Home Pracownie... Pracownia Dydaktyki Mechatroniki
Pracownia Dydaktyki Mechatroniki PDF Drukuj
 

    Pracownia została wyposażona w szereg nowoczesnych zestawów dydaktycznych. Przewidziano stanowiska laboratoryjne, zawierające komputery PC oraz specjalistyczną aparaturę, umożliwiającą realizację wielu przedmiotów z zakresu mechatroniki. Założono, że treści przekazywane na poszczególnych przedmiotach będą się uzupełniać, a student ma w trakcie kolejnych zajęć poznawać dane stanowiska na różnych poziomach szczegółowości. Sprzęt i oprogramowanie zostało dobrane w taki sposób, aby studenci mogli zapoznać się z technologiami aktualnie stosowanymi w przemyśle, co ułatwi im wdrożenie do przyszłej pracy zawodowej. Na etapie planowania ćwiczeń i projektowania wyposażenia prowadzono liczne konsultacje z przedstawicielami przemysłu, w celu optymalnego dobrania komponentów występujących w rzeczywistych zastosowaniach. Uwzględniono również ergonomię i komfort pracy  zespołów studenckich, aranżując optymalnie mniejsze przestrzenie dla stanowisk laboratoryjnych tak, aby można było wygospodarować miejsce na dodatkową aparaturę pomiarową.

    Cykl kształcenia rozpoczyna się od przedmiotu Sensory i aktuatory, który obejmuje zagadnienia dotyczące czujników i urządzeń wykonawczych stosowanych w mechatronice, jak również problematykę standardów sygnałów wyjściowych i sterujących oraz protokołów komunikacji. Ćwiczenia zostały podzielone na dwie serie: pierwsza z nich dotyczy czujników, druga zaś aktuatorów. W ramach ćwiczeń studenci mogą zapoznać się z szeroką gamą sensorów stosowanych we współczesnych pojazdach samochodowych, takich jak: czujniki spalania stukowego, temperatury silnika, temperatury powietrza, ciśnienia oleju, poziomu paliwa, przyspieszeń, prędkości pojazdu, czujniki podciśnienia (MAP sensory), sonda lambda itd.


   Zestaw panelowy „Sensoryka systemów pojazdowych”

   Zestaw panelowy „Aktoryka systemów pojazdowych”



    Na panelach wyprowadzone są złącza zasilające jak również sygnałowe, umożliwiające obserwację parametrów i wyznaczanie charakterystyk z użyciem mierników lub oscyloskopów. Ponadto Pracownia wyposażona jest w stanowiska do badania czujników przemysłowych: zbliżeniowych indukcyjnych, pojemnościowych, położenia liniowego i kątowego, optycznych, ultradźwiękowych oraz wielu innych.

 

   Czujnik przepływu

   Czujnik ultradźwiękowy

   Czujnik hydrostatyczny



    Większość czujników stanowi odrębne komponenty, które można instalować na uniwersalnych stołach laboratoryjnych. Pozwala to na znaczną elastyczność w konfiguracji ćwiczenia oraz rozwija kreatywność studentów, z których każdy samodzielnie zestawia układ pomiarowy z dostępnych komponentów na podstawie instrukcji. Czujniki są także zainstalowane w przykładowych obiektach technologicznych, takich jak: mieszalnik płynów, linia sortownika przemysłowego, zestaw napędowy dla jednej osi maszyny CNC i innych.

   Uniwersalny stół dydaktyczny
z czujnikami;

    Czujniki zainstalowane w modelu sortownika przemysłowego


    
Druga seria ćwiczeń dotyczy urządzeń wykonawczych. Przewidziano zagadnienia z wykorzystaniem techniki pneumatycznej, hydraulicznej, elektrycznej i mieszanej. Zestaw urządzeń pneumatycznych zbudowany jest z różnych odmian siłowników jedno- i dwustronnych, wraz czujnikami krańcowymi. Dodatkowe zawory ręczne, jak również elektropneumatyczne, umożliwiają budowanie konstrukcji sterowanych z poziomu karty pomiarowej I/O, sterownika PLC lub PAC, lub za pomocą interfejsu wejść/wyjść opartego na standardzie OPC.

  Stanowisko dydaktyczne z układami pneumatycznymi

   Stanowisko dydaktyczne z układami hydraulicznymi


     W przypadku technologii hydraulicznej zestaw został wyposażony w pompę oraz podstawowe komponenty hydrauliki siłowej, takie jak: zawory, rozdzielacze, regulatory i manometry. Całość jest dowolnie konfigurowalna i może współpracować ze stanowiskiem pneumatyki lub ze sterownikiem PLC. Dodatkowe możliwości dydaktyczne obu stanowisk pojawiają się za sprawą specjalistycznego oprogramowania, a mianowicie: HydroMotion i PneuMotion, AutomationStudio. Systemy te, łączące w sobie komputerowe oprogramowanie symulacyjne oraz elementy pneumatyki i hydrauliki przemysłowej, umożliwiają studentom zrozumienie podstawowych zasad działania takich urządzeń oraz pracę na rzeczywistych układach stosowanych w nowoczesnych systemach sterowania. Natomiast w ramach ćwiczeń z zakresu technologii elektrycznej zaprojektowano stanowiska do badania sterowania silników: krokowych, DC, BLDC i asynchronicznych. Uzupełnieniem wiedzy na temat urządzeń wykonawczych są ponadto dwa dodatkowe ćwiczenia z nowoczesnymi aktuatorami piezoelektrycznymi.

Aktuatory piezoelektryczne -  liniowe i obrotowe


     W celu realizacji powyższych ćwiczeń wszystkie stanowiska dydaktyczne wyposażono w zaawansowaną aparaturę pomiarową, wspomagającą proces dydaktyczny. Obejmuje ona m.in.: profesjonalne multimetry cyfrowe, mierniki częstotliwości, mostki RLC, omomierze, oscyloskopy dwukanałowe z dodatkowymi interfejsami komputerowymi, analizatory stanów logicznych, tachometry laserowe, generatory sygnałów, mierniki siły i inne.


 Przykładowa aparatura wspomagająca realizację ćwiczeń



     Aby student mógł zdobywać także umiejętności praktyczne, a jednocześnie sprawdzać i oceniać różne techniczne aspekty swoich rozwiązań, Pracownię Mechatroniki wyposażono w bogate zestawy elementów konstrukcyjnych, takich jak: silniki, serwomechanizmy, przekładnie, czujniki (żyroskopy, akcelerometry, czujniki pola magnetycznego, czujniki promieniowania podczerwonego, czujniki koloru), standardowe profile aluminiowe (TETRIX) oraz komplety NXT.


Wybrane komponenty do projektowania urządzeń mechatronicznych:

a) czujniki, silniki oraz kontrolery (NXT)

b) standardowe elementy konstrukcyjne (TETRIX)



    Wyposażenie wymienione wcześniej umożliwia realizację większości projektów w postaci modeli różnych urządzeń mechatronicznych.
    Kolejnym składnikiem wyposażenia Pracowni jest gniazdo robota przemysłowego, w konfiguracji występującej najczęściej w przemyśle. Stanowisko obejmuje klatkę bezpieczeństwa, wykonaną wg norm obowiązujących w zakładach przemysłowych, robot przemysłowy IRB120, produkowany przez firmę ABB, oraz transporter taśmowy z dwoma barierami optycznymi. Całe stanowisko zostało zaprojektowane tak, aby kluczowe komponenty, takie jak czujniki, napędy przekładnie, systemy połączeń, kontroler, falownik i skrzynia rozdzielcza były umiejscowione w przestrzeni łatwo dostępnej dla studentów. Umożliwia to dokładne zbadanie szczegółów budowy modelu przykładowej aplikacji przemysłowej oraz rozpoznanie symboliki komponentów. Zwrócono szczególną uwagę na zdublowanie zabezpieczeń obszaru roboczego. W momencie otwarcia bramy wejściowej do gniazda robota odłączany jest moduł mocy napędów, co zmniejsza prawdopodobieństwo uderzenia osoby obsługującej. Zadbano też o precyzyjne oznaczenie okablowania, co z kolei umożliwia przeprowadzenie ćwiczenia, polegającego na analizie dokumentacji elektrycznej gniazda.



Gniazdo robota przemysłowego:

a) wirtualny projekt gniazda robotowego

 b) zrealizowane gniazdo robotowe w PM


     Ważnym uzupełnieniem Pracowni Dydaktyki Mechatroniki, wspierającym naukę programowania robotów przemysłowych, jest środowisko do wirtualnego prototypowania i programowania gniazd ABB RobotStudio, zbudowane na wzór środowisk CAD. Zainstalowana sieć komputerowa umożliwia zdalne łączenie się z kontrolerem robota z każdego komputera w Pracowni i jednoczesne wykonywanie ćwiczeń przez dziesięć dwuosobowych zespołów, z których każdy może samodzielnie pisać program wg. instrukcji. Jeżeli napisany kod działa poprawnie w wirtualnej symulacji gniazda robota, wówczas studenci mogą przetestować jego działanie na rzeczywistym stanowisku, przy ograniczonej (celowo) mocy napędów robota. Następny etap polega na ponownym napisaniu podobnej aplikacji, ale już bez środowiska do wirtualnego prototypowania.
Uzupełnieniem tematyki w zakresie programowania robotów są dodatkowe ćwiczenia, obejmujące współpracę robota z transporterem liniowym oraz dodatkowymi czujnikami zewnętrznymi, a także programowanie robotów mobilnych o różnej konstrukcji. Niektóre z nich przedstawiono na rysunku poniżej.



Zestaw robotów mobilnych



     Wybrane roboty mobilne posiadają szeroki wachlarz czujników i urządzeń wykonawczych, pozwalających na budowę różnorodnych modeli, zależnie od pomysłu i kreatywności studentów. Każdy projekt wymaga indywidualnego podejścia do budowy algorytmu sterowania.

     Pracownię Dydaktyki Mechatroniki wyposażono ponadto w zespół stanowisk, zawierających sterowniki PLC oraz rozmaite obiekty sterowania. Sprzęt dobrano kierując się zasadą wszechstronności i różnorodności interfejsów wejściowych i wyjściowych, przeznaczonych do podłączenia konkretnych czujników i urządzeń wykonawczych. Wybrano sterowniki konfigurowalne, o modułowej konstrukcji. Założono uniwersalność stanowisk i możliwość przeznaczenia ich do sterowania różnymi urządzeniami, zbudowanymi z dostępnych w laboratorium komponentów.


Stanowiska PAC: a) wirtualny model konfiguracji sterownika PAC; b) złożona konfiguracja
na stanowisku laboratoryjnym



     Zaprojektowane stanowiska cechują się znaczną różnorodnością. Na każdym ze stołów laboratoryjnych znajduje się sterownik innej klasy, np. CX1020,CX5020, a każdy z nich posiada inne możliwości pod względem mocy obliczeniowej.

Niektóre z rodzajów sterowników zastosowanych w laboratorium [3]: a) CX5020;b)    CX9000; c) BX9000; d) CX1020





Przykładowe obiekty sterowania: a) otwarty konfigurowalny system pneumatyki; b) model
fragmentu linii produkcyjnej w zadaniu sortowania półproduktów




Niektóre obiekty dydaktyczne: a) moduł liniowy z systemem zabezpieczeń wykonany na wzór napędu osi w maszynie CNC; b) automatyczny mieszalnik płynów/dozownik zbudowany z komponentów przemysłowych


     Nie może także zabraknąć zagadnień z zakresu automatyzacji procesów technologicznych. Przedmiot ten powinien uzupełniać wiedzę absolwenta o problemy organizacji procesów, ich hierarchii i współzależności. Założono, że przedmiot będzie realizowany w oparciu o symulacje komputerowe wybranych procesów, realizowane na bazie oprogramowania Automation Studio oraz SCADA (Indusoft, Wonderware InTouch). Pozwala to na obserwację przykładowych procesów technologicznych, jak również umożliwia ich wirtualne sterowanie.

 


Symulacje komputerowe wybranych procesów: a) Proces przemysłowy w pakiecie Automation Studio[3]; b) Factory Design[4]



    Zaplanowano też ćwiczenia dodatkowe, obejmujące środowisko Factory Design, przeznaczone do projektowania fabryk i zakładów.

     Do Pracowni tej, oprócz w/w wyposażenia, zakupiono także oprogramowanie specjalistyczne, pozwalające na realizację zajęć z wykorzystaniem najnowszych rozwiązań stosowanych w przemyśle:

  • RobotStudio – programowanie robotów przemysłowych;

  • LabView - graficzny język programowania wykorzystywany do tworzenia aplikacji związanych

    z testowaniem, pomiarami i sterowaniem;
  • RobotC – środowisko do programowania robotów mobilnych w języku C;

  • NXT-G – środowisko programistyczne do graficznego programowania robotów mobilnych;

  • AutomationStudio – projektowanie złożonych układów mechatronicznych w tym, układów pneumatyki, hydrauliki, techniki cyfrowej;

  • ProcessMotion- projektowanie i symulacja układów automatyki;

  • Hydromotion – projektowanie i symulacja układów hydraulicznych;

  • PLC Motion – projektowanie i symulacja sterowania z wykorzystaniem sterowników PLC,

  • PneuMotion - projektowanie i symulacja układów pneumatycznych,

  • Indusoft – środowisko do tworzenia nowoczesnych aplikacji typu HMI I SCADA

  • Wonderware InTouch - środowisko do tworzenia nowoczesnych aplikacji typu HMI I SCADA,

  • TwinCAT – środowisko do programowania sterowników przemysłowych,

  • Matlab/ Simulink wraz z zestawem toolboxów- projektowanie i symulacja algorytmów sterowania.



Zmieniony: czwartek, 02 kwietnia 2015 13:21
 
Katedra Mechatroniki i Automatyki, Powered by Joomla!