Celem projektu było zbudowanie modelu separatora elementów metalowych, służącego do segregacji blaszek metalowych pod względem długości. Model jest moim autorskim pomysłem, prace nad nim zajęły mi ok. 2 miesiące. Model znalazł zastosowanie na Politechnice Wrocławskiej w Laboratorium Automatyki Przemysłowej, do nauki programowania sterowników PLC dla studentów. Mechanika modelu została przed wykonaniem zaprojektowana w jednym z programów CAD. Został również stworzony projekt układu sterującego.
Model składa się z dwóch głównych części: taśmociągu i sortownika, współpracujących ze sobą w procesie segregacji. Całość przymocowano za pomocą śrub na blasze nierdzewnej o grubości 3mm, co zapewniło odpowiednią sztywność konstrukcji oraz zapobiegnie przesuwaniu się elementów względem siebie. Blachę przykręcono do płyty wiórowej o wymiarach 600x600x116mm. Długość robocza taśmociągu wynosi 450mm. Na taśmociągu zamontowano pięć rolek podtrzymujących taśmę oraz dwa napinacze taśmy, pełniące jednocześnie funkcję rolek sterujących, utrzymujących taśmę w odpowiedniej pozycji. Przenośnik taśmowy zesprzęglono za pomocą sprzęgła kłowego z motoreduktorem. Motoreduktor zamocowano do blachy w taki sposób, aby można było regulować wysokość jego położenia względem blachy. Pozwoliło to uzyskać współosiowość wału motoreduktora z wałem rolki napędowej przenośnika taśmowego. Został wybrany motoreduktor z przekładnią ślimakową i silnikiem indukcyjnym. Silnik indukcyjny jest zasilany i sterowany poprzez przemiennik częstotliwości, który komunikuje się ze sterownikiem PLC. Jednym z zamierzeń projektowych było uzyskanie możliwości regulacji prędkości przesuwania się taśmy przenośnika. Nad taśmociągiem na wysięgnikach umieszczono trzy czujniki indukcyjne.
Układ sortujący tworzy moduł liniowy wraz z kasetą umieszczoną na ułożyskowanych prowadnicach. Na kasecie umieszczono trzy pojemniki. Moduł liniowy składa się z silnika krokowego, którego wał sprzężono za pomocą sprzęgła elastycznego ze śrubą trapezową o długości 300mm. Koniec śruby podparto ułożyskowaną podpórką przykręconą do blachy. Na śrubę trapezową nakręcono nakrętkę, którą przymocowano do aluminiowego kątownika z użyciem czterech śrub. Kątownik przymocowano do płaskownika, a ten do prowadnic i kasety. Silnik krokowy sterowano z wykorzystaniem odpowiedniego sterownika silnika krokowego. Poszczególne pozycje dla sortownika wyznaczają trzy wyłączniki krańcowe, których dźwignia zapada się po najechaniu śruby przykręconej do aluminiowego kątownika.
Na płycie wiórowej przymocowano sterownik modelu, w którym umieszczono elektronikę odpowiedzialną za sterowanie silnika krokowego oraz na którym umieszczono gniazda bananowe i dwa przyciski monostabilne. Sterownik modelu umieszczono w obudowie wykonanej z tworzywa sztucznego. Elementy elektroniczne sterownika lutowano na płytce uniwersalnej. Na panelu górnym wywiercono otwory i umieszczono dziesięć gniazd bananowych oraz dwa przyciski monostabilne. Na panelu głównym są gniazda do podłączenia napięcia stałego o wartości 24V z zasilacza. Potencjał 24V jest podany na nóżki wyłączników krańcowych oraz przycisków monostabilnych. Silnik krokowy jest zasilany napięciem stałym o wartości 12V. W celu obniżenia napięcia z wartości 24V do 12V zastosowano przetwornicę napięcia, która ma możliwość regulacji w zakresie 3,2-35V, ale poniżej wartości napięcia wejściowego. Logika sterownika silnika krokowego jest zasilana napięciem stałym o wartości 5V. Aby uzyskać taką wartość napięcia zastosowano stabilizator LM7805. Na jego wejściu zastosowano kondensator elektrolityczny o pojemności 470μF oraz ceramiczny o pojemności 100nF. Natomiast na jego wyjściu zastosowano kondensator elektrolityczny o pojemności 100μF oraz ceramiczny o pojemności 100nF. Wszystkie kondensatory zwarto do masy. Służą do filtracji napięcia.
Silnik krokowy jest sterowany z wykorzystaniem sterownika silnika krokowego. Na nóżkę STEP sterownika krokowego, został podany sygnał PTO ze sterownika PLC. Zdecydowano się na pracę w trybie 1/4 kroku. W tym celu, po zapoznaniu się z dokumentacją techniczną sterownika, na pin MS2 został dolutowany przewód, łączący ten pin z punktem płytki o potencjale 5V. Piny RESET i SLEEP zwarto ze sobą. Wejście sterownika ENABLE ma odwróconą logikę. Aby silnik był uruchamiany po podaniu logicznej jedynki na to wejście, zlutowano układ składający się z tranzystora BC547 i rezystora 4,7kΩ. Układ ten odwraca poziom logiczny sygnału wejściowego. Na piny ENABLE, STEP i DIR są podane sygnały wyjściowe ze sterownika PLC, których wartość wynosi 24V. Sterownik silnika krokowego jest przystosowany do logiki 5V. Aby obniżyć wartość napięcia z 24V do wartości 5V, zlutowano dzielniki napięcia, w których umieszczono rezystory o rezystancjach 10kΩ oraz 2,2kΩ. Rezystory o rezystancjach 2,2kΩ zwarto do masy. Pin VMOT połączono przewodem z punktem płytki o potencjale 12V, a pin VDD z punktem o potencjale 5V. Piny GND zwarto do masy. Wspólne potencjały w sterowniku modelu połączono za pomocą szybkozłączek Wago, co pozwoliło oszczędzić dużo czasu.
Stworzyłem program sterujący pracą modelu na sterownik PLC w języku LD w oparciu o bloki funkcyjne i wizualizację na panel HMI, dzięki której można sterować pracą modelu. Sposób działania makiety z zaimplementowanym programem sterującym: po naciśnięciu przycisku Start na panelu górnym obudowy sterownika modelu i przycisku Uruchom na panelu operatorskim HMI następuje bazowanie obiektu technologicznego, odpowiedzialnego za ruch sortownika. Po zbazowaniu sortownika i wpisaniu prędkości przesuwania się taśmy przenośnika w cm/s na panelu HMI i potwierdzenia jej, silnik indukcyjny rusza i osiąga taką prędkość obrotową, aby taśma przesuwała się z taką prędkością liniową jak wpisana na panelu HMI. Aktualna prędkość taśmy jest wyświetlona na panelu HMI. Po uruchomieniu taśmociągu, można położyć blaszkę metalową na jego taśmie w celu segregacji. Czujniki indukcyjne wykrywają blaszkę, a algorytm sterowania przetwarza dostarczone przez nie sygnały i podejmuje decyzję, na którą pozycję ma się przemieścić sortownik. Następną blaszkę na taśmę przenośnika można umieścić dopiero wtedy, gdy odpowiedni pojemnik znajdzie się pod taśmociągiem. Sortownik ma umieszczone w kasecie trzy pojemniki, więc można segregować blaszki, rozdzielając je pod względem długości na te trzy pojemniki. Podczas przejazdu blaszki pod czujnikami indukcyjnymi, zostaje obliczona jej długość przez program sterowania i zostaje wyświetlona na panelu HMI. W razie wystąpienia błędu przemiennika częstotliwości lub obiektu technologicznego, na panelu HMI zapala się odpowiednia kontrolka. Pojawiające się błędy można kasować z poziomu panelu operatorskiego. Na panelu HMI zostają również wyświetlone liczby posegregowanych blaszek, podzielonych na trzy kategorie pod względem długości: blaszki krótkie, średnie i długie. Na ekranie głównym przycisk Uruchom służy do uruchomienia taśmociągu i sortownika. Przycisk Reset błędy kasuje błędy zwracane przez przemiennik częstotliwości i obiekt technologiczny. Przyciski Reset krótkie, Reset średnie, Reset długie służą do wyzerowania liczby poszczególnych blaszek, które są wyświetlone na ekranie. Uruchomienie makiety, taśmociągu i sortownika skutkuje zapaleniem się na zielono odpowiednio kontrolek: Makieta ON/OFF, Taśmociąg WŁ, Sortownik WŁ. Gdy przemiennik częstotliwości i obiekt technologiczny zwróci błąd, na czerwono zapalają się odpowiednio kontrolki Taśmociąg błąd i Sortownik błąd. Z poziomu ekranu można podać prędkość liniową w cm/s z jaką ma się przesuwać taśma przenośnika. Jest ona ograniczona programowo do zakresu 2-5 cm/s. Jeżeli zostanie wpisana wartość mniejsza niż 2 cm/s, program przyjmie wartość 2 cm/s jako prędkość taśmy. Z kolei, jeśli zostanie wpisana wartość większa niż 5 cm/s, program przyjmie wartość 5 cm/s jako prędkość taśmy. Zmiana prędkości następuje, po potwierdzeniu zmiany przyciskiem Potwierdzenie zmiany. Na ekranie jest wyświetlona aktualna prędkość taśmy przenośnika w cm/s oraz długość wykrytej blaszki metalowej podanej w cm. Na ekranie umieszczono model taśmociągu oraz model trzech pojemników. Model pojemników odzwierciedla rzeczywiste pojemniki w kasecie sortownika. Jeśli sortownik wykonuje ruch, pojemniki na panelu HMI również się poruszają w odpowiednim kierunku.
Model laboratoryjny nie jest dedykowany do konkretnego sterownika PLC, więc jest w pełni uniwersalny.