робоча відстань: 30 мм; – вихідний сигнал: NPN; – інтерфейс зв'язку: без контакту; – живлення: 10-30 В постійного струму; – матеріал корпусу: термо пластик; – захист від води та пилу: IP69; – температура експлуатації Max, °C: 70; – температура експлуатації Min, °C: -40; – відстань спрацьовування : 6м; – різьба роз’єма: M12; – розмір різьби корпуса: M30; – функція перемикання: на світло/на затемнення. Схема підключення зображена на рисунку 3.4 16 Рисунок 3.4 –схеми підключення датчика T30SP6LPQ Принцип дії T30SP6LPQ .Рефлективний датчик включає випромінювач та приймач в одному компактному корпусі. Світловий пучок від випромінювача прямує на відбивач, який повертає світло на приймач. Об'єкт детектується, коли він перериває цей світловий пучок. Рефлективні датчики мають високий коефіцієнт посилення та гарну контрастність. Крім того, потрібно встановити та приєднати лише один пристрій. Коефіціент посилення залежність коефіцієнта посилення від відстані. Оптичний датчик T30SP6LPQ може використовуватись у великому діапазоні застосувань, таких як автоматизація виробничих процесів, контроль руху транспортних засобів, медична техніка та інші галузі промисловості. Для зважування використовуємо чотирі тензометричних датчика Zemic H8C-C3-100KG-4B зображено на рисунку 3.5. Тензодатчик Zemic H8C використовується для промислових платформних ваг, контрольно-дозувальних систем, фасувального обладнання та конвеєрних ліній. Його конструкція дозволяє забезпечити стабільне й точне зважування при встановленні в 2–4 точках опори під платформою. Перетворює механічне зусилля (деформацію балки) у слабкий електричний сигнал, пропорційний прикладеному навантаженню, який потім передається до тензопідсилювача. 17 Рисунок 3.5 – Тензометричний датчик Zemic H8C-C3-100KG-4B Характеристика: – номінальне (робоче) навантаження: 100 кг; – тип: балковий тензодатчик (Shear Beam); – клас точності: C3; – матеріал: легована сталь, антикорозійне покриття, захист IP67; – загальна похибка: ±0.020 %FS; – повзучість (30 хв): ±0.0166 %FS; – температурне відхилення чутливості: ±0.0175 %FS/10°C; – температурне відхилення нуля: ±0.020 %FS/10°C; – вихідна чутливість: 2.0 ±0.002 мВ/В; – вхідний опір: 409 ±6 Ом; – вихідний опір: 350 ±3 Ом; – опір ізоляції: ≥ 5000 МОм (при 100 В DC); – баланс нуля: ±1 %FS; – робочий температурний діапазон: -30...+70°C; – температурна компенсація: -10...+40°C; – напруга живлення: 5...12 В DC (макс. 15–18 В); – граничне навантаження: 150 %FS; – руйнівне навантаження: 300 %FS; – кабель: 4-жильний екранований, Ø3.8 мм, довжина ~3 м. Zemic H8C — один із найпопулярніших тензодатчиків для платформних ваг у світі. Надійність перевірена у багатьох автоматизованих вагових системах. 18 Встановлення чотирьох Zemic H8C-C3-100KG-4B по кутах платформи забезпечує високу точність незалежно від положення продукції на платформі. Має граничне навантаження 150% та руйнівне 300%, що захищає від механічних перевантажень. Повністю сумісний із тензопідсилювачем Zemic T1 (4–20 мА версія), який перетворює сигнал у 4–20 мА для ПЛК. Висока точність (C3) дає стабільне зважування навіть при зміні температур або тривалому навантаженні. Підходить для роботи в умовах пилу, вологості, агресивного середовища. Схема підключення тензометричного датчик Zemic H8C-C3-100KG-4B зображено на рисунку 3.6. Рисунок 3.6 – Схема підключення Zemic H8C-C3-100KG-4B Підбираю сумуючу коробку для об’єднання 4 тензодатчиків Zemic H8C-C3- 100KG-4B у спільний тензометричний міст. Це важливий елемент для правильної роботи підсилювача та точного зважування. Zemic JXH-4B призначена для об’єднання сигналів від 4 тензометричних датчиків (типу Zemic H8C) у єдиний тензометричний міст. Це дозволяє отримати стабільний та рівномірний вихідний сигнал, незалежно від того, де саме на платформі знаходиться вантаж. Zemic JXH-4B до проекту підходить ідеально і зображений на рисунку 3.7. 19 Рисунок 3.7 – Сумуюча коробка Zemic JXH-4B Технічні характеристики. – Кількість каналів: 4 входи для тензодатчиків + 1 вихід; – тип підключення: 4-жильний: Exc+, Exc–, Sig+, Sig–; – рівень захисту: IP65 (захист від пилу та вологи); – діапазон сигналу :працює з тензодатчиками на 2.0 мВ/В; – температурний діапазон: –10…+60 °C. Переваги Zemic JXH-4B. Можна вручну вирівняти сигнал кожного тензодатчика за допомогою підстроювальних резисторів, що підвищує точність зважування. Конструктивно та електрично сумісна з датчиками Zemic H8C (2.0 мВ/В). Забезпечує чіткий, збалансований тензосигнал навіть при нерівномірному навантаженні на платформу. Схема підключення сумуючої коробки Zemic JXH- 4B до тензометричного датчика зображено на рисунку 3.8. Рисунок 3.8 – Схема підключення 20 Підсилювач Zemic T1 використовується для перетворення слабкого електричного сигналу, який надходить із чотирьох тензометричних датчиків типу Zemic H8C-C3-100KG-4B, у стандартний аналоговий сигнал 4–20 мА, придатний для зчитування програмованим логічним контролером (ПЛК). Він є ключовим елементом у ланцюзі зважування, оскільки забезпечує стабільну і точну передачу вагових даних у систему автоматизації, зображений на рисунку 3.9. Рисунок 3.9 – Підсилювач Zemic T1 (4–20 мА) Сумісність із ПЛК ОВЕН ПЛК150, ПЛК має аналоговий вхід 4–20 мА, підсилювач ідеально підходить без перетворень. Не потребує додаткових погоджуючих пристроїв або калібраторів. Забезпечує точне і стабільне зчитування навіть при дрібних змінах навантаження. Переваги підсилювача Zemic T1 : – стандартний вихід 4–20 мА; – сумісність з H8C; – живлення 24 В DC; – стійкість до шумів; – надійність від Zemic. 21 Zemic T1 (4–20 мА) — це оптимальний вибір для системи автоматизованих конвеєрних вагів. Він забезпечує точне, стабільне і сумісне перетворення сигналу, необхідне для подальшої обробки в ПЛК. Схема підключення Zemic T1 (4–20 мА) зображена на рисунку 3.10. Рисунок 3.10 – Схема підключення Zemic T1 (4–20 мА) Для живлення системи контрольно-динамічних вагів обрано саме блок живлення Mean Well HDR-60-24. Mean Well HDR-60-24 — це компактний імпульсний блок живлення промислового класу, призначений для встановлення на стандартну DIN-рейку (35 мм). Він розроблений спеціально для використання в системах автоматизації, керування, сигналізації, ваговимірювального обладнання та розподільчих щитах. Ця модель забезпечує стабільну вихідну напругу 24 В постійного струму з максимальною потужністю 60 Вт, що ідеально підходить для живлення ПЛК, сенсорів, HMI-панелей, тензопідсилювачів та оптичних датчиків. Блок живлення Mean Well HDR-60-24 зображений на малюнку 3.11. 22 Рисунок 3.11 – Зовнішній вигляд Mean Well HDR-60-24 Технічні характеристики: – вихідна напруга 24 V DC; – номінальний струм 2.5 А; – максимальна потужність 60 Вт; – діапазон вхідної напруги 85–264 V AC; – температурний діапазон –30…+70 °C. Mean Well HDR-60-24 — це оптимальне рішення для живлення автоматизованої системи зважування. Він об’єднує в собі якість, надійність, компактність і достатню потужність для стабільної роботи всієї системи без перегріву і перебоїв. Для конвеєрів і конвеєрних вагів ми будемо використовувати електродвигуни АИР71А4 показаний на рисунку 3.12. 23 Електродвигун АИР71А4 – трифазний асинхронний двигун потужністю 0,55 кВт, із частотою обертання 1500 об/хв, короткозамкненим ротором. Виробляється відповідно до стандарту ГОСТ 31606-2012, має високий рівень надійності, просту конструкцію та сумісний із більшістю промислових приводних систем. Може працювати як із прямим пуском, так і в парі з частотними перетворювачами, що дозволяє точно регулювати швидкість обертання та момент. Характеристики: – асинхронний трифазний із короткозамкненим ротором; – номінальна потужність 0,55кВт; – частота обертання ротора 1390 об/хв ; – частота живлення 50Гц; – напруга живлення, 220/380 вольт (залежно від схеми – зірка/трикутник); – монтажне виконання Лапи/фланець/комбіноване; – номінальний струм 2,4 А; – ККД 72–75 %; – пусковий момент / номінальний момент: 2,2–2,5; – Пусковий струм / номінальний струм: до 6; – момент інерції 0,0010– 0,0010кг∙м2; – клас захисту: IP54–IP55 (залежно від виконання) ; – температурний діапазон роботи: –40 до +40 °C. Рисунок 3.12 – Зовнішній вигляд двигуна АИР71А4 24 Основні переваги АИР71А4 – це надійність і зносостійкість, підходить для тривалої роботи у виробничих умовах, ККД значно кращий у порівнянні з менш потужними аналогами. Сумісність із частотним перетворювачем дозволяє регулювати швидкість і плавно запускати привід (особливо актуально для зважувального конвеєра). Механічна сумісність відповідає стандартним приєднувальним розмірам, тож легко інтегрується в більшість конвеєрних систем. Я вибрав саме цей електро двигун тому що запас потужності для впевненого запуску і стабільної роботи конвеєра при динамічних навантаженнях, ідеально підходить для роботи з частотником на зважувальному конвеєрі (М2), де потрібна висока точність руху. Підвищений ресурс і стійкість до пилу, вологи, температурних змін — ключові фактори для харчових, сировинних і фасувальних виробництв. В системі управління потрібно керувати обертами двигуна двигуна конвеєрних вагів, для цього застосовується частотний перетворювач Lenze esmd551x2sfa, використовуємо його для плавного регулювання швидкості двигуна конвеєрних вагів за рахунок створення на виході перетворювача електричної напруги заданої частоти. Для економії електро енергії та більш точного регулювання частоти обертання двигуна, був встановлений частотний перетворювач. Зовнішній вигляд частотного перетворювача Lenze esmd551x2sfa зображено на рисунку 3.13. [7] 25 Рисунок 3.13 – Зовнішній вигляд частотного перетворювача Lenze esmd551x2sfa Технічні характеристики частотного перетворювача Lenze esmd551x2sfa: – потужність: 0,55 кВт; – вхідна напруга: однофазна 200–240 В AC; – вхідний струм: 6,0 А; – вихідна напруга: 0–230 В AC; – вихідний струм: 3,0 А; – вихідна частота: 0–240 Гц (макс. до 500 Гц); – тип керування: V/f (лінійна або квадратична характеристика); – перевантажувальна здатність: 150% номінального струму протягом 60 секунд; – вбудований фільтр ЕМС: так. Схему підключення частотного перетворювача Lenze esmd551x2sfa зображено на рисунку 3.14[7] 26 Рисунок 3.14 – Схема підключення частотного перетворювача Lenze esmd551x2sfa Пускач Schneider Electric LC1K0910P7 — це надійний і компактний пристрій для комутації електричних двигунів низької напруги. Він призначений для керування трифазними двигунами з потужністю до 4 кВт, що з великим запасом покриває потужність нашого двигуна АИР71А4 (0,55 кВт). Завдяки компактним розмірам, пускач легко встановлюється в стандартні шафи керування та підходить як для окремого використання, так і в складі складних автоматизованих систем, показано на рисунку 3.15. Пускач Schneider Electric LC1K0910P7 має вбудовану електромагнітну котушку на напругу 220 В змінного струму, що дозволяє безпосередньо підключати його до стандартної мережі керування без додаткових трансформаторів. Це робить його зручним у застосуванні в умовах промислових об’єктів з обмеженим простором та спрощує монтажні роботи. Конструкція пускача передбачає наявність 1 нормально відкритого силового контакту (NO), що забезпечує комутацію навантаження, а також 27 додаткові допоміжні контакти (опціонально), які можуть використовуватись для логічного зв’язку з ПЛК або сигналізації стану. Завдяки високій механічній та електричній зносостійкості (до кількох мільйонів циклів), цей пускач може працювати в умовах частого включення та відключення двигуна, що є типовим для транспортних систем у вагових установках. Він також сумісний із тепловими реле серії LR2K, що дозволяє реалізувати повноцінний захист двигуна від перевантаження та перевищення струму. У межах даного проєкту пускач використовується як проміжний виконавчий елемент між ПЛК і частотним перетворювачем або двигуном. Він забезпечує надійне ввімкнення живлення двигуна за командою з контролера, а також дозволяє реалізувати аварійне відключення в разі спрацювання захисту або виявлення помилки у роботі системи. Таким чином, Schneider Electric LC1K0910P7 є оптимальним рішенням для використання в автоматизованих системах з невеликими трифазними електродвигунами, поєднуючи компактність, функціональність, простоту підключення та високу надійність в експлуатації. Рисунок 3.15 – Зовнішній вигляд магнітний пускач Schneider Electric LC1K0910P7 Основні характеристики: – кількість полюсів: 3 (3NO); 28 – номінальний струм (AC-3): 9 А при ≤ 440 В; – номінальний струм (AC-1): 20 А при ≤ 440 В; – номінальна напруга котушки: 230 В AC; – частота: 50/60 Гц; – потужність споживання, пускова: 30 ВА, утримуюча: 4,5 ВА; – діапазон напруги спрацювання: 0,8–1,15 Uc, відпускання: 0,2–0,75 Uc. Вбудована електромагнітна котушка забезпечує надійне замикання та розмикання контактів при напрузі керування 220 В, що дозволяє підключати пристрій без додаткових трансформаторів. Пускач LC1K0910P7 ефективно поєднується з тепловими реле Schneider Electric (серії LRD чи LRE), гарантуючи захист двигуна від перевантажень та забезпечуючи стабільну і безпечну роботу обладнання. Цей пускач має високу зносостійкість, стійкий до коливань напруги і вібрацій, що робить його перевіреним і популярним рішенням у промисловій автоматизації. 29 4 ПРОЕКТНЕ КОМПОНУВАННЯ ПРОМИСЛОВОГО ЛОГІЧНОГО КОНТРОЛЕРА (ПЛК) ТА СХЕМИ ПІДКЛЮЧЕННЯ 4.1. Проектне компонування промислового логічного контролера Відповідно до функціональної схеми системи автоматизації контрольно- динамічних вагів необхідно забезпечити підключення до промислового контролера. На функціональній схемі автоматизації складальної машини лотків було розміщено 7 датчиків, 1 сумуюча коробка, 1 тензопідсилювач, 3 двигуна, 1 частотний перетворювач, 1 блок живлення та 2 пускача. По даним які присутні можемо відокремити два основних фактора які повинні бути присутні в контролері. Це 3-х дискретних та 1 аналоговий входів, 3-х дискретних виходів. За цими характеристиками можемо обрати необхідний контролер для ефективної роботи нашої установки. За всіма характеристиками підходить програмований логічний контролер ОВЕН ПЛК150 (А-М). Контролер ОВЕН ПЛК150 — це програмований логічний контролер, призначений для автоматизації малих і середніх систем управління. ОВЕН ПЛК150 — це потужний ПЛК нового покоління, який поєднує у собі високу продуктивність, гнучкість конфігурації та розширені комунікаційні можливості. Він призначений для автоматизації виробничих ліній, транспортних систем, ваговимірювальних і фасувальних комплексів та інших промислових об’єктів. Контролер дозволяє реалізовувати як просту локальну автоматику, так і розгалужені розподілені системи керування. Наявність різних типів входів/виходів (дискретних, аналогових), а також інтерфейсів зв'язку (RS-232, RS-485, Ethernet) робить його дуже гнучким. ОВЕН ПЛК150 оснащений ARM-процесором, який забезпечує швидку обробку сигналів від датчиків та виконавчих пристроїв. Це скорочує час відгуку та дозволяє створювати високоточні та надійні керуючі алгоритми. Програмований логічний контролер ОВЕН ПЛК150 зображений на рисунку 4.1. 30 Рисунок 4.1 – Зовнішній вигляд програмованого логічного контролера ПЛК150 Особливості контролера ПЛК ОВЕН 150: – компактний пластиковий корпус із кріпленням для монтажу на DIN- рейку; – наявність дискретних входів/виходів; – наявність аналогових входів/виходів; – послідовні порти обміну даними RS-485 та RS-232; – наявність порту Ethernet; – збільшення кількості дискретних та аналогових входів та виходів здійснюється за допомогою підключення зовнішніх модулів вводу/виводу через будь-який з інтегрованих інтерфейсів. 31 Рисунок 4.2 – Схема застосування ПЛК150 Функціональна схема промисловий контролер ОВЕН ПЛК 150 представлена на рисунку 4.3. На функціональній схеми показані всі можливі підключення до промислового контролера. Рисунок 4.3 – Функціональна схема промислового контролера ОВЕН ПЛК 150 32 Таблиця 4.1 – Технічні характеристика ОВЕН ПЛК150 Значення (властивості) Параметр ПЛК150 Живлення від 90 до 264 В змінного струму (номінальна 120 ПЛК150-220 або 230 В) частотою від 47 до 63 Гц (номінальне значення 50 Гц) Споживана потужність, не більше ПЛК100-220 15 Вт Цифрові (дискретні) входи Кількість 6 дискретних входів Гальванічна є, групова розв'язка дискретних входів Електрична 1,5 кВ міцність ізоляції дискретних входів Максимальна частота 1 кГц при програмній обробці; сигналу, що подається 10 кГц при застосуванні апаратного лічильника; на дискретний вхід 1 кГц при застосуванні оброблювача енкодера. Цифрові (дискретні) виходи Кількість дискретних 4 е/м реле виходів у: ПЛК150 33 Продовження таблиці 4.1 Гальванічна є, індивідуальна розв'язка дискретних виходів Електрична 1,5кВ міцність ізоляції дискретних виходів Аналогові входи Кількість аналогових 4 входів Типи підтримуваних Напруга 0...1 В, 0...10 В, -50...+50 мВ уніфікованих вхідних Струм 0 ... 5 мА, 0 (4) ... 20 мА сигналів Опір 0 ... 5 кОм Час опитування одного 1,5 каналу ТС, сек Розрядність 16 біт вбудованого АЦП Внутрішній опір аналогового входу: 210 Ом у режимі вимірювання близько 50 кОм струму у режимі вимірювання напруги 0...10 В Аналогові виходи Кількість аналогових 2 входів Розрядність 10 біт вбудованого АЦП Тип вихідного сигналу ПЛК 150-І Струм 4...20 мА ПЛК 150-У Напруга 0...10 В ПЛК 150-А Струм 4...20 мА або напруга 0...10 В 34 Продовження таблиці 4.1 Електрична міцність 1,5 кВ ізоляції аналогових виходів Інтерфейси зв'язку Інтерфейси Ethernet 100 Васе-Т RS-232 - 2 канали RS-485 USB 2.0 -Device Протоколи ModBus-RTU, ModBus-АSCII DСОN МоdBus-ТСР GateWay (протокол CODESYS) 4.2. Загальна схема підключення датчиків та ВМ до ПЛК У розробленій системі автоматизації контрольно-динамічних ваг реалізовано типову схему підключення всіх елементів: тензометричних та оптичних датчиків, тензопідсилювача, частотного перетворювача, двигунів і панелі оператора до програмованого логічного контролера (ПЛК). Уся схема побудована з урахуванням вимог надійності, простоти обслуговування та чіткої взаємодії між компонентами. Уся система працює за наступним принципом: – датчики зчитують сигнали про положення продукції; – тензометричні датчики передають масу через підсилювач до ПЛК; – ПЛК аналізує дані, виконує логіку тарування і зважування; – ПЛК керує роботою конвеєрів через виходи; – панель оператора дозволяє контролювати стан системи в реальному часі. 35 Схема підключення забезпечує точну, швидку та стабільну взаємодію всіх компонентів системи, а також дозволяє проводити діагностику в разі несправностей. Розглянемо окремі схеми підключення датчиків та виконавчих механізмів до ПЛК Овен 150. Рисунок 4.4 – Схема підключення ПЛК Овен 150 У системах автоматизації широко використовуються дискретні датчики з напівпровідниковими виходами типу NPN або PNP. У даному проєкті передбачено використання дискретних оптичних датчиків з виходом NPN-типу, які служать для виявлення положення продукції на транспортері під час зважування. Датчик із виходом NPN виконує функцію "відкритого колектора" і підключається таким чином, що при активації він з'єднує свій вихід із загальною шиною (GND), тобто працює як електронний ключ, який "тягне" вхід ПЛК до землі. Таким чином, ПЛК фіксує логічний рівень "0" (LOW), коли датчик активний. У стані спокою вихід розімкнений, і на вході ПЛК присутній рівень логічної "1" (HIGH) завдяки внутрішньому або зовнішньому підтягуючому резистору. Щоб правильно підключити NPN-датчик до дискретного входу ПЛК, потрібно: 36 – з'єднати вивід живлення датчика (+V) з джерелом живлення (наприклад, +24 В DC); – GND датчика з’єднати з загальною "землею" ПЛК; – вихід датчика (OUT) підключити безпосередньо до дискретного входу ПЛК (DIx). У результаті, коли об'єкт потрапляє в зону спрацювання датчика, вихід замикається на землю, і на відповідному вході ПЛК фіксується активний стан (LOW). У проєкті автоматизації контрольно-динамічних ваг оптичні датчики (типу Banner T30SP6LPQ) використовуються для фіксації положення продукції. Вони мають вихід NPN-типу і підключені до дискретних входів ПЛК ОВЕН згідно зі схемою, описаною вище. Завдяки цьому ПЛК отримує сигнали про проходження мішка через зону зважування, і запускає відповідні логічні дії — зупинку/пуск конвеєра, зважування, відновлення руху тощо. Застосування датчиків з виходом NPN забезпечує простоту підключення, високу швидкодію та надійність роботи, що є критичним для системи динамічного зважування. На рисунку 4.5 показана схема підключення до дискретних входів датчиків, які мають на виході n-p-n-типу. Рисунок 4.5 – Схема підключення до дискретних входів датчиків, які мають на виході n-p-n-типа 37 4.3 Розширені схеми підключення для окремого контуру Розширені схеми підключення є важливою складовою технічної документації на систему автоматизації та відображають детальне підключення елементів у межах конкретного функціонального контуру. Такий підхід дозволяє точно показати, як підключаються датчики, виконавчі механізми, живлення, захисні елементи та інтерфейси в межах окремої ділянки автоматизованої системи. На відміну від загальних функціональних або структурних схем, розширені схеми деталізують фізичні з'єднання між компонентами, тип використовуваних проводів, точки підключення, нумерацію клем, позначення живлення, заземлення, сигнальні рівні та інші параметри. Вони особливо важливі на етапах монтажу, пусконалагодження, сервісу та модернізації системи. Контур зважування продукту складеться з оптичних тензометричних датчиків, промислового контролера та дивгуна. На рисунку 4.6. зображено фрагмент функціональної схеми контуру зважування продукту у контрольно- динамічних вагах. Рисунок 4.6 – Фрагмент функціональної схеми контуру зважування продукту 38 Рисунок 4.7 – Фрагмент принципової схеми контуру зважування продукту. Принципова схема підключення тензодатчиків до ОВЕН ПЛК150 через сумуючу коробку і тензопідсилювач показана на рисунку 4.8. 39 Рисунок 4.8 – Принципова схема підключення тензодатчиків до ОВЕН ПЛК150 через сумуючу коробку і тензопідсилювач Принципова схема підключення оптичних датчиків до ОВЕН ПЛК150 показана на рисунку 4.9. 40 Рисунок 4.9 – Принципова схема підключення оптичних датичків Принципова схема підключення електродвигуна до ОВЕН ПЛК150 за допомогою частотного перетворювача показана на рисунку 4.10. Рисунок 4.10 – Принципова схема підключення електродвигуна до ОВЕН ПЛК150 за допомогою частотного перетворювача 41 4.4 Опис схеми електричної підключень Для зображення на принципових схемах елементів і пристроїв використовуються графічні позначення, встановлені відповідними стандартами ЄСКД [14]. Кожен елемент, зображений на схемі, повинен мати буквено-цифрове позначення. Для позиційних позначень використовуються переважно літери латинського алфавіту та арабські цифри, які проставляються на схемі поряд з умовними графічними позначеннями елементів праворуч або над ними [14]. Позиційне позначення елемента, як правило, складається з трьох частин: літерного коду, що вказує на тип елемента (наприклад, Q — автоматичний вимикач, K — пускач, X — клемник, FU — запобіжник, і т. ін.), порядкового номера та, за необхідності, додаткової функціональної ознаки. Це забезпечує однозначну ідентифікацію кожного пристрою на схемі, спрощує монтаж, обслуговування та налагодження системи. Керуючим пристроєм у розробленій системі автоматизації було обрано ПЛК ОВЕН ПЛК150, який має вбудовані канали аналогового і дискретного вводу/виводу, що дозволяє зменшити кількість зовнішніх модулів та уніфікувати підключення до контролера. Усі підключення виконані відповідно до технічних вимог, норм ПУЕ та інструкцій виробників обладнання. Для забезпечення зручності монтажу та діагностики використовуються кольорове маркування проводів, маркування клем та використання знімних клемників. Таким чином, схема електричних підключень забезпечує логічну, безпечну і функціонально завершену взаємодію між усіма елементами системи, що дозволяє здійснювати точне та стабільне автоматизоване зважування з високою надійністю в умовах промислової експлуатації. Керуючим пристроєм у розробленій системі автоматизації було обрано ПЛК ОВЕН 150, який має вбудовані канали вводу виводу. Схема автоматизації підключення зображена на рисунку 4.11. На даній схемі зображене підключення усіх пристроїв, задіяних у розробленій системі. 42 Рисунок 4.11 – Схема автоматизації підключення За допомогою пристроїв введення, таких як оптичні датчики та тензометричні перетворювачі, відбувається гальванічне розділення між елементами системи керування та вимірювальними пристроями. Будь-який вхідний аналоговий або дискретний сигнал, що надходить до ПЛК, перетворюється в цифрову форму, яка далі обробляється мікропроцесором контролера. Мікропроцесор контролера (ОВЕН ПЛК110-30-ТЛ) зчитує сигнали від тензодатчиків Zemic H8C, підключених через сумуючу коробку Zemic JXH-4B до тензопідсилювача Zemic T1 (вихід 4–20 мА), а також від оптичних датчиків, розташованих на ділянках входу, зважування і виходу. Сигнали надходять на відповідні аналогові та дискретні входи ПЛК і порівнюються із заданими параметрами, які внесені в програму користувача. Усі дискретні сигнали від оптичних датчиків (GE(2a), GE(2б), GE(2в)) та інші вхідні дані передаються на входи ПЛК. Після програмної обробки сигналів 43 керуючі команди надходять на вихідні клеми контролера, які з’єднані з магнітними пускачами (Schneider Electric LC1K0910P7), що запускають двигуни М1, М2, М3, а також із електропневматичними пристроями. Коли продукт зайняв платформу зважування (виявляється датчиком GE(2б)), ПЛК видає команду на зупинку приводу вагового конвеєра (М2), далі зчитується маса через тензодатчики. Після завершення зважування мікропроцесор подає цифровий сигнал на запуск М2, і продукт виїжджає із зони зважування. Цей цикл повторюється автоматично при кожному надходженні нового продукта, забезпечуючи точність, узгодженість і оптимізацію технологічного процесу зважування. 44 5 Опис спеціального програмного забезпечення для промислового логічного контролера (алгоритм та програма для ПЛК, перелік змінних ПЛК) 5.1 Опис спеціального програмного забезпечення для промислового логічного контролера Для програмування ПЛК було обрано програмне середовище CoDeSys, яке ідеально підходить для програмування ОВЕН ПЛК150. Середовище програмування CODESYS надається безкоштовно для забезпечення для роботи з контролерами серії ОВЕН ПЛК зображено на рисунку 5.1. Рисунок 5.1 – Середовище програмування CODESYS CODESYS (скорочення від англ. COntroller DEvelopment SYStem) — інструментальний програмний комплекс промислової автоматизації. Розробляється й поширюється компанією 3S-Smart Software Solutions GmbH (Кемптен, Німеччина). Версія 1.0 вийшла у 1994 році під назвою «CoDeSys». З листопада 2012 змінено написання назви на «CODESYS». Основою комплексу CODESYS є середовище розробки прикладних програм для програмованих логічних контролерів (ПЛК). Вона поширюється вільно і може встановлюватись на робочих місцях без обмежень. У CODESYS для програмування є доступними усі п'ять визначених міжнародним стандартом IEC 61131-3 мов програмування: IL (англ. Instruction List) — асемблеро-подібна мова 45 ST (англ. Structured Text) — Pascal-подібна мова LD (англ. Ladder Diagram) — мова релейних схем FBD (англ. Function Block Diagram) — мова функціональних блоків SFC (англ. Sequential Function Chart) — мова діаграмстанів. У доповнення до FBD підтримуєтьсямовапрограмування CFC (англ. ContinuousFunctionChart) з довільним розміщенням блоків й проставленням порядку їх виконання зображено на рисунку 5.2. Рисунок 5.2 – Мови програмування в середовищі CODESYS У CODESYS реалізовано низку інших розширень специфікації стандарту IEC 61131-3. Найсуттєвішим з них є підтримка технологій об'єктно- орієнтованого програмування (ООП). Вбудовані компілятори CODESYS генерують машинний код для завантаження у контролер. Підтримуються основні 16- та 32-розрядні процесори архітектур: Infineon C166, TriCore, 80x86, ARM, PowerPC, SuperH[en], MIPS, AnalogDevices Blackfin[en], TI C2000/28x та інші. При підключенні до контролера середовище програмування переходить у режим відлагодження. У ньому є доступним моніторинг/змінювання/фіксаціязначеньзмінних, точки зупинки, контроль потоку виконання, гаряче оновлення коду, графічне трасування у реальному часі та інші відлагоджувальні інструменти. У версії 2.3 з'явилася можливість одночасної роботи з кількома ПЛК, об'єднаними у промисловій мережі та зібраними в одному проекті. Через те, що 46 промислові контролери, що входять в сегмент мережі можуть бути від різних виробників, конфігурування специфічних функцій ПЛК гранично спрощена. Також цікавим нововведенням є можливість виконання декількох різних додатків та кількох екземплярів однієї програми (клонів) в одному пристрої. Крім цього, конфігуратор промислової мережі дозволяє тепер налаштовувати не тільки інтелектуальні пристрої, але й дає можливість для параметрів пасивних елементів, таких як енкодери або виконавчі механізми. Кожному інженеру АСУ ТП, що займається обслуговуванням, добре знайомий такий сценарій: незначний ремонт обладнання або модернізація технології призводять до корекції програми ПЛК. Вихідний проект зберігся, але для його редагування бажано використовувати саме ту версію програмного забезпечення, в якій він був створений. В результаті на програматорі з'являється набір дистрибутивів різних версій одного і того ж програмного забезпечення, що регулярно губляться і періодично встановлюються. У CoDeSys версії 2.5 цю проблему вирішено. Нові версії та оновлення встановлюються не поверх, а поруч із існуючими версіями. Менеджер компонентів забезпечує збереження та оновлення відповідних версій усіх компонентів системи. Кожна інсталяція має власний профіль. За замовчуванням завжди використовується найсвіжіший профіль, але є можливість вибрати будь-який необхідний. Поточний профіль зберігається у проекті. При повторному його відкритті система вимагає дозволу на використання нового профілю. В іншому випадку використовуються ті ж інструменти, що й при попередньому редагуванні та компіляції проекту. CoDeSys 2.5 включає інструменти створення систем безпеки на ПЛК. До їх складу входять спеціалізований редактор, відповідний компілятор та система виконання. Дані компоненти проходять сертифікацію на відповідність стандарту МЕК 61508, SIL 3. Контролер безпеки та стандартний ПЛК можуть використовувати ту саму апаратну платформу та обмінюватися даними за допомогою PROFI-Safe. Застосування CoDeSys 2.5 не тільки здешевить розробку, а й спростить сертифікацію систем безпеки. Стандартна проблема, з якою стикаються OEM-виробники промислових контролерів, що використовують універсальні пакети прикладного програмування - це інтеграція 47 в систему власних інструментів, таких як модулі низькорівневого апаратного конфігурування, модулі оновлення системного програмного забезпечення, засоби підтримки власних промислових мереж та ін. постачаються окремим програмним забезпеченням. Поняття ж програмної платформи - передбачає можливість інтеграції різноманітних програмних інструментів, необхідні всіх стадіях взаємодії з промисловим контролером. Модульна структура CoDeSys 2.5 дозволяє зібрати і запропонувати кінцевому користувачеві програмне середовище, що розширюється, що включає всі необхідні йому інструменти. CoDeSys 2.5 легко розширюється зовнішні компоненти. Усі системні функції для реалізації такої інтеграції документовані та забезпечені шаблонами, що дозволяють досвідченому користувачеві самостійно розширювати її, створюючи власні компоненти, забезпечені захистом авторських прав. Як виробники ПЛК, так і кінцеві користувачі отримують можливість зібрати на програмній платформі CoDeSys власний модуль, що включає будь-які специфічні для їх завдань компоненти. CODESYS версії 3.5 побудовано на базі так званої платформи автоматизації: CODESYS Automation Platform. Вона дозволяє виробникам обладнання розвивати комплекс шляхом підключення власних плаґінів. Розширена професійна версія середовища розробки має назву CODESYS Professional Developer Edition. Вона містить підтримку UML-діаграм класів і станів, підключення системи керування версіями Subversion, статичний аналізатор й профілювальник коду. Поширюється за ліцензією. Інструмент CODESYS Application Composer дозволяє перейти від програмування практичних додатків до їх швидкого складання. Користувач складає власну базу об'єктів, що відповідають певним приладам, механічним вузлам машини тощо. Кожен об'єкт включає програмну реалізацію й візуальне представлення. Закінчений додаток збирається з необхідних об'єктів, конфігурується й на його основі автоматично генерується программа мовами IEC 61131-3. Але справа спрощується тим, що у стандарті вже закладено фундамент об'єкта. Це багатофункціональний блок. Дооснащення функціональних блоків усіма властивостями об'єкта виглядає як абсолютно 48 природний їх розвиток. Нові ключові слова побудовані на основі програмного забезпечення Java. Таким чином, знайомі з ООП програмісти не зустрінуть жодних труднощів під час роботи в CoDeSys. 5.2 Алгоритм роботи програми Алгоритм роботи програми — це послідовність чітко визначених дій або команд, які виконує комп’ютер (або контролер), щоб досягти поставленої мети чи вирішити певну задачу. Алгоритм описує логіку виконання програми: умови, переходи, цикли та дії, які мають виконуватись у конкретному порядку залежно від вхідних даних або станів системи. Опис роботи системи зважування . Оператор натискає кнопку "Пуск" на панелі керування. В автоматичному режимі запускаються перший (М1), другий (М2) та третій (М3) конвеєри. Оптичний датчик GE(2а), розташований на вході зони зважування, фіксує наближення продукту. Якщо зона зважування зайнята (перевіряється за GE(2б)), перший конвеєр (М1) зупиняється, щоб уникнути накладення продукції. Коли продукт повністю знаходиться на платформі зважування, це підтверджує датчик GE(2б). Ваговий конвеєр (М2) зупиняється. Проводиться зважування за допомогою тензодатчиків (3а, 3б, 3в, 3г).Після завершення зважування двигун М2 знову запускається — продукт рухається далі. Датчик GE(2в) підтверджує, що продукт залишив зону зважування. Якщо датчик GE(2а) знову фіксує наступний продукт — перший конвеєр вмикається, і процес повторюється. Алгоритм роботи системи зображено на рисунку 5.3. 49 Рисунок 5.3 – Блок-схема алгоритму роботи системи 50 5.3 Програма для ПЛК Вибираємо конфігурацію Овен ПЛК 150 для контрольно-динамічних вагів зображена на рисунку 5.4. Рисунок 5.4 – конфігурацію Овен ПЛК 150 Програмування даної програми контрольно-динамічних вагів програмуватиму на CFC зображена на рисунку 5.5. Мова CFC (англ. Continuous Function Chart) — це графічна мова програмування, що належить до стандарту IEC 61131-3, який регламентує мови програмування програмованих логічних контролерів (ПЛК). Вона використовується для розробки логіки автоматизованих систем керування у вигляді функціональних блоків, які з'єднуються між собою лініями, що передають сигнали або дані. Основна особливість CFC полягає у безперервному потоці даних між функціональними блоками, а також у відсутності жорсткої структури розташування елементів, як у мові FBD (Function Block Diagram). Програміст сам визначає порядок виконання функцій через логічні зв’язки між блоками, що забезпечує більшу гнучкість при розробці системи автоматизації. У CFC-програмі логіка створюється шляхом вільного розміщення стандартних функціональних елементів (наприклад, логічні операції AND, OR, таймери TON, TOF, арифметичні операції ADD, SUB, перетворення типів 51 INT_TO_REAL тощо) та їх міжблокових з'єднань. Кожен блок має входи та виходи, і значення передаються між ними відповідно до схеми з'єднання. Перевагами CFC є: – наочність побудови алгоритму; – зручність у читанні та налагодженні програми; – простота відстеження логіки під час онлайн-діагностики. Мова CFC є особливо ефективною при реалізації систем, що мають велику кількість умов, реле-контактної логіки або послідовних операцій. Її часто застосовують в проєктуванні систем автоматичного керування технологічними процесами на промислових підприємствах. Рисунок 5.5 – Програмування CFC Налаштування аналового входу Овен ПЛК 150 зображено на рисунку 5.6. Рисунок 5.6 – Налаштування аналогового входу 52 Зовнішній вигляд програми системи автоматизації контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.7. Рисунок 5.7 – Зовнішній вигляд програми системи автоматизації контрольно-динамічних вагів Зовнішній вигляд блоку старту та зупинки процесу контрольно- динамічних вагів зображено на рисунку 5.8. Рисунок 5.8 – Зовнішній вигляд блоку старту та зупинки процесу контрольо-динамічних вагів Зовнішній вигляд блоку зупинки двигуна першого конвеєра за допомогою датчиків процесу контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.9. Рисунок 5.9 – Зовнішній вигляд блоку зупинки двигуна першого конвеєра за допомогою датчиків 53 Зовнішній вигляд блоку зупинки двигунів першого і другого конвеєра за допомогою датчиків процесу контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.10. Рисунок 5.10 – Зовнішній вигляд блоку зупинки двигунів першого і другого конвеєра за допомогою датчиків Зовнішній вигляд блоку зупинки (Stop) контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.11. Рисунок 5.11 – Зовнішній вигляд блоку зупинки (Stop) контрольно-динамічних вагів Зовнішній вигляд блоку зважування продукту контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.12. 54 Рисунок 5.12 – Зовнішній вигляд блоку зважування продукту контрольно- динамічних вагів Зовнішній вигляд блоку тарування контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.13. Рисунок 5.13 – Зовнішній вигляд блоку тарування контрольно-динамічних вагів 5.4 Візуалізація роботи контрольно-динамічних вагів для ПЛК Однією з важливих функціональних можливостей середовища програмування CoDeSys є підтримка візуалізації — графічного відображення стану змінних, процесів та елементів керування в реальному часі. Візуалізація використовується для моніторингу, налагодження, діагностики та керування автоматизованими системами без потреби в зовнішньому SCADA-комплексі або окремій панелі оператора. У середовищі CoDeSys можна створювати інтерактивні візуалізаційні форми (екрани), які містять елементи управління, відображення значень змінних, графіки, кнопки, індикатори, текстові поля, а також динамічні об’єкти, що змінюють свій стан відповідно до стану програми. Візуалізація в середовищі CoDeSys є зручним інструментом для створення інтерактивного інтерфейсу між оператором і програмованим логічним контролером (ПЛК). Вона дозволяє в реальному часі спостерігати за процесами, 55 виводити стан змінних на екран, а також здійснювати керування об’єктом безпосередньо з панелі оператора або комп’ютера. В середовищі CoDeSys візуалізація реалізується через створення одного або кількох візуалізаційних екранів (Visualizations). Основні можливості візуалізації CoDeSys: – графічне представлення змінних — відображення значень у реальному часі за допомогою полів введення/виводу, гістограм, шкал та графіків; – керування процесом — можливість подавати сигнали у програму з візуальної кнопки чи перемикача; – підтримка подій — обробка натискань, наведень, зміни стану тощо; – мультимовність — зручна підтримка декількох мов інтерфейсу; – інтеграція з ПЛК — безпосередній зв’язок з внутрішніми змінними програми; – віддалений доступ — можливість роботи з візуалізацією через веб- браузер або операторські панелі. Зовнішній вигляд візуалізації контрольно-динамічних вагів зображено на рисунку 5.14. Рисунок 5.14 – Зовнішній вигляд візуалізаціі контрольно-динамічних вагів 56 ВИСНОВОК У кваліфікаційній роботі бакалавра було виконано повний цикл розробки системи автоматизації контрольно-динамічних вагів, призначених для точного зважування продукції, що переміщується конвеєром, із короткочасною зупинкою під час зважування. Такий підхід забезпечує високу точність вимірювань, дозволяє об’єктивно контролювати масу продукції, зменшити вплив людського фактору та підвищити ефективність виробничого процесу. Проведено детальний аналіз вимог до системи та розроблено оптимальну технічну реалізацію автоматизації процесу. Для побудови системи були використані сучасні засоби автоматизації: – Програмований логічний контролер ОВЕН ПЛК150, який відповідає за обробку вхідних сигналів з оптичних датчиків і тензопідсилювача, реалізацію логіки керування конвеєрами та передачу даних на панель оператора. – Тензометричні датчики Zemic H8C (100 кг), які перетворюють механічне навантаження на електричний сигнал високої точності. – Тензопідсилювач Zemic T1 з виходом 4–20 мА, який здійснює підсилення сигналу від тензодатчиків для подальшого опрацювання в аналоговому вході ПЛК. – Сумуюча коробка Zemic JXH-4, яка забезпечує правильне з'єднання чотирьох тензодатчиків у мостовій конфігурації. – Оптичні датчики Banner T30SP6LPQ, що фіксують проходження продукції через різні зони вагів. – Частотний перетворювач Lenze ESMD551x2SFA, який використовується для регулювання швидкості двигуна М2 (конвеєра зважування), забезпечуючи плавний пуск та зупинку. – Блок живлення Mean Well HDR-60-24, який живить низьковольтні компоненти системи. Реалізовано логічну структуру керування, за якої продукція, проходячи через три оптичні датчики, послідовно фіксується у зонах в’їзду, зважування та виїзду. Контролер ОВЕН ПЛК150 обробляє ці сигнали, приймає рішення про 57 зупинку/запуск відповідного конвеєра та фіксує масу кожного мішка при зупинці в зоні зважування. Програмування логіки здійснювалося у середовищі CoDeSys 2.3, яке повністю підтримує стандарти IEC 61131-3 та забезпечує реалізацію програм у вигляді функціональних блоків (FBD), релейних схем (LD), структурованого тексту (ST) та графічної візуалізації CFC. У результаті виконаної роботи було досягнуто наступних цілей: – розроблено ефективну структуру автоматизації контрольно- динамічних вагів; – визначено та обґрунтовано вибір обладнання; – побудовано алгоритм керування та зважування продукції в динамічному режимі; – розроблено принципові та функціональні схеми, які дозволяють реалізувати систему в реальних умовах; – забезпечено можливість масштабування та інтеграції у більші автоматизовані системи. Таким чином, створена система дозволяє здійснювати високоточне зважування завдяки короткочасній зупинці потоку продукції, оптимізує робочий цикл, знижує втрати та підвищує точність обліку і контролю маси. Проект може бути ефективно впроваджений на підприємствах харчової, хімічної, будівельної промисловості, а також у логістичних і фасувальних центрах. 58 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Ельперін, і.в. Автоматизація виробничих процесів: підручник: і.в. Ельперін, о.м. Пупена, в.м. Сідлецький, с.м. Швед. - вид. 2-ге, виправлене / і в ельперін; титаренко ірина петрівна. — 2-е видання. — к.: вид. Ліра-к, 2015. — 378 с.: іл. — isbn 978-966-2609-81-3. 2. Ладанюк А.П. Автоматизація технологічних процесів та виробництв харчової промисловості: Підручник/ Ладанюк А.А., Трегуб В.Г., Ельперін І.В., Цюцюра В.Д. - К.: Аграрна освіта, 2001.-224 с. 3. Мельник В. Г., Орлов А. П. Сучасні технології динамічного зважування: Теорія та практика. – Харків: Вища школа, 2020. – 280 с. 4. Трохименко І. П., Малишко В. О. Ваги динамічні автоматичні: Від теорії до застосування. – Одеса: ОНУ, 2020. – 322 с. 5. Кравчук І. В. Технічні аспекти впровадження автоматизованих вагових систем. – Чернівці: Рута, 2020. – 194 с. 6. Попов М. В., Сидоренко Ю. А. Контрольно-вимірювальні системи на виробництві. – Львів: Техніка, 2017. – 256 с. 7. ДСТУ IEC 61131-3:2016. Програмовані логічні контролери. Частина 3. Мови програмування. – [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://zakon.isu.net.ua/sites/default/files/norm_docs/dstu_iec_61131-3_2016.pdf 8. Технічна документація ОВЕН ПЛК150 – [Офіційний сайт компанії ОВЕН]. – Режим доступу: https://owen.ua 9. Технічна документація Zemic H8C (Load Cell) – [Zemic Europe BV]. – Режим доступу: https://www.zemiceurope.com/en/products/load-cells/h8c/ 10. Посібник користувача тензопідсилювача Zemic T1 – [Zemic Europe BV]. – Режим доступу: https://www.zemiceurope.com 11. Технічна документація на сумуючу коробку Zemic JXH-4 – [Zemic Europe BV]. – Режим доступу: https://www.zemiceurope.com 12. Datasheet Banner T30SP6LPQ – оптичний сенсор – [Banner Engineering Corp.]. – Режим доступу: https://www.bannerengineering.com 59 13. Частотний преобразователь LENZE [Електронний ресурс]: Офіційний сайт компанії ATMIC – Режим доступу: https://atmic.ua/chastotnye- preobrazovateli/chastotnyi-preobrazovatel-lenze-esmd551x2sfa 14. Mean Well HDR-60-24. Datasheet – [Mean Well Enterprises Co., Ltd.]. – Режим доступу: https://www.meanwell.com 15. Інтегрований комплекс CODESYS (абревіатура Controller Development System) [Електронний ресурс]: – Режим доступу: https://www.tadviser.ru/index.php/Компания:3S-Smart_Software_Solutions 16. CODESYS User Manual. CoDeSys 2.3 – 3S-Smart Software Solutions GmbH, 2011. – Режим доступу: https://www.codesys.com 17. Основи автоматизації виробничих процесів: Навчальний посібник / Під ред. І.І. Михайлова – Київ: НТУУ «КПІ», 2020. – 188 с. 18. Сучасні засоби автоматизації технологічних процесів: навч. посіб. / Л.В. Кириченко, І.О. Ремез, А.Ю. Коваленко. – Харків: НТУ «ХПІ», 2021. – 256 с.