POSODOBITEV KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA ROTOLES 1300 PD S PROGRAMIRLJIVIM LOGIČNIM KRMILNIKOM S7-1500

Transcription

1 UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO FAKULTETA ZA ELEKTROTEHNIKO, RAČUNALNIŠTVO IN INFORMATIKO David KOTNIK POSODOBITEV KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA ROTOLES 1300 PD S PROGRAMIRLJIVIM LOGIČNIM KRMILNIKOM S visokošolskega strokovnega študijskega programa 1. stopnje Mehatronika Maribor, avgust 2017

2 POSODOBITEV KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA ROTOLES 1300 PD S PROGRAMIRLJIVIM LOGIČNIM KRMILNIKOM S Študent: Študijski program: Mentor FS: Mentor FERI: Somentor: David KOTNIK Visokošolski strokovni študijski program 1. stopnje Mehatronika izr. prof. dr. Darko LOVREC izr. prof. dr. Aleš HACE Jože PODVINŠEK, uni. dipl. inž. Maribor, avgust 2017

3

4 I Z J A V A Podpisani David KOTNIK izjavljam, da: je diplomsko delo rezultat lastnega raziskovalnega dela, da je predloženo delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev kakršnekoli izobrazbe po študijskem programu druge fakultete ali univerze, da so rezultati korektno navedeni, da nisem kršil avtorskih pravic in intelektualne lastnine drugih, da soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet ter Digitalni knjižnici Univerze v Mariboru, v skladu z Izjavo o istovetnosti tiskane in elektronske verzije zaključnega dela. Maribor, Podpis: - II -

5 ZAHVALA Zahvaljujem se vsem, ki so mi na pomagali in me podpirali pri pisanju te diplomske naloge. Zahvaljujem se vodstvu podjetja Ledinek Engineering d. o. o., za omogočanje opravljanja praktičnega usposabljanja ter izdelavo naloge. Zahvala gre tudi mentorjem izr. prof. dr. Darku Lovrecu, izr. prof. dr. Alešu Hacetu in delovnemu somentorju gospodu Jožetu Podvinšek. - III -

6 POSODOBITEV KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA ROTOLES 1300 PD S PROGRAMIRLJIVIM LOGIČNIM KRMILNIKOM S Ključne besede: lesnoobdelovalni stroj, krmilje, posodobitev, standardi, ocena tveganja UDK: : (043.2) POVZETEK Predmet diplomskega dela je posodobitev krmilja lesnoobdelovalnega stroja namesto relejne tehnike načrtovati krmilje s programirljivim logičnim krmilnikom S Pri načrtovanju je potrebno ugoditi zahtevam kupca, ravnati skladno s standardi SIST EN ISO , SIST EN 12100:2011, SIST EN in urediti elektro dokumentacijo po merilih Direktive o strojih 2006/42/ES. Hkrati je tudi potrebno oceniti, da je krmilje v primernem cenovnem območju. Izbrane so varnostne komponente Telemecanique XCS-E8312 in XPS VNE, Siemens Profisafe ter varnostni moduli frekvenčnih pretvornikov Lenze. Rezultat dela je realizirano krmilje in izdelana ocena tveganja. - IV -

7 UPDATE OF AUTOMATION CONTROL SYSTEM FOR WOODWORKING MACHINE ROTOLES 1300 PD WITH PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER S Key words: woodworking machine, control system, update, standards, risk assessment UDK: : (043.2) ABSTRACT The subject of diploma work is the modernization of the control system for the woodworking machine instead of relay technology is planned control system with programmable logic controller S At designing it's necessary to comply with the requirements of the customer, to comply with the standards SIST EN ISO , SIST EN 12100:2011, SIST EN and to to regulate the electrical documentation according to the criteria of The machinery directive 2006/42/EC and to control it in appropriate price range. There was selected security components such as Telemecanique XCS-E8312 and XPS VNE, Siemens Profisafe and safety modules from Lenze frequency inverters. The result is realized control system and made risk assessment. - V -

8 KAZALO VSEBINE 1 UVOD PREDSTAVITEV STROJA ROTOLES 1300 PD Opis stroja Delovanje stroja Prednosti sistema Rotoles UPRAVLJANJE STROJA Pogoni Sprostitev podajanja Stroj Postrojenje Izklop v sili KRMILNI SISTEMI Splošna načela Zgradba krmilnega sistema TIA Portal NAČRTOVANJE KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA Splošno Programski paket WS CAD suites Izbira komponent Načrtovanje dovoda in priprave krmilne ter servisne napetosti Programirljivi logični krmilnik in dodatna periferija Načrtovanje obratovalnih režimov Režimi delovanja Močnostni del Načrtovanje krmilne doze Načrtovanje glavnega komandnega pulta Izdelava dispozicij ZAKLJUČEK LITERATURA IN VIRI PRILOGE VI -

9 KAZALO SLIK Slika 2.1: Obdelovalno orodje pri sistemu Rotoles [1]... 2 Slika 3.1: Skica sklopov... 8 Slika 4.1: Zgradba krmilja Slika 4.2: CPU Simatic S7-1515F-2PN [7] Slika 4.3: Vmesni modul Simatic ET200 SP [8] Slika 4.4: 8x24 VDC ST vhodna enota [9] Slika 4.5:Lenze 8400 [10] Slika 4.6: Lenze 9400 [10] Slika 4.7: Simatic HMI TP1200 [11] Slika 4.8: Dajalnik pozicije Multiturn Kübler [12] Slika 4.9: Weidmuller 8-port Switch [13] Slika 5.1: Blokovna shema tipičnega stroja (v oklepaju so poglavja in točke standarda SIST EN ) [14] Slika 5.2: Proces zmanjševanja tveganja z vidika načrtovalca [15] Slika 5.3: F-DI 8x24VDC HF [8] Slika 5.4: F-DQ4x24VDC/2A HF [8] Slika 5.5: Varnostni rele XPS VNE [16] Slika 5.6: Stikalo z mehanskim zaklepom XCS-E8312 [17] Slika 5.7: Priprava napetosti Slika 5.8: Obratovalni režim Stroj Slika 5.9: Načrtovanje stikala z mehanskim zaklepom XPS-E Slika 5.10: Glavni obdelovalni elektromotor Slika 5.11: Načrtovanje priključitve varnostnega releja XPS VNE Slika 5.12: Pogon transportnih tekočih trakov Slika 5.13:Elektromotor za nastavljanja debeline Slika 5.14: Pogon krtače Slika 5.15: Nastavljanje nožev Slika 5.16: Vezava zvezda-trikot vakuumske črpalke Slika 5.17: Glavni komandi pult Slika 5.18: Realizirano krmilje v prvi elektro omari VII -

10 KAZALO PREGLEDNIC Preglednica 5.1: Poenoteno označevanje potencialov Preglednica 5.2: Razdelitev sklopov VIII -

11 1 UVOD Podjetje Ledinek Engineering d.o.o. spada v skupino vodilnih svetovnih proizvajalcev strojev ter linij za izdelavo lepljenjih nosilcev. Podjetje na svojem področju letno vpelje več tehnoloških izboljšav, pri čemer so nekatere izmed njih zaščitene pred ponarejevanjem s patenti. Tako v skupno patentno zaščitenih naprav in strojev spadajo vsi stroji s blagovno znamko Rotoles. V preteklosti je bila krmilna oprema strojev Rotoles izdelana v relejni tehniki. S pojavom cenovno ugodne regulacijske krmilne opreme, ter s postavitvijo zahtev kupcev strojev, po odpravi napake na daljavo in zagotavljanju 24-urne pomoči stranki pri odpravi zastojev, so v podjetju sprejeli odločitev, da se relejna oprema nadomesti s sodobno programirljivo regulacijsko opremo proizvajalca Siemens. Tako je bila v okviru tega diplomskega dela zastavljena naloga, izbrati, primerjati in oceniti novo krmilno opremo proizvajalca Siemens, izdelati oceno tveganja skladno s standardom ISO 12100:2011 in izdelati elektro dokumentacijo skladno z Direktivo o strojih 2006/42/ES in njej pripadajočimi standardi za zagotavljanje skladnosti načrtovane in izbrane elektro-strojne opreme

12 2 PREDSTAVITEV STROJA ROTOLES 1300 PD 2.1 Opis stroja Stroj Rotoles 1300 PD, je posebna izvedba skobeljnega stroja. Tehnična izvedba stroja, kakor tudi ime stroja sta patentno zaščitena. Ime stroja izhaja iz načina vpetja orodja in tehnologije obdelava lesa. Številčna oznaka 1300 pomeni zgornjo mejno vrednost širine katero stroj lahko obdeluje, črkovna oznaka P označuje obdelavo plošče s spodnje strani (poravnalka), črka D pa obdelavo plošče z zgornje strani (debelinka). Les v stroju skobljamo v aksialni smeri orodja in ne v radialni smeri, kot je to primer pri klasičnih skobeljnih stroji. Stroj se gradi kot samostoječi, kjer delavec ročno podaja les na vhodni transportni trak, ali kot vgradni stroj za vgradnjo v linijo. Obdelovalno orodje tega stroja prikazuje slika 2.1. Slika 2.1: Obdelovalno orodje pri sistemu Rotoles [1] 2.2 Delovanje stroja Transportni trak nad poravnalko pomakne les v smeri obdelave. Obdelovanec potuje nad poravnalko, katera obdelovanec poravna s spodnje strani. Med poravnalko in debelinko je nameščena t.i. krtača, katera očisti obdelovanec po obdelavi. Za krtačo je nameščen naslednji transportni trak, kateri obdelovanec pomika pod debelinko. Debelinka obdela les z zgornje strani, tokrat na želeno debelino. Za debelinko je zopet nameščena krtača, katera očisti žagovino z zgornje ploskve obdelovanca. Obdelovanec po obdelavi z izhodnim transportnim sistemom transportiramo iz stroja. Višini transportnih sistemom v stroju je možno spreminjati, - 2 -

13 posledično pa se spreminja višina obdelanega obdelovanca. Stroj je dodatno opremljen z enotama za brušenje nožev. Brušenje nožev se izvaja pri mirujočem orodju in pri vstavljenih nožih v telesu orodja. Za odpravljanje povesa na transportnih trakovih je stroj opremljen s vakuumsko črpalko. Slika 2.2 prikazuje delovanje stroja Rotoles, slika 2.3 pa zunanji izgled stroja, ko je pripravljen za dostavo stranki in pripravljen na obratovanje. V prilogi 1 je priložena sestavna risba stroja. Slika 2.2:Delovanje stroja Rotoles [1] Slika 2.3: Izgled stroja Rotoles 1300 PD [1] 2.3 Prednosti sistema Rotoles Pred klasičnimi skobeljnimi stroji ima Rotoles več prednosti, ki so navedene v nadaljevanju poglavja

14 Pomembnejša prednost je v kvalitetnejši površinski in natančnejši obdelavi lesa. To prednost zagotavlja posebna oblika orodja, ki je bila posebej razvita za tovrstno obdelavo. Orodje prihaja v stik s površino lesa v aksialni smeri,pri čemer so rezalni noži nameščeni na robu orodja. Zaradi sorazmerno velike stične površine med lesom in orodjem med obdelavo je po skobljanju površina ravna. Slika 2.4 prikazuje primerjavo tehnologijo obdelave s klasičnim orodjem in Roto orodjem. Hkrati je premer orodja večji od širine obdelovanca. Slika 2.4: Klasični in Rotoles način [1] Za zagotavljanje enakomernega odvzema po celotni površini, je bil razvit tudi nov način transporta lesa skozi stroj. Transport lesa se izvaja s tračnim transportnim sistemom. Slika 2.5 prikazuje prehod obdelovanca pod orodje, pri čemer se pri klasičnem skobeljnemu stroju zaradi oblike orodja obdelovanec ukrivi in orodje preveč zareže v obdelovanec. Pri stroju Rotoles, pa les potuje enakomerno skozi ves postopek obdelave, saj zaradi oblike orodja do krivljenja obdelovanca med obdelavo ne prihaja. Slika 2.5: Vhod oziroma izhod obdelovancev [1] - 4 -

15 Slika 2.6 prikazuje bistveno prednost Rotoles stroja v primerjavi s klasičnim skobeljnikom. Bistvena prednoststroja Rotoles je ta, da po obdelavi celična struktura lesa ni deformirana, kot v primerjavi pri skobljanju s klasičnim skobeljnikom. Ta prednost pride do izraza pri lepljenju, saj lepilo pri odprti celični strukturi globlje prodre v notranjost lesa, posledično je spoj trdnejši, poraba lepila pa manjša. Slika 2.6: Primerjava deformacije celične strukture [1] - 5 -

16 3 UPRAVLJANJE STROJA Pri načrtovanju obratovalnih režimov in delovanja stroja smo izhajali iz zahtev Direktive o strojih 2006/42/ES [2], standarda SIST EN ISO 12100:2011 [3], kateri podaja splošna načela načrtovanja za zmanjšanje tveganja v različnih življenjskih obdobjih stroja in opravilih, standarda SIST EN [4], kateri predpisuje izvedbo elektro opreme, standarda SIST EN ISO [5], kateri predpisuje izvedbo varnostnega krmilja, tehnoloških zahtev ter primerov dobre prakse. Skladno z obratovalnimi režimi je krmilje stroja razdeljeno na pet sklopov. Sklopi stroja so razdeljeni v smislu varovanja operaterja pred poškodbami v procesu proizvodnje, vzdrževanja, čiščenja in nastavljanja stroja na nove obratovalne parametre. S takšnim pristopom načrtovanja krmilja stroja, v prej naštetih opravilih, je zagotovljeno pravilno delovanje stroja. S tem so izključene napake med obdelavo, kakor tudi napake in poškodbe operaterja v različnih obdobjih in opravilih katere opravlja bodisi operater ali serviser v uporabni dobi stroja. Ti režimi bodo podrobneje predstavljeni v nadaljevanju in prikazani na sliki Pogoni Obratovalni režim»pogoni«, je predviden za stroje kateri so postavljeni v linijo. V primeru servisnega posega na liniji za strojem, v tem obratovalnem režimu zaustavimo transportni tok lesa skozi stroj. S tem preprečimo nalet lesa v operaterja ali serviserja, kateri odpravlja funkcijsko napako za strojem. V podjetju Ledinek Engineering so se odločili, da se v vsak stroj vgradi obratovalni režim»pogoni«, ne glede na to ali stroj predviden za vgradnjo v linijo ali pa bo stroj deloval kot samostoječ stroj. 3.2 Sprostitev podajanja Obratovalni režim»sprostitev podajanja«(nem.: bereich bewegungen) omogočimo nastavljanje stroja pri odprtih vratih kabine vendar pri mirujočem orodju in električno - 6 -

17 ločenemu motornemu pogonu orodja od električnega napajanja. Na stroju Rotoles 1300 preverjamo pozicije višin orodja, nastavljamo nože na obdelovalnih glavah, izvajamo proces mazanja vodil ležajev Obratovalni režim»sprostitev podajanja«je mogoče uporabiti le pri predhodni zaustavitvi stroja, saj bi v nasprotnem primeru povečali verjetnost poškodb stroja in zaposlenih. 3.3 Stroj Obratovalni režim»delovno območje stroja«(nem.: bereich maschine) je namenjen posluževanju stroja v proizvodnem procesu. V kolikor vsi sklopi krmilja, določeni s obratovalnimi režimi, delujejo pravilno, brez napake, je mogoče vzpostaviti proizvodni proces. Stroj je iz ocene tveganja (po SIST EN 12100), postavljen v protihrupno zaščitno kabino, v nadaljevanju kabina. Kabina je opremljena s servisnimi vrati, katera so v času proizvodnje zaklenjena z elektro-mehanskima zaklepoma. Servisna vrata je mogoče odpreti pri izklopljenemu obratovalnemu režimo ter pri mirujočem orodju. Za kontrolo mirovanja orodja se uporabljajo kontrolniki pomika proizvajalca Schneider. 3.4 Postrojenje Obratovalni režim»postrojenje«(v elektro dokumentaciji naveden kot anlage) je načrtovan kot pod sklop obratovalnemu režimu izklopa v sili. Z obratovalnim režimom omogočimo vklop glavnega stikala moči. Glavno stikalo moči je moč vklopiti le v primeru neaktivnega izklopa v sili. Režim se upravlja s preklopnikom na ključ. S tem onemogočimo, da bi v primeru čiščenja, nastavljanja orodja ki se izvaja pri izklopljenemu glavnemu stikalu po pomoti druga oseba vklopila stikalo moči. 3.5 Izklop v sili»izklop v sili«, kot obratovalni režim predstavlja najvišji nivo varnosti. Izklop v sili se uporabi ali v primeru preprečitve delovne nezgode operaterja ali pa preprečitve poškodbe elektro strojne opreme stroja. Izklop v sili je načrtovan tako, da njegovo delovanje ne povzroča nobene dodatne nevarnosti po aktiviranju. Izklop v sili se aktivira z rdečo gobico, katera je nameščena na glavnem komandnem pultu stroja. V elektro dokumentaciji je ta obratovalni - 7 -

18 režim označen z napisom NOT-AUS. Zaradi konstrukcije stroja (sorazmerno velika vztrajnostna masa orodja), je stroj opredeljen v drugo skupino strojev po SIST EN V to skupino spadajo stroji pri katerih po uporabi obratovalnega režima stroj kontrolirano preide v zaustavitev, po zaustavitvi pa na motornih pogonih ni več prisotna napajalna napetost, prisotna pa je krmilna napetost 24 VDC na senzorski opremi. Slika 3.1: Skica sklopov stroja - 8 -

19 4 KRMILNI SISTEMI 4.1 Splošna načela Krmilni in regulacijski sistemi so postali del vsakega naprednejšega stroja oz. naprave, saj z njimi dosežemo avtomatizacijo na vseh področjih uporabe. To je lahko v industriji, gospodinjstvu, avtomobilizmu, raziskovanju, itd... V industriji to prepoznamo po večji in enakomerni kvaliteti izdelkov, ter tudi po večji količini narejenih izdelkov. Velika prednost uvajanja teh sistemov, in posledično avtomatizacije, je tudi razbremenitev človeške delovne sile, ki je v mnogih primerih v slabem delovnem okolju in v težkih delovnih razmerah.»npr. avtomatsko delujoča naprava lahko deluje mnogo hitreje kot človek, naprava ne pozna utrujenosti, ni podrejena vplivom razpoloženja, itd., zato deluje neprimerno bolj kvalitetno in predvsem enakomerno. Rezultat tega je, da proizvajamo hitreje, kvalitativno in kvantitativno bolje. Proizvodi so zato cenejši, konkurenčnejši, ekonomski efekt je boljši. Ta pa konec koncev pomeni večji dohodek, boljši zaslužek, višji osebni standard in tako posredno ''osvobajanje človeka od napornega dela''. «[6] 4.2 Zgradba krmilnega sistema Slika 4.1 prikazuje mrežo krmilja stroja Rotoles 1300 PD. Na njej so prikazani elementi, so predstavljeni v nadaljevanju tega poglavja. Pri izbiri opreme za izvedbo krmilnega sistema smo sledili zahtevam tehnologije, željam kupca ter zahtevam trga. Izbrana je bila sodobna krmilna oprema proizvajalca Siemens iz družine S

20 Slika 4.1: Zgradba krmilja CPU Simatic S7-1515F-2PN Krmilnik 1515F-2PN (slika 4.2) spada v družino Siemensov krmilnikov Krmilniki so namenjeni za izvajanje PLC kod v srednje do zahtevnih aplikacij v avtomatizaciji procesov. Krmilniki z oznako F imajo dodane aplikacije za izvedbo varnostnih funkcij, katere se uporabljajo za krmiljenje sklopov v posameznih obratovalnih režimih. Krmilnik ima 750 kb delovnega spomina, 3 MB spomina za podatke, 2 Profinet vmesnika, za bit operacije pa potrebuje 30 ns

21 Slika 4.2: CPU Simatic S7-1515F-2PN [7] Vmesni modul Simatic ET 200SP Modul ET 200SP (slika 4.3) se uporablja za povezavo med krmilnikom in vhodno/izhodnimi enotami. S krmilnikom je povezan preko Profinet protokola. Preko ET povezave pa se nanj lahko priklopi do 65 vhodnih oziroma izhodnih enot. Slika 4.3: Vmesni modul Simatic ET200 SP [8] Vhodno/izhodne enote Vhodno izhodne enote (primer vhodne enote je prikazan na sliki 4.4) so namenjene k

22 sprejemanju informacij iz krmilja oziroma za pošiljanje le-teh v njega. Končna stikala, senzorji, tipke, stikala itd. so pripeljana na vhodne enote. Z izhodnimi enotami pa vklapljamo krmilne releje, signalizacijo, vklopnike itd. Uporabljene so enote različnih tipov. Te se razlikujejo po številu vhodov/izhodov, številu kanalov, varnostni funkciji, itd. Slika 4.4: 8x24 VDC ST vhodna enota [9] Frekvenčni pretvornik Lenze F Frekvenčni pretvornik Lenze 8400, prikazan na sliki 4.5, je namenjen vodenju elektro motornih pogonov od 0,37 kw do 45 kw. Pri načrtovanju so zajete naslednje lastnosti: vgrajen zavorni modul za priključitev zavornih uporov, modul za komunikacijski protokol Profinet ter varnostna funkcijo STO. Za funkcijo STO proizvajalec zagotavlja, da na izhodu pretvornika ni napetosti v primeru, ko je prekinjeno napajanje tega modula

23 Slika 4.5:Lenze 8400 [10] Servo pogon Lenze 9400 Single Drive Servopogon proizvajalca Lenze serija 9400 (slika 4.6), se uporablja za vodenje sinhronskih ali asinhronskih elektro pogonov. Z njim vodimo pogone od 0,37 kw do 240 kw moči. Vgrajene ima naslednje funkcije, ki so uporabljene pri krmiljenju: zavorni modul za zaviranje z zavornimi upori, komunikacijski protokol Profinet, modul za priključitev termičnega kontakta elektro motorja ter varnostni modul MSI, ki deluje na principu podobnem kakor modul STO pri seriji Lenze Slika 4.6: Lenze 9400 [10]

24 Simatic HMI TP1200 Simatic HMI TP1200 je zaslon na dotik, kateri omogoča namestitev uporabniškega vmesnika za upravljanje s strojem ter pregled nad morebitnimi napakami. Nahaja se na glavnem komandnem pultu. Priključen je v Profinet komunikacijsko mrežo, za namestitev vmesnika je na voljo 12 MB uporabnega prostora, deluje pa v osnovnem sistemu Windows CE 6.0E. Prikazan je na sliki 4.7. Slika 4.7: Simatic HMI TP1200 [11] Dajalnik pozicije Multiturn Kübler Dajalniki pozicije (slika 4.8) se v avtomatizaciji uporabljajo za merjenja kotov zasuka. Dajalnik je na stroju Rotoles nameščen na gredeh, s katerima nastavljamo višino obdelave. Z njim pridobimo podatek o višini prvega transportnega traku in podatek o višini debelinke. Küblerjeve dajalnike napajamo s 24 VDC, za potrebe komunikacije pa jih zaporedno povežemo v Profinet mrežo

25 Slika 4.8: Dajalnik pozicije Multiturn Kübler [12] Weidmuller 8-port Switch 8-vhodno omrežno stikalo, ki je prikazano na sliki 4.9, se uporablja za vzpostavitev Profinet mreže. V mrežo so povezani CPU, vmesni moduli v glavni omari, krmilni dozi in glavnem komandnem pultu ter dajalnika pozicij. Preko omrežnega stikala se za pripravo in testiranje PLC kode povežejo programerji. Naknadno je po potrebi dodan še Ewon modul s čimer omogočimo programiranje ali diagnosticiranje krmilja na daljavo. Slika 4.9: Weidmuller 8-port Switch [13]

26 4.3 TIA Portal Za programiranje načrtovanega krmilja se uporablja programski paket TIA portal. Programsko orodje se uporablja za programiranje v programskih jezikih FBD (function block diagram), STL (standard template library) in LAD (ladder diagram). To so programski jeziki kateri se uporabljajo v vseh naprednejših krmiljih proizvajalca Siemens. Uporablja se za programiranje krmilj, za konfiguracijo parametrov pogonov in omrežij, za programiranje varnostnih funkcij, obenem pa omogoča pregled na celotnim projektom in upravljanje z predhodno ustvarjenimi projekti ali deli programov

27 5 NAČRTOVANJE KRMILJA LESNOOBDELOVALNEGA STROJA 5.1 Splošno Načrtovanje in izdelava elektro dokumentacije stroja se prične po uskladitvi tehničnih zahtev s stranko ter po prejetem naročilu. Tehnične zahteve s stranko se usklajujejo tako s strojno konstrukcijo kot z elektro konstrukcijo. Po uskladitvi tehničnih zahtev odgovorni strojni projektant določi in predpiše elektro motorne pogone. Frekvenčne pretvornike kakor tudi senzorska stikala določi elektro projektant skupaj s strojnim projektantom. Pri tem se tvori motorna lista v kateri se zapišejo osnovni tehnični podatki o pogonih ter lista stikal, kjer je predpisan tip in funkcija stikal. Listi služita za izdelavo dispozicije elektro strojne opreme na stroju ter kasneje za izdelavo katalogov stroja. 5.2 Programski paket WS CAD suites Dandanes je na trgu veliko število programskih paketov za načrtovanje in izdelavo elektro dokumentacije. V podjetju Ledinek Engineering d.o.o. so se odločili za programski paket WSCAD, kateri spada v skupino cenovno ugodnih programskih paketov. WS CAD SUITES je CAD večnamensko programsko orodje. Orodje se uporablja razen za izdelav elektro dokumentacije za potrebe avtomatizacije v industriji, tudi še za izdelavo pnevmatičnih shem, hidravličnih shem ter za izdelavo enopolnih shem, katere uporabljajo za izdelavo elektroinštalacij zgradb in stavb. Program nam omogoča: oblikovanje ter inženiring naprav in aparatov, oblikovanje ter načrtovanje proizvodnje, instalacij ali opreme, povezovanje in izdelavo stikalnih omar, vpogled v spončne sheme, kabelske liste, in v seznam materiala načrtovanje distribucije električne energije (nizke in srednje napetostne naprave), pregled obstoječe dokumentacije za vzdrževanje. Načrtovanje, izdelava elektro dokumentacije ter ožičenje stroja poteka skladno s Direktivo o strojih ter z standardi, predstavljenimi v nadaljevanju

28 Direktiva o strojih 2006/42/ES Pri snovanju krmilja se je potrebno držati načel direktive o strojih in spremembah. V njej je določeno mnogo členov, ki navajajo ustrezna določila o ustreznosti strojev. V njej so zbrane zahteve, ki jih mora stroj izpolnjevati in dosegati, da lahko nosi oznako CE in ES-izjavo o skladnosti. S tem proizvajalec zagotavlja, da je stroj izdelan s harmoniziranimi standardi [2]. Standard SIST EN ISO Varnost strojev- Električna oprema strojev- 1. del: Splošne zahteve Načrtovanje električnega krmilja je bilo izvedeno po omenjenem standardu. Standard se uporablja za električno, elektronsko in programirljivo elektronsko opremo v avtomatizaciji procesov. Zahteve za opremo se začnejo pri točki priključitve stroja na napajanje. Osnovni cilji številnih zahtev in priporočil so: ustrezna varnost oseb in imetja, doslednost krmilnih odzivov, enostavnost pri uporabi in vzdrževanju. Skladnost stroja s standardom pomeni izpolnitev bistvenih varnostnih in zdravstvenih zahtev pravilnika oziroma strojne direktive, ki se nanašajo na električno opremo in so prikazane na sliki

29 Slika 5.1: Blokovna shema tipičnega stroja (v oklepaju so poglavja in točke standarda SIST EN ) [14]

30 Standard SIST EN 12100: Varnost strojev- Splošna načela načrtovanja - Ocena tveganja in zmanjšanje tveganja Varnost je zelo pomemben dejavnik v avtomatiziranih proizvodnih procesih. Avtomatizirani proizvodni procesi med obratovanjem ne potrebujejo stalnega posega delovnega osebja v delovno območje strojev, naprav. Zato je lahko tako osebje, katero sodeluje v proizvodnem procesu, kakor tudi okolica v katerem je nameščen Rotoles izpostavljena posledicam proizvodnih vplivov. S standardom SIST EN 12100:2011 so strojnim in elektro projektantom podana priporočila, navodila kako razpoznati nevarnost, posledice nevarnosti in metodologija za ovrednotenje nevarnosti. Na osnovi priporočil ostalih standardov, kateri se uporabljajo pri načrtovanju strojev in naprav, se sprejmejo ukrepi, kateri proizvodni vplivi na okolico tekom delovanja stroja zmanjšajo do te mere, da zdravje delovnega osebja ni več ogroženo, kakor vidimo na sliki

31 Slika 5.2: Proces zmanjševanja tveganja z vidika načrtovalca [15] Pri izdelavi ocene tveganja zajamemo vsa obratovalna obdobja stroja: transport, montaža, zagon in šolanje, obratovanje stroja - proizvodnja, upravljanje stroja med proizvodnjo,

32 servisiranje in vzdrževanje stroja, razgradnja stroja. Pri posameznih obdobjih pa potekajo različna opravila katero delovno osebje izvaja. Na primer, med servisiranje in vzdrževanje spadajo naslednja opravila: čiščenje stroja, mazanje ležajev, menjava orodja. Med potekom opravil pa je operater izpostavljen nevarnostim katere mora strojni projektant in elektro projektant prepoznati in stroj načrtovati v smeri zmanjšanja nevarnosti kateri nastopajo tekom opravil. Pri izdelavi ocene tveganja po standardu SIST EN 12100:2011 se bomo pri stroju Rotoles omejili na obratovalna obdobja in opravila katerih del vpliva na izbiro in načrtovanje varnostne krmilne opreme. Pri izdelavi ocene tveganja za stroj Rotoles, postopek ocenjevanja tveganja in uvedbo razpoložljivih ukrepov za zmanjšanje tveganja izvajamo po diagramu poteka podanem na sliki 5.2. Natančna izdelana ocena tveganja, katera je izdelana za stroj Rotoles, je podana v prilogi diplomskega dela (priloga 2). Tukaj pa izpostavimo oceno tveganja za obratovalno obdobje: Servisiranje in vzdrževanje stroja - neposredni dotik, približevanje delov pod visoko napetostjo. Pri odpravi napake v krmilnih omarah stroja, vzdrževalec posega v območje v katerem je možnost približanja ali dotika delov, ki so pod visoko napetostjo. Za skupino nevarnosti, katerim smo v tem primeru izpostavljeni, standard SIST EN ISO 12100:2011 navaja, da je vzdrževalec izpostavljen električni napetosti, gorečim delom, preobremenitvi tokokrogov, kratkim stikom in toplotnim sevanjem. Po določitvi nevarnosti in posledice pri opravilu, je potrebno ovrednoti velikost tveganja za nastanek poškodbe, kateri je operater izpostavljen med opravilom. To ovrednotenje je izvedeno s računsko metodo. Pri tem so določeni naslednji parametri: R - resnost poškodbe in posledice poškodbe. S parametrom ocenjujemo težo poškodbe, katera lahko nastane med izvajanjem opravila. Te vrednosti so: R1 ni posledic /1/, R2 majhne poškodbe /2 do 3/,

33 R3 srednje težke poškodbe, brez trajnih posledic /4 do 6/, R4 težke poškodbe, možne trajne posledice /7 do 8/, R5 smrt in ali kolektivne poškodbe /9 do 10/. Med / / je zapisana vrednost (ocena) parametra. Za opravilo Neposredni dotik, približevanje delov pod visoko napetostjo določimo vrednost parametra R=7. Predvidevamo da lahko pri odpravi napake nastopijo težke in trajne poškodbe operaterja. Vp - pogostost in trajanje izpostavljenosti Vp1 redko /1/, Vp2 pogosto več kot enkrat na osem ur /2/. S parametrom Vp določamo kako dolgo je operater izpostavljen poškodbam tekom opravila oz. kako dolgo je izpostavljen nevarnostim. Ocenimo, da v prej omenjenem primeru opravila vrednost parametra znaša 2. Vn - verjetnost nastopa nevarnega dogodka Vn3 komaj mogoča /1/, Vn4... srednja vsekakor mogoča /3/, Vn5... velika zelo verjetna /5/. S parametrom Vn določamo verjetnost nastanka poškodbe. Za naš primer določimo vrednost parametra Vn=3. Vo - možnost umika ali omejitve poškodbe Vo1 mogoče /1/, Vo2 mogoče pod določenimi pogoji /2/, Vo3 ne mogoče /3/

34 S parametrom določimo možnost umika ali omejitve poškodbe katere lahko operater sprejme, da zmanjša tveganje za nastanek poškodbe. Ocenjujejo»goli«stroj brez varnostih naprav katere so krmiljene s varnostnim krmilnikom in varnostnimi releji. Za parameter Vo izberemo vrednost Vo=2. T - vrednost tveganja Na osnovi določenih vrednostih parametrov izračunamo tveganje za nastanek poškodbe operaterja med opravilom (enačba 5.1). Metoda s katero ovrednotimo velikost tveganja je določena na osnovi analiz poškodb in izkustev, katere so strokovnjaki za pripravo standardov, analiz poškodb pridobili tekom let. Na osnovi izračunanih vrednosti, katere se gibljejo v mejah: T1 nepomembno /1 do 24/ T2 znatno /25 do 42/ T3 veliko nesprejemljivo / 43 do 100/. V našem primeru znaša tveganje po izračunu: T = R (Vp + Vn + Vo) = 7 ( ) = 49 (5.1) Iz izračunane vrednosti vidimo, da je tveganje za nastanek poškodbe operaterja med opravilom Odpravljanje funkcijske napake veliko ne sprejemljivo. Projektant je dolžan sprejeti ukrepe, pri načrtovanju stroja, za zmanjša tveganja nastanka poškodbe. Ti ukrepi so: krmilje je nameščeno v zaščitnih omarah. Uporabljeni so zaščitni pokrovi in prepreke, uporabljena je ustrezna zaščita vodnikov, ustrezna distanca. Načrtovane so zaščite pred preobremenitvijo, zaščitna mala napetost. Izvedena je ozemljitev in izenačitev potencialov. Uporabljeni deli morajo imeti izjavo o skladnosti-ce. Ob tem se ob vgradnji opreme vrednosti parametrov ustrezno zmanjšajo (enačba 5.2). R = 2, Vp = 2, Vn = 2, Vo = 2 T = R (Vp + Vn + Vo) = 2 ( ) = 12 (5.2)

35 V izbranem primeru operater pri opravilu Neposredni dotik, približevanje delov pod visoko napetostjo mora izklopiti glavno stikalo na krmilni omari. De-aktivira napajanje krmilja z visoko napetostjo, ter je šele nato omogočen poseg v omaro. Za izbrane varnostne elemente, ter na osnovi velikosti tveganja se predpiše izvedba ožičenja varnostnih elektro komponent in predpiše se zanesljivost delovanje varnostnih elementov oz. uporabna doba. Na osnovi predpisane uporabne dobe varnostnih elementov pa se izvede izračun zanesljivosti delovanja vgrajene varnostne elektro opreme. Izračun se izvaja po standardu SIST EN Varnost strojev. Standard SIST EN Varnost strojev- Z varnostjo povezani deli krmilnih sistemov- 1. del: splošna načela za načrtovanje Po tem standardu moramo krmilje načrtovati tako, da lahko preprečimo nepredvideno in potencialno nevarno delovanje strojev. Tipični vzroki za nevarno delovanje stroja so: neprimerna zasnova ali sprememba (namerna ali nenamerna) logike krmilnega sistema, začasna ali trajna okvara ali odpoved enega ali več sestavnih delov krmilnega sistema, sprememba ali odpoved dovoda energije do krmilnega sistema, neustrezna izbira, zasnova in mesto krmilnih naprav. Varnost ni odvisna le od zanesljivosti krmilnega sistema, temveč tudi od zanesljivosti vseh delov. Za varno uporabo stroja je bistvenega pomena neprekinjeno delovanje varnostnih funkcij. To je mogoče doseči z ukrepi po SIST EN ISO (točke od do ). Uporabljene varnostne rešitve na stroju Rotoles 1300 PD Z uporabo vgrajene varnosti nam proizvajalec zagotavlja varno in zanesljivo upravljanje s strojem. Primer uporabljene vgrajene varnosti 1: Varnostni vhodni modul F-DI 8x24 VDC HF:

36 Slika 5.3: F-DI 8x24VDC HF [8] Primer uporabljene vgrajene varnosti 2: Varnostni izhodni modul F-DQ 4X24 VDC/2A PM HF Slika 5.4: F-DQ4x24VDC/2A HF [8] Strojna oprema se mora izbrati oziroma zasnovati tako, da ustreza tako funkcionalnim zahtevam kot tudi zahtevam glede zmogljivosti varnostnih funkcij:

37 Primer strojne opreme za zagotavljanje varnosti 1: Varnostni rele XPS VNE Slika 5.5: Varnostni rele XPS VNE [16] Primer strojne opreme za zagotavljanje varnosti 2: Varnostno stikalo z mehanskim zaklepom XCS-E8312 Slika 5.6: Stikalo z mehanskim zaklepom XCS-E8312 [17] 5.3 Izbira komponent Za stroj, ki se načrtuje, strojni projektanti izdela»mikro layout«na kateremu je narisan tloris stroja.»mikro layout«(priloga 3) je namenjen tako elektro projektantu zaradi dispozicije elektro-mehanske opreme (stikal, motornih pogonov), kakor montažerjem elektro opreme in

38 vzdrževalcem stroja. Iz»mikro layouta«elektro projektant določi dolžino kabelskih povezav, določi postavitev elektro omar ter postavitev komandnih pultov. Poleg»mikro layouta«pa strojni projektant posreduje tudi»motorno listo«.»motorna lista«je tabela, na kateri so podani motorji in njihovi tehnični podatki (priloga 4). 5.4 Načrtovanje dovoda in priprave krmilne ter servisne napetosti Izdelava dokumentacije in dimenzioniranje opreme se prične z dimenzioniranjem zbiralčnega sistema, motorskih zaščitnih stikal in žičnih povezav v stikalni omari. Izvedba ozemljitve poda kupec ob naročilu. Kupec stroja Rotoles npr. prihaja iz Nemčije, kjer je izvedba sistema ozemljitve TN-C-S. Ob tem kupec poda napajano napetost ter frekvenco (3x400 VAC, 50 Hz). Po določitvi zbiralčnega sistema sledi izbira glavnega stikala in dodatne zaščite za krmilno in servisno napeljavo. Glavno stikalo je namenjeno varovanju močnostnega dela krmilja. Za zaščito krmilnega in servisnega dela je uporabljeno»motorsko stikalo«in kasneje še FID stikalo za varovanje servisne napeljave oz. servisne napetosti. Servisna napeljavo je razdeljena na več delov, saj je potrebna enofazna napetost in za vsak posamezen servisni sklop je potrebno tudi varovanje. Kljub temu, da je potrebno zagotoviti napetost za osvetljavo v kabini in servisno vtičnico, sta dodani še dve dodatni veji, kateri služita kot rezerva v primeru nadgradnje stroja ali krmilja. Za krmilno napetost je dodano stikalo za izklop, pred transformatorjem in pred usmernikoma pa še motorsko stikalo za varovanje le-teh. Napetost 230 VAC, dobljena iz transformatorja, je razdeljena na dva dela. Na potenciale L41 in L48, poleg teh pa še nevtralni potencial, označen z L40. Te oznake krmilnih potencialov poenoteno uporabljajo načrtovalci krmilj v podjetju Ledinek Engineering. Poenoteno označevanje olajša servisiranje in nadgrajevanje krmilj. 230 VAC potenciali se izklapljajo tudi z sklopi NOT-AUS in ANLAGE. V krmilju sta dodana tudi dva usmernika. Dobljene napetosti 24 VDC, so razdeljene na še več potencialov: L51, L52, L53, L54, L55, L56, L57/1, L57/2, L58, L71 in L72 ter potencial 0 VDC L50. Ti potenciali so še dodatno razdeljeni in imajo oznake točno določen poenoten pomen

39 Slika 5.7: Priprava napetosti Preglednica 5.1: Poenoteno označevanje potencialov L40 L41 L42 L43 L50 L51 L52 L53 L54 L55 L56 L57 L58 L71 L72 Nevtralni potencial pri krmilni napetosti 230 VAC Dovod krmilne napetosti 230 VAC Krmilna napetost 230 VAC, NOT-AUS režim delovanja Krmilna napetost 230 VAC, prestali režimi delovanja 0 VDC pri enosmerni napetosti Krmilna napetost 24 VDC za napajanje elektronike krmilja Krmilna napetost 24 VDC za napajanje signalizacije Krmilna napetost 24 VDC za napajanje digitalnih vhodov Krmilna napetost 24 VDC za napajanje digitalnih izhodov Krmilna napetost 24 VDC za dajalnikov pozicij, letev Krmilna napetost 24 VDC za napajanje komunikacijskih modulov Krmilna napetost 24 VDC za napajanje frekvenčnih pretvornikov Krmilna napetost 24 VDC za varnostne module STO/MSI Krmilna napetost 24 VDC za napajanje ventilov Krmilna napetost 24 VDC za napajanje zavor

40 5.5 Programirljivi logični krmilnik in dodatna periferija Elektro oprema stroja Rotoles je opremljena s programirljivim logičnim krmilnikom Siemens CPU 1515F-2PN. Z njim upravljamo s krmiljem, katero je razdeljeno na več sklopov z vmesnimi enotami Siemens ET200SP. Te služijo komunikaciji med CPU-jem in vhodno/izhodnimi enotami, katere so priključene na posamezen vmesni modul. Oprema je umeščena v mrežo s Profinet protokolom komunikacije, katero pa vzpostavimo s pomočjo Weidmueller 8 port Switcha. V Profinet omrežju je tudi Siemens HMI TP1200, kateri je namenjen vgradnji na glavni komandi pult, z njim pa upravlja operater stroja. 5.6 Načrtovanje obratovalnih režimov V poglavju Posluževanje s strojem so navedeni obratovalni režimi, katere potrebujemo za varno upravljanje s strojem. V tem podpoglavju pa je opisano, kako so načrtovani. Zaradi varnega in zanesljivega krmiljenja obratovalnih režimov so uporabljene Profisafe izhodne in vhodne enote, s katerimi krmilimo napajanje tuljav v krmilnih vklopnikih. Krmilni vklopniki so namenjeni pripravi krmilnih napetosti, ki jih izklapljamo v posameznih obratovalnih režimih. Obratovalni režim»izklop v sili«izklapljamo z gobasto tipko, katera je priključena na dvokanalno Profisafe vhodno enoto. Z dvokanalno Profisafe vhodno kartico in gobasto tipko z ključem pa izklapljamo še režim»postrojenje«. V obratovalnem režimu»stroj«sta uporabljena stikala z mehanskim zaklepom XCS-E8312. Tudi v tem primeru je uporabljena dvokanalna Profisafe vhodna enota, preko katere sta v zaporedni vezavi oba varnostna stikala. Stikala napajamo z izhodno kartico DQ 4x24 VDC/2A, s katero napajamo tuljave za mehanski zaklep. V režimih»pogoni«in»sprostitev podajanja«posebnosti ni. V vseh režimih spremljamo še stanje tipk, krmilnih vklopnikov ter vklopnikov, kateri so uporabljeni v drugih delih krmilja ter so uvrščeni v njim določen obratovalni režim. Sliki 5.8 in 5.9 prikazujeta vezavo krmilnih vklopnikov in mehanskih zaklepov na Profisafe opremo

41 Slika 5.8: Obratovalni režim Stroj Slika 5.9: Načrtovanje stikala z mehanskim zaklepom XPS-E

42 5.7 Režimi delovanja V drugem poglavju je opisano postrojenje stroja oziroma obratovalni režimi stroja. Obratovalni režimi so krmiljeni s PROFISAFE vhodno/izhodno kartico, s katero omogočamo varno in zanesljivo vklapljanje oziroma izklapljanje vklopnikov za posamezen obratovalni režim. Krmilne napetosti - potenciale, katere uporabljamo v določenih obratovalnih režimih prilagodimo ter jih označimo z dodatnimi oznakami. Preglednica 5.2: Razdelitev sklopov Režim Oznaka dodana potencialu Pomen SI BEREICH MASCHINE V Verzogert (zakasnjen) SI BEREICH VORSCHUB A Ausgang (izhod(iz stroja)) SI BEREICH BEWEGUNGEN B Bewegungen (nastavljanje) 5.8 Močnostni del Po končanem načrtovanju varnostnih delov krmilja je potrebno načrtovati krmiljenje močnostnega dela. Dimenzionirati je potrebno ožičenje, izbrati zaščito, vrsto vodenja, izbrati zavorne elemente ter ga uvrstiti v ustrezen režim delovanja. Elektro pogona za pogon obdelovalnih rotorjev Za pogon glavnih obdelovalnih rotorjev so strojni projektanti izbrali elektro motorja moči 90 kw, za regulacijo vodenja pa sta izbrana pretvornika Lenze 9400 Single Drive. Motor smo zaščitili z 250 A varovalkami, tipa NH01, ki varujejo pretvornik in elektro motor pred morebitnimi prevelikimi tokovi, ki bi nastali kot posledica okvare na stroju. Pri tema elektro pogonoma zaviramo s pomočjo zavornih uporov. Izbran je 15 Ohm upor, moči 6,2 kw. Za spremljanje delovne temperature je izbrali PTK upor, nameščen v elektro pogonu, katerega priključimo na vhode x106 na pretvorniku. Določeni so še ustrezni preseki ožičenja, kateri znašajo 95 mm 2 do frekvenčnega pretvornika, za priključitev elektro motorja na njega pa sta izbrana 2 kabla 4x35 mm 2, ki sta izbrana zaradi nasveta elektro monterjev, saj je s tem olajšan priklop elektro motorjev na stroju

43 Za krmiljenje pretvornikov so izbrani ustrezni potenciali, ki so izbrani iz zgoraj navedene razpredelnice. Glavna pogona stroja sta vodena v režimu delovanja imenovan območje stroja. Načrt je prikazan na sliki Elektro motorja sta zaradi sorazmerno velike bremena izpostavljena velikemu vztrajnostnemu bremenu, zaradi česar bi bilo lahko ogroženo zdravje delovnega osebja. Vrtenje glavnih obdelovalnih rotorjev po izključitvi napajanja je vzrok velikega vztrajnostnega momenta, kateri na navitjih inducira napetost. To inducirano napetost zaznavamo z varnostnim relejem XPS VNE (slika 5.11), kateri preverja inducirano napetost ter tako preprečuje morebitni dostop operaterja ali serviserja v nevarno območje stroja. Slika 5.10: Glavni obdelovalni elektromotor

44 Slika 5.11: Načrtovanje priključitve varnostnega releja XPS VNE Elektro pogona za pogon transportnih trakov Obdelovance skozi proces skobljanja vodimo s transportnima trakovoma, katera sta gnana s elektro motorjema z močjo 7,5 kw. Hitrost trakov reguliramo s pretvornikoma Lenze Potrebno je bilo določiti vrsto dušilke, katera je potrebna zaradi postavitve elektro motorja v oddaljenosti več kot 50 metrov. Dušilka je bila izbrana iz kataloga proizvajalca frekvenčnega pretvornika, ta pa preprečuje motenje napajanja elektro pogonov. Dovod smo zaščitili z 20 A varovalkami tipa DO2, dimenzioniran zahtevan presek pa znaša 4 mm 2. Zaviranje se izvaja s ustreznima uporoma, katera imata 27 Ohm upornosti. Pogona transportnih trakov sta uvrščena v režim»pogoni«, kot je prikazano na sliki

45 Slika 5.12: Pogon transportnih tekočih trakov Elektro motorja za nastavljanje višine obdelave Nastavljanje višine obdelave omogočata dva elektro motorja, katera sta po dimenzioniranju strojnih projektantov moči 2,2 kw. Prvi omogoča nastavljanje višine pri poravnalki, drugi pa pri debelinki. Slika 5.13 prikazuje krmilje tega dela. Za vodenje teh motorjev sta izbrana pretvornika Lenze ,0 kw. Izbrana je ustrezna dušilka, ki jo predpisuje proizvajalec. Izbrana zaščita znaša 13 A tipa DO1, izbrani preseki ožičenja pa so 1,5 mm 2. Elektro motorja sta opremljena s elektro-mehansko zavoro, katera se sprosti pod pogojem, da je na tuljavo zavore pripeljana napetost. V ta namen smo izkoristili izhod na pretvorniku, s katerim napajamo tuljavo krmilnega releja, kateri je namenjen za krmiljenje zavore

46 Slika 5.13:Elektromotor za nastavljanja debeline Pogon krtač Med procesom obdelave lesa, nastajajo odrezki-žagovina. Stroj je opremljen z zunanjim odsesovalnim sistemom, vendar kljub temu na obdelovancu ostane del žagovine, katero pa odstranimo s krtačami. Prva je nameščena za operacijo poravnave lesa, druga pa za operacijo obdelave na željeno debelino. Slika 5.14 nam prikazujeta načrt krmilja elektro motorja, ki služita za pogon krtač, vodimo t.i. direktno, saj ne potrebujeta regulacijo hitrosti. Vklapljamo ju s vklopnikoma, katera sta krmiljena s krmilnim relejem. Napajanje elektro motorjev je zaščiteno s motorskim stikalom 4 A do 6,30 A (nastavitev je 5 A) dimenzionirani preseki pa znašajo 1,5 mm 2. V namen diagnostike, je motorskemu stikalu dodan NO (normally open) kontakt, kateri služi za opazovanje stanja (vklop/izklop), katerega opazujemo na krmilniku. Krtači za odstranjevanje lesa spadata v»postrojenje stroja«

47 Slika 5.14: Pogon krtače Elektromotorja ta nastavitev noža Stroj Rotoles 1300 PD je opremljen z napravama, kateri sta namenjeni popravljanju odrezovalnih nožev na glavnih obdelovalnih rotorjih. V ta namen so strojni projektanti načrtovali uporabo elektro motorja z močjo 0,25 kw, katera ne potrebujeta regulacije hitrosti, vendar pa je zahtevano spreminjanje smeri vrtenja, za kar smo določili dva vklopnika, katera krmilimo v odvisnosti od željene smeri. Napajanje tuljav vklopnikov krmilimo z dvema krmilnima relejema, prevelike tokove pa preprečimo z motornim stikalom z območjem delovanja 0,63 A do 1 A, nastavljeno na 0,8 A. Pri spreminjanju smeri vrtenja je potrebno preprečiti možnost vklopa obeh smeri vrtenja elektro motorja, kar bi povzročilo kratek stik. Kratek stik smo preprečili z kontaktom NC (normally closed), na prvem od vklopnikov, katerega smo zaporedno priključili na napajanje tuljave drugega vklopnika, ter obratno (prikazano na sliki 5.15). Motor je opremljen z zavoro, katera deluje pod napetostjo 24 VDC in jo krmilimo z dodatnimi NO kontakti, ki vklapljajo oziroma izklapljajo napajanje elektro-mehanske zavore v odvisnosti od stanja vklopnikov. Elektro pogona za nastavitev nožev spadata v»izklop v sili«

48 Slika 5.15: Nastavljanje nožev Pogon za vakuumsko črpalko Na stroju sta nameščena trakova za transport obdelovancev skozi obdelavo. Prvi transportni trak, kateri je nameščen na poravnalko, se zaradi dolžine, teže ter natezanja povesi. Strojni projektanti so poves rešili z vakuumsko črpalko, katera ohranja trak v željenem položaju. Pogon črpalke zagotavlja elektro motor z močjo 11 kw. Vakuumska črpalka je sestavljena iz elektro motorja in ventilatorja, kateri pa zaradi svojega velikega premera potrebuje večji navor za zagon, kar pa posledično pomeni tudi večje zagonske tokove. V podjetju so se odločili, da bodo tovrstne probleme rešili z vezavo zvezda-trikot (slika 5.16). Iz vidika elektro projektiranja smo vezavo trikot-zvezda načrtovali s tremi vklopniki, kateri so namenjeni vklopu napajanja elektro motorja, vezavi trikot in vezavi v zvezdišče. Po podatkih proizvajalca pri zagonu v načinu trikot-zvezda elektro motor potrebuje zagonske tokove, kateri znašajo do 25 A, za kar smo določili motorno stikalo za tokove od 24 A do 32 A. Vklopnike krmilimo za krmilnimi releji, hkrati pa preprečimo morebitni vklop vezav trikot in zvezdišče hkrati. Vakuumska črpalka je del pomožnih naprav in spada v režim delovanja»izklop v sili«

49 Slika 5.16: Vezava zvezda-trikot vakuumske črpalke 5.9 Načrtovanje krmilne doze Senzorika na stroju Rotoles je načrtovana za priključitev v krmilno dozo. Krmilna doza je nameščena ob stroju, ker olajša montažo elektro opreme na stroju in se uporablja v vseh primerih, kadar je elektro omara ločena od samega stroja. V njej se nahaja ET200SP vmesni modul na katerega so priključene potrebne vhodno izhodne enote. Krmilno dozo napajamo s 12x2,5 mm 2 kabelsko povezavo, komunikacijo s CPU enoto pa zagotavlja Profinet omrežje Načrtovanje glavnega komandnega pulta Glavni komandi pult je namenjen operaterju stroja. Na njemu so locirana stikalo za izklop v sili, uporabniški vmesnik Siemens TP1200, stikala z ključem za upravljanje z režimi delovanja, tipke s signalnimi lučkami, tipke in signalne lučke ter stikalo za vklop luči v kabini. Na sliki 5.17 vidimo izgled komandnega pulta

50 Slika 5.17: Glavni komandi pult 5.11 Izdelava dispozicij Za izdelavo elektro omar, elektro montaža potrebuje razporeditev elektro opreme v stikalnih omarah. Pri razporeditvi opreme v omare se upoštevajo načela in zahteve standarda SIS EN Krmilna oprema ter nizkonapetostni vodi se polagajo ločeno od vodov moči in nameščajo v omaro ločeno od opreme moči. Prva od treh glavnih omar je namenjena pripravi krmilnih napetosti, zato so tukaj transformator, usmernika, vklopniki za posamezne režime, krmilnik in njegova periferija, krmilni releji in potrebne sponke, ki se potrebujejo za povezavo z krmiljem, ki ni neposredno v tej omari. V drugi omari sta uvrščena frekvenčna usmernika za regulacijo glavnih motorjev za pogon obdelovalnih rotorjev in potrebna dodatna elektro oprema, katera je namenjena krmiljenju tega dela. Tretja omara je namenjena dovodu električne napetosti. Tukaj je še preostala elektro oprema močnostnega dela, ki ni bila uvrščena v prvi omari. Izdelali smo še dispoziciji za krmilno dozo in glavni komandni pult. Slika 5.18 prikazuje realizirano krmilje v prvi elektro omari

51 Slika 5.18: Realizirano krmilje v prvi elektro omari

52 6 ZAKLJUČEK Prihod in uveljavitev programirljivih krmilnih naprav v strojegradnji je omogočil izdelavo tehnološko zahtevnih in naprednih strojev. Tako se relejna krmilna oprema vse redkeje uporablja. Relejna krmilna oprema se uporablja v enostavnih strojih, katerih cena ne prenese stroškov programirljivih krmilnih naprav. Pri prenovi in nadgradnji relejne krmilne opreme v programirljivo sem se srečal z delom elektro-projektanta. Samostojno pod vodstvom zaposlenih inženirjev podjetja Ledinek Engineering d.o.o. sem izbral ustrezno elektro opremo, izdelal elektro dokumentacijo skladno z zahtevami in smernicami strojne direktive ter pripadajočimi standardi kateri ugotavljajo skladnost dokumentacije in opreme s strojno direktivo. Po izdelavi dokumentacije sem spremljal in aktivno sodeloval pri elektro montaži stroja, zagonu ter pri pred prevzemu stroja in odpremi končni stranki

53 7 LITERATURA IN VIRI [1] Ledinek Engineering [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [2] Direktiva o strojih 2006/42/ES, [3] Standard EN ISO 12100:2011, Varnost strojev Splošna načela načrtovanja Ocena tveganja in zmanjšanje tveganja. [4] Standard SIST EN , Varnost strojev Električna oprema strojev 1. del Spošne zahteve. [5] Standard SIST EN ISO , Varnost strojev Z varnostjo povezani deli krmilnih sistemov 1. del Splošna načela za načrtovanje. [6] ES. Krmilna tehnika 1. del [splet], Dosegljivo: zapiski/158/84/krmilna%20tehnika%20-%201.%20del.pdf [Datum dostopa: ]. [7] Siemens [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [8] TP Automation [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [9] INT TECHNICS [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [10] Lenze Americas [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [11] Impol-1 - zamowienia internetowe [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [12] Kübler Group [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [13] DirectIndustry [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [14] I. Božič, (2014). Funkcijska varnost strojev [splet], Dosegljivo: medialibrary/2015/06/rdv _funkcijska_varnost_strojev.pdf [Datum dostopa: ]. [15] Standard SIST EN ISO 12100:2011, Varnost strojev Splošna načela načrtovanja Ocena tveganja in zmanjšanje tveganja. [16] PLC-City [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa: ]. [17] Elektro4000.de [splet], Dosegljivo: [Datum dostopa:

54 2017]

55 8 PRILOGE Priloga 1: Ocena tveganja, Priloga 2: Microlayout, Priloga 3: Motorska lista, Priloga 4: Sestava, Priloga 5: Elektro načrti

56

57 OB Ocena tveganja po SIST EN ISO 12100:2011 OCENA TVEGANJA tip stroja/naprave: ROTOLES 1300 PD-SV LESNO OBDELOVALNI STROJI PROJEKT: Schneider odgovorni projektant: Strehar MARTIN izdelal: odgovorni elektro projektant: Stanko Vidovič Podpis/ Datum: Podpis/ datum: ident: del. nalog: Id.: E162/5051; M.Nr.:4416 ocena tveganja pred odgovorna oseba/ termin izvedbe ocena tveganja po ukrepom ukrepu Št. identifikacija nevarnosti R Vp Vn Vo T ukrep za odpravo nevarnosti R Vp Vn Vo T analiza izvedbe ukrepov 1 NEZAŠČITENI VRTEČI IN GIBAJOČI SE MEH. ELEMENTI/ MOŽNOST LOMLJENJA IN RAZCEPLJENJA OBDELOVANCA Pri delujočem stroju so petencialna nevarnost vrteči in gibajoči se mehanski elementi (velike udarne sile zaradi velike podajalne hitrosti), prav tako obstaja nevarnost razcepljenja in lomljenja obdelovanca! Mehanske nevarnosti: SIST EN ISO (Pospeševanje-kinetična energija, ostri sestavni deli, gibajoči - rotirajoči se elementi, ostri robovi)! 2 Faza načrtovanja Stroj stoji v ograjenem prostoru - VARNOSTNA-PROTIHRUPNA KABINA (varovala, ki varujejo z razdaljo SIST EN ), s tem je preprečen nekontroliran dostop do nevarnega območja! Inštruktor (Ledinek) za Vstop v delovno območje omogočen samo skozi vrata varovana z varnostnim stikalom usposabljanje pred uradno (zaklep tip:xcs-e8312, id.:215819), kateri omogoča zaklepanje samo iz zunanje smeri primopredajo (izpolniti in kabine)! overiti OB )! Pri odprtju vrat se preko varnostnega stikala prekine dovod el. napetosti vsem električnim komponentam, s tem so onemogočeni nekontrolirani zagoni! Kupec, naročnik pred V delovno območje lahko vstopi, izkjučno usposobljen posluževalec, ki je v tem času uradno primopredajo! odgovoren za delavno mesto! Podpisnik predajnega Upoštevani standardi: protokola (OB109-01) - SIST EN usposobljen SIST EN posluževalec/vzdrževalec! SIST EN (Varnostne razdalje-preprečevanje dosega nevarnih območij z zgornjimi udi) Pred zagonom! SIST EN (Oprema za izsklop v sili) SIST EN 953 (Varovala - splošne zahteve za načrtovanje) SIST EN 1037 (Preprečevanje nepričakovanega vklopa) Faza načrtovanja Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene posluževalce stroja SPREJEMLJIVO! Inštruktor (Ledinek) za usposabljanje pred uradno primopredajo (izpolniti in overiti OB )! MENJAVA IN PRENAŠANJE ORODJA Obvezna uporaba zaščitnih rokavic, obutve in varnostne čelade! Kupec, naročnik pred uradno primopredajo! Ročna menjava orodja "delavnga vretena" v kombinaciji z dvižno napravo Upoštevani standardi: Podpisnik predajnega "dvigalom" in prenosa le-tega, SIST EN protokola (OB109-01) - nevarnost: ureznin, zlomov, spotikanja in padcev (teža in nerodnost oblike SIST EN usposobljen orodja)! SIST EN (Priročna zaščitna sredstva) posluževalec/vzdrževalec! Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v SIST EN 388 (Zaščitne rokavice) zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene Mehanske nevarnosti: SIST EN ISO SIST EN (Osebna varovalna oprema - obutev) Pred zagonom! posluževalce stroja (koničasti/ostri sestavni deli, možnost padajočih elementov)! SPREJEMLJIVO! 3 Faza načrtovanja NEVARNOST PRVEGA ZAGONA MENJAVA ORODJA Ob menjavi orodja nevarnost prvega zagona zaradi napačne nastavitve, zategovanja,... Mehanske nevarnosti: SIST EN ISO (Pospeševanje-kinetična energija, ostri sestavni deli, gibajoči - rotirajoči se elementi, ostri robovi)! 4 Inštruktor (Ledinek) za Prvi zagon po menjavi orodja izvesti v zaprti varnostni KABINI (zagon usposabljanje pred uradno nemogoč, pri odprtih vratih-varnostno stikalo)! primopredajo (izpolniti in Pred zagonom se mora posluževalec prepričati, da se nobena oseba ne nahaja overiti OB )! v delavnem območju stroja - v kabini! Kupec, naročnik pred Upoštevani standardi: uradno primopredajo! SIST EN SIST EN Podpisnik predajnega SIST EN (Varnostne razdalje-preprečevanje dosega nevarnih protokola (OB109-01) - območij z zgornjimi udi) usposobljen SIST EN (Oprema za izsklop v sili) posluževalec/vzdrževalec! SIST EN 953 (Varovala - splošne zahteve za načrtovanje) SIST EN 1037 (Preprečevanje nepričakovanega vklopa) Pred zagonom! Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene posluževalce stroja SPREJEMLJIVO! 1.)Projektirati in izvesti elektro inštalacije skladno z SIST EN (izklop omrežne napetosti na kritičnih porabnikih)! NEKONTROLIRAN ZAGON DELOVNIH VRETEN 2.)Varnost strojev-preprečevanje nepričakovanega vklopa SIST EN 1037! Faza načrtovanja 3.)izvesti usposabljanje posluževalcev skladno z navodili za varno uporabo in Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v Nekontroliran zagon delovnih vreten med servisnim posegom v stroj ali menjavi orodja! vdrževanje SIST EN /2! Elektro projektant v fazi načrtovanja zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene posluževalce stroja Upoštevani standardi: Vodja el. montaže SPREJEMLJIVO! Električne nevarnosti: SIST EN ISO SIST EN (Električna napetost, goreči deli, elektrostatični pojav, preobremenitve SIST EN Pred zagonom! tokokrogov, kratki stik, toplotna sevanja) SIST EN 1037 SIST EN SIST IEC ,42,43 SIST IEC , 52,53 5 Faza načrtovanja Inštruktor (Ledinek) za Stroj izveden z samostojnostoječo varnostno-protihrupno kabino z vstopnim in usposabljanje pred uradno izstopnim tunelom, kot dodatni ukrep se predpiše obvezno nošenje slušne primopredajo (izpolniti in varovalne opreme - Glušnikov! overiti OB )! Dovoljen nivo hrupa max.85 db! HRUP Upoštevani standardi: Kupec, naročnik pred uradno primopredajo! SIST EN Pri delujočem stroju (kombinacija delovnih vreten in odsesovanja) prihaja do SIST EN Podpisnik predajnega hrupa, kateri presega dovoljeno mejo 85 db! SIST EN (Varnostne razdalje-preprečevanje dosega nevarnih protokola (OB109-01) - območij z zgornjimi udi) usposobljen Nevarnosti zaradi hrupa: SIST EN ISO SIST EN 953 (Varovala - splošne zahteve za načrtovanje) posluževalec/vzdrževalec! Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v (hrup odsesovalnega sistema, uhajanje zraka skozi odprtine/reže - pisk, SIST EN (Glušniki-stopnja zmanjšanja hrupado 32 db) zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene delovni proces)! Pred zagonom! posluževalce stroja SPREJEMLJIVO! 6 Faza načrtovanja NEVARNOST POŽARA ZARADI TRENJA MED VALJI IN OBDELOVANCEM Pri zastoju pomika obdelovanca (les) lahko pride zaradi trenja med vrtečimi vlečnimi valji v stiku z obdelovancem do samovžiga le tega! Mehanske nevarnosti: SIST EN ISO (Pospeševanje-kinetična energija, ostri sestavni deli, gibajoči - rotirajoči se elementi, ostri robovi)! 7 UPRAVLJANJE, VZDRŽEVANJE STROJA Inštruktor (Ledinek) za Registracija pomika obdelovanca preko krmilnega sistema stroja in takojšnja usposabljanje pred uradno zaustavitev le tega, če obdelovanec iz kakršnega koli razloga postoji. primopredajo (izpolniti in Kot dodatni ukrep se sprejme zahteva po namestitvi ročnega gasilnega aparata overiti OB )! tip S9-na prah - dva kosa v območju stroja! Kupec, naročnik pred Upoštevani standardi: uradno primopredajo! SIST EN SIST EN Podpisnik predajnega SIST EN (Oprema za izsklop v sili) protokola (OB109-01) - SIST EN 3 (prenosni gasilniki) usposobljen posluževalec/vzdrževalec! Pred zagonom! Upravljanje, nastavitve, vzdrževanje stroja, lahko opravljajo samo usposobljeni posluževalci stroja (po programu usposabljanja podjetja LEDINEK) in LEDINEK serviserji! Faza načrtovanja Obvezna uporaba predpisanih osebnih zaščitnih sredstev (delovno zaščitno oblačilo, delovna obutev, rokavice, glušniki), varnostne opozorilne table na Inštruktor (Ledinek) za vidnih mestih! usposabljanje pred uradno Načrtovati in izvesti z varnostjo povezane dele krmilnega sistema v skladu s primopredajo (izpolniti in kategorijo 2 (EN , PrilogaB). overiti OB )! Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene posluževalce stroja SPREJEMLJIVO! Zaradi neupoštevanja navodil, malomarnosti (nepravilno postopanje pri Upoštevani standardi: Kupec, naročnik pred upravljanju, nastavitvah, vzdrževanju stroja), sprostitve mas (ročno SIST EN uradno primopredajo! odstranjevanje lesa s stroja), lahko pride med izvajanjem del do fizičnih SIST EN poškodb (udarci, ureznine, zmečkanine, brizg tekočine pod tlakom)! SIST EN 953 (Varovala - splošne zahteve za načrtovanje) Podpisnik predajnega SIST EN 470 (Delovna zaščitna oblačila) protokola (OB109-01) - Mehanske nevarnosti: SIST EN ISO SIST EN (Osebna varov. oprema - obutev) usposobljen Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v (Pospeševanje-kinetična energija, ostri sestavni deli, gibajoči - rotirajoči se SIST EN (Glušniki-stopnja zmanjšanja hrupado 32 db) posluževalec/vzdrževalec! zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene elementi, ostri robovi)! SIST EN 388 (Zaščitne rokavice) posluževalce stroja SIST EN (Z varnostjo povezani deli krmilnega sistema) Pred zagonom! SPREJEMLJIVO! 8 Faza načrtovanja Krmilni pult je potrebno pozicionirati tako, da je omogočen neposreden pogled Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v skozi steklo kabine na stroj ter istočasno omogočena preglednost na vstopno Elektro projektant v fazi zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene LOKACIJA KRMILNEGA PULTA mehanizacijo - dodajanje v stroj! načrtovanja! Vodja mehanske montaže! posluževalce stroja SPREJEMLJIVO! Nepreglednost posluževanja stroja preko krmilnega pulta zaradi postavitve Upoštevani standardi: stroja v KABINI! SIST EN Pred zagonom! SIST EN Ergonomske nevarnosti: SIST EN ISO SIST EN (Stalni dostopi do strojev in postrojenj) (dostop/pristop, napor/napetost, lokalna svetloba, ponavljajoča aktivnost) 9 Faza načrtovanja NEPOSREDEN DOTIK, PRIBLIŽEVANJE DELOV POD VISOKO Vgrajeni materiali morajo imeti izjavo o skladnosti - NAPETOSTJO Elektro projektant v fazi CE! Zaščitne omare, izolacijski pokrovi in prepreke; zaščita vodnikov; ustrezne načrtovanja Ob upoštevanju navodil za varno delo je tveganje v Neposredni dotik, približevanje delov pod visoko napetostjo! Posredni dotik delov pod visoko napetostjo! distance; zaščite pred preobremenitvijo, uporaba zaščitne male napetosti! Ozemljitev in izenačitev potencialov! Vodja el. montaže zvezi z varnostjo in zdravjem za usposobljene posluževalce stroja Pred zagonom! SPREJEMLJIVO! Električne nevarnosti: SIST EN ISO Upoštevani standardi: (Električna napetost, goreči deli, preobremenitve tokokrogov, kratki stik, SIST EN toplotna sevanja) SIST EN SIST EN C:\Users\Uporabnik\Desktop\Koncna_verzija\Priloga 1 - Ocena tveganja Rotoles 1300 PD Stran 1 od 1