Print

Detekce objektů v automatizaci automobilové výroby

-- 17.03.15

Schopnost vidět objekty a spouštět aplikaci patří k nejčastěji opomíjeným základním aspektům návrhu řídicího systému. Dvěma nejobvyklejšími formami detekce objektů je detekce přítomnosti a detekce pohybu. Tento článek je druhou částí seriálu o standardizaci vývoje programování řídicích prvků PLC (Programmable Logic Controller) pro řízení diskrétních výrobních procesů.

Detekce objektů je obecným označením používání senzorů pro identifikaci objektů v jedinečných umístěních ve výrobním procesu a nachází své uplatnění v aplikacích diskrétní výroby, včetně automobilové výroby. Schopnost vidět objekty a spouštět aplikaci patří k opomíjeným základním aspektům návrhu řídicího systému. U řídicích aplikací je detekce pohybujících se objektů nezbytná pro nastavení a vynulování aplikačních signálů. U systémů vyšší úrovně je schopnost detekovat objekty nutná pro spouštění systémových aplikací na bázi PLC. Bez ohledu na to opomíjí mnoho návrhářů dopady, které mají různé formy detekce objektů na řídicí aplikace.

Neschopnost vidět důležitost zdánlivě nevýznamného elementárního aspektu jim brání uchopit vodítko nutné ke standardizaci obvodů řídicí aplikace.

Detekce objektů je ústředním návrhovým aspektem pro spouštění a synchronizaci všech aplikací na bázi řídicích prvků. Zahrnuje strategické zajištění, zapojení a programování senzorových obvodů na bázi událostí tak, aby jejich aktivace nastavovaly a nulovaly aplikační proměnné.

Signály generované spouštěčem jsou odpovědné za přesun dat a aktivaci aplikací na bázi událostí. Fyzické umístění senzorů a mechanické vlastnosti mechanických akčních členů ovlivňují provedení spouštěče. Pro lepší pochopení těchto atributů si musejí návrháři nastudovat dvě základní formy detekce objektů a způsoby, jak mechanické akční členy aktivují senzory pro spínání spouštěcích obvodů. Následující definice popisují obě obvyklé formy detekce objektů:

Detekce přítomnosti: Provedení spouštěcího obvodu využívající jeden nebo více senzorů pro detekci přítomnosti objektu na jednom místě.

Detekce pohybu: Provedení spouštěcího obvodu využívající několik diskrétních senzorů nebo jeden převodník pro detekci přítomnosti a nepřítomnosti objektu na dvou místech.

Bez ohledu na to, jakou formu detekce objektu návrháři zvolí, všechna provedení vyžadují, aby fyzické objekty aktivovaly senzory deterministickým způsobem. Všechna provedení řídicího systému se již přizpůsobila typu a uspořádání senzorů dodaných jako součást mechanického provedení stroje. Toto předem dané uspořádání senzorů určuje, jak je objekty mají aktivovat. Zvolené senzory vždy odpovídají fyzickým vlastnostem mechanických akčních členů.

Čtyři funkce detekce objektů

Následující označení popisují obvyklé funkce senzorů používané pro detekci objektů:

1. Senzor přítomnosti dílu: Senzor strategicky umístěný pro detekci přítomnosti objektu.

2. Senzor příchodu: Senzor strategicky umístěný pro detekci příchodu objektu do procesní stanice.

3. Senzor přítomnosti na určeném místě: Senzor strategicky umístěný pro detekci příchodu objektu na určené místo procesní stanice.

4. Senzor odchodu: Senzor strategicky umístěný pro detekci odchodu objektu z procesní stanice.

Je nezbytné, aby návrháři chápali různé obvody používané pro spínání spouštěcích obvodů detekce objektů. Obvod detekce přítomnosti generuje spuštění aplikace poté, co se aktivují senzory obvodu. Sepnutý spouštěcí obvod znamená statickou přítomnost objektu, zatímco rozepnutý spouštěcí obvod znamená absenci objektu. Obvod detekce pohybu spíná dva mžikové spouštěcí obvody, když senzory identifikují objekt procházející stanicí. Toto provedení obvodu aktivuje signál, když se objekt ve stanici zastaví. Když je signál aktivní, představuje přítomnost objektu, když je na pozicích nebo mezi pozicemi obou senzorů. Když je signál neaktivní, znamená to, že objekt místo opustil.

Pět rozdílů: Přítomnost a pohyb

Detekci přítomnosti od detekce pohybu odlišuje pět charakteristických aspektů provedení.

1. Celkový počet spouštěčů, které obvod produkuje.

2. Minimální počet senzorů obvodu potřebných pro sepnutí jednoho spouštěče.

3. Délka mechanického akčního členu v poměru k délce objektu.

4. Sekvence sepnutí a rozepnutí senzorů potřebná pro aktivaci signálu.

5. Složitost provedení obvodu ovlivňující vratnou nebo nevratnou povahu obvodových signálů.

Pro podrobné porovnání je užitečné prozkoumat obě formy obvodů detekce objektů využívající dva senzory.

Provedení obvodů detekce objektů produkuje aplikační spouštěče, když mechanické akční členy aktivují senzory. Spolehlivá provedení detekce pohybu využívají krátké akční členy, což zajišťuje kratší dobu aktivace senzoru. Obvody detekce přítomnosti využívají dlouhé akční členy, čímž zajišťují prodlouženou dobu aktivace senzoru.

Oba typy obvodů detekce objektů potřebují, aby se senzory mezi objekty deaktivovaly. To je důležitým konstrukčním aspektem v případě, že přicházející objekty následují těsně za sebou. Jednoduše řečeno, detekce přítomnosti snímá objekt v jednom fyzickém místě, zatímco detekce pohybu snímá objekt ve dvou místech. Tento rozdíl je důležitý pro pochopení systémových přínosů detekce pohybu. Patří sem konstrukční podrobnosti související s umístěním senzorů, mechanickými akčními členy senzorů, časováním aktivace senzorů, se spouštěcími obvody a spolehlivostí spouštěče. Poskytnutí těchto informací návrhářům umožní realizaci přínosů spouštěčů detekce pohybů v aplikacích.

Detekce přítomnosti

Obvody detekce přítomnosti využívají více než jeden senzor pro identifikaci přítomnosti objektů, když přijdou do pracovní stanice nebo se zde zastaví. Většina provedení potřebuje dva senzory, první senzor se aktivuje při příchodu objektu a druhý se aktivuje při zastavení objektu na příslušné pozici. Druhý senzor funguje jako filtr, protože eliminuje oscilační efekt prvního senzoru. Oscilační efekt je hlavním důvodem, proč řídicí aplikace nevyužívají detekci přítomnosti pro aktivaci řídicích aplikací na bázi událostí.

Na obrázku 1 je uspořádání senzoru a akčního členu pro detekci přítomnosti snímanou na dílu nebo na přepravce. V případě snímání na dílu se pro aktivaci obou senzorů použije přímo díl, zatímco varianta se snímáním přepravky využívá dlouhý mechanický akční člen připevněný k přepravce pro aktivaci a udržování sepnutí obou senzorů. Některá provedení využívají dva akční členy na přepravce. Mnoho výrobců nedovoluje přímý fyzický kontakt senzorů s produktem. Aktivace pomocí přepravky je jednou z metod detekce přítomnosti.

Obrázek 2 ukazuje fyzický vztah mezi senzorem pro detekci přítomnosti dílu a dvěma objektovými senzory, které detekují akční člen přepravky. Protože objektem přijíždějícím do pracovní stanice je přepravka, obvod pro detekci přítomnosti sleduje také sepnutý stav senzoru přítomnosti dílu.

Neaktivní stav tohoto signálu obvodu zabraňuje aktivovat spouštěč stavu normální přítomnosti dílu na určeném místě, případně aktivuje spouštěč signálu prázdné přepravky. Jeden ze dvou spouštěčů se vždy spustí v okamžiku, kdy se aktivují oba objektové senzory.

Když objekty jedou blízko za sebou, obvody detekce přítomnosti vycházejí ze dvou souvisejících rozměrů fyzických objektů. Zaprvé délka akčního členu objektu musí být větší než vzdálenost mezi oběma senzory. Tento rozměrový aspekt mechanického provedení zajišťuje, že akční člen bude mít oba senzory aktivovány ve stejnou dobu. Zadruhé vzdálenost mezi akčními členy dvou po sobě následujících přepravek musí být větší než délka akčního členu objektu.

Tento rozměrový aspekt zajišťuje, že oba senzory jsou neaktivní ve stejnou dobu mezi objekty. Deaktivace zaručuje, že se oba senzory samostatně znovu aktivují pro následující objekt přicházející do stanice.

Obrázek 3 ukazuje kritické rozměry akčního členu a rozestupy senzorů.

L > S + C: Minimální délka akčního členu senzoru (L) musí být větší než rozestup (S) mezi senzory plus dojezdová konstanta (C). Dojezdová konstanta je vzdálenost, kterou akční člen ujede (když dojde k výpadku napájení senzoru a řízení) do doby, než se zastaví mechanický pohyb. Zajišťuje, že řídicí prvek po obnovení napájení uvidí senzory aktivní.

A > S + F: Vzdálenost mezi akčními členy senzoru (A) musí být větší než rozestup (S) mezi dvěma senzory plus šířka zorného pole senzoru (F).

Na obrázku 4 je schéma časování aktivace dvou senzorů detekce přítomnosti v případě dvou po sobě následujících objektů přicházejících do pracovní stanice a odcházejících z ní. Když objekty přijdou do stanice, sekvenčně aktivují a deaktivují oba senzory. Následující numerická sekvence popisuje číslované kroky uvedené v časovacím schématu.

1. Senzor příchodu objektu je sepnutý: První senzor je aktivován, signalizuje tak, že objekt vstupuje do stanice, zatímco druhý senzor přítomnosti objektu na určeném místě zůstává deaktivován.

2. Senzor přítomnosti objektu na určeném místě je sepnutý: Druhý senzor je aktivován, signalizuje tak, že objekt je na určeném místě stanice, zatímco první senzor vstupu objektu zůstává aktivován.

3. Senzor příchodu objektu je rozepnutý: První senzor příchodu objektu je deaktivován, signalizuje tak, že objekt odchází ze stanice, zatímco druhý senzor přítomnosti objektu na určeném místě zůstává aktivován.

4. Senzor přítomnosti objektu na určeném místě je rozepnutý: Druhý senzor je deaktivován, signalizuje tak, že objekt opustil stanici, zatímco první senzor příchodu objektu zůstává deaktivován.

Obrázek 5 ukazuje, jak návrháři řídicích systémů používají napevno programované spouštěče obvodu pro podporu aplikací řídicího prvku stroje na bázi událostí. Provedení využívá standardní metodu pro individuální připojení kontaktů senzoru ke vstupnímu modulu řídicího prvku stroje. Vstupní modul pak samostatně odesílá diskrétní signály do řídicí aplikace řídicího prvku stroje. Návrháři řídicího systému používají obvod s liniovým schématem, které zkoumá vstupní signály z každého senzoru. Když napevno naprogramovaný obvod rozpozná, že oba vstupy jsou sepnuté, aktivuje diskrétní spouštěcí signál.

Na obrázku 6 je schéma časování aktivace senzorů detekce přítomnosti a obvodem realizovaného spuštění přítomnosti na určeném místě. Toto časování signálu ukazuje, jak spouštěč zůstává aktivní po dobu průchodu objektu stanicí. Díky této prodloužené době je spouštění na bázi detekce přítomnosti ideální pro řídicí prvky, které nedokážou rychle identifikovat a reagovat na rychle se měnící vstupy senzorů. Jestliže vstupy senzorů nezůstávají sepnuté dostatečně dlouho, aby se aktivovaly aplikace řídicího prvku, návrháři integrují časovače do jejich spouštěcích obvodů, aby zajistili, že spouštěče zůstanou sepnuté po určenou minimální dobu.

Použití obvodů detekce přítomnosti je důvodem, proč mají řídicí systémy mnoho nežádoucích koncepčních aspektů. Návrháři tyto aspekty obvykle označují za vrtochy nebo anomálie. Ve většině případů jsou nežádoucí aspekty systému přímým důsledkem použití obvodů detekce přítomnosti a do příslušného konstrukčního řešení je nutno doplnit redundantní senzory.

Obvody detekce přítomnosti jsou nespolehlivé, protože mají větší tendenci vyvolávat nežádoucí nadbytečná spuštění. Anebo se nemusejí aktivovat a propásnou spuštění. Tyto události mají dopad na aplikace řídicích systémů, které se projevují mnoha problematickými způsoby. Obvody detekce přítomnosti se aktivují a vyvolávají nežádoucí spuštění, když dojde k výpadku napájení nebo když se objekt předčasně zastaví poblíž senzoru přítomnosti na určeném místě. Výpadky napájení způsobují nadbytečná spuštění, když se po obnovení proudu opětovně aktivují spouštěče obvodu. Objekty, které se předčasně zastaví poblíž aktivačního místa senzoru, vyvolají náchylnost spouštěcího obvodu k fyzickým vibracím nebo teplotním podmínkám, jež způsobí chybnou oscilaci vstupních signálů senzorů. K falešným spuštěním dochází, když související obvody reagují na oscilující vstupní signály senzoru.

Falešné aktivace senzorů a přidané redundantní senzory jsou hlavními důvody, proč spouštěče detekce přítomnosti podávají špatné výsledky. Falešné aktivace nutí návrháře přidávat filtry obvodů časového zpoždění, aby zajistili, že senzory zůstanou vypnuté a opět zapnuté po předem určenou dobu, dříve než dovolí vstupním signálům opětovně aktivovat spouštěč obvodu. Tyto obvody spouštěče s časovým  zpožděním jsou náchylné na zpoždění daná fyzickými rozestupy mezi pohybujícími se objekty. Jestliže objekty přicházejí příliš blízko za sebou a jestliže je deaktivační zpoždění příliš dlouhé, obvod neaktivuje spouštěče. Neprovedení deaktivace anebo aktivace přidaných redundantních senzorů je příčinou většiny promeškaných spuštění.

Detekce pohybu

Obvody detekce pohybu využívají dva senzory, které sekvenčně identifikují přítomnost a absenci objektů na dvou specifických místech stanice. U automatizovaných stanic jsou těmito pozicemi obvykle určené místo a výstup. Obvody detekce pohybu vždy využívají nejméně dva senzory na dvou místech s mžikovou aktivací.

Na obrázku 7 je uspořádání senzoru a akčního členu pro detekci pohybu snímanou na dílu nebo na přepravce. V případě snímání na dílu se pro aktivaci obou senzorů použije malý výčnělek dílu, zatímco varianta se snímáním přepravky využívá krátký akční člen připevněný k přepravce pro sepnutí a rozpojení každého senzoru.

Pro porovnání je níže popsána detekce pohybu snímaná na přepravce.

Obrázek 8 ukazuje fyzické uspořádání senzoru pro detekci přítomnosti dílu a dvou objektových senzorů. V tomto příkladě se spouštěč prázdné přepravky aktivuje, když mechanický akční člen přepravky aktivuje na stanici senzor přítomnosti objektu na určeném místě nebo senzor výstupu objektu. Řídicí aplikace využívají určitou formu detekce pohybu pro generování spuštění události.

Obrázek 9 ukazuje tyto kritické délky akčního členu a rozestupy senzorů.

Na obrázku 10 je schéma časování aktivace dvou senzorů detekce pohybu dvěma po sobě následujícími objekty přicházejícími do pracovní stanice a odcházejícími z ní. Když dva objekty přijdou do automatizované stanice, sekvenčně aktivují a deaktivují oba senzory.

Obrázek 11 ukazuje, jak návrháři programují dva obvody detekce pohybu pro aplikace řídicího prvku stroje na bázi událostí.

Na obrázku 12 je schéma časování signálu senzorů detekce pohybu a souvisejících, obvodem realizovaných spuštění přítomnosti na určeném místě a výstupu. Díky použití obvodů detekce pohybu má většina provedení systému jen málo, nebo dokonce žádné provozní vrtochy a nežádoucí anomálie. ce

Autor: Daniel B. Cardinal, InSyTe


Sponzorované odkazy

 
Aktuální vydání
Reklama

Navštivte rovněž

  •   Události  
  •   Katalog  

Události

Trendy v robotizaci 2020
2020-01-28 - 2020-01-30
Místo: Best Western Premier / Avanti, Brno
DIAGO 2020
2020-01-28 - 2020-01-29
Místo: Orea Resort Devět Skal ***, Sněžné - Milovy
Trendy automobilové logistiky 2020
2020-02-20 - 2020-02-20
Místo: Parkhotel Plzeň
Úspory v průmyslu
2020-03-03 - 2020-03-03
Místo: Ostrava
AMPER TOUR 2020
2020-03-17 - 2020-03-19
Místo: Brno

Katalog

BALLUFF CZ s.r.o.
BALLUFF CZ s.r.o.
Pelušková 1400
19800 Praha
tel. 724697790

EWWH, s. r. o.
EWWH, s. r. o.
Hornoměcholupská 68
102 00 Praha 10
tel. 734 823 339

B+R automatizace, spol. s r.o.
B+R automatizace, spol. s r.o.
Stránského 39
616 00 Brno
tel. +420 541 4203 -11

Schneider Electric CZ, s. r. o.
Schneider Electric CZ, s. r. o.
U Trezorky 921/2
158 00 Praha 5
tel. 00420737266673

COGNEX
COGNEX
Emmy-Noether-Str. 11
76131 Karlsruhe
tel. 720 981 181

všechny firmy
Reklama


Tematické newslettery




Anketa


Na internetu
V tištěných médiích
Na veletrzích a výstavách
Jinde

O nás   |   Reklama   |   Mapa stránek   |   Kontakt   |   Užitečné odkazy   |   Bezplatné zasílání   |   RSS   |   
Copyright © 2007-2019 Trade Media International s. r. o.
Navštivte naše další stránky
Trade Media International s. r. o. Trade Media International s. r. o. - Remote Marketing Továrna - vše o průmyslu Control Engineering Česko Řízení a údržba průmyslového podniku Inteligentní budovy Almanach produkce – katalog firem a produktů pro průmysl Konference TMI