Povezivanje strojarske, električne i programske dokumentacije

Sučelja: mjesto gdje nastaju greške

Svaka disciplina ima svoje alate, norme i provjere. Konstruktor u CAD sustavu provjerava sudare i gibanje, projektant elektrotehnike u programu za sheme provjerava dvostruke oznake i nespojene vodove, programer u razvojnom okruženju provjerava sintaksu. Ali nijedan od tih alata ne provjerava je li senzor na crtežu isti onaj senzor koji je u shemi i je li mu kontakt spojen tako kako program očekuje. Takve se greške otkriju tek pri puštanju u rad, kad je njihov popravak najskuplji.

Sučelje je svako mjesto na kojem jedna disciplina predaje podatak ili fizičku vezu drugoj. Kod pozicionirne osi PS-1 sučelja su, na primjer: prirubnica motora -M1 i nosač motora PS1-01-007, položaj senzora -B1, -S1 i -S2 na postolju i njihova veza s ulazima upravljača, izlazi STEP i DIR prema upravljaču motora -T1, kabeli -W1 do -W6 koji prolaze od osi do ormarića. Na svakom od tih mjesta netko mora znati podatke obje strane.

Povezivanje disciplina počiva na tri alata koji se dopunjuju:

1. Zajedničke oznake — isti element nosi istu referentnu oznaku u svim dokumentima.
2. Popis ulaza i izlaza — jedna tablica veže fizički signal, stezaljku, adresu upravljača i varijablu programa.
3. Popis sučelja — tablica svih mjesta na kojima se discipline dodiruju, s odgovornom osobom i podacima koji se razmjenjuju.

Zajedničke oznake u crtežu, shemi i programu

Sustav referentnih oznaka po IEC 81346 (primjenjuje se važeće izdanje) opisuje isti objekt s tri gledišta: funkcije (predznak =, npr. =PS1 za cijelu os), mjesta (predznak +, npr. +ORM za ormarić) i proizvoda (predznak −, npr. -S2). Puna oznaka =PS1+ORM-A1 kaže da je upravljač dio funkcije PS1 i da je ugrađen u ormarić. U shemi se oznaka mjesta i funkcije obično piše jednom u zaglavlju stranice, a uz simbole samo proizvodni dio (-S2).

Strojarski sklopni crtež ima pozicije (1, 2, 3…) i sastavnicu, a ne referentne oznake. Da bi se dvije discipline povezale, sastavnica dobiva stupac Oznaka u koji se za sve električne elemente upisuje njihova referentna oznaka iz sheme. Tako pozicija 14 u sastavnici PS1-00-000 nosi napomenu „-S2, granična sklopka, slobodni kraj", a u shemi PS1-E-001 kontakt -S2 nosi upućivanje na crtež. U programu se varijabla ulaza imenuje tako da sadrži istu oznaku (npr. S2_granica_desno), pa se u kodu odmah vidi o kojem je elementu riječ.

Popis ulaza i izlaza kao spona

U jedinici 8.1 popis I/O pojavio se kao programski dokument. U mehatroničkom projektu on je zapravo zajednički dokument triju disciplina i zato ima više stupaca nego što programeru treba. Proširen popis I/O za PS-1 veže mehaničko mjesto, električni spoj i programsku varijablu u istom retku:

Brojevi stezaljki, kabela i strujnih staza u tablici su primjer rasporeda, a ne obvezni oblik. Važno je načelo: iz bilo kojeg stupca može se doći do svih ostalih. Serviser koji na zaslonu vidi da ulaz I2 ne mijenja stanje zna da treba provjeriti sklopku na slobodnom kraju, stezaljku -X1:12 i kabel -W5, i to na stranici sheme sa stazom 12.

Popis I/O vodi se na jednom mjestu. Ako programer ima svoju tablicu u razvojnom okruženju, a projektant elektrotehnike svoju u programu za sheme, prije ili kasnije će se razići. Bolje je da jedan izvor (npr. tablica u mapi 03_program) bude mjerodavan, a da se ostali iz njega izvoze. Mnogi alati za električne sheme i razvojna okruženja upravljača podržavaju uvoz i izvoz takvih popisa, pa se usklađivanje može i automatizirati.

Mehaničko-električna sučelja

Najviše sučelja PS-1 nalazi se tamo gdje električna oprema sjeda na mehaniku. Za svako od njih potrebno je unaprijed dogovoriti koje podatke daje koja strana.

Induktivni senzor ima nazivnu udaljenost prekidanja koju daje katalog proizvođača. Konstruktor iz tog podatka određuje razmak između čela senzora i metalne izbočine na klizaču i upisuje ga na crtež nosača s tolerancijom, jer premalen razmak znači udarac, a prevelik znači da senzor ne reagira. Slično, granična sklopka ima hod do aktiviranja i dopušteni prehod; oba podatka određuju gdje se sklopka mora nalaziti u odnosu na kraj hoda.

Usklađivanje izmjena: pomak granične sklopke

Promotrimo izmjenu koja izgleda sasvim mehanički. Tijekom izrade PS-1 dobavljač više ne isporučuje odabrani model granične sklopke. Zamjenski model ima drukčiji razmak provrta za pričvršćenje i drukčiji hod do aktiviranja. Da bi točka aktiviranja ostala na istom mjestu hoda, provrti za -S2 na postolju moraju se pomaknuti za 4 mm.

Razmaci na slici nisu slučajni. Pri brzini 50 mm/s i usporenju od, primjerice, 500 mm/s² put kočenja je s = v² / (2a) = 50² / (2 · 500) = 2,5 mm. Nakon aktiviranja -S2 na 303 mm klizač se zaustavlja najkasnije na 305,5 mm, dakle prije graničnika na 308 mm. Konstruktor, projektant elektrotehnike i programer moraju znati iste tri brojke — i svaka izmjena jedne od njih pogađa ostale. Provođenje izmjene izgleda ovako:

1. Mehanika: na crtežu postolja PS1-01-001 pomiču se provrti za -S2, crtež dobiva novi indeks izmjene; sklopni crtež PS1-00-000 provjerava se i, ako prikazuje sklopku, dobiva novi indeks; u sastavnici se mijenja tip sklopke.
2. Elektrotehnika: oznaka -S2 i staza 12 ostaju; mijenja se tip u popisu opreme. Provjerava se je li zamjenski model i dalje s mirnim kontaktom i jednakim priključkom; ako nije, mijenjaju se shema i popis I/O.
3. Program: softverska granica ostaje 300 mm, ali se provjerava razmak do nove točke aktiviranja. Ako se ona promijenila, mijenja se parametar i dokumentira nova inačica programa.
4. Ispitivanje: ponavlja se funkcijska proba -S2 pri najvećoj brzini i zapisuje stvarni položaj zaustavljanja.

Popis koraka pokazuje zašto je popis sučelja koristan: iz retka „granične sklopke -S1, -S2" vidi se odmah koje discipline i koji dokumenti moraju pregledati izmjenu. Postupak s formalnim zahtjevom i nalogom za izmjenu obrađuje jedinica 8.3.

Računski prikaz: rezolucija i frekvencija impulsa

Programer i projektant elektrotehnike moraju znati kako se impulsi upravljača pretvaraju u pomak klizača, a za to su potrebni podaci iz strojarske dokumentacije (korak vretena) i iz električne (korak motora, način rada upravljača motora). Taj lanac je tipično sučelje triju disciplina.

z = z_m · m   ·   Δx = P / z   ·   f = v / Δx   ·   n = v / P · 60

gdje je z_m broj punih koraka motora po okretaju (200 za 1,8°), m faktor mikrokoraka, P korak vretena u mm, v brzina klizača u mm/s, Δx pomak po impulsu, f frekvencija impulsa u Hz, a n brzina vrtnje motora u min⁻¹.

Za PS-1: z = 200 · 8 = 1600 mikrokoraka po okretaju, Δx = 3 / 1600 = 0,001875 mm po mikrokoraku. Pri 50 mm/s upravljač mora davati f = 50 / 0,001875 ≈ 26 667 Hz, a motor se vrti n = 50 / 3 · 60 = 1000 min⁻¹. Cijeli hod od 300 mm iznosi 160 000 mikrokoraka. Iz toga slijede tri zaključka za dokumentaciju: izlaz Q0 mora biti brzi impulsni izlaz koji podržava tu frekvenciju (podatak iz kataloga upravljača), moment motora pri 1000 min⁻¹ treba provjeriti na krivulji momenta iz kataloga motora, a u programu se položaj vodi u mikrokoracima ili se preračunava s točnim faktorom 1600 / 3.

Važno je razlikovati tri pojma. Rezolucija (0,001875 mm) je najmanji pomak koji sustav može zadati. Ponovljivost (zahtjev ±0,05 mm) je rasipanje pri ponovljenom dolasku u isti položaj. Točnost je odstupanje stvarnog od zadanog položaja. Rezolucija PS-1 je oko 27 puta finija od zahtijevane ponovljivosti, pa ona nije ograničenje. Ponovljivost i točnost određuju mehanički uzroci: zazor između trapezne matice od bronce i vretena, odstupanje koraka vretena, podatljivost spojke te nejednolikost mikrokoraka. Zato se ponovljivost dokazuje mjerenjem, a ne računom.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.