Bakalářská práce

(1)

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Bakalářská práce

Liberci 2010 Lukáš Bajer

(2)

(3)

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Studijní program: B2612 - Elektrotechnika a informatika Studijní obor: 2612R011 - Elektronické informační a řídicí systémy

Kontrola teploty pájení

Checking of the temperature of soldering

Bakalářská práce

Autor: Lukáš Bajer

Vedoucí projektu: Ing. Miloš Hernych

Konzultant: Ing. Josef Grosman

V Liberci 2010

(4)

2

Zadání

(5)

2

(6)

3

Prohlášení

Byl jsem seznámen s tím, že na mou bakalářskou práci se plně vztahuje zákon č.

121/2000 Sb., o právu autorském, zejména § 60 – školní dílo.

Beru na vědomí, že Technická univerzita v Liberci (TUL) nezasahuje do mých autorských práv užitím mé bakalářské práce pro vnitřní potřebu TUL.

Užiji-li bakalářskou práci nebo poskytnu-li licenci k jejímu využití, jsem si vědom povinnosti informovat o této skutečnosti TUL; v tomto případě má TUL právo ode mne požadovat úhradu nákladů, které vynaložila na vytvoření díla, až do jejich skutečné výše.

Bakalářskou práci jsem vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a na základě konzultací s vedoucím bakalářské práce a konzultantem.

Datum

Podpis

(7)

4

Poděkování

Za pomoc při vypracovávání bakalářské práce bych rád poděkoval vedoucímu práce panu Ing. Miloši Hernychovi za přínosné rady a koncipování struktury bakalářské práce.

Další poděkování patří Ing. Josefu Grosmanovi za možnost případných konzultací.

Také bych rád poděkoval společnosti AEG Components, a.s. v Jičíně za to, že mi umožnila testování v prostorách firmy s možností využití téměř veškeré techniky společnosti, včetně příslušného PLC a externích modulů.

Za společnost AEG Components, a.s. se konzultací o konečné vizualizaci ujal Ing. Josef Barochovský, který mi předal mnoho rad a zkušeností s programováním PLC a vizualizací WebMaker.

Určitě si poděkování zaslouží i moje rodina, především manželka Romana Bajerová za psychickou podporu a porozumění v časové náročnosti práce.

(8)

5

Anotace

Kontrola teploty pájení

Lukáš Bajer

Tato bakalářská práce se zabývá problematikou sběru dat a jejich vizualizace z 16 pracovišť s pájecími stanicemi. Analogová regulace těchto stanic je značně nepřesná a v konečném výsledku vede často k znehodnocení části výrobků v důsledku nedodržení technologickými předpisy stanovené teploty pájení. Zvolená koncepce, využívající PLC Tecomat řady Foxtrot pro sběr dat, kalibraci termočlánků pájecích stanic a dalších informací včetně vizualizace aktuálních teplot na stanicích, signalizace překročení teploty, připravenosti pájecích stanic, zadávání osobních čísel pracovníků, čísel hrotů a počtu vyměněných topných modulů s časovými razítky umožní analýzu příčin a předcházení zmetkovitosti ve výrobě, ale i usnadní případné reklamace použitých výrobních nástrojů. Od systému se očekává ušetření nemalých výrobních nákladů a lepší dohled nad technologickou kázní výrobního postupu. Systém byl s velmi dobrými výsledky ověřen ve zkušebním provozu reálné průmyslové výroby. Konkrétní postupy a použitá konstrukční řešení jsou uvedená uvnitř bakalářské práce. Vytvořený program je univerzálně použitelný pro jakoukoli výrobu využívající podobné technologické postupy.

Klíčová slova:

pájecí stanice, PLC, sběr dat, kalibrace, Mosaic, vizualizace, možnost reklamací, technologický postup

(9)

6

Annotation

Checking of the temperature of soldering

Lukáš Bajer

This bachelor thesis deals with the issue of the collection of data and visualization of information from 16 soldering stations. Analog control of these stations is highly imprecise and often leads to deterioration of the parts of the goods due to breach of technological rules about temperature of soldering. This conception, using PLC Tecomat series Foxtrot for data collection, calibration of thermocouples of the soldering stations and other information, including the visualization of the actual temperatures at the stations, over-temperature warning, preparedness of soldering stations, entering personal staff numbers, bit numbers and the number of exchanged heat modules with a time stamp which permits analysis of the causes and prevention of rejects in production, but also easier possibility of complaint of the used tools . This system should save production cost and there should be better oversight of compliance with the manufacturing process technology. The system was implemented in the testing operation of real industrial production with very good results. The procedures and design solutions are inside the bachelor thesis. The program is made universal for any products using similar parameters.

Keywords:

soldering stations, PLC, data collection, calibration, Mosaic, visualization, possible complaints, technological process

(10)

7

Obsah

Zadání ... 2

Prohlášení ... 3

Poděkování ... 4

Anotace ... 5

Annotation ... 6

Obsah ... 7

Seznam obrázků ... 9

Seznam tabulek a grafů ... 10

Seznam zkratek, symbolů a termínů ... 11

1. Úvod ... 13

1.1 Vlastní téma ... 13

1.2 Nežádoucí vlivy na výrobu ... 13

1.3 Cíle řešení k potlačení nežádoucích vlivů na výrobu... 14

1.4 Požadavky na program ... 15

1.4.1 Jednoduchost a přehlednost ... 16

1.4.2 Aktuální teplota a funkčnost pájecí stanice ... 16

1.4.3 Autorizace a nastavení technologických konstant ... 17

1.4.4 Datum a čas pro možnosti reklamace ... 17

1.4.5 On-line kontrola a sběr dat ... 18

2. Praktická část ... 19

2.1 Rozhodnutí o použité technologii ... 19

2.2 Programovatelný automat (PLC) ... 20

2.3 Výběr vhodných modulů PLC ... 21

2.3.1 Napájecí spínaný zdroj DR-60-24 ... 22

2.3.2 Centrální jednotka CP-1005... 23

(11)

8

2.3.3 Rozšiřující modul IT-1602 ... 24

2.4 Propojení a komunikace s PLC ... 24

2.5 Princip a funkce termočlánků ... 26

2.6 Kalibrace ... 27

3. Programová část ... 29

3.1 prostředí Mosaic ... 29

3.1.1 Programovací jazyky (jazyk FBD) ... 32

3.2 Ukázka zdrojového kódu... 33

3.3 Ukázka z řešení pomocí funkčních bloků ... 35

4. Vizualizace aplikace ... 41

4.1 WebMaker ... 41

4.1.1 Použité komponenty návrhu vizualizace ... 41

4.2 Konečný vzhled aplikace ... 44

4.3 Odesílání, snímání a zpracování dat ... 47

5. Závěr ... 48

6. Seznam použité literatury ... 49

Příloha A – Vizualizace teploty na pájecích stanicích ... 50

Příloha B – Vizualizace pro obsluhu ... 50

Příloha C – Vizualizace přehledu informací z pájecích stanic ... 51

Příloha D – Přiložené CD ... 51

(12)

9

Seznam obrázků

Obrázek 1 Napájecí spínaný zdroj DR-60-24 [1] ... 22

Obrázek 2 Principiální funkčnosti napájecího spínaného zdroje DR-60-24 [2] ... 22

Obrázek 3 Centrální jednotka CP-1005 [3] ... 23

Obrázek 4 Rozšiřující modul IT-1602 [4] ... 24

Obrázek 5 Propojení modulů PLC ... 24

Obrázek 6 Obecný termočlánek typu K ... 26

Obrázek 7 Zapojení FBD - Kalibrace ... 36

Obrázek 8 Zapojení FBD - signalizace pracovní oblasti ... 36

Obrázek 9 Zapojení FBD - odpojení stanice ... 37

Obrázek 10 Zapojení FBD - datum ... 38

Obrázek 11 Zapojení FBD - čas ... 38

Obrázek 12 Zapojení FBD - autorizace ... 38

Obrázek 13 Zapojení FBD - šarže hrotu mikropáječky ... 39

Obrázek 14 Zapojení FBD - osobní číslo zaměstnance ... 39

Obrázek 15 Zapojení FBD - počet vyměněných topných modulů ... 40

Obrázek 16 Vlastnosti statického textu ... 42

Obrázek 17 Vlastnosti zadávacího pole ... 43

Obrázek 18 Vlastnosti dvoustavového obrázku ... 44

Obrázek 19 Hodnota PLC 5500 ... 45

Obrázek 28 Obsluha bez autorizace ... 46

Obrázek 29 Autorizovaný přístup ... 46

Obrázek 30 Autorizováno bez čítání počtu topných modulů ... 46

Obrázek 31 Čítání počtu modulů ... 46

Obrázek 32 Přehled informací ... 47

(13)

10

Seznam tabulek a grafů

Tabulka 1 Výpis modulů komunikujících po TCL2 ... 25 Tabulka 2 Hodnoty kalibrace ... 27

Graf 1 Grafické proložení hodnot lineární regresí ... 28

(14)

11

Seznam zkratek, symbolů a termínů

PC – osobní počítač nebo notebook Autorizace – oprávněný přístup

SW – nehmotná část elektronického zařízení HW – hmotná část elektronického zařízení

PLC – Programmable Logic Controller - Programovatelný automat Mosaic – Program pro tvorbu programu

Instrukce – elementární část programu DC – stejnosměrné napětí

AC – střídavé napětí

LED – světlo vyzařující dioda

DIN lišta – normalizovaná lišta pro upevnění elektrických zařízení CPU – ústřední výkonná jednotka počítače

CMOS RAM – druh unipolární paměti

Flash – nevolatilní elektricky programovatelná paměť MMC/SD karta – paměťová karta

XML – Extensible Markup Language - rozšiřitelný značkovací jazyk

Ethernet – nejrozšířenější technologie pro budování počítačových sítí typu LAN CIB – komunikační kanál pro připojení externích periferií

TCL2 – systémové datové rozhraní SELV – ochrana bezpečným napětím WebMaker – nástroj pro tvorbu vizualizace UTP kabel – nestíněná kroucená dvojlinka

Alias – nahrazuje proměnnou v programu zvoleným jménem

IEC EN-61131-3 – norma určující strukturu programu, programovací jazyky a striktní systematičnost psaní a tvorby programu pro libovolné PLC

POU – programová organizační jednotka

(15)

12 FUN – označení funkce

FB – označení funkčního bloku PROG – označení programu

LD – Ladder Diagram - jazyk releové logiky IL – Instruction List - jazyk seznamu instrukcí

FBD – Function Block Diagram - jazyk funkčního blokového schématu ST – Structured Text - jazyk strukturovaného textu

REAL – datový typ s proměnnou desetinnou čárkou INT – datový typ intervalu celých čísel

BOOL – log „1“ nebo log „0“

Global Retain – označení globální remanentní části programu True – log „1“

False – log „0“

SR klopný obvod – výstup obvodu je určen nastavením vstupů SET a RESET Pixel – nejmenší jednotka digitální rastrové grafiky

LCD – displej z tekutých krystalů

IP adresa – je číslo, které jednoznačně identifikuje síťové rozhraní počítače v počítačové síti

(16)

13

1. Úvod

1.1 Vlastní téma

Od roku 2006 do roku 2009 jsem se účastnil letních brigád u společnosti AEG Components, a.s. v Jičíně a podílel jsem se na výrobě svitkových kondenzátorů.

Postupně jsem prošel všemi výrobními procesy od přípravny pro kabelovou montáž přes pájení až k potisku proměřených a schválených svitkových kondenzátorů až k expedici.

Během této praxe jsem se dostal postupem času a díky ochotě od vedoucích i k velmi zajímavým informacím, které ucelily můj celkový náhled na praktickou stránku výroby průmyslových kondenzátorů. Po praktických znalostech jsem se nabídl ke zpracování bakalářského projektu na téma, jež uznají sami za přínosné a výhodné ke zlepšení konkurenceschopnosti firmy. Moji nabídku uvítali. Zadáním mého bakalářského projektu bylo zjistit, jak zefektivnit nejdůležitější část výroby, tj. letování kabeláže na připravené svitky a vyhnout se tak nežádoucích okolností výroby. Ve výsledku bylo úspěšně navrženo řešení pro jednu pájecí stanici (ve zkušebním režimu). Na základě těchto výsledků se vedení firmy rozhodlo umožnit mi dotáhnout vše do finální podoby dle standardu firmy AEG Components, a.s.. Výstupem je tato bakalářská práce.

1.2 Nežádoucí vlivy na výrobu

„Nikdo není neomylný“. Ať už stroje nebo lidé, každý se může v průmyslové výrobě dopustit chyb, které znamenají ekonomickou ztrátu pro celou firmu. Prodlužují, zdražují a logisticky zatěžují postup výroby. Každá firma s těmito faktory počítá, ale jejich snížením se dají v sériové výrobě ušetřit nemalé finanční prostředky, které mohou vést k dalšímu zefektivnění a zlepšení kvality výroby.

Lidský faktor, zmetkovitost, nedodržení výrobního postupu

Při letování svitků se značně projevuje lidský faktor, který vede k největšímu procentu zmetkovitosti ve výrobě. Důvodem je mimo jiné nedodržování výrobního postupu, především teplota pájení. Ve snaze urychlit si svoji práci, často pracovníci

(17)

14

přesáhnou technologicky předepsaný rozsah teploty určené k pájení daného typu svitkového kondenzátoru. Tímto hrubým nedodržením může dojít k přepálení vrstvy svitkového kondenzátoru. Pokud je výrobek při závěrečném přeměření v neuspokojivé kvalitě, přeměří se na jiném kontrolním zařízení, aby se předešlo nahodilé chybě prvního přístroje (špatný kontakt, …). Pokud i nyní vykazuje výrobek chyby, je označen za „zmetek“ a následně vyhozen (přestože i po chybě prošel několika výrobními procesy).

Nemožnost reklamace pájecích hrotů a topných článků

Další velké finanční částky utíkají firmě doslova „mezi prsty“ v důsledku nemožnosti reklamace u dodavatelů výrobních nástrojů, podložené potřebnými podklady. Mým dalším úkolem bylo omezit tyto finanční ztráty. To znamená, zaevidovat výrobní čísla pájecích hrotů a topných článků do seznamu a vytvořit tak důkaz pro případnou pozdější reklamaci. Každý pájecí hrot se během dne na každé pájecí stanici vymění cca 2 krát a topný článek cca 1 krát při 24 hodinové pracovní směně na 16 pájecích stanicích. Pomocí mé práce bude moci firma prokázat špatnou kvalitu zakoupeného zboží.

1.3 Cíle řešení k potlačení nežádoucích vlivů na výrobu

Cílem bylo navrhnout řešení, které by bylo schopné v reálném čase získávat teplotu na hrotu mikropáječky. Jelikož nemůže nad každým pájecím stanovištěm dohlížet kvalifikovaná osoba dbající na dodržování správného technologického postupu a pájecí teploty, zvolil jsem jako možnost koncepce on-line monitoring. Toto řešení nevyžaduje další zaměstnance a tím ani finance na jejich platy. On-line monitoringový systém také překoná odbornou obsluhu v mnoha ohledech.

I kdyby odborný dozor dodržoval technologické normy a plnil svoji práci svědomitě, nikdy by však nedokázal přesně určit teplotu na hrotu mikropáječky lépe než

±20°C. Teplota na hrotu mikropáječky klesá při pracovním zatížení a naopak stoupá s odložením při přípravě pájení další sady svitkových kondenzátorů. Analogová

(18)

15

regulace je rovněž značně nepřesná a regulační systém mikropáječky lze snadno ovlivnit vyndáním regulačního otočného knoflíku, pootočením regulace teploty a navrácením zpět do analogové regulace páječky. Odborný dozor je tedy na danou problematiku nedostačující.

On-line monitoringový systém dokáže pracovat na všech 16 stanicích zároveň s přesností využívající měření přes termočlánky s kalibrací i na desetiny °C. Získávání dat přímo z termočlánků zamezí manipulaci s analogovou regulací, protože v případě překročení technologické teploty bude monitoringem upozorněn vedoucí pracovník, který by měl zařídit nápravu vzniklé situace.

Do monitoringového systému lze zakomponovat k aktuální přesné teplotě na stanicích i rozšiřující údaje například: osobní číslo zaměstnance konajícího zakázku, číslo šarže hrotu mikropáječky a počet vyměněných topných modulů. Celá monitoringová koncepce by měla fungovat v reálném čase a díky sběru informací o teplotě společně s údaji o pájecích hrotech a topných modulech by mohl monitoring sloužit pro prokázání případných reklamací nakoupeného nekvalitního materiálu od dodavatele. Průkaznost reklamací nebylo do doby tohoto návrhu možná.

1.4 Požadavky na program

Požadavkem bylo pokusit se především eliminovat již zmíněné nežádoucí vlivy na výrobu. Samozřejmě jsou okolnosti, které se nedají eliminovat. Například „lidský faktor“. Můžeme ho však dostatečným a rychlým způsobem usměrnit, a tak uchránit alespoň technologicko-výrobní postup. Do programu musíme zahrnout sběr dat pro případné reklamace, protože v papírové podobě bychom nemohli uchovávat tolik informací a udržovat je v přehlednosti.

Zatímco kapitola 1.2 popisovala všeobecné problémy výroby, následující kapitoly popisují postup řešení bakalářské práce. Dle zadání musím zachovávat přesné požadavky, především „jednoduchost a přehlednost“(musí to být srozumitelné i pro méně kvalifikované pracovníky). Přesnější požadavky jsou uvedeny v následujících kapitolách. Nejprve se pokusím konkretizovat představu zadavatele bez vlastního

(19)

16

řešení. Vlastnímu návrhu řešení se budu podrobně věnovat od kapitoly „2. Praktická část“.

1.4.1 Jednoduchost a přehlednost

Nejdůležitějším požadavkem na systém vizualizace by měla být přehlednost zobrazení aktuálních dat. Již na první pohled na zobrazovací panel musí jasně identifikovatelný nastalý problém, aby na něj mohla obsluha operativně reagovat.

Program nesmí v žádném případě nadměrně zatěžovat vedoucí pracovníky, protože ti musí především zvládnout svou běžnou pracovní náplň. Jednoduché a přehledné musí být nejen zobrazení, ale i vlastní program tak, aby zaškolený pracovník byl schopen bez jakýchkoli problémů zvládat jeho obsluhu, včetně jeho případné editace drobných úprav.

1.4.2 Aktuální teplota a funkčnost pájecí stanice

Po přihlášení vedoucího pracovníka do aplikace by se na ploše vizualizace měla pod názvem pracoviště zobrazovat aktuální teplota s dostatečnou přesností zobrazení teploty hrotu mikropáječky. Jako dostatečnou přesnost zobrazení teploty považuji desetiny stupně Celsia. Rozšiřujícími informacemi na ploše vizualizace budou indikace funkčnosti pájecích stanic a připojeného hrotu mikropáječky s topným modulem.

Teploty na stanicích se nejlépe reprezentují číselnou hodnotou. Signalizace správné funkčnosti pájecích hrotů a topných modulů můžeme reprezentovat barevnou indikací, podle standardního barevného značení (zelená = v pořádku, funkční, červená = porucha, odpojeno). Dalšími variantami je akustický signál nebo světelná signalizace (např.:

rozsvícení žárovky nad každým fungujícím stanovištěm, které překročilo povolenou teplotu pájení). Po konzultaci a vlastním posouzení výrobních podmínek jsem akustický signál vyloučil. V praxi není možné jej lokalizovat, protože se jedná o větší množství pájecích stanic v hlučnějším prostředí na pracovišti. Světelný signál by mohl fungovat jako doplňující informace, ale vzhledem k husté zástavbě pracovního prostoru by se v běžném osvětlení pracoviště ztrácel.

(20)

17

1.4.3 Autorizace a nastavení technologických konstant

Vizualizace na pracovišti by měla být přístupná z PC vedoucího pracovníka, nikoliv však běžným zaměstnancům. Situaci ošetřím autorizací s různými stupni úrovně přístupu, která znemožní nekvalifikovaným osobám modifikovat data ze stanic.

Nejvyšší stupeň autorizace ponechám proškolenému programátorovi z členů vedení firmy. Další přístupy s nižšími úrovněmi autorizace budou obdobně rozděleny mezi vedení firmy, pomocný servisní personál a vedoucí pracovníky. K průkaznosti je nutné, aby každý autorizovaný pracovník, byť má stejnou úroveň přístupu, se prokázal vlastním heslem. Heslo bude moci mít jakékoli alfanumerické znaky.

Je pochopitelné, že přístup ke změně technologického nastavení konstant by měla mít osoba s nejvyšší úrovní autorizace, případně servisní personál. Neodborní členové vedení firmy budou moci tyto hodnoty pouze sledovat, ale na jejich změny však nebudou mít oprávnění.

1.4.4 Datum a čas pro možnosti reklamace

Ve vizualizaci musí být zakomponován i systém zobrazující aktuální čas a datum v přehledných formátech. Přesnost udávání času postačuje na jednotky sekund, neboť výměny pájecích nástrojů nejsou časté a na prokázání reklamací postačí datum s přiřazeným časem ve HH-MM-SS. Čas s příslušným datem budou přiřazeny ke každé výměně pájecího hrotu nebo topného modulu. Takto získaná komplexní informace umožní prokázání nedostatečné kvality zakoupených nástrojů od dodavatele. Při výměně pájecího hrotu nebo topného modulu se musí zahrnout i časové zpoždění pro případ potřebné změny údajů čísel šarže pájecích hrotů. V případě, že by aplikace ihned po zadání čísla šarže zapsala špatnou hodnotu, i když následně změněnou, byla by tato archivace kontraproduktivní.

(21)

18

1.4.5 On-line kontrola a sběr dat

On-line kontrola nad vytvořenou aplikací by měla být možná odkudkoliv i bez instalace speciálního SW. Ideálním řešením je tedy data z aplikace distribuovat přes webserver a k přístupu využít běžné WWW prohlížeče.

Sběr dat z 16 stanic by v případě necentralizovaného řízení obsahoval rozsáhlou kabelovou instalaci, což je nežádoucí. Navržené řešení proto zahrnuje pouze nezbytné minimum kabelových svazků zavedených do řídicí jednotky. Všechny programem získané informace (hodnoty teplot a indikace) by se měly ukládat na přesně určené registry s velikostí potřebnou pro daný datový tip. Sběr dat bude řešen buď přímo v aplikaci, nebo v externím systému. Firma už má pro takovéto sběry dat připravenu programovou šablonu, splňující všechny požadavky sběru dat, tvorby tabulek a grafů.

Přesto se pokusím zakomponovat do řešení bakalářské práce i svou možnost řešení problematiky sběru dat.

(22)

19

2. Praktická část

Praktická část se zabývá konkrétními prostředky, které jsem použil pro koncepci systému pro kontrolu teploty pájení. Důležité je pečlivě zvážit jakou koncepci pro danou komplexní problematiku zvolit, aby se splnily všechny požadavky k programu z úvodních kapitol. Možnosti použitého HW by měli být využity co nejefektivněji.

V průmyslové praxi by se mělo přihlédnout i k tomu, zda firma, u které se problematika řeší, už HW koncepci ve své výrobě nepoužívá.

Důležité také je, důkladně se seznámit s použitými pájecími stanicemi a jejich možnostmi. Informace z termočlánků pájecích stanic se budou vyvádět odbočkami uvnitř pájecí stanice a budou přivedeny do povídajícího HW ke zpracování a vyhodnocení. Je pravděpodobné, že hodnoty získané z termočlánků pájecí stanice se nebudou shodovat s reálnou teplotou na stanici a bude nutné propojení pájecí stanice a vyhodnocovacího programu překalibrovat. Bude-li nutné, věnuji kalibraci jednu samostatnou kapitolu bakalářské práce.

V podkapitolách uvedu, až zvolím nejoptimálnější koncepci i princip funkčnosti vybraného HW se zdůvodněným rozhodnutím o použité technologii.

2.1 Rozhodnutí o použité technologii

Po konzultaci s vedením firmy a elektrotechnikem servisu jsem jako možnost řešení problematiky zvolil využití tzv. programovatelných automatů. Programovatelný automat (dále už jen PLC) má širokou škálu využití v průmyslových provozech.

Konkrétně bylo pro monitoring vybráno zařízení od firmy TECO a.s. PLC Tecomat řady FOXTROT.

(23)

20

Důvody pro volbu tohoto koncepce PLC jsou především:

ü velká spolehlivost ü časová stálost

ü modulárnost (= možnost řazení více modulů za sebe) ü malé rozměry

ü velká kompatibilita ü jednoduchá montáž

ü možnost nepřetržitého provozu ü možnost přeprogramování

Mohl jsem využít i jiné koncepce, ale přihlédl jsem ke svým znalostem s využitím PLC ze studia na vysoké škole.

Tecomaty řady FOXTROT se dají naprogramovat pomocí integrovaného vývojového prostředí MOSAIC (zvolil jsem verzi programu 2.0.15.0 – SP1 od firmy TECO a.s., protože některé jiné verze vykazovaly problémy v různých nastavovacích nástrojích prostředí Mosaic). Část o vývojovém prostředí rozeberu v kapitolách, které se týkají programové části řešení.

2.2 Programovatelný automat (PLC)

Programovatelný automat (PLC - Programmable Logic Controller) je číslicový řídicí elektronický systém, získává z číslicových nebo analogových vstupů a výstupů data. Pracuje s daty a ukládá do zápisníkové paměti a zásobníku. Pomocí instrukcí programovacího jazyka a uložených dat se dají konstruovat libovolné průmyslové aplikace. Pro naše potřeby vyhovující možnost řešení problematiky.

(24)

21 Vykonávání uživatelského programu

Vytvořený program ve zvoleném programovacím jazyce se přeloží do strojového kódu. Centrální jednotka postupně čte z paměti jednotlivé instrukce, provádí příslušné operace s daty v zápisníkové paměti a zásobníku. Následně vyhodnocená a získaná data případně uloží. Při spuštění režim („Run“) programu se tento cyklus neustále opakuje.

Při režimu Stop („Halt“) se vykonávání instrukcí přeruší a je možno modifikovat program. PLC je schopen fungovat v nepřetržitém režimu a nevykazovat žádné náhodné poruchy a potřeby údržby.

2.3 Výběr vhodných modulů PLC

Velkou ctností architektury PLC Tecomat řady FOXTROT je modulárnost.

Výsledné HW řešení tedy nemusí obsahovat nevyužité programovatelné obvody.

V této kapitole z velkého množství různých programovatelných a rozšiřujících modulů vyberu nejvhodnější pro problematiku kontroly teploty pájení.

Všechny použité moduly PLC jsou napájeny stejnosměrným napětím o velikosti 24V.

Navržený systém bude obsahovat tyto části:

napájecí modul (pro konverzi střídavého napájecího napětí 230V na použitelných 24V stejnosměrných)

centrální jednotku

rozšiřující modul pro nadstavbové potřeby programu

(25)

22

2.3.1 Napájecí spínaný zdroj DR-60-24

Obrázek 1 Napájecí spínaný zdroj DR-60-24 [1]

Ø napájecí spínaný stabilizovaný zdroj se vstupním napětím v širokém rozsahu 100-240 V AC

Ø napájecí zdroj s pevným výstupním napětím 24 V DC, stabilizovaný 60 W

Ø max. zatížení 24 V - 2.5 A

Ø elektronická ochrana proti zkratu, přetížení a přepětí

Ø možnost jemného doladění výstupního napětí trimrem v rozsahu ±10% U DC

Ø LED indikace výstupního napětí - na předním panelu

Ø chlazení přirozenou cirkulací vzduchu - perforovaná krabička

Ø upevnění na DIN lištu

Ø izolace tř. II

Obrázek 2 Principiální funkčnosti napájecího spínaného zdroje DR-60-24 [2]

(26)

23

2.3.2 Centrální jednotka CP-1005

Obrázek 3 Centrální jednotka CP-1005 [3]

Centrální modul CP-1005 je tvořen jednotkou (CPU) řady K, která je určena pro aplikace s vysokými výkonovými požadavky. Obsahuje zálohovanou paměť CMOS RAM pro uživatelské programy, data, tabulky, uživatelské registry a DataBox. Dalším prvkem je paměť Flash pro zálohování uživatelského programu a z boku přístupný slot pro MMC/SD paměťovou kartu.

Vestavěný web server pro volnou tvorbu uživatelských webových stránek na paměťové kartě (XML technologie) umožňuje také vytvoření webové stránky. Centrální modul CP-1005 obsahuje mj. také obvod reálného času, rozhraní Ethernet, dva sériové kanály, jeden komunikační kanál s rozhraním CIB pro připojení externích periferií a systémové rozhraní TCL2 určené pro připojení rozšiřovacích modulů, které zvyšují počet I/O systému.

Pro potřeby propojení a komunikace jsem na tomto modulu nevyužil kromě napájení, zemnění a komunikačního rozhranní TCL2 žádné jiné vstupy.

O rozhraní pro externí periférie TCL2, MMC/SD paměťové kartě a rozhraní Ethernet se podrobněji zmíním v kapitole 2.4 Propojení a komunikace s PLC.

(27)

24

2.3.3 Rozšiřující modul IT-1602

Obrázek 4 Rozšiřující modul IT-1602 [4]

Periferní modul IT-1602 obsahuje 8 analogových vstupů a 2 analogové výstupy.

Všechny vstupy i výstupy jsou galvanicky oddělené. Modul je napájen z modulu DR- 60-24 a je tedy napájen napětím 24 V DC. Přetížení, odlehčení nebo rozpojení na vstupech je indikováno na čelním panelu výstražnými signalizacemi červených diod.

Jeho vstupy jsou připraveny mj. pro měření s termočlánky J, K, R, S a B.Všechny analogové vstupy jsou nezávislé na sobě a je tedy možné kombinovat různé typy termočlánků. Nastavení se provádí v integrovaném vývojovém prostředí Mosaic a jeho části Manažer projektu.

2.4 Propojení a komunikace s PLC

Obrázek 5 Propojení modulů PLC Napájecí spínaný

zdroj DR-60-24

•dodává napětí 24V do obvodu celého PLC

Centrální jednotka CP-1005

•řídící jednotka

•komunikace po TCL2

Rozšiřující modul IT-1602

•připojení pájecí stanice 1 až 8

Rozšiřující modul IT-1602

•připojení pájecí stanice 8 až 16

(28)

25

Připojovací panel každého modelu PLC řady FOXTROT je osazen šroubovými svorkami pro maximální průřez vodiče 2,5 mm²na svorku. Je dobrým pravidlem rozlišovat barvy napájecích, přívodních a komunikačních kabelů. Jelikož PLC nevykonává v mém případě silové účinky, použil jsem průřez vodiče 1,5 mm²na svorku. Svorkovnice slouží pro připojení komunikační linky a napájení modulu.

V části komunikace zdůrazním, ale jen v krátkosti, slot pro MMC/SD paměťovou kartu, ethernetové rozhraní a externí periferie.

MMC/SD paměťová karta - do přídavné karty se nahrává veškeré nastavení vlastního zobrazení pomocí vývojového prostředí WebMaker. Aplikace by fungovala i bez karty, ale vlastní případná vizualizace se nahrává přes ethernetové rozhraní z nakonfigurované karty.

Rozhraní Ethernet – všechna nastavení a změny v programu probíhají připojením PC k centrální jednotce CP-1005 klasickým UTP kabelem. I při zhotovení programu se veškerá data (vstupní i výstupní) posílají a udržují v komunikaci přes UTP kabel. Ethernet umožňuje nejen rychlé datové toky, ale i možnost on-line komunikace s centrální jednotkou.

Externí periférie TCL2 – obsahují konkrétně TCL2+ a TCL2-. Propojení modulů pomocí TCL je provedeno lineárně (bez realizace odboček). Centrální modul musí být na jednom konci sběrnice, na druhý konec zařadíme za všechny potřebné moduly zakončovací odpor 120 mezi signály TCL2+ a TCL2–.

TYP Popis

IB-1301 12 binárních vstupů 24 V, z toho 4 využitelné jako vstupy čítačů OS-1401 12 binárních tranzistorových výstupů 24 V

IR-1501 4 binární vstupy 24 V využitelných jako vstupy čítačů a 8 releových výstupů

IT-1601 8 analogových vstupů

2 analogové unipolární napěťové výstupy (10 bitů) IT-1602 8 analogových vstupů

2 analogové bipolární napěťové výstupy (10 bitů)

Tabulka 1 Výpis modulů komunikujících po TCL2

(29)

26

2.5 Princip a funkce termočlánků

Obrázek 6 Obecný termočlánek typu K [5]

Termočlánky jsou nejpoužívanější teplotní čidla. Jsou levné a mohou měřit teploty v širokém pracovním rozsahu. Jejich největší nevýhodou je však nepřesnost. Je důležité zavést kompenzaci měření k dosažení přijatelné přesnosti měření teploty.

Roku 1822 estonský fyzik Thomas Seebeck objevil, že dva kovy, které jsou mezi sebou spojené, vytvoří napětí, které je závislé na teplotě. Tomuto jevu se říká podle objevitele - Seebeckův efekt. Termočlánek může tvořit mnoho dvojic kovů, ale jejich výstupní napětí se dá velice těžko předpovídat. Proto se upřednostňují termočlánkové standarty.

Mají totiž široký rozsah pracovní teploty a umožňují předpovědět výstupní napětí.

Na obrázku na začátku kapitoly je například termočlánek typu K, který při 300°C napětí vytváří 12.2mV. Na konci kapitoly zmíním chyby, které vznikají při měření teploty termočlánky. Jelikož by se kompenzace šestnácti stanic musela obtížně realizovat, rozhodl jsem se překalibrovat pracovní rozsah termočlánku. Kalibraci jsem věnoval jednu z podkapitol bakalářské práce.

Chyby při měření termočlánky:

velikosti odporu vyhodnocovacího přístroje změna odporu vedení s teplotou

základní chyba vyhodnocovacího přístroje

chyba termočlánku (odchylka od normalizované řady) nesprávné vyrovnání odporu vedení

a další s nimi příbuzné chyby

(30)

27

2.6 Kalibrace

I když rozšiřující moduly IT-1602 mají analogové vstupy připravené pro různé typy termočlánků, tak se hodnoty, vstupující do modulu PLC, se skutečnou teplotou na hrotu mikropáječky neshodovaly. Bylo tedy nutné celou pájecí stanici rozložit, navést do regulační části mikropáječky odbočky a překalibrovat celé zapojení. Propojil jsem do analogových vstupů modulu PLC IT-1602 výstupy z termočlánků na pájecích stanicích.

Provedl jsem několik měření na přesném a rychlém teploměru GMH 3210 v rozsahu od 160°C do 420°C pro několik termočlánků, abych potlačil chyby z jednoho měření.

Výsledné naměřené hodnoty získané přes IT-1602 jsem proložil regresní křivkou (lineární) z naměřených hodnot.

Tabulka 2 Hodnoty kalibrace

teplota [°C] hodnota termočlánku [-]

160 5950

170 6230

180 6530

210 7300

230 7830

240 8610

250 9020

270 9370

285 9930

300 10550

310 10650

325 11270

340 11760

345 12060

370 12550

400 13505

410 14340

420 14420

(31)

28

Graf 1 Grafické proložení hodnot lineární regresí

Rovnice kalibrace pro přepočet na skutečné hodnoty teploty:

y = 0,030x – 16,67

Celkovou kalibraci jsem po čase znovu prozkoušel, mé výsledky byly opět vyhovující.

Skutečné hodnoty teploty se budou přepočítávat přes kalibrační rovnici a tím jsem dosáhl přesnosti snímané teploty hrotu mikropáječky přesahující 99%.

y = 0,030x - 16,67 R² = 0,996

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000

0 100 200 300 400 500

hodnota termočlánku [-]

teplota [°C]

Kalibrace

(32)

29

3. Programová část

Po zvolení koncepce modulárního PLC Tecomat a vyřešení kalibrace termočlánků jsem využil integrované vývojové prostředí Mosaic pro tvorbu programu spravujícího kontrolu teploty pájení a vizualizaci. V Mosaicu jsem využil rozsáhlých možností nástrojové lišty s grafickými komponentami. Některé návrhové komponenty podrobněji vysvětlím v následující kapitole 4.1.1 Použité komponenty návrhu vizualizace.

Pomocí vývojového prostředí Mosaic jsem propojil odpovídající analogové vstupy rozšiřujícího modulu IT-1602 se vstupně/výstupním nastavením a přidělil analogovým vstupům tzv. aliasy (pro snazší orientaci v programu). S těmito zastupujícími jmény budu v programové části uskutečňovat matematické, relační a konverzní operace.

Po zvolení vhodného programovacího jazyka uvedu i ukázku zdrojového kódu (popř. jeho části s deklaracemi proměnných). Program ošetřím a odstraním chyby a budu se věnovat části vizualizace kontroly teploty pájení.

Pro vizualizaci využiji nadstavbovou část prostředí Mosaic zvanou WebMaker.

Vizualizace musí splňovat všechny požadavky z kapitol první části bakalářské práce a to především přehlednost a editovatelnost pro praktické využití vizualizace kontroly teploty pájení.

3.1 prostředí Mosaic

Mosaic je výkonný, přehledný a sofistikovaný program, umožňující nastavení libovolného typu PLC.

Prostředí je vyvíjeno ve shodě s mezinárodně platnou normou IEC EN-61131-3, pomocí které definujeme strukturu programu, programovací jazyky a striktní systematičnost psaní a tvorby programu pro libovolné PLC.

V případě, že by pro tvorbu programu nestačily standardní funkční bloky, je možné přidat si z webové stránky TECO, a. s. libovolnou rozšiřující knihovnu.

(33)

30

Základem při programování podle normy IEC EN-61131-3 je pojem Programová Organizační Jednotka zvaná POU (Program Organisation Unit). POU je nejmenší nezávislou částí uživatelského programu. Každý program může obsahovat několik POU, které mohou být mezi sebou provázány. Každá POU zpracovává a předává jeden a více parametrů.

Existují tři základní typy POU :

funkce (function, FUN)

funkční blok (function block, FB) program (program, PROG)

Funkce.

Při volání funkce má výsledná hodnota se stejnými vstupními parametry vždy pouze jeden výsledek.

Funkční blok

Chová se podobně jako funkce, ale vlastní i paměť předešlých hodnot proměnných. Výsledek je tedy určen vstupními parametry a předešlými stavy hodnot parametrů. Funkční blok může vracet více než jeden výsledek.

Program

Program je programová vrcholová jednotka. Centrální jednotka PLC může zpracovávat i více uživatelských programů (mohou být různého typu vykonávání uživatelského programu).

(34)

31

Každá POU se skládá ze dvou základních částí:

deklarační

Zde se definují proměnné a jejich datový typ, potřebný pro správné činnosti POU.

výkonné

Ve výkonné části se pracuje s proměnnými pomocí příkazů pro realizaci žádaného algoritmu.

Celý program má společnou deklarační část pro všechny typy programovacích jazyků. V rámci tvorby programu lze kombinovat různé typy programovacích jazyků.

Mosaic obsahuje i nadstavbové části:

SimPLC - pro ladění bez připojení k reálnému HW.

Manažer IEC projektu – spravuje knihovny projektu a deklarace všech proměnných v programu pro PLC.

WebMaker – nástroje pro tvorbu www stránek, vygenerovaný v jazyce XML provázaným s fyzickým PLC.

Internetové zobrazení umožňuje vizualizovat, ale i řídit technologii. Do stránek se dají vkládat texty, statické i dynamické obrázky a mnoho dalších komponent pro zaručení přehlednosti a splnění požadavků aplikace.

Mosaic obsahuje i jiné nadstavbové části, mnou uvedené jsou ty, které jsem při práci používal nejvíce.

(35)

32

3.1.1 Programovací jazyky (jazyk FBD)

PLC Tecomat podporuje 4 programovací jazyky podle normy IEC EN 61131-3:

LD - Ladder Diagram - jazyk releové logiky IL - Instruction List - jazyk seznamu instrukcí

FBD - Function Block Diagram - jazyk funkčního blokového schématu ST - Structured Text - jazyk strukturovaného textu

Grafické jazyky umožňují snadnou a intuitivní tvorbu programu.

V rámci uvedení do praktického provozu bylo nutné strukturovat program co nejjednodušší, aby bylo možné orientovat se v něm i bez větších znalostí programování podle zmíněné normy IEC EN-61131-3 v prostředí Mosaic. Pro tvorbu programu byl zvolen programovací jazyk FBD, tzv. jazyk funkčního blokového schématu, který je názorný a přehledný.

Pro tvorbu programu jsem využil funkční bloky, které nabízí základní obsah prostředí Mosaic.

Bloky:

Ø Logické (AND, OR, NOT,XOR) Ø Matematické (ABS, DIV, LIMIT,…)

Ø Čítače/časovače (CTD, CTU, R_TRIG, TON, TOF,…) Ø Konverzní (BOOL_TO_BYTE, INT_TO_REAL,…) Ø Relační (EQ, GE, GT,…)

Dalšími funkčními bloky jsou posuvny/rotace, časové a systémové, které jsem však pro svoji práci nevyužil.

Do prostředí Mosaic se dají i importovat knihovny ze stránek TECO,a.s. tzv.

funkční bloky Knihovní (např.: SysLib v1.8, DataBoxlib v1.2,…).

(36)

33

3.2 Ukázka zdrojového kódu

Každá POU se skládá z deklarační části programu a v této části uvedu názvy proměnných s potřebným datovým typem. Konstanty mají přiřazenou určitou hodnotu v programu, kterou během aplikace nelze měnit.

Proměnné, které se budou vyhodnocovat nadřazeným systémem, musí obsahovat ve své deklarační části určení pozice pro alokaci registru, která odpovídá datovému typu. Vybrané proměnné poznáme podle toho, že mají ve svém zápisu název proměnné AT %RWxxxx(x=číslo alokačního registru): datový typ proměnné. Přes tyto zadaná čísla registru se bude přistupovat do paměti v programu. Příklad alokace registru uvedu v náhledu této kapitoly.

Uvedu částečný výpis z deklarační části zdrojového kódu pro jeden termočlánek.

Zbývajících 15 termočlánků se od sebe principiálně neliší.

VAR_GLOBAL CONSTANT MIN_teplota : REAL:= 150;

Ø Konstantu je využita jako minimální teplota, při které se uvažuje, že pájecí stanice by mohla být v provozu. Tato hodnota však není hranice určující tavitelnost pájky. Pokud teplota hrotu klesne pod tuto hranici, pájecí stanice bude signalizovat „odpojeno“.

MIN_hodnota : REAL := 5500;

Ø Hodnota této konstanty je určena z kalibrace, kde podle hodnoty získané přes V/V zařízení odpovídá konstanta MIN_hodnota teplotě 150°C. Princip je stejný jako předchozí případě, ale tato konstanta ošetřuje hodnotu vstupu od PLC.

odpojeni : REAL := 500;

Ø Při odpojení konektoru mikropáječky od PLC se vyhodnotí číslo, které při dosazení do kalibrační rovnice mnohonásobně přesáhne maximální regulační rozsah mikropáječky (500°C). Při překročení této hodnoty (teploty) je indikováno odpojení mikropáječky od stanice.

END_VAR

(37)

34 VAR_GLOBAL RETAIN

Tepl_alarm_1 : BOOL;

Ø Tato proměnná vrací hodnotu TRUE, pokud teplota na pájecí stanici přesáhne maximální dovolenou technologickou teplotu pájení MAX_teplota. Kontext teplotního alarmu a maximální teploty bude patrnější z funkčních bloků v následující kapitole.

odp_1_skryti_tepl : BOOL;

Ø V případě, že bude stanice v režimu „odpojeno“, tato pomocná proměnná schová aktuální teplotu na stanici. Ve stavu odpojení není teplota na stanici podstatná.

MAX_teplota AT %RW350: REAL;

Ø Proměnná udává velikost maximální technologické teploty pájení, kterou nesmí teplota na hrotu mikropáječky nikdy nepozorovaně překročit.

Ø Maximální teplota je jediná hodnota, která se spouští ze samostatné instance programu jako proces P63 (studený restart). Hodnota maximální teploty bude nastavována jako uživatelem definovaná počáteční hodnota.

cislo_osobni_1 AT %RW500: INT;

Ø V této proměnné je evidováno osobní číslo zaměstnance, vykonávajícího zakázku. Jeho číslo se uloží do blíže specifikovaného registru. A bude tedy možné zpětně doložit informace pro případné reklamace zakázky.

ID_cislo_osobni_1 : INT;

Ø Do této proměnné se na uvedený registr napíše osobní číslo zaměstnance. Pokud bude toto číslo větší než nula, přiřadí se jeho hodnota jako osobní číslo zaměstnance.

ID_cislo_hrotu1 AT %RW620: INT;

Ø Bude-li číslo hrotu větší než nula, uloží se jeho hodnota do odpovídajícího registru.

(38)

35 cislo_hrotu1 AT %RW616: INT;

Ø Do této proměnné napíše vedoucí pracovník pomocí editačního pole číslo šarže hrotu mikropáječky a bude rovněž možné dokázat dodavateli případnou nevyhovující kvalitu dodávaných hrotů (ušetření finančních prostředků).

odp_1 : BOOL;

Ø Pokud bude teplota mimo pracovní oblast, vyhodnotí se proměnná odp_1 jako odpojení čidla, a tedy i odpojení celé pájecí stanice.

sig1 AT %RW300: BOOL;

Ø Proměnná bude pomáhat při indikaci teploty v pracovním teplotním prostoru při dodržení odpovídající technologické teploty.

teplota1 AT %RW200: REAL;

Ø Hodnota, která přijde z termočlánku do PLC projde přepočtem přes kalibrační rovnici a výsledkem je skutečná teplota na hrotu mikropáječky.

END_VAR

3.3 Ukázka z řešení pomocí funkčních bloků

V této kapitole názorně uvedu myšlenku uspořádání funkčních bloků do celků, jež jsem použil v bakalářské práci.

Omezím se pouze na první pájecí stanici, neboť všech zbývajících 15 stanic by se řešilo obdobným způsobem a nemá proto praktický důvod uvádět všechny zobrazení.

(39)

36 Ukázka překalibrování termočlánku:

Obrázek 7 Zapojení FBD - Kalibrace

Ø Hodnota 1 až 16 je převedena ze vstupního datového typu integer na datový typ Real pro možnost pracovat i s desetinnými čísly. Hodnota 1 až 16 je postupně násobena směrnicí lineární regresní křivky a je od ní odečtena hodnota posunutí v ose y. Blok absolutní hodnoty nemá tak velký význam, protože hodnoty nižší než 150°C se nebudou v aplikaci zobrazovat. V případě, že by hodnota 1 až 16 byla rovna nule, byl by výsledek teploty záporný.

Signalizace nepřekročení pracovní oblasti:

Obrázek 8 Zapojení FBD - signalizace pracovní oblasti

Horní větev:

Ø Získaná teplota 1 až 16 je porovnána s maximální teplotou technologického rozsahu pájení a v případě, že teplota 1 až 16 bude vyšší než dovolená, aktivuje se teplotní alarm.

Dolní větev:

Ø Hodnota 1 až 16 z PLC je přivedena do bloku LE a porovnána s hodnotou z PLC odpovídající přibližně 150°C. Výsledkem je buď TRUE nebo FALSE.

(40)

37 Vyhodnocení:

Obě větve se sbíhají do bloku OR, který nastaví sig_1 až 16 do log „1“, když bude alespoň jedna příchozí větev do hodnoty TRUE.

Indikace pro stav odpojení pájecí stanice:

Obrázek 9 Zapojení FBD - odpojení stanice

Horní větev:

Ø Získaná teplota 1 až 16 je porovnána s minimální teplotou nastavenou jako konstanta v programu (150°C).

Dolní větev:

Ø Teplota 1 až 16 z PLC je přivedena do bloku GT a porovnána s hodnotou odpojení (500°C). Výsledkem je buď TRUE nebo FALSE.

Vyhodnocení odpojení a skrytí teploty:

Obě větve se sbíhají do bloku OR, který nastaví odp 1 až 16 do log „1“, když bude alespoň jedna větev nastavena do hodnoty log „1“. Aplikace následně reaguje odpojením příslušné pájecí stanice a skrytím její teploty, protože nemá smysl snímat teploty z odpojených stanic. Proměnná odp_1 až 16_skryti_tepl bude rovněž příznak, podle něhož se bude aktivovat snímání teplot nadřazeným systémem.

(41)

38 Datum aktualizovaný během aplikace:

Obrázek 10 Zapojení FBD - datum

Ø Funkční blok je z přidané rozšiřující knihovny SysLib v1.8 a navrací datum spuštěné aplikace ve formátu ROK-MĚSÍC-DEN.

Čas aktualizovaný během aplikace:

Obrázek 11 Zapojení FBD - čas

Ø Funkční blok je z přidané knihovny SysLib v1.8 a navrací přesný čas spuštěné aplikace ve formátu HODINA-MINUTA-VTEŘINA. Popřípadě ještě přesněji podle nastavené velikosti editační oblasti.

Autorizace vedoucího pracovníka:

Obrázek 12 Zapojení FBD - autorizace

Ø Pokud se heslo, zadané v „obsluze“, shoduje s předem nadefinovanými hesly, je aktivováno povolení pro vedoucího pracovníka, pro editaci všech povolených položek na stránce obsluhy (čísla šarže hrotů, počet vyměněných topných modulů, osobní čísla zaměstnanců). Bez řádného hesla zůstanou všechna zobrazení skryta (ochrana před neoprávněným přístupem).

(42)

39 Zadávání čísla šarže hrotu mikropáječky:

Obrázek 13 Zapojení FBD - šarže hrotu mikropáječky

Ø Do ID_cislo_hrotu 1 až 16 se zadá číslo šarže hrotu a pokud je jeho hodnota různá od nuly, přepíše se hodnota zadaného čísla do výstupní proměnné cislo_hrotu 1 až 16, která se bude sbírat a ukládat pro pozdější zpracování.

Zadávání osobního čísla pracovníka:

Obrázek 14 Zapojení FBD - osobní číslo zaměstnance

Ø Do ID_cislo_osobni 1 až 16 se zadá osobní číslo zaměstnance, vykonávajícího zakázku. Pokud je jeho hodnota nezáporná a větší než nula, přepíše se do výstupní proměnné cislo_osobni 1 až 16, která se bude zpracovávat a přiřazovat se k číslům zakázky (pro případné reklamace).

(43)

40 Čítání počtu vyměněných topných modulů:

Obrázek 15 Zapojení FBD - počet vyměněných topných modulů

Vyhodnocení:

Ø Příznak čítání M1 až M16 přijde k hranovému detektoru, který reaguje na náběžnou hranu a SR klopný obvod se nastaví do režimu SET.

Ø Příznak čítání M1 až M16 přijde rovněž k časovači a po uplynutí nastaveného času (T#2s), resetuje SR klopný obvod a umožní další případné přičtení vyměněného topného modulu (znovu se objeví obrázek výměny topného modulu).

ü Citac_modul_ 1 až 16 inkrementuje pocet_Modul_ 1 až 16 dokud nadřazený systém proměnnou reset_Modul_ 1 až 16 nenuluje jeho hodnotu. Maximální číslo, do kterého může čítat je 1023, což je dostatečně předimenzováno, protože za snímaný úsek nelze hodnotu překročit.

(44)

41

4. Vizualizace aplikace

Po odzkoušení a vyladění funkčních blokových propojení je potřeba vytvořit kvalitní ovládací prostředí a přehlednou vizualizaci. Pomocí vizualizace by se měly dát hodnoty proměnných sledovat a u některých i konfigurovat jejich hodnoty.

Program Mosaic, jak jsem již uvedl v dřívějších kapitolách, obsahuje také prostředí pro webovou vizualizaci WebMaker, který jsem zvolil jako pracovní prostředí návrhu pro monitoring kontroly pájecích stanic.

4.1 WebMaker

WebMaker je jedním z rozšiřujících programů prostředí Mosaic. Jeho výstupem při kompilaci je uživatelské webové rozhraní přístupné přes IP adresu PLC. Po zadání uživatelského jména a hesla se objeví vizualizace aplikace.

Vizualizace může mít několik záložek kontextového menu. V mém případě to jsou 3 kontextová menu: Teploty na stanicích, Obsluha, Informace. Každé jméno kontextového menu funguje jako hypertextový odkaz, kterým se dá mezi nimi přepínat.

WebMaker obsahuje i správce hesel, který je pro moji aplikaci nezbytný.

Veškerá práce na ploše se formuje pomocí komponent, které mají dostatečný rozsah konfigurace. Komponenty, které jsem ve své práci využil, zmíním v následující podkapitole. Až by byla připravena finální podoba vizualizace, postačuje překompilovat vzniklé prostředí WebMakeru do jazyku XML a vytvoří se tím uživatelské rozhraní.

4.1.1 Použité komponenty návrhu vizualizace

Pro vytvoření vyhovujícího vzhledu jsem v integrovaném vývojovém prostředí Mosaic využil jeho již zmíněnou součást WebMaker.

Nastavil jsem rozměr cílového zařízení (rozlišení stránky) na hodnotu, aby výsledný program neztratil na účelnosti a přehlednosti. V mém případě postačilo zobrazení 1024x786 pixelů. Toto rozlišení se v současné době nejčastěji používá

(45)

42

v průmyslové praxi u většiny PC. Nastavil jsem generování titulků zobrazované strany, které budou sloužit jako jasná vodítka pro vedoucí pracovníky. Rovněž jsem pro přehlednost a nutnost ponechal nastavení levého kontextového menu. Kontextové menu slouží k přepínání mezi jednotlivými vizualizačními okny a umožňuje tak z jedné spuštěné aplikace řídit a sledovat stav na pracovišti, aniž bychom museli složitě přepínat další podokna nebo podprogramy.

U vizualizace bylo potřeba nastavit periody obnovování a především úrovně zabezpečení různých komponent a kontextových menu.

Konečnou podobu vizualizace jsem stvořil z komponent, které nabízí ve své liště program WebMaker. Stručný popis komponent a jejich vlastností uvedu v krátkém přehledu.

Pro názorné zobrazení jsem použil:

v Statický text

Ø Je přehledná textová informace, která slouží jako doplňující informace pro danou pájecí stanici, hrot a modul. Text může rovněž sloužit jako hypertextový odkaz na jinou stranu aplikace. Statický text má funkci „bit řídící viditelnost“, která mu umožňuje podmíněné zobrazení textu.

Obrázek 16 Vlastnosti statického textu

(46)

43 v Zadávací pole

Ø Pomocí zadávacího pole se umožňují editovat a zobrazovat proměnné v PLC.

Zeditované hodnoty jsou odeslány do PLC až po stisknutí globálního odesílacího tlačítka.

v Zadávací pole s vlastním tlačítkem pro odesílání

Ø Pracuje stejně jako zadávací pole bez tlačítka pro odeslání. Editované hodnoty jsou odeslány do PLC až po stisknutí odesílacího tlačítka u zadávacího pole (globální tlačítko nemá vliv).

Obrázek 17 Vlastnosti zadávacího pole

v Odesílací tlačítko (Button)

Ø Funguje jako globálního odesílací tlačítko. Toto tlačítko po stisknutí odešle všechny editační pole bez vlastního tlačítka pro odeslání. Je to jediná možnost jak odeslat do PLC hodnoty pro tlačítka bez vlastního odeslání.

v Statické obrázky

Ø Jsou pro vkládání libovolných motivů v podporovaných grafických formátech.

Můžou však být použity i jako odkaz.

§ Statický obrázek jsem použil pouze pro pozadí pracovní plochy

(47)

44 v Dvoustavové obrázky

Obrázek 18 Vlastnosti dvoustavového obrázku

Ø Slouží k ovládání a zobrazování proměnných typu BOOL. Při nenulové hodnotě je zobrazen jeden obrázek, při nulové druhý. Slouží jako ideální vizualizační prvek pro indikaci splnění podmínky TRUE nebo nesplnění FALSE. Při kliknutí na dvoustavový obrázek se jeho hodnota proměnné zneguje.

Veškeré použité obrázky se dají spravovat ve Správci obrázků, kde se však po uložení nedají už dále modifikovat.

Téměř všechny komponenty jsou nastaveny pouze pro čtení. Nejdůležitější je totiž kontrola teploty až rozšiřující možností je editace zobrazované vizualizační plochy.

4.2 Konečný vzhled aplikace

Pro názornost chování vizualizace programu jsem pro první pájecí stanici přidal editační pole s názvem hodnota1, pomocí které budu simulovat vstup z PLC. Na této hodnotě pro stanici 1 odzkouším různé stavy aplikace s patřičným vysvětlením jejich funkcí. Všechny pájecí stanice by se chovaly stejně, a proto využiji pouze výřez z náhledu vizualizace aplikace pro 1 pájecí stanici a celé vzhledy uvedu do příloh bakalářské práce.

(48)

45

TEPLOTY na stanicích: Hodnota1 bude uváděna chronologicky od nejnižší po nejvyšší (stav odpojení čidla teploty).

Obrázek 19 Hodnota PLC 5500

Hodnota na stanici je pod hranicí 150°C a tedy nemá smysl uvažovat tuto hodnotu jako provozní na pájecí stanici.

Stanice je ve stavu „Odpojeno“

Od této hodnoty se indikuje připojení čidla a provozní teplota je 150°C.

Stanice je ve stavu „V provozu“.

Ukázka běžného provozu pájecí stanice.

Hodnota teploty i vstupu z PLC je na hranici maximální dovolené teploty.

Drobná změna hodnoty z PLC signalizuje nedodržení maximální technologické teploty, i když jen třeba v setinách °C.

Čidlo teploty je aktivní.

Stanice se nachází ve stavu překročení teploty pájení v rozporu s nedodržením technologické teploty pájení.

Je nutné upozornění a zásah vedoucího pracovníka.

Čidlo teploty je aktivní.

Stanice se blíží k maximální hodnotě analogové regulace na pájecí stanici, která je 500°C.

Čidlo teploty je aktivní.

(49)

46

Stanice překročila maximální možnost regulované teploty na stanici 500°C.

Stanice je ve stavu „Odpojeno“.

Čidlo teploty je neaktivní.

Stav nastává při výpadku datového propojení s PLC.

Je to také havarijní stav a obsluha musí zařídit nápravu.

Vyšší hodnota na stanici nemůže nastat, a proto ji není nutné ošetřovat.

OBSLUHA: Budou uvedeny možnosti obsluhy při zadání autorizace.

Obrázek 28 Obsluha bez autorizace

Obsluha není autorizována, a tak nemá možnost editace pracovní plochy.

Pouze může sledovat stav stanice.

Obrázek 29 Autorizovaný přístup

Obsluha je autorizována platným heslem, a tak se ji zviditelní nabídka editačních položek.

Je indikován stav na stanicích a údaje: číslo hrotu, osobní číslo a inkrementační tlačítko počtu modulů.

Obrázek 30 Autorizováno bez čítání počtu topných modulů

Zde jsem zobrazil vyplnění editačních polí.

Podobnost čísel hrotů a osobních čísel je čistě náhodná.

Obrázek 31 Čítání počtu modulů

Při stisku inkrementačního tlačítka tlačítko zmizí na časový interval 2s a tím zamezí opětovnému stisku.

(50)

47

INFORMACE: Náhled do výpisu informačního kontextového menu

Obrázek 32 Přehled informací

Na tomto zobrazení je pouze výpis z obsluhy a není možné žádnou položku modifikovat.

Strana informací bude určena pro skupinu osob s nejnižším stupněm autorizace.

4.3 Odesílání, snímání a zpracování dat

Odesílání dat do centrálního počítače se provádí pomocí uložení dat na již zmíněné uživatelské registry. Každé proměnné je pevně vymezen a pojmenován odpovídající datový prostor (podle datového typu).

Přístup k těmto datům zařizuje nadřazený systém již koncipovaný ve firmě AEG Components, a. s. Nadřazený program je realizován v jazyku Pascal a propojí se s odpovídajícími uživatelskými registry, ze kterých si bude ve zvolených časových intervalech (1s, 2s, 1min, 5min,…) sbírat data a popřípadě některé informace nulovat.

Časový interval bude závislý na sledované proměnné. Teplota na stanicích se bude snímat každou vteřinu, ale jiné proměnné,(např. osobní číslo, číslo hrotu) stačí snímat v pětiminutových intervalech, a to jenom při změně parametru proměnné. Hlavním důvodem je, že se jejich hodnoty tak často nemění, a aby obsluha měla čas opravit případnou zadanou chybu.

Ukládání dat a archivace by se dali realizovat i pomocí funkčního bloku DataBox, který umožňuje ze sebe číst a do sebe zapisovat data. DataBox má však omezení maximální velikosti dat pro zápis i pro čtení, proto jsem tuto možnost zavrhl a přijal jsem optimalizovanou šablonu, která je připravena pro příjem dat z prostředí Mosaic. Šablona zajistí normalizovanou tvorbu grafů a tabulek pro vnitřní potřeby společnosti.

Grafy a tabulky získané z dat vizualizace jsou pro případné reklamace postačující a splňují potřeby zadání.

(51)

48

5. Závěr

Cílem bakalářské práce bylo navrhnout koncepci řešení, s použitím vhodného HW a oživit systém pro kontrolu teploty pájení, který by svojí funkcí komplexně a v reálném čase kontrolovat stav teploty na hrotech 16 pájecích stanicívh. Nad rozsah zadání bakalářské práce jsem doplnil vizualizaci o další rozšiřující údaje (osobní čísla zaměstnanců, čísla šarží hrotů mikropáječek a čítání počtu vyměněných topných moulů pro každou pájecí stanici nezávisle.

Program s vizualizací jsem navrhl univerzálně, aby při vhodné vzhledové modifikaci mohl být využitu všech společností, které vyžadují obdobný styl dohledu nad výrobou. Vizualizaci aplikace jsem vzhledově navrhl na požadavky společnosti AEG Components, a. s., dle jejich požadovaných standardů.

Zobrazování pomocí WebMakeru umožňuje kontrolu z jakéhokoli místa, a to i mimo vnitřní síť společnosti. K vizualizaci kontroly teploty pájení je možné připojit se při zadání IP adresy do webového prohlížeče a zápisu správného uživatelského jména a hesla.

Vizualizace aplikace bude spuštěna na výrobní hale v centrálním PC. Práce s vizualizací se bude provozovat na velké LCD obrazovce (úhlopříčka cca 107cm).

Uzpůsobil jsem tomu vzhled, signalizaci i velikost komponent, pro přehlednost a snadnou orientaci i na větší vzdálenosti.

Vyhodnocování grafů a tvorbu tabulek bude po bližším seznámení tvořit nadřazený program v jazyku Pascal, který má firma již k dispozici, a nebylo tedy nutné jej vytvářet. Nadřazený program bude pouze sbírat data z předdefinovaných alokovaných registrů a bude spuštěn společně s vizualizací kontroly teploty pájení na centrálním PC.

Požadavky v zadání bakalářské práce jsem splnil a systém funguje zatím ve zkušebním provozu na výrobní hale společnosti AEG Components, a. s. s dobrými výsledky bez větších nedostatků. Ukázku ze všech tří kontextových menu vizualizace uvedu do příloh na konci bakalářské práce.