EINDWERK: Automatisch meng- en sproeisysteem voor casing in een tabaksbedrijf

EINDWERK: Automatisch mengen sproeisysteem voor casing in een tabaksbedrijf Studiegebied Industriële Wetenschappen en Technologie Master Elektrotechniek Afstudeerrichting Automatisering Academiejaar 2007-2008

Bjorn Vermeulen

Woord vooraf Het is zover, een volgend studietraject staat op punt om afgesloten te worden. Dit gedeelte ging echter niet zonder slag of stoot. Toen ik op het punt stond om de middelbare school te verlaten, zag ik mijn toekomst in het heelal. Ik werd verwittigd voor de tegenwind, maar had geen storm verwacht. Eenmaal doorwaaid kwam ik terug met de voeten op de grond en na een week hersenkwelling, besliste ik toch aan het ingenieurstraject te beginnen. Dit bleek meteen mijn ding te zijn. Zo snelde ik in volle vaart door het eerste jaar. Immers, mijn secundaire opleiding was hierop een uitstekende voorbereiding. Al snel bleek dat ik opnieuw moest kiezen. Het vrij algemene lessenpakket van het eerste jaar was hier niet meteen een goede hulp. Ik wou graag programmeren, maar het interne van een pc kon mij totaal niet boeien. Toen bleek binnen de richting elektromechanica de ideale oplossing te bestaan: automatisering. In de jaren die erop volgden, werd deze keuze alleen maar bevestigd. Het afsluiten van een traject wordt traditioneel afgesloten met een masterproef. Wat het resultaat ook moge wezen, één ding staat vast: ik heb er veel uit geleerd. Het vinden van een goed eindwerk op zich was geen evidentie. Plots kwam het ideale eindwerk voor handen. Bij wijze van spreken vlak naast mijn deur en een heel mooie opgave. Naast wat we al aangeleerd kregen in de labo’s kwam er nu een mechanische constructie aan te pas. Dit eindwerk past volledig in de strijd naar een hoger productiecappaciteit. Waar er nu een 99% handmatig proces is, wordt er overgegaan naar een nagenoeg 100% automatisch proces. Doorheen het eindwerk

heb

ik

zo

diepere

inzichten

gekregen,

wat

er

allemaal

van

een

automatiseringsingenieur kan worden verwacht. Dit zowel vanuit mechanisch als programmatorisch standpunt. Dit werk werd opgemaakt met MS Word 2007. Het tekenwerk werd gedaan in Solid Works 2007. Verder werd de visualisatie gemaakt met de Pro-face software en tot slot werd het PLCprogramma geschreven binnen de SIEMENS S7-omgeving.

I

Dankwoord Dit werk kan ik echter niet alleen verwezenlijken. Zo moet ik als eerst de heer Lode De Geyter en mevrouw Ann Dumoulin, bedanken voor het inrichten van de richting automatisatie binnen het departement PIH. Nauw aansluitend wil ik alle docenten bedanken die me gedurende die vier jaar veel kennis en inzicht hebben bijgebracht. Los daarvan zijn er nog een aantal mensen die een groter aandeel bijdragen tot dit eindwerk. Zo is er mijn interne promotor Dieter Van Lierde die zich doorheen het jaar volledig ter beschikking stelde om mij op te vangen bij eventuele praktische of inhoudelijke problemen. Vervolgens had ik graag het bedrijf, Gryson nv, een dankwoordje gegeven. Het is echter niet zo evident dat een bedrijf alle registers opentrekt en zo een student met strikt vertrouwelijke informatie laat werken. Daarnaast moest er nauw samengewerkt worden met de onderhoudsmensen. Dankzij hen heb ik een beter inzicht verkregen op vlak van engineering. Daarom een oprechte dank aan de heer Jan Casteleyn (directeur), Wim Vandeplassche (externe promotor en Hoofd onderhoud) en Gregory Bruggeman (Purchaser techniek). Dit project staat nauw in verband met het productieproces. Grote aanpassingen aan de lijn worden gedaan door een extern ingenieursbureau. Zonder de bijstand van Uwe Mönck zou dit eindwerk heel wat moeizamer zijn verlopen. Zijn kennis in zake de visualisatie was onmisbaar. Tot slot wil ik me nog even richten tot mijn nabije omgeving. Dankzij hun morele en intellectuele steun ben ik geworden wat ik vandaag ben. Aan al deze mensen zou ik willen zeggen: “Bedankt!”.

II

Inhoudsopgave Woord vooraf .............................................................................................................................. I Dankwoord ................................................................................................................................ II Inhoudsopgave ......................................................................................................................... III Lijst van tabellen ...................................................................................................................... VI Lijst van grafieken .................................................................................................................... VI Lijst van Figuren ...................................................................................................................... VI 1

Projectomschrijving ........................................................................................................... 1

1.1

Het bedrijf ....................................................................................................................... 1

1.2

Het productieproces ......................................................................................................... 2

1.3

Doelstellingen .................................................................................................................. 5

2

Voorbereidingen ................................................................................................................. 6

2.1

Leidingschema ................................................................................................................ 6

2.2

Apparaten ........................................................................................................................ 7

2.2.1

Tanks ........................................................................................................................... 7

2.2.2

Niveaumeting............................................................................................................... 8

2.2.2.1

Trilvork .................................................................................................................... 8

2.2.2.2

Through the wall ultrasonic sensor .......................................................................... 9

2.2.2.3

Radar ...................................................................................................................... 10

2.2.2.4

Druksensor ............................................................................................................. 10

2.2.2.5

Conductieve niveaumeter....................................................................................... 11

2.2.2.6

Besluit .................................................................................................................... 11

2.2.3

Pompen ...................................................................................................................... 12

2.2.3.1

Waaierpompen ....................................................................................................... 12

2.2.3.2

Doseerpompen ....................................................................................................... 14

2.2.4

Debietmeter ............................................................................................................... 16

2.2.5

PLC ............................................................................................................................ 17

2.2.6

Klepsturing ................................................................................................................ 17

2.3

Constructie .................................................................................................................... 18

III

3

Grafisch ontwerp .............................................................................................................. 20

3.1

Indeling constructie ....................................................................................................... 20

3.2

Solid Works ................................................................................................................... 21

3.2.1

3 pijlers ...................................................................................................................... 22

3.2.2

Bibliotheken............................................................................................................... 23

3.2.3

Een stuk tekenen ........................................................................................................ 23

3.2.4

Plaatwerk ................................................................................................................... 26

3.2.5

Assemblage ................................................................................................................ 26

3.2.6

Externe relaties .......................................................................................................... 27

3.2.7

Stuktekeningen .......................................................................................................... 28

4 4.1

Visualisatie ....................................................................................................................... 32 Schermen ....................................................................................................................... 32

4.1.1

Overzichtsscherm ...................................................................................................... 33

4.1.2

Detailschermen .......................................................................................................... 33

4.1.3

Parameters ................................................................................................................. 35

4.1.4

Beheer ........................................................................................................................ 36

4.2

Achterliggende technologie........................................................................................... 37

4.3

Besturingselementen ..................................................................................................... 38

4.3.1

Knoppen..................................................................................................................... 38

4.3.2

Vensters ..................................................................................................................... 38

4.3.3

Weergave data ........................................................................................................... 39

4.3.4

Weergave kleppen/motoren/pompen ......................................................................... 39

IV

5

Sturing .............................................................................................................................. 40

5.1

Algemene stuctuur......................................................................................................... 40

5.2

Functies ......................................................................................................................... 41

5.2.1

FC 220: Algemene besturing ..................................................................................... 41

5.2.2

Besturingsblokken ..................................................................................................... 41

5.2.2.1

Bolkleppen (FC 221).............................................................................................. 41

5.2.2.2

Doseerpompen (FC 222) ........................................................................................ 43

5.2.2.3

Motoren .................................................................................................................. 45

5.2.2.4

Aan/uit regelaar ...................................................................................................... 49

5.2.2.5

Controleblokken ..................................................................................................... 49

5.2.3

Vullen ........................................................................................................................ 50

5.2.4

Reinigen ..................................................................................................................... 51

5.2.4.1

Manueel reinigen ................................................................................................... 52

5.2.4.2

Automatisch reinigen ............................................................................................. 52

5.2.5 5.3

Casing vrijgeven (FC 250) ........................................................................................ 52 Bemerkingen ................................................................................................................. 53

6

Return on investment ....................................................................................................... 54

7

Besluit............................................................................................................................... 55

Literatuurlijst ......................................................................................................................... VIII Bijlagen .................................................................................................................................... IX 1

Leidingsschema ................................................................................................................ IX

2

Grafieken pomp 1 .............................................................................................................. X

3

Grafieken pomp 2 ............................................................................................................. XI

4

Algemene programmastructuur .......................................................................................XII

5

FC 230: Vullen .............................................................................................................. XIV

6

FC 250: Casing geven .................................................................................................... XV

V

Lijst van tabellen Tabel 1: Doelstellingen .............................................................................................................. 5

Lijst van grafieken Grafiek 1: Tijdsdiagram pomp 2 .............................................................................................. 13 Grafiek 2: Debiet ifv slaglengte ............................................................................................... 15 Grafiek 3: Debiet ifv tegendruk ............................................................................................... 15

Lijst van Figuren Figuur 1: Vacodine ..................................................................................................................... 3 Figuur 2: Losmaken tabak .......................................................................................................... 3 Figuur 3: Tabak verdelen over transportband ............................................................................ 3 Figuur 4: Casing sproeien en tabak laten drogen ....................................................................... 3 Figuur 5: Huidig systeem ........................................................................................................... 4 Figuur 6: Afwegen aroma's ........................................................................................................ 4 Figuur 7: Through the wall ultrasonic sensor............................................................................. 9 Figuur 8: Conductieve niveaumeter ......................................................................................... 11 Figuur 9: Waaierpompen .......................................................................................................... 12 Figuur 10: Doseerpomp ............................................................................................................ 14 Figuur 11: Instelbare slaglengte ............................................................................................... 14 Figuur 12: Klep met terugmeldsignaal ..................................................................................... 17 Figuur 13:Ventieleiland ............................................................................................................ 18 Figuur 14: Overzicht constructie .............................................................................................. 21 Figuur 15: Detail onderkant ..................................................................................................... 21

VI

Figuur 16: Nieuw onderdeel ..................................................................................................... 22 Figuur 17: Extra profielen ........................................................................................................ 23 Figuur 18: Schets maken voor een profiel ............................................................................... 24 Figuur 19: Aanknooppunt wijzigen.......................................................................................... 25 Figuur 20: Oorsprong samenleggen ......................................................................................... 27 Figuur 21: Relaties ................................................................................................................... 27 Figuur 22: Ordinaten ................................................................................................................ 29 Figuur 23: Gebroken zicht........................................................................................................ 30 Figuur 24: Annotatie en B.O.M. .............................................................................................. 31 Figuur 25: Overzichtsscherm ................................................................................................... 33 Figuur 26: Detailscherm 1 ........................................................................................................ 34 Figuur 27: Detailscherm 2 ........................................................................................................ 34 Figuur 28: Detailscherm 3 ........................................................................................................ 35 Figuur 29: Parameterscherm .................................................................................................... 36 Figuur 30: Beheer processen casingstation .............................................................................. 37

VII

1 Projectomschrijving Hoewel het stoppen met roken in België enorm gestimuleerd wordt, heeft het bedrijf te maken met een steeds stijgende productie. In een poging om de vraag bij te blijven is de vestiging te Wervik gestart met het automatiseren van de productielijn. In tegenstelling tot de verpakkingslijnen, komt hier in een zeker onderdeel veel handenarbeid aan te pas. Zo moeten de additieven nog volledig handmatig worden gemengd. Dit jaar wordt hierop de aandacht gevestigd. De bouw van een casingstation moet deze handenarbeid drastisch doen dalen. Het bedrijf bezit daarentegen een uitgebreide portfolio wat de complexiteit niet echt ten goede komt. Zo moet het systeem flexibel genoeg zijn om voor elk product een verschillende mengeling te kunnen bereiden. Vanaf de start wordt duidelijk dat dit een omvangrijk eindwerk zal worden. Een flexibel casingstation is echter niet op één dag gebouwd. De eerste deadlines staan dan ook vroeg op de academische kalender. Een evident gevolg is om er tijdens de vakantieperiode al aan te beginnen. Zo kunnen tijdens deze stageperiode de voorbereidingen van start gaan en een voorontwerp gemaakt worden. Tijdens de eerste weken kan het effectieve ontwerp op tafel worden gelegd. Een aantal aanpassingen later kan aan de hand van de stuktekeningen, de constructie van start gaan. Intussen is er tijd om te beginnen aan het programmeerwerk. In overleg met de ontwerper van de naastliggende productielijn wordt een visualisatie en een programma gemaakt. Tenslotte worden alle puzzelstukken samengelegd in het geheel.

1.1 Het bedrijf Gryson nv is een tabakverwerkend bedrijf. Zoals de meeste bedrijven zijn zij klein begonnen en ondertussen uitgegroeid tot een bedrijf met aanzien. Eén zaak moet wel al meteen worden gesteld, in dit bedrijf wordt roltabak gemaakt en geen sigaretten. Het grote verschil tussen deze twee producten, zit in de samenhang van de tabak. Roltabak hangt mooi samen terwijl de sigarettentabak de kleine stukjes zijn die ertussen uit vallen. Ondertussen wordt een groot aantal merken geproduceerd. Een aantal voorbeelden hiervan zijn: Domingo, Orlando, Arizona, …

1 Projectomschrijving

1

In de jaren 80 werd in Gryson slechts één soort tabak verwerkt. Destijds ging er al meer dan 90000kg per jaar over de toonbank. Deze tabak was toen enorm gegeerd bij de mijnwerkers. Het bedrijf bleef echter niet van ongeluk gespaard want toen ze pas definitief verhuisd waren naar Ieper, brandde de productiehal af. Met de hulp van collega fabrikanten kon de productie worden verder gezet tot alles terug was opgebouwd. In de daaropvolgende jaren werd het productengamma stilletjes aan uitgebreid. In 1989 kwam de overname van de firma Covemaeker in Houthulst. Hierdoor kon Gryson over een grotere, modernere productiehal beschikken en een aantal merken die ook sterk stonden in de andere provincies. Ondertussen bleef men meer en meer produceren. In 1991 namen ze de firma D’Heygere over. Zij waren gevestigd in Menen en hadden al een grensoverschrijdende verkoop. Eén van de tabaksoorten van hen was zelfs één van de meest populaire in noord Frankrijk. Ondertussen bleef het bedrijf zoeken naar nieuwe merken en weet tegen het einde van de jaren ‘90 een nieuw merk te lanceren met groot succes. ‘Orlando’ werd geboren. De stijgende verkoop was niet alleen in België, maar er werd ondertussen al naar een 7-tal landen geëxporteerd. Op deze manier kon de productie steeds blijven vermoderniseren en rationaliseren. In 2003 kwam de overname van de firma Arvik, gevestigd in Wervik. Hier kon een grote en hypermoderne productiehal uitgebouwd worden. Momenteel exporteert Gryson naar 38 verschillende landen. Terwijl de verkoopscijfers blijven stijgen, wordt 65% uitgevoerd naar het buitenland. Sommige producten zijn zelfs in elk continent verkrijgbaar!

1.2 Het productieproces Om het doel van de te ontwerpen installatie goed te kunnen inzien, wordt eerst even gekeken naar de totale productiecyclus. Om niet te veel uit te wijden wordt er enkel gekeken vanaf het moment van aankomst tot verpakkingsklare tabak. De ingevoerde tabak komt in een relatief droge toestand aan. Deze toestand is echter niet zo bewerkbaar. Daarom moet deze nog eerst behandeld worden in de zogenaamde “vacodine”. Deze machine werd recent ontworpen en gaat in essentie eerst alle lucht verwijderen, om daarna een stoom - lucht mengsel in te blazen en de tabak het gewenste vochtgehalte te geven. Daarna gaat de tabak naar een loswrikmachine waar het vanuit een blokvormige toestand wordt losgewrikt in losse bladen.


2

Figuur 1: Vacodine

Figuur 2: Losmaken tabak

Via een ingenieus systeem wordt de tabak verdeeld en gewogen over een transportband zodat het in een constant “debiet” verder gaat. Vervolgens wordt de tabak overspoten met producten om de gewenste aroma’s en bewaartijd te verkrijgen. Dit geheel gaat door een droogtrommel en wordt dan verzameld in een mengbox.

Figuur 3: Tabak verdelen over transportband

Figuur 4: Casing sproeien en tabak laten drogen

Terwijl de ene mengbox wordt gevuld, kan de andere verder in de productie. Na de mengbox, zal de tabak worden gesneden. Door de bladen te rollen kan de richting van de nerf steeds in de zelfde zin worden gepositioneerd. Dit moet gedaan worden, omdat een blad steeds dwars moet worden gesneden. Gebeurt dit niet, dan komen er harde “stokjes” voor in de tabak en dit zorgt voor een veel lagere kwaliteit. De bladen worden nu samengepakt en worden stuk voor stuk afgefreesd. Nu, dit is nog niet de tabak die uit een pakje vanuit de winkel komt. Tussen deze tabak zitten nog kleine restjes van het frezen. Deze worden er nu nog eerst uitgetrild zodat enkel de bruikbare tabak verpakt wordt. De kleine stukjes worden opgevangen om te 1 Projectomschrijving

3

kunnen doorverkopen naar sigarettenfabrikanten, zodat toch het maximum uit het tabaksblad kan worden gehaald. Van hieruit kan de tabak nu naar de verpakmachines gaan waar het in verschillende maten en gewichten wordt verpakt. Het project sluit aan vlak voor de droogtrommel. Daar wordt een vloeistofmengsel op de tabak gespoten. Dit mengsel is de rode draad door het eindwerk. Dankzij de grote merkenportefeuille waarover Gryson NV beschikt, moeten er verschillende soorten mengsels worden gemaakt. Hiervoor zijn tal van producten beschikbaar die een arbeider nu vooral manueel moet samenvoegen tot een correct mengsel. Hiervoor zijn de nodige attributen voorradig zoals een weegschaal en pompen. De arbeider krijgt een lijst in het bureau met de correcte samenstellingen. Eenmaal de samenstelling samengevoegd en voldoende gemixt is, wordt deze verpompt richting droogtrommel. Onderweg staat een doseerapparaat dat zorgt voor de juiste toevoer naar de droogtrommel. Daar wordt de vloeistof samen met stoom verneveld over de tabak.

Figuur 5: Huidig systeem

Figuur 6: Afwegen aroma's

Bij het samenstellen moet er echter gerekend worden op de correctheid van de arbeider. Het is gemakkelijk in te beelden dat op een maandagmorgen de concentratie van de arbeider een stuk lager ligt dan in de loop van de week en bijgevolg veel sneller een meetfout kan maken. Bovendien is er nog een andere factor onafhankelijk van de arbeider. De leiding van het vaatje tot de droogtrommel is vrij lang waardoor bij het overschakelen van merk de eerste tabak nog besproeid wordt met vloeistof van het vorige merk. Om heel deze situatie te vereenvoudigen werd dit project voorgesteld als eindwerkopdracht. Hierin mengt de PLC alles wat uiteraard veel exacter zal zijn. De arbeider zal een heel stuk ontlast worden.


4

Wanneer een vaatje een kritiek peil bereikt, zal de arbeider een signaal krijgen en zal hij nog enkel dat vaatje moeten bijvullen of vervangen. Voor de rest gebeurt alles volautomatisch.

1.3 Doelstellingen In eerste instantie kan gesteld worden dat tegen het einde van het project een volautomatisch systeem kan neergepoot worden. Bovendien moet het eenvoudig zijn om aanpassingen aan de constructie te doen of iets in de programmacode te wijzigen. Dit alles wordt na afloop aanschouwelijk voorgesteld. Om dit te verwezenlijken worden een aantal deadlines vooropgesteld vanuit bedrijf en opleiding. Tabel 1: Doelstellingen

Datum

Doelstelling

05/10/2007

Afgewerkt 3D ontwerp

29/10/2007

Indienen projectfiche

19/12/2007

Indienen voorbereidend eindwerkverslag

29/02/2008

Indienen poster

21/03/2008

Indienen inhoudsopgave

14/04/2008

Indienen 1e versie thesis

28/04/2008

Indienen samenvatting

16/05/2008

100% werkend geheel

26/05/2008

Indienen definitieve versie thesis


5

2 Voorbereidingen Alvorens te kunnen beginnen tekenen, moeten er eerst een aantal onbekenden worden opgelost. Immers hoe kan een bordesschikking gemaakt worden, als er nog niet geweten is welke vaten er zullen worden gebruikt. Veel wordt bereikt door het optimaliseren van het leidingschema. Dit is echter niet voldoende. De onderstaande punten gaan hier wat dieper op in.

2.1 Leidingschema Deze taak lijkt simpel. Enkele tanks met elkaar verbinden, een paar kleppen en pompen ertussen en klaar is kees. Dat is dan ook buiten de waard gerekend. In een eerste studie wordt nagegaan welke tanks of vaten kunnen worden gebruikt. Vervolgens moet er worden gekeken in welke mate, grootheid en tijdspanne deze stoffen moeten worden toegevoegd. Tenslotte kunnen kleppen en pompen geïmplementeerd worden. Tijdens het optimaliseren van het leidingschema, zijn er een aantal verkopers de revue gepasseerd. Zo is er de verkoper van Krohne die de noodzaak van een goed schema duidelijk naar voor deed komen. Het systeem bevat een debietmeting en afhankelijk van het type kan dit een serieuze duit schelen. Een massa-debietmeter kost namelijk het dubbele van een magnetische debietmeter. Het nagaan van de noodzaak om de voorbijkomende massa te kennen is dus belangrijk. Bij het bepalen van de niveaumeter komt de vorm van de tank duidelijk naar voor. In het schema worden twee soorten kleppen gebruikt, namelijk 2-weg en 3-weg bolkleppen. Deze kleppen worden pneumatisch gestuurd. De keuze om dit pneumatisch te doen is te rechtvaardigen omdat elektrische kleppen stukken trager zijn en een snelle reactie gewenst is. Een liter te veel pompen omdat de klep te traag is mag natuurlijk niet. Dit zou eventueel opgevangen kunnen worden in de programmacode. De code zou er echter omslachtiger op worden en dit is het niet waard. De 2-weg kleppen worden gebruikt om af te sluiten, de 3-weg kleppen als een intelligente collector. Het schema is terug te vinden in bijlage 1 (p IX).

2 Voorbereidingen

6

2.2 Apparaten 2.2.1 Tanks In het leidingschema komen 4 verschillende types naar voor. Drie ervan hebben te maken met voorraad van verschillende stoffen, een vierde slaat het mengsel op alvorens het richting productielijn gaat. Een eerste type tank is eigenlijk meer een aanvoervat. Ze meten een beetje de vorm aan van een container en worden verder in de tekst ook zo genoemd. Deze containers bevatten ongeveer 1000 liter van een bepaalde stof. Deze stoffen kunnen algemeen ingedeeld worden als bewaarmiddel. Een eerste type wordt heel veel gebruikt. Een tweede type bestaat in hoofdzaak uit deze stof met nog additieven. Door het tweede type te vervangen door enkel de additieven, kan een verbruik worden gehaald voor de eerste stof van 8 à 9 ton per maand. Bij gevolg lijkt het de moeite waard om even na te gaan of deze stof kan aangekocht worden in grote hoeveelheden. Na navraag bij de leverancier blijkt een korting mogelijk van € 88 per ton als er per 20 ton in bulk wordt geleverd. Op jaarbasis kan volgend budget worden uitgespaard. 88

€

€ . 8,5 . 12 8976

In de wetenschap dat een grote tank van 30 000 liter ongeveer € 10 000 kost, blijkt deze tank binnen 14 maanden te zijn terugbetaald. De aanschaf ervan is dus verantwoord en zal zelfs de terugbetaaltijd van de hele installatie wat terugschroeven. Deze bulktank is het tweede type tank die in deze installatie wordt gebruikt. Er wordt gekozen voor een volume van 32 500 liter. Zo kan er vanaf het bestelpunt nog een maand zonder problemen worden geproduceerd. Van alle andere stoffen die in containers worden aangekocht, ligt het verbruik veel lager en wordt deze aankoop niet verantwoord. De containers beschikken over een uitlaat en hebben een uniforme afmeting. Deze uniformiteit maakt het uitermate handig om ze te integreren in de constructie. Het laatste type voorraadtank dient voor de aroma’s. Deze worden aangekocht in allemaal verschillende verpakkingen. Als deze kleine vaatjes zouden worden gebruikt, dan zou dit bij het veranderen een vrij vuile boel kunnen opleveren. De oplossing hiervoor is om kleine tanks te maken waar de grootste hoeveelheid één keer in kan en nog wat buffer over houdt. 2 Voorbereidingen

7

Rekening houdend met standaard afmetingen van plaatstaal, wordt een inhoud van ongeveer 235 liter bekomen. Tot slot zijn er nog de buffertanks. Via het leidingstelsel komen de stoffen uit de voorraadtanks terecht in een buffertank waar alles nog eens goed gemengd wordt. Dit mengen zorgt voor schuimvorming wat hinderlijk is voor de niveaumeting. Bovendien neemt schuim meer plaats in dan vloeistof. Er wordt eveneens rekening gehouden met de expansie van het bedrijf zodat de buffertank het drievoud aan capaciteit krijgt dan de huidige vaten. Dit brengt de inhoud op ongeveer 1550l.

2.2.2 Niveaumeting De keuze voor de niveaumeting was niet zo eenvoudig. Er bestaan veel technologieën met elk zijn voor en nadelen. In wat volgt worden een aantal relevante technologieën besproken met hun voornaamste kenmerken. 2.2.2.1 Trilvork Een trilvork behoort tot een van de goedkoopste systemen. Het is uitermate geschikt naar alarmering toe, maar kan geen continue uitlezing voortbrengen. Een bijkoment probleem is dat er een gat moet gemaakt worden in de tank. Op die manier gaat flexibiliteit verloren indien er een wijziging aan het alarmniveau gewenst is. Samengevat: Goedkoop Aan/uit systeem ideaal voor alarmmeldingen – Niet flexibel (gat boren in tank) – Geen continue inhoudsmeting

2 Voorbereidingen

8

2.2.2.2 Through the wall ultrasonic sensor Dit is een vrij recente technologie. Het maakt een combinatie zodat bijna alle positieve eigenschappen uit andere technologieën erin vervat zitten.

Figuur 7: Through the wall ultrasonic sensor

Samengevat: Geen gaten in de tank Zowel aan/uit principe als continue niveaumeting mogelijk Geen contact met de tankinhoud – Niet overal verkrijgbaar (enkel bij Sonotec)

2 Voorbereidingen

9

2.2.2.3 Radar Deze technologie is eenvoudig in montage. Het is uitermate geschikt voor het gebruik in silo’s of tanks en laat vaste stoffen toe. In geval van schuim is geen nauwkeurige meting meer mogelijk. Het uitgestuurde signaal zal ergens tussen schuimoppervlak en vloeistofoppervlak terugkaatsen, afhankelijk van de densiteit van het schuim. Samengevat: Contactlose meting Eenvoudige montage Continue niveaumeting – Relatief duur – Onnauwkeurig bij schuimvorming 2.2.2.4 Druksensor Dit is zowat de meest voorkomende sensor die gebruikt wordt bij vloeistof niveaumeting. Ze zijn ongevoelig voor schuim en sommige fabricanten voorzien ze van intelligentie. Zo is het mogelijk om in plaats van druk meteen het gewicht of volume uit te lezen. Als groot nadeel hebben ze dat de tank leeg moet zijn voor installatie. Samengevat: Eenvoudig meetprincipe Continue niveaumeting Ongevoelig voor schuimvorming Inteligent – Contact met vloeistof – Inbouwen in tank gat in tank maken

2 Voorbereidingen

10

2.2.2.5 Conductieve niveaumeter Dit is een iets intelligentere sensor dan de voorgaande. Hij is grotendeels vergelijkbaar met een trilvork, maar laat via de probes een zekere zelfinstelbare hysteresis toe. Hoewel deze hysteresis vast is, kan ze eenvoudig worden aangepast door de probes wat in te korten of langere te maken. Een bijkomend voordeel aan deze sensor is dat een pomp er direct kan worden op aangesloten. Dit maakt deze sensor uitermate geschikt om te gebruiken bij tussenbuffers.

Figuur 8: Conductieve niveaumeter

Samengevat: Basisintelligentie die hysteresis toelaat Eenvoudig – Contact met vloeistof – Vaste probes (wel vlot vernieuwbaar) 2.2.2.6 Besluit Naast de pro’s en contra’s van de technologieën spelen nog een aantal andere zaken mee in de keuze van sensor. Zo is het voordeliger om alle sensoren bij één leverancier te kunnen bestellen dan bij allemaal verschillende leveranciers. Immers hoe groter de bestelling, hoe 2 Voorbereidingen

11

hoger de mogelijke korting die kan worden gegeven. De ideale sensor hier zou in het algemeen de “through the wall ultrasone sensor” zijn. Helaas behoordt deze niet tot het leverpakket dat Krohne aanbied. De enige leverbare sensor die geen last heeft van schuim en een continue aflezing mogelijk maakt, is de druksensor. De laatste sensor wordt ook aangekocht wegens zijn functionaliteit. Zoals op het leidingsschema te zien is, wordt het hoofdbestanddeel in een grote tank opgeslaan. Deze tank staat om praktische redenen vrij ver van de installatie (de tank past niet binnen het fabrieksgebouw). Bij gevolg zal een container dienst doen als voorbuffer en kan de conductieve sensor hier makkelijk op toegepast worden.

2.2.3 Pompen 2.2.3.1 Waaierpompen Zoals te zien in het schema zijn er drie pompen nodig. De pomp die casing van de buffers naar de droogtrommel pompt (P3), wordt hergebruikt uit de huidige installatie. De andere moeten echter wel nog worden gekozen. Er wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van drie dezelfde pompen. Gezien deze hergebruikte pomp een waaierpomp is, wordt deze lijn doorgetrokken voor de andere twee. Hierbij zullen het debiet en de viscositeit bepalend zijn in de keuze. P1 is een speciale pomp. Deze pomp heeft een dubbele functie. Ze moet enerzijds vloeistof, dat in bulk geleverd wordt, naar de buffercontainer transporteren. Anderzijds zorgt ze voor circulatie in de grote tank. Dit bespaart een extra mengsysteem want de pomp is sowieso nodig. Aangezien de grote tank buiten staat, moet er wel eens worden gekeken naar het gedrag van de vloeistof bij wintertemperaturen. Na navraag bij de leverancier blijkt dat de stof in zijn dikste toestand een

Figuur 9: Waaierpompen

viscositeit heeft van 1000 cSt. Het zou stom zijn dat tijdens een strenge winter de productie moet stil vallen omdat er niet kan worden gepompt. Wordt het minimumdebiet op 0,5 m³/u vastgelegd bij deze viscositeit, dan is er een pomp vereist van 3 kW. Merk echter op dat de vloeistof deze viscositeit pas zal bereiken in een langdurige koude periode. Een grote massa kent geen snelle temperatuursschommelingen. Om te weten wat er zal gebeuren bij een andere viscositeit, moet er eens worden gekeken naar de grafieken (zie bijlage 2 op pagina X). Bij 2 Voorbereidingen

12

een constante opvoerhoogte, blijkt de invloed van de viscositeit niet onopgemerkt. Gezien de grafiek bij de hoogste viscositeit wordt afgebroken door het vermogen, wordt er gekeken bij een opvoerhoogte van 14 m. Daar kan er een debietdaling van ongeveer 35% worden afgelezen. Verder valt op te merken dat de pomp, op volle kracht, de stroop slechts aan een debiet van ongeveer 14 m³/u door de leidingen kan jagen. Wordt er water aangeboden, dan werkt de motor nog niet in vollast bij een opvoerhoogte van 8m en een debiet van 30 m³/u. Enkel de leidingweerstand zal hier de beperkende factor zijn voor het debiet. Bij de pomp P2 ligt de keuze iets eenvoudiger. Hoewel de eisen op debiet veel hoger liggen, valt de confrontatie met hoge viscositeit weg. Elke container aangesloten op deze pomp staat binnen in de productiehal waar de temperatuur vrij constant is. De te verpompen stoffen zijn waterige oplossingen met een densiteit die maximum 1,4 kg/l bedraagt. Door de waaierdiameter iets te vergroten, kan met een vermogen van 1,1 kW een voldoende hoog debiet worden gehaald. Om een tank volledig te vullen binnen het half uur, moet een debiet gehaald worden van minstens 3 m³/u. Deze combinatie pomp – motor verpompt a rato van 8 m³/u en haalt daarbij nog bijna 5m opvoerhoogte. Bijgevolg zal het half uur zeker gehaald worden, althans als het van de tweede pomp afhangt. P2 krijgt nog een extraatje. Deze pomp moet doseren. Dit wil zeggen dat zonder extra voorzorgen, de vloeistof in de leidingen in een slag tot stilstand moet komen. Dit is echter geen gezonde situatie. Binnen een korte periode kan er metaalmoeheid optreden aan de verbindingen met leidingbreuk tot gevolg. Om dit probleem gedeeltelijk op te vangen, wordt er gewerkt met een frequentie omvormer. Volgend tijdsdiagram wordt ingesteld.

Grafiek 1: Tijdsdiagram pomp 2

Hierbij zijn volgende waarden vrij in te stellen binnen het visualisatieprogramma:

2 Voorbereidingen

13

f1: frequentie op hoge snelheid (Hz) f2: frequentie op lage snelheid (Hz) dV: verschilvolume tussen huidig gepompte hoeveelheid en gewenste hoeveelheid (l) Een kleine stijgtijd moet de pomp zo snel mogelijk op toeren brengen. Wanneer nog de resterende hoeveelheid moet worden verpompt, dan schakelt de frequentieomvormer naar het lager ingestelde toerental. Een grote daaltijd houdt de belasting op de leidingen gering. 2.2.3.2 Doseerpompen Een aantal stoffen worden in grootteorde van 100l gedoseerd. Dit wordt aangepakt door P2. Een aantal andere stoffen moeten slechts in kleine hoeveelheid worden toegevoegd. Bij deze stoffen wordt gesproken over een aantal tot tientallen liters. Wanneer ook hier de waaierpomp zou worden gebruikt, zou de procentuele fout te groot worden. Daarom wordt er via een ander soort pompen

Figuur 10: Doseerpomp

gewerkt voor deze stoffen. Typisch wordt er dan overgegaan naar doseerpompen. Binnen de wereld van doseerpompen heerst opnieuw een waaier aan mogelijkheden. Binnen het bedrijf wordt gekozen om met pompen van Prominent te werken. Ook zij bieden een uitgebreid pakket pompen aan. Wanneer er wordt gekeken naar de te doseren hoeveelheid, dan blijken de membraanpompen de beste keuze te zijn. Ze bezitten enerzijds een goede prijs/kwaliteit verhouding. Anderzijds bezitten ze een groot capaciteitsbereik en verliezen daarbij slechts weinig nauwkeurigheid. Zo is het mogelijk om bij elke pomp nog

Figuur 11: Instelbare slaglengte

eens de slaglengte afzonderlijk in te stellen (zie Figuur 11: Instelbare slaglengte). Het is wel zo dat er een minimum van 30% moet gerespecteerd worden opdat de pomp nog naar behoren zou kunnen functioneren. Terugslagkleppen zorgen er uiteindelijk voor dat het systeem zelf aanzuigend is. Eén van de aroma’s wordt in een grotere hoeveelheid gedoseerd. Indien er toch voor elk aroma dezelfde pomp gebruikt wordt, dan zijn er twee mogelijkheden:

2 Voorbereidingen

14

1. Er wordt gewerkt met de kleinere pomp voor elke stof. Een stof doet er echter veel te lang over om te doseren; 2. Er wordt gewerkt met de grotere pomp. De meeste pompen draaien rond de minimum slaglengte. De oplossing is minder nauwkeurig en er treedt een verlies op aan prijs/kwaliteit. Geen enkele mogelijkheid is gewenst. Bijgevolg wordt een uitzondering gemaakt voor die ene stof en wordt hier een Sigma/2 gekozen. Voor alle andere pompen wordt een Sigma/1 gekozen. De eisen naar debiet liggen hier niet echt hoog. Gemiddeld moet er 10l worden verpompt per pomp op een batch van 500l. Afhankelijk van de tegendruk zal het debiet nog een beetje terugvallen. Een overzicht wordt gegeven in volgende twee grafieken. Grafiek 2 behandelt het debiet in functie van de slaglengte, Grafiek 3 het debiet in functie van de tegendruk bij maximale slaglengte.

Grafiek 2: Debiet ifv slaglengte

Grafiek 3: Debiet ifv tegendruk

Merk op dat dit grafieken zijn voor de kleinste pompen (S1Ba 04084). Voor de grotere pomp bestaan gelijkaardige karakteristieken. De pompen zijn vrij speciaal. Ze bezitten al een zekere vorm van intelligentie. Zo mag de pulsengenerator zijn pulsen zo snel sturen als hij kan. Een geheugen houdt bij hoeveel pulsen er werden gegeven. De vraag die dan vrij snel wordt gesteld: Hoe is het mogelijk om te weten of de pomp klaar is? De pomp bezit een uitgangssignaal die op zijn beurt elke slag terug pulst. Door deze pulsen te tellen, weet de controller of de pomp al dan niet klaar is. Daarnaast is er nog de mogelijkheid om een factor toe te passen. Wanneer er een puls wordt gegeven, kan ervoor worden gekozen om de pomp bijvoorbeeld 20 slagen te laten maken. Tot slot werkt de pomp op de normale netspanning. Meer nog, ze kan worden gevoed uit een gewoon stopcontact. Dit zorgt ervoor dat individuele zekeringen niet meer nodig zijn. 2 Voorbereidingen

15

2.2.4 Debietmeter Een debietmeter kiezen is niet zo eenvoudig. Alvorens er iets te kunnen over zeggen moet het proces al vrij duidelijk zijn. Gezien de kostprijs is het ook niet mis om nog eens extra na te gaan naar de noodzaak ervan. Het was oorspronkelijk de bedoeling om een preparatievat te hebben. Daarin kunnen dan nieuwe stoffen, in korrelvorm geleverd, vloeibaar worden gemaakt. Hierbij lijkt het makkelijk om een debietmeter erbij te zetten om de watertoevoer te meten. Deze extra meter kan met wat creativiteit weggewerkt worden zodat er uiteindelijk slechts één debietmeter over blijft. In de loop van het project is de noodzaak van dit vat weggevallen, wat een vereenvoudiging teweeg brengt in het programma. Indien het vulproces niet precies gekend is, kunnen er verkeerde conclusies worden getrokken. Zo moet de debietmeter verschillende stoffen meten met elk hun eigen densiteit. Als er gedoseerd wordt op gewicht, moet hier een dure massa debietmeter staan. Als er op volume wordt gedoseerd, volstaat een volumetrische debietmeter die een heel stuk goedkoper is. Onder invloed van verkoopstechnieken, kan hier een massa debietmeter gekozen met de doseerpompen. Ironisch genoeg moet er net omgekeerd worden gedoseerd. Bij de aroma’s moet een gegeven gewicht afgemeten worden en bij de bewaarmiddelen een volume. Helaas doseert een doseerpomp op volume en de debietmeter zou dan massa meten. De doseerpompen vormen niet meteen het probleem. Elke stof heeft zijn eigen vaste pomp. Gezien van deze stoffen alles gekend is, kan via de massadichtheid eenvoudig de massa naar volume worden omgezet. Hoewel door de debietmeter verschillende massadichtheden voorbij komen, is het volume hier van cruciaal belang. Bij de aangekochte meter wordt gemeten op basis van geluidsgolven. Deze golven geven een indicatie naar de stroomsnelheid van de vloeistof. Bij een gekende leidingdiameter is het debiet onmiddellijk afleidbaar. Dit debiet wordt omgezet naar een analoog signaal en kan direct worden binnengelezen door de PLC. Er wordt nog een extra digitaal signaal voorzien die pulsen voortbrengt telkens er een bepaald volume gemeten wordt.

2 Voorbereidingen

16

2.2.5 PLC Er wordt geen nieuwe PLC in dienst genomen voor het casingstation. Er moet nauw samengewerkt worden met het eerste deel van de productielijn. De eenvoudigste en goedkoopste manier om dit te doen is om een aantal functies bij te schrijven specifiek voor het casingstation binnen de bestaande PLC. In het kader van de moderne automatisering, wordt meer en meer gebruik gemaakt van decentrale I/O. Een veldbus zorgt daarbij dat alle I/O bereikbaar blijft. Zo wordt meer en meer afgestapt

van

gigantische

kasten

met

alle

elektrische

voorzieningen.

Ellenlange

klemmenstroken om alle sensoren en actoren te verbinden, behoren dan tot de verleden tijd. In plaats van honderden kabeltjes naar de kast te moeten leggen, volstaat het nu om met één kabel naar de algemene kast te gaan. Dit heeft tot gevolg dat de kabeltjes van de sensoren een heel stuk korter zijn en met de huidige koperprijs is dit zeer positief. Al deze zaken in rekening gebracht, is de beslissing om aan het casingstation een kastje te hangen voor alle I/O gerechtvaardigd. Via Profibus DP blijven alle in- en uitgangen vrij aanspreekbaar vanuit de PLC.

2.2.6 Klepsturing Uit het leidingschema wordt al snel duidelijk dat er tal van kleppen nodig zijn om alle vloeistoffen te beheersen. De aandachtige lezer zal al opgemerkt hebben dat er gekozen werd voor pneumatische kleppen. Toch wordt aan elke klep nog een elektrisch signaal toegevoegd. Op deze manier kan de toestand van de klep worden gecontroleerd en eventuele klepbreuk worden vastgesteld. Elk terugmeld signaal krijgt zijn eigen ingang op het I/O eiland. In Figuur 12 wordt een aangepaste versie van een bolklep weergegeven. Het grijze stukje onderaan is de effectieve klep. Er bovenop staat de pneumatische actor

Figuur 12: Klep met terugmeldsignaal

en het zwarte bakje met printplaat, is de terugmeldsensor.

2 Voorbereidingen

17

Om een zo eenvoudig mogelijke sturing te creëren, wordt er gewerkt met monostabiele kleppen. Dit wil zeggen dat als de perslucht wegvalt, de klep automatisch terugkeert naar zijn initiële toestand. Op deze manier kan een veilige omgeving worden gemaakt, moest er plots een spanningsuitval optreden. Het beheersen van de perslucht kan op verschillende manieren geschieden. Een oplossing zou kunnen zijn om ventielen elektrisch aan te sturen. Hierbij zou elk ventiel nog eens een output moeten krijgen aan het I/O - eiland. Deze optie zou vier sloten verslinden, terugmeld signalen inbegrepen. Maar er is nog een andere optie. Binnen het Festogamma bestaat er een systeem die de kleppen kan aansturen vanaf de veldbus, de zogenaamde ventieleilanden. Aan de hand van een tool is het mogelijk om een eiland samen te stellen. Figuur 13 toont hoe het eiland eruit zal zien in de ingestelde configuratie.

Figuur 13:Ventieleiland

Dit eiland heeft een maximumcapaciteit van 32 bistabiele ventielen. Gezien er gewerkt wordt met monostabiele kleppen, kunnen hier tot 64 kleppen op aangesloten worden. Dit is ruim voldoende voor 36 kleppen en 4 reserveplaatsen.

2.3 Constructie Nu er geweten is wat er allemaal op de constructie moet terecht komen, kan er een eerste ontwerp worden gemaakt. Het eenvoudigste is om de constructie in twee delen op te delen. Een eerste deel verzorgt de ondersteuning van de containers. Een tweede maakt de containers bereikbaar en is in hoofdzaak bedoeld om op te wandelen wanneer een container moet worden verwisseld.

2 Voorbereidingen

18

Een logge, overgedimensioneerde constructie moet vermeden worden. Verder moet het aantal steunpilaren en poten beperkt blijven. Dit geldt ook voor het platform. Roosters moeten er voor zorgen dat het niet allemaal profielen zijn onder het wandeloppervlak. Daarnaast moet er ook nog even gekeken worden naar de veiligheid. De meest waarschijnlijke gevaren zijn: •

Vallen van het platform;

•

Een los voorwerp van het platform afschoppen.

Deze gevaren kunnen in hoofdzaak weggewerkt worden door rondom het platform een leuning te plaatsen. Verder komt rondom het platform een opstaande rand van 10 cm. Daarmee kan rondslingerend materiaal niet per ongeluk worden afgeschopt. Het lijkt een bizarre maatregel maar beeld u eens in dat dit voorwerp op het hoofd van een werknemer op het gelijkvloers terecht komt.

2 Voorbereidingen

19

3 Grafisch ontwerp Nadat de voorbereidingen zijn gemaakt, breekt de tijd aan om dit op tekening te zetten. Zo wordt een eerste beeld gevormd van het eindresultaat. Ondertussen kan er worden gekeken om de krijtlijnen uit te zetten zodat er zeker plaats genoeg over blijft voor het station. Er moet niet alleen plaats zijn voor de constructie, er moet ook nog een heftruk kunnen bewegen om er een container op te plaatsen. In dit hoofdstuk wordt de constructie verder onder de loep genomen. Tot slot wordt het tekenprogramma uitgebreid besproken zodat iemand die niets van Solid Works kent, de tekening zou kunnen maken.

3.1 Indeling constructie Er moet eerst even gekeken worden naar de plaats die de constructie kan en mag innemen. Zo wordt een zone afgebakend van 9 op 7 meter. Verder is de constructie van vandaag niet noodzakelijk die van morgen. Er moet dus vlot kunnen worden uitgebreid. De eerste constructie is die waar de containers zullen op staan. Er wordt voorzien dat er vijf containers op kunnen. Daarvan zijn vier plaatsen ingevuld door de huidige vloeistoffen en is er één reserveplaats. De constructie wordt een stuk hoger gemaakt dan het tweede deel. De reden hiervoor is dat op deze manier de vloeistof naar de buffer kan uitdruppen. Bovendien kan een arbeider het vat rechtstaand ontkoppelen. Vijf containers betekent dat er een groot gewicht op komt. Gemiddeld kan gerekend worden dat een container 1 ton weegt. Rekening houdend met het feit dat de constructie niet te robuust mag uitvallen, wordt gekozen voor het profiel HE 140 B. Dit profiel kan deze last zeer goed torsen in de opstaande profielen, maar schiet net tekort bij de horizontale liggers. De afstand van 5,5 m is te ver om deze massa te torsen. Dit kan eenvoudig worden opgelost door de last te laten dragen door drie horizontale profielen in plaats van twee. Het tweede deel heeft als doel om de arbeider de mogelijkheid te bieden een container te vervangen. Bijkomend kan hier het leidingmateriaal aan vastgehecht worden. Onder de constructie komen de vaten voor de aroma’s. Om praktische en esthetische redenen worden de vaatjes opgehangen aan de constructie. In het andere geval zou elk vaatje enkele poten moeten 3 Grafisch ontwerp

20

krijgen wat niet zo kuisvriendelijk is. Er zou dan opnieuw heel veel poten nodig zijn, wat niet zo aanschouwelijk is. De profielkeuze mag hier een stuk lichter zijn. Er wordt gekozen voor een HE 100 A. In de loop van het project werden nog een aantal aanpassingen aangebracht aan het ontwerp. Zo werden de buffertanks iets kleiner gemaakt dan op de tekening. Zo kan de pomp met collector eigenlijk aan het platform worden vastgehecht. De doseerpompen verhuizen naar onder, vlak boven hun tank. Op die manier kan de constructie voor de leidingapparatuur worden weggelaten. De leidingen werden eveneens getekend. Deze zijn echter louter indicatief want dit moet ter plaatse toch worden heropgemeten. De tekening bevat nog een preparatievat. Zoals eerder vermeld is dit weggevallen. Volgens de tekening zijn er slechts drie buffertanks, dit zijn er ondertussen vier geworden.

Figuur 14: Overzicht constructie

Figuur 15: Detail onderkant

3.2 Solid Works Tijdens de eerste twee jaar in de opleiding wordt gewerkt met het tekenpakket van Autocad. Bij het overschakelen naar Solid Works moest een bocht van 180 graden worden gemaakt. Zo wordt niet langer een afstand uitgezet, maar eerst de vorm en daarna de afmetingen. Het was bijgevolg heel interessant om tijdens de vakantie, voorafgaand aan dit project om eens een basiscursus in verband met Solid Works door te nemen. Solid Works is meer dan een tekenpakket alleen. Dankzij een aantal uitbreidingen kan een machine bewegen. Zo worden knelpunten onmiddellijk duidelijk. Er bestaat eveneens een

3 Grafisch ontwerp

21

module die sterkteberekeningen doet. Zo kan nog voor het geheel gebouwd is gezien worden waar de zwakke plekken zich bevinden en waar de grootste spanning op komt.

3.2.1 3 pijlers Het is niet de bedoeling om hier een cursus van wal te steken omtrent Solid Works. Wel zullen er een aantal zaken uitgelegd worden zodat iemand die nog niks van het programma afweet, de tekeningen zou kunnen maken. Wanneer er wordt gedrukt op nieuw, verschijnen meteen de drie grote peilers binnen Solid Works. 1. Stukken; 2. Samenstellingen; 3. Tekeningen. Zoals te verwachten is het eerste deel bedoeld om stukken te gaan tekenen. Dit kan gaan van een tafelpoot tot een gegoten motorblok. Binnen het tweede deel kunnen samengestelde tekeningen worden gemaakt. Zo kunnen verschillende stukken worden samengevoegd tot een geheel. Stel, er wordt een tafelblad en één poot getekend, dan kan met deze 2 stukken een tafel worden gemaakt binnen de assemblageomgeving. Binnen de omgeving blijft het mogelijk om de stukken te bewerken. In het geval van de tafel kunnen de gaten worden toegevoegd voor de schroeven. Het is ook mogelijk om meteen de volledige tafel te tekenen in één stuk, maar dan zal dit een stuk inefficiënter zijn om hiervan stuklijsten te maken. Na het ontwerpen wordt er over gegaan naar het laatste grote deel. Hier wordt het ontwerp op papier geplaatst in deeltekeningen.

Figuur 16: Nieuw onderdeel

3 Grafisch ontwerp

22

3.2.2 Bibliotheken Een voordeel aan dit programma is dat er al een aantal profielen in zitten. Zo kan eenvoudig weg vanaf een lijn een profiel worden gemaakt. Helaas worden niet alle profielen mee geïnstalleerd bij het installeren van het programma. Om toch volledige bibliotheken te hebben, moeten die achteraf worden toegevoegd. De bibliotheken zijn te vinden in een menu aan de rechterkant via het tweede icoontje. Vervolgens moet de map “Weldments” worden geopend. Hierin bevindt zich een overzicht van alle beschikbare bibliotheken. De meest interessantste om te nemen zijn: “Ansi Inch”, “DIN” en “ISO”. Binnen “Ansi Inch” zijn alle leidingen terug te vinden in de duimse maten. “DIN” bevat onder andere alle I-profielen en binnen ISO zijn nog een aantal andere profielen te vinden.

Figuur 17: Extra profielen

Door de Ctrl-toets in te drukken en te klikken op een bibliotheek, kan het archief ergens op de computer worden opgeslaan. Dit is zoals te verwachten nog niet voldoende. Dit archief moet nog uitgepakt worden binnen de programmamap op een zeer specifieke plaats. Als het programma op de standaard plaats is geïnstalleerd, is deze map te vinden op: “C:\Program Files\SolidWorks\data\weldment profiles”. Eenmaal uitgepakt zijn alle profielen binnen deze bibliotheek zichtbaar. Indien er een speciaal profiel gewenst is dat niet gestandaardiseerd is, kan dit getekend worden binnen de omgeving voor stukken. Daarna wordt het opgeslaan met extensie: “*.SLDLFP” in deze map.

3.2.3 Een stuk tekenen Nadat de initiële instellingen zijn gedaan, kan er uiteindelijk van start worden gegaan. Alles start vanaf het maken van een schets. Vanaf de schets kan dan in verschillende richtingen worden gegaan. Hetzij een plaat extruderen, een omwentelingslichaam of een profiel maken. Bij de eerste twee wordt vertrokken vanuit een 2D-schets, een profiel is een speciaal geval en moet gestart worden uit een 3D-schets. Binnen de schetsomgeving zijn alle tekentools beschikbaar. Zoals eerder al vermeld worden eerst de ruwe lijnen uitgezet, zeg maar de vorm 3 Grafisch ontwerp

23

en pas daarna komt de bemating erop. Dit kan eenvoudig via de “Smart dimension”-tool. Zolang een lijn blauw is, is er nog een vrijheidsgraad niet ingevuld. Dit kan een lengte, een hoek of een relatie zijn. Door twee elementen te selecteren, kan een gepaste relatie worden toegevoegd. Voorbeelden hiervan zijn evenwijdigheid, snijden, concentrisch, enzovoort. Eenmaal alle lijnen zwart zijn, wordt gesproken van een volledig gedefinieerde schets. Alvorens de schets te beëindigen kan nu de gewenste Featureoperatie worden gekozen. Indien er gekozen wordt voor extrusie, dan moet de gepaste lengte en richting worden ingesteld. Wordt er gekozen voor omwenteling, moet de gepaste omwentelingsas worden ingesteld en de rotatiehoek. Deze operaties kunnen echter ook uitgevoerd worden vanaf een 3D-schets, maar dan moet er nog een extra vlak worden ingesteld voor de extrusie. Er wordt nu even dieper ingegaan op een profiel maken. Een 3D-schets moet worden geopend. Het eenvoudigste is om een lijn vanuit de oorsprong evenwijdig te tekenen met een as. Door dan enkel nog de lengte erop te zetten, wordt een volledig gedefinieerde schets bekomen. Dit hoeft eigenlijk niet want stel dat de lengte afhangt van andere stukken, dan kan deze lengte later nog gedefinieerd worden binnen de samenstelling. Zo wordt een externe referentie bekomen. Het is belangrijk om in de oorsprong te beginnen. Dit zal het assembleren vereenvoudigen want een stuk wordt ingevoegd aan de oorsprong.

Figuur 18: Schets maken voor een profiel

3 Grafisch ontwerp

24

Een extra werkbalk die nog handig is, is de werkbalk “Weldments”. Door het derde icoontje (1 in figuur Figuur 19) te activeren (Stuctural member), kan van de lijn een profiel worden gemaakt. De schets moet hiervoor eerst worden bevestigd en dan krijgt het icoontje opnieuw kleur. Bevestigen kan met het vinkje in de rechterbovenhoek. Zonder de werkbalk kan een profiel ingevoegd worden via het menu “Insert/Weldments/Structural member…”. Hierbij dienen volgende acties te worden ondernomen: •

Duidt de lijn aan

•

Kies de standaard

•

Kies het type profiel

•

Kies de afmetingen

Op dit moment wordt het profiel in preview weergegeven op de tekening. Standaard wordt het profiel in zijn standaard aanknooppunt aan de lijn gehecht. Er is echter nog een mogelijkheid om het profiel anders op de lijn te zetten. Via “Locate profile” kan die positie worden gewijzigd. Door de hoek op de gewenste waarde in te stellen kan de gewenste positie worden bekomen. 1

Figuur 19: Aanknooppunt wijzigen

3 Grafisch ontwerp

25

Op deze manier worden alle profielen gemaakt om dan in een assemblage samen te voegen. Deze werkwijze is niet echt snel. Indien het ontwerp een indicatie vormt, kan er anders te werk worden gegaan. In plaats van één lijn te tekenen in de 3D-schets, wordt het draadmodel getekend van de constructie. Alle evenwijdige lijnen aan de eerst geselecteerde lijn kunnen binnen dezelfde stap mee omgevormd worden. Zo ook voor de lijnen die aanhechten aan de eerste lijn. Zo staat de constructie in zijn geheel als stuk, wat later minder praktisch is om stuktekeningen te maken. Bovendien wordt de constructie bij voorkeur gebout. Hiervoor moeten tal van tussenplaatjes geïntegreerd worden waarvoor de tweede methode niet echt geschikt is. Eenmaal de profielen gemaakt zijn, kunnen de overige stukken zoals voetplaten, boutplaatjes en steundriehoekjes gemaakt worden. Uit deze twee laatste stukken kunnen de steunhoeken worden vervaardigd. Dit gebeurt in een assemblagetekening.

3.2.4 Plaatwerk Solid Works bezit een extra tool die instaat voor plaatwerk. Het leuke eraan is dat het stuk direct in 3D wordt ontworpen. Achteraf is de ontvouwing slechts een paar klikken verwijderd. Om een plaatwerk te maken, moet er worden gestart met een basisplaat. Na het tekenen van de schets, kunnen een paar basisinstellingen worden gedaan naar plaatdikte en zo. Vervolgens kunnen de opstaande randen worden toegevoegd. Door de schets van de opstaande rand te wijzigen, kunnen allerlei exotische vormen worden bekomen waarvan dan achteraf de ontvouwing kan worden verkregen. Door het “Flat-Patern” zichtbaar te maken, worden alle plooilijnen zichtbaar. Dit kan nu op papier worden gezet om te laten laseren of iets dergelijk. Binnen dit project werd deze techniek gebruikt om het profiel van de trap te maken. Om de schuine rand te bekomen werd een driehoek negatief geëxtrudeerd wat het zaagproces nabootst.

3.2.5 Assemblage Er wordt hiervoor een tekenruimte geopend van het tweede type. In deze omgeving worden in principe geen lijnen meer getekend, al kan het wel door een stuk te bewerken. Indien de nodige stukken nog open staan, dan verschijnen ze meteen in het lijstje van mogelijk toe te voegen componenten. In het andere geval kunnen ze worden opgeroepen via de knop “Browse…”. 3 Grafisch ontwerp

26

Een handig weetje bij het invoegen is dat de oorsprong van het in te voegen stuk onmiddellijk kan worden samengelegd met de oorsprong van de tekening. Hiervoor moet de oorsprong van de tekening zichtbaar worden gemaakt. Dit kan via het menu View/Origins aan te leggen. Van nu af aan gaat alles stukken eenvoudiger. Nadat alle stukken werden ingevoegd, moeten ze nu worden samengebracht. Dit gebeurt door relaties toe te voegen. De meest gebruikte zijn

Figuur 20: Oorsprong samenleggen

“Coincident” en “Parallel”. Na het aanklikken van bijvoorbeeld twee vlakken wordt onderstaand kadertje bekomen.

Figuur 21: Relaties

Met het vierde icoontje kan een zekere offset worden meegegeven aan evenwijdige vlakken. Soms zal de relatie verkeerd worden gelegd. De offset moet bijvoorbeeld in de andere richting of de vlakken moeten anders tegen elkaar. Door het zesde icoontje te gebruiken kan deze relatie worden omgedraaid zodat er toch een correct beeld wordt verkregen. Als de preview in orde is, kan er worden bevestigd met het vinkje. Met deze zaken in het achterhoofd en wat logisch redeneren, is het mogelijk om het grootste deel van het ontwerp te tekenen. Er rest enkel nog één zaak te verduidelijken, namelijk relaties leggen in een schets met andere stukken. Dit wordt hoofdzakelijk gebruikt bij het tekenen van de leidingen en leuningen. Alle andere onderdelen liggen zo goed als vast, uitgezonderd deze.

3.2.6 Externe relaties Solid Works heeft zijn eigenaardigheden. Zo kan een lijn worden getekend binnen de assemblageomgeving, maar kan er van die lijn geen profiel worden gemaakt. Profielen kunnen slechts binnen de omgeving voor stukken worden gemaakt. Daarom moet er een kleine omweg worden gemaakt om dit toch mogelijk te maken. Wat vast staat is dat een stuk kan aangepast worden binnen een assemblage. Binnen deze omgeving kan een nieuw stuk worden gemaakt of ingevoegd. Een profiel kan slechts worden 3 Grafisch ontwerp

27

gemaakt in een stuk. Meng al deze zaken even door elkaar en het antwoord komt tevoorschijn. Stel dat de leidingen moeten worden getekend. Maak dan een nieuw stuk aan. In principe hoeft er in het stuk niets te worden getekend. Keer dan terug naar de assemblageomgeving. Merk op, het stuk kon ook worden aangemaakt binnen de assemblageomgeving. Het is wel zo dat er dan minder controle is waar de oorsprong van het stuk komt. Bovendien moeten er dan nog allerhande relaties worden gelegd om tot een volledig gedefinieerde samenstelling te komen. Voeg nu het stuk in op de oorsprong. Op die manier ligt de oriëntering al direct vast en moeten er geen relaties meer worden gelegd. Selecteer vervolgens het stuk in de meest linkse kolom (Feature manager design tree). Bewerk het stuk door ofwel via het rechtermuis menu te klikken op “Edit component” of in de menubalk te klikken op het juiste icoon. In de Feature manager kleurt het stuk blauw. Nu kan worden gestart met het aanmaken van een 3Dschets. Bij het definiëren van de lijnen kunnen nu vlakken gebruikt worden uit andere stukken. Deze werkwijze kan nu worden doorgetrokken om de gaten voor de leuningen op de profielen aan te brengen. Binnen de assemblage kan nu via de “Hole-wizard” de gaten aangebracht worden concentrisch met die van de voetsteunen. Het gewenste profiel wordt geselecteerd. Er wordt gedrukt op “Edit component” en de gaten worden aangebracht.

3.2.7 Stuktekeningen Als het ontwerp volledig getekend is, kan het op papier worden gezet. De samenstelling wordt nu gelaten voor wat het is en er wordt weer volop geconcentreerd op de stukken. Indien de constructie werd samengesteld uit verschillende stukken, kan daar nu voordeel uit worden gehaald. Er wordt nu geschakeld naar de derde tekenomgeving. Er wordt bij voorkeur gewerkt op een liggend A3 formaat. De reden hiervoor is dat het tekenkader voldoende leesbaar is, zonder dat het het tekenblad gaat overheersen. Opnieuw bestaan er twee methoden om een stuk in te voegen. Er kan worden gekozen om een aanzicht te plaatsen en van daaruit de overige projecties te plaatsen. Aan de andere kant kunnen ook meteen alle aanzichten worden ingevoegd. Beide oplossingen zijn goed. Als de aanzichten gekozen zijn zodat elk onderdeel mooi zichtbaar is, kan de bemating er worden opgezet. Hiervoor worden de aanzichten het best weergegeven in de “Verborgen lijnen verwijderd” modus. Er kan opnieuw worden gewerkt met de “Smart dimension” tool 3 Grafisch ontwerp

28

voor de gaten, maar voor de lengtematen krijgt een ander systeem de voorkeur. Binnen het bedrijf willen ze een meter naast het stuk kunnen leggen om de plaatsaanduidingen plaatsaanduidingen op het stuk te kunnen aanduiden. Een ideale tool hiervoor is de ordinaat. Deze tool is te vinden via de dimensions werkbalk of via het menu “Tools/Dimensions”. Nadat een nulpunt werd gekozen, kan nu elk punt zijn afmeting krijgen tot dat nulpunt nulpunt volgens een bepaalde as. Onderstaande figuur geeft een voorbeeld weer waar deze tool wordt gebruikt.

Figuur 22: Ordinaten

Sommige stukken zijn vrij lang. Om ze toch op het blad te krijgen, zou de schaal kunnen worden aangepast.. Hierdoor zou echter elk detail verdwijnen. Dit is zeker niet gewenst aangezien deze papieren naar de werkplaats gaan om de constructie te maken. Om deze situatie te vermijden, zou van elk belangrijk detail een zoom kunnen worden genomen. Soms is dit ook geen oplossing want het zou wel eens kunnen gebeuren dat de tekening vol vergrotingen staat. De elegantste oplossing is die waar er niet moet worden geraakt aan de schaal. Daarvoor bestaat er een tool die het mogelijk maakt om gebroken zichten te maken.

3 Grafisch ontwerp

29

Onbelangrijke belangrijke delen van het stuk worden weggeknipt en enkel de belangrijke overgangen worden weergegeven. Onderstaand stuk is hiervan een mooi voorbeeld.

Figuur 23: Gebroken zicht

Als alle onderdelen op papier staan, moet de samenhang nog worden verduidelijkt. Net zoals een stuk, kan een assemblage worden ingevoegd. Als hier extra gaten moeten in komen is het opnieuw belangrijk om deze plaatsten goed te kunnen definiëren, maar moet het ook duidelijk zijn welk stuk waar nodig is. Dit kan gebeuren via annotaties en de stuklijst (Bill Of Material). Een B.O.M. is snel in te voegen. Wanneer het ankerpunt goed ingesteld is in het bladformaat, dan kan de tabel eenvoudig ingevoerd worden uit het menu “Insert/Tables” en dann kiezen voor Bill Of Materials. Volgende zaken moeten dan nog gebeuren: •

Kiezen van een zicht. Zo weet het programma welke stukken er zijn betrokken; betrokken

•

Instellen van het ankerpunt. Door het vinkje aan te zetten, zal de tabel meteen me op de ingestelde plaats worden ingevoegd;

•

Het type.

3 Grafisch ontwerp

30

Er zijn drie soorten stuklijsten. Er kan worden gekozen om enkel de bovenste laag weer te geven. Als er een samenstelling in het geheel zit, dan zal deze samenstelling als geheel worden aanzien. Wordt er gekozen voor enkel de stukken te vermelden, dan zullen alle stukken een nummer krijgen, ongeacht eventuele samenstellingen in de tekening. In de laatste optie wordt een combinatie gemaakt van de twee vorige. Wanneer de ballonnen ingevoegd worden, dan komt de nummering automatisch overeen met de nummering van de B.O.M. Deze ballonnen kunnen door het programma geplaatst worden (“AutoBalloon”), of die kunnen handmatig gezet worden (“Balloon”). Als er niet veel zijn, dan is het gemakkelijker om ze zelf te zetten want bij de automatische generatie wijzen de ballonnen niet altijd heel duidelijk het gewenste stuk aan.

Figuur 24: Annotatie en B.O.M.

3 Grafisch ontwerp

31

4 Visualisatie Tegenwoordig heeft elk proces zijn eigen visualisatie. Bij dit project is dit niet verschillend. Hier is echter de luxe dat er al een heel deel wordt gevisualiseerd. Enkel de visualisatie voor het casingstation komt erbij. In combinatie met een aantal knoppen onder het scherm, is alles te regelen via het scherm. In het huidig systeem zit een GP 2600 paneel van Pro-Face. Aangezien het casingstation een uitbreiding is op de productielijn, moeten alle extra schermen hierop komen. Pas toen het moment eraan was gekomen om een extra paneel aan te schaffen, bleek er veel recentere technologieën ter beschikking te zijn die veel meer kunnen. Een belangrijk verschil is dat een tank als een tank kan worden weergegeven en niet als een rechthoekje. Bijkomend is er de mogelijkheid om een leidingsysteem een kleurtje te geven als er stroming in zit. Bovendien is de nieuwere software veel gebruiksvriendelijker dan de oude. Toch zijn er voldoende redenen om de visualisatie te maken in de oude software. Zo blijft het casingstation vanaf de grond bestuurbaar. Programma’s in de nieuwe software geschreven, kunnen niet worden over gebracht naar een oud paneel. Wel bestaat er een procedure om visualisaties geschreven in oude software te converteren naar de nieuwe. Op die manier kan een nieuw paneel worden geïnstalleerd op het station en kan het oude blijven zitten aan de productielijn.

4.1 Schermen Elk scherm bestaat uit drie zones. Een eerste zone is de titelbalk. Hierin staat onder andere de titel en de graad van machtigingen. In het huidig systeem zit namelijk een paswoord systeem verwerkt waardoor een arbeider niet per ongeluk belangrijke informatie kan veranderen. Naast verdere informatie zit er een verborgen knop waarmee de taal kan worden ingesteld. Een tweede zone is niet te zien op de schermafdrukken. Deze zone wordt pas actief wanneer het paneel is gekoppeld met een PLC. Het gaat hier over een menubalk waarmee verschillende schermen kunnen worden opgeroepen. In het vernieuwde systeem zullen er drie verschillende lijnen zijn. Eén ervan is bestemd voor het casingstation. Tot slot is er nog het werkveld, waar alle data in kan worden gepresenteerd.

4 Visualisatie

32

4.1.1 Overzichtsscherm Om het proces te kunnen overzien, is er een algemeen scherm voorzien waar alle belangrijke parameters op af te lezen zijn. Figuur 25 geeft een beeld van wat er allemaal op te zien is. Deze weergave is niet volledig aangezien sommige functies pas actief worden wanneer er een verbinding is met de PLC. Naast digitale tankinformatie is er ook een balkje binnen elke tankweergave die een snelle indruk geeft over de inhoud. Op dit scherm worden drie zones afgebakend door middel van een rood kader. Dit is telkens het bereik van een detailscherm. Deze detailschermen gaan dieper in op het functioneel gedeelte en bevatten onder meer de kleppen.

Figuur 25: Overzichtsscherm

4.1.2 Detailschermen Op deze schermen is alles voorzien om het proces nauwgezet te kunnen volgen. Zo is de toestand van elke klep of pomp zichtbaar. Er wordt ook diagnoseinformatie voorzien. Zo wordt de toestand van de debietmeter nog eens herhaald en wordt er bijvoorbeeld weergegeven hoeveel pulsen er nog moeten worden gegeven naar de doseerpomp. Op het eerste en derde scherm is er nog de mogelijkheid om een toetsenbord op te roepen. Indien er wordt gewerkt in handmatige modus, dan is er via deze borden de mogelijkheid om pompen motorsnelheden vlot in te stellen. 4 Visualisatie

33

Figuur 26: Detailscherm 1


4 Visualisatie

34


4.1.3 Parameters Op het scherm “Parameters” kunnen alle automatische parameters worden ingesteld. Ook hier is dus een toetsenbord nodig om alles te kunnen instellen. Dit is welliswaar iets specialer dan de vorige. Hier is het belangrijk dat niet gelijk wie deze parameters kan aanpassen. Daarom wordt er een controle gedaan of de gebruiker al dan niet een beheerder is. De vraag kan nu worden gesteld of dit scherm niet moet worden verborgen voor de gewone gebruiker. Zoals te zien zijn er een viertal knoppen waarmee de arbeider in staat is om een container te vervangen. Het scherm moet dus toegankelijk blijven maar de data niet. Verder is er oog voor begrijpbaarheid. Zo is er een duidelijk begeleidend figuurtje bij de warmwater- en pompinstellingen. Hoewel dit scherm bedoeld is om informatie op te nemen, is het ook mogelijk om een klein proces aan te sturen. Dit is eigenlijk niet zo erg want dit proces is bedoeld voor de mechanicien die de installatie in gebruik neemt. Bij het in gebruik nemen van een doseerpomp, moeten er nog enkele parameters worden ingesteld. Dit zal proefondervindelijk worden geoptimaliseerd. Hiervoor moet het mogelijk zijn om een bepaalde doseerpomp een aantal pulsen te geven. Na het opmeten van het afgegeven volume, kunnen de parameters voor desbetreffende doseerpomp nauwkeurig worden ingegeven.

4 Visualisatie

35

Figuur 29: Parameterscherm

4.1.4 Beheer Met dit scherm kan een arbeider het dagelijks beheer doen van de installatie. Enkel voor het vervangen van een container moet er worden veranderd van scherm. Elke functie zit mooi ingekapseld binnen een kadertje voor maximale begrijpbaarheid. Wanneer een dagplan is ingegeven aan de productielijn, dan verschijnt deze lijst binnen het kader van “Vullijst”. Wanneer er nu op start wordt gedrukt van het vulproces, dan zal deze lijst mooi worden afgewerkt. Als de arbeider iets moet doen na het vullen van de huidige buffertank, dan moet de oranje stopknop worden ingedrukt. Deze zal ervoor zorgen dat er niet automatisch opnieuw een vulproces wordt gestart. Nu kan een bepaalde buffertank extra water krijgen, of kan een bepaald deel van de installatie worden gereinigd. Wanneer er opnieuw op start wordt gedrukt, zal na het beëindigen van het lopende proces het vullen opnieuw starten. Als er onmiddellijk moet worden gestopt, stel dat een buis lek, dan dient de rode stopknop worden gehanteerd. Deze knop brengt een directe stop teweeg zonder dat het proces verloren gaat. Stel dat er een plotse wijziging komt in de planning van het productieproces, dan kan via de annuleerknop alles worden gereset. Dit is echter een gevaarlijke knop. Daarom moet hij binnen de seconde na het drukken op de Ctrl-toets worden bedient om enig effect te hebben. Dezelfde regel geld voor het reinigen. Ook hier moet eerste de Ctrl-toets worden ingedrukt alvorens een reinigingsproces wordt gestart. 4 Visualisatie

36

Figuur 30: Beheer processen casingstation

4.2 Achterliggende technologie Het paneel staat constant met de PLC in verbinding. Hetzij over MPI, Profibus of zelfs Ethernet. Hierbij gaat het alle data in een database stoppen. Via deze database kan dan uiteindelijk met de schermdata worden gewerkt in het PLC-programma. Elke knop of getal krijgt zo zijn eigen adres. Bij het ondernemen van een eerste poging om het nieuwe scherm te verbinden met een extra PLC, liep het fout. Het scherm bleef in de fout gaan. Een eerste groot verschil is dat het nieuwe scherm met de RS485 technologie werkt. Hierdoor moet een extra verbindingsstuk tussen het scherm en de MPI bus worden toegevoegd. Dit zorgt ervoor dat de signalen juist worden doorgestuurd. Daarnaast ontstond een tweede probleem. De extra PLC is niet even krachtig als diegene in het productieproces. Hierdoor kan niet elke blok worden ingeladen. Het gevolg hiervan was dat enkel de datablokken werden ingeladen. Ook deze informatie kon de PLC niet aan want het geheugen was te beperkt. Wanneer het scherm datablokken nodig heeft die de PLC nog niet bezit, dan ontstaan problemen. Pas toen alle nodige blokken waren gedownload, werd een geslaagde verbinding tot stand gebracht tussen PLC en scherm.

4 Visualisatie

37

4.3 Besturingselementen 4.3.1 Knoppen Binnen de oude software bestaan 4 verschillende soorten knoppen. Alvorens een knop wordt aangemaakt, moet het dus al duidelijk zijn wat de knop moet doen. Binnen de nieuwe software wordt daarentegen eerst gekozen voor een knop en kan er dan bij de instellingen een functionaliteit worden gekozen. Een eerste type knop is de functieknop. Met deze knop zijn tal van mogelijkheden mogelijk, maar de belangrijkste is het veranderen van scherm. Zo kan bijvoorbeeld met het drukken van de knop met opschrift “Deel 2” worden gesprongen naar het tweede detailscherm. Het tweede type knop is de “Bit switch”. Zoals de naam al laat vermoeden wordt een ingestelde bit hiermee aangepast. Er zijn hiervoor verschillende mogelijkheden. Er moet een keuze worden gemaakt als de knop moet worden gemonitord of niet. Als dit zo is, dan kan een verschillend kleurenschema worden opgegeven wanneer de bit al dan niet hoog is. Naast deze keuze moet het type verandering worden gekozen. Er zijn vier mogelijkheden. Bij de eerste optie wordt een bit telkens er gedrukt wordt, hoog gemaakt. De tweede optie maakt de desbetreffende bit bij elke druk steeds laag. Optie drie is een speciale. Bij deze optie wordt de bit hoog zolang er gedrukt wordt op de toets. Dit levert echter problemen op bij het gebruiken van de nieuwe schermen. Hier kan slechts één handeling tegelijk plaatsvinden. Via een timer kan dit worden verholpen. Als laatste wordt de mogelijkheid gegeven om de bit te inverteren. Met andere woorden zal bij elke druk de logische toestand van de knop omwisselen. Binnen de schermen voor het casingstation worden vooral optie 1 en 4 gebruikt. De derde optie zou ideaal zijn voor de Ctrl-toets.

4.3.2 Vensters Vensters zijn speciale elementen. In het algemeen zijn ze een bundeling van elementen met een bepaalde functie. Een paar voorbeelden zijn de toetsenborden en de menubalk. In het geval van een toetsenbord, wordt het venster meestal vergezeld van een knop. Wanneer de minst beduidende bit (LSB) hoog is, zal het venster worden weergegeven.

4 Visualisatie

38

4.3.3 Weergave data Om data weer te geven, zijn verschillende tags nodig. Een eerste vorm is het weergeven van vaste tekst. Hiervoor wordt een label gebruikt. Binnen de labels zijn meerdere mogelijkheden. Indien er woorden in voor komen, dan wordt best gebruik gemaakt van de teksttabel. In deze tabel kunnen woorden worden opgeslagen. Dit is een genummerde lijst voor elke taal. Zo kan vlot worden gewerkt met meerdere talen. Gaat het echter om een eenheid of een getal, bijvoorbeeld m van meter, dan kan via de directe methode worden gewerkt. Over het algemeen is het ook wenselijk om gegevens te kunnen invoeren op het scherm. Als dit cijfers zijn, kan dit gebeuren via de K-tag. Deze tag wordt gelinkt aan een toetsenbord. Wanneer het toetsenbord actief is, wordt de tag getriggerd met diezelfde LSB. Het actieve tekstvak wordt geselecteerd weergegeven en de data kan worden ingegeven. Om gegevens vanaf de PLC weer te geven, wordt opnieuw het onderscheid gemaakt tussen numerieke waarden en tekst. Numerieke waarden worden weergegeven met een E-tag, tekst met een S-tag. Aan deze tags zijn nog een aantal eigenaardigheden. Zo kan een numerieke waarde ook kommagetallen bevatten. Toch kunnen deze waarden worden opgevat als gehele getallen. Als de PLC 10,5 wil weergeven, dan moet hij 105 sturen als er één getal na de komma is ingesteld. Ook bij tekst is er een aandachtspunt. Hier wordt een byteadres aangegeven. Wanneer er wordt gewerkt met strings, moet de aangeduide byte een karakter zijn. Bij de stringstructuur is dit niet de eerste byte, maar de derde. De eerste twee worden gebruikt voor lengtebepaling.

4.3.4 Weergave kleppen/motoren/pompen Dit zijn speciale elementen. Bij de opmaak van het scherm, wordt het middelpunt gezet van het element. Wanneer de visualisatie actief is, wordt het correcte beeld met zijn middelpunt in dit gemarkeerde punt gezet. Afhankelijk van het aantal mogelijke toestanden, zijn er een aantal visualisatiebits vereist. Bij de elementen in deze visualisatie volstaan twee bits. Er is de toestand waarin het element niet werkt, een werkende toestand en wanneer een fout zich heeft voor gedaan. De drieweg klep krijgt er nog een extra actieve toestand bij.

4 Visualisatie

39

5 Sturing Nu alles klaar is, moet het geheel uiteindelijk nog worden bestuurd. Dit gebeurt door de huidige S7-400 PLC. De hardware-configuratie moet worden uitgebreid. Heel wat nieuwe signalen moeten een plaats krijgen en dit kan niet binnen de resterende plaatsten. Deze signalen zijn niet alleen van elektrische aard, maar ook pneumatisch. Op de automatiseringsbeurs in Nüremberg was het bedrijf Bürkert aanwezig. Zij zijn nogal bedreven op vlak van kleppen. Daar was een opstelling te zien waarbij een decentraal I/O eiland rechtstreeks gekoppeld is met een pneumatische kleppenregeling. Dit idee wordt overgebracht naar het project. Het casingstation krijgt zijn eigen elektrische kast. Het ventieleiland wordt aangesloten op de veldbus en een decentraal I/O eiland maakt de verbinding met de elektrische signalen. Vervolgens gaat de veldbus naar de PLC. Op deze manier kunnen heel wat kabels korter worden uitgevoerd. Enkel de drives zullen worden gemonteerd in de bestaande schakelkast. Het programma wordt gemaakt in samenspraak met de maker van de productielijn. Na afloop van het project krijgt hij opnieuw alles in handen en het is dus belangrijk dat hij alles begrijpt. Gezien deze persoon niet nederlandstalig is, wordt alle commentaar voorzien in het engels.

5.1 Algemene stuctuur Het programma is te zien als een deelprogramma binnen het bestaande. Door middel van één functie op te roepen (FC 220), wordt de hele cyclus in werking gezet. De algemene stuctuur van deze functieblok is terug te vinden in bijlage 4 op pagina XII. Het programma wordt geschreven alvorens er een hardware-configuratie is. Daarom wordt er zo veel mogelijk hardware-onafhankelijk gewerkt. Hiervoor wordt aan het begin van het programma een functieblok opgeroepen waar dan achteraf alle ingangen aan gekoppeld worden. Op het einde van het programma wordt een gelijkaardige oproep gedaan maar dan voor de outputs. Daartussen wordt het proces afgehandeld. Eerst worden een aantal initiële controles en instellingen gedaan. Dan wordt, afhankelijk van de instelling van de Hand/Auto-schakelaar, de functie voor handmatige bediening opgeroepen. In het programma zijn een aantal functies die manueel kunnen worden gestart, maar voor de rest volledig automatisch verlopen. Deze functie komen na het eventuele manueel proces. Dit is bijvoorbeeld extra water toevoegen. 5 Sturing

40

Vervolgens is het de beurt aan de functies voor automatische modus. Tot slot worden de regelprocessen uitgevoerd alvorens alles in gereedheid wordt gebracht om alles naar de uitgangen te sturen. Alle type structuren krijgen eveneens een bereik van functies. Zo krijgt elke functie, bijvoorbeeld nodig voor het vullen, een nummer van 230 tot en met 239.

5.2 Functies 5.2.1 FC 220: Algemene besturing Zoals in vorig hoofdstukje al half omschreven werd, is dit de cyclische blok die het proces regelt. De verschillende deeltaken worden zorgvuldig verdeeld onder een aantal netwerken. Op die manier wordt stap voor stap elke verantwoordelijkheid afgebouwd en terug verdeeld over andere netwerken tot uiteindelijk een aantal basisfuncties het geheel afwerken. In deze functie wordt beslist of een deelfunctie mag worden uitgevoerd. Deze controle zou ook kunnen gebeuren bij aanvang van de functie zelf. Door vooraf te controleren, kan een beter overzicht worden bewaard over de voorwaarden. De stuctuur van deze blok is terug te vinden in bijlage 4 op pagina XII.

5.2.2 Besturingsblokken Onder deze ruime noemer, vallen alle blokken die niet rechtstreeks iets te maken hebben met een functionaliteit. Deze blokken hebben een nummer tussen 220 en 230. Ze bevatten onder andere de blokken die de actoren, de regelaar en controleblokken aansturen. Binnen deze blokken worden soms eigenaardige structuren gebruikt om tot het gewenste resultaat te komen. In wat volgt worden deze structuren toegelicht. 5.2.2.1 Bolkleppen (FC 221) Opdat een uitgang niet zou kunnen worden overschreven doorheen het programma, wordt de uitgang slechts op één plaats gewijzigd. Afhankelijk of er in de manuele of automatische modus wordt gewerkt, wordt de respectievelijke uitgang gevolgd. Dit systeem wordt voor elke klep herhaald.

5 Sturing

41

A A O A A =

"OUT_Man".Valve[1] "Memory".MANUAL "OUT_Auto".Valve[1] "Memory".AUTO "OUT".Valve[1]

Er zit één speciale klep in. De klep (V2) is een drieweg klep en heeft perslucht op de derde weg. Langs deze weg kan de leiding naar de buffertanks worden leeg geblazen. Opdat er niet constant perslucht zou worden doorgeblazen, moet deze klep na een bepaalde tijd terugvallen. In elke functie kan dit nu worden afgehandeld met een timer, maar daardoor zouden er veel timers nodig zijn voor dezelfde klep. Eleganter is dus om dit te verhandelen in één functie en dan een terugval bit te zetten in het geheugen. Volgende structuur wordt bekomen. A R R

"T 130" "OUT_Auto".Valve[2] "OUT_Man".Valve[2]

A A O A A =

"OUT_Man".Valve[2] "Memory".MANUAL

A FN =

"OUT".Valve[2] "M141.4" "Memory".Valve2_closing

A L SD

"OUT".Valve[2] "Memory".Time_emptypipe "T 130"

"OUT_Auto".Valve[2] "Memory".AUTO "OUT".Valve[2]

Wanneer de uitgang hoog wordt, wordt een timer gestart. Om deze uitgang hoog te maken, wordt gebruik gemaakt van voorgaande structuur. Als de timer afloopt, wordt de uitgang in de deeldatabases laag gemaakt. Hierdoor zal de volgende cyclus de uitgang niet automatisch terug hoog worden. Deze negatieve flank wordt opgenomen in een andere geheugenbit. Hier geldt opnieuw hetzelfde argument dat anders heel veel merkers zouden worden opgeslopt als de negatieve flank door de functie zelf zou moeten worden opgemerkt.

5 Sturing

42

In een volgend stadium wordt nagegaan of een klep in de fout gaat. Dit is als de toestand van de klep niet overeenkomt met het terugmeldsignaal. Er wordt een overgangstijd van 2s toegelaten. Wordt deze overschreden, dan zal een bit hoog worden die een bericht zal zetten op het scherm dat een klep stuk is. De foutbit zal in de visualisatiefunctie ervoor zorgen dat de kapotte klep zal knipperen op het scherm. A A O AN AN L SD A S

"IN".Backsignal_Valve[1] "OUT".Valve[1] "IN".Backsignal_Valve[1] "OUT".Valve[1] S5T#2S "T 140" "T 140" "ERROR".Error_V[1]

5.2.2.2 Doseerpompen (FC 222) De doseerpompen zijn een speciaal geval. De speciale uitvoering zorgt ervoor dat het standaard motorblok niet kan worden gebruikt. De algemene structuur van de blok ziet er als volgt uit:

5 Sturing

43

Net zoals bij motoren wordt eerst en vooral nagegaan of de pomp mag pompen. Tegelijk wordt elke terugmeldpuls geteld. Deze blok gaat geen pulsen instellen, enkel maken. Daarom wordt enkel de controle gedaan of er nog pulsen moeten worden gegenereerd. Dit gebeurt in een volgend netwerk. Alvorens de uitgangen worden klaar gezet, wordt nagegaan of alle pulsen zijn gegeven. Deze methode wordt hieronder voor de eerste doseerpomp weergegeven. L L /I T L L -I T L L ==I AN A =

"C 21" "Flavors".Factor_Flavour1 #TMP_VAL "C 11" #TMP_VAL "Visualisation casing".Pulses_left_D1 "Visualisation casing".Pulses_left_D1 0 "M 172.0" "Memory".D[1] "Memory".Ready_dosingpump1

Teller 21 bevat het aantal ontvangen pulsen van de doseerpomp. Deze waarde wordt gedeeld door de factor die kan worden ingesteld op de doseerpomp. Die waarde zit opgeslagen in een database voor de aroma’s. Ze kan worden aangepast op het scherm met de recepturen. De deling is een gehele deling. Enkel met het quotiënt wordt rekening gehouden. Vervolgens wordt deze waarde afgetrokken van het aantal gegeven pulsen naar deze pomp. Stel dat de pomp in de fout gaat en een nieuwe pomp moet de taak over nemen, dan weet de arbeider hoeveel pulsen de pomp nog moest geven. Deze waarde staat af te lezen op het tweede detailscherm. Als deze waarde nul is, zijn alle pulsen gepompt. Een zekere tijd (2 seconden) na het ontvangen van de laatste terugmeldpuls, is de pomp volledig klaar. Na deze controle wordt er overgegaan naar het produceren van pulsen. Er wordt gekozen om niet dezelfde pulsfrequentie te gebruiken in de handmatige modus. Onderstaande code maakt dit mogelijk. In een laatste stap worden de uitgangpulsen geteld in teller 11 voor doseerpomp 1.

5 Sturing

44

// Set output for automatic mode A "Memory".D[1] A "M198.1" = "OUT_Auto".Dosingpump[1] // Set output for manual mode A( O "Memory".D[1] O "Visualisation casing".T_tag_P[4] ) A "M198.5" = "OUT_Man".Dosingpump[1] // Set output A #Dpos_1 A( A "OUT_Auto".Dosingpump[1] A "Memory".AUTO O A "OUT_Man".Dosingpump[1] A "Memory".MANUAL ) = "OUT".Dosingpump[1] 5.2.2.3 Motoren Om de motoren aan te sturen, moet een functieblok worden gebruikt die door de ontwerper van de productielijn is gecreëerd. Deze blok (FC 208) zorgt ervoor dat bij opstart een geluidssignaal wordt geproduceerd. Wanneer er een fout optreedt, een signaallamp begint te knipperen. Vervolgens wordt een blok opgeroepen die voor de logische werking van de mixers zorgt. Tijdens het vulproces moet de mixer op volle snelheid draaien. Vanaf een zeker ingesteld niveau zullen de schroefbladen in de vloeistof komen en vanaf dan wordt de motor op volle snelheid bekrachtigd. Een zekere tijd na het vullen mag de mixer overschakelen naar een lagere snelheid. Dit om zowel energie als de motor te sparen. Na een tijdje wordt opnieuw overgeschakeld naar hoge snelheid om de casing opnieuw vollop door elkaar te mengen. Deze periodische cyclus wordt herhaald tot het niveau van de casing terug onder het kritieke nieveau komt. Van dan af aan heeft het geen zin meer om te mengen want de mixer draait dan terug in het ijle. De eerste merker bevat de informatie of de vloeistof het kritieke niveau heeft bereikt. Vervolgens start een taktpuls voor het afwisselend snel en traag mixen.

5 Sturing

45

A L SE

"M 128.7" S5T#30M "T 200"

A AN A L SD AN = AN CU

"M 128.7" "T 200" "M143.0" S5T#20M "T 201" "T 201" "M143.0" "M143.0" "C 30"

L L ==I R

2 "C 30"

A AN A = A AN AN =

"M 128.7" "T 200" "C 30" "OUT_Auto".MI_HI "M 128.7" "T 200" "C 30" "OUT_Auto".MI_LOW

A S R R R

"T 200" "OUT_Auto".MI_HI "OUT_Auto".MI_LOW "M143.0" "C 30"

"C 30"

Verder wordt een speciale eigenschap van een teller gebruikt. Als de waarde verschillend is van nul, dan is de logische toestand hoog. Daarenboven is er een flank nodig om een teller te verhogen. Deze eigenschappen worden hier handig gebruikt. Wanneer de waarde op twee zou komen, wordt de teller gereset. Afhankelijk van de teller en de voorwaarden, wordt de juiste uitgang hoog gemaakt. Tot slot zet de eerste timer alles in de beginpositie. Eenmaal de logica geprogrammeerd, kan er worden overgegaan naar de effectieve output. Dit gebeurt in een vast stramien. Eerst wordt nagegaan of de drive onder spanning staat. Vervolgens wordt een bit gezet die aangeeft of de mixer mag werken. Dan wordt nagegaan of 5 Sturing

46

de zekering en/of de veiligheidsschakelaar niet uit zijn. Als alle controles zijn gedaan, wordt er gekeken of er kan worden gestart. Hiervoor geldt als algemene voorwaarde dat het minimumniveau moet bereikt zijn. Vervolgens moet de motor worden gestart in een bepaalde snelheid afhankelijk van de geschakelde modus. Al deze signalen worden uiteindelijk ingegeven in het motorblok. Dit vertaalt zich in onderstaande code. // Power for VLT --> 125M1 AN "M 122.1" = "M 128.6" = "A 12.2" // Safety L "Visualisation casing".Min_Vol_Mixers L "Visualisation casing".Vol_Buffer1 <=I = "M 128.7" // Bereitschaft A "E 13.0" A I 21.2 AN "M 157.6" = "M 128.0" // Antrieb einschalten A "M 128.7" A( A "M 124.2" A "M 128.2" A( O "OUT_Auto".MI_LOW O "OUT_Auto".MI_HI ) O A "M 123.0" A( O "OUT_Man".MI_LOW O "OUT_Man".MI_HI ) ) = "M 128.1" In het motorblok zijn de onderlijnde gegevens de belangrijkste. De rest heeft meer te maken met opstart. Uiteraard moet de drive bekrachtigd zijn om te kunnen starten, net zoals alle beveiligingen uit moeten zijn. “Ein” is de uitgang van de drive. Als deze bit hoog wordt, zal de mixer beginnen te draaien. Omdat er twee visualisaties zijn per motor, kunnen de visualisatiebits hier niet rechtstreeks worden weggeschreven. Via het lokale geheugen 5 Sturing

47

Worden de toestanden afgevraagd om uiteindelijk de gepaste visualisatiebit te kunnen zetten. Tot slot worden de fouten afgehandeld. // Motorbaustein CALL "Motor1" Reset :="M 125.1" Start :="M 125.0" Bereit :="M 128.0" Einbefehl:="M 128.1" Ein :="OUT".M1 Visu1 :=L0.0 Visu2 :=L0.1 VSP :="M 128.2" STSP :="M 170.2" KSP :="M 128.3" A( O "OUT_Man".MI_LOW O "OUT_Auto".MI_LOW ) A L 0.0 = "Visualisation casing".Vis_Motors[9] A( O "OUT_Man".MI_LOW O "OUT_Auto".MI_LOW ) A L 0.1 = "Visualisation casing".Vis_Motors[10] A( O O ) A = A( O O ) A =

5 Sturing

"OUT_Man".MI_HI "OUT_Auto".MI_HI L 0.0 "Visualisation casing".Vis_Motors[11] "OUT_Man".MI_HI "OUT_Auto".MI_HI L 0.1 "Visualisation casing".Vis_Motors[12]

48

5.2.2.4 Aan/uit regelaar In eerste instantie wordt aan een PID regelaar gedacht voor de warm water regeling. Een proportioneel ventiel zou dan de stoomtoevoer kunnen regelen. De vraag moet echter worden gesteld of deze temperatuur echt wel zo perfect moet zijn. Het antwoord is hierop vrij kort: Nee. Uiteindelijk zal het water in de leiding afkoelen. Dit is onvermijdelijk. Aan het proces wordt dus sowieso eerst koud water toegevoegd. Na verloop van tijd komt dan het warme water eraan. Als dit water nu een paar graden meer of minder heeft, zal het verschil niet meer maken. In het functieblok worden eerst de uiterste waarden berekend. Wanneer de opgemeten temperatuur onder de minimumwaarde zit, dan wordt de stoomklep open gezet. Als de temperatuur hoger wordt dan de maximale waarde, wordt de klep opnieuw gesloten. Vermoedelijk zal de reststoom een klein doorschot opleveren, maar dit zal vrij beperkt zijn. Als de “kraan” open staat, wordt er constant koud water toegevoegd waardoor dit doorschot snel zal verdwijnen. 5.2.2.5 Controleblokken Bij de niveaucontrole, wordt de toestand van elke tank geëvalueerd. Zo wordt telkens als een tank beneden het 10%-peil komt, een bericht gestuurd naar het scherm. Wanneer de tank volledig leeg is, wordt een nieuw bericht gegenereerd. Sommige tanks worden gevuld. Deze tanks dienen te worden beschermd tegen overlopen. Een andere functie bekijkt de knoppen van het visualisatiescherm. Deze blok zal bijvoorbeeld nagaan of het toetsenbord in het scherm voor parameters al dan niet mag worden weergegeven. Op de nieuwe schermen kunnen geen twee dingen tegelijk worden bediend. Deze blok zal ervoor zorgen dat de bediener één seconde heeft om na het drukken op de CTRL-toets, een beveiligde toets in te drukken. Verloopt deze tijd, dan zal het drukken op een beveiligde toets hier worden te niet gedaan. Verder moet bij het drukken van een bepaalde toets, de toestand van andere toetsen wijzigen. Al deze zaken worden nagekeken in deze functie. Soms zijn er speciale stukken code nodig na een bepaalde gebeurtenis. In het blok algemene instellingen, wordt bijvoorbeeld de code doorlopen als het vulproces wordt geannuleerd.

5 Sturing

49

5.2.3 Vullen Bij het uitvoeren van het vulproces, worden een zevental functies actief doorheen het proces. In eerste instantie wordt de algemene blok doorlopen (FC 230). De algemene structuur van deze blok is terug te vinden in bijlage 5 op p XIV. Aan het begin van het vulproces wordt alles in een begintoestand gebracht. Daarna wordt een geschikte tank gezocht. Hierbij wordt FC 237 actief. Eerst wordt de casingsoort uit het dagplan gefilterd. Daarna wordt deze naam vergeleken met de namen op de tanks. Als een tank leeg is met deze naam, wordt in deze tank gevuld. Wanneer geen enkele tank wordt gevonden, wordt een naamloze tank gezocht. Als dit voltooid is, dan komt er een bit terug die zegt of de selectie succesvol was samen met het tanknummer. Als het vulproces al enige tijd actief is, dan mag er geen nieuwe tank meer worden gezocht. Daarom wordt een bit terug laag gemaakt zodat het zoeken wordt overgeslaan. Het tanknummer is nu steeds nul. Met de gegevens uit FC 237 worden de kleppen boven de tank klaar gezet. Vanaf dit moment wordt de bit die het einde van het vulproces aangeeft laag gemaakt. Zo kan tijdens het vullen geen andere functie meer worden opgeroepen. Vervolgens wordt gezocht naar de te vullen stof (FC 231). Deze zoektocht moet worden overgedaan om zo veel mogelijk in een tank te vullen. Stel dat vijf keer dezelfde stof moet worden aangemaakt, dan zal dit worden verdeeld over twee buffers. Naast de naam wordt nu ook een factor teruggegeven waarmee elke hoeveelheid mee moet worden vermenigvuldigd. Als de factor gekend is, kan naar de ingrediënten worden gezocht (FC 232). Nu wordt de database voor mengelingen overlopen. Simultaan loopt het tweede adresregister mee zodat de positie in de ingrediëntendatabases goed staat. Na het vinden van de mengeling, wordt elke database geopend en wordt de waarde vermenigvuldigd met de factor. Deze waarde wordt weggeschreven op de eerste plaats. Daarna kan het te vullen volume worden berekend. Tot slot wordt de naam van de tank ingevuld. Nu alles klaar staat om te vullen, wordt eerst een controle gedaan of de containers voldoende vloeistof bevatten. Wanneer dit niet het geval is, dan moet eer een bericht verschijnen zodat de arbeider weet dat in de loop van het proces, een bepaalde container zal moeten worden

5 Sturing

50

vervangen. Dit zal een externe procedure in werking zetten die zal na gaan of de debietmeter niet vroegtijdig stil valt. Om deze blok af te sluiten, wordt afhankelijk van vorige bewerkingen het stapenplan voor het vullen in gang gezet (FC 233). Voor het stappenplan, worden de doseerpompen eerst ingesteld. Daarbij wordt de verpompte massa per puls berekend. Met deze waarde kan dan het aantal pulsen worden berekend. Vervolgens wordt stap voor stap elke container overlopen en de gepaste hoeveelheid casing verpompt. Omdat dit pompen voor elke container gelijk is, wordt dit stukje code verplaatst naar een apparte functie (FC 238). De klep van de container moet worden opgegeven en de te verpompen hoeveelheid. In deze blok worden de nodige kleppen gezet en de tweede pomp wordt op volle snelheid gestart. Dit blijft duren tot een ingestelde hoeveelheid nog moet worden verpompt. Vanaf dit moment wordt overgeschakeld naar een lage snelheid. Wanneer het gewenste volume verpompt is, worden de kleppen gesloten en de pomp gestopt. De waarden op de debietmeter worden op nul gezet en het eindsignaal wordt gegeven. Dit gaat zo verder tot alle soorten casing zijn verpompt. In de zesde stap wordt gewacht op de doseerpompen. Daarna kan de leiding worden doorspoeld met water en wordt meteen de gewenste hoeveelheid water naar de buffer verpompt. Ten slotte kan in de laatste stap alles terug in gereedheid worden gebracht voor een volgend proces. Eerst moet de leiding tussen debietmeter en buffertank worden geleegd. Hierin zit namelijk water die gemeten is door de debietmeter en zou anders een meetfout opleveren. Aan de hand van de stand van de kleppen, wordt bepaald welke tank werd gevuld. Deze tank kan nu worden gemarkeerd als vol. Vervolgens worden alle kleppen terug gesloten.

5.2.4 Reinigen Er zijn twee reinigprocessen. De ene wordt manueel gestart (FC 241), de andere wordt gestart vanuit de productielijn op het einde van de dag (FC 240). Bij dit proces worden nog twee extra blokken gebruikt. De ene gaat na of een tank moet worden gekuist, de andere gaat een buffer effectief reinigen.

5 Sturing

51

5.2.4.1 Manueel reinigen Tijdens het manueel reinigen hangt het er van af welke knop werd ingedrukt. Dit wordt pas in een tweede cyclus gecontroleerd als de einde cyclus bit werd laag gemaakt. Vervolgens wordt doorgesprongen tot de gedrukte toets wordt bereikt. Van hieruit wordt zolang de timer loopt de gepaste kleppen geopend zodat water de leidingen kan doorstromen. Na het aflopen van de pulstimer, worden alle kleppen terug gesloten en wordt de klep (V2) geopend zodat alle water na de debietmeter weg kan. Bij het sluiten van de klep wordt de knop ook uit gezet zodat de functie kan worden beëindigd. 5.2.4.2 Automatisch reinigen Bij het automatisch reinigen, is het iets eenvoudiger. Deze functie reinigd enkel de buffertanks. Dit gebeurt onder leiding van een stappensturing. Hierin wordt eerst nagegaan of het product die de tank bevatte, de volgende dag opnieuw moet worden aangemaakt (FC 243). Als dit zo is, dan volstaat het om de status van de tank op leeg te zetten en kan de naam blijven staan. Wanneer de casing niet meer moet worden gemaakt, moet de buffer volledig worden gespoeld. Bij het reinigen van de buffer, worden alle kleppen in een intitiële toestand geplaatst. Daarna zal op basis van de opgegeven tank de nodige kleppen opnieuw worden geopend. In een laatste blok wordt de timer gestart zodat gedurende een ingestelde tijd, water kan stromen doorheen de tank. In deze blok wordt de klep (V2) niet aangestuurd. Immers de leiding moet niet noodzakelijk geleegd worden na een spoelproces. Pas na het eventueel reinigen van de vierde tank, wordt de klep (V2) aangesturd. Tot slot wordt de leiding naar de DCC nog eens doorspoeld. Zo zijn alle restanten zeker weg.

5.2.5 Casing vrijgeven (FC 250) Een bit geeft de toestand aan van een order uit de productie. Bij een verandering wordt een bepaald stukje code uitgevoerd. Bij aanvang van het order, wordt eerst gecontroleerd of de gevraagde vloeistof dezelfde is dan de vorige. Als dit niet het geval is, dan moet de leiding tussen de buffers en de droogtrommel eerst worden gespoeld. Hierdoor komt zo weinig mogelijk foute casing op de tabak. Wanneer de timer afloopt, wordt gesprongen naar de afwerking van het onderdeel en kan worden overgagaan naar het volgende. Hierin wordt afgetoetst in welke tank de gevraagde mengeling zich bevindt. Als geen enkele tank de 5 Sturing

52

vloeistof in voldoende mate bevat, wordt een tijdsinterval gewacht om het daarna opnieuw te proberen. Wanneer een geschikte tank wordt gevonden, worden de gepaste kleppen geopend en wordt een vrijgave gegeven aan het productieproces. Bij afloop van het order wordt de gebruikte tank gecontroleerd op zijn volume.

5.3 Bemerkingen Het programma kan niet meteen in gebruik worden genomen. Het moet na afloop eerst uitvoerig worden bestudeerd op de logica. Het schrijven van deze tekst was hierbij een eerste aanzet. Zo kwamen al een aantal pijnpunten boven die nu tijdig kunnen worden recht gezet. Een programma is eigenlijk nooit echt af. Het programma doet nu wat het moet doen, maar een aantal zaken zijn voor verbetering vatbaar. Sommige structuren worden doorheen het programma in meerdere functies gebruikt. Door deze programmastukken in een apparte functie te steken, kan nog een reductie worden bekomen van de programmacode. Bij het uitbreiden van de constructie, is de programmacode voor een nieuwe tank vrij gelijkaardig aan de gelijkaardige tanks. De meeste zaken kunnen worden gekopiëerd en dan moet er enkel nog eens worden gekeken naar de kleppen. In praktijk moeten er nog eerst een paar testen gebeuren alvorens het programma volledig operationeel is. Deze testen kunnen op heden nog niet gebeuren. De ontwikkeling van de constructie neemt veel tijd in beslag die de mecaniciens niet hadden. Bovendien zou de constructie nog in behandeling moeten gaan. Ze is dan beter bestand tegen roest en kan er een laagje verf op komen. Deze behandeling wordt nu even aan de kant gezet zodat de programmacode toch even in de praktijk kan worden getest. Deze test zal doorgaan eind juni.

5 Sturing

53

6 Return on investment In dit hoofdstuk wordt er nog even gekeken naar wat de installatie het bedrijf eigenlijk opbrengt. Dit onderdeel van het productieproces was het enige dat echt nog manueel werd afgehandeld. Door het morsen tijdens het afwegen werd dit snel een vuile boel die niet gemakkelijk te kuisen was. Bovendien waren er steeds verliezen bij het veranderen van container. Enerzijds omdat er casing bleef zitten in de pomp, anderzijds omdat de container niet volledig kan worden leeggezogen. Door over te schakelen naar een nieuwe, geautomatiseerde installatie, worden deze verliezen beperkter. Het geheel wordt veel esthetischer en blijft flexibel. De installatie is ruim voorzien zodat er vlot kan worden uitgebreid, zonder grote werken te moeten verrichten. Ernaast is er nog plaats over om eventueel nog een stuk bij te plaatsen. Maar dit zijn nog maar de bijkomende voordelen. Een grote reden om dit project uit te voeren, is het overschakelen van de voornaamste casing van container naar bulk aanvoer. De reductie op de aankoopprijs is dermate drastisch om op langere termijn de installatie te laten opbrengen. De bijzonderste reden is een stijging in kwaliteit. Het begin van de tabak krijgt geen casing meer van de vorige tabak. De aangevoerde casing is warm en heeft een goede mixer. Dit zorgt ervoor dat alles goed wordt gemengd en nagenoeg geen vaste deeltjes meer bevat. Hierdoor zullen de sproeikoppen niet meer verstoppen of onvolledig rondspuiten. Samen met een goed voorverwarmde tabak, zal de casing beter in het tabaksblad dringen waardoor de rest van het productieproces minder afzetting zal ondervinden. Hoewel de terugbetaalperiode voor het bedrijf eigenlijk niet veel uitmaakte, wordt deze toch vrij aantrekkelijk. Mede dankzij de grote tank, kan op jaarbasis € 34 000 worden bespaard. De installatie zal ruwweg € 120 000 kosten. Dit betekent dat na 3,5 jaar de installatie kan worden afgeschreven en begint te renderen. Als grote nadeel heeft ze wel dat het waterverbruik enorm zal stijgen. Dit is echter niet zo’n groot probleem gezien het bedrijf aan het overstappen is op regenwater. In ons land kan dit zeker geen probleem vormen. Door het ontwerp zelf uit te voeren, krijgt Gryson nog een extraatje. Er wordt niet alleen een enorme reductie bekomen op de prijs van de installatie (de kostprijs werd gehalveerd), maar nu heeft het bedrijf ook alle kennis omtrent de installatie. Hierdoor zijn ze een stuk minder afhankelijk van externe firma’s om wijzigingen aan het proces aan te brengen.

6 Return on investment

54

7 Besluit Algemeen kan worden gesteld dat de doelstellingen behaald zijn. Bovendien zijn doorheen het project de vooropgestelde deadlines behaald. Hierbij is steeds de tijdsdruk merkelijk aanwezig waardoor de waarde van tijd heel duidelijk naar voor komt. Daarnaast wordt zichtbaar hoe snel fouten worden gemaakt onder druk. Na het verstrijken van de deadline, kan het desbetreffende onderdeel eens rustig worden herzien. In deze periode worden verrassend veel fouten opgemerkt en bijgestuurd. Als afstuderend ingenieur is het een unieke ervaring om de voorbereidingen zo zelfstandig mogelijk te maken. Dit wordt niet nadrukkelijk aangeleerd binnen de opleiding. Gelukkig is er een voorstudie aanwezig waarop kan worden gesteund. Het op punt zetten van het leidingschema is een zeer goede start geweest om deze voorbereidingen aan te pakken. Daarnaast moet vervolgens de beste technologie worden geselecteerd uit het ruime aanbod van technologieën. Het kiezen voor doseerpompen is hier een mooi voorbeeld van. Alle apparaten worden nauwkeurig geschikt zodat de beschikbare ruimte zo optimaal mogelijk wordt benut. Het aspect uitbreidbaarheid mag hier niet uit het oog worden verloren. De trap wordt aan de zijkant van de ruimte geplaatst zodat aan de andere kant alle mogelijkheden open blijven. Door collectoren groter dan nodig te maken, kunnen extra tanks vlot worden toegevoegd. Hiermee wordt rechtstreeks rekening gehouden in het programma en de visualisatie. Zo is er na een specifiek type (bijvoorbeeld kleppen) steeds geheugenruimte voorzien om extra variabelen in te voegen. Een logge, overgedimensioneerde constructie wordt vermeden door de twee delen hun eigen profiel te geven. De ruime merkenportefeuille maakt een flexibel systeem noodzakelijk. Elke tabaksoort heeft zijn eigen samengestelde mengeling. Het gebruik van vier buffertanks maakt het mogelijk om een volledige dagplanning te kunnen afwerken. Het systeem voorziet noodprocedures om een buffer vroegtijdig te reinigen zodat een tank kan worden hergebruikt voor een andere samenstelling. De tanks worden meteen ruim voorzien zodat casing kan worden gemaakt voor drie batches. Verder moet de arbeider nu enkel nog de vaten bijvullen die de installatie aanduidt. Zo blijft de installatie veel properder en ze is gemakkelijk te onderhouden. De visualisatie wordt gelijkaardig gemaakt aan de bestaande visualisatie. Toch krijgt de nieuwere technologie de voorkeur. Helaas zijn de twee types niet compatibel. Er wordt ervoor 7 Besluit

55

gekozen om de visualisatie af te maken binnen de oude software. Er bestaat een conversieprogramma om het programma probleemloos in de nieuwe versie om te zetten. Bovendien kan de installatie nog worden bediend vanuit de huidige visualisatie. De nieuwe technologie biedt wel een mooiere visualisatie, maar dan moeten alle schermen worden vervangen door de nieuwe versie. Dit is niet de bedoeling waardoor er een nieuw scherm wordt aangekocht voor het casingstation, maar zal werken met een visualisatie in de oude software. De software voor de ontwikkeling van de visualisatie, vraagt toch enige kennis om een aantal basisprocedures te kunnen uitwerken. Er bestaan bijvoorbeeld vier verschillende instanties om een knop aan te maken met elk hun eigen functionaliteit. De bijstand van de ontwikkelaar van het productieproces was hierbij een grote hulp. De voornaamste onderdelen werden uitgelegd zodat een goede visualisatie tot stand kon komen. Beperkingen in de software zorgen voor een basis visualisatie. Zo moet een tank worden voorgesteld door een rechthoekje om er tekst te kunnen in plaatsen. Uiteindelijk kan alle functionaliteit worden weergegeven in een zestal beelden. Een eerste beeld geeft een algemeen overzicht omtrent de toestand van de installatie. Hierin wordt elke tank weergegeven met zijn specifieke kenmerken. Verder wordt het leidingschema eenvoudig weergegeven. De uitlezing van de debietmeter wordt ook voorzien. De drie volgende schermen worden dan voorzien van alle details. Daarin wordt duidelijk weergegeven hoe de tanks met elkaar in verbinding staan. Meteen is ook alle diagnose informatie beschikbaar bij eventuele problemen. De actuele toestanden van kleppen en pompen zijn zichtbaar. De twee laatste schermen maken het mogelijk om de installatie in te stellen. Het ene scherm is bestemd voor de mecanicien die alle automatische parameters kan instellen, het andere is voor de arbeider die de processen kan beheersen. Het scherm communiceert rechtstreeks met de PLC waar het de data in een database stopt. Deze database is ruim voorzien zodat gemakkelijk variabelen kunnen worden toegevoegd. Het PLC programma is opgevat als deelprogramma. Eén functie oproepen maakt het mogelijk om het hele proces in gang te trekken. Verder wordt het verdeel en heers principe zo veel mogelijk toegepast. Elke functie lost zijn eigen, kleine verantwoordelijkheid op. Aan het nummer van de functie is de samenhang met het geheel zichtbaar. Zo is er een bereik voorzien speciaal voor visualisatie, hardware, vullen, reinigen en casing geven. Wanneer de constructie

7 Besluit

56

wordt uitgebreid, volstaat het in de meeste gevallen om een stap toe te voegen in de stappensturing. Door een vorige stap te kopiëren en aan te passen aan de nieuwe tank, is het programma opnieuw zo goed als in orde. Een duidelijke structuur maakt het mogelijk om gemakkelijk eenvoudige wijzigingen aan te brengen. Tot slot kan dit project als geslaagd worden beschouwd voor het bedrijf. Containers worden volledig benut en nieuwe tabak krijgt geen casing meer van de vorige tabak. De casing is nu beter gemengd en heeft een correctere temperatuur waardoor verstoppingen aan de sproeikoppen worden vermeden. Hierdoor wordt de casing mooi verdeeld over de tabaksbladen en trekt het er beter in. Dit zorgt voor minder vervuiling in de rest van het productieproces. De installatie is veel esthetischer en gemakkelijk te onderhouden. Verder is ze flexibel en vlot uitbreidbaar. Daarnaast kan er nu ook worden overgegaan naar een grote tank van het voornaamste product. Deze overgang is er mede verantwoordelijk voor dat de installatie ruim binnen de vier jaar kan worden terug betaald. De hogere kwaliteit zal wel zijn tol eisen. Zo zal de waterfactuur drastisch stijgen. In de nabije toekomst wordt over geschakeld op regenwater waardoor dit nadeel weinig zal opwegen.

7 Besluit

57

Literatuurlijst Amino Websolutions. Aankoop en verkoop van opslag en productie tanks. Geraadpleegd op 26 november 2007 via http://www.staes.com. DEJO metaalindustrie. Rooster persrooster vloerrooster traptrede. Geraadpleegd op 15 september 2007 via http://www.dejo.nl/index.html?rooster-zwaarlastroosters.html. Digital Electronics Corp. (GP-PRO/PB3). (7.12E). (geen datum). (Computerprogramma) KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG. KROHNE International: Portal International 06. Geraadpleegd op 11 september 2007 via http://www.krohne-mar.com/index.php?id=1922. ProMinent. Customized dosing systems. Geraadpleegd op 19 september 2007 via http://www.prominent.be. Siemens A.G. (SIMATIC Manager). (V5.3 + HF2). (geen datum). (Computerprogramma) SolidWorks Corporation. (Solid Works 2007). (SP0.0.) . (geen datum). (Computerprogramma) SolidWorks Corporation. (2006). Advanced assembly modeling. Erembodegem: Design Solutions SolidWorks Corporation. (2006). Sheet metal. Erembodegem: Design Solutions SolidWorks Corporation. (2006). SolidWorks drawings. Erembodegem: Design Solutions SolidWorks Corporation. (2006). Weldments. Erembodegem: Design Solutions Stainless steel centrifugal pumps (2008). Diksmuide: Packo (cd-rom) TraceParts S.A. Onderdelenbobliotheek voor de voornaamste CAD software: Alibri Design, AutoCAD, CATIA, Inventor. Geraadpleegd op 28 september 2007 via http://www.tracepartsonline.net/ Vega. Welcome To Vega, sensors ans systems for industrial automation. Geraadpleegd op 06 september 2007 via http://www.vega.be/

VIII

Bijlagen 1 Leidingsschema

IX

2 Grafieken pomp 1

X

3 Grafieken pomp 2

XI

4 Algemene programmastructuur

XII

Automatische modus: - Vullen - Geef Casing - Reinig

FC 230

FC 250

FC 240

Controle/regelprocessen - Watertemperatuur - Niveau container 1 - Doseerpompen - Bolkleppen

FC 224

FC 225

FC 222

FC 225

Schrijf outputs + T-tags + motorcontrole

FB 231

Update visualisatie Alarmen wegschrijven

FC 212

XIII

5 FC 230: Vullen

Vullen (FC 230)

Reset

Selecteer Tank

FC 237

Zet kleppen boven tank Zoek mengeling uit lijst Zoek data mengeling Controleer containers

FC 231 FC 232 FC 239

Vulstappen

FC 233 Bereken specifiek slaghoeveelheid

Zet gewenste pulsen

Stappenplan containers + water

XIV

6 FC 250: Casing geven

Geef Casing (FC 250)

Controle flank order Timer opnieuw proberen

Zelfde casing dan ervoor?

Nee

Kuisen leiding Buffers-DCC

Ja

Mengeling in buffer?

Nee

Start timer opnieuw proberen

Ja

Vrijgave

XV

EINDWERK: Automatisch meng- en sproeisysteem voor casing in een tabaksbedrijf

Recommend Documents