Układy sterowania numerycznego maszyn

W celu przyswojenia treści zajęć wymagane jest wcześniejsze zaliczenie przedmiotu: Systemy sterowania maszyn i robotów.

Godziny realizowane z udziałem nauczycieli ( 60 godz.):

- udział w wykładach – 15

- udział w zajęciach laboratoryjnych - 45

Czas poświęcony na pracę indywidualną studenta ( 90 godz.):

- przygotowanie do pomyślnego zaliczenia zajęć laboratoryjnych: 45 h

- przygotowanie do wykładu - 15

- czytanie literatury - 15

- przygotowanie do egzaminu – 15

Razem: 150 h (5 ECTS)

W1: Charakteryzuje strukturę, elementy składowe i zadania układów sterowania numerycznego maszyn – K_W12

W2: Posiada wiedzę, która może wykorzystać do zaprojektowania, układu sterowania numerycznego maszyn – K_W02, K_W13

W3: Wymienia i omawia różne rodzaje systemy układów sterowania numerycznego maszyn, z uwzględnieniem obszaru ich zastosowania oraz wad i zalet – K_W04, K_W10, K_W12

U1: Wykorzystuje dokumentację układów sterowania numerycznego maszyn do uzyskania wiedzy niezbędnej do samodzielnej realizacji postawionych zadań – K_U01, K_U16

U2: Konfiguruje i programuje sterownika systemu sterowania numerycznego maszyn celem realizacji zadania postawionego przez nauczyciela – K_U05, K_U08

U3: potrafi opracować szczegółową dokumentacje opracowanego układu sterowania numerycznego maszyn, z uwzględnieniem zadanych kryteriów użytkowych. Potrafi przeprowadzić testy opracowanego układu sterowania. – K_U07, K_U09, K_U11

U4: W procesie projektowania układu sterowania numerycznego maszyn potrafi samodzielnie zgłębić wiedzę w czas poświęcony na pracę indywidualną potrzebną do pomyślnego zaliczenia przedmiotu. – K_U18

K1: Posiada umiejętność formułowania pytań do prowadzącego w zakresie niezbędnym do realizacji postawionego zadania np. dotyczących alternatywnych metod rozwiązania danego problemu –K_K01

K2: Zna warunki pracy w środowisku przemysłowym, K_K04

- pokaz

- opis
- wykład informacyjny (konwencjonalny)

- laboratoryjna

Celem przedmiotu jest praktyczne zaznajomienie uczestników z układami sterowania numerycznego maszyn (ang. Numerical control systems). Na wykładzie omówiona zostanie geneza układów sterowania numerycznego oraz ich architektura. Omówione zostaną podstawowe sposoby definiowania programów technologicznych (język G-Code), zagadnienia generacji trajektorii ruchu, interpolacji oraz interfejsów sterujących. W ramach zajęć laboratoryjnych studenci w praktyce przeprowadzą konfigurację i uruchomienie (ang. comissioning) różnych rodzajów układów sterowania numerycznego.

Celem przedmiotu jest praktyczne zaznajomienie uczestników z układami sterowania numerycznego maszyn (ang. Numerical control systems). Systemy te są wykorzystywane m.in. w przemyśle do sterowania wieloosiowymi maszynami numerycznymi. Omówione zostaną różne rodzaje architektury stosowanych układów sterowania numerycznego. Uwzględnione zostaną różne typy maszyn numerycznych, w których wykorzystywane są systemy sterowania numerycznego – od budżetowych rozwiązaniach (np. drukarki 3D) do zastosowań profesjonalnych (np. frezarek bazujących na dedykowanych rozwiązaniach komercyjnych).

Plan wykładu (15 godzin):

1. Architektura układów sterowania numerycznego maszyn

2. Architektura sterownika numerycznego maszyn:

- Interfejs użytkownika (nadążne i konturowe),

- Interpreter kody numerycznego (opis trajektorii ruchu),

- Blok profilowania i generacji trajektorii ruchu,

- Blok interpolatora (metody profilowania trajektorii zadanej)

3. Błędy nadążania i błędy konturu

4. Wybrane rozwiązana sterowników numerycznych maszyn:

- sterowniki bazujące na rozwiązaniach wbudowanych (LaserGRBL, Machinekit),

- sterowniki bazujące na komputerach PC (LinuxCNC, Mach4, TwinCAT)

- komercyjne rozwiązania profesjonalne (Sinumerik firmy SIEMENS)

Laboratorium (45 godzin) - 6 stanowisk:

1. Tokarkowy system sterowania CNC z serwonapędami z silnikami PMSM na bazie sterowania Sinumerik 808D Advanced.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie sterownika CNC Sinumerik 808D Advanced firmy Siemens w wersji tokarkowej. Stanowisko wyposażone będzie w 2 serwonapędy Sinamics V70 z silnikami PMSM firmy Siemens. Napędy sterowane będą poprzez dedykowaną magistralę komunikacyjną. Student ma za zadanie skonfigurować sterownik CNC do pracy (podstawowa konfiguracja CNC, oprogramowanie wewnętrznego PLC, strojenie napędów). Falownik wrzeciona sterowany będzie poprzez wyjście analogowe.

2. Pięcioosiowa maszyna numeryczna z system sterowania CNC z napędami skokowymi na bazie komputera Embedded PC z oprogramowaniem simCNC.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie pięcioosiowej maszyny numerycznej z system sterowania CNC z napędami skokowymi na bazie komputera Embedded PC z oprogramowaniem simCNC. Stanowisko wyposażone będzie w 5 napędów skokowych. Napędy będą sterowane z dedykowanego sterownika CSMIO/IP-S za pośrednictwem komputera PC (simCNC). Student będzie miał za zadanie skonfigurować sterownik do pracy z maszyną 5-cio osiową (3 osie kartezjańskie, 2 osie obrotowe) maszyną CNC, w tym ustawić podstawową konfigurację wejść/wyjść cyfrowych. Falownik wrzeciona sterowany będzie poprzez wyjście analogowe.

3. Trzyosiowa maszyna numeryczna w układzie kartezjańskim z systemem sterowania CNC z napędami serwoskowymi na bazie przemysłowego komputera PC z oprogramowaniem TwinCAT.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie trzyosiowego sterownika CNC na bazie przemysłowego komputera PC z oprogramowaniem TwinCAT firmy Beckhoff. Stanowisko wyposażone będzie w 3 napędy serwoskokowe firmy Nanotec. Napędy sterowane będą poprzez magistralę czasu rzeczywistego EtherCAT z przemysłowego komputera PC z oprogramowaniem TwinCAT. Student ma za zadanie skonfigurować sterownik do pracy z maszyną 3 osiową oraz system bezpieczeństwa funkcjonalnego (TwinSAFE). Falownik wrzeciona będzie sterowany poprzez wyjście analogowe. Dodatkowo student będzie musiał zaprogramować moduły we/wy maszyny (analogowe i cyfrowe).

4.Trzyosiowa drukarka 3D typu delta z napędami serwoskowymi na bazie komputera PC z oprogramowaniem sterującym LinuxCNC.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie trzyosiowej drukarki 3D typu delta z napędami serwoskowymi na bazie komputera PC z oprogramowaniem sterującym LinuxCNC. Stanowisko wyposażone będzie w napędy serwoskokowe. Oprogramowanie LinuxCNC komunikować się będzie z napędami za pomocą magistrali EtherCAT z wykorzystaniem komponentów sterowania: EpoCAT FR100 oraz Easy I/O. Dodatkowo student będzie musiał zaprogramować moduły we/wy maszyny.

5. Trójosiowa grawerka laserowa na bazie sterownika CSMIO/IP-M z silnikami skokowymi oraz komputerem embedded PC z oprogramowaniem MACH4.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie trójosiowej grawerki laserowej na bazie sterownika CSMIO/IP-M z silnikami skokowymi oraz komputera embedded PC z oprogramowaniem MACH4. Stanowisko wyposażone będzie w czteroosiowy indekser CSMIO/IP-M sterujący trzema napędami skokowymi poprzez interfejs CLK/DIR. Komputer z oprogramowaniem sterującym MACH4 komunikować się będzie ze sterownikiem CSMIO/IP-M za pomocą magistrali Ethernet. Dodatkowo student będzie musiał zaprogramować moduły we/wy maszyny.

6. Czteroosiowy ploter CNC typu gantry z serwonapędami z silnikami PMSM na bazie komputera przemysłowego z kartą sterowania firmy Delta.

Celem ćwiczenia będzie konfiguracja i zaprogramowanie czteroosiowego plotera CNC typu gantry z serwonapędami z silnikami PMSM na bazie komputera przemysłowego z kartą sterowania firmy Delta. Stanowisko wyposażone będzie w maszynę (ploter) z serwonapędami PMSM firmy Delta. Napędy sterowane będą poprzez magistralę EtherCAT. Student ma za zadanie skonfigurować sterownik do pracy jako ploter (w tym skonfigurować synchroniczną pracę dwóch napędów w osi Y, podstawową konfigurację CNC, oprogramowanie wewnętrzne PLC, strojenie napędów). Dodatkowo student będzie musiał zaprogramować moduły we/wy maszyny.

Literatura podstawowa:

1. „Obrabiarki sterowane numerycznie”, J. Honczarenko, WNT, 2009., ISBN: 9788320434675

2. „Elastyczna automatyzacja wytwarzania: obrabiarki i systemy obróbkowe”, J. Honczarenko, WNT, 2000 ISBN: 9788320425352,

3. „Programowanie obrabiarek NC/CNC”, Wit Grzesik, Piotr Niesłony, Marian Bartoszuk, WNT, 2006, ISBN, 9788320434521,

4. „Elastyczne programowanie obrabiarek”, Stryczek Roman, Pytlak Bogusław , PWN, 2012, ISBN: 9788301166779

Metody oceniania:

Egzamin – W1, W2, W3

Projekt zaliczeniowy z laboratorium – U1, U2, U3, U4, K1, K2

Kryteria oceniania:

Wykład: Zaliczenie na ocenę na podstawie pisemnego testu zaliczeniowego obejmującego wiedzę przekazaną na wykładzie. Pytania w formie otwartej (omówienie danego zagadnienia), zamkniętej (wielokrotnego wyboru).

Ocena w zależności od procentowej ilości uzyskanych punktów z testu:

ndst – poniżej 50%

dst – 50%

dst plus – 60%

db – 70%

db plus – 80%

bdb – 90%

Laboratorium:

Zaliczenie przedmiotu odbywa się na podstawie pozytywnych ocen z sześciu stanowisk. Ocena z każdego stanowiska wystawiana jest na podstawie uzyskanych wyników z realizacji postawionego zadania oraz odpowiedzi na pytania zadane przez prowadzącego.

„nie dotyczy”