OPTIMALISATIE VAN EEN MATERIAALSORTEERSYSTEEM

XIOS HOGESCHOOL LIMBURG DEPARTEMENT INDUSTRIELE WETENSCHAPPEN EN TECHNOLOGIE

OPTIMALISATIE VAN EEN MATERIAALSORTEERSYSTEEM

Michaël BOLLEN

Afstudeerwerk ingediend tot het behalen van het diploma van industrieel ingenieur in elektromechanica optie automatisering master in de industriële wetenschappen: elektromechanica

Promotoren:

dhr. W. Machiels (VDAB T&O) dhr. P. Pilat (XIOS Hogeschool Limburg)

Academiejaar 2004 - 2005

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem

I

Inhoudsregister: Dankbetuiging ................................................................................................. III Abstract ........................................................................................................... IV Lijst van gebruikte afkortingen en symbolen................................................... V Hoofdstuk 1. Analyse....................................................................................... 1 1.1. Opzet van het eindwerk..........................................................................................1 1.1.1. Optimaliseren van een didactische opstelling ................................................1 1.1.2. Ondersteuning voor het gebruik van dit systeem d.m.v. een Cd-rom............2 1.2. Analyse van het productieproces ...........................................................................3 1.2.1. Schematische voorstelling..............................................................................3 1.2.2. Onderdelen .....................................................................................................4 1.3. Analyse besturing.................................................................................................14 1.3.1. Hardware ......................................................................................................14 1.3.2. Software .......................................................................................................26 1.3.3. Programma-afloop........................................................................................33

Hoofdstuk 2. Technische aspecten................................................................. 34

2.1. Interbus.................................................................................................................34 2.1.1. De principiële werking.................................................................................34 2.1.2. Het Interbus protocol....................................................................................35 2.1.3. Data uitwisselingscyclus ..............................................................................36 2.1.4. De netwerkopbouw ......................................................................................37 2.2. PC Worx...............................................................................................................41 2.2.1. Bus Configuration Workspace en Diag+ .....................................................41 2.2.2. IEC Programming Workspace .....................................................................44 2.2.3. Process Data Workspace ..............................................................................49 2.3. OPC ......................................................................................................................50 2.3.1. Werking........................................................................................................50 2.3.2. Voordelen OPC ............................................................................................51 2.3.3. OPC architectuur..........................................................................................52 2.4. SCADA ................................................................................................................53 2.4.1. Hardware architectuur..................................................................................53 2.4.2. Software architectuur ...................................................................................54 2.4.3. Wizcon .........................................................................................................55

Hoofdstuk 3. Realisatie .................................................................................. 57

3.1. Hardware ..............................................................................................................57 3.2. Software ...............................................................................................................60 3.2.1. Communicatie ..............................................................................................60 3.2.2. PC Worx programma-afloop........................................................................62 3.2.3. OPC-server...................................................................................................67 3.2.4. Wizcon .........................................................................................................69 3.2.5. Algemeen besluit..........................................................................................71

Bibliografie ........................................................................................................I

Bollen Michaël


II

Lijst met figuren: Figuur 1: Schematische voorstelling...................................................................................................3 Figuur 2: Trilgoot................................................................................................................................4 Figuur 3: Vacuümgrijper Figuur 4: Vacuümstatuator................................................................5 Figuur 5: Meetsysteem........................................................................................................................6 Figuur 6: Draaikop..............................................................................................................................6 Figuur 7: Vularm.................................................................................................................................7 Figuur 8: Buffer ..................................................................................................................................8 Figuur 9: Vultafel Figuur 10: Magazijntafel..............................................................................8 Figuur 11: Cilinder..............................................................................................................................9 Figuur 12: Uithaalcilinder...................................................................................................................9 Figuur 13: Transportband .................................................................................................................10 Figuur 14: Ventielen .........................................................................................................................10 Figuur 15: Inductieve sensor.............................................................................................................11 Figuur 16: Fotosensor Figuur 17: Fotosluissensor ....................................................................12 Figuur 18: Reedcontact .....................................................................................................................13 Figuur 19: De werkelijke configuratie ..............................................................................................15 Figuur 20: Voltage jumper................................................................................................................16 Figuur 21: Programmakeuze in wizcon ............................................................................................29 Figuur 22: Automatische mode in wizcon ........................................................................................30 Figuur 23: Manuele mode in wizcon ................................................................................................31 Figuur 24: Kalibreren mode in wizcon .............................................................................................32 Figuur 25: Programma afloop...........................................................................................................33 Figuur 26: Dataring...........................................................................................................................34 Figuur 27: Summation Frame Protocol.............................................................................................36 Figuur 28: Data uitwisselingscyclus .................................................................................................37 Figuur 29: Ingelezen configuratie.....................................................................................................37 Figuur 30: Bus Configuration Workspace ........................................................................................42 Figuur 31: Diag+...............................................................................................................................43 Figuur 32: IEC Programming Workspace ........................................................................................44 Figuur 33: Sequential Function Chart...............................................................................................47 Figuur 34: Proces Data Workspace...................................................................................................49 Figuur 35: Communicatie randapparatuur ........................................................................................50 Figuur 36: Communicatie via OPC...................................................................................................51 Figuur 37: OPC architectuur .............................................................................................................52 Figuur 38: Typische hardware architectuur ......................................................................................53 Figuur 39: Typische software architectuur .......................................................................................54 Figuur 40: Oude configuratie............................................................................................................57 Figuur 41: Oude opstelling Figuur 42: Nieuwe opstelling .....................................................57 Figuur 43: Voorbeeld toewijzen IP-adres .........................................................................................60 Figuur 44: Communicatie via Ethernet.............................................................................................61 Figuur 45: Gedetailleerde programma-afloop: automatisch .............................................................62 Figuur 46: Gedetailleerde programma-afloop: manueel ...................................................................63 Figuur 47: Gedetailleerde programma-afloop: kalibreren deel 1......................................................64 Figuur 48: Gedetailleerde programma-afloop: kalibreren deel 2......................................................65 Figuur 49: Gedetailleerde programma-afloop: kalibreren deel 3......................................................66 Figuur 50: Declaratie variabele voor OPC........................................................................................67 Figuur 51: Instellen configuratie OPC-server ...................................................................................68 Figuur 52: Stapsgewijs aanmaken applicatie in wizcon ..................................................................69 Figuur 53: Wizcon develeporstudio..................................................................................................70

Bollen Michaël


III

Dankbetuiging Dit afstudeerproject is gemaakt voor het behalen van de graad industrieel ingenieur elektromechanica en heeft tot doel kennis te maken met het ingenieursberoep in de praktijk. Het heeft zorgt er ook voor dat ik meer vertrouwd ben met het gebeuren rond een project en de eventuele problemen dat zo’n project met zich meebrengt. Op de eerste plaats zou ik de VDAB Training & Opleiding te Hasselt willen bedanken omdat zij het voor mij mogelijk maakten bij hen een afstudeerproject te maken. In het bijzonder wil ik onze copromotor mijnheer Walter Machiels bedanken voor de steun en de tijd die hij aan mij besteed heeft. Ook zou ik de cursisten willen bedanken voor het in orde brengen van de mechanische installatie en de hulp bij het installeren van de nieuwe modulen. Tot slot wil ik mijn promotor mijnheer Patrick Pilat bedanken voor de steun en begeleiding die hij gegeven heeft. En mijn medestudenten voor de steun in tijden dat het wat minder goed ging. Dankzij de hulp van al deze personen is dit project geworden wat het nu is en kan ik tevreden terugkijken op mijn laatste jaar.

Bollen Michaël


Abstract Mijn eindwerk bestaat uit 2 onderdelen: 1. Praktische realisatie en ombouw van de opstelling: De oorspronkelijke installatie bestaande uit een Interbus IO systeem met PC controllerkaart wordt omgebouwd naar een installatie met een via Ethernet te benaderen Inline controller van Phoenix Contact. Hierdoor wordt het mogelijk om de installatie via het netwerk te benaderen. Tevens wordt er een extra segment aan het decentraal IO systeem toegevoegd. 2. Programmatie, visualisatie en supervisie: Het programmeren in PC-Worx, een IEC 61131 programmeer omgeving, door gebruik te maken van de verschillende IEC talen, moet toelaten de installatie in 3 verschillende gebruikersmodes te bedienen zijnde: •

Automatisch: voor een vooraf ingestelde hoeveelheid stuks en buffers een automatische afloop van het proces.

•

Manueel: stap voor stap (voor één stuk) doorlopen proces.

•

Kalibreren: mogelijkheid om enkele onderdelen te kunnen instellen.

De bediening, monitorring alsook het verwerken van de statistische gegevens gebeurt door gebruik te maken van OPC via Ethernet en een SCADA pakket, zijnde Wizcon.

Bollen Michaël

IV


Lijst van gebruikte afkortingen en symbolen I/O: Input/Output PCP: Peripheral Communications Protocol TCP/IP: Transmission Control Protocol/Internet Protocol OPC: OLE (Object Linking and Embedding) voor Proces Control SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition IP: Internet Protocol IEC: International Electrotechnical Commission ID: Identification PLC: Programmable Logic Controller POU: Program Organization Unit

Bollen Michaël

V


1

Hoofdstuk 1. Analyse

1.1. Opzet van het eindwerk Het eindwerk is in opdracht van het VDAB training- en opleidingscentrum Hasselt. De opzet van het eindwerk bevat 2 aspecten: •

Optimaliseren van een didactische opstelling

•

Ondersteuning voor het gebruik van dit systeem d.m.v. een Cd-rom

1.1.1. Optimaliseren van een didactische opstelling Dit is dan weer onderverdeeld in 2 onderdelen: •

Hardware: Ombouwen van de bestaande opstelling met controllerkaart naar een opstelling die een Inline controller gebruikt die men via het computernetwerk kan programmeren en runnen m.b.v. Ethernet. Hier wordt later op terug gekomen.

•

Software: Programma: M.b.v. PC Worx moet het programma geschreven worden dat 3 modes moet bevatten: (Wordt later op terug gekomen) •

Automatisch: Na het instellen van het aantal rolletjes en het aantal buffers moet het proces volledig automatisch verlopen.

•

Manueel: Stap voor stap zal de cyclus voor één rolletje doorlopen worden.

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem •

2

Kalibreren: Hier is het mogelijk om afzonderlijke onderdelen af te stellen.

Visualisatie: M.b.v. Wizcon moet een operatorpanel worden voorzien op de computer. Supervisie: Er moet in de automatische mode een klein aantal statistieken bijgehouden worden die men kan inkijken.

1.1.2. Ondersteuning voor het gebruik van dit systeem d.m.v. een Cdrom Het is de bedoeling om, als er nog tijd over is, een handleiding te maken voor de besturing van dit systeem. Zodat iedereen dit systeem kan bedienen. Dit heeft vooral betrekking tot het visualisatie en supervisie pakket en de bediening hiervan. Als er nog tijd over is, is het ook de bedoeling om een kleine cursus te maken over PC Worx.

Bollen Michaël


3

1.2. Analyse van het productieproces

1.2.1. Schematische voorstelling Het productieproces is een didactische opstelling die aandrukrolletjes van videorecorders sorteert. De rolletjes hebben aan beide kanten (onder - en bovenkant) een verschillende diameter. Alle rolletjes moeten in dezelfde richting in de buffer gedeponeerd worden. Om dit doel te verwezenlijken is er een meetcel die de positie van het rolletje aan de vacuümgrijper meet. Als dit er ondersteboven op zit zal men dit door de draaikop laten omdraaien. Hierdoor zullen alle rolletjes in de buffer er in dezelfde richting zitten. Omdat dit een didactische opstelling is en geen werkelijk productieproces zal men de gevulde buffer weer ledigen zodat dit proces continu kan doorgaan. De volle buffer wordt hiervoor opgepakt en verplaatst naar het ledigingstation waar de rolletjes terug uit de buffer gehaald worden. Via een transportband komen deze rolletjes terug in de trilgoot terecht en komen zo weer op het begin van het proces. Hieronder vindt men een schematische voorstelling van het productieproces. Aan de hand van dit schema worden de afzonderlijke onderdelen besproken.

Figuur 1: Schematische voorstelling

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem 1. Trilgoot

7. Vultafel (indexeertafel rechts)

2. Vacuümgrijper

8. Cilinder gemonteerd op bandcilinder

3. Meetsysteem

9. Uithaalcilinder

4. Draaikop

10. Magazijntafel (indexeertafel links)

5. Vularm

11. Transportband

4

6. Buffer

1.2.2. Onderdelen •

Trilgoot (1):

Voordat men start met het uitvoeren van het programma moet men de trilgoot aanzetten. Deze zorgt voor een constante toevoer van rolletjes aan de vacuümgrijper zodat het proces niet stilvalt. Men kan de frequentie en zo de snelheid van de toevoer van de trilgoot regelen met de draaiknop op het paneel.

Figuur 2: Trilgoot

Bollen Michaël


5

Vacuümgrijper (2):

De vacuümgrijper is een arm met een zuignap op bevestigd. De arm wordt pneumatisch aangedreven. De zuignap wordt gestuurd door een vacuümactuator die detecteert of er vacuüm wordt gezogen of niet. Voor vacuüm te verkrijgen aan de zuignap moet men een ventiel elektrisch besturen. De vacuümgrijper verplaatst het rolletje eerst naar het meetsysteem om het na het meten aan de vularm door te geven.

Figuur 3: Vacuümgrijper

•

Figuur 4: Vacuümstatuator

Meetsysteem (3):

De meting geeft ons de positie van het rolletje aan. Hiermee wordt bedoeld, of de kleinste diameter zich aan de onderkant of aan de bovenkant bevindt. De meetbek zal het stuk vastpakken. Dit meetbekken is een grijper met een conische top. Hierdoor zal bij het vastgrijpen van het rolletje de meetbek verder toegaan bij kleinste diameter vanboven, dan bij grootste diameter vanboven. Dit feit gebruikt men om de positie van het rolletje te bepalen. Als de kleinste diameter vanboven staat zal de sensor dus een signaal geven waarmee de draaikop zal worden aangestuurd.

Bollen Michaël


6

Figuur 5: Meetsysteem

•

Draaikop (4):

Op de draaikop is de grijper van de vularm gemonteerd. Deze draaikop kan 2 posities hebben. De draaikop zal het rolletje in de juiste positie draaien voordat de vularm het rolletje naar de buffer brengt waar de grijper het laat invallen. Bij een signaal van de meetsensor zal de draaikop draaien. Als men dan het rolletje heeft doorgegeven aan deze draaikop en de vacuümgrijper is op een voldoende veilige afstand dan zal de grijper terugdraaien naar zijn oorspronkelijke positie en hierdoor het rolletje in de juiste richting hebben gedraaid.

Figuur 6: Draaikop Bollen Michaël


7

Vularm (5):

Op deze beweegbare arm zit dus de draaikop. Op het ogenblik dat het rolletje in de juiste positie is zal deze arm omhoog bewegen (indien er een buffer aanwezig is). Eens boven laat de grijper het rolletje in de buffer vallen, waarna de arm terug naar beneden gaat.

Figuur 7: Vularm

•

Buffer (6):

In een buffer kan men maximum 25 rolletjes plaatsen. Als deze vol is (volgens het programma) zal deze worden verplaatst naar de magazijntafel via de cilinder op de bandcilinder. Zodra de ledigingcyclus afgelopen is zal men een lege cilinder terug verplaatsen naar de vultafel.

Bollen Michaël


8

Figuur 8: Buffer

•

Indexeertafels (7 & 10):

In het proces worden 2 indexeertafels gebruikt. Vultafel (7) Magazijntafel (10) Men gebruikt deze tafel om de buffers op te zetten om te worden gevuld (vultafel) of om te worden geledigd (magazijntafel).

Figuur 9: Vultafel

•

Figuur 10: Magazijntafel

Cilinder (8):

De cilinder is bevestigd aan een bandcilinder. Op deze cilinder is ook een grijper bevestigd. Deze grijper alsook de bandcilinder gebruikt men voor het transport van de buffers van de ene naar de andere tafel.

Bollen Michaël


9

Figuur 11: Cilinder

•

Uithaalcilinder (9):

Op deze cilinder is ook een grijper geplaatst. Deze grijper dient om de volle buffers weer leeg te maken. Dit doet hij door de rolletjes via de onderkant uit de buffer te trekken en dan op de transportband te laten vallen.

Figuur 12: Uithaalcilinder

•

Transportband (11):

Deze transportband zorgt ervoor dat de rolletjes weer in de trilgoot terecht komen. Zodat ze weer kunnen worden gebruikt om een buffer te vullen.

Bollen Michaël


10

Figuur 13: Transportband

•

Ventielen:

In dit systeem wordt er gebruik gemaakt van beschikbare recuperatie materialen (men gebruikt de ventielen die er waren). De aanwezige 5/2 ventielen worden tevens als 3/2 ventielen gebruikt. Hiervoor moest één van de persluchtafsluitingen worden gedicht / afgesloten.

Figuur 14: Ventielen

Bollen Michaël


11

Sensoren:

Er worden verschillende soorten sensoren gebruikt, waarvan in het kort enkele eigenschappen worden gegeven. Inductieve sensor Enkel eigenschappen: Reageert enkel op zeer kleine afstand Alleen detectie van een ferromagnetisch materiaal Praktisch onbeperkte levensduur Hysteresis verschijnselen Gering afhankelijk van de temperatuur Inductieve sensoren worden gebruikt voor het bepalen van de positie van onder andere vularm, zuigerarm, …

Figuur 15: Inductieve sensor

Bollen Michaël


12

Optische sensor Twee soorten optische sensoren worden gebruikt, namelijk: de fotosensor en de fotosluissensor (deze is een speciale fotosensor die zeer nauwkeurig meet) Enkele eigenschappen: Lichtenergie wordt omgezet in elektrische energie Relatief snel Bestendig tegen hoge temperaturen Gevaar voor dode zone Optische sensoren worden gebruikt voor de detectie van een rolletje in een buffer of in de trilgoot (fotosensor) en bij de meting van de positie van een rolletje (fotosluissensor).

Figuur 16: Fotosensor

Bollen Michaël

Figuur 17: Fotosluissensor

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem Reedcontact Enkele eigenschappen: Eenvoudig schakelsysteem Geen voeding nodig voor de schakelwerking Geen externe mechanische bekrachtiging Geen vonkvorming Detectie gebeurd door magnetisch veld Reedcontacten worden gebruikt voor de positiebepaling van de cilinders.

Figuur 18: Reedcontact

Bollen Michaël

13


14

1.3. Analyse besturing

1.3.1. Hardware Hier is gekozen voor een interbussysteem. Eén van de doelen van het eindwerk was het bestaande systeem dat gebruik maakte van een PC met een controllerkaart om te vormen d.m.v. 3 nieuwe modules naar een systeem met een remote field controller dat men via een Ethernet Interbus Inline Buscoupler met het netwerk kan besturen. De derde module was een INTERBUS Inline Terminal die men nodig heeft om de controller te verbinden met de rest van ons Interbusnetwerk. Kenmerken van dit interbussysteem: •

Is een veldbussysteem op het niveau van inen uitgangssignalen.

•

Decentrale opstelling van de inen uitgangsmodules waarop de sensoren en actuatoren worden aangesloten.

•

De controller is via ethernet verbonden met het computernetwerk.

•

Door de decentrale opbouw is de resterende parallelle bekabeling van de periferie met de inen uitgangsmodulen kort, hierdoor is ons systeem minder storingsgevoelig.

•

Zeer goede diagnosemogelijkheden zonder extra apparatuur.

We gaan nu dieper in op de busconfiguratie waaruit onze opstelling is opgebouwd. We gaan onze modules één voor één eens nader bekijken en nagaan wat hun doel in onze configuratie is. Deze configuratie is niet degene die we gebruiken om ons programma te schrijven. Enkel de modules met een nummering (vb: 1.0, 2.1, …) zijn van belang om het programma te schrijven. Hier komen we later nog op terug.

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem Busconfiguratie:

Figuur 19: De werkelijke configuratie Bollen Michaël

15


16

Voordat ik begin met de modules ga ik eerst een korte uitleg geven van een term die ik verder ga gebruiken; namelijk: voltage jumper. Ik ga deze term duidelijk maken aan de hand van een figuur. Voltage jumper

Figuur 20: Voltage jumper

Via deze pinnen (1) zijn alle modules op één tak met elkaar verbonden. Via deze verbinding wordt ook de spanning verdeeld over de gehele tak. Dus men heeft voor één tak maar één module nodig die de spanning voorziet voor de rest van de tak. Deze spanningen worden gebruikt voor: •

De interne logica van alle modules gekoppeld op eenzelfde tak te voorzien van spanning.

•

De aan de modules gekoppelde sensoren en actuatoren te voorzien van de nodige spanning.

•

Data-signaal

Bollen Michaël


17

FL IL 24 BK-PAC

Aansluitschema:

UL: Deze spanning (24V) wordt gebruikt voor de datacommunicatie. UM: Deze spanning (24V) wordt gebruikt om de interne logica van de hieraan gekoppelde modules te voeden. US: Deze spanning (24V) wordt gebruikt om de sensoren en actuatoren te voeden. Doel: Deze module zorgt ervoor dat we via ethernet kunnen communiceren met onze remote field controller . We kunnen ook enkele diagnoses uitvoeren met deze module. Omschrijving: De Factory Line-Ehternet-buskoppeling is het universele verbindingselement tussen Ethernet en het I/O-niveau. De FL IL 24 BK-PAC biedt de volledige Inlinefunctionaliteit tijdens het procesdatabedrijf en kan eenvoudig met behulp van het web based management worden geconfigureerd. Als aanvulling maakt de FL IL 24 BK-PAC het gebruik van Inline-klemmen met PCPcommunicatie en een sterk uitgebreide diagnose door ondersteuning van de software

Bollen Michaël


18

Diag+ mogelijk. Bovendien biedt de FL IL 24 BK-PAC de mogelijkheid om ter plaatse een firmware-update uit te voeren. De Factory Line-Ehternet-buskoppeling kan in verschillende bedrijfsmodi worden toegepast. Daarbij is de gebruiker nagenoeg vrij in de keuze van het besturingssysteem. De buskoppeling werkt samen met alle actuele besturingssystemen. Door toepassing van dynamische tabellen maakt deze buskoppeling zelfs een nog snellere toegang tot de gegevens mogelijk en realiseert daardoor nog kortere reactietijden. Als software-interface voor de toegang via TCP/IP is bovendien de universeel toepasbare Device Driver Interface (DDI) beschikbaar. Hiermee kunnen applicaties worden gerealiseerd, die via het ActiveX-moduul de integratie in de Microsoft Officeomgeving (Excel en Word) mogelijk maken. Door deze integratie kan de gebruiker comfortabele en eenvoudige te bedienen applicatie samenstellen. Bovendien kan de data-uitwisseling ook via OPC-servers plaatsvinden. Visualiseringsen SCADA-tools kunnen als OPC-clients via het netwerk gebruikmaken van deze flexibele toegang tot de I/O-data. Snel ontwerp Met behulp van de in de buskoppeling geïntegreerde “plug & play”-modus, is het op eenvoudige wijze mogelijk om de stationsopbouw binnen enkele minuten te realiseren. Met behulp van de Factory Manager en de Factory Line IO Configurator is bovendien het toewijzen van IP-adres aan de buskoppeling en een snelle netwerken stationsconfiguratie online mogelijk.

Bollen Michaël


19

ILC 200 UNI

Deze haalt zijn spanning van de voltage jumper.

Doel: Hierin zit de processor die het programma runt. Deze module dient ter vervanging van de controllerkaart in de computer. Omschrijving: De Inline-Controllers staan voor een modern, zeer modulair en compact besturingssysteem van Phoenix Contact. Het mogelijke toepassingsbereik loopt van kleine tot middelgrote toepassingen. Dankzij de open interface kunnen zij in nagenoeg elk netwerk worden geïntegreerd. Door de directe uitbreidbaarheid met de modulen uit het Inline-installatiesysteem kunnen de besturingen zeer flexibel op de betreffende eisen worden afgestemd. Bovendien kan een INTERBUS-remotebus als busaftakking worden geïntegreerd om ook de sensoren en actoren in het veld te registreren. De Inline Controllers ILC 200 zijn geschikt voor de kleinste besturingstaken. De Inline-controllers worden transparant geconfigureerd en geprogrammeerd met PC WorX volgens IEC 61 131. Het downloaden en testen van de applicatieprogramma’s vindt bij de ILC 200 UNI normaal plaats via de lokale RS 232-programmeerinterface. Wij maken echter gebruik van een FL IL 24 BK-PAC (Ethernet module) om via ethernet te kunnen programmeren. Bollen Michaël


IBS IL 24 RB-T

Deze haalt zijn spanning van de voltage jumper. Aansluitschema:

Doel: Deze module dient om een remote bus tak te openen. •

IB IL 24 DI 2

Deze haalt zijn spanning ook van de voltage jumper. Aansluitschema:

Doel: Hier sluit men schakelaars op aan, zodat men testschakelaars heeft. Bollen Michaël

20


21

IBS IL 24 BK T/U

Aansluitschema:

Doel: Verbind het inline station met de remote bus en verzorgt de spanning voor de hiertegen aangesloten modules. •

IB IL 24 L2

Haalt zijn spanning van de voltage jumper. Aansluitschema:

Doel: Dit dient om onze Loop 2 modules aan ons systeem te kunnen koppelen. Bollen Michaël


22

IB L2 BOX 24 DIO 2/2/4 M12-2A

Krijgt zijn benodigde spanningen via de loop 2 aansluitkabel. Die deze van de voltage jumper haalt. Aansluitschema:

Doel: Hier kunnen we 2 ingang- en 2 uitgangssignalen aansluiten. Aansluiting ingangs- en uitgangssignalen:

Bollen Michaël


23

IB L2 BOX 24 DO 4/4 M12-2A


Doel: Hier kunnen we 4 uitgangssignalen aankoppelen. Aansluiting uitgangssignalen:

Bollen Michaël


24

IB L2 BOX 24 DI 8/4 M12


Doel: Hier kunnen we 8 ingangssignalen aankoppelen. Aansluiting ingangssignalen:

Bollen Michaël


25

IB IL 24 DO 4

Haalt zijn spanning van de voltage jumper. Aansluitschema:

Doel: Hier kunnen we 4 uitgangssignalen aankoppelen. •

IB IL 24 PWR IN

Aansluitschema:

Doel: Deze module creëert een galvanisch gescheiden schakelspanningscircuit in een Inline station.

Bollen Michaël


26

IB IL 24 DI 8 Haalt zijn spanning van de voltage jumper. Aansluitschema:

Doel: Hier kunnen we 8 ingangssignalen aankoppelen.

1.3.2. Software •

Programma

Het programma wordt geschreven in PC Worx. Men moet ook gebruik maken van Wizcon om het operatorpaneel van ons programma te maken en om enkele gegevens te verkrijgen (vb.: hoeveel rolletjes in een buffer). Ons programma moet 3 modes bevatten: -

Automatisch: Hier moet men het aantal rolletjes per buffer en voor hoeveel buffers men de cyclus wil uitvoeren ingeven alvorens te starten. Ook moeten er enkele statistieken bijgehouden worden.

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem -

27

Manueel: Hier wordt de cyclus voor 1 rolletje uitgevoerd, tussen elke belangrijke stap moet men op de knop verdergaan (toets in wizcon) drukken.

-

Kalibreren: Hier kan men de onderdelen afzonderlijk testen om deze bij te regelen.

We moeten in ons programma ook voorzien dat er wordt doorgegeven in welke stap ons programma zit. Er moeten ook enkele gegevens zoals (vb.: hoeveel rolletjes al, hoeveel buffers al) doorgegeven worden. •

Visualisatie en supervisie

Hiervoor gebruiken we het SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) systeem. Eigenschappen van dit systeem: Visualisatie Alarmering Trending Rapportering Recording Recepten Op deze eigenschappen komen later op terug in punt 2.4.3. pagina 55. Als SCADA pakket kiezen we voor wizcon.

Bollen Michaël


28

Wizcon: Dit pakket gebruiken we voor de gehele sturing van ons opstelling. We maken hier ook de gebruikers aan, die ons programma mogen runnen. We overlopen hier vlug de gebruikers en de toegang die ze hebben. Gebruikers: Operator: o Enkel toegang tot automatische mode o Geen toegang tot programma Onderhoudstechnicus: o Enkel toegang tot kalibreren en manuele mode o Geen toegang tot programma Projectleider: o Toegang tot alle modes o Toegang tot programma Internettoegang: 1 Computer die dienst doet als server Gebruikers: o Operator en onderhoudstechnicus bedienen wizcon via computer die aan de opstelling staat. (rechtstreeks via wizcon) o Projectleider heeft een computer op zijn kantoor. (inloggen via intern netwerk)

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem Modes: Er zijn 3 verschillende modes ter beschikking: Automatisch Manueel Kalibreren

Figuur 21: Programmakeuze in wizcon

Bollen Michaël

29


30

Automatisch

Figuur 22: Automatische mode in wizcon

Functies: Instellen aantal stuks en aantal buffers Start: Uitvoeren programma Pauze: Stoppen in de volgende stap. Nog eens duwen

terug starten.

Stop: Na de actieve stap onmiddellijk stoppen. Proces moet terug opnieuw vanaf het begin starten. Statistieken: Hiermee gaat men naar een tabel waar men enkele gegevens kan inkijken.

Bollen Michaël


31

Manueel

Figuur 23: Manuele mode in wizcon

Functies: Start: Beginnen programma Stop: Na actieve stap onmiddellijk stoppen. Proces moet terug opnieuw vanaf het begin starten. Verdergaan: Tussen elke belangrijke stap moet men deze knop indrukken om het programma verder te laten lopen.

Bollen Michaël


32

Kalibreren

Figuur 24: Kalibreren mode in wizcon

Functies: Start: Uitvoeren geselecteerd kalibratieprogramma. Stop: Na actieve stap onmiddellijk stoppen. Proces moet terug opnieuw vanaf het begin starten. Opnieuw: Na het éénmalig uitvoeren van het gekozen programma kan men dit opnieuw activeren. In het geval van de meetgrijper spaart men zo tijd uit omdat de vacuümgrijper niet opnieuw een rolletje moet gaan halen.

Bollen Michaël


33

1.3.3. Programma-afloop

#

!

# #

#$

&

% $ !

"

'

(

'

)))

'

Figuur 25: Programma afloop

Bollen Michaël

'

"

!


34

Hoofdstuk 2. Technische aspecten

2.1. Interbus

2.1.1. De principiële werking Het interbus-systeem is ontworpen als een dataring met een centrale Master/Slave functie. Het heeft de structuur van een verspreid schuifregister. Elke interbus-module vormt met zijn eigen register een deel van dit schuifregister. Elke module vernieuwd het ingekomen signaal en verstuurd het dan verder. Met deze ringstructuur is het mogelijk om gelijktijdig data te zenden en te ontvangen. (full duplex verkeer). Elke module heeft een ID register informatie bevat zoals: module type, register lengte en module toestand. De I/O modules hebben tevens een I/O register voor de dataoverdracht.

Figuur 26: Dataring

Bollen Michaël


35

In het interbus systeem worden twee cycli uitgevoerd: •

De ID cyclus. Deze cyclus wordt uitgevoerd tijdens het opstarten en na een reset. Gedurende deze ID cyclus worden alle ID registers van de aangesloten modules ingelezen en wordt aan de hand van deze gegevens de configuratie van de controller opgebouwd.

•

De Data cyclus. Tijdens de data cyclus worden de inganggegevens van alle modules uit de registers ingelezen en de uitganggegevens worden vanuit de controller verstuurd naar de uitgangsmodules. Na elke DATA-cyclus wordt via een testroutine de correcte overdracht van data gecontroleerd. •

Communicatie foutloos: de controller accepteert de data en verstuurd de uitgangsgegevens naar de modules.

•

Communicatie niet foutloos: de gegevens van de cyclus worden verworpen en men gaat verder met een nieuwe cyclus.

2.1.2. Het Interbus protocol Interbus is het enige systeem werkend volgens het summation frame protocol dat gebruik maakt van maar één protocol frame voor de gegevens van alle modules. Het summation frame protocol In summation frame, die bestaat uit een header, een loop-back woord, gegevens opslag en eind informatie, worden de gegevens van alle aangesloten modules gegroepeerd in een blok. De bijkomende informatie die noodzakelijk is wordt maar één keer per cyclus verstuurd.

Bollen Michaël


36

In de praktijk kan deze methode als een register omschreven worden dat gevormd wordt door alle modules gekoppeld aan de dataring.

Figuur 27: Summation Frame Protocol

2.1.3. Data uitwisselingscyclus 1. Alle modules worden gereset en de ID code wordt in het ID schuifregister geladen. 2. De ID cyclus wordt gelezen door de master. 3. De ID code is geëvalueerd door de master en de data cyclussen worden verwerkt zodat I/O data van/naar de modules verstuurt wordt. 4. Als de master of een module een fout opmerkt in de datacyclussen, zal de master een ID cyclus starten om de bron van de fout te achterhalen. 5. Extra ID cyclussen om de netwerkconfiguratie te herprogrammeren kunnen gestart worden om zo af te rekenen met de gedetecteerde fouten.

Bollen Michaël


37

Figuur 28: Data uitwisselingscyclus

2.1.4. De netwerkopbouw Het interbus-netwerk is een dataringsysteem maar kan er door de opbouw als een boomstructuur uit zien. Nu gaan we de opbouw bekijken die het programma inleest. In deze configuratie zijn niet alle modules die fysiek in het systeem hangen aanwezig. Enkel de modules die van belang zoals de controller, busklemmen, inen uitgangen staan hierin. Voor de werkelijke configuratie zie terug naar puntje 1.3.1. pagina 14.

Figuur 29: Ingelezen configuratie

Bollen Michaël


38

Dit project is opgebouwd uit de volgende onderdelen: De remote field controller De remote field controller is de master in het interbusnetwerk en voert de volgende functies uit: •

Het verzenden van de output data naar de outputmodules.

•

Het lezen van input data van de inputmodules.

•

Controle van het cyclisch I/O protocol.

•

De monitoren van het interbus-systeem.

•

Rapporteren van fouten aan het besturingssysteem.

•

Indicatie van diagnose berichten.

De remote bus De remote bus is het interbus onderdeel dat ontwikkeld werd om grote afstanden te overbruggen. Met dit systeem is het mogelijk om bij een productieproces dat uitgestrekt is over een grote oppervlakte toch een minimum aan bekabeling nodig te hebben. Dit komt omdat men de nodige I/O modules niet meer naast de PLC moet installeren. Hierdoor heeft men maar een minimum aan bekabeling nodig om de nodige modules met de PLC te verbinden. Zonder dit systeem zou men alle inen uitgangen van de gebruikte machines in ons proces via een uitgebreide bekabeling met de I/O-modules aan de PLC moeten koppelen. De busklemmen Deze modules verdelen de remote bus in verschillende segmenten en zijtakken. Deze busklemmen zijn dus de verbindingen tussen de remote bus en de local bus.

Bollen Michaël


39

Functies busklem: •

Het koppelen van de remote bus met de I/O-modules (2 BK T/U modules).

•

Het koppelen van de controller met de rest van het Interbusnetwerk (RB-T).

•

De interne logica van de I/O-modules voorzien van voeding.

•

Het versterken van het datasignaal.

•

Elektrische isolatie tussen de remote bus segmenten.

•

Monitoren

•

Het geven van error-boodschappen via alarm outputs.

De inline local bus Inline vertegenwoordigt een volledig bouwblok georiënteerd periferiesysteem. De inline-modules kunnen door de ingebouwd voltage jumper, naast elkaar op een rail geklikt worden. Door het aan elkaar rijgen van deze modules wordt intern automatisch een verbinding gemaakt voor: •

De voeding van de interne elektronica.

•

De voeding van de aangesloten apparatuur op de I/O-modules.

•

De datasignalen

De functionaliteit van inline-modules wordt gekenmerkt door een grote variatie: •

Digitale I/O modules

•

Voedingsmodules

•

Zekeringsmodules

•

Stuurmodules

•

Motorstarters

•

…

Hierdoor kunnen op een eenvoudige wijze, functionele eenheden worden samengesteld, voor diverse toepassingen.

Bollen Michaël


40

Loop 2 Interbus-Loop 2 integreert sensoren, actuatoren en andere randapparatuur direct in Interbus zonder dat hierbij veel tussenstations, connectoren en extra kabels nodig zijn. Het standaard Interbus protocol integreert het loop 2 ringsysteem volledig in het Interbus netwerk. Alle Interbus systeemvoordelen zoals: Openheid en transparantie. Stabiel overdrachtsprotocol. Eenvoudige bediening en diagnose. Zijn voor alle modules onbeperkt van toepassing. Opbouw: Interbus Loop 2 begint of bij de aftakklem van een Inline station of, via een busklem in beschermklasse IP 65/67, direct bij de remote bus. Nu kunnen alle Loop 2 deelnemers via een onafgeschermde tweedraadsleiding met elkaar verbonden. Voor alle Loop 2 deelnemers geldt: de benodigde voeding voor de digitale en analoge sensoren wordt overgedragen via dezelfde onafgeschermde leiding als de busdata. Deze methode bespaart tijd en kosten bij de installatie.

Bollen Michaël


41

2.2. PC Worx Voor het ontwerpen van het Interbusnetwerk wordt gebruik gemaakt van de PC Worx software. PC Worx is onderverdeeld in: •

Bus Configuration Workspace

•

IEC Programming Workspace

•

Process Data Workspace

2.2.1. Bus Configuration Workspace en Diag+ Met Bus Configuration Workspace kan men het Interbusnetwerk: •

Configureren

Configureren In deze workspace zorgen we eerst voor connectie met onze controller via Ehternet. Hierna kunnen we de configuratie inlezen zoals de controller ze ziet. De configuratie van de modules alsook de software en de busstructuur kunnen bewaard worden op de controller als bootproject. Zowel de modules als de afzonderlijke inen uitgangen krijgen een logisch adres toebedeeld.

Bollen Michaël


42

Figuur 30: Bus Configuration Workspace

Met Diag+ kan men het Interbusnetwerk: •

Monitoren

•

Diagnosteren

Monitoren In een hulpprograama in de workspace, is direct dialoog met alle aangesloten busmodulen mogelijk en kan de periferiestatus van het systeem gevisualiseerd worden.

Bollen Michaël

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem Diagnosteren Men kan ook snel en effectief storingen •

Herkennen

•

Lokaliseren

•

Verhelpen

Er wordt gericht informatie gegeven over •

Bedrijfsstatus

•

Locatie

•

Oorzaak

•

Maatregelen

Figuur 31: Diag+

Bollen Michaël

43


44

2.2.2. IEC Programming Workspace Een programma in PC Worx is een functionele omschrijving van een probleem, gebruik makend van de 5 verschillende IEC 61131 programmeertalen en van variabelen die niet, in tegenstelling tot andere fabrikanten, een symbolische benaming zijn van een inen uitgang. Hierdoor kan een geschreven stuk code meermaals gebruikt worden binnen een project door het eenvoudige te kopiëren en door de variabelen terug te definiëren. Vooral hierdoor, onderschrijft PC Worx de exacte gedachtegang van object georiënteerd programmeren.

Figuur 32: IEC Programming Workspace

Bollen Michaël


45

In deze object georiënteerde structuur of project tree worden de volgende subtrees (zijtakken) gedefinieerd (zie figuur 23): 1. Subtree: Logical POU’s In deze subtree worden de noodzakelijke POU’s (Program Organization Units), de programmabouwstenen in het project gebouwd. Elke POU bestaat uit 2 delen: •

Het declaratie-gedeelte Hier worden de variabelen van de desbetreffende POU gedeclareerd. (local variabelen)

•

Het instructiegedeelte Hier worden de instructies geprogrammeerd in de gewenste programmeertaal.

2. Subtree: Physical hardware In deze subtree wordt de gebruikte controller omschreven en de nodige stappen ondernomen om het geschreven programma te kunnen uitvoeren. Het toewijzen van de programma’s aan een task Een task wordt door het CPU management aangestuurd. Door het oproepen van een POU door een task, wordt het respectievelijke stuk code uitgevoerd. In dit project werd een default task gedefinieerd, die een cyclische werking vertegenwoordigt. D.w.z. dat de programma’s, toegewezen aan deze task, periodiek worden uitgevoerd. Bollen Michaël


46

Het toepassingsgebied van een variabele wordt bepaald door een sleutelwoord. Deze bepaalt of het toepassingsgebied beperkt is tot één POU of geldig is voor het hele project. Hierdoor wordt er een onderscheid gemaakt in 2 types van variabelen: •

Lokale variabelen Sleutelwoord:

VAR

Toepassingsgebied: enkel in één POU Sleutelwoord:

VAR EXTERNAL

Toepassingsgebied: het hele project Sleutelwoord:

VAR EXTERNAL PG

Toepassingsgebied: benaming: toestand: •

het hele project enkel in één POU

Globale variabelen Sleutelwoord:

VAR GLOBAL

Toepassingsgebied: het hele project, dient voor een koppeling naar Wizcon via OPC. Voorafgaand werd reeds vermeld dat voor het herhalen van een hardwaretoepassing op de fabrieksvloer, de hieraan gekoppelde software (programma en variabelen) mag gekopieerd worden. De koppeling van het programma met de hardware gebeurt d.m.v. variabelen met het sleutelwoord var external of var external pg of var global te koppelen met inen uitgangen. Wordt een kopie van een programma gemaakt, blijft de naam van de variabelen hetzelfde. Enkel het adres van de fysische inen uitgangen verandert.

Bollen Michaël


47

Programmeermethode PC Worx bevat de volgende programmeertalen volgens de IEC 61131-norm: •

IL (Instruction List)

•

FBD (Function block Diagram)

•

LD (Ladder Diagram)

•

ST (Structured Text)

•

SFC (Sequential Function Chart)

Daar we in dit proces te maken hebben met een sequentieel verlopende besturing werd er gekozen voor de sequential function chart, als ontwerpmethode.

Figuur 33: Sequential Function Chart

In de sequential function chart zijn 2 niveaus te onderscheiden: •

Overzichtpresentatie

•

Detailpresentatie

De overzichtpresentatie (zie figuur 24) geeft de structuur van de afloopketen weer. De functie van de afloopketen wordt beschreven door het afwisselen van •

Stappen

•

Transities

Bollen Michaël


48

De stappen zijn de basiselementen van de sequential function chart netwerken. Eén of meerdere actieblokken kunnen worden toegewezen aan een stap. De staat van een stap kan actief of niet actief zijn. Is een stap actief dan wordt de actieblok die toegewezen is aan die stap uitgevoerd. Een actieblok wordt steeds voorafgegaan door een action qualifier. Dit element bepaalt hoe een actieblok beïnvloed wordt door de toegewezen stap. In PC Worx bestaat de mogelijkheid om een keuze te maken uit een lijst van action qualifiers. Hier worden de belangrijkste action qualifiers besproken. •

N = niet opgeslagen De actieblok is actief zolang de stap actief is.

•

S = stored, opgeslagen De actieblok wordt actief en wordt opgeslagen van zodra de toegewezen stap actief is. Deze actieblok wordt enkel gedeactiveerd door dezelfde actieblok aan een andere stap toe te wijzen met de action qualifier R (reset).

•

D = time delayed, vertraging De actieblok wordt actief als de toegewezen tijd verstreken is.

•

P = puls Zodra de toegewezen stap actief wordt, zal de actieblok gedurende één cyclustijd worden uitgevoerd.

De transities beschrijven de overgangsvoorwaarden, waardoor de besturing van de actuele stap naar de volgende stap schakelt. Een transitie wordt geëvalueerd, wanneer de daarvoor staande stap actief is. Door het overschrijden van een overgang wordt de daarop volgende stap geactiveerd en de daarvoor actieve stap gedeactiveerd. Zowel transities als actieblokken kunnen bestaan uit: •

Een booleaanse variabele.

•

Een programma in de diverse programmeertalen (IL, ST, LD, FBD).

Bollen Michaël


49

2.2.3. Process Data Workspace Met de Process Data Workspace gaat men de inen uitgangen koppelen, aan de in de IEC Programming Workspace gedeclareerde variabelen van ons programma. Voor het linken van onze inen uitgangen aan de juiste variabele is het van groot belang dat we juist weten op welke plaats de gewenste in- of uitgang op de module aangesloten. Zodra we een goed overzicht hebben van de aansluitingen is het niet meer moeilijk om de juiste link te zetten, aangezien men bij elke module goed zijn plaats in het netwerk ziet. Er is hier ook een onderscheidt op te merken i.v.m. var external en var external pg. De als var external gedefinieerde variabelen vindt men onder de map resource, terwijl de als var external pg gedefinieerde variabelen terug te vinden zijn onder hun task mappen.

Figuur 34: Proces Data Workspace

Bollen Michaël


50

2.3. OPC OPC (OLE in Proces Control) is een industriële standaard ontwikkeld door de samenwerking van een aantal wereldleiders op het gebied van hard- en software in de automatisatie en Microsoft. De standaard creëert een gemeenschappelijke interface voor de communicatie tussen verschillende toestellen die processen besturen. Het doel is om te voorkomen dat controle- en besturingssoftware afhankelijk is van hardwareproducent. OPC is gebaseerd op de OLE (Object Linking and Embedding), COM (Component Object Model) en DCOM (Distributed COM) technologie van Microsoft.

2.3.1. Werking Veel applicaties die werden ontworpen verzamelde gegevens uit gegevensbronnen en maakte deze gegevens toegankelijk door het gebruik van onafhankelijk ontworpen drivers voor het desbetreffende softwarepakket. Dit leidde tot de volgende problemen: Elke applicatie moest een driver bevatten voor elk randapparaat. Hierdoor onstonden conflicten tussen drivers van verschillende fabrikanten, veroorzaakt doordat sommige hardware-eigenschappen niet ondersteund werden door alle drivers.

Figuur 35: Communicatie randapparatuur Bollen Michaël


51

OPC trekt een grens tussen hardware- en softwarefabrikanten. Het levert een mechanisme om gegevens te verzamelen van gegevensbronnen en doorgeven van de gegevens naar de applicatie onafhankelijk van de hardwarefabrikant. Deze functie laat de fabrikanten toe om de prestatie van de server om te communiceren met de gegevensbron te optimaliseren.

Figuur 36: Communicatie via OPC

2.3.2. Voordelen OPC Hardwarefabrikanten moeten maar één reeks van softwarecomponenten produceren voor de klanten om te gebruiken in hun applicaties. Softwareontwikkelaars moeten hun drivers niet herschrijven als er nieuwe hardware uitkomt. Klanten hebben de vrijheid om hun fabrikanten te kiezen om een productieproces op te bouwen alsook de vrije keuze van controle- en besturingssoftware.

Bollen Michaël


52

2.3.3. OPC architectuur De OPC standaard gegevensuitwisseling is gebaseerd op het cliënt/server-schema. Dit laat de verbinding toe van meervoudige cliënten van verschillende fabrikanten aan één server. Ook laat de standaard toe om servers van verschillende fabrikanten te verbinden met één cliënt.

Figuur 37: OPC architectuur

Bollen Michaël


53

2.4. SCADA

2.4.1. Hardware architectuur Er zijn 2 lagen in een SCADA-systeem: de “cliënt laag” die zorgt voor de mens-machine interactie en de “data server laag” die behandelt de procesdata controle activiteiten. De dataservers communiceren met de veldapparaten door middel van de procescontrollers (PLC’s). PLC’s zijn direct verbonden met de dataservers of via netwerken of velbussen. Dataservers zijn verbonden met elkaar via Ehternet.

Figuur 38: Typische hardware architectuur

Bollen Michaël


54

2.4.2. Software architectuur De producten zijn multi-tasking en zijn gebaseerd op een real-time database (RTDB) gelokaliseerd in één of meer servers. Servers zijn verantwoordelijk voor gegevensverwerving en verwerking aan de hand van enkele parameters, waar ze mee verbonden zijn.

Figuur 39: Typische software architectuur

Bollen Michaël


55

2.4.3. Wizcon Wizcon is opgebouwd uit 3 grote delen, namelijk: •

WizPLC

•

WizDCS

•

Wizcon for Windows & Internet

Omdat enkel gebruik gemaakt wordt van het laatste onderdeel wordt dit ook alleen besproken. Wizcon for Windows & Internet In Wizcon for Windows & Internet wordt het bedieningspaneel van de opstelling gemaakt. Dankzij de OPC standaard die ook in Wizcon is verwerkt is het zeer makkelijk om de visualisatie (met namen de tags) te koppelen aan het stuurprogramma. De belangrijkste functies van Wizcon for Windows & Internet: •

Visualisatie Hier worden de schermen (images) gemaakt die ons bedieningspaneel moet voorstellen. De images van onze opstelling kan men bekijken vanaf pagina 29 tot 32.

•

Alarmering In onze opstelling worden de alarmmeldingen weergegeven aan de hand van een pop-up venster.

Bollen Michaël


56

Trending Trending omvat het geheel van de statistische gegevens, waarvan men grafieken kan maken. Deze tonen de vorige en de huidige toestand van een variabele en kunnen zo gebruikt worden om een bepaalde trend te zien.

•

Rapportering Hier worden de statistische gegevens van het proces verzameld. Men kan deze rapporten afdrukken of opslaan.

•

Recording Bewaren van de procesvariabelen om nadien te gebruiken in de vorige twee.

•

Recepten In een recept worden een aantal tags met hun waarden bewaard. Bij de uitvoering van een recept worden de hierin gedefinieerde waarden toegekend aan de tags die geassocieerd worden met dit recept. Hierdoor zal het proces in een gewenste toestand komen.

Bollen Michaël


57

Hoofdstuk 3. Realisatie

3.1. Hardware Zoals uit de analyse gebleken is, is het de bedoeling geweest om de bestaande opstelling om te bouwen. De oude opstelling bestond uit twee takken. Het netwerk vertrok van de controllerkaart in de computer naar de eerste (rechter) BK-T/U module waar ook de Loop 2 ring aangekoppeld was. Van de eerste BK-T/U module ging de verbinding verder naar de tweede (linker) BK-T/U module waaraan de laatste I/O-modules hingen.

Figuur 40: Oude configuratie

Figuur 41: Oude opstelling

Bollen Michaël

Figuur 42: Nieuwe opstelling


58

In de nieuwe opstelling zoals men in de foto kan zien hebben we drie takken. Mechanisch is er een rail bijgeplaatst om deze bijkomende tak te kunnen plaatsen. Zoals men kan zien is er niet zoveel veranderd aan de opbouw van het netwerk. Er is een tak bijgekomen ter vervanging van de controllerkaart. Nadat de installatie zijn de aansluitingen in een tabel opgenomen om het programmeren te vereenvoudigen. 1_0

IBS IL 24 RB-T

1_1 1_1

IB IL 24 DI 2 IN1 IN2

1_2 1_2

IB IL 24 DI 2 IN1 IN2

2_0

IBS IL 24 BK T/U

BUS TERMINAL

2_1 2_1 2_1 2_1

IB L2 BOX 24 DIO 2/2/4 1.4 IN1 2.4 IN2 3.4 OUT1 4.4 OUT2

7.40 7.41 / /

S24 S25

Volle buffer aanwezig Rotatie magazijntafel

2_2 2_2 2_2 2_2

IB L2 BOX 24 DO 4/4 1.4 OUT1 2.4 OUT2 3.4 OUT3 4.4 OUT4

7.42 7.43 7.44 7.45

V13 V16 V12 V15

Meetarm Grijper bufferlediger Grijper meetarm Bufferlediger

2_3 2_3 2_3 2_3


8.40 8.41 8.42 /

S26 S27 V14

Buffer op ledigingsplaats Transportcilinder buffer links Kleine slede vacuumgrijper

2_4 2_4 2_4 2_4


8.43 8.44 8.45 8.46

S28 S29 V10 V9

Vularm boven Vularm beneden Omkeercilinder Grijper omkeercilinder

Bollen Michaël

BRANCH TERMINAL


59

2_5 2_5 2_5 2_5


8.47 8.48 8.49 8.50

S30 S31 V6 V11

Omkeercilinder actief Omkeercilinder niet-actief Arm vacuumgrijper Vularm

2_6 2_6 2_6 2_6


/ / 8.51 8.52

V8 V7

Vacuum Grote slede vacuumgrijper

2_7 2_7 2_7 2_7


9.39 9.40 / /

S39 S32

Vacuumsensor Perslucht grijper vularm

2_8 2_8 2_8 2_8 2_8 2_8 2_8 2_8

IB L2 BOX 24 DI 8/4 1.4 IN1 2.4 IN2 3.4 IN3 4.4 IN4 1.2 IN5 2.2 IN6 3.2 IN7 4.2 IN8

9.41 9.43 9.44 9.46 / 9.42 / 9.45

S33 S35 S36 S38

Cilinder buffergrijper boven Transportcilinder buffer rechts Cilinder buffergrijper onder Buffergrijper open

S34

Lege buffer aanwezig

S37

Vultafel

2_9 2_9 2_9 2_9


9.47 9.48 9.49 9.50

V1 V4 V2 V5

Cilinder buffergrijper Bandcilinder naar links Buffergrijper Bandcilinder naar rechts

3_0

IBS IL 24 BK T/U

3_1 3_1 3_1 3_1

IB IL 24 DO 4 1.1 2.1 1.4 2.4

6.40 6.41 6.42 /

M2 M3 M1

Roteren magazijntafel Roteren vultafel Transportband

3_2 3_2 3_2 3_2 3_2 3_2 3_2 3_2

IB IL 24 DI 8 1.1.1 1.2.1 2.1.1 2.2.1 3.1.1 3.2.1 4.1.1 4.2.1

6.20 6.21 6.22 6.23 6.24 6.25 / /

S11 S12 S13 S14 S15 S16

Bufferlediger boven Bufferlediger onder Grijper meetarm Positie rolletje Meetarm ingeschoven Meetarm uitgeschoven

Bollen Michaël

BUS TERMINAL


3_3 3_3 3_3 3_3 3_3 3_3 3_3 3_3

IB IL 24 DI 8 1.1.1 1.2.1 2.1.1 2.2.1 3.1.1 3.2.1 4.1.1 4.2.1

6.26 6.27 6.28 6.29 6.30 6.31 6.32 /

S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23

60

Kleine slede vacuumgrijper vooraan Kleine slede vacuumgrijper achteraan Grote slede vacuumgrijper vooraan Grote slede vacuumgrijper achteraan Arm vacuumgrijper boven Arm vacuumgrijper onder Rolletje aanwezig (einde trilgoot)

3.2. Software

3.2.1. Communicatie Hierna is er voor communicatie gezorgd met de controller via Ethernet. Om dit te bereiken is er eerst een IP-adres toegewezen aan de Ethernet-module. Hiervoor maakt men gebruik van de Factory Manager. Als men de module voor het eerst opstart dan zal deze een BootP request continu versturen tot het een geldig IP-adres ontvangt. Om hier aan te voldoen maken we dus in de manager een nieuw ethernet device aan. Het IP-adres van mijn opstelling was 192.168.30.153.

Figuur 43: Voorbeeld toewijzen IP-adres Bollen Michaël


61

Als dit gebeurd is moet men de instellingen opslaan en dan de Ethernet-module heropstarten. Om nu communicatie met de controller te hebben zonder dat de RS-232 aansluiting nodig te hebben moet eerst een project starten. Vervolgens moet men in de Bus configuration Workspace naar de communicatie van onze Master gaan. Deze staat op serial port wat dus wil zeggen dat men via de seriële poort communiceert. Aangezien het de bedoeling is om via Ethernet te communiceren moet dit veranderen via INTERBUS dan moet men uit een slidermenu 02 kiezen. Hierdoor krijgt men de optie om via TCP/IP te communiceren. Enkel het IP-adres moet ingeven worden, getest en toegepast worden. Nu wordt er met de controller via Ethernet gecommuniceerd. Om dit niet altijd te hoeven doen als men heropstart slaan we dit als Bootproject op in de controller. Nu zal de controller bij het opstarten altijd al via Ethernet te bereiken zijn. En zo dus kunnen we de RS-232 kabel verwijderen. Als het programma uiteindelijk af is wordt dit als Bootproject opgeslagen.

Figuur 44: Communicatie via Ethernet

Bollen Michaël


3.2.2. PC Worx programma-afloop Automatisch

Figuur 45: Gedetailleerde programma-afloop: automatisch

Bollen Michaël

62

Optimalisatie van een materiaalsorteersysteem Manueel

Figuur 46: Gedetailleerde programma-afloop: manueel

Bollen Michaël

63


64

Kalibreren

'

' *

+ !

.

)

"

, "

"

, " , "

, "

+ )

!

!

/

)

.

)

!

"

"-

*

!

)

)

*

)

)

"-

'

' 0

+ !

! )

"

"

) , " /

+

) !

!

)

%

"

)

"

) !

.

*

) )

)

) )

"-

"-

Figuur 47: Gedetailleerde programma-afloop: kalibreren deel 1

Bollen Michaël

)

0

"

)

.

"

0 %


65

'

' ,

+ !

"

) !

, "

1 "

+ )

!

!

!

,

"

!

)

!

)

!

)

)

)

*

)

1

.

"

$

)

.

2) 3 )

.

"-

"-

' ,

' ,

+ !

,

!

"

)

+

)

!

)

,

,

"

,

"

$

"

)

.

$ $

) )

.

,

"

! $

"-

)

)

) "

, $

"-


Bollen Michaël

)


66 4

$

$

6

)

$ 5

' ,

)

!

0 !

" !

)

+ !

) )

)

"

#

$

)

" 7

58

$ )

0 ! 9 ! " ! $

)

"

)

" $ )

$

.

2) 3 )

.

"

/

)

)

"-


Hiervan zijn de verschillende programma’s die geprogrammeerd zijn in enkele stroomdiagrammen uitgetekend. Van deze diagrammen wordt uitgegaan om de verschillende programma’s te schrijven. Er moet enkel nog gekeken worden naar wat de juiste voorwaarden zijn om een actie uit te voeren. Zodra men alle voorwaarden weet wordt het programma geschreven. Wat men aan deze diagrammen niet ziet is in hoeveel deelprogramma’s de verschillende modes opgedeeld worden. Vb.: De manuele mode bestaat uit een: •

Aanvoer- en meetcyclus

•

Vulcyclus

•

Vultafelcyclus

•

Buffertransportcyclus

•

Ledigingscyclus

•

Magazijntafel

Bollen Michaël


67

3.2.3. OPC-server Voor de variabelen die naar wizcon moeten gekoppeld worden moet men tijdens de declaratie voor zorgen dat OPC is aangevinkt.

Figuur 50: Declaratie variabele voor OPC

Als het programma in PC Worx af is wordt het rebuild. Zodra dit afgelopen is moet er via het menu Extra een OPC visualisatie bestand creëren. Nu starten we OPC Configurator en kiezen we nieuw. Daarna open we een nieuw project met als project bestand het PC Worx programma. We slaan ons project op waarna het geactiveerd moet worden.

Bollen Michaël


68

Figuur 51: Instellen configuratie OPC-server

Nu is onze OPC-configuratie actief. Nu is alles klaar om het laatste deel van het project aan te vangen, namelijk het wizcon operatorpanel. Dankzij OPC kan er een verbinding tussen PC Worx en wizcon gecreëerd worden. Alle variabelen die we in PC Worx gedeclareerd met het vakje OPC aangevinkt kunnen we in wizcon terugvinden. Deze variabelen zullen we dus uiteindelijk gebruiken om onze opstelling te kunnen besturen via de wizcon schermen. Het is eigenlijk zeer mooi dat deze 3 pakketten zo goed met elkaar kunnen communiceren geeft veel mogelijkheden tot automatisatie.

Bollen Michaël


3.2.4. Wizcon Voor het maken van een applicatie worden de volgende stappen gevold.

Figuur 52: Stapsgewijs aanmaken applicatie in wizcon

Bollen Michaël

69


70

Figuur 53: Wizcon develeporstudio

•

Stap 1: Communication drivers: Er wordt gebruik gemaakt van de OPC driver. Wizcon moet heropgestart worden om de veranderingen toe te passen.

•

Stap 2: Eerst worden de groups gedefinieerde, hier bepaald men de privileges. Daarna maakt men de users aan. Dit zijn de eigelijke gebruikers van het programma.

•

Stap 3: Tags zijn de variabelen die in het programma gebruikt worden en die we dus via de OPC-server doorkrijgen gestuurd. Alarmen: Hier worden fotmeldingen aangekoppeld.

•

Stap 4: Hier maakt men de schermen die men op pagina 29 tot en met 32 kan terugvinden. Hier wordt dus het operatorpaneel gemaakt.

•

Stap 5: Definiëren van de wizcon language.

Bollen Michaël


71

•

Stap 6: Testen van ons programma

•

Stap 7: Hier maakt men de grafieken, recepten en rapporten aan. Voor meer uitleg zie punt 2.4.3. pagina 55.

•

Stap 8: Het project wordt nog een keer zorgvuldig nagekeken op fouten. In dit menu kunnen de waarden van de afzonderlijke tags gecontroleerd worden.

3.2.5. Algemeen besluit Het doel van dit project is niet volledig gelukt omdat er zich nog enkele problemen voordoen in verband met de besturing via het netwerk. Dankzij dit eindwerk ben ik wel in contact gekomen met enkele zeer interessante softwarepakketten, met name: •

PC Worx

•

OPC

•

Wizcon

Er is ook kennis opgedaan over de werking van een interbussysteem en SCADA alsook hoe uitgebreid een project kan zijn. Persoonlijk vind het Phoenix Contact interbussysteem samen met deze softwarepakketten een zeer uitgebreid systeem dat men op veel plaatsen kan toepassen. Vooral de vele mogelijkheden van PC Worx maken dit pakket tot zo een goed systeem. Het grootste nadeel is, dat als men het hele pakket zou willen kennen men toch een lange leerperiode nodig heeft ten opzichte van de Siemens programmeertaal. Ook het gebrek aan een uitgebreide cursus kan soms voor problemen zorgen, omdat de help niet overal een antwoord voor biedt. Het eindwerk heeft er vooral toe bijgebracht dat ik nu een beter idee heb van wat een pas afgestudeerde ingenieur kan verwachten. Het heeft me vooral laten zien dat we nog veel moeten bijleren in verband met automatisatieprogramma’s. Bollen Michaël


Bibliografie Phoenix Contact, Interbus, 2001, blz. 1-19 tot 1-33 Phoenix Contact, Automationworx, 2004 Phoenix Contact, Automationworx, 2005 Phoenix Contact, Ethernet/Inline Bus Terminal, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Inline Terminal With Two Digital Inputs, datasheet Phoenix Contact, Inline Terminal With Eight Digital Inputs, datasheet Phoenix Contact, Inline Terminal With Four Digital Outputs, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Loop 2 Branch Terminal, datasheet Phoenix Contact, Power Terminal, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Loop 2 Input Module with 8 Digital Inputs, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Loop 2 Input/Output Module With Two Digital Outputs and Two Digital Inputs, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Loop 2 Output Module With Four Digital Outputs, datasheet Phoenix Contact, INTERBUS Inline Bus Terminal, datsheet Phoenix Contact, Inline Branch Terminal, datasheet Phoenix Contact, Inline Controller, datasheet Websites: http://pl.et.fh-duesseldorf.de/prak/prake/download/IBS_grundlagen.pdf http://fetcher.fwnotify.net/hyper000000172680323101881214315/en/doku/pdf/interbus_basics_en.pdf http://www.merz-sw.com/opc/opc_whatisopc.php3 http://accelconf.web.cern.ch/AccelConf/ica99/papers/mc1i01.pdf

Bollen Michaël

I

OPTIMALISATIE VAN EEN MATERIAALSORTEERSYSTEEM

Recommend Documents