Schooljaar Goossens Brecht. Angelo Lasoen. 6EEb

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREERDE PROEF Schooljaar 2012 - 2013

Goossens Brecht & Angelo Lasoen 6EEb

PROVINCIAAL TECHNISCH INSTITUUT EEKLO Roze 131 9900 Eeklo

GEÏNTEGREERDE PROEF Schooljaar 2012 – 2013 Automatisering met Festo Aanvoerlijn en bewerkingsstation

Goossens Brecht & Angelo Lasoen 6EEb

Woord vooraf Als leerling van het 6de jaar Elektriciteit-Elektronica kreeg ik de taak om een Geïntegreerde Proef te realiseren. Deze opdracht was het automatiseren van een FESTO-eiland met behulp van elektro-pneumatica. Deze GIP bestond uit 2 delen: een aanvoergedeelte en een verwerkingsgedeelte. Een andere groep kreeg de opdracht om het aanvoergedeelte en het sorteergedeelte aan te sturen. Het doel van het aanvoergedeelte was om een werkstuk te detecteren en naar het volgende gedeelte te brengen met behulp van een pneumatische arm. Op het verwerkingsgedeelte wordt het werkstuk bewerkt en via de roterende schijf wordt het werkstuk naar het sorteergedeelte overgebracht. Beide FESTO-eilanden automatiseerden we met een SIEMENS PLC-200. Ik heb voor dit GIP-onderwerp gekozen omdat automatisatie een deel van de toekomst is en het tegenwoordig meer en meer in bedrijven wordt gebruikt wat zorgt voor een grotere productie. Graag wil ik de mensen bedanken die mij hebben geholpen om dit eindwerk te realiseren en mij de nodige informatie hebben gegeven. In de eerste plaats bedank ik mr. Schrooten, mijn GIP-begeleider, mr Van der Paelt, en mr. Mestchen. Ook wil ik mijn GIP-partner Angelo bedanken, met wie ik dit eindwerk realiseerde en met wie ik goed kon samenwerken. De technisch adviseur Mr Van den Eeden wil ik ook bedanken voor het vertrouwen en zijn hulp in verband met mijn stage. Mijn stagementor Mr de Kesel wil ik graag bedanken voor de mogelijkheid om mijn stage te lopen in het bedrijf IVM, waar ik samen met Thomas veel heb bijgeleerd. Tot slot bedank ik ook de leerkrachten van de algemene vakken, mijn andere klasgenoten, mijn familie en vrienden

6TSO-EE-b

Inhoudsopgave

1

Inhoudsopgave Woord vooraf .......................................................................................................................................... 4 Inleiding .................................................................................................................................................. 5 1

Opgave............................................................................................................................................. 6 1.1

2

Bespreking van onderwerp ...................................................................................................... 6

1.1.1

Aanvoereiland ................................................................................................................. 6

1.1.2

Verwerkingseiland........................................................................................................... 7

1.1.3

Sorteereiland .................................................................................................................... 8

Festo project .................................................................................................................................... 9 2.1

Wat is Festo? ........................................................................................................................... 9

2.2

Theoretische werking .............................................................................................................. 9

2.3

Pneumatica .............................................................................................................................. 9

2.3.1 2.4

3

4

Perslucht .......................................................................................................................... 9

Vacuüm ................................................................................................................................. 11

2.4.1

Wat is vacuüm? ............................................................................................................. 11

2.4.2

Wat kan men doen met vacuüm? ................................................................................... 11

2.4.3

Hoe maakt men vacuüm? .............................................................................................. 11

PLC................................................................................................................................................ 12 3.1

Wat is PLC ?.......................................................................................................................... 12

3.2

Werking ................................................................................................................................. 12

3.3

Onderdelen van een PLC ....................................................................................................... 12

3.4

Ingangen ................................................................................................................................ 13

3.5

Uitgangen .............................................................................................................................. 13

Bespreking onderdelen .................................................................................................................. 14 4.1

Toevoer.................................................................................................................................. 14

4.1.1

I/O Terminal .................................................................................................................. 14

4.1.2

Pneumatische arm.......................................................................................................... 15

4.1.3

Service unit .................................................................................................................... 15

4.1.4

De demper ..................................................................................................................... 18

4.1.5

Vacuumgenerator .......................................................................................................... 18

4.1.6

De vacuümpomp ............................................................................................................ 19

4.1.7

Vacuüm filter ................................................................................................................. 19

4.1.8

Vacuümschakelaar ......................................................................................................... 20

4.1.9

Vacuümsensor ............................................................................................................... 20

Elektriciteit-Elektronica

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Inhoudsopgave

2

4.1.10

Duo-kabel ...................................................................................................................... 21

4.1.11

Pneumatische dubbelwerkende cilinder ........................................................................ 21

4.1.12

De zuignap ..................................................................................................................... 22

4.1.13

Proximity-sensor ........................................................................................................... 23

4.1.14

Push-in bulkhead connector .......................................................................................... 23

4.1.15

Multiple distributor........................................................................................................ 23

4.1.16

Terugslagklep ................................................................................................................ 23

4.1.17

Connectorkabel .............................................................................................................. 24

4.1.18

Kunststofslang ............................................................................................................... 24

4.1.19

Eén richting regelende klep ........................................................................................... 24

4.2

Verwerking ............................................................................................................................ 25

4.2.1

Roterende schijf ............................................................................................................. 25

4.2.2

Dc-motor roterende schijf.............................................................................................. 25

4.2.3

Opto-elektrische sensor ................................................................................................. 26

4.2.4

Boormodule ................................................................................................................... 27

5

Schakelkast .................................................................................................................................... 29

6

Elektrische schema’s ..................................................................................................................... 30

7

Voeding PLC ................................................................................................................................. 30

8

Programmatieschema’s.................................................................................................................. 30

9

Sensoren ........................................................................................................................................ 31 9.1

Wat is een sensor? ................................................................................................................. 31

9.2

Capacitieve sensor ................................................................................................................. 31

9.2.1

Theoretisch .................................................................................................................... 31

9.2.2

Voor en nadelen............................................................................................................. 32

9.3

Inductieve sensor ................................................................................................................... 32

9.3.1

Theoretisch .................................................................................................................... 32

9.3.2

Voor en nadelen............................................................................................................. 33

Integratie Technische Vakken ................................................................................................... 34

10 10.1

Website .................................................................................................................................. 34

10.2

Hall sensoren ......................................................................................................................... 35

10.2.1

Enkele begrippen vooraf ............................................................................................... 35

10.2.2

Werking van de sensor (unipolar switch with current interface).................................. 35

10.3

Magnetisme ........................................................................................................................... 38

10.3.1

Wat is magnetisme ? ...................................................................................................... 38


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Inhoudsopgave

3

10.3.2

Kenmerken .................................................................................................................... 38

10.3.3

Magnetisch veld............................................................................................................. 39

10.3.4

Magnetische flux ........................................................................................................... 39

10.3.5

Magnetische inductie ..................................................................................................... 40

10.3.6

Permeabiliteit................................................................................................................. 41

10.4

Elektromagnetisme ................................................................................................................ 43

10.4.1

Elektromagnetische veldsterkte in de buurt van een stroomvoerende geleider ............. 43

10.4.2

Veldsterkte in een solenoïde .......................................................................................... 45

10.4.3

Invloed van magnetisch materiaal op de veldsterkte ..................................................... 47

10.4.4

Remanent magnetisme................................................................................................... 48

10.4.5

Permeabiliteit................................................................................................................. 48

10.5

Elektromagnetische inductie ................................................................................................. 49

10.5.1

Wet van Lenz................................................................................................................. 50

10.5.2

Zelfinductie ................................................................................................................... 50

10.5.2.2

Zelfinductiecoëfficient .............................................................................................. 52

10.5.3

Wederzijdse inductie ..................................................................................................... 53

10.5.4

Wervelstromen .............................................................................................................. 54

Integratie Algemene vakken ...................................................................................................... 55

11 11.1

Nederlands ............................................................................................................................. 55

11.1.1

Sollicitatiebrief .............................................................................................................. 55

11.1.2

Uitnodiging vergadering ................................................................................................ 56

11.1.3

Notulen vergadering ...................................................................................................... 57

11.1.4

Memo............................................................................................................................. 58

11.1.5

Verzoekbrief .................................................................................................................. 59

11.2

Frans ...................................................................................................................................... 60

11.2.1

Demande de documentation .......................................................................................... 60

11.2.2

La pneumatique apprend à penser (Vocabulaire) .......................................................... 61

11.3

Engels .................................................................................................................................... 62

11.3.1

English text related to subject........................................................................................ 62

11.3.2

List of difficult words (20 words) ................................................................................. 65

11.3.3

10 questions and answers about the a text ..................................................................... 68

11.3.4

Summary and outline..................................................................................................... 69

11.3.5

General technical English text ....................................................................................... 71

11.3.6

Translation English text (my own translation) .............................................................. 77


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

11.3.7

Inhoudsopgave

4

Translation General English text ................................................................................... 77

12

Besluit........................................................................................................................................ 81

13

Bijlagen ..................................................................................................................................... 82

14

Figurenlijst................................................................................................................................. 83

15

Bronnen ..................................................................................................................................... 84


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Inleiding

5

Inleiding

De opdracht van mijn Geïntegreerde Proef is het automatiseren van een FESTO-eiland met behulp van PLC. Een FESTO-eiland is een paneel waarop elektrische en elektronische componenten geplaatst zijn die bestuurd worden door perslucht. Deze componenten zijn bijvoorbeeld eindeloopschakelaars, fotocellen en inductieve of capacitieve sensoren. Deze detecteren of er een werkstuk aanwezig is, zodat andere componenten zoals een cilinder of pneumatische arm, kunnen werken. In de nijverheid is automatisering de toekomst, alles moet tegenwoordig vlug en efficiënt gebeuren en via automatisatie is dit mogelijk. Het is dus werkbesparend, en de maatschappij zou een hele stap achteruitgaan zonder automatisering. Zo kunt u bijvoorbeeld instellen dat het licht in een ruimte automatisch zal uitgaan wanneer er een bepaalde tijd geen activiteit is in die ruimte. In het dossier vindt u allerlei informatie over mijn eindwerk. De bundel opent met algemene informatie over ons project zoals de werking, bedoeling en realisatie van het project, ook worden enkele algemene begrippen verduidelijkt die noodzakelijk zijn voor het project bv. vacuüm en pneumatica. Vervolgens worden de componenten die op het FESTO-eiland aanwezig zijn besproken; we leggen uit hoe de gebruikte sensoren werken en hoe de cilinder werkt. Daarna vindt u een foto van de schakelkast waarop u ziet welke PLC’s er gebruikt worden, welke beveiligingen nodig zijn en de functie van de drukknoppen. Vervolgens komen de schema’s en het PLC-programma in een bijlage. Voor de integratie van de technische vakken maakten we een website voor het vak ICT. Voor het vak Theorie Elektriciteit besprak ik magnetisme en bij Digitale Elektronica kregen we de opdracht om hall-sensoren te bespreken. Als laatste vindt u de integratie van de algemene vakken Nederlands, Engels en Frans.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Opgave

6

1 Opgave Automatiseren van een 2 Festo eiland met behulp van PLC en pneumatica. We hadden 1 gezamenlijk eiland: de aanvoer. Het verwerkingseiland was onze 2e opdracht. 1.1 Bespreking van onderwerp Het automatiseren van het Festo eiland zal dus gebeuren doormiddel van sturingen via de PLC. Deze PLC zal dan voorbeeld pneumatische onderdelen aansturen om daarmee dan bewegingen te verrichten. Er zal ook met hoeksensors, capacitieve sensors en inductieve sensors gewerkt worden. Het deel dat we samen met ons 2 moeten maken zal een klein deeltje uit een groter project zijn. Ons deel zal dienen voor het bewerken van onderdelen. Hiervoor hebben we de hoeksensor nodig. In het andere deel van het project komen dan nog inductieve sensors en capacitieve sensors voor. Dit zal dan voor het sorteren van bepaalde onderdelen zijn.

1.1.1 Aanvoereiland

Figuur 1.1.1 Aanvoereiland

Op het aanvoerspanneel staat een koker gemonteerd waar de werkstukjes in worden gestoken. Onder de koker is er een open ruimte met een lichtsluis. Die lichtsluis detecteerd of er een werkstukje al dan niet aanwezig is. Indien er een werkstuk aanwezig is krijgt een dubbelwerkende cilinder een impuls. De cilinder schuift uit en duwt het werkstukje vooruit naar de volgende positie. Als het blokje op zijn positie staat, krijgt een grijparm een impuls, die dan op zijn beurt het werkstuk oppikt. De zuiger zuigt het stuk aan, de ruimte tussen de zuiger en het stuk wordt vacuum gezogen. Wanneer het blokje aangezogen is, wordt het overgebracht naar het volgende onderdeel van het project, de verwerking.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Opgave

7

1.1.2 Verwerkingseiland

Figuur 1.1.2 Verwerkingeiland

Het werkstuk komt terecht op een ronddraaiende plaat. Wanneer het werkstuk op de plaat staat, wordt het gedetecteerd waardoor de plaat een plaats verder draait. Op die plaats wordt het werkstukje geboord door een boortje. Als het blokje geboord is, draait de plaat terug een door. Daar wordt het gefreesd. Als de frees klaar is met frezen, draait de plaat terug door naar de volgende werkpost. Wanneer de plaat op de volgende positie staat, krijgt een motor een impuls die een onderdeeltje bestuurd. Dat onderdeeltje duwt het werkstuk vooruit op de transportband van de afvoer.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Opgave

8

1.1.3 Sorteereiland

Figuur 1.1.3 Sorteereiland

Wanneer het blokje op de transport band gekomen is, wordt door sensoren uitgemaakt of het een plastic blokje of metalen blokje is. Als het een plastic blokje is wordt dan ook nog eens gedetecteerd of het een oranje of zwart blokje is. Als de transportband dan verder draait zal het werkstuk in de gepaste afvoer terecht komen.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

2

Festo

9

Festo project

2.1 Wat is Festo? Festo is een bedrijf/merk dat onderdelen maakt die kunnen gebruikt worden bij automatisering en sturingen. Het is onderverdeeld in verschillende delen. Wij zullen bij ons eindwerk ook gebruik maken van deze Festo onderdelen. We zullen als het ware een voorbedacht project van Festo maken. 2.2 Theoretische werking Het project zal doormiddel van PLC gestuurd worden via pneumatische sturingen. Naargelang het programma dat we moeten schrijven en de aansluitingen die we verrichten zal er een reeks van automatische sturingen gebeuren. Bij ons deel wordt het werkstuk dat bewerkt moet worden eerst getest en erna zal een boring gedaan worden in het werkstuk. Deze werkstukken zullen op een draaischijf geplaatst worden die met een hoeksensor en draaimechanisme aangestuurd zal worden. De hoeksensor dient om het ‘werkstuk’ op de juiste plaatsen te brengen en geeft dus door waar het ‘werkstuk’ zich bevind aan het draaimechanisme.

2.3 Pneumatica 2.3.1 Perslucht 2.3.1.1 Wat is perslucht? Het gebruik van perslucht is zeer verspreid in de meest uiteenlopende takken van de industrie, en dagelijks worden nog nieuwe toepassingen uitgedacht. Perslucht is samengeperste lucht waar dan veel druk achter kan zitten. Deze samengeperste lucht kan een grote kracht creëren (De grootte van de kracht zal afhankelijk zijn van de hoeveelheid perslucht die gebruikt wordt en met welke componenten.) waarmee dan motoren, machines en gereedschappen kunnen aangedreven worden. Dit kan ook als ademlucht gebruikt worden of om stof mee af te blazen maar dit komt niet in ons eindewerk. Om perslucht te verkrijgen heeft men een compressor nodig, hiervan zijn ook verschillende type’s.

2.3.1.2 Gebruik in industrie  Met behulp van grijpers of zuignappen bestaat de mogelijkheid om op een eenvoudige manier werkstukken, afgewerkte producten, ... opnemen en verplaatsen.  Met behulp van persluchtcilinder kunnen we systemen automatiseren, krachten uitoefenen enz... 

Met behulp van pneumatische werktuigen kan men bouten vastschroeven, gaten boren, straten openbreken.



Met behulp van perslucht gaat men verf 'spuiten'.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Festo

10

2.3.1.3 Voordelen  Eenvoudig te verkrijgen en te transporteren: lucht is overal beschikbaar - retourleidingen zijn overbodig 

Goed op te slaan (reservoir)



Brand- en explosieveilig



Geen mediumverversing: het is niet nodig om het medium (lucht) regelmatig te verversen



Zuiver droog en (bij lekken geen vervuiling)



Eenvoudige constructie: We kunnen rechtstreeks een rechtlijnige beweging bekomen zonder gebruik te maken van vb. kruk -drijfstangmechanisme.



Beweegbare slangen



Veilig ( geen grotere kracht dan ingestelde waarde - weinig kans op beschadigingen )



Weinig installatiekosten



Grote bedrijfszekerheid

2.3.1.4 Nadelen  Samendrukbaarheid van lucht 

Lawaaihinder (verbetering door geluidsdempers)



Luchtvochtigheid (filters – water afscheider gebruiken)



Hoge energiekosten



Persluchtsmering (is niet meer nodig in alle toepassingen)

2.3.1.5 Toepassing in het project In het project dat we samen moeten maken, zullen 3 componenten aangestuurd worden met perslucht. 2.3.1.6 Toepassingen Het gehele Festo project waar we aan zullen werken kan toegepast worden in de industrie. Er wordt namelijk bewerkt en gesorteerd. In de industrie kan dit zeker goed gebruikt worden. Vooral in grote fabrieken of bedrijven waar veel dezelfde werkstukken of onderdelen gemaakt moeten worden waar een kleine boring moet in gebeuren en daarna dan gesorteerd moet worden naargelang de ‘stof’ waaruit het onderdeel of werkstuk bestaat. Dit kan ook op kleur gesorteerd worden.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Festo

11

2.4 Vacuüm 2.4.1 Wat is vacuüm? Vacuüm betekent dat er geen lucht of gas is = luchtledig. Voor techniek en de toegepaste wetenschappen betekent vacuüm: een ruimte met lagere druk dan de druk van de buitenlucht (tussen 0 en 1 bar). 2.4.2 Wat kan men doen met vacuüm? Vacuüm wordt overal gebruikt : voedsel wordt vacuüm verpakt, zodat het langer houdbaar blijft. Maar ook vele elektronische componenten in uw computer zijn gemaakt met behulp van vacuüm. Ook een stofzuiger werkt met het vacuümprincipe. Dankzij een goede vacuümpomp was Edison in 1879 in staat om een gloeilamp te maken. Door het weghalen van de lucht (en met name de zuurstof) uit de glazen ballon verbrandde de gloeidraad niet en bleef de lamp lang branden. Op basis van deze uitvinding hebben we heden ten dage de meest uiteenlopende energiezuinige lampen, die véél licht geven. 2.4.3 Hoe maakt men vacuüm? Dit is bijzonder moeilijk uit te leggen, maar een voorbeeld: Toen u klein was hebt u ongetwijfeld wel eens lucht uit een flesje gezogen, waardoor het flesje bleef hangen aan uw mond. U maakte dus vacuüm. In de praktijk maken we vacuüm met een vacuümpomp, die een druk creëert lager dan de atmosferische druk, waardoor iets wordt aangezogen.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

PLC

12

3 PLC In ons project maken we gebruik van 2 PLC’s : de siemens PLC 7-200 CPU 222 en de 223. 3.1 Wat is PLC ? De afkorting PLC staat voor programmable logic controller en is de algemeen gangbare naam voor een automatisch besturingsapparaat. • Programmable = programmeerbaar; • Logic = werkend volgens de booleaanse logica; • Controller = besturingseenheid (to controle = sturen, bedienen, regelen). En PLC is een elektronisch apparaat dat instaat voor de automatische werking van een proces of machine. Een PLC beschikt ook over in- en uitgangen, optioneel communicatiemodules, een voedingsblok en een CPU (Cental Processor Unit). Het voordeel van een PLC t.o.v. klassieke stuurschakelingen met relais is dat er bij een PLC schakeling veel minder bedrading nodig is. Als men vroeger bij klassieke schakeling een wijziging wilde aanbrengen moest men de schakeling volledig anders aangesloten worden. Bij een PLC schakeling gebeurt de sturing softwarematig, dus bij een verandering in de sturing kan men gewoon een nieuw programma in de PLC inladen. Dit is natuurlijk veel sneller dan bij de klassieke schakelingen. Een PLC-schakeling is ook veel compacter dan een klassieke relaisschakeling. 3.2 Werking Een PLC werkt volgens een welbepaald patroon. De PLC gaat de toestand van zijn ingangen aflezen en dan inlezen in het PLC programma. Aan de hand van de toestand van de ingangen en van het programma worden nu bepaalde uitgangen, timers, merker, ... gestuurd. Bij het lezen van de ingangen worden deze gedurende één cyclus bewaard in een ingangsregister. Bij het sturen van de uitgangen wordt de status van de uitgangen bewaard in een uitgangsregister. Aan het einde van de programmacyclus (na het doorlopen van de bouwstenen) , wordt de inhoud van het uitgangsregister gekopieerd naar de uitgangen. Als dit gebeurd is, zal er een nieuwe cyclus starten. 3.3 Onderdelen van een PLC Een PLC bestaat uit: • een centrale verwerkingseenheid met stuurorgaan en programmageheugen; • een aantal in- en uitgangsbouwgroepen (periferie); • een voedingseenheid. De signaalgevers zijn aangesloten aan de ingangen van een PLC. In de centrale eenheid zal door het besturingsorgaan de verwerking gebeuren van het programma dat in het geheugen opgeslagen is. Instructies in dit programma kunnen de toestand van de ingangen afvragen. Er gebeurt een detectie om te controleren of er al dan niet een spanning aan de opgeroepen ingang aanwezig is. Afhankelijk van deze toestand kunnen beslissingen worden genomen die in het aansturen van een uitgang kunnen resulteren. In de volgende alinea zal ik de functie van de samenstellende onderdelen van een PLC bespreken.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

PLC

13

3.4 Ingangen Bij een geautomatiseerd proces gebeurt er een verwerking van een aantal schakelstanden van detectoren. De toestand van deze detectoren zal de PLC via zijn ingangseenheid binnen lezen. De CPU tast de toestand van de signalen van de sensoren af. Bij elk cyclusbegin zal de PLC deze toestanden naar het ingangsprocesbeeld PII (PII= Process-Image Input Table) overdragen. Met behulp van een LED, zichtbaar in de PLC gemonteerd, wordt de toestand van een ingang weergegeven. De LED licht op bij een gesloten stroomkring. Een dergelijke stroomkring bestaat uit de serieschakeling van de voeding, het schakelcontact van de detector en de aansluitklem van de ingang. Deze indicatie is zeer efficiënt bij het testen van een nieuwe installatie of bij het opsporen van fouten. De ingangen zijn meestal zo geconstrueerd dat ze volledig galvanisch van het centrale verwerkingsgedeelte zijn gescheiden. Uitwendige fouten kunnen geen invloed op het processorgedeelte uitoefenen. Om deze galvanische scheiding te realiseren tussen de PLC en de overige delen van de installatie gebeurt de aansluiting van de ingangselementen via een optische koppeling. Deze bestaat uit een LED en een transistor, in een hermetisch afgesloten behuizing ondergebracht. De transistor wordt als open of gesloten schakelaar door de lichtstraal van een LED gestuurd.

3.5 Uitgangen De uitgangsmodules zetten resultaten uit het gebruikerprogramma om in de signalen. De resultaten van de verwerking door de CPU bewaart de PLC in het uitgangsprocesbeeld PIQ (PIQ= Process-Image Output Table). De toestanden die op het einde van de cyclus aanwezig zijn in het PIQ-geheugen zal de PLC naar de uitgangen kopiëren. De uitgangen sturen deze signalen naar de verbruikers (contactoren, ventielen, signaallampen,…). Bij PLC-systemen bestaan drie verschillende soorten uitgangen. Bij elk van de drie systemen kan men een volledig galvanische scheiding tussen de uitgang en het centrale verwerkingsgedeelte van de PLC realiseren. Bij elke uitgang is een LED indicatie voorzien die de toestand weergeeft van de betreffende uitgang. Dit is identiek aan de ingangen. Bij de keuze van een bepaald systeem zijn het schakelvermogen en de schakelfrequentie meestal doorslaggeven


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

4

Bespreking onderdelen

14


4.1 Toevoer 4.1.1 I/O Terminal De Input/Output terminal of beter de ingang en uitgang terminal. De klemmen zijn voor 8 ingangen en 8 uitgangen op aan te sluiten. Alle klemmen van de I/O terminal zijn verbonden met een 24 pinnen plug waardoor men deze kan aan andere apparaten kan linken . De klemmen van een I/O terminal zijn geschikt voor spanningen van 0 tot 24V, dit is zeer handig om hier de voeding van sensors op aan te sluiten want deze werken meestal op 24V. Deze I/O terminal is ook zo verwerkt dat men een soort blokje heeft met daarop de klemmen. Dit blokje heeft aan de onderkant ‘kliktandjes’ waardoor men deze kan bevestigen aan rails. Daardoor kan men deze dan makkelijk gebruiken in de schakelkast om naast de PLC vast te klikken. Met een schakelaar kan men kiezen als de klemmen positief of negatief zijn, deze werking wordt bepaald met PNP en NPN transistors. Als beide schakelaars in PNP positie staan, dan zijn de klemmen positief, staan ze in de NPN positie, dan zijn de klemmen negatief.

Figuur 4.1.1 I/O Terminal


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


15

4.1.2 Pneumatische arm De pneumatische arm of Changer module is een pneumatische verwerkingseenheid. De werkstukken worden opgepakt door het gebruikt van een zuignap en wordt verplaats door een roterende schijf. Het bereik is regelbaar tussen 0° en 180° door middel van mechanische aanslagen. De eindpositie wordt geregistreerd door middel van elektrische eindeloopschakelaars.

Figuur 4.1.2 Pneumatische arm

4.1.3 Service unit De service unit bestaat uit twee delen: een filter en de drukregelaar.

Figuur 4.1.3 Service unit


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


16

Er moet gefilterd worden omdat verontreinigde lucht vaak de oorzaak is van problemen in persluchtnetwerken. In ons geval gebruiken we cilinders en ventielen, met zuivere lucht wordt een goede werking dus gegarandeerd. Er bestaan verschillende soorten filters.

Figuur 4.1.4 Schema service unit

4.1.3.1 De filter De filter bevat een manometer en aan/uitventiel. Deze filter bevat een waterafscheider die de perslucht reinigt van vuil, water, roest en condensaat.

Figuur 4.1.5 De filter


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


17

4.1.3.2 De drukregelaar

Figuur 4.1.6 De drukregelaar

De drukregelaar stelt de samengeperste lucht in de ingestelde bedrijfsmodus druk en compenseert drukschommelingen. Een pijl op de behuizing geeft de stromingsrichting. De filterkom is voorzien van een filter aftapschroef. Het is belangrijk om de werkdruk op de machine constant te houden omdat drukvariaties snelheidsveranderingen bij de cilinders teweegbrengen. Een te hoge werkdruk verhoogt eveneens het persluchtverbruik.

De druk wordt geregeld door een klep (6) die gestuurd wordt door een membraan (1). Op één zijde van het membraan werkt de uitgangsdruk, op de andere zijde een veer (2) waarvan de kracht ingesteld kan worden door een regelschroef (3). De ingestelde veerkracht bepaald welke druk er aan de uitgang van het drukreduceerventiel aanwezig zijn. Neemt de uitgangdruk toe, dan zal het membraan tegen de veerkracht in naar beneden toe bewegen. De klep (6) zal sluiten op zijn klepzitting (4). Indien de uitgangsdruk daalt, zal de veer (2) de klep (6) openen waardoor de uitgangsdruk wordt bijgestuurd. Indien de secundaire druk plots te sterk oploopt, dan wordt het membraan, tegen de veerdruk in, sterk naar omlaag gedrukt waardoor het teveel aan druk kan ontsnappen via de correctie-uitlaat (7) die zich in het midden van het membraan bevindt.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


18

4.1.4 De demper De dempers worden gebruikt om het lawaai bij de klepuitlaten te beperken. Deze mogen gebruikt worden tussen een temperatuur tussen -10 °C en +70 °C. De maximale druk bij de demper die ik gebruikte is 10bar.

Figuur 4.1.7 De demper

4.1.5 Vacuumgenerator Om vacuüm op te wekken heeft men niet altijd een vacuümpomp nodig. Met perslucht kan men op een economische manier ook vacuüm produceren door middel van vacuümgeneratoren. Omdat in geautomatiseerde machines vaak slechts gedurende een korte periode vacuüm moet beschikbaar zijn, kan het gebruik van dergelijke vacuümgeneratoren voordeliger zijn dan het gebruik van een vacuümpomp. Bovendien is het aansturen ervan zeer flexibel en snel, wat bij automatiseringen vaak een vereiste is. Enkele voordelen van de pneumatische vacuümgeneratoren zijn: 

hoog vacuümbereik bij relatief geringe volumestroom



onderhouds- en slijtagevrij



kostenvoordelig



compacte opbouw en laag gewicht



inbouwpositie vrij kiesbaar


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


19

4.1.6 De vacuümpomp Vacuüm kan ook geproduceerd worden door vacuümpompen. Het werkingsprincipe van een vacuümpomp is vergelijkbaar met de werking van een compressor waarbij de toepassing niet aan de perszijde maar aan de aanzuigzijde wordt geplaatst. Voor het produceren van vacuüm kan men net zoals bij compressoren gebruik maken van zowel zuigerpompen, centrifugaalpompen, turbines, enz. Vacuümpompen worden hoofdzakelijk gebruikt in toepassingen waarbij grote aanzuigdebieten nodig zijn. Een eerder al aangehaald voorbeeld hiervan is de stofzuiger waarbij een turbine wordt aangewend om een hoog aanzuigdebiet met een kleine onderdruk op te wekken.

Figuur 4.1.8 De vacuümpomp

4.1.7 Vacuüm filter De vacuüm filter wordt gebruikt om deeltjes te verwijderen in de afzuigrichting, deze afzuigrichting is afhankelijk van de installatie.

Figuur 4.1.9 Vacuüm filter

Deze filter moet ervoor zorgen dat het vuil opgevangen wordt. Men moet er wel rekening mee houden, dat een vervuilde vacuümfilter een daling van de onderdruk kan veroorzaken. Het is dan ook aan te raden om de filters tijdig te vervangen.

Figuur 4.1.10 Schema vacuüm filter


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


20

4.1.8 Vacuümschakelaar Hierbij wordt een elektrisch contact geschakeld van zodra een bepaalde onderdruk bereikt wordt. Deze onderdruk kan instelbaar of vast zijn. Vacuümschakelaars met een vast schakelpunt zijn eenvoudig en goedkoop. De meest gebruikte vacuümschakelaars hebben een instelbaar schakelpunt zodat ze beter inzetbaar zijn in allerlei geautomatiseerde vacuümtoepassingen. Bij deze vacuümschakelaar kan de minimum onderdruk ingesteld worden. Voordeel van vacuümschakelaars is dat ze meestal voor zowel gelijkstroom als wisselstroom geschikt zijn, en ook bruikbaar zijn voor voedingsspanningen van 24 V tot 220 V. Het grote nadeel van de vacuümschakelaar is dat hij bij overbelasting meteen kapot is.

Figuur 4.1.11 Vacuümschakelaar

4.1.9 Vacuümsensor Vacuümsensoren zijn compacter dan vacuümschakelaars en zijn beveiligd tegen kortsluiting. Er zijn verschillende soorten sensors :    

Drukinstelling van de referentiedruk via druktoetsen ter vervanging van de omslachtige instelling met een regelschroef. Instelling van verschillende schakelpunten. De mogelijkheid om de sensor rechtstreeks in de leiding te monteren. LCD-display dat een rechtstreekse aflezing van alle nuttige waarden toelaat en de mogelijkheid beidt om de sensor op een eenvoudige wijze manueel in te stellen.

Figuur 4.1.12 Vacuümsensor

Het nadeel van de vacuümsensor tegenover de vacuümschakelaar is dat ze enkel geschikt is voor 24V gelijkspanning.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


21

4.1.10 Duo-kabel Sensoren, eindschakelaars en kleine elektrische lading consumenten (signaallampen, magneetventielen, etc.) zijn aangesloten op I / O-modules, multi-polige stekker distributeurs en ventieleilanden. Twee ingangen zijn altijd verbonden met een stekker voor de invoermodules met M12 aansluiting. 2 sensoren kunnen worden aangesloten op 1 enkele plug met DUO kabels.

Figuur 4.1.13 Duo-kabel

4.1.11 Pneumatische dubbelwerkende cilinder Deze cilinder wordt gebruikt om de blokjes te verschuiven. De cilinder wordt aangestuurd met 1tot 10bar.

Figuur 4.1.14 Cilinder

Een dubbelwerkende cilinder kan zowel een drukkracht als een trekkracht uitoefenen. Als de perslucht aan de kant van de zuiger toekomt, dan zal de cilinder uitschuiven en een drukkracht uitoefenen. Als de perslucht aan de kant van de zuigerstang toekomt, dan zal de cilinder inschuiven. De perslucht duwt de cilinder terug vooruit


De perslucht duwt de cilinder

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Bodem


Cilinderbuis

Deksel

22

Zuigerstang

Zuiger

4.1.12 De zuignap De zuignap is gemonteerd op de arm van de roterende schijf, en zuigt de blokjes vacuüm. Heeft een omgevingstemperatuur nodig van -20 °C tot +60 °C om goed te kunnen werken. Het grijpen van voorwerpen gebeurt aan de hand van zuignappen, ook wel zuiggrijpers genoemd. De meest gangbare toepassingsmogelijkheden van vacuüm vindt men terug bij het grijpen, opheffen, verplaatsen, draaien en stapelen van voorwerpen. In principe zijn alle voorwerpen met een voldoende groot oppervlak geschikt voor het grijpen met vacuüm. Toch moeten minstens volgende voorwaarden vervuld worden: 

Het grijpoppervlak moet vlak zijn. Een licht bollend oppervlak kan nog net.



Het oppervlak mag niet te ruw of luchtdoorlatend zijn.



Per cm2 grijpoppervlakte mag de kracht niet meer dan 7 N bedragen.

Figuur 4.1.15 De zuignap


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


23

4.1.13 Proximity-sensor Dit is een nabijheidssensor bij de pneumatische cilinder, deze detecteert of de cilinder is ingeschoven of uitgeschoven.

Figuur 4.1.16 Proximity sensor

4.1.14 Push-in bulkhead connector Dit is een connector die we gebruiken om de luchtslangen aan elkaar te koppelen zonder dat er lucht kan ontsnappen.

Figuur 4.1.17 Push-in bulkhead connector

4.1.15 Multiple distributor Dit is ook een soort connector, waarbij het signaal wordt doorgegeven aan 4 draden.

Figuur 4.1.18 Multiple distributor

4.1.16 Terugslagklep Dit onderdeel zorgt ervoor dat de perslucht maar in 1richting kan gaan, en dus niet kan terugkeren via dezelfde leiding. De terugslagklep zorgt er ook voor dat het vacuüm aanwezig blijft aan de zuignap

Figuur 4.1.19 Terugslagklep


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


24

4.1.17 Connectorkabel Deze kabel wordt gebruikt wordt bij het aansluiten van benaderingsschakelaars, inductieve en opto-elektronische sensoren.

Figuur 4.1.20 Connectorkabel

4.1.18 Kunststofslang We gebruiken kunststofslangen omdat deze zeer goed bestand zijn tegen slijtage, druk en een uitstekende weerstand bezit tegen knikken en scheuren. Deze slangen zijn ook goed tegen, olie, vet, zuurstof en ozon. Langs deze slang brengen we de perslucht van de pomp naar de service unit.

Figuur 4.1.21 Kunstofslang

4.1.19 Eén richting regelende klep Deze wordt gebruikt bij de dubbelwerkende cilinders om het afgevoerde luchtdebiet te regelen, in de omgekeerde richting, stroomt de lucht door de terugslagklep.

Figuur 4.1.22 Eén richting regelende klep


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


25

4.2 Verwerking 4.2.1 Roterende schijf De blokjes die van het aanvoereiland komen, worden op de roterende schijf geplaatst. Via een inductieve sensor wordt gecontroleerd of de schijf op de juiste positie staat(via de 6schroeven). De schijf draait telkens 60° door : eerst wordt er gecontroleerd of er een blokje aanwezig is, daarna of het blokje juist staat, daarna wordt het gefreesd en uiteindelijk wordt het naar het sorteereiland verplaatst. De schijf wordt aangestuurd door een 24V DC reductiemotor

Figuur 4.2.1 Roterende schijf

4.2.2 Dc-motor roterende schijf

Figuur 4.2.2 Dc-motor roterende schijf


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


26

4.2.3 Opto-elektrische sensor Dit is de sensor die we gebruiken om te kijken of er een volgend paneel is aangesloten. Deze sensor bestaat uit 2 delen: de transmittor en receiver.

Figuur 4.2.3 Opto-elektrische sensor


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


27

4.2.3.1 Transmitter Dit is het onderdeel van de sensor die het signaal uitstuurt.

4.2.3.2 Receiver De ontvanger, de receiver neemt het uitgestuurde signaal op.

4.2.4 Boormodule

Figuur 4.2.4 De boormodule

De boormodule wordt gebruikt om het polijsten van het werkstuk te simuleren. De boor gaat omhoog of omlaag via een motortje, de eindstand detectie vindt plaats door middel van elektrische eindschakelaars. Als het boortje op de juiste hoogte staat, mag het beginnen met boren. Een elektrische kleminrichting klemt het werkstuk. De motor van de boormachine wordt bediend via 24 V DC.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


28

Een tweede motor zorgt ervoor dat de boor op en neer gaat.

Figuur 4.2.5 Dc-motor boormodule

Deze eindschakelaar wordt gebruikt bij de boormodule, namelijk om aan te duiden op welke positie de boor zich bevindt (onderaan of bovenaan). Het schakelpunt mag slechts met 0.5mm overschreden worden.

Figuur 4.2.6 Eindeloopsschakelaars


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

5

Schakelkast

29

Schakelkast

Automaten (beveiligen tegen overstroom)

Differentiaalschakelaar


voeding PLC

Start drukknop

SIEMENS S7-222

Stop drukknop

uitbreidingsmodule

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Schema’s en datasheets

30

6 Elektrische schema’s Zie bijlage 7 Voeding PLC Zie bijlage 8 Programmatieschema’s Zie bijlage


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

9

Sensoren

31

Sensoren

9.1 Wat is een sensor? Een sensor is een omvormer, die een fysische grootheid omvormt naar een elektrisch signaal, dat bruikbaar is voor een machine aan te sturen. Nemen we bv. Temperatuur van een vloeistof, dan zal de sensor de temperatuur meten, en deze omvormen naar een elektrisch signaal tussen 0-10V, 0-20mA of 4-20mA. Naargelang de grootte van dit elektrisch signaal, zal een machine dan een vloeistof verwarmen, of afkoelen.

9.2 Capacitieve sensor 9.2.1 Theoretisch Een capacitieve nabijheidschakelaar is een sensor, die bij het naderen van een geleidende of niet geleidende stof, bewegingsloos, zonder direct contact met het te detecteren lichaam reageert of schakelt. Deze stof kan bv. cement, hout, olie, water, hout of metalen zijn.

Figuur 9.2.1 Capacitieve sensor

Een capacitieve sensor vormt een condensator, waarbij het diëlectricum bestaat uit lucht. Wanneer er dus een stof de sensor passeert, verandert het diëlectricum, en zal de sensor het voorwerp detecteren. De formule voor de capaciteit van een condensator is: met A= oppervlakte van de platen, d= de afstand tussen de platen en = diëlectricum

Bij detectie van metalen voorwerpen, verkleint d en dus ook C. Bij detectie van niet-metalen voorwerpen, verandert en dus ook C.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Sensoren

32

9.2.2 Voor en nadelen 

Voordelen : Laag energieverbruik Lange levensduur Klein, hierdoor meer ruimte voor andere apparatuur



Nadelen : Duur in aanschaf Een sensor kan storing van nabijgelegen ‘organen’ krijgen Gevoelig voor stof, vochtigheid, vuil en krassen

9.3 Inductieve sensor 9.3.1 Theoretisch Een inductieve sensor werkt volgens het principe van verandering van inductie, wanneer deze sensor dicht bij een metalen voorwerp komt, verandert de impedantie van de spoel. Deze verandering hangt af van de afstand tussen voorwerp en sensor.

Figuur 9.3.1 Inductieve sensor

Normaal staat er lucht voor de sensor. Wanneer er een metaal voorkomt verandert de permeabiliteit. Een wisselend continu magnetisch veld wordt opgewekt met een oscillator door de spoel van de sensor. De kern van ferriet begeleidt de magnetische veldlijnen naar buiten. Dit magnetisch circuit probeert zich buiten de sensor te sluiten. Wanneer een metalen object dicht bij de sensor komt, wordt het magnetische circuit verstoord of worden de veldlijnen op het externe traject verstoord. De bundel van veldlijnen wordt vervormd. De nabije metalen plaat zorgt ervoor dat de veldlijnen door de metalen plaat gaan en er meer veldlijnen terugkeren naar de sensor. Hierdoor wordt de schijnweerstand Z van de spoel lager. De verandering van de impedantie is niet lineair met de afstand tussen de sensor en het metalen object.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Sensoren

33

9.3.2 Voor en nadelen 

Voordeel : Deze sensor wordt niet beïnvloed door niet-geleidende materialen zoals kunststof of hout



Nadeel : De sensor is meer gemaakt om te detecteren of er een metaal zich voor de sensor bevind. Het is geen goed meetapparaat om nauwkeurig afstanden te berekenen.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

10

ICT

34

Integratie Technische Vakken

10.1 Website Voor het vak ICT maakten we een website. De link naar mijn site is : http://users.telenet.be/goossens-brecht


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Digitale elektronica

35

10.2 Hall sensoren 10.2.1 Enkele begrippen vooraf • B − Het symbool voor de magnetische fluxdichtheid, de eigenschap van een magnetisch veld wordt gebruikt om Hall apparaat switch punten te bepalen. Gemeten in gauss (G) of tesla (T). De conversie is 1 G = 0,1 mT. B kan een noord of zuid polariteit hebben, dus het is handig om de algebraïsche conventie in gedachten te houden , waardoor B wordt aangeduid als een negatieve waarde bij noord - polariteit magnetische velden, en als een positieve waarde voor Zuid - polariteit magnetische velden. Deze conventie houdt een luchtmatige gelijke kracht tussen de noord en zuid polen, waar van de relatieve sterkte van het veld wordt aangegeven door de absolute waarde van B, en het teken geeft de polariteit van het veld. Bijvoorbeeld, een -100 G (noord) veld en een 100 G (zuid) veld hebben een gelijkwaardige sterkte, maar tegengestelde polariteit. Op dezelfde manier, een -100 G veld sterker is dan een -50 G veld. • BOP − Magnetisch bedieningspunt, het niveau van de sterkte van het magnetisch veld waarin een Hall apparaat wordt ingeschakeld. De resulterende status van de uitgang van het apparaat hangt af van het individuele elektronisch ontwerp van het apparaat. • BRP − Magnetisch lossings punt, het niveau van een verzwakkend magnetisch veld waarin een Hall apparaat uitgeschakeld (of voor sommige van Hall apparaten, het niveau van de kracht van het negatieve veld gegeven door een positief BOP). De resulterende status van de uitgang van het apparaat hangt af van het individuele elektronische ontwerp van het apparaat.

10.2.2 Werking van de sensor (unipolar switch with current interface) Bij deze hall-sensoren, krijgen we een high-level(gele led) als de Noordkant van de magneet bij de sensor komt, op de figuur toont het bolletje als de output hoog of laag is.

bolletje


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


36

Wanneer we de afstand tussen de magneet en de sensor groter maken,zal B naar 0 neigen. Als we dan de zuidkant van de magneet naar de sensor richten, zal B terug groter worden,maar in de andere richting. Tot we in het vak Brp komen (lossingspunt), blijft de gele led branden. Op het lossingspunt zal de output laag worden en de groene led beginnen branden.

Bolletje beneden, groene led brandt

Nu we terug de zuidkant van de magneet terug verder van de sensor brengen, zal B terug naar nul gaan, maar in het vak Bop (magnetisch bedieningspunt), zal de output terug hoog worden.

Nu we terug de noordkant naar de sensor toebrengen, zal de output hoog blijven. De output zal hoog blijven totdat we de zuidkant terug naar de sensor brengen, en het bolletje in het Brp vak komt. (zie vorige figuren)


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b



37

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Theorie elektriciteit

38

10.3 Magnetisme 10.3.1 Wat is magnetisme ? Magnetisme is de eigenschap van sommige stoffen om andere stoffen (ijzer, nikkel, kobalt en staal) aan te trekken. Deze stoffen worden ook wel magneten genoemd. Een magneet is een massief voorwerp met een bestendig (permanent) magnetisch veld eromheen (noord en zuid). Magneten komen voor in allerlei vormen zoals een hoefijzermagneet, ringmagneet of staafmagneet.

Figuur 10.3.1 Magneten

10.3.2 Kenmerken  Als we een magneet in 2 zouden breken, ontstaan er 2 kleinere magneten met alweer een noord en zuidpool. Een magneet kan nooit alleen zuid of alleen noord zijn.



Breng je twee staafmagneten met de gelijknamige polen (twee noord- of twee zuidpolen) kort bij elkaar, dan blijkt het dat de magneten elkaar afstoten . Benader je met de zuidpool van de ene magneet de noordpool van de andere, dan trekken ze elkaar aan. Met andere woorden: ongelijknamige polen trekken elkaar aan (b) gelijknamige polen stoten elkaar af. (a)


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


39

10.3.3 Magnetisch veld De ruimte waarin de aantrekkings- of afstotingskracht van een magneet zich voordoet noemen we magnetisch veld. Theoretisch is het magnetisch veld oneindig groot. Maar de krachtwerking neemt zeer snel af naarmate de afstand tot de magneetpool toeneemt. We kunnen dus zeggen dat het magnetisch veld zich beperkt tot de onmiddellijke nabijheid van de magneet. De sterkte van het magnetisch veld noemen we de veldsterkte. De formule hiervoor is : met H : veldsterkte in ampère per meter (A/m) I : stroomsterkte in ampère (A) r : loodrechte afstand van het punt tot de geleider waarin je de veldsterkte berekent in meter (m) We kunnen de veldsterkte in een bepaald punt van de magneet bereken (zie hoofdstuk 2.1) In het magnetisch veld lopen de veldlijnen = krachtlijnen. Deze lopen van noord naar zuid buiten de magneet, en van zuid naar noord binnen de magneet.(figuur 2) De sterkte van een magnetisch veld hangt dus af van het aantal veldlijnen: hoe meer veldlijnen, hoe groter het magnetisch veld, en dus hoe sterker de magneet.

Figuur 10.3.2 Veldlijnen rond een magneet

10.3.4 Magnetische flux De magnetische flux Φ (in Weber) is het totaal aantal veldlijnen die aan de noordpool naar buiten treden , zich verspreiden in de ruimte en aan de zuidpool opnieuw binnentreden. De magnetische flux is de oorzaak van de magnetische verschijnselen aantrekking en afstoting.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


40

10.3.5 Magnetische inductie Dit is het magnetisch maken van een niet-gemagnetiseerd stuk ijzer door het in de nabijheid te plaatsen van een magneet. Dit komt doordat de magneculen in het stuk ijzer zich zullen richten (noord naar zuid en omgekeerd). Magneculen zijn de kleinste deeltjes in een magneet die nog magnetische kenmerken hebben.

Figuur 10.3.3 Magneculen in een ijzer

Wanneer we nu een magnetisch veld rond dit stuk ijzer brengen, zullen de magneculen zich gaan richten.

Figuur 10.3.4 Gerichte magneculen

Hoe meer magneculen een materiaal bevat, hoe groter de magnetische inductie. Deze kunnen we berekenen:

Φ met

de magnetische inductie of fluxdichtheid in Weber per vierkante meter (Wb/m²)

met Φ de magnetische flux in Weber (Wb) met A de oppervlakte van het materiaal in m² Wanneer alle magneculen gericht zijn, helpt het niet om een nog sterkere magneet te gebruiken zodat het materiaal nog magnetischer zou worden : het materiaal is magnetisch verzadigd.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


41

10.3.6 Permeabiliteit De permeabiliteit (µ) is een maat voor de doorlaatbaarheid voor de veldlijnen in een bepaalde stof. De veldlijnen zullen veel liever door een magnetische stof zoals ijzer gaan dan door een niet-magnetische stof bijvoorbeeld lucht. (Zoals in figuur 2.) met

de doorlaatbaarheid in Henry per meter (H/m)

met B de magnetische inductie of fluxdichtheid in Wb/m² met H de magnetische veldsterke in Newton/Weber

De doorlaatbaarheid kunnen we indelen in 2 delen : 

µ0 = absolute permeabiliteit ( doorlaatbaarheid van veldlijnen van het luchtledige)



µr = relatieve permeabiliteit (getal dat aangeeft hoeveel maal beter een stof de veldlijnen geleidt dan lucht) bv. : 4500 voor ijzer of 7 voor glas. Hieruit volgt de formule

Op een magnetisatiecurve, zien we hoe sterk het veld is bij een bepaalde inductie


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


42

Bij staal zien we dat de veldsterkte veel groter zal zijn dan bij ijzer bij dezelfde inductie. Het magnetisch materiaal gedraagt zich dus niet lineair als we het magnetiseren. Als we de veldsterkte vermeerderen en verminderen als we de magnetiseringskarakteristiek voor ferromagnetisch materiaal opnemen en we drijven het materiaal steeds sterk in verzadiging krijgen we onderstaande grafiek. Deze grafiek is duidelijk gesloten en noemt men ook de hysteresislus.

Figuur 10.3.5 BH-curve ( hysteresislus)

Het verloop van 0 naar c is zonder meer een magnetisatiekromme. Ze geeft fundamentele informatie over de magnetische eigenschappen van het materiaal, dat nog nooit gemagnetiseerd of volledig gedemagnetiseerd werd. Bij stroomvermindering (c-d) stel je vast dat de inductie, bij identieke waarden van H, hoger ligt , hoger ligt dan bij toenemende waarde. Zelfs als de stroomsterkte I gelijk is aan nul, is er nog een inductie gelijk is aan nul, is er nog een inductie o-d.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


43

Dat noem je de remanente inductie of remanentie(overblijvende inductie). Je kunt dat als volgt verklaren: als alle magneculen gericht zijn (punt c), moeten ze bij afnemende veldsterkte opnieuw hun oorspronkelijke plaats innemen. Dat gaat niet zonder wrijving, waardoor verschillende magneculen blijven ‘hangen’ zelfs als de stroomsterkte I nul geworden is. Tussen de inductie B en de veldsterkte en de veldsterkte H kun je een nawerking vaststellen. Die nawerking is het kun je een nawerking vaststellen. Die nawerking is het hysteresisverschijnsel. Om de remanente inductie o-d tot nul te herleiden, ga je het magnetisch materiaal tegengesteld magnetiseren door de stroomsterkte om te keren. Je stelt vast dat er een veldsterkte o-e nodig is om de remanentie op te heffen. Die veldsterkte noem je de coërcitieve veldsterkte. Bij een verdere toename van de stroomsterkte zal de magnetisatie opnieuw toenemen tot de verzadigingswaarde e-f. Als de veldsterkte weer afneemt, verkrijg je de kromme f-g, die om dezelfde reden als hierboven hoger zal liggen dan bij toenemende veldsterkte. Om de remanentie o-g op te heffen, keer je de stroomsterkte opnieuw om (schakelaar S in stand 1). Bij de coërcitieve veldsterkte o-j is de remanentie o-g verdwenen. Door de veldsterkte weer op te voeren, zal het magnetisch materiaal opnieuw verzadigd geraken (j-c). De kromme bereikt nu het punt c en sluit zich. Door de veldsterkte (stroomsterkte) opnieuw te laten dalen en om te keren, doorloop je telkens dezelfde lus. Je spreekt van de hysteresiskromme of hysteresislus.

10.4 Elektromagnetisme 10.4.1 Elektromagnetische veldsterkte in de buurt van een stroomvoerende geleider We kunnen de vorm van veldlijnen rondom een geleider zien door een stroomvoerende geleider door een blad papier te steken, en op dit blad ijzervijlsel te strooien. We krijgen de vorm van veldlijnen te zien. Daaruit kun je besluiten dat de veldlijnen concentrische cirkels zijn, met de geleider als middelpunt. Naarmate de loodrechte afstand tot de geleider toeneemt, neemt de dichtheid van de veldlijnen af.

Figuur 10.4.1 Veldlijnen rond een stroomvoerende geleider

Hieruit blijkt dat een elektrische stroom een magnetisch veld laat ontstaan. Dit belangrijke verschijnsel noemen we elektromagnetisme. Indien we de stroom in de geleider omkeren, zal de richting van de veldlijnen ook omkeren.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


44

Een handige regel om de zin van het magnetisch veld te bepalen is de kurkentrekkerregel. We plaatsen de kurkentrekker zodanig op de geleider dat als we eraan draaien hij zich in dezelfde zin verplaatst als de stroom. De draaizin van de kurkentrekker geeft dan de zin van het magnetisch veld rond de geleider aan.

Figuur 10.4.2 Richting van de veldlijnen bepalen

Daarnaast hebben we de stroomvoerende geleider nogmaals getekend, maar dan nu van boven af gezien. De stroom gaat dus van boven naar beneden, wat we aangeven door een (X)-teken in de doorsnede van de geleider te tekenen. De veldlijnen zijn volgens de kurkentrekkerregel rechtsom weergegeven. Indien de stroom omgekeerd zou lopen, en dus ook de richting van de veldlijnen omgekeerd zou zijn, tekenen we ene bolletje in de geleider.

Figuur 10.4.3 Richting van de veldlijnen bepalen

De richting van de veldlijnen kunnen we ook vinden door de rechterhand te gebruiken : de duim van je rechter hand wijst in de richting van de stroomzin, de veldlijnen lopen van je pols naar je vingertoppen. De veldsterkte in deze geleider is te berekenen met de formule

Nemen we nu een stroom van 2A en in dit geval 1winding. En de straal van de draad =0.2 cm dan krijgen we


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


45

10.4.2 Veldsterkte in een solenoïde Een solenoïde is een draadspoel die schroefvormig op een cilinder is gewikkeld. De cilinder mag daarbij niet uit magnetisch materiaal bestaan. De geleiders liggen dicht bij elkaar en zijn elektrisch van elkaar geïsoleerd, waardoor de stroomdoorgang mogelijk wordt. Een spoel kun je beschouwen als een aantal in serie geschakelde windingen

Figuur 10.4.4 Een solenoïde

Van dichterbij bekeken, is een solenoïde een samenstelling van vele windingen. Als een stroom door de solenoïde vloeit, wekken alle samenstellende windingen een zelfde magnetisch veld op wat betreft de grootte en de zin. De magnetische veldlijnen van de magnetische plaatjes blijven niet op zichzelf bestaan, maar voegen zich samen. Daardoor ontstaat er een sterkere magneet, waarvan de polen zich aan de uiteinden van de solenoïde bevinden.

Figuur 10.4.5 Vorm van de veldlijnen van een spoel

Ook hier kunnen we de richting van de veldlijnen bepalen met de kurkentrekkerregel en rechterhand : 

kurkentrekker : plaats de kurkentrekker op de as van de spoel en draai hem in de zin van de stroom. De zin waarin de kurkentrekker zich beweegt, geeft dan de zin van de veldlijnen in de solenoïde.



rechterhandregel: grijp de spoel vast met de rechterhand, zo dat de stroom door de windingen in de richting van de vingers vloeit. De gestrekte duim geeft dan de zin van de veldlijnen aan, of toont de noordpool.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


46

De veldsterkte in een punt van de solenoïde kunnen we bepalen : 

In punt ‘a’ in A/m

Met

Ha = de veldsterkte in het midden van de solenoïde (punt a) in A/m N = het aantal windingen van de spoel I = de stroom door de spoel (A) l = de lengte van de spoel in m d = de diameter van de spoel in m

Rekenvoorbeeld : N=1200



I=2A

l= 10cm

d = 2cm

In punt ‘b’

De veldsterkte bij een spoel zal door de lekflux kleiner zijn op de uiteinden dan in het midden van de solenoïde. Praktisch stelt men dat de veldsterkte terugvalt tot de helft van de veldsterkte van het punt a. Rekenvoorbeeld : N=1200

I:2A

l= 10cm

d = 2cm

Hoe verder van de kern van de magneet, hoe kleiner de veldsterkte zoals we al eerder vermeldden. Het magnetisch veld van een spoel is sterker naarmate de stroom door de spoel groter is. Maar hangt ook af van het aantal windingen. Iedere winding levert een bijdrage aan het magnetisch veld, dus hoe meer windingen, des te krachtiger is het magnetisch veld bij dezelfde stroomsterkte.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


47

Is er een verschil in veldsterkte als we een lange smalle smoel nemen, of een korte dikke spoel met hetzelfde aantal windingen en dezelfde stroom? Gegeven : a) l =10 cm d= 1 cm ( te verwaarlozen)

b) l=1cm ( te verwaarlozen) d=10 cm

Bij beide gevallen nemen we een stroom van 2A en 1200windingen. a) De lange smalle spoel

b) De korte dikke spoel

De veldsterkte is dus in beiden gelijk.

10.4.3 Invloed van magnetisch materiaal op de veldsterkte Zoals bij de Wet van Ohm bestaat er een verband tussen elektromagnetische kracht, magnetische flux (te vergelijken met elektrische stroom) en magnetische weerstand.

Φ

Uit die "magnetische Wet van Ohm" volgt dat we de magnetische flux op twee manieren kunnen vergroten.  Door vergroting van de elektromagnetische kracht: spoel met meer windingen en een grotere elektrische stroomsterkte. 

Door verlaging van de magnetische weerstand (Rm)= reluctantie. (gesloten ijzeren kern gebruiken in plaats van een niet gesloten ijzeren kern.

De reluctantie bij figuur b zal kleiner zijn dan bij a.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


48

Als je in een magnetisch veld ijzer aanbrengt, dan ontstaat in het ijzer een inductie B, met B = H (Wb/m2). De lekﬂux wordt daardoor praktisch tot nul herleid, zodat je een magneet met krachtige polen verkrijgt.

Figuur 10.4.6 Solenoïde met ijzer kern

10.4.4 Remanent magnetisme Als je de stroom door de spoel van een elektromagneet uitschakelt, dan verliest de kern niet al zijn magnetisme. Er blijft een zwak magnetisch veld over, we noemen dit remanent magnetisme. Bij weekijzer en andere materialen die we voor elektromagneten gebruiken is dat remanent magnetisme te verwaarlozen klein(zacht staal) . Maar er zijn ook materialen die na het uitschakelen van de stroom door de spoel magnetisch blijven. Dit zijn onder meer gehard staal (ijzer met koolstof), speciale legeringen (zoals ticonal) en ferroxdure(hard staal). Dit zijn geen goede kernen om te gebruiken in een solenoïde. Deze materialen gebruiken we dan ook voor het vervaardigen van permanente magneten. Een voorbeeld hiervan zijn de magneten die gebruikt worden bij luidsprekers. Dat ook gehard staal zijn magnetisme behoudt kan je constateren door een permanente magneet enkele keren in dezelfde richting langs een schroevendraaier te strijken. De schroevendraaier blijft dan een beetje magnetisch. Door elektromagneten kies je materiaal met zo weinig mogelijk remanent magnetisme, zoals weekijzer. 10.4.5 Permeabiliteit Zie pagina 38


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


49

10.5 Elektromagnetische inductie Een elektromagnetische inductie is het verschijnsel van het ontstaan van een spanning over een spoel

die aan een magnetische fluxvariatie onderworpen is. Een inductiespanning in een spoel is steeds het gevolg van de verandering van de door spoel omvattende flux. Deze fluxverandering kan het gevolg zijn van :    

het bewegen van een magneet naar de spoel, of weg van de spoel het bewegen van een spoel in een magnetisch veld stroomverandering in de spoel (zelfinductie) stroomverandering in een andere spoel (wederzijdse inductie)

Wanneer een voltmeter wordt verbonden met een spoel, dan is de kring (figuur) gesloten en kan er een stroom vloeien. We nemen nu een magneet, de twee kleuren symboliseren de polen van de magneet. Als we de magneet korter bij de spoel brengen, zal de voltmeter verder uitwijken. De magneet heeft een vast magnetisch veld maar door de beweging verandert dat veld (de flux verandert).

Het is deze verandering van veld of flux die een spanning doet ontstaan ( E ind). Dit fenomeen wordt magnetische inductie genoemd. Het gevolg is het opwekken van een veranderende spanning met een veranderende stroom als gevolg. Dit verschijnsel wordt elektromagnetisme genoemd. Bij het opkomen van stroom wordt in de wikkelingen een spanning opgewekt. Dit staat bekend als de Wet van Lenz


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


50

10.5.1 Wet van Lenz De richting van een inductiespanning of inductiestroom is altijd zodanig , dat deze de oorzaak van zijn ontstaan tegenwerkt. 10.5.2 Zelfinductie Zelfinductie is een verschijnsel waarbij een elektrische stroom door een geleider (zoals een spoel van koperdraad) een magnetisch veld opwekt, waarbij dat magnetische veld weer een tegenspanning veroorzaakt in dezelfde geleider die daardoor de verandering van die stroom tegengaat. Wanneer we een gelijkspanning aanschakelen op een spoel, zal er stroom doorvloeien en dus ook een magnetisch veld ontstaan. Als we nu de spoel een veranderlijke stroom geven, bevindt de spoel zich in haar eigen veranderlijk magnetisch veld waardoor ze in haar eigen een emk door inductie opwekt. Deze emk werkt de aangelegde spanning tegen(Lenz). Dit verschijnsel noemen we zelfinductie In figuur 10.5.1 hebben we een enkele spoel getekend die via een schakelaar kan worden aangesloten op een batterij.

Figuur 10.5.1 Spoel met schakelaar

Op het moment dat we de schakelaar sluiten wil er een stroom gaan vloeien van de (+) van de batterij, via de spoel, naar de (-) van de batterij. Deze stroom is aangegeven met volle pijltjes. Die stroom veroorzaakt een magnetisch veld, waarvan je de zin kan bepalen met de kurkentrekkerregel. Op het ogenblik dat de schakelaar sluit veroorzaakt de plotse toename van de stroomsterkte een plots stijgende magnetische flux. De spoel omvat een veranderlijke magnetisch flux en volgens de Wet van Lenz ontstaat in de spoel een spanning waardoor een stroom zal vloeien, die de oorzaak van zijn ontstaan (verandering magnetische flux) tegenwerkt. Omdat deze spanning veroorzaakt wordt door een stroomverandering in de spoel zelf, noemen we dit zelfinductiespanning. Bij het weer openen van de schakelaar zal de magnetisch flux plots dalen. Er zal ook dan een zelfinductiespanning ontstaan die de stroomsterkte in stand wil houden.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


51

De grootte van deze spanning kunnen we bereken met de formule

Waarbij Uind = de onstane inductiespanning in Volt (V) -N= het aantal windingen van de spoel (Er staat een ‘-‘ omdat volgens de wet van Lenz de inductiespanning altijd zijn onstaansoorzaak tegenwerkt) = verandering van het magnetisch veld = verandering van tijd

10.5.2.1 Zin van de inductiespanning Volgens de wet van Lenz is de zelfinductiespanning zo gericht dat de oorzaak, die hier een stroomtoename of -afname is, wordt tegenwerkt. Bij het sluiten van de schakelaar zal de zelfinductiespanning een stroomtoename willen tegenhouden (figuur a). Bij het openen van de schakelaar is de zelfinductiespanning stroomsterkte in stand wil houden (figuur b)

zo gericht dat ze de

Wanneer we zoals in figuur a. een spoel aansluiten op een spanningbron, dan ontstaat een zelfinductiespanning die zich tegen een stroomtoename verzet. Hierdoor stijgt de stroomsterkte I niet plots maar geleidelijk tot een waarde die wordt bepaald door de wet van Ohm. In figuur b zie je dat bij het openen de zelfinductiespanning in serie komt te staan met de bron. De schakelaar staat nu terug open, en er onstaat tussen de klemmen van de schakelaar een hoge spanning die een vonk doet ontstaan tussen de contacten van de schakelaar( doordat de zelfinductiespanning de stroomsterkte in stand wil houden).

We zien dus dat de opgewekte inductiespanning


altijd negatief is aan de aangelegde spanning.

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


52

10.5.2.2 Zelfinductiecoëfficient De zelfinductiecoëfficient van een spoel is de eigenschap van de spoel om in zichzelf een inductiespanning op te wekken. De waarde van L hangt af van de constructie van de spoel (ijzeren kern of niet) en heeft als eenheid Henry ( H ).

Met L = zelfinductiecoëfficient N= aantal windingen van de spoel m= reluctantie van de magnetische keten = magnetische weerstand De inductiespanningen die in een spoel ontstaan zijn evenredig met de grootte van de stroomveranderingen per tijdseenheid door de spoel. De inductiespanning hangt ook af van de zelfinductiecoëfficiënt ( L ) van de spoel. De zelfinductiespanning in een spoel is groter naarmate de coëfficiënt van zelfinductie ( L ) groter is. I Met E L = zelfinductiespanning EL   L t -L= zelfinductiecoëfficient van de spoel I =stroomveranderding per tijdseenheid door de spoel t


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


53

10.5.3 Wederzijdse inductie Op figuur 10.5.2 hebben we twee spoelen getekend, die in elkaars verlengde liggen. De linkerspoel kan via een schakelaar worden aangesloten op een batterij. De rechterspoel is vast verbonden met een voltmeter. Als we de schakelaar sluiten, wordt spoel I een elektromagneet. Er ontstaat een magnetisch veld. Dit magnetisch veld beïnvloedt spoel II. Er ontstaat een spanning die een stroom door spoel II doet vloeien. De kern van spoel II wordt dus ook magnetisch. Het gevolg is dat tegenover de zuidpool van spoel I een zuidpool van spoel II ontstaat. Dit komt doordat de stroom in spoel II omgekeerd is (het veranderend magnetisch veld gaat tegenwerken) aan de stroom van spoel I (wet van Lenz).

Figuur 10.5.2 Wederzijdse inductie

De stroom door spoel I heeft enige tijd nodig om op volle sterkte te komen, maar als dat is gebeurd, hebben we de situatie van figuur d. Op het moment dat we de magneet stil houden blijft het magnetisch veld dus constant en dat betekent dat er geen spanning meer wordt opgewekt in spoel II. De meter staat weer op nul.

Daar de oorzaak van de opgewekte spanning een stroomverandering en niet een mechanische beweging is, spreken we van geïnduceerde spanning. Schakelen we nu de stroom in spoel I weer uit, dan verdwijnt vrij plotseling het magnetische veld van spoel I. Spoel II reageert daarop met een poging de ‘verdwijnende’ magneet vast te houden. Hij doet dat door middel van een inductiespanning die een inductiestroom doet vloeien die precies tegengesteld is aan de zin van de stroom in figuur a en b. De meter zal dus kortstondig de andere kant op uitslaan, totdat het magnetische veld van spoel I helemaal is verdwenen. Deze situatie is getekend in figuur c en d. Samenvattend: bij het inschakelen van de stroom in spoel I ontstaat in spoel II een inductiestroom in tegengestelde zin van de stroom in spoel I(wet van Lenz). Bij het uitschakelen van de stroom in spoel I ontstaat in spoel II een stroom in dezelfde zin als in spoel I. Beide spoelen beïnvloeden dus elkaar = wederzijdse inductie


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


54

10.5.4 Wervelstromen In iedere geleidende stof die zich in een veranderlijk magnetisch veld bevindt, ontstaat e.m.k door inductie, dus ook in metaalmassa’s zoals de kern van een generator of de ijzeren kern van een transformator. Wervelstromen (foucaultstromen) zijn dus inductiestromen die ontstaan in elke metaalmassa die onderworpen is aan magnetische fluxveranderingen. De wervelstromen ondervinden een bepaalde weerstand R van het ijzer => elektrische energie wordt omgezet in warmte = jouleeffect. 10.5.4.1 Gevolgen van wervelstromen  Remming van de beweging a) Nuttig : bij het dempen van naaldschommelingen in elektrische toestellen b) Energieverlies : bij draaiende machines  Warmte a) Nuttig : bij inductieovens. Het te smelten metaal bevindt zich in een vuurvaste smeltkroes. Rond die kroes is een solenoïde aangebracht. Bij aansluiting op een wisselspanning ontstaat er een voortdurend veranderd magnetisch veld, waardoor in het stuk metaal sterke wervelstromen ontstaan, het metaal warmt hierdoor zo sterk dat het smelt. b) Energieverlies : in alle metaalmassa’s die bewegen in een magnetisch veld, of zich bevinden in een veranderend magnetisch veld.

10.5.4.2 Beperken van wervelstromen  Lammeleren Om het energieverlies door wervelstromen te beperken maakt men de doorgang voor de wervelstromen dwars op de veldlijnen moeilijker. Dit gebeurt door de ijzeren massa’s samen te stellen uit dunne ijzeren plaatjes die van elkaar geïsoleerd zijn door papier, vernis. De plaatjes zijn steeds zo geplaatst dat ze de richting van de veldlijnen volgen. Zo wordt de magnetische tegenstand voor de veldlijnen niet vergroot.


Schooljaar2012-2013

11 Integratie Algemene vakken 11.1 Nederlands 11.1.1 Sollicitatiebrief Brecht Goossens Moerstraat 17 9900 EEKLO Tel. 09 377 80 35 e-mail: [email protected]

22 november 2012

De heer Kurt De Kesel Sint-Laureinsesteenweg29 9900 EEKLO

Aanvraag stageplaats

Geachte heer De Kesel Voor de periode van 18 tot 29 maart, zoek ik nog een stageplaats. Met deze brief wil ik dus informeren of het eventueel mogelijk is om een 2weken durende stage in uw bedrijf IVM te volgen. Momenteel zit ik in het 6de jaar in het PTI EEKLO, en hier volg ik de richting Elektro-Elektronica. Ik hoorde van een oud-leerling die ook stage gevolgd heeft in uw bedrijf, dat het een zeer interessante stage is waar men veel kan bijleren. Ik ben een gemotiveerde leerling, en ik wil heel graag bijleren, ik hou van nieuwe uitdagingen, en heb een zeer goede kennis over alles in verband met de PLC. Ik hoorde dat ik bij u met PLC’s kan werken tijdens mijn stage. Ook mijn eindwerk gaat over de PLC, dus extra kennis die ik eventueel in uw bedrijf kan bijleren, is mooi meegenomen. Voor bijkomende informatie kan u terecht bij mijn stagecoördinator Patrick Schrooten. Zijn e-mail adres is [email protected]. Ik zal u volgende week nog eens telefonisch contacteren om te informeren of ik mijn stage bij IVM kan volgen. Met vriendelijke groeten

Brecht Goossens

11.1.2 Uitnodiging vergadering Uitnodiging vergadering Aan: de werknemers Van : de directie Onderwerp: vergadering 20 december 14:00

Geachte werknemers Zoals jullie misschien al hebben vernomen, krijgen wij als directie veel klachten. Deze klachten gaan vooral over de kleding van het personeel in de winkels. Dit willen wij graag oplossen. Hierdoor planden we een vergadering op 20 december om dit probleem op te kunnen lossen. Het doel van deze vergadering is dat we geen inkomende klachten meer krijgen over het personeel. We hopen zo dat de klanten van onze winkels weer met plezier kunnen winkelen in onze winkels. Om te weten te komen hoe we dit kunnen realiseren en om dit probleem op te lossen heeft de directie beslist een vergadering te organiseren. Daarom zouden we iedereen vriendelijk willen vragen om aanwezig te zijn op deze vergadering en al even nagedacht te hebben over een eventuele oplossing. De vergadering vindt plaats op 20 december in het vergaderkantoor van Mr Van de Steene. Wij vragen u vriendelijk om ten laatste om 14u aanwezig te zijn. Indien belet, gelieve de directie te contacteren. Met vriendelijke groeten

De directie

11.1.3 Notulen vergadering Verslag vergadering over kledij werknemers op 29 oktober 2012 Aanwezig : B.Vander Plaetse (notulist) , K. De Baerdemaeker, T. Van de Steene (voorzitter) , B. Goossens Verontschuldigd : /

Agenda : Wat zijn de klachten ? -

Te uitdagende kledij Te bloot geklede werknemers Te slordige kledij

Mogelijke oplossingen (algemeen) ? -

Eigen kledij maar fatsoenlijk: werknemers willen hun eigen karakter niet verliezen Kledij van het bedrijf: Als het bedrijf kledij kiest dan verliezen ze hun eigen karakter , ze vinden het lelijk. Kledij uit eigen collectie: Niet iedereen wil de kledij uit de collectie dragen terwijl het mooi kan zijn. Ze vinden dat het niet bij hen past.

Concrete veranderingen : een opsomming -

Eigen kledij, maar met top of T-shirt van het bedrijf Proefperiode van 1 maand onder controle van de personeelsdirecteur

11.1.4 Memo

Memo Aan : Werknemers van alle winkels Van : De directie Onderwerp : Kledij werknemers Datum : 29 november 2012

Vanaf 10 december verwachten we van alle werknemers in alle filialen dat ze de werkkledij kledij dragen. De werknemers worden verwacht met een blauwe T-shirt of een top met het logo van het bedrijf erop te dragen. Deze maatregel is nodig omdat we de laatste weken al enkele klachten hebben binnen gekregen in verband met de kledij van onze werknemers, deze zou te uitdagend en te bloot zijn. De klant is natuurlijk koning en we doen er alles aan zodat de klanten zich goed voelen tijdens het winkelen. De maatregel zullen we een maand proberen en daarna zullen we deze maatregel evalueren. Als deze goed bevalt, dan blijft deze regel behouden. De personeelsdirecteur van elke winkel zal erop toezien dat de kledij gedragen wordt. Iedere Werknemer zal 3 T-shirts of tops ontvangen en dit ten laatste tegen 5 december. De juiste maat dient door gegeven te worden aan de personeelsdirecteur van ieder filiaal. Hij zal dit allemaal in orde brengen. We hopen dat deze maatregel een positief effect heeft en de klanten terug graag naar onze winkel komen, zij zorgen dan ook voor de omzet die wij ieder jaar maken.

11.1.5 Verzoekbrief Schema verzoekbrief Alinea 1 : Verzoek, aanleiding Alinea 2 : Meer informatie vragen en verduidelijken wat je verwacht (verzoek) Alinea 3 : Details bij je verzoek Alinea 4 : Datum opstellen om informatie te verkrijgen vragen en bedanken

Verzoekbrief Van: Aan:

[email protected] [email protected]

Onderwerp :

Aanvraag informatie

Geachte heer Regelbrugge Op 13 maart organiseer ik op het PTI te Eeklo een afstudeermarkt. Via leerlingen van vorig jaar, kwam ik te horen dat u brochures heeft met info over de wachttijd en wachtuitkering voor studenten die niet meteen werk vinden. Daarom het volgende verzoek. Is het mogelijk om mij brochures te verzenden? In die brochures verwacht ik informatie over de laatste beslissingen in verband met wachttijden. Deze brochures zijn vooral bedoeld voor de leerlingen uit TSO en BSO die ervoor kiezen niet verder te studeren. Deze brochures kunnen voor hen dus heel nuttig zijn. Graag zou ik van u vernemen welke kosten hiermee verbonden zijn. Wij zijn een school met circa 2000 leerlingen, waarvan er dit jaar ongeveer 180 zullen afstuderen. Een 200-tal brochures zou dus volstaan. Ik hoop dat u binnen de 14dagen de brochures kunt verzenden. Het adres is Roze 131 9900 Eeklo Bij voorbaat dank voor uw moeite. Hoogachtend B.Goossens

6TSO-EE-b

Frans

60

11.2 Frans 11.2.1 Demande de documentation Brecht Goossens Moerstraat 17 BE-9900 EEKLO BELGIQUE +32 9 362 66 21 [email protected]

2012-11-07

EURODATA ZI Carrefour de l'Europe FR-57600 FORBACH FRANCE

Demande de documentation

Madame Monsieur Vous serait-il possible de me faire parvenir de la documentation sur vos logiciels de contrôle logique programmable? Je suis élève de terminale en section électricité-électronique, dans un lycée flamand, à Eeklo, en Belgique. En ce moment, je prépare un travail de fin d’études sur les PLC, et notamment sur les composants logiciels. Votre documentation à ce sujet me serait donc très utile. Je vous remercie d’avance de la suite favorable que vous pourriez donner à ma demande. Veuillez agréer, madame, monsieur, mes sincères salutations.

Brecht Goossens


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Frans

61

11.2.2 La pneumatique apprend à penser (Vocabulaire) Français aimant amplificateur axe axe principal axe secondaire balai balai à bloc de charbon sans balai barreau en forme de barreau capteur commande mécanisme de commande servocommande bableau de commande couple couple d’arrêt écart de couple variation de couple courant courant alternatif courant continu courant de pointe courroie courroie d’alimentation courroie d’évacuation cuivre différence de résistance magnétique enregistreur de force feed-back fer inertie limiteur de courant logiciel moteur pas à pas numérique référence de position différentielle régime de rotation rotor en forme de disque spire surcharge temps temps d’accélération temps de décélération tension


Neérlandais magneet versterker as hoofdas volg-as borstel koolborstel borstelloos staaf staafvormig sensor aandrijving aandrijftechniek servo-aandrijving bedieningspaneel koppel stilstandkoppel koppelafwijking koppelrimpel stroom wisselstroom gelijkstroom piekstroom band toevoerband afvoerband koper reluctantieverschil krachtopnemer terugkoppeling ijzer massatraagheid stroombegrenzer software stappenmotor digitaal incrementele positiereferentie toerental schijfvormige rotor winding overbelasting tijd versnellingstijd vertragingstijd spanning

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

62

11.3 Engels 11.3.1 English text related to subject Introduction Control engineering has evolved over time. In the past humans were the main method for controlling a system. More recently electricity has been used for control and early electrical control was based on relays. These relays allow power to be switched on and off without a mechanical switch. It is common to use relays to make simple logical control decisions. The development of low cost computer has brought the most recent revolution, the Programmable Logic Controller (PLC).

Ladder Logic Ladder logic is the main programming method used for PLCs. As mentioned before, ladder logic has been developed to mimic relay logic. The decision to use the relay logic diagrams was a strategic one. By selecting ladder logic as the main programming method, the amount of retraining needed for engineers and tradespeople was greatly reduced. Modern control systems still include relays, but these are rarely used for logic. A relay is a simple device that uses a magnetic field to control a switch. When a voltage is applied to the input coil, the resulting current creates a magnetic field. The magnetic field pulls a metal switch (or reed) towards it and the contacts touch, closing the switch. The contact that closes when the coil is energized is called normally open. The normally closed contacts touch when the input coil is not energized. Relays are normally drawn in schematic form using a circle to represent the input coil. The output contacts are shown with two parallel lines. Normally open contacts are shown as two lines, and will be open (non-conducting) when the input is not energized. Normally closed contacts are shown with two lines with a diagonal line through them. When the input coil is not energized the normally contacts will be closed (conducting). Relays are used to let one power source close a switch for another (often high current) power source, while keeping them isolated. Programming The first PLCs were programmed with a technique that was based on relay logic wiring schematics. This eliminated the need to teach the electricians, technicians and engineers how to program a computer - but, this method has stuck and it is the most common technique for programming PLCs today. An example of ladder logic can be seen in Figure 1. To interpret this diagram imagine that the power is on the vertical line on the left hand side, we call this the hot rail. On the right hand side is the neutral rail. In the figure there are two rungs, and on each rung there are combinations of inputs (two vertical lines) and outputs (circles). If the inputs are opened or closed in the right combination the power can flow from the hot rail, through the inputs, to power the outputs, and finally to the neutral rail. An input can come from a sensor, switch, or any other type of sensor. An output will be some device outside the PLC that is switched on or off, such as lights or motors. In the top rung the contacts are normally open and normally closed. Which means if input A is on and input B is off, then power will flow through the output and activate it. Any other combination of input values will result in the output X being off.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

63

Fig1. A Simple Ladder Logic Diagram The second rung of Figure 1 is more complex, there are actually multiple combinations of inputs that will result in the output Y turning on. On the left most part of the rung, power could flow through the top if C is off and D is on. Power could also (and simultaneously) flow through the bottom if both E and F are true. This would get power half way across the rung, and then if G or H is true the power will be delivered to output Y. In later chapters we will examine how to interpret and construct these diagrams. There are other methods for programming PLCs. One of the earliest techniques involved mnemonic instructions. These instructions can be derived directly from the ladder logic diagrams and entered into the PLC through a simple programming terminal. Plc connections When a process is controlled by a PLC it uses inputs from sensors to make decisions and update outputs to drive actuators, as shown in Figure 2. The process is a real process that will change over time. Actuators will drive the system to new states (or modes of operation). This means that the controller is limited by the sensors available, if an input is not available, the controller will have no way to detect a condition.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

64

Fig2. The Separation of Controller and Process The control loop is a continuous cycle of the PLC reading inputs, solving the ladder logic, and then changing the outputs. Like any computer this does not happen instantly. When power is turned on initially the PLC does a quick sanity check to ensure that the hardware is working properly. If there is a problem the PLC will halt and indicate there is an error. For example, if the PLC power is dropping and about to go off this will result in one type of fault. If the PLC passes the sanity check it will then scan (read) all the inputs. After the inputs values are stored in memory the ladder logic will be scanned (solved) using the stored values - not the current values. This is done to prevent logic problems when inputs change during the ladder logic scan. When the ladder logic scan is complete the outputs will be scanned (the output values will be changed). After this the system goes back to do a sanity check, and the loop continues indefinitely. Unlike normal computers, the entire program will be run every scan. Typical times for each of the stages is in the order of milliseconds.

Ladder logic inputs PLC inputs are easily represented in ladder logic. In Figure 3 there are three types of inputs shown. The first two are normally open and normally closed inputs, discussed previously. scanned. This allows ladder logic to examine input values more often than once every cycle.

Fig3. Ladder Logic Inputs

SOURCE : http://www.eod.gvsu.edu/~jackh/books/plcs/chapters/plc_intro.pdf


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

65

11.3.2 List of difficult words (20 words) Word

Context

Explanation

Translation

Coil

When a voltage is applied to the input coil, the resulting current creates a magnetic field.

A twisted length of wire through which an electric current travels.

Spoel

Condition

This means that the controller is limited by the sensors available, if an input is not available, the controller will have no way to detect a condition.

An arrangement that must exist before something else can happen.

Voorwaarde

Derived

These instructions can be derived directly from the ladder logic diagrams and entered into the PLC through a simple programming terminal.

To get something from something else.

Afleiden

Development The development of low cost computer has brought the most recent revolution, the Programmable Logic Controller (PLC).

When someone or something grows or changes and becomes more advanced.

Ontwikkeling

Device

An output will be some device outside the PLC that is switched on or off, such as lights or motors.

An object or machine which has been invented for a particular purpose.

Toestel

Eliminate

This eliminated the need to teach the To remove or take away. electricians, technicians and engineers how to program a computer - but, this method has stuck and it is the most common technique for programming PLCs today.

Wegnemen, elimeneren

Entire

Unlike normal computers, the entire program will be run every scan.

Whole or complete, with nothing missing.

Volledig

Evolved

Control engineering has evolved over time.

To develop gradually, or to cause something or someone to develop gradually.

Evolueren


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

66

Examine

This allows ladder logic to examine input values more often than once every cycle.

To look at or consider a person or thing carefully and in detail in order to discover something about them.

Onderzoeken

Halt

If there is a problem the PLC will halt and indicate there is an error.

to (cause to) stop moving or doing something or happening

Tegenhouden

Include

Modern control systems still include relays, but these are rarely used for logic.

to contain something as a part of something else, or to make something part of something else

Bevatten

Indefinitely

The loop continues indefinitely.

for a period of time with no fixed end

Voor onbepaalde tijd

Indicate

The PLC will indicate there is an error.

to show, point or make clear in another way

Aangeven

Initially

When power is turned on initially the PLC does a quick sanity check to ensure that the hardware is working properly.

at the beginning

In het begin

Interpret

To interpret this diagram imagine that the power is on the vertical line on the left hand side, we call this the hot rail.

to decide what the intended meaning of something is

Uitleggen

Involve

One of the earliest techniques involved mnemonic instructions.

to include someone or something in something,

Bevatten

Mnemonic

Mnemonic instructions were one of the earliest techniques.

Something short to remember something

Geheugensteunt je

Properly

When power is turned on initially the PLC does a quick sanity check to ensure that the hardware is working properly

correctly, or in a satisfactory way

Juist, goed, zoals het moet

Reduce

By selecting ladder logic as the main programming method, the amount of retraining needed for engineers and tradespeople was greatly reduced.

to make something smaller in size, amount, degree, importance, etc

Verminderen


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

67

Sanity check

After this the system goes back to do a sanity check.

To look if everything is good

Controle

Value

After the inputs values are stored in memory the ladder logic will be scanned (solved) using the stored values - not the current values.

The amount of something

Waarde


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

68

11.3.3 10 questions and answers about the a text 1. What has the development of low cost computer brought? => The development of low cost computer has brought the most recent evolution, the PLC. 2. What is ladder logic? => Ladder logic is the main programming method used for PLCs. 3. What is a relay? => A relay is a simple device that uses a magnetic field to control a switch. 4. Give 2 examples of an input and an output. => An input can be a sensor or a switch, and an output can be a light or a motor. 5. What does a PLC do to ensure the hardware is working properly => To ensure the hardware is working properly, the PLC does a sanity check. 6. What happens when the hardware isn’t working properly? => When the hardware isn’t working properly, the PLC will halt and indicate there’s an error. 7. A PLC uses inputs, controls, outputs. But what does the PLC also use? =>The PLC also uses actuators. 8. What is the utility of actuators? => Actuators will drive the system to new states (or modes of operation). This means that the controller is limited by the sensors available, if an input is not available, the controller will have no way to detect a condition. 9. Explain; “control loop”. => The control loop is a continuous cycle of the PLC reading inputs, solving the ladder logic, and then changing the outputs. Like any computer this does not happen instantly. 10. Give an earlier technique to programme PLC and explain how it works. => One of the earliest techniques involved mnemonic instructions. These instructions can be derived directly from the ladder logic diagrams and entered into the PLC through a simple programming terminal.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

69

11.3.4 Summary and outline The development of low cost computer has brought the most recent revolution, the Programmable Logic Controller. The main programming method to programme Plc’s is ladder logic. There are other methods for programming PLCs, like One of the earliest techniques involved mnemonic instructions. These instructions can be derived directly from the ladder logic diagrams and entered into the PLC through a simple programming terminal. The decision to use ladder logic method was a strategic one. By selecting ladder logic as the main programming method, the amount of retraining needed for engineers and tradespeople was greatly reduced. This system include relays. A relay is a simple device that uses a magnetic field to control a switch. The contact that closes when the coil is energized is called normally open. The contact that is closed when the coil isn’t energized do we call normally closed. Normally open contacts are shown as two lines, and will be open (non-conducting) when the input is not energized. The normally closed contacts touch when the input coil is not energized. Normally closed contacts are shown with two lines with a diagonal line through them. When the input coil is not energized the normally contacts will be closed (conducting).

The first PLCs were programmed with a technique that was based on relay logic wiring schematics. This eliminated the need to teach the electricians, technicians and engineers how to program a computer - but, this method has stuck and it is the most common technique for programming PLCs today. A PLC would be useless without inputs and outputs. An input can be a sensor or a switch, an output can be a light or motor.

The PLC works with a control loop, The control loop is a continuous cycle of the PLC reading inputs(sensor, switch), solving the ladder logic, and then changing the outputs(light, motor). Like any computer this does not happen instantly. When power is turned on initially the PLC does a quick sanity check to ensure that the hardware is working properly. If there is a problem the PLC will halt and indicate there is an error. If the PLC passes the sanity check it will then read all the inputs. After the inputs values are stored in memory the ladder logic will be scanned using the stored values. This is done to prevent logic problems when inputs change during the ladder logic scan. When the ladder logic scan is complete the output values will be changed. After this the system goes back to do a sanity check, and the loop continues indefinitely. Unlike normal computers, the entire program will be run every scan.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b


Engels

70

Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

71

11.3.5 General technical English text Position/Presence/Proximity Part 1 of this two-part article reviews the concepts and theory of capacitive sensing to help to optimize capacitive sensor performance. Part 2 of this article will discuss how to put these concepts to work. Noncontact capacitive sensors measure the changes in an electrical property called capacitance. Capacitance describes how two conductive objects with a space between them respond to a voltage difference applied to them. A voltage applied to the conductors creates an electric field between them, causing positive and negative charges to collect on each object (Figure 1). If the polarity of the voltage is reversed, the charges will also reverse.

Figure 1. Applying a voltage to conductive objects causes positive and negative charges to collect on each object. This creates an electric field in the space between the objects Capacitive sensors use an alternating voltage that causes the charges to continually reverse their positions. The movement of the charges creates an alternating electric current that is detected by the sensor (Figure 2). The amount of current flow is determined by the capacitance, and the capacitance is determined by the surface area and proximity of the conductive objects. Larger and closer objects cause greater current than smaller and more distant objects. Capacitance is also affected by the type of nonconductive material in the gap between the objects. Technically speaking, the capacitance is directly proportional to the surface area of the objects and the dielectric constant of the material between them, and inversely proportional to the distance between them as shown in Equation 1: (1)


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

72

Figure 2. Applying an alternating voltage causes the charges to move back and forth between the objects, creating an alternating current that is detected by the sensor

Figure 3. Capacitive sensor probe components In typical capacitive sensing applications, the probe or sensor is one of the conductive objects and the target object is the other. (Using capacitive sensors to sense plastics and other insulators will be discussed in the second part of this article.) The sizes of the sensor and the target are assumed to be constant, as is the material between them. Therefore, any change in capacitance is a result of a change in the distance between the probe and the target. The electronics are calibrated to generate specific voltage changes for corresponding changes in capacitance. These voltages are scaled to represent specific changes in distance. The amount of voltage change for a given amount of distance change is called the sensitivity. A common sensitivity setting is 1.0 V/100 µm. That means that for every 100 µm change in distance, the output voltage changes exactly 1.0 V. With this calibration, a 2 V change in the output means that the target has moved 200 µm relative to the probe.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

73

Focusing the Electric Field When a voltage is applied to a conductor, the electric field emanates from every surface. In a capacitive sensor, the sensing voltage is applied to the sensing area of the probe (Figures 3 and 4). For accurate measurements, the electric field from the sensing area needs to be contained within the space between the probe and the target. If the electric field is allowed to spread to other items—or other areas on

Figure 4. Cutaway view showing an unguarded sensing area electric field

Figure 5. Cutaway showing the guard field shaping the sensing area electric field the target—then a change in the position of the other item will be measured as a change in the position of the target. A technique called "guarding" is used to prevent this from happening. To create a guard, the back and sides of the sensing area are surrounded by another conductor that is kept at the same voltage as the sensing area itself (Figures 3 and 5).


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

74

When the voltage is applied to the sensing area, a separate circuit applies the exact same voltage to the guard. Because there is no difference in voltage between the sensing area and the guard, there is no electric field between them. Any other conductors beside or behind the probe form an electric field with the guard instead of with the sensing area. Only the unguarded front of the sensing area is allowed to form an electric field with the target.

Definitions Sensitivity indicates how much the output voltage changes as a result of a change in the gap between the target and the probe. A common sensitivity is 1 V/0.1 mm. This means that for every 0.1 mm of change in the gap, the output voltage will change 1 V. When the output voltage is plotted against the gap size, the slope of the line is the sensitivity (Figure 6A). A system's sensitivity is set during calibration. When sensitivity deviates from the ideal value this is called sensitivity error, gain error, or scaling error. Since sensitivity is the slope of a line, sensitivity error is usually presented as a percentage of slope, a comparison of the ideal slope with the actual slope (Figure 6B).

Figure 6. Illustrating some of the basic definitions. Sensitivity (A) is the slope of the line; in this case 1 V/0.05 mm. Sensitivity error (B) occurs when the slope of the actual measurements deviates from the ideal slope. In offset error (C), a constant value is added to all measurements. Linearity error (D) occurs when measurement data are not on a straight line (Click an image for a larger version) Offset error (Figure 6C) occurs when a constant value is added to the output voltage of the system. Capacitive gauging systems are usually "zeroed" during setup, eliminating any offset deviations from the original calibration. However, should the offset error change after the system is zeroed, error will be introduced into the measurement. Temperature change is the primary factor in offset error. Sensitivity can vary slightly between any two points of data. The accumulated effect of this variation is called linearity error (Figure 6D). The linearity specification is the measurement of how far the output varies from a straight line. To calculate the linearity error, calibration data are compared to the straight line that would best fit the points. This straight reference line is calculated from the calibration data using least squares fitting. The amount of error at the point on the calibration line furthest away from this ideal line is the linearity error. Linearity error is usually expressed in terms of percent of full scale (%/F.S.). If the


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

75

error at the worst point is 0.001 mm and the full scale range of the calibration is 1 mm, the linearity error will be 0.1%. Note that linearity error does not account for errors in sensitivity. It is only a measure of the straightness of the line rather than the slope of the line. A system with gross sensitivity errors can still be very linear. Error band accounts for the combination of linearity and sensitivity errors. It is the measurement of the worst-case absolute error in the calibrated range. The error band is calculated by comparing the output voltages at specific gaps to their expected value. The worst-case error from this comparison is listed as the system's error band. In Figure 7, the worst-case error occurs for a 0.50 mm gap and the error band (in bold) is –0.010. Figure 7. Error values Gap (mm)

Expected Value (VDC)

Actual Value VDC)

Error (mm)

0.50

–10.000

–9.800

–0.010

0.75

–5.000

–4.900

–0.005

1.00

0.000

0.000

0.000

1.25

5.000

5.000

0.000

1.50 10.000 10.100 0.005 Bandwidth is defined as the frequency at which the output falls to –3 dB, a frequency that is also called the cutoff frequency. A –3 dB drop in the signal level is an approximately 30% decrease. With a 15 kHz bandwidth, a change of ±1 V at low frequency will only produce a ±0.7 V change at 15 kHz. Wide-bandwidth sensors can sense high-frequency motion and provide fast-responding outputs to maximize the phase margin when used in servo-control feedback systems; however, lower-bandwidth sensors will have reduced output noise which means higher resolution. Some sensors provide selectable bandwidth to maximize either resolution or response time. Resolution is defined as the smallest reliable measurement that a system can make. The resolution of a measurement system must be better than the final accuracy the measurement requires. If you need to know a measurement within 0.02 µm, then the resolution of the measurement system must be better than 0.02 µm. The primary determining factor of resolution is electrical noise. Electrical noise appears in the output voltage causing small instantaneous errors in the output. Even when the probe/target gap is perfectly constant, the output voltage of the driver has some small but measurable amount of noise that would seem to indicate that the gap is changing. This noise is inherent in electronic components and can be minimized, but never eliminated. If a driver has an output noise of 0.002 V with a sensitivity of 10 V/1 mm, then it has an output noise of 0.000,2 mm (0.2 µm). This means that at any instant in time, the output could have an error of 0.2 µm. The amount of noise in the output is directly related to bandwidth. Generally speaking, noise is distributed over a wide range of frequencies. If the higher frequencies are filtered before the output, the result is less noise and better resolution (Figures 8, 9). When examining resolution specifications, it is critical to know at what bandwidth the specifications apply.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

76

Figure 8. Noise from a 15 kHz sensor

Figure 9. Noise from a 100 Hz sensor Next month, in the second part of this article, we'll apply these basic principles and discuss how to optimize the performance of capacitive sensors when dealing with targets of various sizes, shapes, and materials.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

77

11.3.6

Translation English text (my own translation) Figuur 4. Doorsnede van een sensor met een niet-gebundeld elektrisch veld. Figuur 5. Doorsnede met afscherming waardoor het elektrische veld gebundeld wordt. …dan zal een verplaatsing van het andere object kunnen gezien worden als een verplaatsing van het te meten object. Een techniek om dit te voorkomen is afscherming. Om een afscherming te creëren, moeten de achterkant en zijkanten van het sensorveld omringd worden door een andere geleider die op hetzelfde potentiaal gehouden wordt als het sensorveld zelf(figuur 3 en5). Wanneer spanning wordt aangebracht op het sensorveld zal een verschillend circuit exact dezelfde spanning geven aan de afscherming. Omdat er geen verschil in spanning is tussen het sensorveld en de afscherming, is er geen elektrisch veld tussen de twee. Elke andere geleider voor of achter de sonde vormt een elektrisch veld met de afscherming in plaats van met het sensorveld. Alleen de niet-geïsoleerde voorkant van het sensorveld mag een elektrisch veld met het te detecteren object vormen. Definities Gevoeligheid geeft aan hoeveel de uitgangsspanning verandert als gevolg van een verandering in afstand tussen de sonde en te detecteren object. Een veelvoorkomende gevoeligheid is 1V/0.1mm. Dit betekent dat voor elke 0.1mm die verandert in afstand, de uitgangsspanning 1V verandert. Wanneer de uitgangsspanning wordt uitgezet ten opzichte van de gewenste meetafstand, is de helling van de lijn, de gevoeligheid. (figuur 6A)

11.3.7

Translation General English text

Positie/Aanwezigheid/Nabijheid Deel 1 van dit tweedelige artikel bespreekt de concepten en theorie van capacitieve detectie om de werking van capacitieve sensoren te optimaliseren. Deel 2 van dit artikel zal bespreken hoe dit concept werkt. Contactloze capacitieve sensoren meten de veranderingen in een elektrische eigenschap genaamd capaciteit. Capaciteit beschrijft hoe twee geleidende objecten met een tussenruimte reageren op een spanningsverschil. Een spanning op de geleiders werkt een elektrisch veld tussen hen op waardoor er positieve en negatieve ladingen verzamelen op elk object(figuur 1). Als de polariteit van de spanning omgedraaid wordt, zal de lading ook omdraaien. Capacitieve sensoren maken gebruik van een wisselspanning die ervoor zorgt dat de ladingen voortdurend van positie wisselen. De beweging van de lading creëert een elektrische wisselstroom die gedetecteerd wordt door de sensor (figuur 2). De hoeveelheid stroom wordt bepaald door de capaciteit en deze wordt bepaald door de oppervlakte en de nabijheid van de geleidende objecten. Grotere en nabijere objecten leiden tot een grotere stroom dan kleinere objecten en objecten die verder af staan. Capaciteit wordt ook beïnvloed door het type niet-geleidend materiaal tussen objecten. Technisch gesproken, is de capaciteit evenredig met de oppervlakte van de voorwerpen en de diëlektrische constante van het materiaal tussen de objecten, en omgekeerd evenredig met de afstand zoals getoond in vergelijking 1.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

78

In typische capacitieve sensortoepassingen is de sonde of sensor één van de geleidende objecten en het te detecteren object is de andere. (Capacitieve sensoren gebruikt om kunststoffen en andere isolatoren te detecteren zullen besproken worden in het tweede deel van dit artikel.) De afmetingen van de sensor en het te detecteren object worden verondersteld constant te zijn, net als het materiaal tussen hen. Daarom is elke verandering in capaciteit het gevolg van verandering in de afstand tussen de sonde en het te detecteren object. De elektronica is gekalibreerd om spanningswisselingen te genereren als de capaciteit verandert. Deze spanningen zijn geschaald om specifieke veranderingen in afstand weer te geven. De hoeveelheid spanningsverandering voor een gegeven hoeveelheid afstandsverandering noemt men de gevoeligheid. Een vaak voorkomende gevoeligheid is 1.0V/100μm. Dat betekent dat voor iedere 100 m verandering in afstand de uitgangsspanning precies 1.0V verandert . Deze kalibratie betekent dat, bij een verandering van 2V aan de uitgang , het te detecteren object 200µm verschoven is ten opzichte van de sonde. Bundelen van het elektrische veld Wanneer een spanning op een geleider wordt aangebracht, zal het elektrisch veld voortkomen vanuit elk oppervlak. In een capacitieve sensor wordt de detectiespanning aangebracht op het detectiebereik van de sonde (figuren 3 en 4). Voor nauwkeurige metingen moet het elektrische veld van het detectiebereik worden opgenomen in de ruimte tussen de sensor en het te detecteren object. Indien het elektrisch veld zich mag verspreiden naar andere items - of andere gebieden op het te detecteren object zal een verplaatsing van het andere object kunnen gezien worden als een verplaatsing van het te meten object. Een techniek om dit te voorkomen is afscherming. Om een afscherming te creëren, moeten de achterkant en zijkanten van het sensorveld omringd worden door een andere geleider die op hetzelfde potentiaal gehouden wordt als het sensorveld zelf (figuur 3 en 5). Wanneer spanning wordt aangebracht op het sensorveld zal een verschillend circuit exact dezelfde spanning geven aan de afscherming. Omdat er geen verschil in spanning is tussen het sensorveld en de afscherming, is er geen elektrisch veld tussen de twee. Elke andere geleider voor of achter de sonde vormt een elektrisch veld met de afscherming in plaats van met het sensorveld. Alleen de niet-geïsoleerde voorkant van het sensorveld mag een elektrisch veld met het te detecteren object vormen. Definities Gevoeligheid geeft aan hoeveel de uitgangsspanning verandert als gevolg van een verandering in afstand tussen de sonde en te detecteren object. Een veelvoorkomende gevoeligheid is 1V/0.1mm. Dit betekent dat voor elke 0.1mm die verandert in afstand, de uitgangsspanning 1V verandert. Wanneer de uitgangsspanning wordt uitgezet ten opzichte van de gewenste meetafstand, is de helling van de lijn, de gevoeligheid. (figuur 6A) De gevoeligheid van een systeem wordt ingesteld tijdens de kalibratie. Wanneer de gevoeligheid afwijkt van de ideale waarde, wordt dit een gevoeligheidsfout, vermeerderingsfout of schalingsfout genoemd. Gezien de gevoeligheid in een hellingslijn staat, is de gevoeligheidsfout gewoonlijk voorgesteld als een hellingspercentage, een vergelijking van de ideale hellingslijn met de actuele hellingslijn (figuur 6B). Offsetfout (figuur 6C) treedt op wanneer een constante waarde toegevoegd wordt aan de uitgangsspanning van het systeem. Capacitieve meetsystemen worden normaal op nul gezet tijdens de set-up, waarbij offsetafwijkingen van de originele kalibratie geëlimineerd worden. Hoewel, als de offsetfout zou veranderden nadat het systeem op nul gezet is, zal deze fout in de metingen opgenomen worden. Temperatuurverandering is de belangrijkste oorzaak van de offsetfout.


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

79

Gevoeligheid kan licht veranderen tussen 2 datapunten. Het geaccumuleerde effect van deze variatie wordt lineariteitsfout genoemd (figuur 6D). De lineariteitsspecificatie meet hoe ver de uitgangsvariabelen verschillen van een rechte lijn. Om de lineaire fout te berekenen worden kalibratiegegevens vergeleken met de rechte lijn die optimaal zou zijn voor de punten. Deze rechte referentielijn is berekend op de kalibratiegegevens gebruik makende van de kleinste-kwadrantenmethode. De fout op het punt van de kalibratielijn die het verste weg ligt van de ideale lijn is de lineaire fout. De lineaire fout wordt meestal uitgedrukt in procenten van de volledige schaal (%/F.S, F.S staande voor full scale). Als de grootste fout 0.0001mm is en het gebied van de volledige schaal is 1mm, dan is de lineaire fout 0.1%. Merk op dat de lineaire fout geen rekening houdt met fouten in gevoeligheid. Het meet enkel de rechtheid van de lijn in plaats van de helling. Een systeem met grote gevoeligheidsfouten kan nog steeds erg lineair zijn. “Error band” (foutenmarge) geldt voor de combinatie van lineaire en gevoeligheidsfouten. Het meet de grootst mogelijke fout in het kalibratiegebied. De “error band” wordt gemeten door de uitgaande spanningen op specifieke afstanden te vergelijken met hun verwachte waarde. De grootst mogelijke fout van deze vergelijking wordt geregistreerd als de “error band” van het systeem. In figuur 7 treedt de grootst mogelijke fout op voor een afstand van 0,50mm en de “error band” (in het vet) is -0.010.

opening (mm) verwachte waarde

werkelijke waarde

fout (mm)

0,5

-10

-9,8

-0,01

0,75

-5

-4,9

-0,005

1

0

0

0

1,25

5

5

0

10,1

0,005

1,5 10 Figuur 7: waarden van de fouten

Bandbreedte wordt gedefinieerd als de frequentie waarbij de uitgang daalt tot-3dB, een frequentie die ook wel de afsnijfrequentie genoemd wordt. Een 3dB-daling in het signaalniveau is ongeveer een daling met 30%. Bij een bandbreedte van 15kHz zal een verandering van ± 1 V bij lage frequentie slechts een verandering van ± 0,7 V bij 15kHz teweegbrengen. Sensoren met een grote bandbreedte kunnen hoogfrequente bewegingen detecteren en zorgen voor snel reagerende uitgangen om de fasemarge te maximaliseren wanneer ze gebruikt worden in servo-control feedback systemen. Hoe dan ook, sensoren met een kleinere bandbreedte zullen minder uitgangsruis hebben, wat resulteert in een hogere resolutie. Bij sommige sensoren kan je de bandbreedte instellen om hetzij resolutie, hetzij reactietijd te maximaliseren. Resolutie wordt gedefinieerd als de kleinste betrouwbare meting dat een systeem kan doen. De resolutie van een meetsysteem moet beter zijn dan de uiteindelijke vereiste nauwkeurigheid van de


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Engels

80

meting. Als je een meting moet doen binnen 0,02 µm, dan moet de resolutie van het meetsysteem beter zijn dan 0,02 µm. De belangrijkste bepalende factor van resolutie is elektrische ruis. Elektrische ruis verschijnt in de uitgangsspanning waardoor onmiddellijk kleine fouten ontstaan op de uitgang. Zelfs wanneer de afstand tussen de sensor en het meetobject volkomen constant is, genereert de stuurtrap een kleine maar meetbare hoeveelheid ruis wat erop lijkt te wijzen dat het verschil verandert. Dit geluid is inherent in elektronische componenten en kan alleen worden geminimaliseerd, maar niet geëlimineerd. Als een stuurtrap een ruis genereert van 0.002V bij een gevoeligheid van 10V/1mm, dan resulteert dit in een uitgangsruis van 0.000,2mm(0,2 µm). Dit betekent dat op elk moment de uitgang een fout van 0,2 µm kan hebben. De hoeveelheid ruis aan de uitgang is direct gerelateerd aan de bandbreedte. In het algemeen wordt ruis gelijkmatig verdeeld over een breed frequentiegebied. Als de hogere frequenties worden gefilterd voor de uitgang, is er hierdoor minder ruis en een betere resolutie (figuren 8-9). Tijdens het onderzoek van de specificaties van de resolutie, is het essentieel om te weten op welke bandbreedte de specificaties van toepassing zijn. ------------------------Figuur 1: spanning op geleidende objecten plaatsen, veroorzaakt positieve en negatieve ladingen op elk object. Dit creëert een elektrisch veld tussen de 2 objecten. Figuur 2: het aanleggen van een wisselspanning zorgt ervoor dat de ladingen heen en weer bewegen tussen de objecten. Dit creëert een wisselstroom die gedetecteerd wordt door de sensor. Figuur 3: capacitieve sensor – sondecomponenten Figuur 4. doorsnede van een sensor met een niet-gebundeld elektrisch veld. Figuur 5. doorsnede met afscherming waardoor het elektrische veld gebundeld wordt. Figuur 6. illustreert enkele basisdefinities. Gevoeligheid (A) is de helling van de lijn; in dit geval is 1V/0.05mm. Een gevoeligheidsfout (B) treedt op wanneer de hellingslijn van de huidige meting afwijkt van de ideale hellingslijn. Bij een offsetfout (C), wordt er een constante waarde bij alle metingen opgeteld. Lineariteitsfout (D) treedt op wanneer de meetresultaten niet in een rechte lijn staan. Figuur 7: waarden van de fouten


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Besluit

81

12 Besluit Het realiseren van deze GIP, het automatiseren van FESTO-eilanden verliep vlot. We hebben altijd goed kunnen doorwerken zonder problemen en als er al dan eens een probleem was zoals een defecte sensor, kon het vlug worden opgelost. Er was nooit echt tijdsnood omdat we vanaf het begin wisten wat de bedoeling van het project was. Ook waren alle onderdelen ter beschikking waardoor we nooit moesten wachten op componenten. Toen het praktisch gedeelte werkte, was ik toch even trots op wat Angelo en ik gerealiseerd hadden. Omdat we het project vlug hadden kunnen realiseren, mochten wij samen met Kevin en Nick deelnemen aan de technologicabeurs in Gent. We vielen niet in de prijzen maar het was vast en zeker een leerrijke ervaring. Toen we de verschillende eindwerken zagen, wist ik meteen dat ik de GIP in verband met automatisering wou, omdat het programmeren van een Arduïno niet echt mijn ding is. Door deze GIP heb ik dus veel bijgeleerd in verband met automatisatie en pneumatica. De enige moeilijkheid was het juist instellen van de capacitieve sensoren; deze sensoren dienden om het werkstuk te detecteren, maar ze detecteerden ook de roterende schijf. Ik vond het een goed onderwerp voor een GIP omdat het project dicht aanleunt met hoe de productie in een bedrijf er aan toe gaat. Bij de integratie van de algemene vakken had ik ook alleen maar positieve ervaringen, het maken van een site voor het vak ICT vond ik heel leerrijk. Door de taalvakken leerde ik enkele algemene termen in het Engels en het Frans wat altijd handig kan zijn. Tijdens de stage leerde ik samen met Thomas Van de Steene meer bij over een frequentieomvormer en PLC. Door deze GIP leerde ik ook samenwerken met anderen en een timing aanhouden. Het onderdeel zelf was ook interessant; ik leerde hoe sensoren en cilinders werken. Ik vind de GIP een ideale manier om wat je in het middelbaar geleerd hebt, te herhalen en toe te passen. Goossens Brecht


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Bijlagen

82

13 Bijlagen


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Figurenlijst

83

14 Figurenlijst Figuur 1.1.1 Aanvoereiland ........................................................................................................................................................ 6 Figuur 1.1.2 Verwerkingeiland................................................................................................................................................... 7 Figuur 1.1.3 Sorteereiland .......................................................................................................................................................... 8 Figuur 4.1.1 I/O Terminal ......................................................................................................................................................... 14 Figuur 4.1.2 Pneumatische arm ................................................................................................................................................ 15 Figuur 4.1.3 Service unit ........................................................................................................................................................... 15 Figuur 4.1.4 Schema service unit .............................................................................................................................................. 16 Figuur 4.1.5 De filter ................................................................................................................................................................. 16 Figuur 4.1.6 De drukregelaar .................................................................................................................................................... 17 Figuur 4.1.7 De demper ............................................................................................................................................................ 18 Figuur 4.1.8 De vacuümpomp .................................................................................................................................................. 19 Figuur 4.1.9 Vacuüm filter ........................................................................................................................................................ 19 Figuur 4.1.10 Schema vacuüm filter ......................................................................................................................................... 19 Figuur 4.1.11 Vacuümschakelaar ............................................................................................................................................. 20 Figuur 4.1.12 Vacuümsensor .................................................................................................................................................... 20 Figuur 4.1.13 Duo-kabel ........................................................................................................................................................... 21 Figuur 4.1.14 Cilinder ............................................................................................................................................................... 21 Figuur 4.1.15 De zuignap .......................................................................................................................................................... 22 Figuur 4.1.16 Proximity sensor ................................................................................................................................................. 23 Figuur 4.1.17 Push-in bulkhead connector ............................................................................................................................... 23 Figuur 4.1.18 Multiple distributor ............................................................................................................................................ 23 Figuur 4.1.19 Terugslagklep ..................................................................................................................................................... 23 Figuur 4.1.20 Connectorkabel .................................................................................................................................................. 24 Figuur 4.1.21 Kunstofslang ....................................................................................................................................................... 24 Figuur 4.1.22 Eén richting regelende klep ................................................................................................................................ 24 Figuur 4.2.1 Roterende schijf ................................................................................................................................................... 25 Figuur 4.2.2 Dc-motor roterende schijf .................................................................................................................................... 25 Figuur 4.2.3 Opto-elektrische sensor ....................................................................................................................................... 26 Figuur 4.2.4 De boormodule .................................................................................................................................................... 27 Figuur 4.2.5 Dc-motor boormodule ......................................................................................................................................... 28 Figuur 4.2.6 Eindeloopsschakelaars ......................................................................................................................................... 28 Figuur 9.2.1 Capacitieve sensor ................................................................................................................................................ 31 Figuur 9.3.1 Inductieve sensor ................................................................................................................................................. 32 Figuur 10.3.1 Magneten ........................................................................................................................................................... 38 Figuur 10.3.2 Veldlijnen rond een magneet ............................................................................................................................. 39 Figuur 10.3.4 Gerichte magneculen ......................................................................................................................................... 40 Figuur 10.3.3 Magneculen in een ijzer ..................................................................................................................................... 40 Figuur 10.3.5 BH-curve ( hysteresislus) .................................................................................................................................... 42 Figuur 10.4.1 Veldlijnen rond een stroomvoerende geleider................................................................................................... 43 Figuur 10.4.2 Richting van de veldlijnen bepalen ..................................................................................................................... 44 Figuur 10.4.3 Richting van de veldlijnen bepalen ..................................................................................................................... 44 Figuur 10.4.4 Een solenoïde ..................................................................................................................................................... 45 Figuur 10.4.5 Vorm van de veldlijnen van een spoel ................................................................................................................ 45 Figuur 10.4.6 Solenoïde met ijzer kern ..................................................................................................................................... 48 Figuur 10.5.1 Spoel met schakelaar.......................................................................................................................................... 50 Figuur 10.5.2 Wederzijdse inductie .......................................................................................................................................... 53


Schooljaar2012-2013

6TSO-EE-b

Bronnen

84

15 Bronnen http://www.pneumatica.be/cursus/pneumatica0123.pdf http://doks.khk.be/eindwerk/do/files/FiSe413ebf1701d3db730101fc9a943713c7/thesis2005833.pdf?re cordId=SKHK413ebf1701d3db730101fc9a943713c6 www.festo.com www.wikipedia.org http://www.pneumatica.be/ http://vaproapraktijkmomenten.blogspot.be/2009/05/sensoren.html http://secundair.deboeck.com/resource/extra/9789045519425/02.pdf http://www.automerk.be/PDF/Magnetisme.pdf Cursus Elektriciteit 4e jaar http://educypedia.karadimov.info/library/magnetis.pdf http://secundair.deboeck.com/resource/extra/9789045519425/01.pdf http://pwsdml.jouwweb.nl/wat-is-magnetisme http://www.infineon.com/cms/en/product/sensors-and-wireless-control/magnetic-sensors/learn-more-aboutmagnetic-position-sensors/channel.html?channel=db3a304333227b5e013369d5d77617b7 http://www.allegromicro.com/Design-Center/Technical-Documents/Hall-Effect-Sensor-IC Publications/Unipolar-Hall-Effect-Sensor-IC-Basics.aspx


Schooljaar2012-2013

Schooljaar Goossens Brecht. Angelo Lasoen. 6EEb

Recommend Documents