Verkorten van cyclustijden en minimaliseren van afval bij een stansmachine Stijn Debu
Promotoren: Henk Capoen, dhr. Filip Bossuyt Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektrotechniek
Vakgroep Industrieel Systeem- en Productontwerp Voorzitter: prof. Kurt Stockman Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2013-2014
Verkorten van cyclustijden en minimaliseren van afval bij een stansmachine Stijn Debu
Promotoren: Henk Capoen, dhr. Filip Bossuyt Masterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van Master of Science in de industriële wetenschappen: elektrotechniek
Vakgroep Industrieel Systeem- en Productontwerp Voorzitter: prof. Kurt Stockman Faculteit Ingenieurswetenschappen en Architectuur Academiejaar 2013-2014
Voorwoord Op het einde van elke studierichting moet een eindwerk of thesis gemaakt worden om aan te tonen dat de nodige competenties van de richting bereikt zijn. Na dit succesvol afgewerkt te hebben in mijn bacheloropleiding Elektromechanica, is het nu tijd om dit te doen in mijn masteropleiding Elektrotechniek – Automatisering. Ik zocht een masterproef waar ik me zowel theoretisch als praktisch op kon op richten. Bij deze masterproef in IVC kon ik me daar dan ook perfect in vinden. Ik kon doorheen het project rekenen op tal van personen die me met raad en daad bijstonden. Daarom wil ik hen hiervoor speciaal bedanken. Eerst en vooral wil ik mijn interne promotor dhr. Henk Capoen bedanken. Wanneer ik met vragen zat, kon ik altijd bij hem terecht. Hij stuurde me bij en gaf de juiste strategieën aan van hoe ik mijn masterproef tot een goed einde kon brengen. Daarnaast kon ik op hem rekenen bij het maken van dit script, de poster en de presentatie. Vervolgens wil ik ook mijn externe promotor dhr. Filip Bossuyt bedanken. Dankzij zijn begeleiding kon ik me goed inwerken in het bedrijf en in de masterproef. Zonder zijn knowhow van de machines en talrijke contacten had ik deze masterproef nooit tot een goed einde kunnen brengen. Verder gaat mijn dank uit naar dhr. Kurt Verheecke, process engineer bij wie ik terecht kon voor technische uitleg en ondersteuning. Last but not least wil ik ook de operatoren en ploegleiders van de productielijn bedanken voor de samenwerking en de hulp bij het uittesten van bepaalde zaken en iedereen die me op welke manier dan ook gesteund heeft tijdens deze masterproef.
I
Abstract Nowadays people try to automate as much as possible in the industry. Sometimes it isn’t that good for employees but anyway, it improves production speed and effectiveness. In this thesis the main objective is to optimize an automatic punching machine for floor tiles. There are three subobjectives. The first one is to improve the detection speed of the incoming material. When a vinyl slab enters the machine on the conveyor belt, a sensor detects it. When the sensor is triggered, the value of the destination position right under de punching machine is determined. Due to the fact that the sensors response time is too high, the detection isn’t fast enough to provide an accurate positioning of the material. This way the position where the slab is punched is variable. To get a quiet good but not perfect positioning, the conveyor belt must slow down from a speed of 84m/min to 30m/min. By decreasing the speed, the throughput of the production line is limited. These two problems are the first to be solved. Especially the positioning of the slab is important, because when the second subobjective has to be reached, it is essential to get a stabile position to punch at. That reveals the second subobjective. The waste of material after punching must be reduced to a minimum. Now, because of the fluctuating distance, the vinyl slab must be a little longer to have some reserve. When the punching machine punches the big vinyl slab into smaller tiles, there are some waste strokes. Just to be sure the length of the tiles is good. Because the slab is so big, two or three punches are necessary. This results in two or three waste strokes. The goal is to reduce or even lose these strokes of wasted material. After doing some research and tests, the positioning of the conveyor belt by the motor drive also seems to be inaccurate. In this thesis some results are shown to prove this. By contacting the producer of the drives and search together for solutions, a more accurate positioning can be obtained. This way the waste of material can be reduced radically and the big vinyl slabs can be shortened. When it’s possible to shorten the big slabs, big economic savings are reached for the company. The third subobjective in this thesis is to design a good configuration regarding the management and communication of the several parts of the production line. There will be searched for opportunities to build a machine park that is controlled by only one PLC. A solution and standards where machine producers have to comply will be explained. Because the production line is already built, this subject will be worked out theoretically. In the new production factory in America, the production line will be built this way. The expected result of this thesis is a punching machine with an improved production speed and a minimum of wasted material. How to accomplish these things, will be explained in this script.
II
Inhoudsopgave 1
INLEIDING .................................................................................................................................... 1
1.1. Het bedrijf IVC ........................................................................................................................................... 1 1.2. Situering en probleemstelling .................................................................................................................... 2 1.3. Doelstellingen ........................................................................................................................................... 5
2
PROFIBUS NETWERK ............................................................................................................... 6
2.1. Onderdelen Profibus netwerk ................................................................................................................... 7
3
SCHOEN & SANDT ................................................................................................................... 12
3.1. Het bedrijf ............................................................................................................................................... 12 3.2. De stansmachine ..................................................................................................................................... 12
4
ANALYSE DETECTIESYSTEEM............................................................................................. 14
4.1. Situering .................................................................................................................................................. 14 4.2. Metingen ................................................................................................................................................. 14 4.3. Conclusie ................................................................................................................................................. 17
5
MARKTSTUDIE SENSOREN .................................................................................................. 19
5.1. Mogelijke sensoren ................................................................................................................................. 19 5.1.1. IFM .......................................................................................................................................................... 19 5.1.2. Wenglor ................................................................................................................................................... 20 5.1.3. Multiprox ................................................................................................................................................. 22 5.1.4. Sick .......................................................................................................................................................... 23 5.2. Keuze beste sensor .................................................................................................................................. 24 5.3. Testen ..................................................................................................................................................... 24
6
AANDRIJVING TRANSPORTBAND ..................................................................................... 26
7
REDUCEREN VAN HET AFVALMATERIAAL..................................................................... 28
8
REALISATIE VAN OPLOSSINGEN ........................................................................................ 29
8.1. Vervangen sensor .................................................................................................................................... 29 8.2. Drives ...................................................................................................................................................... 30 8.3. Afvalreductie ........................................................................................................................................... 33
9
CENTRALISATIE VAN DE STURING ................................................................................... 34
10
BESLUIT .................................................................................................................................. 37
11
BIJLAGEN ................................................................................................................................ 39
III
Lijst van afbeeldingen Figuur 1: Hoofdkwartier IVC Avelgem ..................................................................................................................... 1 Figuur 2: Hoofdkwartier IVC Dalton ........................................................................................................................ 1 Figuur 3: Kunststofvloer MODULEO ........................................................................................................................ 1 Figuur 4: Beginmagazijn en kantelaar .................................................................................................................... 2 Figuur 5: Stansmachine ........................................................................................................................................... 3 Figuur 6: Drukwielen ............................................................................................................................................... 3 Figuur 7: Freesmachine ........................................................................................................................................... 4 Figuur 8: verpakkingsgedeelte productielijn ........................................................................................................... 4 Figuur 9: Profibus netwerk ...................................................................................................................................... 6 Figuur 10: S7-300 CPU ............................................................................................................................................. 7 Figuur 11: IM151-1 + ET200S eiland ....................................................................................................................... 7 Figuur 12: Dipswitches interface module ................................................................................................................ 7 Figuur 13: SEW gateway ......................................................................................................................................... 8 Figuur 14: SEW Movidrive ....................................................................................................................................... 8 Figuur 15: Profibus DP/DP coupler .......................................................................................................................... 9 Figuur 16: Sick color vision sensor CVC1-P142 Easy ................................................................................................ 9 Figuur 17: Toepassing Sick CVS1-P142 Easy ............................................................................................................ 9 Figuur 18: Aansluitschema Sick CVS1-P142 Easy .................................................................................................. 10 Figuur 19: Response time CVS1-P142 Easy ........................................................................................................... 10 Figuur 20: Hydraulische groep .............................................................................................................................. 12 Figuur 21 Snijmatrijs ............................................................................................................................................. 13 Figuur 22: Afvalband ............................................................................................................................................. 13 Figuur 23: Instellingen stansmachine .................................................................................................................... 14 Figuur 24: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde van de maatafwijkingen van de afvalstroken ...... 17 Figuur 25: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie van de afvalstroken ................................ 17 Figuur 26: IFM O5C500 sensor .............................................................................................................................. 19 Figuur 27: Drukmerksensor ................................................................................................................................... 20 Figuur 28: Wenglor sensoren ................................................................................................................................ 21 Figuur 29: Multiprox R58 Expert ........................................................................................................................... 22 Figuur 30 Sick CS81-P3612 .................................................................................................................................... 23 Figuur 31: Gegevensdatablok testprogramma ..................................................................................................... 24 Figuur 32: Servomotor........................................................................................................................................... 26 Figuur 33: Posities encoders .................................................................................................................................. 27 Figuur 34: Geponste slab ....................................................................................................................................... 28 Figuur 35: Aansluitschema Sick CS81-P3612 ......................................................................................................... 29 Figuur 36: Grafiek: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie voorkant .................................... 30 Figuur 37: Karakteristiek originele Driveparameters ............................................................................................ 31 Figuur 38: Karakteristiek gefinetunede Driveparameters ..................................................................................... 31
IV
Lijst van tabellen Tabel 1: Specificaties Sick CVS1-P142 Easy ........................................................................................................... 10 Tabel 2: In te stellen parameters Sick CVS1-P142 Easy ......................................................................................... 11 Tabel 3: Meetresultaten afvalstroken 48m/min. .................................................................................................. 15 Tabel 4: Meetresultaten afvalstroken 38m/min. .................................................................................................. 15 Tabel 5: Meetresultaten afvalstroken 28m/min. .................................................................................................. 15 Tabel 6: Meetresultaten afvalstroken 18m/min. .................................................................................................. 16 Tabel 7: Samenvattende tabel: Gemiddelde van de afwijkingen van de afvalstroken .......................................... 16 Tabel 8: Samenvattende tabel: Gemiddelde deviatie van de afvalstroken ........................................................... 16 Tabel 9: Specificaties IFM O5C500 ........................................................................................................................ 19 Tabel 10: Specificaties Wenglor YP11VAH3ANZ .................................................................................................... 21 Tabel 11: Specificaties Multiprox R58 Expert ........................................................................................................ 22 Tabel 12: Specificaties Sick CS81-P3612 ................................................................................................................ 23 Tabel 13: Overzicht sensoren ................................................................................................................................ 24 Tabel 14: Resultatentabel snelheidsmeting sensoren ........................................................................................... 25 Tabel 15: Gemiddelde deviaties vooraan bij een snelheid van 48m/min .............................................................. 29 Tabel 16: Resultaten positionering formaat 1500x248 ......................................................................................... 32 Tabel 17: Resultaten positionering formaat 1322x198 ......................................................................................... 33 Tabel 18: Samenvattende tabel: Afvalbesparing .................................................................................................. 33
V
1
Inleiding
1.1. Het bedrijf IVC IVC werd opgericht in 1997. Het bedrijf heeft als doel zich uit te bouwen tot een onafhankelijke wereldspeler op de markt van vloerbekleding. Vandaag de dag telt IVC Group ruim 1200 teamleden. De groep wordt geleid door CEO Jan Vergote met aan zijn zijde Filip Balcaen als voorzitter. Het bedrijf heeft zich opgesplitst over drie grote takken: LEOLINE, ITEC en MODULEO. IVC International ontwikkelt en produceert vinyl vloeren in twee hypermoderne productie units. Enerzijds is er IVC Avelgem, hier is ook het hoofdkwartier van de groep gevestigd.
Figuur 1: Hoofdkwartier IVC Avelgem
Anderzijds is er IVC Wiltz, gelegen in het Groothertogdom Luxemburg. Vanuit deze twee vestigingen vertrekken de leveringen voor Centraal-Europa. Om even snel te kunnen verdelen in Oost-Europa werden er nog vijf distributiecentra in Rusland en Polen opgericht. IVC is internationaal actief en verkoopt haar producten onder de merknamen ‘LEOLINE’ en ‘ITEC’. Dit doet het bedrijf zowel aan groot- en kleinhandelspartners als aan contractors in 120 landen over de hele wereld. Naast de vestigingen in Europa is er ook IVC US. Dit is oorspronkelijk ontstaan als logistiek centrum. Later werd ook hier uitgebreid. Zo werd in 2010 in de stad Dalton (Georgia) de meest performante vinylfabriek ter wereld gebouwd. Vanuit het Noord-Amerikaanse hoofdkwartier in Dalton en het distributiecentrum in Rancho (California) vertrekken dagelijks lokaal ontwikkelde en geproduceerde rollen naar de partners.
Figuur 2: Hoofdkwartier IVC Dalton
Terwijl LEOLINE en ITEC zich focussen op vinylvloeren op rollen, is MODULEO dé specialist voor hoogwaardige, modulaire kunststofvloeren.
Figuur 3: Kunststofvloer MODULEO
Na overname in januari 2013 behoren Balterio, gerenommeerd laminaatfabrikant en Spanolux, producent van MDF houtvezelplaten, ook tot de IVC Group.
1
1.2. Situering en probleemstelling Er zijn twee afwerkingslijnen binnen het bedrijf: lijn 1 en lijn 2. Op lijn 1 worden profielen afgewerkt tot 4,5mm dik. Op lijn twee bedraagt de dikte slechts 2,5mm. Het verloop van beide productielijnen is ongeveer gelijk, behalve dat er bij lijn 2 een zelfklevende laag kan worden aangebracht. Volgende alinea’s beschrijven het verloop van de vinyl slabs op de afwerkingslijn. Eerst worden de vinyl slabs door middel van een AGV aangebracht. Ze worden in het beginmagazijn gestapeld. Eén voor één worden de slabs via een portaalrobot met pneumatische zuigers opgetild vanuit het beginmagazijn en op de kantelaar gelegd. Deze draait de slabs om en laat ze op de transportband vallen. Via positioneerpinnen wordt de slab juist gepositioneerd en kan hij verdergaan op de transportband.
Figuur 4: Beginmagazijn en kantelaar
Daarna volgt de stansmachine. Hier worden de slabs in tegels geponst met juiste afmetingen. In de stansmachine kunnen verschillende snijmatrijzen worden gelegd om de gewenste afmetingen te verkrijgen. De slab wordt voor het binnengaan van de machine gedetecteerd door een sensor. Dit is een vision sensor van Sick die reageert op kleurdetectie. De reactiesnelheid gaat van 0,6ms tot 22ms. Deze tijd is afhankelijk van de ingestelde waarden en komt neer op 11,1ms. In het hoofdstuk ‘Onderdelen Profibus netwerk’ wordt dieper ingegaan op de bepaling van deze tijd. De slab wordt op de rollenbanen voor de stansmachine verplaatst met een snelheid van ongeveer 84m/min. Omdat de sensor de slab niet snel genoeg kan detecteren en de positionering in de stansmachine bijgevolg fout verloopt, moet de snelheid verminderd worden tot ongeveer 30m/min. Dit gebeurt op een in te stellen afstand voor de sensor (±400mm), met een decelleratiesnelheid van 1m/s². Na de stansmachine kan de snelheid terug opgevoerd worden. Het reduceren van de snelheid, wat samengaat met het vergroten van de productiecyclustijd is een eerste probleem dat in deze masterproef aangepakt wordt.
2
Figuur 5: Stansmachine
In de stansmachine worden de slabs geponst. Er wordt rondom de slab een reservestrook voorzien die later afval wordt. Omdat de stansmachine de volledige oppervlakte van een slab niet in één keer kan ponsen, wordt de slab na de eerste keer ponsen vooruit geschoven, waarna er een tweede, en ook nog een derde ponsbeurt volgt. Nu is de volledige slab in tegels geponst. Tussen deze 3 ponsbeurten zit opnieuw een reservemateriaalstrook van een vijftal millimeter. Dit resulteert eveneens in afval. Bij de overgang naar de volgende rollenbaan wordt het afval van tussen de tegels gehaald. Dit wordt gerealiseerd doordat de transportband na de stansmachine terug aan 80m/min. voortbeweegt. In het begin van deze transportband zitten drukwielen die de vinyl tegels tegen de transportband drukken. Op deze manier wordt er een speling ontwikkeld tussen de tegels en het restmateriaal waardoor dit laatste tussen de transportbanden valt en weggevoerd wordt naar een afvalbak. Het probleem dat hierbij opduikt is dat soms niet alle restmateriaal wegvalt. In dit geval blijven de afvalstroken hangen en worden ze verder op de productielijn vervoerd waar ze blijven steken en zorgen voor een fout. Hierdoor moet de productielijn stilgelegd worden wat natuurlijk de productiecyclustijd weer niet ten goede komt. Hier duikt het tweede probleem op. Hoewel restafval verwerkt en opnieuw gebruikt wordt, moet er toch een oplossing gezocht worden om het restafval te reduceren, of al dan niet te elimineren. Daardoor kunnen ook foutmeldingen ten gevolge van achtergebleven restmateriaal vermeden worden.
Figuur 6: Drukwielen
3
Nadat een slab in tegels geponst is, worden deze na elkaar in een lijn gebracht en afzonderlijk bewerkt. Ze gaan door een freesmachine waar de zijkanten mooi glad en op maat gefreesd worden. Door de freesmachine wordt een structuur aangebracht waardoor de tegels in elkaar kunnen klikken. Daarna worden de tegels op een rollenbaan gebracht die dwars op de vorige staat om de andere zijden van het plaatje ook te bewerken in een freesmachine.
Figuur 7: Freesmachine
Nu de tegels op maat gemaakt zijn, worden slechte exemplaren nog onderscheiden van goede. Dit gebeurt door camera’s die nakijken of de tegels van goede kwaliteit zijn. Wanneer dit niet zo is worden ze via een uitwerpsysteem uit de productielijn gehaald. Tegels die niet geschikt zijn, worden na de stansmachine al gemarkeerd met een kalkstift. De camera’s herkennen deze witte lijnen en geven een puls om de tegel uit te werpen. Tot slot worden afgewerkte tegels verpakt in het verpakkingsgedeelte van de productielijn. Ze worden in kartonnen dozen gestopt, welke daarna via een Fanuc robot op een pallet geplaatst worden. Volle palletten worden weggevoerd naar het eindmagazijn door heftrucks.
Figuur 8: verpakkingsgedeelte productielijn
4
1.3. Doelstellingen In voorgaande tekst werden enkele problemen aangekaart bij het verloop van de slabs op de afwerkingslijn. Hieruit kunnen nu volgende doelstellingen opgemaakt worden.
Optimaliseren van het detectiesysteem waarmee de slabs gedetecteerd worden en zo zorgen voor een vlottere voortgang op de afwerkingslijn.
Bij deze eerste doelstelling wordt het probleem aangepakt dat ervoor zorgt dat de snelheid van de transportband gereduceerd moet worden. Aan de hand van metingen, analyse, oplossingsmethoden en toepassing ervan wordt er naar een oplossing gezocht.
Het reduceren van het restmateriaal na het ponsen van de slabs.
Hoe minder afval, hoe beter. Deze stelling leidt tot de tweede doelstelling. Na het optimaliseren van snelheid wordt nagegaan hoe er zo weinig mogelijk afval verkregen kan worden na het ponsen.
Ontwerp van een goede configuratie met betrekking tot de sturing en de communicatie tussen de verschillende onderdelen van de productielijn.
Als extra doelstelling wordt een theoretisch onderzoek gedaan naar een optimale configuratie met betrekking tot de communicatie tussen de verschillende onderdelen van de productielijn. Hierbij wordt, in de mate van het mogelijke, uitgewerkt hoe alle sturingselementen gecentraliseerd kunnen worden tot één PLC en één besturingskast.
5
2
Profibus netwerk
Er zijn twee Profibus netwerken. Enerzijds is er het Kraft netwerk. Dit is het eerste gedeelte van de afwerkingslijn (beginmagazijn, portaal, kantelaar, rollenbaan). Anderzijds is er het Schoen & Sandt netwerk. Dit is alles wat bij de stansmachine hoort. Beide Profibus netwerken moeten met elkaar communiceren. Hiervoor is er een DP/DP coupler voorzien. Onderstaand schema geeft een schematisch overzicht weer van het totale Profibus netwerk. De onderdelen ervan worden in volgend punt meer in detail besproken.
Figuur 9: Profibus netwerk
6
2.1. Onderdelen Profibus netwerk S7-300 CPU
Figuur 10: S7-300 CPU
In beide Profibus netwerken is er een controller aanwezig. Deze heeft een Siemens S7-300 reeks CPU. In het netwerk van Kraft (eerste gedeelte van de afwerkingslijn) is dit een CPU315f 2PN/DP, in het Schoen & Sandt netwerk (stansmachine) is dit een CPU314c 2PN/DP.
IM151-1 + ET200S eiland
Figuur 11: IM151-1 + ET200S eiland
IM staat voor Interfacemodule. Hiermee kan het ET200S eiland gekoppeld worden aan het Profibus netwerk. Op het ET200S eiland zijn de nodige digitale en analoge in- en uitgangen voorzien maar ook power modules en zelfs Profisafe modules. Deze laatste zijn veiligheids- in- en uitgangen om bijvoorbeeld veiligheidsdeuren of lichtschermen binnen te nemen of aan te sturen. Op de gewone in- en uitgangskaarten zijn sensoren, drukknoppen, signaallampen, … aangesloten. Om de interfacemodule in het Profibus netwerk aan te sluiten heeft ze een Profibus DP adres nodig. Dit adres is in te stellen via dipswitches zoals weergegeven op figuur 12.
Figuur 12: Dipswitches interface module
7
SEW Gateway
Figuur 13: SEW gateway
De SEW gateway is een interface die de SEW Movidrive en Movitrac drives connecteert met een hoger gelegen netwerk. Hier is dit het Profibus DP netwerk. De gateway wordt ingesteld via zijn geïntegreerde webserver. Hier wordt ook het Profibusadres meegegeven. Tussen de gateway en de drives wordt S-bus gebruikt. Dit is een communicatiebus die ontworpen is door SEW. Via deze weg kunnen de drives geconfigureerd worden. De werking van de drives wordt bekomen via de communicatie over Profibus.
SEW Movidrive
Figuur 14: SEW Movidrive
De drives die gebruikt worden om motoren aan te sturen voor de rollenbanen en transportband zijn SEW Movidrives. Er zijn drives aanwezig van 1,4kW, 4kW, 11kW en 22kW. De drives worden zoals hiervoor besproken, geconfigureerd via S-bus en worden aangesproken via Profibus voor de werking. Het Profibusadres is via de configuratie instellingen mee te geven. De drives communiceren wanneer ze in werking zijn rechtstreeks met de PLC. Tijdens de communicatie worden verschillende woorden parameterdata en procesdata uitgewisseld. De drive met Profibusadres 5 uit het Schoen & Sandt netwerk communiceert zo aan de hand van zes woorden met de PLC, de drive met Profibusadres 4 communiceert via zeven woorden (vier woorden parameterdata en drie woorden procesdata).
8
Profibus DP/DP coupler
Figuur 15: Profibus DP/DP coupler
Wanneer twee Profibus DP systemen dienen te communiceren, wordt gebruik gemaakt van een DP/DP coupler. Deze module is samengesteld uit twee Profibus DP interfaces met daartussen de nodige logica om de ingangen van de ene interface als uitgangen aan te bieden bij de andere en omgekeerd. Het Profibusadres van de DP/DP coupler is in te stellen via de dipswitches aanwezig op de module.
Sick color vision sensor: De sensor die op de machine aangebracht is, is een color vision sensor van Sick, type CVS1-P142 Easy. Deze sensor detecteert op basis van kleur en stuurt daarna de uitgang aan. Via een geïntegreerd LCD kleurenscherm kunnen instellingen en meetwaarden afgelezen worden.
Figuur 16: Sick color vision sensor CVC1-P142 Easy
Daarnaast kan de sensor ook contouren herkennen. De sensor heeft een teach-in functie waarmee hij geteached kan worden. Deze teachwaarde kan bijvoorbeeld een aantal pixels zijn. De sensor telt vervolgens het aantal pixels in beeld en vergelijkt dit met de waarde die geteached werd. Ook kleuren kunnen geteached worden. Dit type kan tot acht verschillende kleuren opslaan. Pixel counting en kleurdetectie worden bijvoorbeeld toegepast bij productcontrole op transportbanden.
Figuur 17: Toepassing Sick CVS1-P142 Easy
9
De sensor kan op twee verschillende manieren aangesloten worden. Enerzijds is er de mogelijkheid om de 7pins aansluiting te gebruiken, anderzijds kan de driedraadsaansluiting gebruikt worden. Hier wordt de driedraadsaansluiting gebruikt. De sensor wordt binnengenomen op het ET200S eiland van het Schoen & Sandt netwerk. Het elektrisch schema hiervan is te vinden in bijlage.
Figuur 18: Aansluitschema Sick CVS1-P142 Easy
Positieve punten van de sensor die opgesomd worden in de handleiding: Snelle en vertrouwbare contourdetectie Objecten onderscheiden aan de hand van vorm of grootte Aanwezigheids- of schadecontrole van labels Detectie van onzuiverheden in oppervlakken Snelle en eenvoudige ingebruikstelling In volgende tabel worden de belangrijkste specificaties van de sensor weergegeven. Tabel 1: Specificaties Sick CVS1-P142 Easy
Afmetingen Reikwijdte Field of view Lichtbron Resolutie Voedingsspanning Uitgangsstroom Schakeluitgang Response time Beschermingsgraad
42 x 95 x 33,8 mm 50 … 100mm 50 x 65 … 100 x 115mm² 12x LED, wit Max. 200 x 240 x 3 (RGB) 12 … 24V DC <100mA PNP 0,6 … 22ms IP67
De response time of reactiesnelheid is afhankelijk van de gemaakte instellingen. Op het LCD display is een waarde van drie cijfers af te lezen. Door deze waarde te delen door tien wordt de reactiesnelheid bekomen. Toegepast op de sensor wordt dit het volgende:
111/10 = 11,1ms
Figuur 19: Response time CVS1-P142 Easy
10
De in te stellen parameters in de sensor zijn samen met de huidige waarden weergegeven in onderstaande tabel. Tabel 2: In te stellen parameters Sick CVS1-P142 Easy
Bij werking is de sensor geteached op de rode kleur van de transportband. Wanneer de sensor dus een rode kleur binnen de ingestelde grenzen detecteert, zal de uitgang van de sensor actief worden. Wanneer een slab aankomt met een zwarte achterkant zal de detectiewaarde buiten de grenzen vallen en zal de uitgang inactief worden. Omdat er juist een actieve uitgang gegeven moet worden als er een slab gedetecteerd wordt, moet de parameter ‘Outside’ op 1 geplaatst worden zodat het uitgangssignaal geïnverteerd wordt.
11
3
Schoen & Sandt
3.1. Het bedrijf Schoen & Sandt is een Duitse machinebouwer gevestigd in Pirmasens, ten westen van Duitsland. Met zijn 200 medewerkers is Schoen & Sandt een middelgroot bedrijf dat deel uitmaakt van de Schoen & Sandt GmbH holding. Schoen & Sandt is reeds 140 jaar fabrikant van pons- en schoenmachines.
3.2. De stansmachine De stansmachine is een ponsmachine (Duits: Stanzmaschine) die gebruikt wordt om grote vinyl slabs te ponsen in kleinere tegels. Het is een ponsmachine type 5050, deze heeft volgende kenmerken: machinebreedte van 1800, 2200 of 2500mm, machinediepte van 1050, 1250 of 1600mm en een ponskracht van 1250, 1600, 2000 of 2400kN. De machine die wordt gebruikt op de productielijn bij IVC heeft een ponskracht van 2400 kN. Bij de machine kan er gekozen worden voor een stationaire of verstelbare meshouder en handmatig of pneumatische klemming van de messen. Het huidige systeem heeft een verstelbare meshouder met pneumatische klemming. Op de stansmachine worden vinyl slabs aangevoerd door de transportband. Via de sensor vooraan wordt gedetecteerd wanneer een nieuwe slab de machine binnengaat. Eenmaal op positie stopt de transportband en ponst de machine de slab in kleinere tegels. Het ponsen van de tegels gebeurt hydraulisch. Naast de machine staat een hydraulische groep die voor voldoende drukkracht zorgt.
Figuur 20: Hydraulische groep
Om de slabs te ponsen worden snijmatrijzen gebruikt. Naargelang de afmetingen van de te vervaardigen tegels zijn er verschillende snijmatrijzen. De snijmatrijzen worden in de machine getild met behulp van een elektrische kettingtakel.
12
Figuur 21 Snijmatrijs
Na het ponsen verlaten de plaatsjes de machine en gaan ze verder op de productielijn. Het afval valt tussen twee transportbanden in en wordt via een derde transportband weggevoerd naar de afvalcontainer.
Figuur 22: Afvalband
13
4
Analyse detectiesysteem
4.1. Situering In het hoofdstuk ‘Situering en probleemstelling’ wordt een mogelijke oorzaak aangehaald die aangepakt moet worden om de eerste doelstelling te bereiken. De sensor vooraan de stansmachine zou een te trage reactiesnelheid hebben om snel te kunnen werken. Om na te gaan of de sensor effectief te traag reageert, wordt er een steekproefmeting uitgevoerd die het verband zal aantonen tussen de snelheid van de transportband en de nauwkeurigheid van de afmetingen van de afvalstroken. De afvalstroken kunnen met behulp van het touchpanel worden ingesteld. Figuur 23 toont de mogelijke instellingen. De breedte van de stroken tussen de platen is in dit geval ingesteld op 8mm. De strook vooraan wordt ingesteld op 10mm. Na berekening aan de hand van de totale lengte van de slab, wordt dan weergegeven dat de breedte van de strook achteraan 44mm moet zijn. Op het touchpanel is ook de primaire-, decelleratie- en secundaire snelheid te zien, deze zijn ingesteld op 84m/min, 1m/s en 38m/min. Verder kan ook meegegeven worden op welke afstand voor de sensor de transportband moet overschakelen van primaire snelheid naar secundaire snelheid. Dit staat op 400mm.
Figuur 23: Instellingen stansmachine
Het te verwachten resultaat bij de meting zou moeten zijn dat hoe lager de secundaire snelheid ingesteld wordt, hoe nauwkeuriger de stansmachine ponst en dus hoe nauwkeuriger de ingestelde waarden van de afvalstroken benaderd worden. Dit zou een bewijs zijn dat de sensor niet geschikt is om bij hoge snelheden snel genoeg te detecteren.
4.2. Metingen Bij de metingen wordt de secundaire snelheid aangepast. Er wordt gestart bij 38m/min en er worden telkens tien willekeurige afvalstroken van de geponste vinyl slabs genomen. Dit zowel van de voorkant, het midden als van de achterkant. De meetwaarden worden gemeten met een schuifmaat. Van elke meetwaarde wordt het verschil met de ingestelde waarde bekeken. Dit wordt opnieuw gedaan bij een snelheid van 48m/min, 28m/min en 18m/min. Meetwaarden zijn terug te vinden in volgende tabellen.
14
Meting 1: snelheid: 48m/min. Tabel 3: Meetresultaten afvalstroken 48m/min.
Meting
Voorkant (mm)
Achterkant (mm)
Meting
Afwijking
Meting Afwijking
1
13,9
3,90
14,9
2
12,6
2,60
3
9,7
4
16,4
5
Midden (mm) Meting
Afwijking
29,10
5,7
2,30
11,1
32,90
6,2
1,80
0,30
6,3
37,70
5,5
2,50
6,40
7,3
36,70
4,7
3,30
16,1
6,10
12
32,00
5,2
2,80
6
11
1,00
16
28,00
5,3
2,70
7
13,8
3,80
13,5
30,50
5,2
2,80
8
19,8
9,80
11,8
32,20
4,9
3,10
9
17,6
7,60
11
33,00
5,8
2,20
10
10,1
0,10
10,6
33,40
5,4
2,60
Meting 2: snelheid: 38m/min. Tabel 4: Meetresultaten afvalstroken 38m/min.
Meting
Voorkant (mm)
Achterkant (mm)
Meting
Afwijking
Meting Afwijking
1
10
0,00
16
2
10,5
0,50
3
18
4
Midden (mm) Meting
Afwijking
28,00
5,5
2,50
10,2
33,80
6
2,00
8,00
16,1
27,90
5,5
2,50
17,5
7,50
16,3
27,70
6,3
1,70
5
13
3,00
10,6
33,40
5,2
2,80
6
10,1
0,10
9,7
34,30
4,9
3,10
7
13,6
3,60
15
29,00
6,1
1,90
8
15,5
5,50
12,6
31,40
6,3
1,70
9
12,4
2,40
11,5
32,50
5,4
2,60
10
15
5,00
13,2
30,80
5,3
2,70
Meting 3: snelheid: 28m/min. Tabel 5: Meetresultaten afvalstroken 28m/min.
Meting
Voorkant (mm)
Achterkant (mm)
Meting
Afwijking
Meting Afwijking
1
8
2,00
17,8
2
9,1
0,90
3
5,4
4
Midden (mm) Meting
Afwijking
26,20
6
2,00
13,7
30,30
5,9
2,10
4,60
18,1
25,90
5,5
2,50
4,6
5,40
16,1
27,90
5,7
2,30
5
10,9
0,90
14
30,00
5,4
2,60
6
8,5
1,50
16,1
27,90
6,6
1,40
7
9,3
0,70
16,4
27,60
6,3
1,70
8
10
0,00
16,3
27,70
6,3
1,70
9
13
3,00
16
28,00
5,9
2,10
10
5,7
4,30
18,1
25,90
5,3
2,70
15
Meting 4: snelheid 18m/min. Tabel 6: Meetresultaten afvalstroken 18m/min.
Meting
Voorkant (mm)
Achterkant (mm)
Midden (mm)
Meting
Afwijking
Meting
Afwijking
1
7
3,00
Meting Afwijking 22
22,00
6,3
1,70
2
6,2
3,80
21
23,00
6
2,00
3
4,8
5,20
22
22,00
5,8
2,20
4
4,8
5,20
19,3
24,70
6,1
1,90
5
2,4
7,60
19
25,00
4,6
3,40
6
4,5
5,50
21,5
22,50
6,4
1,60
7
6,5
3,50
20,6
23,40
5
3,00
8
6,3
3,70
21
23,00
5,9
2,10
9
3,1
6,90
20,6
23,40
5,5
2,50
10
4,9
5,10
24
20,00
6,2
1,80
Hieronder is een samenvattende tabel weergegeven die het gemiddelde van de afwijkingen weergeeft bij de verschillende snelheden en een tabel die de gemiddelde deviatie weergeeft. Dit laatste is het gemiddelde van de absolute deviaties (afwijkingen) van de gegevenspunten (x) ten opzichte van hun gemiddelde waarde ( ̅ ) en wordt berekend aan de hand van volgende formule. ̅|
∑|
Tabel 7: Samenvattende tabel: Gemiddelde van de afwijkingen van de afvalstroken
Gemiddelde van de maatafwijkingen 18m/min. 28m/min. 38m/min. 48m/min. Vooraan
4,95
2,33
3,56
4,16
Achteraan
22,90
27,74
30,88
32,55
Midden
2,22
2,11
2,35
2,61
Tabel 8: Samenvattende tabel: Gemiddelde deviatie van de afvalstroken
Gemiddelde deviatie 18m/min. 28m/min. 38m/min. 48m/min. Vooraan
1,16
1,60
2,36
2,65
Achteraan
1,02
1,08
2,2
2,19
Midden
0,448
0,33
0,42
0,33
16
In grafiek uitgezet geeft dit volgend resultaat:
Gemiddeldevan de afwijkingen (mm)
Verhouding snelheid transportband - gemiddelde van de maatafwijkingen van de afvalstroken
35,00 30,00 25,00
Gemiddelde van de afwijkingen voorkant
20,00 15,00
Gemiddelde van de afwijkingen achterkant
10,00 5,00
Gemiddelde van de afwijkingen midden
0,00 18
28
38
48
Snelheid (m/min)
Figuur 24: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde van de maatafwijkingen van de afvalstroken
Gemiddelde deviatie (mm)
Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie afvalstroken 3 2,5 2 1,5
Gemiddelde deviatie voorkant Gemiddelde deviatie achterkant
1
Gemiddelde deviatie midden
0,5 0 18
28
38
48
Snelheid (m/min) Figuur 25: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie van de afvalstroken
4.3. Conclusie Uit de eerste grafiek kan afgeleid worden dat naarmate de snelheid lager wordt, de afwijking achteraan kleiner wordt maar vooraan zacht toeneemt. In het midden blijft dit ongeveer gelijk. Hoe trager de transportband dus gaat, hoe minder ver de slab vooruit schuift voor er geponst wordt. Met andere woorden, hoe kleiner de strook vooraan en hoe groter de strook achteraan. Hieruit kan afgeleid worden dat niet alleen de sensor de oorzaak is van de onnauwkeurigheid van het ponsen. De oorzaak moet dan ook gezocht worden in de werking van de stansmachine. Hiervoor moeten het PLC programma en de werking van de positioneerdrive bekeken worden. In de tweede grafiek is de gemiddelde deviatie uitgezet. Dit is het gemiddelde van de absolute deviaties (afwijkingen) van de gegevenspunten ten opzichte van hun gemiddelde waarde. Hier is, bij begin- en eindstrook, een stijging van de grafiek te zien naarmate de snelheid verhoogd wordt. Dit wil dus zeggen dat de positionering van de slabs slechter wordt naarmate de transportband sneller draait.
17
De sensor heeft dus wel degelijk moeite met de detectie van de slab bij hogere snelheden. Bij de middenstroken blijft de afwijking min of meer constant. Dit is te verklaren door het feit dat de snelheid hierbij kleiner is. De slab moet over een kleinere afstand verschoven worden en bij deze verplaatsing heeft de sensor geen invloed. Er zijn dus twee problemen die hier moeten worden aangepakt. Enerzijds is er de positionering door middel van de drives dat nauwkeuriger uitgevoerd moet worden. Anderzijds is er de sensor die vervangen moet worden door een sensor met een hogere reactiesnelheid.
18
5
Marktstudie sensoren
Zoals gebleken is uit de metingen, moet de huidige sensor vervangen worden om te kunnen voldoen aan de eerste doelstelling. Daarom worden vier vertegenwoordigers van verschillende producenten van sensoren uitgenodigd. IFM, Wenglor, Multiprox en Sick zijn de uitverkoren producenten. Samen met hen wordt naar een goed alternatief gezocht voor de huidige sensor. De eis wordt gesteld dat de zwarte achterkant van de slabs goed herkend moet worden op de rode transportband en dit aan een snelheid van 84m/min. In wat volgt worden de voorstellen van elke firma tegenover elkaar en tegenover de oorspronkelijke sensor vergeleken.
5.1. Mogelijke sensoren 5.1.1. IFM Als oplossing van IFM werd de O5C500 kleurensensor van het type O5C-MAKG/US100 uitgekozen. Deze sensor heeft een instelbare kleurgevoeligheid en een teachfunctie. De sensor wordt aangesloten met een M12 stekker en heeft een automatische NPN/PNP-detectie.
Figuur 26: IFM O5C500 sensor
De belangrijkste specificaties van deze sensor zijn in onderstaande tabel weergegeven. Tabel 9: Specificaties IFM O5C500
Afmetingen Reikwijdte Field of view Voedingsspanning Uitgangsstroom Schakeluitgang Reactietijd Schakelfrequentie Beschermingsgraad EMC getest
46,8 x 70,3 x 18,2 mm 15 … 19mm 2,5 x 6 mm 13 … 36V DC 200mA NPN/PNP <0,3ms 2000Hz IP67 EN 60947-5-2
Tegenover de oorspronkelijke sensor kan vastgesteld worden dat deze sensor heel wat sneller werkt. <0,3ms tegenover 11,1ms. Dit is zijn belangrijkste voordeel. Een klein minpunt is dat de reikwijdte van deze sensor heel wat kleiner is. Toch is dit in deze toepassing niet echt een nadeel aangezien de sensor dicht boven de transportband gemonteerd kan worden.
19
Voor- en nadelen tegenover de andere sensoren zijn: T.o.v. Wenglor: Hogere beschermingsklasse
Grotere reactietijd Kleinere schakelfrequentie
Lagere schakelfrequentie Hogere reactietijd
T.o.v. Sick: Hogere schakelfrequentie (bij 1kHz van Sick)
hogere reactietijd Lagere schakelfrequentie
T.o.v. Multiprox: Grotere reikwijdte
5.1.2. Wenglor Na het in kaart brengen van de situatie bij Wenglor werden meteen een aantal oplossingen mogelijk. Als eerste mogelijkheid is er de kleurensensor (type OFP401P0189). Deze sensor heeft een reactietijd van 300µs en een schakelfrequentie van 1,8kHz. Dit is een stuk sneller dan de huidige sensor waardoor deze kleurensensor wel in aanmerking komt als mogelijk alternatief hiervan. De tweede optie van Wenglor zijn contrastsensoren. Deze sensoren detecteren enkel op contrast waardoor ze nog sneller kunnen werken dan kleurensensoren. Bij dit type sensoren zijn er twee mogelijkheden. Het verschil ligt vooral in schakelfrequentie en dus ook min of meer in prijsklasse. Enerzijds is er een sensor (type YM24PAH2ANZ) met een schakelfrequentie van 3kHz en reactietijd van 166µs. Anderzijds een sensor (type YP11VAH3ANZ) met een schakelfrequentie van 20kHz en een reactietijd van 25µs. Dit zijn dus beiden heel snel schakelende sensoren wat perfect bruikbaar is in deze toepassing. Als laatste en eerder kostprijsvriendelijk alternatief biedt Wenglor een drukmerksensor aan. Dit type sensoren is speciaal ontworpen om markeringen te herkennen. Een voorbeeld van een toepassing is gegeven in figuur 27. Hier worden de zwarte markeringen op een stickerrol gedetecteerd. Dit kan gebruikt worden om te detecteren of het papier niet gescheurd is en verder doorvloeit. In de toepassing van deze masterproef kan een drukmerksensor ook toegepast worden om de twee verschillende kleuren te detecteren. Het grote voordeel van deze sensor is dat hij slechts een vijfde van de kostprijs van een kleuren- of contrastsensor kost en dat hij toch een schakelfrequentie van 5kHz en reactietijd van 100µs heeft. Nadeel is dat de werking hiervan niet 100% gegarandeerd kan worden. Slechts na testen kan er met zekerheid gezegd worden of deze sensor al dan niet toepasbaar is in deze situatie.
Figuur 27: Drukmerksensor
20
Volgende figuur zet de vier voorstellen van Wenglor nog eens op een rijtje.
Figuur 28: Wenglor sensoren
De keuze van de beste sensor wordt gebaseerd op snelheid en schakelfrequentie aangezien dit toch wel de belangrijkste parameter is in de toepassing. Zo komt de contrastsensor (type YP11VAH3ANZ) er het best uit. De belangrijkste specificaties worden in volgende tabel opgesomd. Tabel 10: Specificaties Wenglor YP11VAH3ANZ
Afmetingen Reikwijdte Lichtbron Voedingsspanning Uitgangsstroom Schakeluitgang Reactietijd Schakelfrequentie Beschermingsgraad
50 x 50 x 20 mm 60 … 100mm Laser 10 … 30V DC 200mA PNP 25µs 20kHz IP65
Tegenover de oorspronkelijke sensor van Sick heeft deze sensor een veel snellere reactietijd. Dit is het belangrijkste voordeel. Nadelen zijn niet ingrijpend voor deze toepassing. Voor- en nadelen tegenover de andere sensoren zijn: T.o.v. IFM: Hogere schakelfrequentie Snellere reactietijd
Lagere beschermingsklasse (IP67 / IP 65)
T.o.v. Multiprox: Hogere schakelfrequentie Snellere reactietijd
Lagere beschermingsklasse (IP67 / IP65)
T.o.v. Sick: Snellere reactietijd Hogere schakelfrequentie
Lagere beschermingsklasse (IP67 / IP65)
21
5.1.3. Multiprox Als oplossing voor het probleem heeft Multiprox de R58 Expert (R58E) sensor. Dit is een drukmerksensor met een driekleurige lichtbron. Hij biedt een betrouwbare detectie van alle kleurcontrasten en markeringen die op gangbare producten terug te vinden zijn. De R58E detecteert zestien verschillende grijstinten. De sensor selecteert automatisch een rode, groene of blauwe LED tijdens het aanleren om de detectie van drukmerken te verhogen.
Figuur 29: Multiprox R58 Expert
De belangrijkste specificaties van de R58E zijn terug te vinden in volgende tabel. Tabel 11: Specificaties Multiprox R58 Expert
Afmetingen Reikwijdte Lichtvlek Voedingsspanning Schakeluitgang Reactietijd Schakelfrequentie Beschermingsgraad Functies
80 x 58,9 x 30 mm 10mm 1,2 x 3,8 mm 10 … 30V DC PNP/NPN 50µs 10kHz IP67 Licht- en donkerschakeling
Tegenover de oorspronkelijke Vision sensor van Sick heeft deze sensor belangrijke voordelen zoals de snellere reactietijd en een hoge schakelfrequentie. Voor- en nadelen tegenover de andere sensoren zijn: T.o.v. Wenglor: Hogere beschermingsklasse Verbeterde detectie door RGB LED T.o.v. IFM: Grotere schakelfrequentie Snellere reactietijd T.o.v. Sick: Grotere schakelfrequentie Snellere reactietijd
Lagere schakelfrequentie Grotere reactietijd
Kleinere reikwijdte
Kleinere lichtvlek Kleinere reikwijdte
22
5.1.4. Sick De oplossing die bij Sick uit de bus komt is de CS81-P3612 kleurensensor. Deze sensor heeft een heel precieze lichtspot en detecteert kleuren in hoge resolutie. Dankzij zijn breed kleurenspectrum kunnen toleranties ingesteld worden wat het gebruik flexibeler maakt. De belangrijkste specificaties van de CS81-P3612 kleurensensor zijn weergegeven in volgende tabel. Tabel 12: Specificaties Sick CS81-P3612 Afmetingen Reikwijdte Detectiebereik Lichtvlek Voedingsspanning Schakeluitgang Reactietijd Schakelfrequentie Beschermingsgraad
53 x 30,4 x 80 mm 60mm ± 9mm 13 x 13 mm 10 … 30V DC PNP 85 – 160 – 500µs 1 – 3 – 6kHz (instelbaar) IP67
Figuur 30 Sick CS81-P3612 Voor- en nadelen tegenover de andere sensoren zijn: T.o.v. IFM: Snellere reactietijd lagere schakelfrequentie (bij 1kHz van Sick) Hogere schakelfrequentie (bij 3 of 6 kHz van Sick) T.o.v. Multiprox: Grotere lichtvlek Grotere reikwijdte T.o.v. Wenglor: Hogere beschermingsklasse (IP67 / IP65)
Lagere schakelfrequentie Hogere reactietijd
Hogere reactietijd Lagere schakelfrequentie
23
5.2. Keuze beste sensor Er kan gesteld worden dat de keuze van de sensor het meest afhangt van het soort sensor (kleur of contrast), de reactietijd en de schakelfrequentie. De rest van de specificaties zijn niet erg bepalend in deze toepassing. Daarom nog eens de verschillende sensoren van de producenten op een rij met bijhorende reactietijd en schakelfrequentie. Tabel 13: Overzicht sensoren
Reactiesnelheid Schakelfrequentie
Sick (CVS1) IFM Wenglor Multiprox Sick (CS81-P3612) 11,1ms <0,3ms 25µs 50µs 85µs 1 kHz 2 kHz 20 kHz 10 kHz 6 kHz
Hieruit kan opgemaakt worden dat de sensoren van Wenglor en Multiprox de snelste reactiesnelheid en hoogste schakelfrequentie hebben. Om het verschil in performantie te zien tussen een contrastsensor en een kleurensensor, wordt ook de kleurensensor van Sick getest. De sensor van IFM heeft een te grote reactiesnelheid en valt dus uit de selectie.
5.3. Testen De drie sensoren worden parallel naast de originele sensor aangesloten op de machine. Zowel de testsensor als de originele sensor worden binnen genomen op de snelle ingangen van een Siemens S7-1200 PLC. Via een klein programma wordt het verschil in reactietijd tussen de twee sensoren, alsook de minima, maxima en gemiddelde waarde van de metingen gemeten en berekend. Een voorstelling van de gegevensdatablok is in onderstaande figuur te zien.
Figuur 31: Gegevensdatablok testprogramma
Op deze manier worden de drie sensoren vergeleken met elkaar. Op de webserver van de PLC wordt een database bijgehouden met de duizend recentste gemiddelde waarden.
24
Door van deze reeks waarden het gemiddelde te nemen, wordt een nauwkeurige waarde bekomen die de gemiddelde tijd voorstelt dat de testsensor sneller reageert dan de originele sensor. De resultaten zijn te vinden in onderstaande tabel. Tabel 14: Resultatentabel snelheidsmeting sensoren
Sensor Gemiddelde tijd sneller of originele sensor 16,47ms Multiprox 15,40ms Sick (CS81-P3612) 18,23ms Wenglor Vaststellingen Multiprox:
Goede detectie van de slab als hij juist afgesteld en gepositioneerd is. Veel snellere detectie dan de originele sensor.
Heel gevoelig bij herpositionering (door vervangen messen, …) verkeerde detectie Performantie daalt wanneer de stansband verslijt en zo de rode kleur wat verandert.
Vaststellingen Sick (CS81-P3612):
Goede detectie van de slab, transportband heeft geen invloed aangezien alleen naar de zwarte kleur van de slab gekeken wordt. Veel snellere detectie dan de originele sensor.
Sensor moet mooi horizontaal gepositioneerd zijn om een optimale detectie te verkrijgen.
Vaststellingen Wenglor:
Goede detectie van de slab. Snelste detectie van de slab in vergelijking met de andere sensoren.
Sensor moet redelijk hoog gepositioneerd worden (60..100mm detectie afstand) waardoor meswissels van de machine bemoeilijkt. Sensor heeft geen bargraph om detectiekwaliteit te controleren. Performantie daalt wanneer de stansband verslijt en zo de rode kleur wat verandert.
dit
Er kan besloten worden dat de Wenglor sensor de snelste is van de drie maar niet de meest optimale werking heeft. Er komen wat praktische problemen bij kijken omdat de sensor, door zijn te grote detectieafstand, te hoog gepositioneerd moet worden. Bij een gereedschapswissel in de machine hangt de sensor in de weg. Er is ook een duidelijk verschil tussen de contrastsensoren en de kleurensensor wanneer de kwaliteit van de transportband verandert door slijtage. Wanneer de rode kleur vervaagt, hebben de contrastsensoren het moeilijker of de kleurensensor. Daar de kleurensensor van Sick er dus het beste uitkomt qua werking, wordt deze sensor aanzien al beste alternatief voor de huidige vision sensor. Hij heeft een betrouwbare detectie en is ruim 130 keer sneller of de originele Sick vision sensor.
25
6
Aandrijving transportband
De aandrijving van de transportband van de stansmachine gebeurt door middel van een servomotor met kegelwielreductor (i=36,52). Deze motor wordt gestuurd met behulp van een SEW Movidrive. De drive heeft een vermogen van 11kW. Op de drive zijn verschillende aansluitingen aanwezig. Een aansluitschema van de drive is te vinden in bijlage. Er zijn twee encoder aansluitingen en een Profibus aansluiting te zien. Verder wordt de voedingsspanning naar de drive geschakeld en doorgeschakeld naar de motor. Op het schema is er ook een ballastweerstand van 39Ω, 1200W te zien. Deze dient om het gedissipeerd vermogen bij remmen op te vangen.
Figuur 32: Servomotor
Op de digitale ingangen van de drive zijn drie ingangen aangesloten. Twee ingangen gerelateerd met veiligheidsfuncties en de derde is gekoppeld aan een uitgang van de PLC. Deze uitgang geeft een 400ms lange puls door, die de materiaaldetectiesensor aan de PLC geeft. De puls van de sensor wordt binnen genomen in de PLC en verwerkt in een cyclic interrupt. Wanneer de interrupt opgeroepen wordt, wordt het hoofdprogramma in OB1 gestopt. De interrupt doorloopt zijn cyclus en wanneer deze klaar is, kan de cyclus van OB1 verder gezet worden. De betreffende interrupt (OB35) is ingesteld op 2ms. Dit wil zeggen dat de interrupt elke 2ms opgeroepen wordt. Deze 2ms die de interrupt nodig heeft om het signaal door te sturen naar de drive speelt natuurlijk ook mee in de totale cyclustijd om de drive aan te sturen. Of een sensor nu een reactiesnelheid van 25µs of 500µs heeft, maakt niet veel uit aangezien de PLC toch maar, ten hoogste, na 2ms kan doorsturen. Met een snellere sensor zal enkel het signaal sneller beschikbaar zijn voor de PLC. De grootste verwerkingstijd in de cyclus is bepalend voor de snelheid van de communicatie. Oorspronkelijk is deze grootste tijd nog de reactiesnelheid van de sensor, welke 11,1ms bedraagt. Met een nieuwe sensor wordt de grootste tijd dus de cyclustijd van de cyclic interrupt van de PLC. Om de positieafwijking ten gevolge van de cyclustijd te bepalen, kan gebruik gemaakt worden van volgende formule. [
]
In deze toepassing, met een snelheid van 38m/min, wordt dit:
26
Omdat een zo groot mogelijke snelheid en nauwkeurigheid nagestreefd moeten worden, dient de cyclustijd zo klein mogelijk te zijn. In bovenstaande formule wordt de cyclustijd bepaald door de som van de reactiesnelheid van de sensor en de cyclustijd van de cyclic interrupt. Als zoals eerder vermeld een snellere sensor gebruikt wordt, wordt de cyclustijd gereduceerd tot ten hoogste 2ms (cyclustijd van de cyclic interrupt). De maximale positieafwijking wordt dan 1,27mm wat toch wel 8mm kleiner is. Deze berekeningen gelden enkel voor de positionering van de slab voor de eerste ponsbeurt. De positionering voor de verdere ponsbeurten wordt volledig door het PLC programma en de drive gestuurd. Verschillende afstanden worden vastgelegd en opgeslagen in de PLC. Dit zijn afstanden vanaf begin of einde van de slab tot een bepaald referentiepunt van de machine. Via deze afstanden wordt berekend op welke posities de slab moet stoppen in de ponscyclus. Doordat de regelsoftware van de drive maar toelaat om te positioneren tot op één millimeter nauwkeurig, is het niet eenvoudig om een goede positionering te verkrijgen. Op het touchpanel van de machine kan eveneens maar een positiewaarde ingesteld worden tot op 1mm nauwkeurig. Om te voldoen aan de eisen is echter een nauwkeurigheid vereist tot op maximum 1mm. Praktisch liggen deze waarden dikwijls hoger en kunnen ze wat variëren. Oorzaak hiervan is een onvoldoende nauwkeurige werking van de drive en de encoders. In het systeem zijn er twee encoders aanwezig. Deze zorgen voor een terugkoppeling van de positie naar de drive. Op onderstaande figuur wordt schematisch weergegeven waar beide encoders zich bevinden.
Figuur 33: Posities encoders
Eén encoder bevindt zich op de motoras van de motor die de transportband aandrijft. De andere encoder bevindt zich op een drukrol juist na de aangedreven as van de machine. Via analyse van de drive parameters en werking van de encoders kan nagegaan worden wat het probleem is. De drive wordt onderhanden genomen en gefinetuned zodat de positionering voldoet aan de eisen van de machine.
27
7
Reduceren van het afvalmateriaal
De tweede doelstelling in deze masterproef is het reduceren van het afvalmateriaal. Momenteel wordt afvalmateriaal verkleind in een shredder en daarna terug verwerkt. Toch is het beter om zo weinig mogelijk afval te creëren. Bij het ponsen van een slab worden reservestroken voorzien. Deze bevinden zich rondom de verder te verwerken tegels zoals weergegeven in op onderstaande figuur.
Figuur 34: Geponste slab
Op deze figuur zijn de grijze tegels het verder te verwerken product. De vorm en afmetingen hiervan wordt bepaald door de snijmatrijzen die in de stansmachine geplaatst zijn. Er worden drie ponsbeurten uitgevoerd waarbij telkens een rij van tien tegels gemaakt wordt. De breedte van de voorkant, die in het rood voorgesteld is op bovenstaande figuur en middenstroken, in het blauw, kan worden ingesteld via het touchpanel. De achterkant ligt dan vast volgens de totale lengte van de slab. Aan de zijkanten bevinden zicht kleine afvalstroken (groen). Deze stroken hebben ook een vaste breedte, afhankelijk van het te ponsen formaat en de totale breedte van de slab. De oppervlakte van het totale afval bij één slab is afhankelijk van het toegepaste recept in de machine. Het recept geeft de afmetingen weer van de vinyltegels. Het recept dat meest wordt toegepast is 1322x198 mm. Dit is ook het recept dat voorgesteld is op bovenstaande figuur. Hierbij is het totale afval ongeveer 187352mm². Dit is 2,33% van de totale slab. Wanneer de lengte van de slab verkleind wordt, kan dit gereduceerd worden tot 1,86%. Dit is een vermindering van ongeveer 20% en wil zeggen dat er na 209 slabs een volledige slab terugwonnen is. Om het afvalmateriaal te reduceren, moeten hoe dan ook de totale afmetingen van de slab aangepast worden. De lengte zal verkleinen omdat, door snellere detectie en verbeterde positionering, de voorkant en middenstroken kleiner genomen kunnen worden. De breedte van de slabs kan moeilijker gewijzigd worden daar dit een standaardmaat is bij het produceren van de vinylrollen. Wanneer er met een smallere slab zou willen gewerkt worden, zou deze op de lamineerlijn versneden moeten worden. Hierdoor zal het afval niet weggewerkt worden maar zal het gewoon van plaats veranderen.
28
8
Realisatie van oplossingen
In dit hoofdstuk worden de praktische realisaties uitgelegd. Voorgaande theoretisch besproken oplossingen worden uitgevoerd.
8.1. Vervangen sensor Uit hoofdstuk 6 ‘Aandrijving stansband’ is bewezen dat de nauwkeurigheid van de eerste positionering van de slab enkel afhangt van de sensor, PLC en drive. Onderzoek heeft uitgewezen dat de cyclic interrupt die in de PLC gebruikt wordt, niet echt nodig is. Hierin werd de puls van de sensor verlengd maar dit is niet nodig aangezien de sensor een continu signaal geeft zolang de slab onder de sensor ligt. De PLC kan voor deze positionering uit de kring gehaald worden waardoor de cyclustijd van de communicatie nog verkleind, wat de nauwkeurigheid ten goede komt. Na het testen van de verschillende sensoren blijkt de Sick kleurensensor (type CS81-P3612) de beste te zijn. De sensor komt op de plaats van de originele sensor en wordt aangesloten op de machine. De aansluiting op de sensor gebeurd met een M12 connector. Via de driedraads methode wordt de sensor aangesloten op het I/O-eiland van de PLC. Een aansluitschema van de sensor is te vinden in figuur 35. Via de teach functie van de senor kan eenvoudig een kleur aangeleerd worden. De sensor wordt zo geteached dat hij de zwarte kleur van de slab detecteert. Via een ledbar wordt de kwaliteit van de detectie aangegeven. Wanneer de sensor de rode band detecteert, brandt slechts één ledje op de ledbar. Wanneer hij een zwarte slab detecteert, branden alle leds van de ledbar. Dit geeft aan dat de sensor uitstekend onderscheid kan maken tussen de twee objecten.
Figuur 35: Aansluitschema Sick CS81-P3612
Door stelselmatig metingen uit te voeren, kunnen de progressieve resultaten duidelijk aangetoond worden. De metingen van de afvalstroken die bij de vision sensor uitgevoerd werden, worden opnieuw uitgevoerd maar ditmaal met de nieuwe sensor. Wanneer de gemiddelde deviatie van de afvalstroken vooraan bekeken wordt, kan vastgesteld worden dat er een zichtbare verbetering is. Meetresultaten zijn in volgende tabel en grafiek te zien. Tabel 15: Gemiddelde deviaties vooraan bij een snelheid van 48m/min
Originele sensor Nieuwe sensor (via PLC) Nieuwe sensor (rechtstreeks op drive)
Gemiddelde deviatie vooraan 2,65mm 0,84mm 0,53mm
29
Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie afvalstroken Gemiddelde deviatie [mm]
3 2,5 2
Originele sensor
1,5 Nieuwe sensor (via PLC)
1
Nieuwe sensor (rechtstreeks op drive)
0,5 0 0
10
20
30
40
50
60
Snelheid [m/min] Figuur 36: Grafiek: Verhouding snelheid transportband - gemiddelde deviatie voorkant
De breedte van de afvalstroken achteraan is bepaald door deze vooraan. Er kan dus vastgesteld worden dat deze hetzelfde verloop kennen.
8.2. Drives Na de eerste positionering door de sensor en de drive, wordt de verdere positionering door de PLC en de drive geregeld. Uit de metingen van hoofdstuk 4 ‘Analyse detectiesysteem’ weten we dat de drive het moeilijk heeft om nauwkeurig te positioneren wanneer we de snelheid opdrijven. Het probleem hiervan moet gezocht worden in de terugkoppeling van de encoders naar de drive. Daar moet nagegaan worden of eventuele slip of andere verliezen genoeg gecompenseerd worden. Om te beginnen wordt de positieterugkoppeling naar de drive onderzocht. Daar wordt duidelijk dat alleen de motorencoder gebruikt wordt voor positieterugkoppeling. De externe encoder die op de machine aangebracht is, dient dus tot niets. De motorencoder houdt enkel rekening met de aangedreven as aangezien hij op de motoras bevestigd is. Er wordt dus niets van optredende slip of rek van de transportband gecompenseerd. Daarbij komt nog dat in de parameters voor de berekening van het aantal pulsen per verplaatsing de diameter van de drijvende as gebruikt wordt en geen rekening gehouden wordt met de dikte van de band die daar bovenop ligt. De drijvende as bestaat aan de buitenkant uit een kunststoflaag om slip tegen te gaan maar deze kan afslijten waardoor de diameter niet constant blijft. Deze factoren dragen allemaal bij tot de onnauwkeurige positionering. Vervolgens worden praktische metingen uitgevoerd. Via de scope functie van de SEW software worden setpoint speed, actual speed, actual current en de volgfout op de positie opgemeten. Een eerste resultaat van deze meting wordt op volgende grafiek weergegeven.
30
Figuur 37: Karakteristiek originele Driveparameters
Hierop is te zien dat de stroom (lichtblauw) erg variërend is. Ook de volgfout (paars) vertoont grote schommelingen. Door de waarden van de PID regelaar te wijzigen kunnen deze meetwaarden geoptimaliseerd worden. Door de inertie en versterking van de PID regelaar te finetunen kan de stroom meer constant gehouden worden. Door de stijfheid van het systeem te verhogen en de rukbegrenzing te activeren bij de snelheidsregeling verkleint de volgfout. De rukbegrenzing zorgt voor een soepel verloop van de snelheid, in tegenstelling tot een lineair snelheidsverloop waar snelheidswijzigingen niet rustig overgaan op elkaar. Deze methode is een voorzorgsmaatregel om de mechanische slip zo veel mogelijk te reduceren. Volgend resultaat wordt bij een nieuwe meting bekomen.
Figuur 38: Karakteristiek gefinetunede Driveparameters
Na deze eerste aanpassingen wordt opnieuw een meting uitgevoerd van de breedtes van de tussenstroken. Uit de resultaten blijkt dat er niet veel verbetering is. Dit komt doordat er via deze motorencoder nog steeds geen rekening gehouden wordt met optredende slip en rek van de band en die er duidelijk wel is. De slip kan wel gereduceerd worden door de rukbegrenzing te activeren en zo de motor soepeler te laten accelereren en vertragen maar dit heeft, resulterend uit de metingen, weinig invloed op de positionering.
31
Wanneer het aantal getelde incrementen bij beide encoders vergeleken wordt bij eenzelfde verplaatsing, wordt vastgesteld dat er een verschil optreedt van 600 incrementen. Omgerekend is dit iets meer dan één millimeter afwijking. Dit is ook de afwijking die in de metingen opduikt. Een oplossing die wel een doeltreffend resultaat zou hebben, is de encoder gebruiken die rechtstreeks op de transportband geplaatst is. Op deze manier wordt de effectieve positie van de transportband gemeten, rekening houdend met eventuele slip en rek van de band en kan een betere positionering bekomen worden. Omdat de transportband met een heel kleine frequentie 10cm heen en weer beweegt om slijtage te verminderen, loopt het drukwiel van de externe encoder af en toe van de transportband. Dit mag uiteraard niet voorvallen. Daarom wordt de encoder verplaatst naar de gedreven rol onderaan de machine. Deze rol wordt aangedreven door de transportband en is dus nauwkeuriger om de positie op te meten. Door de externe encoder te gebruiken in plaats van de motorencoder, kan er een betere positionering verkregen worden. Om met de externe encoder te kunnen werken moeten eerst enkele kleine wijzigingen doorgevoerd worden in het PLC programma. De verhouding van de afgelegde weg moet gewijzigd worden en de terugkoppeling van de encoder moet uit een andere parameter van de drive uitgelezen worden. Wanneer er overgegaan wordt op testen wordt duidelijk dat iets nog niet klopt met de snelheden van de transportband van de stansmachine en de transportband erna. Normaal draait de transportband die op de stansmachine volgt iets sneller omdat de geponste tegels wat uit elkaar getrokken zouden worden. Zo valt het afval makkelijker van tussen de tegels uit. De snelheid van deze transportband wordt via de drive van de transportband van de stansmachine overgegeven naar de drive voor de daaropvolgende transportband. Dit gebeurd via S-bus. Wanneer nu met de externe encoder gewerkt wordt, worden slip, rek en andere verliezen gecompenseerd door de motor iets sneller te laten draaien. Doordat de communicatie tussen de twee drives van de transportbanden niet optimaal verloopt, draait de transportband na de stansmachine niet sneller. Daardoor blokkeren de tegels bij de overgang van de twee transportbanden. De overdracht van de snelheid van de tweede transport moet dus aangepast worden zodat hij altijd iets sneller blijft draaien dan de transportband van de stansmachine. Daarvoor worden de IPOS-parameters van de drive aangepast. Via deze parameters kan de verhouding ingegeven worden tussen de snelheid van master en slave. Doordat beide encoders een verschillend aantal encoderpulsen hebben, klopt deze verhouding niet meer. Door deze verhouding bij te regelen, zijn de snelheden terug goed op elkaar afgeregeld en verloopt de werking nu volledig zoals ze moet verlopen. Wanneer de breedte van de tussenstroken nu opnieuw gemeten wordt, is merkbaar dat de nauwkeurigheid van de positionering niet veel verandert. Er kan zelfs gesteld worden dat de motorencoder beter positioneert op korte afstanden. Op langere afstanden is de externe encoder beter. Resultaten van 50 opeenvolgende metingen bij twee verschillende profielen zijn te vinden in volgende tabellen. De metingen werden uitgevoerd bij secundaire snelheden van 50m/min en 25m/min. Tabel 16: Resultaten positionering formaat 1500x248
Gemiddelde maat (mm) Gemiddelde deviatie (mm) Minimum (mm) Maximum (mm) Maximum – minimum (mm)
Formaat 1500 x 248 Motorencoder Vsec = 25m/min Vsec = 50m/min 5,21 5,04 0,35 0,34 4,35 4,05 6,08 5,93 1,73 1,88
Externe encoder Vsec = 25m/min Vsec = 50m/min 3,91 3,76 0,39 0,49 3,07 2,67 4,58 4,68 1,51 2,01
32
De metingen voor het formaat 1322x198 gebeuren enkel bij een secundaire snelheid van 25m/min omdat hierbij het beste resultaat verkregen wordt. Tabel 17: Resultaten positionering formaat 1322x198
Gemiddelde maat (mm) Gemiddelde deviatie (mm) Minimum (mm) Maximum (mm) Maximum – minimum (mm)
Formaat 1322 x 198 Motorencoder Tussenstrook 1 Tussenstrook 2 6,39 6,88 0,39 0,16 5,04 6,34 7,3 7,36 2,26 1,02
Externe encoder Tussenstrook 1 Tussenstrook 2 6,38 6,15 0,43 0,38 5,47 5,14 7,69 7,16 2,22 2,02
Wat als eerste blijkt uit de meetresultaten is dat de externe encoder geen betere werking vertoond als de motorencoder. Daarnaast blijkt dat de gemiddelde deviatie beter is wanneer de secundaire snelheid kleiner is. Bij formaat 1500x248 is de kleinste gemiddelde deviatie bijvoorbeeld 0,34mm en het maximale verschil tussen de stroken is 1,88mm. Dit is teveel om de tussenstroken volledig weg te laten. Wanneer dit toch zou gedaan worden is de kans groot dan sommige lamellen te kort worden en zo buiten de gestelde toleranties vallen.
8.3. Afvalreductie Na verschillende pogingen te ondernemen om de positionering van de transportband te verbeteren, is het toch niet 100% gelukt om een ideale positionering te verkrijgen. Dankzij de goede prestaties van de sensor en een optimalisering van de huidige instellingen, kan de slab toch een stuk in lengte worden ingenomen. Na proefondervindelijk uittesten werd vastgesteld dat de middenstroken bij alle formaten gereduceerd kunnen worden tot 3mm. Voor- en achterstroken kunnen gereduceerd worden tot 5mm om toch nog iets van speling te hebben. Gedetailleerde afvalbepaling en reductiewaarden voor de verschillende formaten zijn terug te vinden in de tabellen in bijlage. In de tabel hieronder zijn de vier formaten weergegeven met telkens hun aangepaste slablengte en procentuele afvalbesparing. Tabel 18: Samenvattende tabel: Afvalbesparing
Formaat tegel 1500x248 1322x198 661x331 916x165
Originele lengte slab (mm) 3021 4004 4002 3708
Nieuwe lengte slab (mm) 3013 3982 3982 3683
% afvalbesparing 11,65% 19,97% 24,80% 25,79%
33
9
Centralisatie van de sturing
De derde doelstelling die in deze masterproef bereikt moet worden is het theoretisch uitwerken van een optimale configuratie met betrekking tot de communicatie tussen de verschillende onderdelen van de productielijn. Hierbij wordt een oplossing uitgewerkt om de volledige sturing te centraliseren in één PLC en één besturingskast. De in de volgende tekst beschreven methode is een theorie van Archie G. Mullins. Archie is engineering en maintenance manager bij IVC Amerika. Voordat hij bij IVC aan de slag ging, werkte hij achttien jaar bij Siemens als Senior Control Systems Engineer and Solutions Partner for the Projects Division. Momenteel werkt hij nog voor sommige projecten samen met Siemens. In deze masterproef wordt Archies theorie bestudeerd en vertaald naar een technisch document. In de industrie komt het veel voor dat grote machineparken of lange productielijnen samengesteld zijn door machines gebouwd door verschillende machinebouwers. Dit brengt natuurlijk met zich mee dat ze elk een apart systeem hanteren qua werking, aansturing, programmering, enz. Wat noodzakelijk is, is dat ze in elk van deze gevallen moeten kunnen communiceren met elkaar. Wanneer een product doorgegeven wordt van de ene naar de andere machine, moet er een signaal kunnen gegeven worden dat het product in aantocht is of dat een volgend product klaargezet mag worden. Hiervoor moeten de verschillende machinebouwers probleemloos op elkaar kunnen inspelen. Dit kan bijvoorbeeld zoals in deze masterproef gerealiseerd worden door de twee verschillende Profibus netwerken te verbinden met elkaar via een DP/DP coupler. Hierbij worden de nodige gegevens uitgewisseld tussen de twee netwerken zonder dat er veel in het programma gewijzigd moet worden. Een ander voorbeeld, bij een ethernettoepassing bestaat de oplossing eruit om via een switch te communiceren met een ander netwerk. Communiceren tussen twee netwerken wordt dus met de nodige middelen opgelost. Wat de verscheidenheid van machinebouwers in een systeem nog met zich meebrengt, is dat bij elke machine een aparte schakelkast moet worden gezet. Dit zorgt er niet alleen voor dat er extra ruimte voorzien moet worden, er moet telkens een aparte PLC en koppelapparatuur aangekocht worden om elke machine afzonderlijk aan te sturen en elk netwerk te koppelen met de rest van de productielijn. Door de communicatie te centraliseren in één of slechts enkele elektrische kasten, kan bespaard worden op heel wat ruimte en materiaalkosten. Dit blijkt een eenvoudige oplossing te zijn maar bij de uitvoering hiervan moet gerekend kunnen worden op de volledige medewerking van alle betrokken machinebouwers. Om dit te realiseren wordt er per machinebouwer een specifieke geheugenruimte voorzien in het PLC programma. Zoals softwarematig, denk hierbij aan functies (FC’s), functiebouwstenen (FB’s) en databouwstenen (DB’s), worden ook hardwarematig de verschillende machinebouwers gesplitst. Tot dit hardwarematig gedeelte behoren vooral de communicatieadressen. A. Softwarematig Softwarematige opsplitsing is afhankelijk van de gebruikte CPU. Bij de informatie over de CPU in de hardware configuratie is terug te vinden hoe groot het werkgeheugen is. Aan de hand daarvan is het maximum aantal FC’s, FB’s, DB’s, … vastgelegd. Normaal zijn programmeurs vrij om te kiezen welke objecten ze gebruiken. In het
34
principe van het centraliseren van de communicatie, worden de verschillende programmeurs een specifieke range objecten toegewezen. Hieronder wordt dit overzichtelijk weergegeven aan de hand van een voorbeeld. Machinebouwer A:
FC 1 – 2000 FB 1 – 2000 DB 1 – 2000
Machinebouwer B:
FC 2001 – 4000 FB 2001 – 4000 DB 2001 – 4000
Machinebouwer C:
FC 4001 – 6000 FB 4001 – 6000 DB 4001 – 6000
Op deze manier worden verder alle machinebouwers hun specifieke ruimte in het geheugen toegewezen. In praktische toepassingen is het, om een goede werking van het geheel te verkrijgen, noodzakelijk dat machinebouwers data met elkaar uitwisselen. Eerst gebeurde dit aan de hand van DP/DP couplers, switches, …. Nu alles gecentraliseerd is in één PLC, zijn deze toestellen overbodig. Nu worden de over te dragen gegevens in een DB gezet en worden deze aan de hand van een eigen gemaakte functie gekopieerd naar een DB van de andere machinebouwer die de gegevens nodig heeft. Op die manier kunnen gegevens eenvoudig uitgewisseld worden. B. Hardwarematig Bij het opsplitsen van het hardwarematig gedeelte wordt vooral gedacht aan adressering van de verschillende componenten in een netwerk. Verschillende technologieën zoals Ethernet TCP/IP, Profibus, Modbus, … worden door elkaar gebruikt. Ook hier wordt op dezelfde manier te werk gegaan als bij het opsplitsen van het softwarematig gedeelte. Elke machinebouwer krijgt zijn specifieke range van adressen toegewezen. Hieronder wordt dit overzichtelijk weergegeven aan de hand van een voorbeeld. Machinebouwer A:
TCP/IP: 192.168.0.1 – 192.168.0.40 Profibus: 1 – 40 Modbus: 1 – 20
Machinebouwer B:
TCP/IP: 192.168.133.1 – 192.168.133.40 Profibus: 41 – 80 Modbus: 21 – 40
Machinebouwer B:
TCP/IP: 192.168.211.1 – 192.168.211.40 Profibus: 81 – 100 Modbus: 41 – 60
Zo heeft alles in het netwerk zijn eigen uniek adres en zullen er geen conflicten optreden. Het spreekt voor zich dat bij deze uitwerking voor het centraliseren van de communicatie, het van groot belang is dat de volledige medewerking van alle machinebouwers verkregen wordt. Normaal gezien zijn de gevraagde
35
inspanningen gemakkelijk te realiseren tenzij programmeurs rekening moeten houden met bedrijfsafspraken waar ze niet onderuit kunnen. Naast de reeds opgenoemde voordelen kan het als nadeel gezien worden dat er langere kabels zullen moeten worden gelegd. De kosten dat dit met zich meebrengt zijn te verwaarlozen tegenover de componenten die niet meer aangekocht moeten worden. Wat in sommige toepassingen wel van belang kan zijn is de vertraging dat deze langere kabels met zich meebrengen bij het datatransport. In motion toepassingen moet er bijvoorbeeld heel snel en nauwkeurig gewerkt worden. Hier moet de mogelijkheid dan ook gecontroleerd worden om dit toe te passen.
36
10 Besluit De industrie heeft nood aan automatisering. Deze automatisering op zich is in vele gevallen niet voldoende. Naar verloop van tijd kunnen altijd nog optimalisaties gebeuren om een nog betere werking van een systeem te verkrijgen. Deze masterproef is daar een mooi voorbeeld van. Er werd nagegaan op welke manier een stansmachine voor het ponsen van vinyl tegels zodanig geoptimaliseerd kan worden dat ze sneller werkt en minder afval produceert. Daarnaast werd een uitgewerkt concept bestudeerd en omgevormd naar technische documentatie omtrent de centralisatie van sturing en communicatie van machines in productielijnen. Wanneer de eerste doelstelling bekeken wordt van de optimalisatie van de stansmachine, kan vastgesteld worden dat de detectie van de slab nu veel sneller gebeurt. Voordien bedroeg de gemiddelde detectietijd van de sensor gemiddeld 11,1ms. Met de nieuwe sensor bedraagt de reactietijd slechts gemiddeld 50µs. Dit is ruim 130 keer sneller. De detectie gebeurt niet alleen sneller maar is ook veel stabieler. Dit doet een bijdrage aan de tweede doelstelling. De tweede doelstelling was het reduceren van het afvalmateriaal na het ponsen van de vinyl slabs. Om het afval te verminderen moest de totale lengte van de slab aangepast worden. Hiervoor was er een uiterst nauwkeurige positionering nodig. Na soft- en hardwarematige aanpassingen werd een optimale positionering jammer genoeg niet verkregen. Toch kon door de uitstekende werking van de nieuwe sensor en een optimalisatie van de huidige instellingen, ingenomen worden op te lengte van de slab. Op die manier kon het afval na het ponsen van een slab, afhankelijk van het formaat van de tegels, met ongeveer 12% tot 26% verminderd worden. Dit is een grote materiële en ook financiële verbetering. Wat de derde doelstelling betreft, werd een concept om de sturing en communicatie van machines in productielijnen te centraliseren bestudeerd. Dit concept is eenvoudig en kan goede resultaten boeken. De cruciale voorwaarde hiervoor is dat alle programmeurs en machinebouwers bereid moeten zijn om mee te werken hieraan. Om dit concept toe te passen op de huidige productielijn is het een beetje te laat aangezien de productielijn reeds volledig gebouwd en in werking is. In de nieuwe vestiging in Amerika zal dit concept wel uitgewerkt worden. Algemeen kan dus besloten worden dat alle doelstellingen bereikt zijn. Deze masterproef was niet alleen voor het bedrijf IVC een meerwaarde maar zelf heb ik ook heel veel kennis en ervaring kunnen opdoen.
37
Literatuurlijst [1]
H. Capoen, Industriële Automatisering. 2012.
[2]
T. Description, “colour Vision sensors cVs1 easy and cVs2 colour Vision sensors : More options by detecting large colour areas , with long scanning distances .”
[3]
C. V. S. Easy, “Vision sensors.”
[4]
O. Instructions, “CVS1 Easy,” pp. 0–1, 2011.
[5]
R. M. Sensor and T. L. Source, “R58 Expert
[6]
SEW, “Handboek Movidrive MDX61B applicatie buspositionering,” pp. 1–84, 2005.
[7]
SEW, “Operating Instructions MDX61B,” 2010.
[8]
Sick, “Color sensor CS81-P3612.”
[9]
O. Us, “O5C500,” vol. 50, no. 24 V, pp. 1–2, 2000.
[10]
“IVC Group - Over ons.” [Online]. Available: http://www.ivcgroup.com/language/nl-be/nl/over-ons.
[11]
“O5C500 - Kleurensensor - eclass: 27270904 / 27-27-09-04.” [Online]. Available: http://www.ifm.com/products/benl/ds/O5C500.htm.
[12]
“S ENS ICK CVS 1 CVS 2 Color Vision Sensor Te chnical Description CVS 1 / CVS 2 Color Vision Sensor Detect , differentiate and sort colors,” pp. 1–8.
[13]
“Wenglor YP11VH3ANZ contrast sensor manual.”
TM
Registration Mark Sensors.”
38
11 Bijlagen Bijlage 1: Aansluitschema materiaaldetectie sensor
39
Bijlage 2: Aansluitschema drive
40
Bijlage 3: Aansluitschema encoders
41
Bijlage 4: Resultatentabel afvalreductie Formaat: 1322x198 Theoretische afvalbepaling
Praktische bepaling (gemeten)
Verbetering Huidige maat
Nieuwe maat
Voor
8
5
Midden
7
3
Achter
16
5
Totaal
38
16
Lengte slab:
4000 mm
Lengte slab:
4004 mm
Lengte slab:
3982 mm
Positie
Breedte slab:
2005 mm
Breedte slab:
2008 mm
Breedte slab:
2008 mm
Lengte plaatje: Breedte plaatje: aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
1322 mm 198 mm 30 167320 mm² 2,09% Afval
Lengte plaatje: Breedte plaatje: Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
1322 mm 198 mm 30 187352 mm² 2,33% afval
Lengte plaatje: Breedte plaatje: Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
1321 mm 198 mm
(2x midden)
30 149116 mm² 1,86% Afval
Afvalbesparing:
38236 mm²
Procentuele reductie:
19,97 %
Slab gewonnen na
209 slabs
Formaat: 1500 x 248 Theoretische afvalbepaling
Praktische bepaling (gemeten)
Verbetering Huidige maat 8
Nieuwe maat 5
Midden
8
3 5 13
Lengte slab:
3024 mm
Lengte slab:
3021 mm
Lengte slab:
3013 mm
Positie
Breedte slab:
2005 mm
Breedte slab:
2007 mm
Breedte slab:
2007 mm
Voor
Lengte plaatje:
1500 mm
Lengte plaatje:
1500 mm
Lengte plaatje:
1500 mm
Achter
5
Breedte plaatje:
248 mm
Breedte plaatje:
247 mm
Breedte plaatje:
247 mm
Totaal
21
aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
16 111120 mm² 1,83% Afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
16 135147 mm² 2,23% afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
(1x midden)
16 119091 mm² 1,97% Afval
Afvalbesparing:
16056 mm²
Procentuele reductie:
11,65 %
Slab gewonnen na
377 slabs
42
Formaat: 916x165 Theoretische afvalbepaling
Praktische bepaling (gemeten)
Verbetering Huidige maat 11
Nieuwe maat 5
Midden
7
3 5 19
Lengte slab:
3705 mm
Lengte slab:
3708 mm
Lengte slab:
3683 mm
Positie
Breedte slab:
2005 mm
Breedte slab:
2008 mm
Breedte slab:
2008 mm
Voor
Lengte plaatje:
916 mm
Lengte plaatje:
916 mm
Lengte plaatje:
916 mm
Achter
12
Breedte plaatje:
165 mm
Breedte plaatje:
165 mm
Breedte plaatje:
165 mm
Totaal
44
aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
48 173805 mm² 2,34% Afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
48 190944 mm² 2,56% afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
(3x midden)
48 140744 mm² 1,90% Afval
Afvalbesparing:
50200 mm²
Procentuele reductie:
25,79 %
Slab gewonnen na
147 slabs
Formaat: 661x331 Theoretische afvalbepaling
Praktische bepaling (gemeten)
Verbetering Huidige maat
Nieuwe maat
Voor
10
5
Midden
5
3
Lengte slab:
4000 mm
Lengte slab:
4002 mm
Lengte slab:
3982 mm
Positie
Breedte slab:
2005 mm
Breedte slab:
2008 mm
Breedte slab:
2008 mm
(2x midden)
Lengte plaatje:
661 mm
Lengte plaatje:
661 mm
Lengte plaatje:
661 mm
Achter
16
5
Breedte plaatje:
331 mm
Breedte plaatje:
331 mm
Breedte plaatje:
331 mm
Totaal
36
16
aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
36 143524 mm² 1,79% Afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
36 159540 mm² 1,99% afval
Aantal plaatjes: Oppervlakte afval: Procentuele verhouding:
36 119380 mm² 1,49% Afval
Afvalbesparing:
40160 mm²
Procentuele reductie:
24,80 %
Slab gewonnen na
199 slabs
43
