Bachelor's Thesis

Extension of the portal drill model

Final Thesis 4.28 MB Appendix 10.24 MB

Author of thesis: Bc. David Gálik

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Radek Štohl, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Miroslav Jirgl, Ph.D.

Abstract:

This bachelor’s thesis focuses on extending a laboratory portal drilling machine model
with continuous measurement of the drill head position along the feed axis using an
ultrasonic distance sensor with a 4–20 mA current output. The solution includes the
design and fabrication of a sensor mount, the implementation of the electrical installation,
and the connection to PLC analog input modules for two variants of the model. The
PLC program processes the analog signal, performs scaling to millimeters, applies a twopoint calibration, and compensates a mechanical offset so that the HMI displays the
distance of the virtual drill bit from the machine base. In parallel, a control program
for the drilling cycle and an HMI visualization in FactoryTalk View ME were developed.
The functionality of the solution was verified on the laboratory models, and the outputs
were prepared for inclusion in teaching materials.

Keywords:

ultrasonic sensor, non-contact distance measurement, position measurement, position
sensors, 4–20 mA analog signal, PLC analog input, PLC, portal drilling machine, drilling
machine model, automation, industrial automation, HMI visualization, Studio 5000 Logix
Designer, FactoryTalk View ME, scaling, two-point calibration, mechanical offset

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaEznamka

Grading

E

Process of defence

Student obhájil bakalářskou práci s výhradami. V rámci obhajoby dokázal přesvědčit komisi o správnosti svých postupů a navrženého řešení. V průběhu odborné rozpravy reagoval na dotazy: Oponenta: - Na základě jakých kritérií byly vybrány snímače viz tab. 1.1? A proč byly použity dva různé snímače pro stejné laboratorní modely? - Jak se změnil řídicí algoritmus přidáním analogového snímače? Nebylo by vhodné jej využít přímo i pro řízení polohy vřetene? - Jaké jsou limity použitého řešení? Komise: - Vybraný snímač není vzhledem k aplikaci vhodný, víte jaké snímače se běžně používají pro tuto úlohu popř. jaké by byly alternativy? - Prováděl jste nějakou kalibraci měření? - V práci zmiňujete chlazení, jak se provádí? - V práci chybí bližší požadavky na snímání. Proč jste neuvažoval další požadavky kromě rozsahu? - Jaké jsou paralelní vlivy ultrazvukového snímače? - Víte na jakých frekvencích pracují ultrazvukové snímače?

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Automation and Measurement (BPC-AMT)

Composition of Committee

doc. Ing. Radovan Hájovský, Ph.D. (předseda)
prof. Ing. Radomil Matoušek, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Zdeněk Havránek, Ph.D. (člen)
Ing. Radek Štohl, Ph.D. (člen)
Ing. Soběslav Valach (člen)
Ing. et Ing. Lukáš Zezula, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Radek Štohl, Ph.D.

Pro vypracování bakalářské práce student splnil všechny body zadání. V úvodní části provedl rešerši snímačů pro měření vzdálenosti a na základě provedené analýzy vybral vhodné řešení pro danou aplikaci. Následně navrhl a realizoval potřebné mechanické i elektrické úpravy dvou modelů portálové vrtačky, implementoval programové vybavení PLC a vytvořil odpovídající HMI vizualizaci. Funkčnost navrženého řešení byla ověřena na laboratorních modelech.
Technická zpráva má odpovídající rozsah, logickou strukturu a je zpracována přehledným způsobem. Formální úroveň práce je velmi dobrá, přesto se v textu místy vyskytují drobné jazykové a stylistické nedostatky. Student pracoval s relevantní odbornou literaturou, technickou dokumentací výrobců a dalšími informačními zdroji, které vhodně využil při návrhu a realizaci řešení.
Za přínos práce považuji zejména praktickou realizaci a její využitelnost v laboratorní výuce. Práce však mohla obsahovat podrobnější experimentální vyhodnocení dosažených výsledků a hlubší analýzu vlastností navrženého měření. Student během řešení práce pracoval samostatně, průběžně konzultoval postup řešení a aktivně přistupoval k plnění zadaných úkolů. Points proposed by supervisor: 82

Grade proposed by supervisor: B

Student se ve své práci věnuje rozšíření fyzického laboratorního modelu stojanové vrtačky o spojité snímání polohy vřetene.
V první části práce je uveden stručný přehled základních principů snímání polohy, a to jak přímými, tak nepřímými metodami, kde u každého je zmíněna hlavní výhod a nevýhoda zejména z pohledu nasazení na konkrétní úlohu, což odpovídá prvnímu bodu zadání. Následně je, v souladu s druhým bodem zadání, na základě průzkumu trhu (viz Tab. 1.1) a konzultace s vedoucím práce vybrán konkrétní typ ultrazvukových snímačů. V této části trochu postrádám nějaké doplňující informace, zejména na základě jakých kritérií či parametrů byly vyhledávány a vybírány snímače uvedené v tabulce 1.1. Zároveň postrádám informaci o tom, proč byly pro dva stejné laboratorní modely vybrány dva odlišné snímače. Třetí kapitola pak souhrnně obsahuje popis návrhu a realizace mechanické, elektrické, i programové části, čímž jsou pokryty další 3 body zadání. Při samotném návrhu řešení by bylo hned v úvodu vhodné zmínit, že snímač bude připevněn k zadní části portálu vrtačky a doplnit vhodným obrázkem. Z uvedené fotografie na obr. 3.1 není bez bližších informací zřejmé, kde a jak bude snímač umístěn a jaké problémy to s sebou může nést. V případě mechanické konstrukce by bylo vhodné doplnit další detaily k realizovanému přípravku, např. rozměry, typ použitého materiálu apod. V případě elektrického zapojení jsou v práci uvedena přehledná schémata zapojení jednotlivých snímačů k použitým vstupním kartám PLC. Je zde zmíněno připojení k I/O kartě pomocí konektoru CAN9, avšak popis připojení na jednotlivé piny v práci chybí. Popis programového vybavení je, dle mého názoru, rovněž velmi stručný a neúplný. Předně postrádám funkční (technologický) popis dané úlohy a následně detailnější a přehlednější popis algoritmů pro jednotlivé procesní kroky. V příloze je sice obsažen výpis programu v LAD/FBD, avšak v práci by bylo vhodné popsat alespoň základní strukturu programu a jeho princip pomocí vývojového či stavového diagramu, pravdivostní tabulky apod. a dále uvést, zda/jak bylo přidání spojitého snímání polohy zaintegrováno do řídicího programu, resp. jestli se od něj odvíjí nějaké procesní akce nebo slouží čistě pro vizualizační účely. V části zaměřené na popis zpracování analogové veličiny je provedena standardizace a dvoubodová kalibrace. Zde by rovněž bylo vhodné celý experiment lépe popsat a zadokumentovat včetně doplnění výsledných hodnot a nejistot měření. Poslední kapitola pak opět velmi stručně a pouze slovně prezentuje ověření funkčnosti. Této části by, dle mého názoru, opět pomohlo doplnění o grafické výstupy (např. z vizualizace či fotodokumentace) a alespoň stručná analýza použitelnosti a omezení daného řešení (vybraných snímačů).
Rozsah práce i využití literárních zdrojů jsou odpovídající jejímu zaměření. Po formální stránce je práce na poměrně dobré úrovni, obsahuje pouze několik překlepů či typografických chyb. Drobnou připomínku mám i k používání různých úrovní nadpisů bezprostředně po sobě bez vloženého textu, viz např. str. 22.
Celkově konstatuji, že je práce poměrně dobře uchopená a přináší prakticky využitelný výsledek pro laboratorní výuku. Výsledný dojem však trochu snižuje právě prezentační úroveň, viz uvedené připomínky. Práce dle mého názoru svědčí o bakalářských schopnostech studenta, tudíž ji doporučuji k obhajobě a navrhuji hodnocení 78 b/C. Topics for thesis defence:
  1. 1. Na základě jakých kritérií byly vybrány snímače viz tab. 1.1? A proč byly použity dva různé snímače pro stejné laboratorní modely?
  2. 2. Jak se změnil řídicí algoritmus přidáním analogového snímače? Nebylo by vhodné jej využít přímo i pro řízení polohy vřetene?
  3. 3. Jaké jsou limity použitého řešení?
Points proposed by reviewer: 78

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová