Fanuc CNC

 

FAKULTET TEHNICKIH NAUKA INSTITUT ZA PROIZVODNO MAŠINSTVO Laborat Lab oratorij orijaa za mašine alatke, fleksibilne f leksibilne tehnol tehnološke oške sisteme i automatizaciju postupaka projektovanja

Tabakovic, S., Gatalo, R., Zeljkovic, M., Zeljkovic, Ž.,Stankovski, S., Odri,S.

ANALIZA SAVREMENIH REŠENJA UPRAVLJACKIH JEDINICA -studija upravljackih upravljackih sistema-

Novi Sad, 2002.  

 

 Istraživanja obuhvacena obuhvacena projektom “  RETROFITING FAMILIJE MAŠINA ZA  BRUŠENJE SLOŽENIH OBLIKA “ prema ugovoru broj MIS 3.02.3220.B izmedju  Ministarstva za nauku, tehnologiju i razvoj  Republikee Srbije i Fakulteta tehnickih  Republik tehnickih nauka  su obavljena u periodu od pocetka 2002. do kraja 2003. godine na Institutu za  proizvodnoo mašinstvo u Novom Sadu.  proizvodn  Istraživanja je finansijski podržao i  participant istraživanja “MAJEVICA” – “  MAŠINE ALATKE”A.D. ALATKE”A.D. iz Backe Palanke Palanke,, koji je i neposredni korisnik rezultata istraživanja.  Rukovodilac projekta bio je  ZE L J K OV OVII C dr M I L AN , di pl. ing. ing.,, vanredni profesor. Studija “ANALIZA SAVREMENIH  REŠENJA UPRAVLJACKIH JEDINICA” je rezultat istraživanja u okviru II faze realzacije projekta.  Elaborirani rezultati sadrže prikaz upravljackih sistema otvorene arhitekture kao osnove numerickog upravljanja u XXI veku, analizu izvedenih upravljackih sistema  poznatih svetskih proizvodaca proizvodaca sa posebnim osvrtom na primenu ovih sistema kod retrofitovanih mašina i predloga za izbor upravljacke jedinice u konkretnom slucaju.

 

 

U REALIZACIJI ISTRAŽIVANJA UCESTVOVALI SU : 1.  2.  3.  4.  5.  6. 

Dr Milan ZELJKOVIC, dipl. ing., vanredni profesor Dr Ljubomir BOROJEV, dipl. ing., vanredni profesor Dr Slobodan NAVALUŠIC, dipl. ing., vanredni profesor Dr Ratko GATALO, dipl. ing., redovni profesor u penziji Dr Jožef REKECKI, dipl. ing., redovni profesor u penziji Mr Zoran MILOJEVIC, dipl. ing., asistent

7. Slobodan TABAKOVIC, dipl. ing., asistent 8.   Mr Željko ZELJKOVIC, dipl. ing., saradnik 9.  Dr Stevan STANKOVSKI, dipl. ing., vanredni profesor 10. Dr Stevan ODRI, dipl. ing., vanredni profesor 11. Dr Divko CIRIC, dipl. ing., redovni profesor u penziji U prvoj godini istraživanja ucestvovao je i 12. Dr Branko MILISAVLJEVIC, dipl. ing., profesor VTŠ AUTORI STUDIJE I ISTRAŽIVACI : 13. Mr Slobodan TABAKOVIC, dipl. ing., asistent 14. Dr Ratko GATALO, dipl. ing., redovni profesor u penziji 15. Dr Milan ZELJKOVIC, dipl. ing., vanredni profesor 16. Željko ZELJKOVIC, dipl. ing., saradnik 17. Dr Stevan STANKOVSKI, dipl. ing., vanredni professor 18. Dr Stevan ODRI, dipl. ing., vanredni profesor

 

 

SADRŽAJ

1.0 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

Uvodna razmatranja razmatranja ................. ..................................... ........................................ ......................................... ....................... 1 Upravljacki sistemi otvorene arhitekture kao osnova numerickog upravljanja upravlja nja u XXI veku veku................... ....................................... ........................................ ................................... ...............33 Uvod...................................................................................................3 OSACA sistem..................... sistem......................................... ........................................ ......................................... ....................... 5 Istraživacki Istraživacki projeka projekatt OSEC OSEC................... ....................................... ........................................ ......................... ..... 5 Istraživacki Istraživacki projeka projekatt OMAC ........................................ ............................................................. ....................... 6 Istraživanja univerziteta u Micigenu...................... Micigenu.......................................... ............................ ........77 Istraživanja univerziteta Kalifornija u Berkliju Berkliju.................. ................................. ...............77 Istraživanja Istraživanja univerziteta univerziteta Britanske Britanske Kolumbije................. Kolumbije................................... ..................88

3.03.1 analiza izveden izvedenih ih upravljackih upravljackih sistema....................................... sistema.................................................. ...........99 Uvod...................................................................................................9 3.2 FAGOR..............................................................................................9 3.2.1 FAGOR 8055 CNC.................................. CNC...................................................... .................................... ................10 10 3.2.2 FAGOR 8070 CNC.................................. CNC...................................................... .................................... ................11 11 3.3 FANUC FANUC ................... ....................................... ........................................ ........................................ ................................. .............12 12 3.4 SIEMENS.........................................................................................15 3.4.1 Upravljacka jedinica Siemens 840D........... 840D............................... ................................. .............16 16 3.4.2 Upravljac Upravljacka ka jedinica Siemens 840C .................. ...................................... .......................... ...... 16 3.4.3 Karakter Karakteristike istike upravljackih upravljackih sistema Siemens ..................... .............................. .........17 17 4.0 Završna razmatranja razmatranja ................. ..................................... ........................................ ........................................ ....................21 21 5.0 Literatura..............................................................................................22

 

 

 

1.0  UVODNA RAZMATRANJA

Dvadeseti vek, je pre svega zahvaljujuci tehnickim i tehnološkim inovacijama, gotovo potpuno formirao izgled savremenog sveta. sveta. U tom periodu su se prakticno sve oblasti ljudskih aktivnosti znatno izmenile. To se izmedu ostalog odnosi i na mašinogradnju, a narocito na polje gradnje mašina alatki. Od samog nastanka pa do danas osnovna konstrukcija konvencionalnih mašina alatki se, izuzev odredenih izuzetaka krajem prošlog veka (pojava mašina alatki na bazi paralelnih mehanizama), gotovo nije promenila. Jedine znacajnije izmene koje su u tom periodu nastale se ticu: pogona koji se u skladu sa razvojem društva menjao od rucnog do elektricnog, i u dvadesetom veku su uvedeni upravljacki sistemi koji su povecali stepen automatizacije mašina alatki i doveli do današnjeg izgleda i karakteristika mašina alatki. Time su automatizovani sistemi poredsistemima visokoproduktivnih (transfera linija u masovnoj proizvodnji) našli mesto i u proizvodnim manjih kapaciteta povecane fleksibilnosti kao što su: Fleksibilni tehnološki sistemi, Obradni centri i NC/CNC mašine alatke (slika 1.).

Slika 1. Zavisnost cene obrade od proizvodnih kapaciteta [4.] Razvoj elektrotehnike i elektronike, pri cemu se pre svega misli na razvoj  poluprovodnickih komponenti, komponenti, je omogucio nastanak citavog niza tehnickih podrucja koji su

-1-

 

  uspešno iskorišceni u razvoju mašina alatki. To su pre svega razvoj numerickog upravljanja, mernih sistema i pogonskih komponenti. Od prvih faza razvoja numericki upravljanih mašina alatki pocetkom pedesetih godina dvadesetog veka sistemi upravljanja se intenzivno menjaju što je uzrokovalo znatnu  promenuu karakteristika  promen karakteristika i cene samih samih mašina alatk alatki.i. Ubrzan razvoj poluprovodnickih a samim tim i mikroprocesorskih tehnologija je umnogome povecao pouzdanost i smanjio dimenzije upravljackih sistema omogucavajuci nastanak NC (Numerical Control), a zatim i CNC (Computer Numerical Control) upravljackih sistema, kakvi se proizvode do današnjih dana a koji su zasnovani na CNC upravljackim jedinicama, robot kontrolerima, programbilnim logickim automatima i sl. Današnji kriterijumi, koje je tržište postavilo pred proizvodace mašina alatki zahtevaju fleksibilne, modularno gradene upravljacke sisteme koji se lako mogu prilagodavati tipu mašina alatki. Upravljacki sistemi nastali na ovakvoj koncepciji gradnje se nazivaju sistemi otvorene arhitekture. Osnovna svrha ovakvih analiza je da se na osnovu raspoloživih informacija dobijenim od proizvodaca mašina alatki, upravljackih sistema i najnovijih naucnih radova iz ove oblasti kao i primenom naucno-istraživackih metoda izabere odgovarajuca upravljacka  jedinica  jedini ca i pratece pratece kompo komponente nente upravljackog upravljackog sistema za proizvodace proizvodace mašina alatki. U ovom konkretnom slucaju analiza se primenjuje za potrebe projektovanja mašine za brušenje  provlakaca  provla kaca koja se razvija u sarad saradnji nji sa AD Majevic Majevicaa iz Backe Palank Palanke. e. Ovaj projekat projekat  podržan  podrž an od strane Minista Ministarstva rstva za nauku, nauku, tehno tehnologije logije i razvoj repub republike like Srbije (Oznaka (Oznaka  projekta  projek ta MIT 3220).

-2-

 

 

2.0  UPRAVLJACKI SISTEMI OTVORENE ARHITEKTURE KAO OSNOVA NUMERICKOG UPRAVLJANJA U XXI VEKU

 2.1  2.1  Uvod Poslednjih desetak godina dvadesetog veka su dovele do intenzivnog razvoja racunarskih sistema opšte namene poznatih pod imenom personalni racunari (Personal Computers). Njihova osnovna prednost u odnosu na do tada postojece racunare je modularna koncepcija gradnje, koja je omogucivala da se racunar konfiguriše prema potrebama korisnika, kao i da se po potrebi na veoma jednostavan nacin modifikuje u cilju  poboljšavanja.  poboljša vanja. Izuzetna ekspanzija ekspanzija razvoja racunars racunarskih kih kompone komponenti nti je doprinela da ovako koncipirani sistemi zauzmu veci deo svetskog tržišta racunarima. Možeracunarski se reci da su rezultati ekspanzije PC racunara uslovili razvoj intenzivnih istraživanja, a ubrzo zatim i pojavu upravljackih sistema nove generacije namenjenih mašinama alatkama, industrijskim robotima i u slicne svrhe. Osnovni razlog za istraživanja u ovom pravcu je, pored visokih cena upravljackih sistema, citav niz problema koji su se kroz vremenski period javljali kod proizvodaca i korisnika ovih mašina alatki, a ciji je uzrok nepostojanje ustaljenog standarda u ovoj oblasti. U te probleme spadaju: Veliki broj nekomatibilnih komponenti upravljackih sistema zbog nedostatka odgovarajucih standarda •  Upravljacki sistemi ne omogucuju periodicnu nadogradnju koja je neophodn zbog relativno brzog zastarevanja •  Visoka cena servisiranja, održavanja i popravki postojecih sistema

• 

Veliki broj zaposlenih u održavanju Primena upravljackih sistema zasnovanih na PC arhitekturi koja se u strucnoj literaturi naziva otvorena arhitektura upravljackih sistema omogucava formiranje upravljackog sistema prema karakteristikama i konstrukciji mašini alatki, što je narocito znacajno kod specijalnih mašina alatki koje se rade po posebnim narudžbini u pojedinacnoj  proizvodnji.  proizvo dnji. Osim toga omoguc omogucava ava se da ucešc ucešcee sistema upravljanja upravljanja u ukupno ukupnojj ceni numericki upravljanih mašina alatki bude znatno niže pri cemu se stvara mogucnost rekonstrukcije postojecih mašina u smislu modernizacije (strucno nazvano retrofiting) što otvara nove mogucnosti za manje proizvodace. U literaturi [8.] se pominje više koncepcija otvorene arhitekture. Na slici 2. su  prikazanii razliciti tipovi upravlja  prikazan upravljackih ckih sistema otvorene otvorene arhitektu arhitekture. re. • 

-3-

 

 

Slika 2. Koncepcija upravljackih sistema otvorene arhitekture [8.] Prvi model gradnje upravljackih sistema otvorene arhitekture sa slike 2. se naziva Otvoren HMI (Open Human Machine Interface) i predstavlja danas najzastupljeniji vid upravljanja zasnovanog na otvorenoj arhitekturi. Ovaj koncept podrazumeva upotrebu PC/ Windows okruženja povezujuci jezgro NC sistema koje ima zadatak da izracuna putanje alata u realnom vremenu. Drugi model gradnje upravljackih sistema otvorene arhitekture predstavlja upravljacke sisteme kod kojih jezgro ima otvorene (dostupne) pojedine segmente. U ovom slucaju upravljacki sistemi se prodaju sa interfejsom koji predstavlja jezgro NC upravljanja, a koje se zatim odgovarajucim filterima prilagodavaju pojedinim zahtevima korisnika. Kod upravljackih sistema koje izraduju manji proizvodaci arhitektura je zasnovana ili na PC racunarima koji imaju dodatne kartice ciji je cilj stvaranje veze izmedu racunara i motora na mašini upravljajuci kretanjem pojedinih osa mašina alatki, ili je u upravljacku jedinicu pored Windows operativnog sistema ukljucen i dodatni operativni sistem koji sa njim funkcioniše  paralelno  parale lno unutar istog procesora. U ova dva slucaja je potrebno specijalizovano programsko okruženje za izradu aplikacija baziranih na konkretnoj platformi Treci model gradnje upravljackih sistema otvorene arhitekture se formira nezavisno od proizodaca upravljackih sistema. U tom slucaju konzorcijumi zainteresovanih kompanija, naucno-razvojnih institutcija definišu interfejs za sve upravljacke module ukljucujuci one koji rade u realnom vremenu (nadzor, ose upravljanja, PLC i sl.). Najvažniji nezavisni konzorcijumi su: Projekat OSACA (Open System Architecture for Control within Automation Systems) •  Projekat OSEC koji je razvio Japanski konzorcijum IROFA •  Americki OMAC projekat • 

Kako istraživanja u ovom pravcu zbog specificnosti zahtevaju velika finansijska ulaganja, u svetu je u ekonomski najrazvijenijim zemljama razvijeno nekoliko projekata sa ciljem da se usavršavanjem konecepcije upravljanja na bazi otvorene arhitekture investitorima pruži mogucnost za još znacajniji ekonomski rast, niže cene proizvodnje, a samim tim i finalnih proizvoda. Najznacajnije rezultate u ovoj oblasti su donela sledeca istraživanja:

-4-

 

 

 2.2  2.2  OSA OSAC C A siste sistem Projekat OSACA (Open System Architecture for Control within Automation Systems) je nastao pod okriljem Evropske unije okupljajuci vodece evropske istraživacke centre, proizvodace mašina alatki (INDEX, COMAU, TRIUMPH), proizvodace upravljackih sistema (SEMENS, BOSCH) i potencijalne korisnike (BMW, Deimler Benz). Osnovni cilj ovog projekta je definisanje neutralne arhitekture upravljackih sistema. Na slici 3. je  prikazanaa struktura OSACA sis  prikazan sistema tema za upravlja upravljanje nje automatizo automatizovanim vanim sistem sistemima. ima.

Slika 3. Struktura OSACA koncepcije [8.] Struktura arhitekture upravljanja po OSACA projektu se sastoji iz dve celine: Opšti programski interfejs (na slici 3. je prikazan u vidu slojeva) koji  predstavlja nezavis nezavisni ni oblik informacion informacionee infrastrukture (hardver, operativni sistem, komunikacioni moduli i sl.). Do sada je razvijeno 6-8 razlicitih OSACA platformi •  Reference arhitekture koje definišu osnovne jedinice kontrole kao što su: automatska kretanja (MC na slici 3.), logicki automati (LC) i sl. • 

Osnovni problem koji se javio kod OSACA projekta je što je 1998, godine obustavljano zvanicno finansiranje projekta od strane Evropske unije što je uzrokovalo zastoj u daljem razvoju koncepcije.

 2.3  2.3  I st strr aži vacki vacki projekat projekat OSE C Koncept upravljackih sistema otvorene arhitekture OSEC (Open System Environment for Controlers) je ustanovljen u Japanu od strane najpoznatijih proizvodaca upravljackih komponenti. Kasnije se ova grupa integrisala u društvo za promociju Japanskih otvorenih sistema JOP (Japan FA Open Systems Promotion Group). Koncepcija OSEC je usmerena na PC platforme i Windows operativni sistem za podršku upravljackim  programima.  progra mima. U ovoj koncepciji upravljacki sistem se može prikazati slojevito, pomocu 7 nivoa (kao što je prikazano na slici 4.). Pri tome treba obratiti pažnju na programski interfejs izmedu razlicitih slojeva.

-5-

 

 

Slika 4. Koncepcija OSEC sistema [8.]  Najizraženiji problem koji se javlja kod OSEC koncepcije je uocljiv u nepotpunoj nepotpunoj usaglašenosti sa interfejsom za formiranje upravljackih aplikacija (API) takode razvijenim od strane JOP organizacije.

 2.4  2.4  I st strr aži vacki vacki pr oj ekat OMA OM A C Koncepcija gradnje upravljackih sistema pod imenom OMAC (Open Modular Architecture Controler) se razvija pocev od 1994. godine. Inicijativu za njegov nastanak su  pokrenula  pokrenu la tri velika americka proizvoda proizvodaca ca automobila na osnovu zahteva sopstve sopstvene ne  proizvodnje,, uocivši da se veliki broj problema upravljanja  proizvodnje upravljanja može rešiti primenom konce koncepcije pcije otvorene arhitekture upravljanja. OMAC koncepcija nije definisana fiksno odredenom arhiteturom ali postoji definisani skup modula cijim kombinovanjem se omogucava gradnja razlicitih tipova automata. Trenutno važeca verzija koncepcije ima API (interfejs za formiranje upravljackih aplikacija) koji sadrži 14 kompleksnih modula specificiranih u jeziku za definisanje interfejsa IDL (Interface Definition Lenguage). Pri tome se mora imati u vidu da vecina modula ima poddelove tj. da funkcioniše kao složena celina (sklop). Projekat OMAC obuhvata upotrebu u racunarskoj tehnici uobicajenih perifernih standarda kao što su ISA (Inustry Standard Architecture), VME (VERSA Module Architecture), PCI (Peripherall Component Interconnect) i sl.  Na slici sl ici 5. jjee pr prikazan ikazan bl blok ok di dijagram jagram strukture otvorenog, modularnog upravljackog sistema zasnovanog na OMAC tehnologiji.

-6-

 

 

Slika 5. Struktura OMAC koncepcije [10.]

 2.5  2.5  I st strr aži vanj vanja a unive uni verr zi teta u Mi M i ci cigg enu Jedan od prvih upravljackih sistema u svetu zasnovanih na PC tehnologiji je zapocet na univerzitetu u Micigenu 1986. godine sa ciljem realizacije upravljanja petoosne CNC glodalice. Upravljanje je podrazumevalo kontrolu nad servomotorima, interpolatorom, interpreterom upravljackog programa i korisnickim interfejsom. Pocetne faze ovog projekta su bile zasnovane na tada aktuelnom Intel 486 PC procesoru i MS-DOS operativnom sistemu. Kasnije faze projekta su kao prioritet imale formiranje odgovarajuceg upravljackog softvera zasnovanog na objektno orjentisanoj specifikaciji koji zadovoljava uslove upravljanja u realnom vremenu. Današnja istraživanja na otvorenoj arhitekturi u Micigenu idu u sledecim pravcima: Razvoj modularnih mašina alatki i upravljanja (poznat pod nazivom rekonfigurabilni proizvodni sistemi) •  Distributivno upravljanje primenom mrežnih tehnologija •  Ugradnja upravljackih sistema otvorene arhitekture na postojece mašine alatke (veoma primenjivo u tzv. retrofitingu)

• 

• 

Formiranje simulatora otvorenih upravljackih jedinica

 2.6  2.6  I st strr aži vanja vanja univer univer zi teta K alifo li forr ni nijj a u Be B er klij kli j u  Na univerzitetu univerzitetu u Berkl Berkliju iju je razvijen projekat OASIS (Open Architecture Assembly Systems & Integration Science) sa osnovnom namenom da poveca ucešce automatizacije u tzv. agilnim sistemima implementacijom savremenih komponenti otvorene arhitekture. Osim toga na Univerzitetu Kalifornije je postojao i TEAM (Technologies Enabling Agile Manufactures) projekat finansiran od vlade i industrije Sjedinjenih Americkih Država sa ciljem poboljšanja položaja i povecanja konkurentnosti njihove industrije na svetskom tržištu. Namena projekta je bilo formiranje novih standarda u oblasti upravljanja baziranog na otvorenoj arhitekturi.

-7-

 

 

 2.7   2.7   I st strr aži vanj vanja a unive uni verr zi teta B r i tansk tanske e K olumb lumbi j e  Na univerzitetu univerzitetu Britanske Britanske Kolumbije Kolumbije je duži niz godina razvijan program programbilni bilni CNC automat za višeosno upravljanje sa pojedinim inteligentnim modulima baziranim na PC i DSP tehnologiji. Za ovakav kontroler je korišcen jezik skriptova u cilju dobijanja što je moguce otvorenijeg i modularnijeg upravljackog softvera.

-8-

 

 

3.0  ANALIZA IZVEDENIH UPRAVLJACKIH UP RAVLJACKIH SISTEMA  3.1  3.1  Uvod Pojava standarda u arhitekturi upravljackih sistema i upotreba koncepcije otvorene arhitekture je uzrok pojave oštre konkurencije na tom tržištu kao i nastanka velikog broja manjih proizvodaca, uglavnom poteklih iz istraživackih institucija koji do sada nisu bili sposobni da sami razviju kompletno upravljanje. Pri tome treba imati na umu da vodeci svetski proizvodaci kao što su Siemens i Fanuc svojim istraživanjima diktiraju dalji razvoj ove oblasti. Kako je cilj ovog rada izbor odgovarajuceg upravljackog sistema za specijalnu mašinu za brušenje profila provlakaca u analizu su ukljuceni sistemi poznatih proizvodaca Siemens i Fanuc kao i sešpanskog proizvodaca sa kojima je AD „Majevica” Backa Palanka, za ciju mašinu ova analiza i vrši, vec Fagor saradivala.

 3.2  3.2  FAGOR Španski proizvodac elektronskih uredaja Fagor od sedamdesetih godina dvadesetog veka proizvodi i CNC upravljacke jedinice i digitalne upravljacke i merne elemente neophodne u industijskoj upotrebi. Iako spada u red manjih proizvodaca CNC upravljackih  jedinicaa Fagor intenziv  jedinic intenzivno no istražu istražuje je uvodenje uvodenje novih tehno tehnologija logija i stand standarda arda u koje spada spada i otvorena arhitektura. Osnovni razlog za ukljucivanje ovog proizvodaca u ovu analizu je  pored njihovog njihovog znacajnog znacajnog napretka napretka u razvoju razvoju posled poslednjih njih godina i iskustv iskustvoo koje AD „Majevica” Backa Palanka ima sa upravljackim sistemima ovog proizvodaca. Trenutno su u upotrebi dva tipa CNC upravljackih jedinica baziranih na otvorenoj arhitekturi i Windows operativnom sistemu: FAGOR 8055 CNC i FAGOR 8070 CNC sa razlicitim mogucnostima izbora pojedinih komponenti kojima je uzrok modularni sistem gradnje. Kao i vecina vodecih proizvodaca i Fagor je upravljacki sistem koncipirao kao dvodelni, sastavljen iz CNC panela sa PC funkcijama postavljenog na samoj mašini i CNC  jedinice (centralne upravlja upravljacke cke jedinice) koja se nalazi u komandnom komandnom ormanu, dok vezu izmedu njih cine visokobrzinska serijska veza ili neki drugi vid komunikacije. Na slici 6. su  prikazana  prikaza na ova dva elementa elementa upravlja upravljackog ckog sistem sistema. a.

-9-

 

 

Slika 6. Veza CNC panela i CNC jedinice [2.]

3.2.1  FAGOR 8055 CNC Ova upravljacka jedinica je namenjena konstrukciono jednostavnijim konvencionalno gradenim CNC mašinama alatkama, kao što su: strugovi i obradni centri za struganje, glodalice i obradni centri za glodanje kao i brusilice. Potencijalnim korisnicima je na raspolaganju širok dijapazon komponenti kao što su dva tipa monitora (LCD od 11? i RST od 8?) (slika 7.), digitalna i analogna graficka kartica, mamoriske kartice razlicitih kapaciteta, razliciti tipovi komunikacijskih interfejsa i sl.

Slika 7. Monitori namenjeni upravljackom sistemu 8055 [2.] Upravljacka jedinica 8055 CNC ima mogucnost kontrole i upravljanja do cetiri ose upravljanja, a opciono postoji mogucnost povezivanja do 7, uz dva radna vretena, kompenzacija greške ose u 256 tacaka po osi, SERCOS interfejs za digitalne komunikacije izmedu upravljackog sistema i digitalnig servo uredaja koji funkcioniše na bazi optickih kablova. Na slici 8. je prikazana struktura ove upravljacke jedinice.

-10-

 

 

Slika 8. Modularno gradena centralna upravljacka jedinica [2.]

3.2.2  FAGOR 8070 CNC Ova upravljacka jedinica spada u grupu naprednijih upravljackih jedinica namenjenih mašinama alatkama za visokobrzinsku obradu. Osnovna njena karakteristika je velika brzina izracunavanja neophodnih za izvršavanje komandi. U ovomndu. slucaju je vreme izracunavanja  pojed  pojedinacnih inacnih blokova blokov a program programa a svede svedeno no na jednu miliseku milisekundu. U ostale napred napredne ne funkcij funkcijee koje su ugradene u ovu upravljacku jedinicu su: •  •  •  •  •  • 

 Napredni algoritmi algoritmi za kontrolu kontrolu putanje oobrade brade Kontrola grešaka za prevenciju grešaka u kretanju Splajn interpolacija Kontrola grešaka za izbegavanje greške u kretanju Post-interpolacioni filteri za eliminisanje rezonance . . .

Ova upravljacka jedinica (slika 9.) je zasnovana na Pentum procesorima (postoji mogucnost izbora) sa Windows operativnim sistemom što pored svih prednosti PC tehnologije ukljucuje i mrežno povezivanje sa drugim racunarima.

Slika 9. Upravljacki panel 8070 [2.]

-11-

 

  Ovaj tip upravljackog sitema je veoma pogodan za primenu na obradnim centrima  pošto je moguce istovremeno upravljanje sa do 16 osa. Programski interfejs je razvijen u  programskom  programsk om jeziku C, ali je za razvoj novih aplikacija moguce koristiti i VisualBas VisualBasic, ic, Visual C++ i sl. Ovaj upravljacki sistem je narocito interesantan za upotrebu na savremenim mašinama alatkama jer u sistemu postoji podrška za upravljanje mašinama alatkama na bazi  paralelnih  paraleln ih mehaniz mehanizama, ama, ...

 3.3  3.3  FANUC

Poznati japanski proizvodac Fanuc vec godinama predstavlja jednog od lidera u  proizvodnji  proizv odnji i razvoju razvoju upravljackih upravljackih sistema. sistema. Njihov Njihovoo primarn primarnoo tržište cine Azija i Severna Severna Amerika, gde su njihovi sistemi preovladujuci u primeni u mašinama alatkama i robotskim sistemima. Nova serija Fanuc- ovih upravljackih sistema baziranih na otvorenoj arhitekturi 160i, 180i, 210i, kao i 160is, 180is, 210is predstavljaj predstavljajuu integraciju konvencionalne konvenc ionalne CNC upravljacke jedinice i PC racunara. Kao i u drugim slucajevima i Fanuc je naprednije modele upravljackih sistema ove, nove generacije upravljackih jedinica koncipirao iz dva dela, tankog panela koji se ugraduje na mašinu i CNC jedinice koja se postavlja u upravljacki orman dok vezu izmedu njih cini visokobrzinska serijska komunikacija (slika 10.)

Slika 10. Fanuc upravljacki sistem nove generacije [3.] Ovakav koncept je primenjen na modele 160i, 180i i 210 i koje spadaju u upravljacke sisteme visokih performansi, na kojima se nalaze verzije Windows 2000 i Windows XP operativnog sistema i imaju vece zahteve za elementima PC racunara. Upravljacki sistemi koji imaju zahteve za povišenom pouzdanošcu imaju oznaku  s  pa su tako nastali sistemi 160is, 180is i 210is. Ova grupa upravljackih sistema može biti konfigurisana na dva nacina: kao sistem koji objedinjuje CNC jedinicu sa LCD displejem (slika 11.), i kao razdvojeni sistem koji se sastoji od nezavisnog CNC panela sa PC funkcijama, koji je povezan za posebnom CNC jedinicom.

-12-

 

 

Slika 11. CNC jedinica integrisana sa LCD displejem [3.] Ova varijanta upravljackog sistema koristi operativni sistem Windows CE koji je  poznat po svojoj kompaktn kompaktnosti osti i ne zahteva zahteva hard disk što cini siste sistem m veoma pouzdanim pouzdanim za  primenuu na mašinama alatkama.  primen alatkama. Savremeni upravljacki sistemi Fanuc otvorene arhitekture zbog svojih karakterisitka imaju integrisan citav niz novih tehnologija ciji je zadatak povecanje tacnosti i efikasnosti mašina alatki. Tu spadaju: •  •  •  •  • 

 Nano interpolacija interpolacija HRV kontrola vretena i pogona osa Sistem za uštedu energije Dvostruki nadzorni sistem . . .

N ano iinte nterr polac lacii j a  predstav  predstavlja lja matematicki matematicki algoritam za znatno tacnije definisa definisanje nje  pozicije alata i radnog predmeta predmeta pri cemu se na osnovu upravljackog programa definišu  pozicijee u nanome  pozicij nanometarskim tarskim jedinicama i kao takve se prosleduju sistemu za kontrolu pozicije zatim i samoj mašini (slika 12.).

Slika 12. Šematski prikaz nano interpolacije [3.]  Na ovaj nacin se ostvaruje ostvaruje mnogo tacnije pozicionira pozicioniranje nje radnog predmeta i alata kao što se na slici 13. i vidi.

-13-

 

 

Slika 13. Rezultati primene nano interpolacije [3.] HRV (High Response Vector) kontrola vretena i pogona pojedinih osa ima zadatak da u kombinaciji sa nano interpolacijom omoguci primenu vecih brzina obrade istovremeno  povecavajuci  povecav ajuci preciznost preciznost i tacnost pozicioniranja. pozicioniranja. Ovaj tip kontrole se koristi za kontrolu  pomaka  poma ka i za kontrolu vre vretena. tena. Visoka preciznost pomaka se ostvaruje kombinacijom jedinstvene strukture servo motora, davaca visoke rezolucije i HRV kontrole. Na slici 14. je prikazan šematski prikaz ovog sistema.

Slika 14. šematski prikaz sistema za kontrolu pomaka [3.] Kontrola vretena se ostvaruje korišcenjem DSP procesora velike brzine i naprednih algoritama za kontrolu vretena (HRV kontrola). Na slici 15. je prikazana koncepc koncepcija ija kontrole vretena.

Slika 15. Kontrola vretena kod upravljackih sistema Fanuc [3.]

-14-

 

  Ušteda energije se ostvaruje korišcenjem efikasnijeg servo sistema cime se skracuje ciklus obrade a samim tim, kao što je na slici 16. prikazano dobija ušteda u energiji.

Slika 16. Ušteda energije posrednim putem [3.] Dvostruki nadzorni sistem  predstavlja paralelnu primenu CNC i nadzornog  procesora u procesu procesu provere poda podataka taka i kretanja kretanja (slika 17 17.). .).

Slika 17. Nadzorni sistem [3.] Primena svih ovih novina u CNC tehnologiji, uz maksimalno korišcenje komunikacionih mogucnosti PC racunara i olakšanoj gradnji upravljackog softvera  primenom za konvencio konvencionalne nalne racunare uobicajenih programskih jezika (u ovom slucaju  programski  progra mski jezik C) i jezika makro makroaa omogu omogucili cili su da ova grupa uprav upravljackih ljackih jedin jedinica ica bude veoma konkurentna i po mogucnostima medu dominantnijim na tržištu. Upravo to zahteva  postojeca  posto jeca reputa reputacija cija firme Fanuc Fanuc..

 3.4  3.4   SI E M E NS  Nemacka firma Sieme  Nemacka Siemens ns danas danas u Evropi, Evropi, a i u vece vecem m delu sveta predstavlja najzastupljenijeg proizvodaca upravljackih komponenti za CNC mašine. U skladu sa tim istraživanja koja sprovodi ovaj proizvodac diktiraju razvoj celokupne oblasti upravljackih sistema u svetu. Siemens je do sada na tržište plasirao veci broj upravljackih jedinica zasnovanih na otvorenoj arhitekturi koji su svoje mesto našli u univerzalnim i specijalnim mašinama alatkama konvencionalne arhitekture, mašinama alatkama na bazi paralelnih mehanizama i u svetu sve popularnijem retrofitingu koji potrazumeva rekonstrukciju starijih mašina alatki. Trenutno su na tržištu najaktuelniji modeli iz serija Sinumerik 840D i 840 C.

-15-

 

  Upravljacki sistemi novije generacije se u kombinaciji sa novim modelima servo motora (SIMODRIVE) mogu koristiti za gradnju mašina alatki koje po današnjim kriterijumima imaju ekstremne karakteristike. To podrazumeva u teorijskom smislu brzine obrade do 300 m/min, ubrzanja do 45g i sl. Primena upravljackih sistema Sinumerik omogucava korisniku korišcenje citavog niza naprednih funkcija od kojih su neke ukljucene u osnovnu konfiguraciju sistema, a neke su date opciono uz doplatu (podvuceno). Tu spadaju: •  •  •  •  •  •  •  •  • 

2D spiralna interpolaciju Programabilno ubrzanje  Nadzor procesa obrade obrade  Nadzorr alata  Nadzo Kompenzacija greške po kvadrantima Kontrola 10 kanala i 31 upravljanu osu / vretena Spline interpolacija Kompenzacija dužine alata . . .

Kao i kod drugih proizvodaca i Siemens-ovi upravljacki sistemi su modularno gradeni tako da se po potrebama krajnjeg korisnika i karakteristikama mašine može izabrati optimalna kombinacija pojedinih elemenata. Tako je npr. moguce izabrati CNC panele sa monitorima od 12.1” ili 15”, razlicite varijante alfanumetickih tastatura, ali i tri varijante PCU jedinica (Samih CNC jedinica baziranih na PC racunarima) sa razlicitim elementima i operativnim sistemom Windows NT ili XP.

3.4.1  Upravljacka jedinica Siemens 840D Digitalni upravljacki sistem 840D (slika 18.) omogucava upravljanje sa do 31 ose ili vretena sa 10 kanala. Zasnovan je na PC platformi, za do 31 osu/vreteno, primenjiv za sve tehnologije. Novi PCU (Personal Computer Unit) postoji kako u varijanti bez hard-diska (PCU 20) tako i u varijanti sa hard-diskom (PCU 50) i sadrži u integralnoj formi razne mogucnosti komunikacije (Ethernet, MPI, PROFIBUS DP). Operativni sistem je Windows  NT. [sajt [sajt siemens.co.y siemens.co.yu] u]

Slika 18. Upravljacki sistem Siemens 840D [10.]

3.4.2  Upravljacka jedinica Siemens 840C Upravljacka jedinica Sinumerik 840C (slika 19.) je predvidena za rešavanje složenijih upravljackih zadataka koji ukljucuju upravljanje digitalnim i analognim pogonima. To podrazumeva kontrolu do 30 osa i 6 vretena, razlicite vrste interpolacija, koje ukljucuju i

-16-

 

  krivolinijsku – spline interpolaciju i mogucnosti upravljana visokobrzinskim obradama (predvidena je kontrola vretena od 0,1 do 99000 obr/min).

Slika 19. Kontrolni panel upravljackog sistema Siemens 840C [10.]

3.4.3  Karakteristike upravljackih upravljackih sistema Siemens Kao što je u radu vec napomenuto, Siemens spada u sam vrh proizvodaca upravljackih sistema u svetu. Veoma obimna istraživanja ist raživanja koja koj a se sprovode na uvodenju novih tehnologija u oblast upravljanja rezultovale primenom Sinumerik upravljackih jedinica novije proizvodnim generacije sa sistemima otvorenomsuarhitekturom na veoma velikom broju mašina potpuno razlicite strukture i namene (pocev od CNC mašina alatki konvencionalne konstrukcije, presa, mašina za obradu elektoerozivnom obradom ili laserom i sl.) Osim fleksibilnosti upravljackih sistema, kod ovog proizvodaca se može primetiti  prisustvo  prisust vo veceg broja softverskih dodataka za same uprav upravljacke ljacke jedin jedinice ice koji su uobicajeni uobicajeni u konvencionalnim PC racunarima, ali se u upravljackim sistemima prvi put pojavljuju. Tako  je primera radi moguce moguce na samoj samoj upravljacko upravljackojj jedinici jedinici uz pomoc video linka komunic komunicirati irati sa inženjerima iz odeljenja tehnologije (slika 20 a), procitati dodatna uputstva dobijena u elektronskoj formi (slika 20 b) ili pokrenuti CAM programski paket Gibbs za 2 ½ osno  programiranje  programira nje i definisati tehno tehnologiju logiju za jedno jednostavnije stavnije delo delove ve (slika 20 c).

a b c Slika 20. Prikaz dodatnih softverskih rešenja za upravljacke sisteme novije generacije [10.] Osim toga u ponudi Siemens-a se nalazi niz upravljackih sistema koji su prilagodeni  primenii u oblasti modernizacije  primen modernizacije mašina alatki (retrofitin (retrofitinga). ga). Sama kompanija kompanija Sieman Siemanss je u  praksi realizovala realizovala modernizaciju modernizaciju oko 5000 mašina alatki najrazl najrazlicitije icitije namene [12.] (pocev od bušilica pa do transfer linija) i stepena automatizacije (rucne pa do CNC).

-17-

 

   Na osnovu dostupnih informacija može se zakljuciti se za razlicite namene  primenju  prim enjujj u razliciti tipovi upravljackih jedinica jedinica što se može povezati sa slože složenošcu nošcu pojedinih pojedinih  proizvodnih  proizvo dnih procesa. Na slici 21 je prikazan pregled upravljackih upravljackih jedinica koje su korišcenje u procesu modernizacije 96 strugova.

35 30 25 20 15 10 5 0

  3

  2   8  0

   5   8  0

  0    D   8  1   1  0   8

   i   0    D   0    D   8  2   4  0  C   4  0   8   8   8  4

   l  o    5  0    N  C   t  a   8    s    M   O    F

 

Slika 21. Rezultati modernizacije strugova

Sa slike se vidi da je najvecu primenu u modernizaciji ovih mašina našla upravljacka  jedinica Siemens 810. 810. koja spada u upravljack upravljackee jedinice namenjene namenjene za srednje komplikovane komplikovane  procese  proce se obra obrade. de. Slika 22. prikazuje upravljacke jedinice primenjene u procesu modernizacije mašina alatki za obradu prizmaticnih radnih predmeta u koje spadaju obradni centari kao i glodalice.

35

Glodalice

30 25 20

Obradni centri za glodanje

15 10 5 0

  3

  2   0   8

   5   0   8

  0   8  1

   D   0   1   8

  0   2   8

  C   4  0   8

   i    D    D   0   0   8  4   8  4

  0    5   8

  C    l  o    N    t  a   s    M    F   O

  Slika 22. Mašine alatke za obradu prizmaticnih delova

-18-

 

  U ovoj kategoriji mašina alatki se za modernizaciju glodalica najcešce koriste upravljacke jedinice iz grupe 810, dok se za obradne centre koji spadaju u složenije mašine alatke najcešce koriste upravljacki sistemi iz grupe 840 cija je namena upravljanje složenim mašinama alatkama. U okviru ovih istraživanja je najvažnija primena modernizacije u oblasti brušenja što  je prikazano prikazano na sslici lici 23.

8 7 6 5 4 3 2 1 0

  3

  2   8  0

   5   8  0

  0    D   8  1   8  1  0

   i   0    D    D   8  2   8  4  0  C   8  4  0   4  0   8

   5  0    N  C   t  a    l  o   8    s    F    M   O

 

Slika 23. Upravljacke jedinice za mašine alatke za brušenje

U procesima upravljanja CNC brusilicama se najcešce koriste upravljacke jedinice iz grupe 840 što je potrebno za upravljanje složenim i visokobrzinskim procesima.  Na slici 24 je dat sumarn sumarnii pregled upravljackih jedinica koje je kompanija Siemens  primenila  primen ila u modernizaciji modernizaciji 430 mašina alatk alatkii starije genera generacije. cije.

60 Ostale

50

Transfer linije

0

Obr.centri

30

Glodalice

20

Strugovi

10

Brusilice

0

  3

  2   8  0

   5   8  0

  0    D   8  1   8  1  0

   i   0   C    D    D   0   4  0   4  0   8  2   8   4   8   8

  o   C   a    5  0    N   8   t   l    s    M   O    F

  slika 24 Pregled modernizovanih mašina alatki Sa slike se može uociti da se za potrebe retrofitinga najcešce koriste upravljacki sistemi Sinumerik 810 i 840 sa podvarijantama, dok se preostali upravljacki sistemi najcešce koriste prilikom gradnje novih mašina alatki. Dobar primer primene upravljackih sistema -19-

 

  Siemens 840 na mašinama alatkama predvidenih za obradu složenih delova predstavlja i iskustvo najveceh proizvodaca aviona na svetu Boing-a [13.].

-20-

 

 

 

4.0 ZAVRŠNA RAZMATRANJA RAZMATRA NJA Da bi se stekao potpuniji uvid u mogucnosti upravljackih sistema otvorene arhitekture i njihove primenjivosti u oblasti retrofitinga u studiji je dat presek stanja i tendencija razvoja ove oblasti u svetu kao i kraci opis upravljackih sistema tri, za ovaj slucaj mašine alatke, najrelevantnija proizvodaca. Kao što je u uvodu 3.0-eg poglavlja receno za analizu su odabrani upravljacki sistemi vodecih svetskih proizvodaca Siemens i Fanuc , kao i španski Fagor sa kojim su se inženjeri AD „Majevica” vec susreli. Detaljnom analizom brusilice nad kojom se primenjuje retrofiting, kao i analizom mogucnosti tehnicke podrške na našem tržištu utvrdeno je da je najprihvatljivije usvojiti neki od upravljackih sistema Sinumerik koje kod nas distribuira predstavništvo kompanije Siemens za Srbiju i Crnu Goru. Pri tome je, na bazi mogucnosti upravljackih sistema Sinumerik, kao i dosadašnjih iskustava samog proizvodaca odabrana upravljacka jedinica Sinumerik 840D, uz primenu odgovarajucih pogonskih (Simodrive) i mernih elemenata. Osnovni razlozi za to su: AD „Majevica” ima znacajno iskustvo u primeni upravljackih sistema Sinumerik, pošto su to na našem tržištu najcešce korišceni upravljacki sistemi •  U Srbiji i Crnoj Gori postoji zastupništvo Siemens-a sa uhodanom servisnom mrežom i strucnom podrškom •  Kompanija Siemens ima veliko iskustvo u oblasti retrofitinga, pa su upravljacke jedinice iz serije Sinumerik 840 (kao i 810 i 802) prilagodene tim zahtevima •  Upravljacki sistem Sinumerik 840 je predviden za lako softversko  prilagodavanje  prilagodavan je specific specificnim nim zahtevi zahtevima ma specija specijalnih lnih mašina alatki kroz izradu

• 

• 

 programskih maski,kištododaci maski, posebno dolazi dolaziavaju do izražaja u je ovom sluca slucaju ju ne mašine  Napredn  Napredni i softverski softvers omoguc omogucavaju dobijan dobijanje retrofitovane retrofitova alatke veoma dobrih karakteristika koji bez poteškoca konkuriše novim mašinama

-21-

 

 

 

5.0 LITERATURA [1.]   [2.]   [3.]   [4.]  

[5.]  

[6.]  

[7.]  

[8.]  

[9.]   [10.]  

[11.]  

[12.]   [13.]  

Basics of OSACA, Handbook Version 2.0 part I, version 2.0, www.osaca.org/_pdf/handbook/part1_v www.osaca.org/_p df/handbook/part1_v20.pdf 20.pdf Fagor Automation, http://www.fagorautomation.com/ingl/index.htm Fanuc LTD, http://www.fanuc.co.jp/en/product/cnc/index.html, Gatalo, R., R.: Prilog razvoju integralnog sistema za automatsko  projektovan  projek tovanje je rotaci rotacionih onih izrada izradaka ka i njihov njihovee tehno tehnologije logije izrade u metalopreradivackoj metalopreradiv ackoj industriji doktorska disertacija, FTN, Novi Sad, 1978. Katz, R., Min, B., Pasek, Z.: Open architecture control technology trends,eclipse.en trends ,eclipse.engin.umich.edu/P gin.umich.edu/Publications/ ublications/ PubFiles/TA3/OAC_Report_9_18.pdf Lutz, P., Sperling, W.: OSACA - the vendor neutral Control Architecture, University of Stuttgart, Institute of Control Technology for Machine Tools and Manufacturing Units, www.osaca.org/_pdf/iim97.pdf  Nacsa, J.: Intelligent Intelligent Open CNC System Based on the Knowledge Knowledge Server Concept, Kluwer Academic Publisher, 2001, pp. 360-368, www.sztaki.hu/~na www.szta ki.hu/~nacsa/mim01 csa/mim01-- nacsa.pdf  Nacsa, J.: Comparation of tree different open architecture controllers, Computer and Automation Research Institute, www.sztaki.hu/~nacsa/mim01nacsa.pdf Siemens Corporation, www.siemens.com Taylor, C., M., Yager, J., Y., Caille, P., R., Walker, R., S., Yen, C., J., Bailo, P., C.: Open modular architectu architecture re controls at GM powertrain, Technology and Implementation, www.omac.org/ Techdocs/ Open_at_GMPTG.pdf Gatalo, R.: Numericko upravljanje mašinama alatkama i NU tehnologija Stanje i tendencije razvoja, XVI Savetovanje proiyvodnog mašinstva Jugoslavije, Mostar, 1982. godine Siemens: Retrofit, Machine Modernization, Fact and Information, Siemens Corporation, 2002, 2003 Smith, P.:Retrofiting, Working the Process, Amechan Machinist, Clevelend, Ohio, 2001.

-22-