Voorwoord. Optimalisatie automatische palletkraan 1

Voorwoord Voor de aanvang van de eigenlijke scriptie had ik mijzelf graag eens voorgesteld, mijn naam is Lode Coopman en zit momenteel in het laatste jaar van de opleiding master in de industriële wetenschappen elektrotechniek optie automatisering aan de campus PIH in Kortrijk. In mijn middelbare jaren heb ik de opleiding Elektriciteit –Elektronica in het VTI van Waregem gevolgd. Vervolgens heb ik ervoor gekozen om een bachelor opleiding Elektromechanica optie automatisering te volgen in de KATHO departement VHTI in Kortrijk. Deze opleiding heb ik met succes beëindigd in 2008, echter heb ik besloten om nog verder te studeren aan het HOWEST departement PIH in Kortrijk. Dit voor een master opleiding in de industriële wetenschappen, meerbepaald elektrotechniek optie automatisering. Op dit moment zit ik in het laatste masterjaar, het is dan ook gebruikelijk dat het kunnen van de student wordt getest door middel van een masterproef voordat het diploma kan worden toegekend. Deze masterproef handelt over de optimalisatie van de automatische palletkraan. Echter was het onmogelijk om deze masterproef tot een goed einde te brengen zonder de hulp van enkele mensen. In eerste instantie bedank ik mijn interne promotor Henk Capoen en mijn externe promotor Erik Deceunick van Thermote & Vanhalst om een masterproef te voorzien en deze te ondersteunen. De mensen van het automatiseringsteam van Thermote & Vanhalst waren een enorme en zelfs onmisbare hulp in het verloop van het project. Hiervoor wil ik dan ook Bart Reyntjens, Luc Ghekiere, Tars Valcke, Dries Herreman en in het bijzondere Stijn De Smet bedanken. Als laatste wil ik mijn ouders, mijn vriendin en mijn zus en schoonbroer bedanken voor alle steun.

Optimalisatie automatische palletkraan

1

Inhoudsopgave Voorwoord .............................................................................................................................................. 1 Abstract ................................................................................................................................................... 7 Figuurlijst ......................................................................................................................................... 8 Tabellenlijst ........................................................................................................................................... 11 Inleiding ......................................................................................................................................... 12 1.

2.

Doelstelling .................................................................................................................................... 14 1.1

Besturingsconcept ................................................................................................................. 14

1.2

Besturingssysteem................................................................................................................. 14

1.3

Communicatiesysteem .......................................................................................................... 14

1.4

Afstandsmeting ..................................................................................................................... 14

1.5

Veiligheid ............................................................................................................................... 14

1.6

Elektrisch schakelbord ........................................................................................................... 15

Bedrijfsvoorstelling........................................................................................................................ 16 2.1

Algemeen............................................................................................................................... 16

2.2

Historiek ................................................................................................................................ 16

2.3

Afdelingen ............................................................................................................................. 17

2.4

Situering masterproef ........................................................................................................... 18

3.

Projectvordering ............................................................................................................................ 19

4.

Analyse van het project ................................................................................................................. 20 4.1

Inleiding ................................................................................................................................. 20

4.2

Doel ....................................................................................................................................... 20

4.3

Orderverwerking ................................................................................................................... 21

4.4

4.5

4.3.1

WMS .......................................................................................................................... 21

4.3.2

Cranebox PC .............................................................................................................. 22

4.3.3

Externe PLC ................................................................................................................ 22

4.3.4

PLC Kraan ................................................................................................................... 22

Algemeen overzicht ............................................................................................................... 23 4.4.1

Transport en stock medium ...................................................................................... 24

4.4.2

Rekken ....................................................................................................................... 25

4.4.3

Stroomtoevoer .......................................................................................................... 26

Conveyors .............................................................................................................................. 27 4.5.1

Algemeen systeem .................................................................................................... 27


2

4.5.2

4.6

4.5.2.1

SCADA .................................................................................................................... 28

4.5.2.2

Operating Panel ..................................................................................................... 29

4.5.2.3

Signalisatie & geluid .............................................................................................. 29

Kraan...................................................................................................................................... 30 4.6.1

Mechanisch gedeelte............................................................................................. 31

4.6.1.2

Elektrisch gedeelte ................................................................................................ 32


4.6.2.2

Elektrisch gedeelte ................................................................................................ 34 Vorkeenheid .............................................................................................................. 35

4.6.3.1


4.6.3.2

Elektrisch gedeelte ................................................................................................ 36

4.6.4

Elektrisch kasten ........................................................................................................ 36

Besturingssysteem................................................................................................................. 37 4.7.1

PLC Kraan ................................................................................................................... 37

4.7.2

Afstandsmeting ......................................................................................................... 37

4.7.3

Optische dataoverdracht ........................................................................................... 38

Bediening ............................................................................................................................... 38 4.8.1

5.

Lifteenheid................................................................................................................. 32

4.6.2.1

4.6.3

4.8

Rijeenheid .................................................................................................................. 30

4.6.1.1

4.6.2

4.7

Visualisatie ................................................................................................................. 28

Manuele bediening.................................................................................................... 38

4.8.1.1

Betreden gang ....................................................................................................... 39

4.8.1.2

Peerbediening........................................................................................................ 39

4.8.1.3

Liftbediening .......................................................................................................... 40

4.8.2

Semi Automatisch...................................................................................................... 41

4.8.3

Automatische mode .................................................................................................. 41

4.9

Visualisatie kraan................................................................................................................... 41

4.10

Beveiliging ............................................................................................................................. 41

4.11

Bedieningsinstructie .............................................................................................................. 42 4.11.1

Veiligheidsinstructies................................................................................................. 42

4.11.2

Bediening operator.................................................................................................... 43

4.11.3

Functionaliteiten technici .......................................................................................... 44

Algemeen besturingsconcept ........................................................................................................ 45 5.1

Inleiding ................................................................................................................................. 45


3

6.

7.

8.

5.2

Cranebox ............................................................................................................................... 45

5.3

PLC sturingen ......................................................................................................................... 46

5.4

PLC sturingen aan wal ........................................................................................................... 47

5.5

PLC sturing aan wal................................................................................................................ 48

5.6

Besluit .................................................................................................................................... 49

Communicatiesysteem .................................................................................................................. 52 6.1

Meelopende rups .................................................................................................................. 52

6.2

Communicatie via stroomrail ................................................................................................ 52

6.3

Infrarood datacommunicatie ................................................................................................ 52

6.4

Wireless LAN.......................................................................................................................... 53

6.5

Besluit .................................................................................................................................... 53

6.6

Fabrikanten............................................................................................................................ 53

Afstandsmeting ............................................................................................................................. 54 7.1

Inleiding ................................................................................................................................. 54

7.2

Systemen ............................................................................................................................... 54 Encoder...................................................................................................................... 54

7.2.2

BPS systeem............................................................................................................... 55

7.2.3

Laser systeem ............................................................................................................ 55

7.3

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

7.4

Fabrikant................................................................................................................................ 56

Snelheidscontrole .......................................................................................................................... 57 8.1

Inleiding ................................................................................................................................. 57

8.2

Met optische ogen................................................................................................................. 58

8.3

8.4 9.

7.2.1

8.2.1

Meetopstelling .......................................................................................................... 58

8.2.2

Testprogramma ......................................................................................................... 59

8.2.3

Meetresultaten.......................................................................................................... 60

Zonder optische ogen ............................................................................................................ 61 8.3.1

Meetopstelling .......................................................................................................... 61

8.3.2

Testprogramma ......................................................................................................... 61

8.3.3

Meetresultaten.......................................................................................................... 61

Besluit .................................................................................................................................... 62

Bedrijfszekerheid ........................................................................................................................... 63 9.1

Inleiding ................................................................................................................................. 63

9.2

Meetmethode ....................................................................................................................... 63


4

9.3

Meetresultaat eerste meting ................................................................................................ 63

9.4

Meetresultaat tweede meting .............................................................................................. 64

9.5

Besluit .................................................................................................................................... 65

10.

Besturingssysteem..................................................................................................................... 66

10.1

Master PLC............................................................................................................................. 66

10.2

PROFIBUS DP eilanden .......................................................................................................... 67

11.

10.2.1

Inleiding ..................................................................................................................... 67

10.2.2

ET200 Configuration Tool .......................................................................................... 67

10.2.3

Eiland in kraan ........................................................................................................... 68

10.2.4

Eiland in lifteenheid ................................................................................................... 69

10.2.5

Weegmodule ............................................................................................................. 70

10.2.6

Tellerkaart ................................................................................................................. 70

10.2.7

Overzicht.................................................................................................................... 71

Frequentieregelaars .................................................................................................................. 72

11.1

Inleiding ................................................................................................................................. 72

11.2

Snelheden .............................................................................................................................. 72

11.3

Rijden ..................................................................................................................................... 74

11.4

Heffen .................................................................................................................................... 75

11.5

Vorken ................................................................................................................................... 76

11.6

Aansluitschema ..................................................................................................................... 77

11.7

Remmen ................................................................................................................................ 78 11.7.1

Motorbeveiliging rem lift........................................................................................... 79

11.7.2

Motorbeveiliging rem rijden ..................................................................................... 80

11.8

Remweerstand ...................................................................................................................... 81

11.9

Opstelling............................................................................................................................... 82

11.10 12.

Veilige uitschakeling .......................................................................................................... 82

Elektrisch schakelbord ............................................................................................................... 84

12.1

Inleiding ................................................................................................................................. 84

12.2

Busbar .................................................................................................................................... 84

12.3

Scheiderschakelaar ................................................................................................................ 85

12.5

Optische meldingsogen ......................................................................................................... 86

12.6

Schakelkast kraan .................................................................................................................. 87

12.7

Transformators ...................................................................................................................... 87

12.8

Elektrische beveiligingen ....................................................................................................... 89


5

12.9

Beveiligingssysteem............................................................................................................... 90 12.9.1

Inleiding ..................................................................................................................... 90

12.9.2

Veiligheidsrelais ......................................................................................................... 90

12.9.3

Veiligheidsrelais 1 ...................................................................................................... 91

12.9.4

Veiligheidsrelais 2 ...................................................................................................... 94

12.9.5

Hydraulische remmen ............................................................................................... 95

12.10

Tellermodules .................................................................................................................... 98

12.10.1

Inleiding ................................................................................................................. 98

12.10.2

Snelheidscontrole rijden........................................................................................ 98

12.10.3

Snelheidscontrole heffen/dalen lifteenheid ....................................................... 101

12.10.4

Instellingen .......................................................................................................... 103

12.10.5

Schakelfunctie ..................................................................................................... 105

12.11

Resultaat .......................................................................................................................... 107

12.12

Schakelkast Lifteenheid ................................................................................................... 109

13.

Vorkenbord.............................................................................................................................. 110

14.

VDM100 ................................................................................................................................... 111

14.1

Inleiding ............................................................................................................................... 111

14.2

Eigenschappen..................................................................................................................... 111

14.3

Meettechnologie ................................................................................................................. 112

14.4

Aansluitschema ................................................................................................................... 112

14.5

Display ................................................................................................................................. 113

14.6

Hulpstukken......................................................................................................................... 114

15.

LS611 ....................................................................................................................................... 115

15.1

Eigenschappen..................................................................................................................... 115

15.2

Communicatie ..................................................................................................................... 116

15.3

Elektrische aansluiting ......................................................................................................... 116

15.4

Display ................................................................................................................................. 116

15.5

Combinatie met afstandsmeting ......................................................................................... 117

15.6

Hulpstukken......................................................................................................................... 117

16.

Besluit ...................................................................................................................................... 118

17.

Literatuurlijst ........................................................................................................................... 119


6

Abstract One of the aims at Thermote & Vanhalst is to deliver their products as fast as possible to their customers. This is not as evident as it seems, because Thermote & Vanhalst have more than 450.000 products in their warehouse. To succeed in this aim they have to store all their products on a structured way into the warehouse. All the products are stored in a big warehouse, each product has its own specific location. A lot of these products are stored in trays and each tray has its own code. All the different trays are placed in an automatic warehouse. Thermote & Vanhalst have different kinds of automatic warehouses. This paper is about one specific system of an automatic warehouse. In the automatic warehouse of this paper there are two racks and between those racks drives a crane. The crane can store and pick up the products. A better name for this crane is an automatic pallet crane, because first of all the trays are placed on a pallet and then the entire pallet will be stored in the racks. When a customer orders a product, an order is given into the WMS system ( Warehouse Management System ) and then the Cranebox PC gives an order to the crane itself, and so the pallet will be picked out of the racks. The automatic pallet crane has become obsolete and so more and more mistakes are made. The reasons for this obsolescence are: -

The Cranebox PC is no longer up to date and is an unknown item into the system. The operating system of the crane has become completely obsolete. A lot of the electric parts in the crane are no longer available, so it becomes very difficult to find spare parts. Because of the old parts more and more defects happens. Because the crane has a lot of old parts their is no visualisation possible.

The new operating systems of automatic pallet cranes have a lot more possibilities. So they decides to modernise the automatic pallet crane. The aim of this project is to set up a new, better working operating system for the automatic pallet crane.


7

Figuurlijst Figuur 1 : Logo TVH................................................................................................................................ 16 Figuur 2: Grondplan Situering ............................................................................................................... 18 Figuur 3: Tijdslijn ................................................................................................................................... 19 Figuur 4 : Structuur orderverwerking.................................................................................................... 21 Figuur 5: Algemeen overzicht ................................................................................................................ 23 Figuur 7: Kraan met rekken ................................................................................................................... 24 Figuur 6: Conveyorsysteem ................................................................................................................... 24 Figuur 8: Bakkensysteem....................................................................................................................... 25 Figuur 9: Rek met palletten ................................................................................................................... 25 Figuur 10: Koolborstels.......................................................................................................................... 26 Figuur 11: Busbar................................................................................................................................... 26 Figuur 13: Conveyor .............................................................................................................................. 27 Figuur 12: Conveyor .............................................................................................................................. 27 Figuur 14: Visualisatie conveyor............................................................................................................ 28 Figuur 15: Algemeen overzicht conveyorsystemen .............................................................................. 29 Figuur 16: OP opstartscherm................................................................................................................. 29 Figuur 17: Signalisatie............................................................................................................................ 30 Figuur 18: Mechanisch gedeelte rijden ................................................................................................. 31 Figuur 19: rijeenheid ............................................................................................................................. 31 Figuur 20: Rijmotor................................................................................................................................ 32 Figuur 21: Lifteenheid ........................................................................................................................... 32 Figuur 22: Lifteenheid ........................................................................................................................... 33 Figuur 23: Liftmotor............................................................................................................................... 34 Figuur 24: Vorkeenheid ......................................................................................................................... 35 Figuur 25 : Mechanisch gedeelte vorken .............................................................................................. 35 Figuur 26: Elektrisch kast kraan ........................................................................................................ 36 Figuur 27: Elektrische kast lift ............................................................................................................... 36 Figuur 29: Pulslat ................................................................................................................................... 37 Figuur 28: PLC STEP 5 ............................................................................................................................ 37 Figuur 30: Optische Dataoverdracht ..................................................................................................... 38 Figuur 31: Sleutelbos ............................................................................................................................. 39 Figuur 32: Peer niet aangesloten .................................................................................................... 39 Figuur 33: Peer aangesloten ...................................................................................................... 39 Figuur 34: Peer ...................................................................................................................................... 40 Figuur 35: Bedieningskastje op lifteenheid ........................................................................................... 40 Figuur 36: PBM's technici ...................................................................................................................... 42 Figuur 37: PBM's operatoren ................................................................................................................ 42 Figuur 38: Bedieningsbakje ................................................................................................................... 43 Figuur 39: Cranebox .............................................................................................................................. 45 Figuur 40: PLC sturingen........................................................................................................................ 46 Figuur 41: PLC sturingen aan wal .......................................................................................................... 47 Figuur 42: PLC sturing aan wal .............................................................................................................. 48 Figuur 43: Overzichtsfiguur besturingsconcept .................................................................................... 50


8

Figuur 44: Volledig overzicht ................................................................................................................. 51 Figuur 45: Rups ...................................................................................................................................... 52 Figuur 46: Optische ogen Pepperl+Fuchs .............................................................................................. 53 Figuur 47: Tandwielsysteem.................................................................................................................. 54 Figuur 48: BPS systeem ......................................................................................................................... 55 Figuur 49: Afstandsmeter Pepperl+Fuchs ............................................................................................. 56 Figuur 50: Meetopstelling met optische ogen ...................................................................................... 58 Figuur 51: Blokgolf................................................................................................................................. 59 Figuur 52: Meetresultaat ................................................................................................................. 60 Figuur 53: Ingezoomd meetresultaat .................................................................................................... 60 Figuur 54: Detail meetresultaat ............................................................................................................ 60 Figuur 55: Zonder optische ogen........................................................................................................... 61 Figuur 57: Eerste meting ....................................................................................................................... 62 Figuur 56: Tweede meting..................................................................................................................... 62 Figuur 58: communicatiestoornis.......................................................................................................... 64 Figuur 59: Overzichtfiguur ..................................................................................................................... 66 Figuur 60: S7 400 PLC ............................................................................................................................ 66 Figuur 61: Voorstelling modulekeuze.................................................................................................... 67 Figuur 62: Potentiaalaansluiting............................................................................................................ 68 Figuur 63: Eiland in kraan ...................................................................................................................... 68 Figuur 64: ET200S eiland kraan ............................................................................................................. 68 Figuur 65: Eiland in lift ........................................................................................................................... 69 Figuur 66: ET200S eiland lift .................................................................................................................. 69 Figuur 67: Weegmodule ................................................................................................................... 70 Figuur 68: Aansluiting ............................................................................................................................ 70 Figuur 69: Encoder ................................................................................................................................ 70 Figuur 70: Vertragingscontacten ........................................................................................................... 73 Figuur 71: Aansluitschema .................................................................................................................... 77 Figuur 72 : Aansluiting Rem................................................................................................................... 78 Figuur 73: Opstelling remweerstanden................................................................................................. 81 Figuur 74: Opstelling Drives .................................................................................................................. 82 Figuur 75: Aansluitschema veiligheid .................................................................................................... 83 Figuur 76: Nieuwe busbar ..................................................................................................................... 84 Figuur 77: Veersysteem busbar ............................................................................................................. 85 Figuur 78: Schakelkast buiten kraan ..................................................................................................... 86 Figuur 79: Optische melder extern van kraan .................................................................................. 86 Figuur 80 : Optische op kraan ............................................................................................................... 86 Figuur 81: Schakelkast kraan ................................................................................................................. 87 Figuur 82: Pnoz sigma............................................................................................................................ 90 Figuur 83: overzichtschema .............................................................................................................. 91 Figuur 84: Instelling ............................................................................................................................... 91 Figuur 85: Veiligheidscircuit 1 ............................................................................................................... 93 Figuur 86: Aansluiting externe noodstoppen ........................................................................................ 93 Figuur 87: Veiligheidsrelais Pnoz S2 ...................................................................................................... 94 Figuur 88: Veiligheidsrelais 18K2........................................................................................................... 95


9

Figuur 89: Schema ventielen ................................................................................................................. 96 Figuur 90: Hydraulisch schema.............................................................................................................. 97 Figuur 91: Hydraulische pomp .............................................................................................................. 97 Figuur 92: Tellermodule ........................................................................................................................ 98 Figuur 93: Gatensysteem in wiel ........................................................................................................... 99 Figuur 95 : Tellermodule rijden ........................................................................................................... 100 Figuur 94 : Deel veiligheidcircuit ......................................................................................................... 100 Figuur 96: Pulsgenerator ..................................................................................................................... 101 Figuur 98 : Tellermodule heffen/dalen ............................................................................................... 102 Figuur 97: Contact in veiligheidscircuit ............................................................................................... 102 Figuur 99 : Menu ................................................................................................................................. 103 Figuur 100: Functiediagram................................................................................................................. 106 Figuur 101: Oude schakelkast ............................................................................................................. 107 Figuur 102: Nieuwe schakelkast .......................................................................................................... 108 Figuur 103: Elektrische schakelkast Lift............................................................................................... 109 Figuur 104: Vorkenbord ...................................................................................................................... 110 Figuur 105: Afstandsmeting ................................................................................................................ 111 Figuur 106: PRT.................................................................................................................................... 112 Figuur 107: Aansluiting ........................................................................................................................ 112 Figuur 108: Afsluitweerstand .............................................................................................................. 113 Figuur 109: Display .............................................................................................................................. 113 Figuur 110: Spiegel .............................................................................................................................. 114 Figuur 111: Montagehulp .................................................................................................................... 114 Figuur 112: Optische communicatieogen ........................................................................................... 115 Figuur 113: communicatieprincipe ..................................................................................................... 116 Figuur 114: Aansluitingen.................................................................................................................... 116 Figuur 115: Display .............................................................................................................................. 116 Figuur 116: Combinatie ....................................................................................................................... 117 Figuur 117: Montagehulp .................................................................................................................... 117


10

Tabellenlijst Tabel 1: Overzicht modules ET200S eiland in kraan ............................................................................. 71 Tabel 2: Overzicht modules ET200S eiland in lifteenheid ..................................................................... 71 Tabel 3: Snelheden ................................................................................................................................ 72 Tabel 4: Gegevens frequentieomvormer rijden .................................................................................... 74 Tabel 5: Gegevens frequentieomvormer lift ......................................................................................... 75 Tabel 6: Gegevens frequentieomvormer vorken .................................................................................. 76 Tabel 7: Aansluitgegevens frequentieomvormer .................................................................................. 78 Tabel 8: Beveiliging rem lift ................................................................................................................. 79 Tabel 9: Houdstroom ............................................................................................................................. 80 Tabel 10: Gegevens beveiligingen ......................................................................................................... 89 Tabel 11: Parameters tellermodule..................................................................................................... 104 Tabel 12: Technische eigenschappen afstandsmeters ........................................................................ 111 Tabel 13: Displayfuncties..................................................................................................................... 113 Tabel 14: Eigenschappen optische ogen ............................................................................................. 115


11

Inleiding Een van de streefdoelen bij Thermote & Vanhalst is hun producten zo snel mogelijk kunnen leveren aan de klanten. Om in dit opzet te slagen dient het bedrijf alle onderdelen snel bij de hand te hebben. Dit is echter niet zo vanzelfsprekend aangezien ze bij Thermote & Vanhalst meer dan 11 miljoen referenties ter beschikking hebben en zo’n 450 000 onderdelen uit stock kunnen leveren. Om hierin te slagen, worden de onderdelen op een gestructureerde en welgekozen manier opgeslagen, daarmee kan het onderdeel zo snel mogelijk uit de stock worden gehaald en naar de klant worden verstuurd. Een groot deel van de onderdelen wordt geplaatst in een bakkensysteem, die bakken bevatten een barcode waardoor de onderdelen op een snelle manier uit het magazijn kunnen worden gehaald. De bakken worden gestockeerd in automatisch magazijnen, daarvan zijn er meerdere types binnen Thermote & Vanhalst. Het eindwerk handelt over het magazijntype dat bestaat uit meerdere rekken waartussen er kranen rijden. Die kranen zorgen voor het plaatsen en ophalen van de goederen uit de rekken. Een volledigere naam voor zo’n kraan is de automatische magazijnkraan. Er zijn echter twee types van magazijnen die functioneren met een kraan, bij het ene type worden de bakken afzonderlijk in de rekken gestockeerd. Bij het tweede type worden de bakken vooraf gestructureerd op een pallet geplaatst (handmatig) en vervolgens in zijn geheel in het magazijn gestockeerd, bij dit laatste type wordt de kraan wel automatische palletkraan genoemd. Dit eindwerk handelt over de automatische palletkraan. Via de vier automatische palletkranen (Accalonkranen) is het mogelijk om ofwel de pallet met de verschillende bakken uit één van de rekken te halen ofwel om een pallet een plaats te geven binnen het magazijn. De orders, afkomstig van het managementniveau, worden door middel van een WMS systeem (Warehouse management systeem) en Cranebox PC doorgegeven aan de kraan. De automatische palletkranen zijn reeds verouderd waardoor er steeds vaker problemen optreden. Dit is echter te wijten aan meerdere oorzaken. De Cranebox PC, die de orders doorgeeft aan de kraan, is een onbekende schakel in het communicatieproces tussen het managementniveau en de kraan. Hierdoor is het veelal minder evident om fouten te achterhalen en te elimineren. Het besturingssysteem van de kraan zelf, dat de orders van de Cranebox PC ontvangt en uitvoert, is totaal verouderd en wordt niet meer geproduceerd. Het verouderde besturingsysteem heeft immers veel minder mogelijkheden, is minder gebruiksvriendelijk en bedrijfszeker dan de nieuwere systemen. De besturingssoftware die hiervoor moet worden gebruikt is eveneens verouderd waardoor het niet evident is om aanpassingen door te voeren. Een groot nadeel bij het huidige systeem is de onmogelijkheid om alle signalen van de kraan op een degelijke manier te visualiseren op de computer in het SCADA lokaal. Dit is te wijten aan de beperkingen van het oudere systeem. Al deze nadelen zorgen er dan ook voor dat een fout minder snel kan worden gedetecteerd en geëlimineerd. Heel wat elektrische onderdelen in de kraan zijn eveneens aan vernieuwing toe. Die verouderde onderdelen zijn immers moeilijk of niet meer te verkrijgen in de groothandel waardoor er geen of weinig vervangstukken meer ter beschikking zijn. Deze oudere elektrische componenten hebben dan ook minder goede eigenschappen en zijn beperkter qua mogelijkheden dan de nieuwere systemen waardoor er minder efficiënt kan worden gewerkt


12

met de kraan. Ook de afstandsmeting voor het positioneren van de kraan dient te worden vervangen. Alsook het toestel dat zorgt voor de optische datacommunicatie tussen de kraan en de Cranebox PC. Thermote & Vanhalst besliste om dit systeem te moderniseren. De doelstelling van dit eindwerk is dan ook het optimaliseren van de automatische palletkraan.


13

1.

Doelstelling

De algemene doelstelling van het eindwerk is het moderniseren van de automatische palletkraan. Deze moet, bij het invoeren van een opdracht, automatisch en autonoom een opdracht kunnen uitvoeren. Dit geldt zowel voor het wegbergen als het oppikken van een pallet. Hierbij moeten verschillende onderdelen worden onderzocht en uitgevoerd.

1.1 Besturingsconcept In eerste instantie wordt er nagegaan welke besturingsconcepten er van toepassing kunnen zijn. Het besturingsconcept bepaalt waar het besturingssysteem van de kraan, de PLC, zich zal bevinden in het ontwerp. Het besturingssysteem kan op verschillende plaatsen worden ingebracht en op verschillende manieren worden uitgevoerd en onderverdeeld.

1.2 Besturingssysteem Hierbij worden alle componenten, die nodig zijn om de kraan automatisch en autonoom te sturen, bepaald. Daarbij wordt ook het communicatiemiddel gekozen, deze zal beïnvloed worden door de huidige systemen binnen TVH. Deze besturingsystemen moeten eveneens worden geprogrammeerd, in het huidige systeem wordt er gewerkt met een Siemens S5 PLC. Dit is een verouderd PLC systeem waardoor het programma niet kan worden overgeplaatst naar een Siemens S7 PLC. Daardoor moet de software volledig worden herschreven.

1.3 Communicatiesysteem Voor de communicatie met de kraan moet er een datacommunicatiesysteem worden voorzien. Daarvoor worden de verschillende mogelijkheden overlopen, hiervoor wordt er ook een beperkte productstudie en kostenoverweging uitgevoerd. Daarop worden ook verschillende testen uitgevoerd zodat er kan worden bepaald of het systeem aan de eisen voldoet.

1.4 Afstandsmeting Momenteel wordt de afstandsmeting, die nodig is voor het positioneren van de kraan, uitgevoerd via een lat met gleuven over de gehele lengte en hoogte. Aan de hand van het aantal gleuven die worden gedetecteerd kan worden bepaald op welke afstand de kraan zich bevindt. Voor de afstandsmeting moet er een nieuw concept worden ingevoerd. Hiervoor worden verschillende mogelijkheden overlopen en wordt er een productstudie en kostenstudie uitgevoerd.

1.5 Veiligheid Ook qua veiligheid moet de kraan worden herbekeken, het huidige veiligheidssysteem is namelijk eveneens verouderd en dient te worden vervangen. Eveneens moet er een


14

vernieuwde snelheidscontrole worden geïntegreerd. Zo zijn er nog verschillende veiligheidsonderdelen die worden vernieuwd. Deze vernieuwingen moeten echter wel voldoen aan de nieuwe veiligheidsnormen die afhankelijk zijn van de veiligheidscategorie van het automatisch magazijn.

1.6 Elektrisch schakelbord Het volledig elektrisch netwerk moet worden herbekeken. Alle verouderde componenten dienen te worden vernieuwd. Daaronder behoren de contactoren, transformators, motorbeveiligingschakelaars, automaten, enzovoort. Alle elektrische schema’s moeten hierbij dan ook opnieuw worden getekend.


15

2.

Bedrijfsvoorstelling

Figuur 1 : Logo TVH

2.1 Algemeen Dit eindwerk handelt over een project dat wordt uitgevoerd binnen Thermote & Vanhalst te Waregem, deze firma is gespecialiseerd in heftrucks, hoogtewerkers en industriële in-plant voertuigen. Het bedrijf bevat dan ook een enorm distributienetwerk van alle onderdelen die deze toestellen bezitten. Een gedetailleerdere uitleg is terug te vinden op de website van TVH.[1]

2.2 Historiek De firma Thermote & Vanhalst werd door Dhr. Paul Thermote en Dhr. Paul Vanhalst opgericht in 1969. Door het relatief kleinschalig aankopen, herstellen en verkopen van oude legerheftrucks werd de start gegeven van een lang succesverhaal dat nog steeds loopt. Aanvankelijk richtte Thermote & Vanhalst zich vooral op de binnenlandse en Duitse markt, later werd het zoekgebied naar tweedehands heftrucks uitgebreid tot in Japan. De heftrucks werden opgekocht in Japan en verkocht op de Europese markt. Momenteel heeft TVH permanent ongeveer een 1900 tweedehandse heftrucks in voorraad. Er worden dan ook meer dan 5000 nieuwe en tweedehandse heftrucks per jaar verkocht. Het herstellen van de enorme hoeveelheden heftrucks van alle merken heeft als gevolg dat er wisselstukken en accessoires moeten worden voorzien. Dit leidt tot wat vandaag de hoofdactiviteit is van TVH: de distributie van heftruckonderdelen. Deze activiteit kende tijdens de jaren '90 een enorme expansie die onder meer te danken is aan de unieke know-how die door de jaren heen opgebouwd werd. Dagelijks doen 20.000 actieve klanten in ruim 162 landen beroep op de voorraad van 450.000 verschillende onderdelen uit een databestand van meer dan 11 miljoen gekende referenties. TVH is begonnen als een familiebedrijf bestaande uit de twee families Thermote & Vanhalst en is dit nog steeds. Maar de stichters Paul Thermote en Paul Vanhalst hebben nu echter een


16

stap opzij gezet en de fakkel overgedragen aan de tweede generatie bestuursleden, bestaande uit de families Thermote & Vanhalst.

2.3 Afdelingen TVH is onderverdeeld in 5 verschillende divisies, met elk hun eigen specialisaties. Deze worden hieronder weergegeven.

Forklift division: Deze afdeling heeft twee aanbiedingen, namelijk zowel nieuwe als tweedehands machines. Als nieuwe machines heeft TVH ondermeer het dealership in België & Luxemburg voor de nieuwe Doosan heftrucks, Icem magazijntoestellen, Lafis warehousing, Dambach smallegangheftrucks, JLG hoogwerkers en schaarliften, Thervan laadrampen en Dino Lift getrokken hoogwerkers. Qua tweedehands toestellen heeft TVH een enorm aanbod van 1600 heftrucks en 300 hoogtewerkers. Parts division: Met 450 000 onderdelen in stock en een bestand van meer dan 11 miljoen referenties heeft TVH permanent de grootste voorraad heftruckonderdelen, hoogtewerkers en industriële in-plant voertuigen in Europa. Het computergestuurd stockbeheer, de professioneel opgeleide vakmensen en een doorgedreven on-line aanbod, zorgen voor een snelle en resultaatgerichte oplossing. Daarbij wordt het order wereldwijd geleverd binnen de 24/48 uur. Handling equipment division: TVH biedt eveneens een compleet gamma interne transportmiddelen aan. Dit zijn ondermeer handpallettrucks, stapelaars, heftafels, hydraulische kriks, hefkranen, steekwagens, platformwagens en nog veel meer aanbiedingen. Rental equipment division: Het is eveneens mogelijk om een toestel bij TVH te huren. Dit voor termijnen van 1 dag tot 5 jaar. Door middel van het wagenpark kan dit toestel op een geschikte en veilige manier tot bij de klant worden gebracht.

Service & repair division: Voor het herstel van de toestellen zorgt een team van 65 mobile technici en een team van 60 interne technici. Deze staan binnen de 12 uren ter dienst van de klant over geheel België.


17

2.4 Situering masterproef

Figuur 2: Grondplan Situering

De Accalonkranen, waarover deze masterproef handelt, bevinden zich in gebouw M van Thermote & Vanhalst.


18

3.

Projectvordering

In volgend onderdeel wordt er een beknopte en algemene voorstelling gegeven van de projectvordering. Op de tijdslijn (figuur 3) worden de belangrijkste deadline’s meegegeven die opgesteld geweest zijn voor de masterproef. Het volgen van de deadline’s was een belangrijk gegeven vooral naar het bestellen van onderdelen toe.

Figuur 3: Tijdslijn

Het masterproefverhaal is begonnen op 17 augustus 2010, dit met twee stageweken die voorzien waren voor de kennismaking en de studie van de huidige palletkraan. Een eerste belangrijke deadline was het ontwerpen van een algemeen besturingssysteem tegen eind oktober. Dit zodat de studie naar een nieuw systeem voor de afstandsmeting en de optische datacommunicatie zo snel mogelijk kon aangevat worden, de levertermijn van zo’n componenten is namelijk relatief lang. Het ontwerpen van het elektrisch schakelbord en het bestellen van alle benodigdheden was het volgend mijlpunt. Tijdens het ontwerp van het elektrisch schakelbord werden de optische datacommunicatie en afstandsmetingen uitvoerig onderworpen aan testen. Vanaf januari, wanneer de kraan uit productie werd genomen, kon aan de praktische realisatie begonnen worden. Deze praktische realisatie omvat volgende punten: -

Alle onderdelen een plaats geven in de elektrische kast. Bedraden van alle elektrische onderdelen. PROFIBUS DP netwerk voorzien. Instellen van alle toestellen. Hardware configuratie uitvoeren voor het besturingssysteem. Manuele commando’s programmeren.

Tijdens en na de praktische realisatie werd het elektrisch schakelbord uitvoerig getest, in het bijzondere het veiligheidscircuit. Alle onderdelen van het PROFIBUS DP netwerk (ET 200S eilanden, optische datacommunicatie, afstandsogen & hoofdbesturing) werden eveneens uitvoerig gecontroleerd naar werking toe. De definitieve einddatum voor het praktische gedeelte was begin mei en op 23 juni volgt de verdediging van de Masterproef.


19

4.

Analyse van het project

4.1 Inleiding Vooraleer er aan het project kan worden begonnen dient er een grondige analyse te gebeuren van de huidige automatische palletkraan. Hierbij wordt er een algemeen beeld gegeven van de werking van de grootste onderdelen van de automatische palletkraan. De kraan zal hierbij dan ook worden ontleed op het vlak van onderdelen, sturingswijze, beveiliging en elektrisch netwerk. De bedieningstappen en veiligheidsfuncties van de operator en de technici worden hierbij aangehaald. In deze projectanalyse wordt alles beknopt beschreven, voor verdere uitleg en meer details wordt verwezen naar het technisch constructiedossier van de Accalon.[2]

4.2 Doel Er zijn in totaal vier Accalonkranen die zorgen voor het wegbergen van palletten, met daarop gestapelde bakken met onderdelen. Door middel van een cranebox PC wordt de kraan bestuurd, deze cranebox krijgt zijn orders via het WMS systeem (WareHouse Management System) binnen TVH. Deze opstelling dient veilig, gebruiksvriendelijk en snel te zijn zodat er van een optimaal rendement kan worden genoten en zodat de onderdelen snel uit het magazijn kunnen worden gehaald en tot bij de klant geleverd.


20

4.3 Orderverwerking De orders, die telefonisch of via het internet worden doorgeven, dienen zo snel mogelijk de werkvloer te bereiken. De orders worden door de verkoopdiensten ingegeven op hun computer die aangesloten is op het TVH netwerk. Dat order komt dan rechtreeks in het WMS systeem. Dat WMS systeem zorgt voor alle orderverwerkingen binnen TVH, deze communiceert dan ook met de Cranebox PC indien er een order is gekomen voor de Accalonkranen. De Cranebox PC zal vervolgens op zijn beurt communiceren met de juiste kraan in verband met dat order. Dit wordt nog eens duidelijker weergegeven in figuur 4.

WMS TCP/IP Cranebox PC

RS232

Externe PLC

Infrarood PLC Kraan 1

PLC Kraan 2

PLC Kraan 3

PLC Kraan 4

Figuur 4 : Structuur orderverwerking

4.3.1 WMS WMS is de afkorting voor Warehouse Management System, dit systeem controleert de materiaalbewegingen en materiaalvoorraad binnen een magazijn, dit systeem is operatief in alle magazijnen van TVH. Het is dus een logistiek begrip. Logistiek is de leer van plannen en het effectief en efficiënt uitvoeren van bevoorrading. De logistiek van het WMS systeem richt zich op de organisatie, planning, besturing en uitvoering van goederenstromen. Het WMS systeem wordt dus beheerd vanuit het managementniveau en zorgt voor de connectie met de werkvloer. Het WMS systeem geeft de orders door aan de Cranebox PC, die zal eveneens terugmeldingen genereren.


21

4.3.2 Cranebox PC De Cranebox is een PC controlesysteem dat zorgt voor de communicatie tussen de kranen en het WMS systeem. De Cranebox geeft de orders door aan de kranen door middel van infrarood fotocellen. De Cranbox software, die zich in een PC bevindt, heeft niet de mogelijkheid om rechtreeks met de kranen te communiceren. Dit heeft als reden dat de kraan met het BCC protocol van de VECTURA 1012 (kraantype binnen TVH) werkt en de Cranebox het standaard Accalon kraanprotocol bevat. Door middel van een protocol omzetter programma kan dit echter wel worden gerealiseerd. De software wordt dan ook automatisch opgestart samen met de Cranebox PC. 4.3.3 Externe PLC De I/O PLC zorgt voor de verwerking van de signalen van alle externe componenten zoals de signalisatie en de deurschakelaars. Door middel van een seriële RS232 interface wordt de communicatie tussen de PLC en Cranbox PC verzorgd. 4.3.4 PLC Kraan Deze wordt uitvoeriger besproken in punt 4.7.1.


22

4.4 Algemeen overzicht Het overzichtschema op figuur 5 verduidelijkt de magazijnopstelling.

Rek

A

Rek

Kraan 1

B

Rek

C

Rek

Kraan 2

D

Rek

E

Rek

Kraan 3

F

Rek

G

Rek

Kraan 4

H

Figuur 5: Algemeen overzicht

Op figuur 5 kunnen de vier kranen worden waargenomen, per kraan zijn er twee rekken waarop de palletten kunnen worden gestapeld. Iedere kraan heeft twee conveyorsystemen (vb. kraan 1 heeft conveyor A en B). Via de conveyors worden de palletten tot bij de kraan of bediener gebracht. Dit wordt op het schema aangegeven door de pijlen. Die kraan kan twee bewerkingen uitvoeren. Ofwel een pallet, afkomstig uit één van de rekken, op de conveyor plaatsen ofwel een pallet van de conveyor halen en in het rek stockeren. Het betreden van het


23

magazijn mag enkel worden uitgevoerd door technici die op de hoogte zijn van alle procedures en gevaren, deze worden later nog beschreven. In dit onderdeel worden de verschillende onderdelen van het automatisch magazijn aangehaald. Het conveyorsysteem en de kraan worden in een apart hoofdstuk verwerkt.

Figuur 6: Conveyorsysteem

Figuur 7: Kraan met rekken

4.4.1 Transport en stock medium De bakken waarin de onderdelen zich bevinden worden op een gestructureerde manier op een pallet geplaatst. Het is dan ook via deze pallet dat er een hoeveelheid bakken kan worden getransporteerd en gestockeerd. Er wordt gebruik gemaakt van europalletten. Deze hebben een hoogte van 144mm, een breedte van 800mm en een lengte van 1200mm. Het maximale brutogewicht dat deze paletten mogen bevatten is 1000kg, dit wordt dan ook gecontroleerd door een weegsysteem op de kraan. De hoogte van stapelen wordt eveneens beperkt, er zijn drie maximale hoogtes: 75, 85 en 92cm. De hoogte dient te worden ingevoerd op PC. De hoogte en breedte worden op de kraan en conveyor gecontroleerd. Zo wordt er ook gecontroleerd of er geen bak gedeeltelijk buiten de oppervlakte van de pallet komt.


24

Figuur 8: Bakkensysteem

4.4.2 Rekken Iedere kraan heeft twee rekken ter beschikking waarin de palletten gestockeerd kunnen worden. Iedere ligger van het rek heeft de mogelijkheid om 3 palletten te dragen. De rekken zijn 17 liggers breed en 10 liggers hoog, dit wil zeggen dat ieder rek een capaciteit heeft van 510 palletten. Een kraan heeft de verantwoordelijkheid over 1020 palletten. De hoogte tussen iedere ligger kan ofwel 87cm zijn ofwel 102cm. Dit wordt gebruikt om efficiënter hoge en minder hoge palletten te stockeren.

Figuur 9: Rek met palletten


25

4.4.3 Stroomtoevoer De energie voor de kraan wordt voorzien door middel van een busbar. Dit is een zeven aderige elektrische geleidingslat die door middel van busbar profielen bevestigd is aan de grond. Deze wordt voorgesteld in het algemeen schema door een punt streeplijn. De busbar bevat de drie lijndraden (L1, L2 en L3), de nulleider, aarding en twee reservegeleiders. Deze reservegeleiders dienen om de veiligheidsfuncties van buiten de kraan binnen te nemen. Door koolborstels wordt de kraan aangesloten met de busbar, zie figuur 11. N L3

L1

5

6

PE

L2

Figuur 11: Busbar Figuur 10: Koolborstels


26

4.5 Conveyors 4.5.1 Algemeen systeem Een conveyorsysteem zorgt voor een veilige aan- en afvoer van de palletten van en naar de kraan. Voor elk van de kranen staan er twee conveyors ter beschikking, 4 kranen en 3 verdiepen dus 24 conveyors. De conveyors bevatten een draagplaat waarop de pallet kan worden geplaatst, die draagplaat bevindt zich los op een ketting die de draagplaat in beweging brengt. Dat de draagplaat los op de ketting ligt is voor de veiligheid, zo kunnen er geen lichaamsdelen of mechanische delen geklemd zitten tussen de draagplaat en iets anders. Die kettingbanen leiden de draagplaat naar de kraan of naar het bedienergedeelte.

Figuur 12: Conveyor

Kettingbanen Magazijn Poort bedienergedeelte Draagplaat

Figuur 13: Conveyor


27

Om de gebruikers af te schermen van de bewegende kraan bevat iedere conveyor eveneens een poort. Deze gaan enkel open wanneer een pallet van of naar het magazijn vertrekt. Dit zorgt voor de veiligheid van de gebruikers. 4.5.2 Visualisatie 4.5.2.1 SCADA Door middel van een SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) visualisatie is het mogelijk om de toestand van de conveyors op te vragen. Zo kan een fout sneller worden nagegaan. Het bedienen van de conveyors kan ook op een beperkte wijze via de SCADA toepassing. Hieronder is een voorbeeld van zo’n SCADA scherm. De conveyor en alle bijhorende signalen wordt afgebeeld en constant geüpdatet.

Figuur 14: Visualisatie conveyor

Op figuur 15 wordt een algemeen overzicht gegeven van alle conveyors en hun toestand. Op het moment dat dit beeld opgenomen geweest is stonden er vier conveyors in fout, dit is te zien aan de rode kleur die deze aannemen. Ook is er zichtbaar welke conveyors er een pallet in verwerking hadden, dit door het grijze vakje die op desbetreffende conveyor zichtbaar komt.


28

Figuur 15: Algemeen overzicht conveyorsystemen

4.5.2.2 Operating Panel

Figuur 16: OP opstartscherm

Een andere visualisatie, meest gebruikt door de operator, is het operating panel (zie figuur 16). Dit is een scherm met bedieningstoetsen waar ook manueel bewegingen kunnen mee uitgevoerd worden. Ten andere is het ook een visualisatie van hoe de toestand is van de poort, conveyor en alle statussen ervan. 4.5.2.3 Signalisatie & geluid Door middel van signalisatie en geluid wordt de toestand van de machine op een vlugge manier weergegeven. Zo wordt een fout gesignaliseerd door een zoemer en een rode lamp.


29

Figuur 17: Signalisatie

4.6 Kraan De automatische Vectrura kraan (andere benaming dan Accalon) dient voor het verhandelen van palletten in een hoogbouw magazijn. De kraan wordt gestuurd via een siemens PLC (STEP 5) die zich bevindt aan boord van de kraan. De kraan kan in drie onderdelen worden opgesplitst: een rijeenheid, een lifteenheid en een vorkeenheid. Deze drie onderdelen dienen dan ook op een gepaste en veilige manier te worden aangestuurd. Daarvoor is er een volledig besturingssysteem voorzien. 4.6.1 Rijeenheid Het is van groot belang dat de kraan op een optimale manier doorheen het magazijn kan bewegen. De veiligheid moet ook goed in het oog worden gehouden om te vermijden dat de rijbeweging een persoon (al dan niet ernstig) kan verwonden.


30

4.6.1.1 Mechanisch gedeelte Het rijden gebeurt via een rail die over de gehele lengte van het magazijn ligt. Deze rails kunnen worden waargenomen als stippellijnen in het algemeen schema. Voor elke kraangang is er één rail voorzien. Op die rail rijdt de kraan via twee rijwielen. De motor is aangesloten via de reductiekast op de as van een rijwiel. rijwiel (en) onderstel kraan rijmotor

Rail

Figuur 18: Mechanisch gedeelte rijden

Op figuur 18 wordt het principe meegegeven. Het rijwiel rijdt op de rail terwijl het onderstel van de kraan ervoor zorgt dat het rijwiel op de rail blijft. Op figuur 19 is duidelijk het wiel te waarnemen en het systeem dat ervoor zorgt dat het wiel op de rail blijft.

Figuur 19: Rijeenheid


31

4.6.1.2 Elektrisch gedeelte Het rijden wordt gerealiseerd door middel van een wisselstroommotor met reductiekast en een remeenheid. Door middel van een frequentieomvormer is het mogelijk om de kraan gecontroleerd te laten versnellen en vertragen. Slechts één van de twee wielen zal worden aangedreven. De maximale snelheid van de kraan bedraagt 1,65m/s.

Figuur 20: Rijmotor

Het stoppen van de kraan kan op 5 manieren gebeuren: -

softwarematig via de besturingseenheid; eindeloopschakelaars zonder veiligheidsfunctie; eindeloopschakelaar met veiligheidsfunctie: indien de eindeloopschakelaar zonder veiligheidsfunctie heeft gefaald. Dit wordt dan ook opgenomen in het noodstopcircuit; noodstopcontacten: dit kunnen zowel de deurcontacten zijn als de noodstoppen; hydraulische bufferstop: op het eind en begin van elke gang bevindt er zich zo’n bufferstop. Deze dient enkel in werking te treden wanneer de kraan niet meer kan worden geremd door de inwendige stopfuncties. Dus in uiterste nood.

4.6.2 Lifteenheid Door middel van de lifteenheid kan een pallet op een bepaalde hoogte in het rek worden geplaatst. Omdat de lift, bij het neervallen, kan zorgen voor een dodelijk slachtoffer is veiligheid een belangrijk onderdeel en is het dan ook noodzakelijk om voldoende maatregelen te nemen voor deze veiligheid.

Figuur 21: Lifteenheid


32

4.6.2.1 Mechanisch gedeelte Op het onderstel van de kraan bevindt zich een mast, op die mastsectie loopt de liftwagen via geleidende rollagers. Die rollagers grijpen in op de kraansledes die over de gehele hoogte van de mast liggen. De liftmotor zal de trommel aandrijven. katrol Staalkabel(s) Mast Slede(s) liftmotor Trommel liftwagen rollagerslagers rijeenheid

Figuur 22: Lifteenheid

Op figuur 22 is het principe meegegeven van het mechanisch gedeelte van de lifteenheid. Door middel van twee staalkabels wordt de lifteenheid omhoog en omlaag gehesen. De staalkabels zijn tot 12 keer overgedimensioneerd waardoor de veiligheid wordt gegarandeerd. Een beveiligingsfunctie zorgt er steeds voor dat bij het loskomen van één kabel de lifteenheid blijft vaststaan. Voor een nog grotere veiligheid zijn er eveneens valremmen geïntegreerd. Deze werken hydraulisch, de remmen worden open gehouden wanneer de hydraulische druk aanwezig is, indien dit niet meer het geval zou zijn, zullen de remmen tegen de kraansledes duwen door de hefboombeweging van de veerkracht. Hierdoor zal de lifteenheid op zijn huidige hoogte blijven hangen. De sturing van de hydraulica gebeurt op basis van een snelheidmeting, indien de snelheid te hoog is (val van de lift), valt de hydraulische druk weg.


33

4.6.2.2 Elektrisch gedeelte

Een wisselstroommotor met reductie en rem zorgt voor de aandrijving van de trommel, door het op- of afwinden van de staalkabel kan er een hef- en daalbeweging worden uitgevoerd. Deze liftmotor wordt eveneens aangedreven via een frequentieomvormer, deze zorgt voor het aanzetten en afremmen van de lift. De snelheid van de lift is maximaal 0,38m/s, hierbij is de maximum versnelling 0,7m/s². Het maximale gewicht dat op de lifteenheid mag worden gezet is 1000kg, dit wordt dan ook door een weegsensor nagegaan. Ook de grootte van de pallet met bakken wordt gecontroleerd op de lifteenheid, dit door sensoren. De liftbeweging kan op 7 manieren worden gestopt. Twee ervan werden reeds besproken bij het mechanische gedeelte van de lifteenheid. De andere zijn quasi dezelfde als bij het rijden, hieronder worden ze nog eens opgesomd. Figuur 23: Liftmotor

-

softwarematig; eindeloopschakelaars zonder veiligheidsfunctie; eindeloopschakelaar met veiligheidsfunctie; noodstopcontact; mechanische stop boven en onder; valremmen; losgekomen kabel.

Door middel van een kabelrups worden de voedingskabels en signaaldraden tot bij de liftwagen gekregen. Deze kabelrups loopt mee met de lift aan de zijkant van de mast.


34

4.6.3 Vorkeenheid De vorkeenheid zal zorgen voor de pallet opname en afname van en op de rekken en conveyors. Qua veiligheid is het hier belangrijk dat deze niemand verwonden en dat de vorken niet uitgeschoven kunnen zijn terwijl er verticaal of horizontaal wordt bewogen. De vorkeenheid berust op een telescopisch principe en wordt elektrisch aangestuurd.

Figuur 24: Vorkeenheid

4.6.3.1 Mechanisch gedeelte Het vorkgedeelte bevindt zich op de liftwagen. Dat zal door middel van twee telescopische vorken een pallet kunnen opnemen en afzetten. De vorken zijn gemaakt zodat deze juist onder een pallet passen.

Mast Pallet

Telescopische vorken Vorkmotor Figuur 25 : Mechanisch gedeelte vorken


35

Om een pallet op te nemen dient er echter wel een samenwerkingsverband te bestaan tussen de liftwagen en de vorken. Wanneer de vorken onder de pallet zijn geschoven dient de lift een eenheid omhoog te gaan waardoor de pallet op de vorken staat. Vervolgens schuiven de vorken terug in en is de pallet in het bezit van de kraan. Omgekeerd is dit ook het geval. 4.6.3.2 Elektrisch gedeelte De vorken worden door middel van een transistorgestuurde gelijkstroommotor met wormwiel, kettingaandrijving en wrijvingskoppel gestuurd. Hier is het dan ook een DC besturingseenheid die zal zorgen voor de verschillende snelheden en andere functies. De snelheid van de vorken is afhankelijk van beladen of onbeladen toestand. Bij onbeladen toestand zullen de vorken sneller in- en uitschuiven dan bij beladen toestand. 4.6.4 Elektrisch kasten De elektrische kast is bevestigd aan de mast (zie figuur 26), echter wel aan de andere kant dan de lifteenheid. De elektrische kast bevindt zich juist onder de trommel die de staalkabels opwindt en juist boven de rijmotor. In de kast bevinden zich de sturingen van de liftmotor, rijmotor en vorkmotor, het beveiligingscircuit, de besturingen, … . Kortom het volledige elektrisch netwerk. Echter is er ook nog een schakelkast bevestigd op de liftwagen. Deze dient voor alle sensorsignalen, voor de metingen van de breedte en hoogte, waar te nemen. Op figuur 27 zit de schakelkast van de lift achter de rode BT plaat.

Figuur 26: Elektrisch kast kraan

Figuur 27: Elektrische kast lift


36

4.7 Besturingssysteem In dit onderdeel wordt besproken hoe de kraan zelf functioneert, hoe deze zich naar behoren kan positioneren en de orders verwerken. Eveneens worden de mogelijke aanstuurmethoden van de kraan overlopen. 4.7.1 PLC Kraan Alle benodigde componenten om de kraan in beweging te krijgen zijn reeds beschreven, maar al die sturingen, frequentiesturing rij en liftmotor en DC besturingseenheid van de vorken, moeten nog door een groter geheel worden aangestuurd. Zo wordt een geautomatiseerd proces worden bekomen, ook voor het handmatig rijden is dit een must. Een PLC is hiervoor de oplossing. De kraan bezit een Siemens PLC (STEP 5) om deze functionaliteiten op zich te nemen. Deze krijgt de orders binnen van de Cranebox PC.

Figuur 28: PLC STEP 5

4.7.2 Afstandsmeting Om de kraan te kunnen positioneren is een afstandsmeting noodzakelijk. Er wordt door middel van een lattensysteem een afstandsmeting uitgevoerd voor de hoogte (z richting) waar de liftwagen zich bevindt en de diepte (y richting) waar de kraan zich bevindt. Er ligt een pulslat over de gehele lengte en hoogte van het magazijn. In de desbetreffende lat zijn er gaten op dezelfde afstand voorzien. Deze gaten worden door middel van een pulsteller opgeteld. Door de informatie van het aantal pulsen, van de hoogte en diepte, kan exact bepaald worden waar de kraan zich bevindt. Hierdoor kan er op een bepaalde afstand van het eindpunt, bijvoorbeeld waar de pallet moet komen, op een veilige en verantwoorde manier worden afgeremd om uiteindelijk op het juiste eindpunt te stoppen.

Pulslat

Gaten

Pulsteller

Figuur 29: Pulslat


37

4.7.3 Optische dataoverdracht Zoals reeds vermeld bij de Cranebox PC zal de communicatie tussen de kraan en de Cranebox PC uitgevoerd worden door middel van infrarood sensoren. Deze hebben een reikwijdte van 200 meter, aangezien het magazijn niet langer is dan 60 meter is dit meer dan geschikt.

Figuur 30: Optische Dataoverdracht

4.8 Bediening De kraan kan op verschillende manieren worden bediend: manueel, semi automatisch en automatisch. 4.8.1 Manuele bediening In sommige situaties kan het noodzakelijk zijn de kraan manueel te bedienen. Dit voor het uitvoeren van onderhoud en inspecties. Die manuele bediening gebeurt bij de kraan zelf. De kraan manueel bedienen kan op twee verschillende plaatsen, aan de elektrische kast met een peer of op de lift via een bedienerskastje.


38

4.8.1.1 Betreden gang Om de gang te betreden en de kraan manueel te bedienen moeten er enkele stappen worden doorlopen. De deuren, die toegang geven tot de gang, zijn deuren die met een sleutel zijn vergrendeld. Die deursleutel hangt vast aan een gelaste ring waaraan er eveneens twee bedieningssleutels zijn bevestigd (zie figuur 31). De eerste bedieningssleutel dient om de kraan in automatische of manuele modus te zetten buiten de kraan (bedieningskastje naast de deur). Zolang de kraan in “AUTO” staat kan deze bedieningssleutel er niet worden afgenomen en is het dus niet mogelijk om het magazijn te betreden. Enkel bij het verdraaien van dat sleutelcontact naar de “MAN” modus komt de sleutel vrij en zal de kraan zich op een rustpositie begeven. Met deze sleutelbos, met de deursleutel aan, kan de persoon het magazijn betreden. Na het betreden van de gang dient de deur terug te worden dichtgedaan. Die deur bevat immers een deurcontact die in het veiligheidscircuit is opgenomen en schakelt dus de kraan uit. Dit heeft als gevolg dat er geen manuele bediening kan worden Figuur 31: Sleutelbos uitgevoerd. 4.8.1.2 Peerbediening Door middel van een peer, die aangesloten wordt op de elektrisch kast via een connectie (zie cirkel 1), kunnen alle bewegingen worden uitgevoerd. Voordat de bedieningen op de peer werken moet de kraan in manuele modus staan. Daarvoor moet op het bedieningspaneel het sleutelcontact (zie cirkel 2), door middel van de bedienersleutel die is bevestigd aan de sleutelbos, omgedraaid zijn naar manuele modus. Eventueel moet er nog een vrijgave (zie cirkel 3) worden gegeven aan de noodstoprelais. Deze kan uitgeschakeld zijn door ofwel een deurcontact ofwel door het aansluiten van de connectie. Een voorbeeld van de aangesloten peer wordt weergegeven op figuur 33.

Figuur 32: Peer niet aangesloten

Figuur 33: Peer aangesloten


39

Zoals te zien is op figuur 34 kan er worden gekozen tussen een hoge en lage snelheid voor het uitvoeren van de beweging. Om de kraan in beweging te krijgen moet zowel de dodemansknop (keuze tussen snel of traag) ingedrukt zijn als een keuze van de beweging. De bewegingen van de kraan zijn achteruit en vooruit, lift omlaag omhoog, vorken links en rechts. Wanneer de dodemansknop wordt losgelaten wordt de beweging onmiddellijk stopgezet.

Figuur 34: Peer

4.8.1.3 Liftbediening Op de lift zelf is er eveneens de mogelijkheid voorzien om deze manueel te bedienen. Dit kan soms nuttig zijn bij onderhoudswerken van de kraan of herstellingen aan de rekken. Hierbij dienen er echter wel enkele veiligheidsmaatregelen in acht te worden genomen. Er dient bijvoorbeeld een kooi op de lift te worden geplaatst zodat de veiligheid van de persoon wordt gegarandeerd en er moet een veiligheidsharnas worden gedragen. Met deze manuele bediening kan er echter niet met de vorken worden bewogen. Dit heeft als simpele reden dat er een persoon op de vorken staat tijdens die beweging. Net zoals bij de peerbediening moet de kraan in manuele modus staan, dit gebeurt eveneens door een sleutelcontact (zie cirkel 1). Ook hier is er een dodemansknop ter beveiliging van de persoon.

Figuur 35: Bedieningskastje op lifteenheid


40

4.8.2 Semi Automatisch Door middel van de semi-automatische mode is het mogelijk om palletten te ontvangen uit het rek zonder dat er een order is doorgegeven vanuit het WMS. Het WMS is hierbij niet meer verbonden met de Cranebox. Er zijn twee mogelijkheden om zo’n order door te geven. 1) Via Cranebox MMI Het order (ophalen van een pallet op een bepaalde positie) wordt ingegeven in de Cranebox PC, dit in de Man Machine Interface (MMI). Vervolgens zal dit order automatisch worden uitgevoerd. 2) Met laptop bij kraan Via een draagbare PC kan eveneens een order worden doorgegeven. Hiervoor moet er echter wel in de kraan worden gegaan. De laptop wordt aangesloten op de PLC in de kraan. In de laptop wordt vervolgens de aanrijd positie ingegeven. Het order wordt slechts uitgevoerd wanneer de dodemansknop is ingedrukt, loslaten betekent een onmiddellijke stopzetting van de beweging. Dit voor de veiligheid van de persoon.

4.8.3 Automatische mode Met automatische mode wordt bedoeld dat de kraan de orders afkomstig van het WMS systeem, via de Cranebox, autonoom uitvoert. Er zijn echter wel enkele voorwaarden voordat het systeem in automatische mode kan werken: -

connectie tussen WMS server en Cranebox PC; connectie tussen Cranebox PC en Kraan PLC; geen andere fouten in het systeem.

4.9 Visualisatie kraan De visualisatie van de kranen is echter miniem, door een SCADA applicatie kan er enkel worden nagegaan of de kraan in fout staat of niet.

4.10 Beveiliging De mensen die in aanraking komen met de machine dienen op een voldoende grote manier beschermd te worden tegen lichamelijke letsels. Maar ook de machine zelf dient te worden beschermd tegen breuken. Er bevinden zich allerlei veiligheidsfuncties binnen het kraansysteem. In de software van de PLC worden reeds de meest onveilige situaties op een zo goed mogelijke manier opgevangen. Dit is echter niet genoeg om een volledig veilig systeem te hebben. In de kraan bevindt zich ook nog een veiligheidsrelais, daarop zijn alle noodstopfuncties (noodstoppen, hekbeveiligingen, …) aangesloten. Wanneer één van de noodstopfuncties een onveilige


41

situatie aangeeft zullen alle bewegingen van de kraan onmiddellijk worden stopgezet door die veiligheidsrelais. Mechanische beveiligingen werden reeds uiteengedaan bij de mechanische eigenschappen van de kraan: valbeveiliging, kabelbreuk beveiliging, bufferstops,… . Echter is er ook een volledig hekwerk rond de kraan en rekken voorzien. Zo is het onmogelijk om in het magazijn te gaan wanneer de kraan in werking is.

4.11 Bedieningsinstructie 4.11.1 Veiligheidsinstructies Het is van groot belang dat de veiligheidsinstructies worden nageleefd door iedereen die met de machine te maken heeft. Want niet alle gevaren kunnen door het ontwerp van de machine worden geëlimineerd. Bijvoorbeeld het omhoog kruipen van een persoon op de kraan zonder veiligheidsgordel,… . Daarom dient een persoon die in aanraking komt met deze machine zich bewust te zijn van alle gevaren en alle veiligheidsinstructies zorgvuldig na te leven. Deze veiligheidsinstructies staan beschreven in de instructiedocumenten “VIK 902 Operatoren Accalon magazijn”[3], “VIK 801 Techniekers Accalon magazijn” [4] en het technisch constructie dossier. Deze instructiedocumenten dienen gekend te zijn door alle personen die in aanraken komen met de machine. Op figuur 36 en 37 staan de PBM’s van de technici en operatoren, dit zijn de “Persoonlijk Beschermings Middelen” die de persoon in acht moet nemen.

Figuur 36: PBM's technici

Figuur 37: PBM's operatoren


42

4.11.2 Bediening operator De operator heeft twee taken te laste, namelijk het invoeren van de stukken en het uitvoeren van de stukken. Dit is mogelijk op twee verdiepingen. -

Invoeren van stukken

Stap 1: Ingeven van de badgenummer van de operator. Stap 2: Scannen van het ticket op de pallet. Daarop verschijnt aan welke kraan de pallet moet worden meegegeven. Stap 3: De draaiknop van het bedieningsbakje op “INVOER” plaatsen. Door deze bediening komt de plaat naar de pickpositie op het conveyorsysteem (indien dit nog niet het geval was). Stap 4: Pallet plaatsen op plaat van de juist aangegeven conveyor en de barcode bij het opzetpunt scannen. Ingeven op welke conveyor de pallet staat. Stap 5: Bedienen van de zwarte “START/STOP” knop waardoor de pallet naar de kraan toe verdwijnt. -

Uitvoeren van stukken

Stap 1: De draaiknop van het bedieningsbakje op “UITVOER+PICKING” plaatsen. Door deze bediening gaat de plaat, van de desbetreffende conveyor, naar het afzetpunt van de kraan. Stap 2: Ingeven van het badgenummer van de operator. Stap 3: Inscannen van de barcode van het opzetpunt. Stap 4: Pickingproces uitvoeren, daarmee wordt bedoeld dat de benodigde componenten van de pallet worden gehaald. Stap 5: Nadat het pickingproces is uitgevoerd moet de hoogte van de pallet met bakken worden ingegeven. Stap 6: Bedienen van de zwarte “START/STOP” drukknop om de pallet te laten wegzenden.

Figuur 38: Bedieningsbakje


43

4.11.3 Functionaliteiten technici Het is noodzakelijk voor de technici om bij een reparatie in het magazijn te gaan. Het magazijn mag dan ook enkel door de technici worden betreden, hiervoor moeten er echter enkele veiligheidsprocedures worden doorlopen, enkel als deze doorlopen zijn mogen zij het magazijn binnengaan. Deze procedures werden reeds eerder beschreven bij het onderdeel “betreden gang”. Eénmaal in de kraan dient de technieker zich dan ook wel aan enkele veiligheidsvoorschriften te houden. Zo zijn er procedures voor het werken op hoogte, aanbrengen van de ladder en het spanningsloos zetten van de kraan. In die voorschriften staat ook beschreven welke veiligheidsvoorzieningen er in acht moeten worden genomen bij het werken in de Accalonkraan.


44

5.

Algemeen besturingsconcept

5.1 Inleiding Het is de bedoeling van het algemeen besturingssysteem om de orders, afkomstig vanuit het managementniveau, op een gepaste wijze te kunnen uitvoeren. De orders dienen dan ook op een geschikte manier tot bij de besturingseenheden van de kranen te geraken. De mogelijke systemen worden in dit onderdeel nader toegelicht. In alle besturingsconcepten is het WMS systeem in verbinding met het besturingssysteem door middel van ethernet TCP/IP.

5.2 Cranebox

WMS

Cranebox PC

PLC

Kraan 1

PLC

Kraan 2

PLC

Kraan 3 PLC

Kraan 4

Figuur 39: Cranebox

Bij deze optie wordt het huidige Cranebox systeem behouden en komen er nieuwe PLC’s in de plaats van de oude. Daarbij is het grootste probleem de communicatie tussen de Cranebox PC en de PLC’s in de kranen. De Cranebox PC werkt namelijk met het Accalon protocol om de orders door te zenden naar het besturingsgedeelte van de kraan. Door middel van een protocol omzetter werd deze omgezet naar het BCC protocol, dat door het oude besturingsysteem van de kraan werd gebruikt. Om de orders te kunnen binnenlezen, in de nieuwe besturingseenheid, dient er dus een nieuwe protocol omzetter te worden geschreven. Deze moet in staat zijn het Accalon protocol om te zetten naar een verstaanbaar protocol voor de nieuwe PLC’s. Aangezien er slechts weinig kennis is over de verschillende protocollen is dit een zeer slechte optie. Door het gebruik van de Cranebox PC zijn er immers vele beperkingen qua sturing, visualisatie en aanpassingen. De grote van de dataoverdracht is dan ook beperkt waardoor er vele signalen, van de kraan, niet kunnen worden uitgelezen via een SCADA applicatie.


45

Voordeel: -

Bij het uitvallen van 1 PLC kunnen de andere kranen nog verder functioneren. De Cranebox PC heeft zijn betrouwbaarheid reeds bewezen. Indien de communicatie wegvalt kan de kraan autonoom zijn order verder afwerken.

Nadelen: -

duur door vier nieuwe PLC’s; meer slijtage aan PLC’s door schokken; cranebox heeft vele beperkingen; weinig kennis over het protocol; een beperkte visualisatie; weinig kennis over Cranebox; Bij uitval van de Cranebox kunnen de kranen niet meer functioneren.

5.3 PLC sturingen

WMS

Controle PLC

PLC

Kraan 1

PLC

Kraan 2

PLC

Kraan 3 PLC

Kraan 4 Figuur 40: PLC sturingen

De volgende optie is de Cranebox vervangen door een PLC. Die PLC verwerkt de orders afkomstig van het WMS systeem en stuurt deze door naar de juiste kraan. Hierbij is de Cranebox geëlimineerd waardoor de mogelijkheden enorm vergroten. De hoofd PLC wordt via een PROFIBUS kabel verbonden met de nieuwe optische ogen die dan een connectie maken met de PLC’s in de kraan. Er wordt een volledig PROFIBUS DP netwerk opgebouwd waardoor de communicatie, tussen het kraangedeelte en het gedeelte buiten de kraan, optimaal kan worden gerealiseerd. Er dient echter wel een protocol te worden opgesteld voor de communicatie tussen WMS en PLC.


46

Voordelen: -

wegwerken van de Cranebox PC; kennis over alle elementen; grotere diagnosemogelijkheden; Bij uitval van een PLC in één van de kranen kunnen de andere verder functioneren; Indien de communicatie wegvalt kan de kraan autonoom zijn order verder afwerken.

Nadeel -

duur door de aankoop van 5 nieuwe PLC’s; slijtage aan de PLC’s in de kraan; Als de hoofd PLC uitvalt liggen alle vier de kranen volledig stil; meer slijtage aan PLC’s door schokken; Nieuw protocol opstellen tussen WMS en PLC.

5.4 PLC sturingen aan wal WMS

PLC

PROFIBUS DP Eilanden

PLC


Kraan 2


Kraan 3

PLC

PROFIBUS DP Eiland

PLC

Kraan 1

Kraan 4

Figuur 41: PLC sturingen aan wal

Een volgende optie is de besturingseenheid, die zich normaal in de kraan bevindt, buiten de kraan te plaatsen. In de kraan bevindt er zich een PROFIBUS DP eiland. Hiermee is een master-slave principe opgebouwd. Door middel van een profibus netwerk en een optisch systeem zijn de MASTER en de SLAVE met elkaar verbonden. De SLAVE heeft twee taken ten laste: het binnenlezen van alle kraansignalen en het aansturen van alle benodigde onderdelen om de kraan te doen werken. Deze twee taken worden volledig gecontroleerd door de MASTER, deze bepaalt welke uitgangen van het eiland worden aangestuurd.


47

Voordelen: -

geen PLC in kraan; minder slijtage; Bij uitval van een PLC in één van de kranen kunnen de andere verder functioneren.

Nadelen: -

Duur door het gebruik van vier PLC’s en vier PROFIBUS DP eilanden. Bij de uitval van het optisch systeem valt de kraan stil. Nieuw protocol opstellen tussen WMS en PLC.

5.5 PLC sturing aan wal

WMS


PLC


Kraan 1

Kraan 2


Kraan 3


Kraan 4

Figuur 42: PLC sturing aan wal

Dit is het laatste voorgestelde algemene systeem, hierbij wordt er gebruik gemaakt van één besturingseenheid die alle vier de kranen aanstuurt. In de kranen bevinden er zich PROFIBUS DP eilanden. Het WMS systeem is gekoppeld via ethernet TCP/IP aan de PLC. Voordeel: -

slechts één besturingseenheid; goedkoper; geen slijtage aan PLC door schokken; plaatsbesparing; Conveyors kunnen ook door deze PLC worden gestuurd.


48

Nadeel: -

Snelheid van aansturen dient voldoende hoog te zijn. Bij wegvallen van optische communicatie valt kraan stil. Als PLC uitvalt vallen alle vier de kranen stil. Nieuw protocol opstellen tussen WMS en PLC.

5.6 Besluit Er is besloten om te werken met een enkelvoudige PLC die zich buiten de kraan bevindt en PROFIBUS DP eilanden zonder werkgeheugen in de kraan. Tussen de PLC en het WMS systeem zal er dus een bepaald protocol moeten worden ontworpen om de communicatie te garanderen. Het is noodzakelijk dat deze optie uitvoerig wordt gecontroleerd. De controles die dienen uitgevoerd te worden zijn: -

Treedt er een vertraging op door het optisch systeem. Is de snelheid van communiceren voldoende. Is het optisch systeem stabiel.

Op figuur 43 is de situatie zichtbaar die gerealiseerd wordt door middel van dit eindwerk. De figuur 44 geeft een toekomstbeeld van de situatie waarbij alle vier de kranen vernieuwd geweest zijn. Hierbij is de verbinding tussen het WMS systeem en de PLC S7 400 een ethernet TCP/IP verbinding. Alle andere verbindingen zijn een PROFIBUS DP netwerk.


49

Figuur 43: Overzichtsfiguur besturingsconcept


50

Figuur 44: Volledig overzicht


51

6.

Communicatiesysteem

Tussen de PLC aan wal en de PROFIBUS DP eilanden in de kraan dient er een communicatiemedium te zijn. Dit om de orders door te geven aan de kraan. Daarvoor zijn er eveneens verschillende systemen beschikbaar. In dit onderdeel worden enkele systemen kort aangehaald en de uiteindelijke keuze meegegeven.

6.1

Meelopende rups

Door middel van een rups, waarin de communicatiekabels zich bevinden, kan de communicatie worden teweeggebracht. Ook de voedingskabels zouden hierin kunnen plaatsvinden, met de nodige afscherming van de communicatiekabels. Deze rups zal meelopen met de kraan. Dit systeem heeft echter als groot nadeel de slijtage. De kostprijs hiervoor kan dan ook hoog oplopen.

Figuur 45: Rups

6.2 Communicatie via stroomrail De stroomrail kan eveneens dienen als medium voor de communicatie. Deze manier van overbrengen is echter nog niet betrouwbaar. De overdracht van de stroomrail naar de automatische kraan zorgt voorlopig nog voor te veel storing waardoor de datasignalen niet goed worden overgebracht.

6.3 Infrarood datacommunicatie Door middel van twee optisch ogen, één op de kraan en één buiten de kraan, kan de communicatie gerealiseerd worden. De communicatie gebeurt optisch waardoor er quasi geen slijtage ontstaat. De optische ogen dienen echter wel naar elkaar te zijn gericht. De optische ogen kunnen via verschillende interfaces (PROFIBUS, INTERBUS, ETHERNET,…) verbonden worden met de PLC. Een nadeel is echter wel dat de ogen goed naar elkaar moeten gepositioneerd zijn.


52

6.4 Wireless LAN Het laatste type is Wireless LAN. LAN is de afkorting van Local Area Network, het is een plaatselijk netwerk rond een bepaald verbindingspunt. Via dit systeem kan er op een hoge snelheid communicatie worden teweeggebracht. De data wordt geplaatst op een 2,4 GHz of 5GHz frequentieband. Een ingebouwde firewall zal zorgen voor de beveiliging van het netwerk. Echter is de vrees groot voor storingen waardoor de bedrijfszekerheid niet kan gegarandeerd worden. De kostprijs voor zo’n systeem is dan ook enorm groot tegenover een systeem met infrarood.

6.5 Besluit De keuze is gevallen op een infrarode communicatie. De nadelen van de eerste twee systemen zijn echter te groot tegenover een draadloos systeem. Het gebruik van Wireless LAN is echter te geavanceerd en te duur voor de toepassing binnen TVH.

6.6 Fabrikanten In eerste instantie kunnen dezelfde optische ogen worden gebruikt zoals bij de andere kraansystemen. Dit om minder toestellen op stock te moeten hebben. Maar de andere kranen werken op CANopen, dus is dit niet relevant voor hen. Bij de keuze wordt gekeken naar -

bereik gebruiksvriendelijkheid snelheid prijs/kwaliteit

De fabrikanten waartussen werd gekozen waren Sick, Leuze of Pepperl+Fuchs. Het toestel van Pepperl+Fuchs is hieruit gekozen. De redens van de keuze was de goede prijs/kwaliteit die kon worden aangeboden en de gebruiksvriendelijkheid. Het gekozen type is de LS611DA-P.

Figuur 46: Optische ogen Pepperl+Fuchs


53

7.

Afstandsmeting

7.1 Inleiding Het is van groot belang dat de vorken op een geschikte en nauwkeurige manier kunnen worden gepositioneerd. De palletten moeten dan ook worden afgezet en opgehaald op een willekeurig positie (afhankelijk van het order). Het positioneren gebeurt via de rijeenheid (regelen van de horizontale afstand) en de lifteenheid (regelen van de verticale afstand). De afstandsmetingen geven aan waar de kraan en lift zich bevinden, zo kan er berekend worden hoe ver de kraan zich nog van de eindpositie bevindt. De sturingen van de rijmotor en liftmotor worden op basis van die continue metingen en berekingen op een geschikt manier aangestuurd. De hoogte is maximaal 16 meter en de lengte is maximaal 60 meter. Het oude lattensysteem zorgt voor steeds meer problemen: gaten worden niet gezien, mechanische defecten, slijtage,… . Er dient dan ook een nieuw systeem ingevoerd te worden om de afstandsmetingen te doen. Enkele van deze systemen worden in het volgend onderdeel besproken.

7.2 Systemen 7.2.1 Encoder Bij deze methode wordt er een riem over de gehele ganglengte geplaatst. Op de kraan zelf wordt er een tandwiel geïnstalleerd die ingrijpt in de tandriem. Wanneer de kraan zich verplaatst zal het tandwiel een bepaalde hoekverdraaiing ondervinden. Die hoekverdraaiing wordt opgemeten via de encoder. Afhankelijk van de grootte van de hoekverdraaiing kan er precies worden bepaald waar de kraan of lift zich bevindt. Het principe wordt voorgesteld door figuur 47.

Figuur 47: Tandwielsysteem


54

Dit principe heeft als groot nadeel dat dit een mechanische constructie is. Het gevolg daarvan is slijtage wat sneller een breuk zal opleveren. Deze tandriem is ook een speciaal type tandriem, waardoor dit zeker niet goedkoop is.

7.2.2 BPS systeem Het systeem werkt op basis van een barcode. Een barcodelint wordt bevestigd op de gehele lengte van het rek. Via een barcodelezer, die zich op de kraan bevindt, kan de exacte positie worden bepaald. Het systeem is bestand tegen stof en kan tot op 17 cm de barcode aflezen. Bij beschadiging van het lint worden verkeerde metingen bekomen. Het is opnieuw een mechanische constructie wat slijtage teweegbrengt. Dit is eveneens een vrij duur systeem.

Figuur 48: BPS systeem

7.2.3 Laser systeem Door middel van een laserstraal wordt de afstand tussen het toestel en het voorwerp gemeten. Door de lange afstanden zal het wel noodzakelijk zijn om een reflector te plaatsen. Dit systeem heeft als grote voordeel dat het contactloos is en dus geen slijtage teweegbrengt. Een bijkomend voordeel is ook dat de afstandsmeter buiten de kraan kan worden geplaatst terwijl een reflector meerijdt met de kraan. Het is eveneens een nauwkeurig en betrouwbaar afstandsmeetsysteem.

7.3 Besluit Door het voordeel van contactloos te werken en dit in combinatie met de kostprijs werd gekozen om de afstandsmeting uit te voeren door een lasersysteem. Er zijn veel fabrikanten die in het bezit zijn van zo een optische afstandmeter.


55

7.4 Fabrikant Een lasersysteem is uitvoerig te verkrijgen op de verkoopsmarkt, er zijn lasersystemen voor alle sectoren met elk hun specifieke toepassingen. Het lasersysteem kan bijvoorbeeld in het bezit zijn van een verwarmingseenheid, het toestel kan bedoeld zijn voor in de chemische sector,.. . Het is dus de uitdaging om het juiste toestel te kiezen die van toepassing is voor de Accalon kranen. Er zijn echter twee bereiken die moeten worden opgemeten, de hoogte is maximaal 16 meter en de lengte is maximaal 60 meter. De factoren die de keuze bepalen zijn: -

snelheid van overdracht; mogelijkheid tot bestellen van beide bereiken; resolutie; gebruiksvriendelijkheid; prijs/kwaliteit.

Er zijn meerdere fabrikanten in overweging genomen, namelijk de Waycon, sensorpartners, Sick, leuze en Pepperl+Fuchs. Er werd beslist om te werken met de toestellen van Pepperl+Fuchs. Er zijn twee afstanden die moeten afgemeten worden, namelijk de hoogte van de lifteenheid en de kraanpositie. Hiervoor zijn er twee types van afstandsmeters nodig. Voor het meten van de hoogte is gekozen voor de VDM100-50-P, dit toestel kan een afstand meten tot maximum 50 meter. De kraanpositie wordt bepaald door de VDM100-150-P, deze heeft een bereik tot maximum 150 meter.

Figuur 49: Afstandsmeter Pepperl+Fuchs


56

8.

Snelheidscontrole

8.1 Inleiding De snelheid waarmee datagegevens kunnen worden verstuurd en ontvangen, tussen de automatische palletkraan en de PLC aan wal, is van groot belang. De PLC moet namelijk voldoende snel de afstandsgegevens kunnen binnenlezen en verdere functionaliteiten voor de kraan voorzien. Via optische ogen wordt deze communicatie tot stand gebracht, het gevaar van dit systeem kan zijn dat er vertraging optreedt (tussen het sturen en ontvangen). Het is nu natuurlijk de vraag hoeveel de vertraging, door die optische ogen, bedraagt. Dat er reeds een vertraging zal zijn, door andere redenen, is normaal en dit wordt eveneens uitgelegd in dit deel. De vertraging zal worden achterhaald door middel van twee metingen. Bij de eerste meting wordt er een signaal via de optische ogen naar een profibus eiland verzonden en terug opgemeten. Bij de tweede meting wordt het PROFIBUS DP eiland rechtreeks (zonder de optische ogen) aangesloten op PLC en wordt dezelfde meting uitgevoerd. Het zijn optische ogen van Pepperl+Fuchs van het type LS611 DA P.


57

8.2 Met optische ogen 8.2.1 Meetopstelling Het meten van die vertraging wordt uitgevoerd aan de hand van een oscilloscoop. Als oscilloscoop wordt gebruik gemaakt van de TDS 2002 van Tektronick. Door middel van meetproben kunnen de signalen worden opgemeten.

PLC

I

Q

Oscilloscoop

S7400

Optische ogen

Kraan

ET200S

I

Q

Figuur 50: Meetopstelling met optische ogen

Door middel van een blokgolf signaal wordt de vertraging opgemeten. Door de blokgolf rechtreeks een uitgang van de S7 400 PLC te laten aansturen en diezelfde blokgolf een omweg te laten doen via het eiland in de kraan kan de vertraging worden opgemeten. Een meer gedetailleerde uitleg is als volgt: die blokgolf, afkomstig vanuit een programma geschreven in STEP 7, stuurt een uitgang aan op de uitgangskaart van de S7 400 PLC. Tegelijk wordt een uitgang, op de uitgangskaart van de ET200S module geschakeld. Die uitgang op de kraan wordt doorgekoppeld aan een ingang van ET200S module. Die ingang stuurt een uitgang aan op de uitgangskaart van de ET200S module. De twee uitgangen van de S7 400 PLC worden opgemeten door middel van een oscilloscoop. Zo kan de vertraging in beeld worden gebracht en opgemeten. De oscilloscoop wordt getriggerd op een stijgende flank van het blokgolf signaal.


58

8.2.2 Testprogramma Door middel van het opstellen van een programma binnen STEP 7 kan een blokgolf worden aangemaakt waarmee de uitgangen worden gestuurd. Er wordt gebruik gemaakt van een blokgolf die 5 seconden op logisch “1” terecht komt en 5 seconden op logische “0”.

AN M 0.0 L S5T#10S SD T 1 A =

T M

1 0.0

A L SE A = =

M 0.0 S5T#5S T 2 T 2 Q 5.5 Q 8.0

Een uitgang op PLC buiten de kraan Een uitgang op ET200S eiland binnen de kraan

A =

I Q

Een ingang op ET200S eiland Een uitgang op PLC aan wal

12.3 5.7

Blokgolf genereren

Figuur 51: Blokgolf


59

8.2.3 Meetresultaten

Figuur 52: Meetresultaat

Figuur 53: Ingezoomd meetresultaat

Op de eerste meeting kan enkel de blokgolf die door het programma is gegenereerd worden waargenomen. Op dit beeld overlapt de blokgolf die rechtreeks geschakeld is nog de blokgolf die een omweg moest uitvoeren. De tijdsbasis, op de oscilloscoop, voor één segment op het scherm is dan ook nog 5 seconden. Wanneer deze op 5ms wordt geplaatst kan er een verschil worden waargenomen tussen de twee blokgolf signalen, dit is de vertraging die optreedt. Wordt de tijdsbasis nog wat kleiner (1ms) gezet, dan kan deze vertraging verder in het detail worden bekeken.

Figuur 54: Detail meetresultaat

Hierop is nog duidelijker te zien hoeveel de vertraging bedraagt, namelijk 5ms.


60

8.3 Zonder optische ogen 8.3.1 Meetopstelling De volgende opstelling bestaat eruit dat de optische ogen niet worden opgenomen binnen het PROFIBUS DP netwerk. Het eiland wordt rechtreeks via een PROFIBUS kabel aangesloten. Zo kan worden nagegaan wat de vertraging door het optisch systeem is.

PLC

I

Q

Oscilloscoop

S7400

ET200S

I

Q

Figuur 55: Zonder optische ogen

8.3.2 Testprogramma Als testprogramma wordt hetzelfde gebruikt als de proef met optische ogen, deze staat omschreven in punt 5.7.2.2. 8.3.3 Meetresultaten De vertragingstijd wordt herhaaldelijk gemeten en hiervoor worden twee verschillende meetresultaten bekomen.


61

Figuur 57: Eerste meting

Figuur 56: Tweede meting

In eerste instantie wordt er een vertraging van 4,5ms opgemeten, vervolgens een vertraging van 5ms. Later zal duidelijk worden dat het opmeten van een kleinere vertragingstijd berust op toeval bij het meten.

8.4 Besluit Door het uitvoeren van deze meting is duidelijk geworden dat het optisch segment geen invloed zal hebben op de vertraging van het systeem. De vertraging is namelijk hetzelfde als bij een PROFIBUS kabel.


62

9.

Bedrijfszekerheid

9.1 Inleiding De communicatie tussen de kraan en het besturingsysteem mag zelden of zelfs nooit onderbroken worden. Bij het onderbreken van de communicatie valt de kraan echter stil. De ET200S module heeft geen geheugen waardoor het order niet verder kan worden afgewerkt. De kraan kan een bepaalde tijd (afhankelijk van lengte onderbreking) niet meer worden bestuurd en kan zijn toestand niet meer doorgeven aan de S7 400 module. De uitgang van het PROFIBUS DP eiland worden in rustpositie geplaatst na een uitval, dit kan worden ingesteld. Nadat de communicatie terug is hersteld dient het order verder te worden afgewerkt. Een communicatieonderbreking zorgt voor een vertraging in het automatisch magazijn. Dit is natuurlijk te vermijden.

9.2 Meetmethode Indien de communicatie wordt onderbroken gaat de S7 400 module in fout, deze zal een busfout aangeven. Het PROFIBUS DP netwerk wordt immers onderbroken waardoor de ET200S module niet meer zichtbaar is voor de S7 400 module. Deze fout kan worden opgevangen door het toevoegen van OB82, OB85 en OB86 in het STEP 7 project. Wanneer er vervolgens een communicatiestoornis optreedt zal de PLC in werking blijven maar zal ook OB85 worden doorlopen (wat normaal niet het geval is). In deze organisatie blok wordt een merker per communicatiefout vermeerderd. Het hoofdprogramma zal de vermeerdering detecteren en de tijd en afstand van de kraan opslaan. De besturingssoftware zal aangeven wanneer (tijd en datum) er een communicatiestoornis is opgetreden en het aantal communicatiestoornissen. Ook de positie van de kraan wordt bijgehouden, dit door de nieuwe afstandsmeting die ook in de testfase loopt. Deze waarden werden vervolgens gevisualiseerd in het SCADA systeem, hiermee is een snelle diagnose mogelijk.

9.3 Meetresultaat eerste meting De eerste meetresultaten leverden niet de gewenste resultaten op. Op één week tijd werden er meerdere communicatiestoornissen ondervonden. Figuur 58 komt uit de SCADA applicatie en geeft aan wanneer en op welke positie van de kraan een fout is opgetreden.


63

Figuur 58: communicatiestoornis

De groene lijn op de figuur is de positie van de kraan, de afstand wordt gemeten met als nulpunt het einde van de kraangang. De kraan staat in rustpositie, aan het begin van de kraangang, op ongeveer 53000mm van het eindpunt. De rode lijn geeft de stijging van het aantal fouten mee. In dit geval gaat het aantal fouten van 5 naar 6. Opmerkelijk is wel dat de fout zich voordoet bij het accelereren van de kraan.

9.4 Meetresultaat tweede meting Aangezien de eerste metingen geen succes waren was het noodzakelijk om de huidige opstelling aan te passen. Het nauwkeuriger afstellen van de optische ogen tegenover elkaar was een logische eerste stap. Het afregelen wordt vergemakkelijkt door de communicatiemeters op elk van de toestellen. Deze communicatiemeters geven aan hoe goed de optische ogen in staat zijn om gegevens over te dragen. Door het afregelen van de ogen wanneer de kraan zich op verschillende posities binnen het automatisch magazijn bevindt wordt een stabiele communicatie bekomen. Na deze regelactie zijn er geen communicatiefouten meer opgedoken, wat positief was voor de voorzetting van het project met het gekozen besturingsconcept.


64

9.5 Besluit Door een betere afregeling van de optische ogen werd een betrouwbaar communicatiesysteem gecreëerd. Het is dus noodzakelijk om de nodige aandacht te schenken aan het juist afregelen van de optische communicatieogen. Door dit besluit is de toestemming gegeven om het gekozen besturingsconcept te gebruiken. In dit besturingssysteem wordt gewerkt met één besturingssysteem dat alle vier de kranen zal aansturen. Een overzicht hiervan is zichtbaar op de figuren 43 & 44.


65

10. Besturingssysteem Het besturingssysteem van de kraan dient ook vernieuwd te worden. Zoals reeds beschreven in het algemene besturingssysteem (figuur 59) is er een PLC nodig buiten de kraan en twee PROFIBUS DP eilanden binnen de kraan. Binnen TVH wordt reeds uitvoerig gewerkt met Siemens componenten, deze liggen dan ook in grote aantallen op stock. De technici van TVH zijn dan ook het meest vertrouwd met deze componenten. Maar Siemens heeft een enorm groot aanbod qua besturingselementen. De keuze van de onderdelen wordt dan ook besproken in dit stuk. Voor meer uitleg kan verwezen worden naar de website van Siemens. [5]

Figuur 59: Overzichtfiguur

10.1 Master PLC De PLC die zal zorgen voor het doorsturen van de juiste orders naar de kraan is een SIMATIC 400 PLC. Deze besturingseenheid zal zorgen voor alle aansturingen buiten de kraan. Ook de aansturing van de conveyors kan hierdoor worden uitgevoerd. Dit is een krachtige PLC die eenvoudig de orders kan verwerken en dan naar de juiste kraan kan sturen. Het is een S7 416 PLC die in het bezit is van TVH. Deze lag reeds op stock en kan voor dit project nuttig worden gebruikt.

Figuur 60: S7 400 PLC


66

10.2 PROFIBUS DP eilanden 10.2.1 Inleiding Siemens bevat 4 mogelijke PROFIBUS DP eilanden: de reeksen ET200S , ET200M, de ET200L en de ET200iSP. De ET200L reeks valt af omdat deze geen diagnosemogelijkheden heeft, slechts 32 digitale in- of uitgangen bezit en er kunnen geen uitbreidingsmodules zoals een tellerkaart, analoge kaart,… worden aangeschakeld. Ook de ET200iSP valt onmiddellijk af, dit is een module voor in extreme omstandigheden zoals in EX-zones. De kostprijs is dan ook veel hoger. Dan is er de ET200M reeks, hierbij kunnen alle ingangskaarten, uitgangskaarten en modulekaarten die gebruikt worden bij de S7 300 PLC ook worden geïntegreerd. Deze heeft dan ook de nodige diagnosemogelijkheden. Maar de keuze is echter gevallen op de ET200S reeks, deze heeft de mogelijkheden tot het integreren van allerlei modulekaarten, heeft diagnosemogelijkheden naar wens en is minder duur dan de ET200M. 10.2.2 ET200 Configuration Tool Met behulp van de software ET200 Configuration Tool kunnen de benodigde kaarten op een eenvoudige manier uitgekozen worden. Deze software bevat namelijk alle verschillende modules die in een ET200 eiland kan worden geïntegreerd. Dit met de bijhorende aansluitgegevens, visuele voorstelling en verdere informatie. Het programma zal dan ook automatisch een bestellijst opmaken wat bestellen vereenvoudigd. Zoals figuur 61 aangeeft moeten de verschillende modules in het eiland worden gesleept.

Figuur 61: Voorstelling modulekeuze

De inwendige aansluiting van het ET200S eiland wordt eveneens meegegeven, dit kan handig zijn voor het aansluiten van alle voedingen en de in/uitgangen. Zie hiervoor figuur 62.


67

Figuur 62: Potentiaalaansluiting

10.2.3 Eiland in kraan

Figuur 63: Eiland in kraan

Het eiland in de kraan bevat een interfacemodule, voedingsmodules, ingangen en uitgangen. In totaal zijn er 17 ingangskaarten voorzien met elk 4 ingangen. Er zijn 9 uitgangskaarten voorzien met elk 4 uitgangen. Dit maakt de som van 68 ingangen en 36 uitgangen die kunnen aangesloten worden. De implementatie in de elektrische kast is zichtbaar op figuur 64.

Figuur 64: ET200S eiland kraan


68

10.2.4 Eiland in lifteenheid

Figuur 65: Eiland in lift

Het eiland in de lift bevat dezelfde interfacemodule, ingangskaarten en uitgangskaarten als bij het eiland van de kraan. Het aantal verschilt wel: 10 ingangskaarten en 2 uitgangskaarten. Dit maakt een som van 40 ingangen en 8 uitgangen die kunnen worden aangesloten. Echter zijn er nog twee modules bij, namelijk een weegmodule en een tellerkaart. De implementatie in de elektrische kast staat weergegeven op figuur 66.

Figuur 66: ET200S eiland lift


69

10.2.5 Weegmodule Het gewicht van de pallet mag niet meer bedragen dan 1000kg, dit om ondermeer de staalkabels van de lift niet teveel te belasten. Hierdoor treedt er minder slijtage op aan de staalkabels waarmee deze langer zullen meegaan. Via een weegsensor wordt de info verkregen, deze info wordt verwerkt door de weegmodule (zie figuur 67).

Figuur 67: Weegmodule

Figuur 68: Aansluiting

10.2.6 Tellerkaart Er is een tellerkaart voorzien om de positie van de vorken te bepalen. Een encoder, die geïnstalleerd is bij de vorken, zorgt voor de nodige pulsen. Aan de hand van deze pulsen wordt de positie van de vorken achterhaald.

Encoder

Figuur 69: Encoder


70

10.2.7 Overzicht In onderstaande tabellen wordt een duidelijk overzicht gegeven van de gebruikte modules met hun ordernummer erbij. Tabel 1: Overzicht modules ET200S eiland in kraan

Benaming Electronic module, 4DI,DC24V, standard Electronic module, 4DO,DC 24V/0,5A, standard Power module PM-E DC 2448V for elec. module IM 151 high-feature for conn. Of ET200S to PROFIBUS Universal Terminal Module, Spring-loaded term Terminal module for AUX1 supply; spring terminals

beschrijving Ingangsmodule

Order nummer 6ES7131-4BD01-0AA0

Uitgangsmodule

6ES7132-4BD02-0AA0

Voedingsmodule

6ES7138-4CA50-0AB0

Interface module

6ES7151-1BA02-0AB0

Standaard Aansluitvoetjes

6ES7193-4CA50-0AA0

Aansluitvoeten voor voedingsmodules

6ES7193-4CD30-0AA0

Tabel 2: Overzicht modules ET200S eiland in lifteenheid

Benaming Electronic module, 4DI,DC24V, standard Electronic module, 4DO,DC 24V/0,5A, standard Power module PM-E DC 2448V for elec. module 1POS U, 1-channel, controlled positioning IM 151 high-feature for conn. Of ET200S to PROFIBUS Universal Terminal Module, Spring-loaded term Terminal module for AUX1 supply; spring terminals Terminal module for electron. mod. 30mm; spring terminals Elektronic weighing system SIWAREX CF

beschrijving Ingangsmodule

Order nummer 6ES7131-4BD01-0AA0

Uitgangsmodule

6ES7132-4BD02-0AA0

Voedingsmodule

6ES7138-4CA50-0AB0

Tellerkaart

6ES7138-4DL00-0AB0

Interface module

6ES7151-1BA02-0AB0

Standaard Aansluitvoetjes

6ES7193-4CA50-0AA0

Aansluitvoeten voor voedingsmodules Aansluitvoeten voor tellerkaart

6ES7193-4CD30-0AA0

weegmodule

7MH4920-0AA01

6ES7193-4CF50-0AA0


71

11. Frequentieregelaars 11.1 Inleiding De automatische palletkraan heeft de taak om palletten op te pikken, te verplaatsen en te stockeren op een welbepaalde plaats. In eerste instantie dient de kraan tot een specifieke plaats te kunnen rijden om een pallet af te zetten of op te halen. Het is eveneens noodzakelijk dat de lifteenheid (met vorkenbord) zich tot een zekere hoogte kan begeven. Als laatste dient de pallet te kunnen worden afgezet of opgepikt, hiervoor wordt gebruik gemaakt van uitschuifbare vorken. De net besproken bewegingen worden uitgevoerd door drie driefasig asynchrone motors. Deze motoren worden aangestuurd met behulp van een frequentieregelaar. Deze frequentieregelaars zijn noodzakelijk omdat er in de gehele opstelling met meerdere snelheden wordt gewerkt, met beide draaizinnen en met een zekere acceleratie en deceleratie. Deze frequentieregelaars hebben nu ook een X17 aansluitklem waarop het contact van de veiligheidsrelais wordt aangesloten. Bij een noodstopsituatie zorgt de drive voor een veilige uitschakeling van de motor.

11.2 Snelheden De snelheid waarmee de kraan en de lift bewegen, is afhankelijk van de bedieningsmodus en de positie van de kraan of lift. Er zijn drie verschillende snelheden mogelijk waarmee de kraan en lift zich kunnen voortbewegen. Deze snelheden worden gerealiseerd door desbetreffende frequentieomvormer. De snelheden worden aangesproken door vier digitale uitgangen van het PROFIBUS DP eiland. Twee uitgangen worden gebruikt voor het aangeven van de snelheid van het rijden, de andere twee voor de snelheid van de lift. Tabel 3: Snelheden

Snelheid 1 (traag) Snelheid (middelmatig) Snelheid 3 (vlug)

Benaming op Frequentieomvormer n11/n21 2 n12/n22 n13 = n11 + n12

Toestand Digitale uitgang 1 1 0

Toestand digitale uitgang 2 0 1

1

1


72

Bij het rijden en het heffen/dalen in manuele bedieningsmodus is er de mogelijkheid om op twee verschillende snelheden te rijden, namelijk de trage en de middelmatige snelheid. De keuze tussen deze twee snelheden wordt gemaakt door middel van de dodemansknop. De dodemansknop heeft twee bedieningsrichtingen waarmee de keuze tussen de trage of de middelmatige snelheid kan gekozen worden. Het rijden in automatische modus wordt uitgevoerd door middel van alle drie de snelheden. Er zijn twee vertragingscontacten voorzien om de kraan te laten vertragen bij het einde en het begin van het automatisch magazijn. Die vertragingscontacten staan afgebeeld op figuur 70. Eens de kraan over deze contacten rijdt, wordt er overgeschakeld naar een vertraagde snelheid. Immers zal de snelheid in normale toestand niet aangepast worden op basis van de vertragingscontacten. De snelheid wordt echter gecorrigeerd op basis van de optische afstandsmeting. Bij het heffen en dalen zijn er zelfs geen vertragingscontacten voorzien, het vertragen naar de eindpositie gebeurt 100% op basis van de optische afstandsmeting.

Vertragingscontacten

Figuur 70: Vertragingscontacten


73

11.3 Rijden Voor het rijden wordt gebruik gemaakt van een 5,5kW motor. De aansturing van deze driefasig asynchrone motor wordt uitgevoerd door een Movitrac van het type B MC07B0075 5A3 400. Dit is een toestel dat vermogens aankan tot 7,5 kW. De gegevens van deze drive worden hieronder weergegeven. Tabel 4: Gegevens frequentieomvormer rijden

MOVITRAC MC07B (3-fasige netaansluiting) Artikelnummer INGANG Nominale netspanning Nominale netfrequentie Nominale netstroom 100% bedrijf Nominale netstroom 125% bedrijf UITGANG Uitgangsspanning Aanbevolen motorvermogen 100% bedrijf Aanbevolen motorvermogen 125% bedrijf Nominale uitgangsstroom 100% bedrijf Nominale uitgangsstroom 125% bedrijf Schijnbaar vermogen 100% bedrijf Schijnbaar vermogen 125% bedrijf Minimaal toegestane remweerstand ALGEMEEN Vermogensverlies 100% bedrijf Vermogensverlies 125% bedrijf Stroombegrenzing

Unet fnet Inet Inet UA Pmot Pmot 125 Inom Inom 125 Ps Ps 125 RBW_min PV PV 125

Aansluitingen/aanhaalmoment

Klemmen

Afmetingen

BxHxD

Massa

m

0075-5A3-4-00 828 526 8

3 x AC 380…500 V 50/60 Hz +/- 5% AC 14,4 A AC 18,0 A 3 x 0 … Unet 7,5 kW / 10 HP 11 kW / 15 HP AC 16 A AC 20 A 11,1kVA 13,9 kVA 47 Ω 290 W 370 W 150% Inom gedurende minimaal 60 seconden 4 mm² / AWG12 / 1,5 Nm / 13 ib in 105 x 335 x 238 mm / 13,2 x 4,13 x 9,37 in 5,0 kg / 11 ib


74

11.4 Heffen Het heffen wordt uitgevoerd door middel van een 9,2 kW motor. Deze driefasig asynchrone motor wordt aangestuurd door middel van een Movitrac B van het type MC07B0110 5A3 400. Deze drive kan vermogens aan tot 11kW. De gegevens van deze drive worden hieronder weergegeven. Tabel 5: Gegevens frequentieomvormer lift



Aansluitingen/aanhaalmoment

Klemmen

Afmetingen

BxHxD

Massa

m

0110-5A3-4-00 828 527 6

3 x AC 380…500 V 50/60 Hz +/- 5% AC 21,6 A AC 27,0 A 3 x 0 … Unet 11 kW / 10 HP 15 kW / 15 HP AC 24 A AC 30 A 16,6 kVA 20,8 kVA 22 Ω 400 W 500 W 150% Inom gedurende minimaal 60 seconden 4 mm² / AWG12 / 1,5 Nm / 13 ib in 130 x 335 x 229 mm / 5,12 x 13,2 x 9,02 in 6,6 kg / 15 ib


75

11.5 Vorken Het bewegen van de vorken gebeurt met behulp van een asynchrone motor. Deze eveneens driefasig asynchrone motor wordt aangestuurd door een Movitrac B van het type MC07B0005-5A3-400. Deze drive bevat echter de X17 klemmenstrook niet waardoor bij een noodsituatie de drive niet rechtsreeks in veilige modus kan worden geplaatst. De gegevens van deze drive worden hieronder weergegeven. Tabel 6: Gegevens frequentieomvormer vorken



Aansluitingen/aanhaalmoment Afmetingen

Klemmen BxHxD

Massa

m

0005-5A3-4-00 828 517 6

3 x AC 380…500 V 50/60 Hz +/- 5% AC 1,8 A AC 2,3 A 3 x 0 … Unet 0,55 kW / 0,74 HP 0,75 kW / 1 HP AC 2 A AC 2,5 A 1,4 kVA 1,7 kVA 68 Ω 40 W 45 W 150% Inom gedurende minimaal 60 seconden 4 mm² / AWG12 / 0,5 Nm / 4 ib in 80 x 185 x 163,5 mm / 3,1 x 7,28 x 6,437 in 1,5 kg / 3,3 ib


76

11.6 Aansluitschema

Figuur 71: Aansluitschema

Figuur 71 geeft het aansluitschema weer voor de drie drives. Er wordt gewerkt met een voedingsspanning van 3 x 400 VAC, dus is het rechts aansluitschema voor de voeding van toepassing. In de toepassing wordt geen gebruik gemaakt van de analoge aansluitingen bij aansluitstrook X10. De aansluitstrook X12 wordt gebruikt voor het aansturen van de drive, Optimalisatie automatische palletkraan

77

aansluitstrook X13 voor het aansturen van de rem en het uitsturen van de diagnosedata aan het overkoepelend besturingssysteem. Meer uitleg over de aansturing van de rem volgt later. In de datasheets van de frequentieregelaars staat duidelijk aangegeven welke kabelbeveiliging moet gebruikt worden evenals de sectie van de voedingskabel en motorkabel. Tabel 7: Aansluitgegevens frequentieomvormer

MOVITRAC B 400 / 500 V Kabelbeveiling Voedingskabel Motorkabel PE-Geleider

0005 10A 1,5 mm² 1,5 mm² 2 x 1,5 mm²

0075 16A 1,5 mm² 2,5 mm² 2 x 1,5 mm²

0110 25A 4 mm² 4 mm² 2 x 4mm²

11.7 Remmen De rijmotor en de liftmotor hebben een rem, dit is nodig om op een nauwkeurige plaats een pallet te kunnen afzetten. Echter heeft de vorkmotor geen rem, dit is immers niet noodzakelijk omdat de vorken constant dezelfde beweging moeten uitvoeren. Indien de sturing goed is afgeregeld, kunnen de vorken dan ook zonder rem functioneren. De rem wordt geschakeld via een relais (K12 op figuur 72) die wordt aangestuurd door uitgangen van de X13 aansluitstrook. In de opstelling van de automatische palletkraan wordt gelijk- en wisselstroomzijdige uitschakeling van de rem toegepast. Dit type aansluiting is specifiek voor hijstoepassingen en aandrijvingen die een snelle remreactie vereisen. Dit is dan ook van toepassing bij de automatische palletkraan. Als beveiliging tegen kortsluiting en thermische overbelasting worden er twee motorbeveiligingsschakelaars gebruikt.

Figuur 72 : Aansluiting Rem


78

11.7.1 Motorbeveiliging rem lift De motorbeveiliging voor de rem van de lift werd gevonden op basis van het remtype : BGE1,5. Tabel 8: Beveiliging rem lift

In Tabel 8 kan vervolgens een houdstroom van 1,5 A gevonden worden. In de datasheets van de SEW platenremmen staat hoe de motorbeveilingsschakelaar moet worden gedimensioneerd. Deze wordt gedimensioneerd op 1,1 keer de houdstroom van de rem. Bij de liftrem is dit: ‫ = ݒܾ݁ܫ‬1,1 ‫ ݔ‬1,5 = 1,65 ‫ܣ‬ Hiermee werd gekozen voor een beveiliging GV2 ME07 van Telemecanique met een stroom van 1,6 tot 2,5A instelbaar.


79

11.7.2 Motorbeveiliging rem rijden Deze beveiliging werd achterhaald op basis van het motortype: DV132S. Deze is terug te vinden in Tabel 9. Tabel 9: Houdstroom

Hieruit kan een houdstroom worden gehaald van 0,46A. ‫ = ݒܾ݁ܫ‬1,1 ‫ ݔ‬0,46 = 0,506 ‫ܣ‬ Hiermee werd gekozen voor een beveiliging GV2 ME07 van Telemecanique met een stroom van 0,4 tot 0,63A instelbaar.


80

11.8 Remweerstand Een remweerstand dient om overtollige energie, afkomstig van de generatorwerking van een motor, om te zetten naar warmte. Hierdoor wordt deze overtollige energie opgesoupeerd. In de toepassing van de automatische palletkraan is er overtollige energie bij het afremmen van de rijmotor. Ook de liftmotor zal overtollige energie opwekken bij het naar beneden laten van de lifteenheid. De opstelling van deze remweerstanden zijn opgegeven op figuur 73.

Figuur 73: Opstelling remweerstanden


81

11.9 Opstelling

Figuur 74: Opstelling Drives

Op figuur 74 zijn de drie frequentieomvormers zichtbaar. Het toestel links is de drive voor het rijden. Daarnaast staat de frequentieregelaar voor de lifteenheid. Het kleinere toestel rechtsboven staat in voor de werking van de vorken.

11.10 Veilige uitschakeling De frequentieregelaars van de rijmotor en liftmotor hebben een X17 aansluitklem. Op deze klem mag een contact binnengenomen worden van de veiligheidsrelais. Aan de hand van dit contact zal de drive, bij een noodstopsituatie, de motor op een gepaste manier tot stilstand brengen. Deze manier van uitschakelen is in overeenstemming met veiligheidscategorie 3 conform EN 954-1. Aangezien algemeen bekend is dat de automatische palletkraan moet voldaan aan categorie 2 mag deze opstelling gebruikt worden. Het aansluitschema is te zien op figuur 75. Hierbij wordt het contact van de veiligheidsrelais aangesloten op de klem 2 en 4 van de X17 aansluitstrook.


82

Figuur 75: Aansluitschema veiligheid

Echter om bovenstaande opstelling te mogen uitvoeren dienen er enkele voorwaarden voldaan te zijn: -

De kabellengte tussen aansluiting X17 en de veiligheidscomponent mag niet meer bedragen dan 100 meter. Dit om EMC redenen. Opstellen van een risicoanalyse zodat veiligheidscategorie 3 voldoende is. Er moet altijd voor gezorgd worden dat er geen spanning op de 24V –veiligheidsspanning komt te staan. De leiding tussen de veiligheidsbesturing en MOVITRAC B stekker X17 wordt degelijk aangeduid. Dit wordt uitgevoerd door middel van draadnummering. …

Verdere voorwaarden zijn te vinden in de handboeken “Veilige uitschakeling –Voorwaarden” [6] & “ Veilige uitschakeling applicaties” [7].


83

12. Elektrisch schakelbord 12.1 Inleiding Het elektrisch gedeelte van de automatische palletkraan was eveneens aan vernieuwing toe. De verouderde componenten waren niet meer verkrijgbaar in de groothandel en zorgden veelal voor problemen. Het elektrische schakelbord werd volledig opnieuw ontworpen met nieuwe bedrijfszekere componenten. In dit onderdeel wordt een toelichting gegeven bij het volledig elektrisch schakelbord. Welke componenten er gebruikt zijn, waarom en hoe deze in combinatie met elkaar geschakeld staan. In de oude opstelling was er slechts één schakelbord voorzien in de kraan. Nu is er een schakelbord voorzien in de kraan en één in de lift. Dit om het aantal signaalkabels, die via een rups van de schakelkast op de kraan naar de lift lopen, te beperken tot het minimum.

12.2 Busbar De stroomtoevoer werd oorspronkelijk uitgevoerd door een verouderde busbar waarvan er eveneens geen onderdelen meer te verkrijgen waren. Om diezelfde reden is deze dan ook vervangen door een nieuwer systeem. Op figuur 76 is duidelijk te zien dat de busbar bestaat uit 6 geleiders waarmee er energie of signalen kunnen worden overgedragen tot bij de automatische palletkraan.

Figuur 76: Nieuwe busbar


84

Het nieuwe systeem werkt op basis van een veersysteem. Koperen geleiders worden door een veer op de juiste delen van de busbar gedrukt. Dit wordt per geleider van de busbar dubbel uitgevoerd waardoor een dubbele verbinding wordt gecreëerd. Dit heeft als voordeel dat er minder storingen zullen optreden bij de energieoverdracht. Een groot nadeel van deze busbar is echter dat er slechts 6 geleiders ter beschikking zijn. Drie geleiders zorgen voor de voeding, er is dan nog één aardingsgeleider en twee signaalgeleiders. De twee signaalgeleiders zijn reeds nodig om het noodstopcontact en de deurcontacten rechtstreeks aan de veiligheidsrelais te kunnen aansluiten. Eveneens moet er op een betrouwbare manier van buitenaf aan de kraan meegedeeld worden dat deze in automatische mode mag functioneren. Voor deze laatste bediening is er geen geleider in de busbar voorzien, daarvoor wordt gebruik gemaakt van een veilig optisch toestel dat verder nog wordt besproken.

Figuur 77: Veersysteem busbar

12.3 Scheiderschakelaar De voeding voor de kraan is afkomstig van een schakelkast buiten de kraan. Deze is voorzien van de nodige scheiderschakelaar zodat de kraan spanningsloos kan worden geplaatst indien gewenst (zie figuur 78). Van zodra de hoofdschakelaar bediend is, zal er spanning staan op de vernieuwde busbar.


85

Figuur 78: Schakelkast buiten kraan

12.5 Optische meldingsogen De optische meldingsogen zijn zo geïmplementeerd dat zij de kraan kunnen meedelen dat het sleutelcontact, buiten het automatisch magazijn, in de automatische mode staat. Deze melding mag gebeuren via de normale datacommunicatie, via PROFIBUS DP en de optische dataogen. Bij een fout/storing in de communicatie kan dit een onveilige situatie tot gevolg hebben.

Figuur 79: Optische melder extern van kraan

Figuur 80 : Optische op kraan

Er wordt gebruik gemaakt van het duo optische melders LS 96M/P-3010-4 van Leuze electronic, hiervan is de zender van het type LSS 96M-1070-43 en de ontvanger van het type LSE 96M/P-3010-41.


86

12.6 Schakelkast kraan Het elektrisch schakelbord van de automatische palletkraan bevindt zich achteraan de kraan. Dit bevat alle elektrische onderdelen die nodig zijn om de kraan van alle bewegingen te voorzien. Echter is er nog één PROFIBUS DP eiland dat zich bevindt in de lifteenheid. De schakelkast van de kraan zorgt voor de voeding van alle elektrische onderdelen. Deze delen dienen echter wel voorzien te zijn van de nodige elektrische beveiligingen. Ook de frequentieomvormers van de rijmotor, liftmotor en vorkmotor bevinden zich in deze schakelkast. De schakelkast voorziet eveneens de nodige beveiliging voor zowel mens als machine.

Figuur 81: Schakelkast kraan

De voeding afkomstig van de busbar komt toe op een automaat die zorgt voor de elektrische beveiliging van de gehele kraan. De automatische palletkraan wordt gevoed met een 3 x 400 VAC + PE voeding waardoor de transformators en frequentieregelaars rechtstreeks gevoed kunnen worden.

Transformators

12.7

Er zijn echter vele elektrische componenten die niet op 400VAC werken. Daarom zijn er drie transformators belast met elk hun transformatietaak. -

Transformator 4T1

Deze transformator zet een 3 x 400V wisselspanning om in een 24V gelijkspanning. Met deze transformator worden volgende onderdelen van spanning voorzien: -

de ingangen van de ET 200S eilanden;


87

-

de uitgangen van de ET200S eilanden; de twee Interface modules van de ET 200S eilanden; de afstandsmetingen; de communicatieogen; alle andere schakelmodules ( relais, tellermodules,…).

De transformator trekt een nominale maximale stroom van 1,9A, daarom wordt er een instelbare beveiligingschakelaar 4Q1 voorzien van 1,6 tot 2,5A. -

Transformator 4T3

Deze transformator zet een 2 x 400V wisselspanning om in een 230V wisselspanning. Met deze transformator worden volgende onderdelen van spanning voorzien: -

ventilatie; ventielen voor het hydraulische remsysteem; verlichting; beide remmen; de veiligheidsrelais van de kraan.

De transformator trekt een maximale nominale stroom van 1,64A, daarom wordt er een instelbare beveiligingschakelaar 4Q3 voorzien van 1,6 tot 2,5A. -

Transformator 4T3

Deze laatste transformator zet een 2 x 400V wisselspanning om in een 24 V gelijkspanning. Deze transformator voorziet de hydraulische pomp (voor het blokkeersysteem) van voeding. Aangezien deze pomp een grote stroom vraagt, wordt er een aparte transformator voorzien. De transformator trekt een maximale nominale stroom van 2,15A, daarom wordt er een instelbare beveiligingschakelaar 4Q3 voorzien van 1,6 tot 2,5A.


88

12.8

Elektrische beveiligingen

Om alle elektrische onderdelen te beveiligen tegen kortsluiting en overbelasting wordt er gebruik gemaakt van installatieautomaten en motorbeveiligingsschakelaars. Tabel 10: Gegevens beveiligingen

Ter beveiliging van: De Volledige kraan Transformator 4T1 Transformator 4T3 Transformator 4T6 Hydraulische pomp De ingangen van de ET200S eilanden De uitgangen van de ET200S eilanden De interfacemodules van de ET200S eilanden De communicatieogen & de afstandsmeting Tellersystemen, relais en andere schakelmodules Ventilatie, ventielen & verlichting Veiligheidscontacten buiten Frequentieomvormer rijden Rem rijden Frequentieomvormer Lift Rem Lift Frequentieomvormer Vorken

Symboolnaam 3Q3 4Q1 4Q3 4Q6 4F6 5F1

Stroomsterkte 1,9A 1,64A 2,15A 20A 1A

Spanning 400VAC 400 VAC 400 VAC 400 VAC 24VDC 24VDC

5F2

16A

24VDC

5F4

1A

24VDC

5F5

1A

24VDC

5F7

4A

24VDC

6F2

4A

230VAC

6F4 8F0 9Q1 10F0 11Q1 12F0

4A 16A 0,506A 25A 1,65A 10A

230VAC 400VAC 230VAC 400VAC 230VAC 400VAC


89

12.9

Beveiligingssysteem

12.9.1 Inleiding Om de veiligheid van de machine en de bediener te garanderen dienen er enkele veiligheidssystemen te worden voorzien. Het veiligheidssysteem staat garant voor het uitschakelen van de kraan bij een abnormale situatie. De abnormale situaties zijn: -

Een noodstop die is ingedrukt. De rijsnelheid van de kraan is te hoog. De hef en daalsnelheid van de lifteenheid is te hoog. Een deur van het hekwerk die wordt geopend. Een van de eindeloopschakelaars die bediend worden. De stalen kabel, die de lifteenheid omhoog houdt, hangt slap.

Deze abnormale situaties worden door middel van twee veiligheidsrelais gecontroleerd. De veiligheidscategorie waaraan de veiligheidscircuits moeten voldoen is 2. Dit werd besloten bij het uitvoeren van een veiligheidsanalyse. 12.9.2 Veiligheidsrelais Een veiligheidsrelais staat garant voor het uitschakelen van alle bewegingen, die een toestel uitvoeren, bij een abnormale situatie. Als merk is gekozen Pilz omdat zij een enorm uitgebreid gamma hebben en bovenal al jarenlang garant staat voor hun veiligheidsfuncties. Het type veiligheidsrelais is de PNOZ Sigma Dit is de laatste generatie veiligheidsrelais van Pilz waarbij de aansturing en aansluiting gebruiksvriendelijker is gemaakt. Deze is dan ook beperkt qua inbouwgrootte.

Figuur 82: Pnoz sigma


90

12.9.3 Veiligheidsrelais 1 Een eerste veiligheidsrelais, de Pnoz S4, controleert alle noodstoppen, deurcontacten, de tellermodule voor het rijden, alle eindeloopschakelaars en de situatie van de andere veiligheidsrelais. Bij een noodstopsituatie zal de veiligheidsrelais zorgen, door het onderbreken van de veiligheidscontacten, voor de veilige stopzetting van alle bewegingen die de automatische palletkraan kraan op dat moment aan het maken was. De schematische voorstelling hiervan is op figuur 83 zichtbaar. Op de A1 & A2 aansluitklem wordt de voeding van 230 VAC aangesloten, de ingangen S11, S12, S21 & S22 worden gebruikt voor het detecteren van een noodstopsituatie. Via de ingang S34 wordt de veiligheidsrelais gereset na een noodstopsituatie. De uitgang Y32 wordt gebruikt om de besturingseenheid (vb. PLC) mee te geven dat de veiligheidsrelais al dan niet geschakeld staat. De contacten 13/14, 23/24, 33/34 en 41/42 zorgen ervoor dat de kraan onvoorwaardelijk stilvalt na een noodstopsituatie. De veiligheidsrelais dient ook nog ingesteld te worden (zie figuur 84), er moet ondermeer aangegeven worden op welk signaal de veiligheidsrelais opnieuw mag gereset worden. Een eerste manier van resetten is het leggen van een verbinding tussen S12 en S34. Een tweede en derde mogelijkheid van resetten is het zorgen voor een positieve of negatieve flank door de verbinding S12 en S34. Een tweede keuze is het al dan niet uitvoeren van redundantie. In de opstelling van de automatische palletkraan wordt gewerkt zonder redundantie en het resetten gebeurt op basis van een positieve flank.

Figuur 83: overzichtschema

Figuur 84: Instelling

Het aansluitschema van de veiligheidsrelais wordt weergegeven op het schema op figuur 85: er moet een gesloten verbinding zijn tussen de klemmen S11, S12 en S22 om de veiligheidscontacten te laten schakelen. De volgende voorwaarden moeten voldaan zijn: -

noodstop van het bedieningspaneel (AP2) op de lifteenheid: 17S1; controle van de maximum snelheid voor het rijden 16K4; controle van de snelheid bij de vertraging: 16F1 & 15K6;


91

-

de noodstop op de elektrische kast: 17S2; als de bedieningspeer (AP1) is aangesloten, de noodstop op de peer: 20S1; de eindeloop van de lifteenheid: 17S4; de eindeloop van de rijeenheid: 17S4.1; de tweede veiligheidsrelais: 18K2.

De eindelopen van de lifteenheid en de rijeenheid kunnen echter wel overbrugd worden door een bypass. Dit is noodzakelijk bij situaties waarbij de eindeloop door een of andere reden overschreden is. Zonder bypass zou het onmogelijk zijn om de kraan nog in beweging te krijgen aangezien desbetreffende eindeloop niet meer in gesloten toestand kan komen. Het resetten van de veiligheidsrelais gebeurt zoals eerder beschreven door middel van een positieve flank. Deze positieve flank wordt bekomen door ofwel de contactoren 15K6 & 42K2 ofwel de contactoren 15K2 & 40K3. Het onderscheid wordt gemaakt tussen de manuele of de automatische mode. Met behulp van de groene startknoppen wordt doorgegeven aan de PLC dat de veiligheidsrelais mag worden gereset. Deze startknoppen zijn te vinden op de peer, op de elektrische kast, op het bedieningspaneel van de lifteenheid en buiten het automatisch magazijn. In de manuele mode zal 15K2 geschakeld zijn door het sleutelcontact op de kraan, bij het bedienen van een startknop binnen het automatisch magazijn wordt 40K2 geschakeld (indien andere randvoorwaarden eveneens voldaan zijn). Aangezien zowel 15K2 als 40K2 geschakeld zijn wordt de veiligheidsrelais gereset. In automatische mode moet het sleutelcontact buiten en binnen de kraan op automatische mode staan, hiermee wordt contact 15K6 gesloten. Indien de startknop buiten het automatisch magazijn wordt bediend zal de relais 42K2 geschakeld worden (als de randvoorwaarden voldaan zijn). In automatische mode kan hiermee de veiligheidsrelais binnen het automatisch magazijn niet worden gereset. Dit zorgt voor een extra veiligheid naar de gebruikers toe.


92

Figuur 85: Veiligheidscircuit 1

De veiligheidsrelais verkrijgt zijn voeding via een externe omweg, namelijk via de externe noodstop en deurcontacten. Zo worden deze opgenomen binnen het veiligheidscircuit. Dit wordt voorgesteld op het overzicht op figuur 86.

Figuur 86: Aansluiting externe noodstoppen


93

12.9.4 Veiligheidsrelais 2 De tweede veiligheidsrelais, de Pnoz S2, verschilt op enkele punten van de eerste veiligheidsrelais. De tweede veiligheidsrelais werkt namelijk op een 24VDC spanning in plaats van op een 230VAC spanning. De taak van deze tweede relais bestaat uit het controleren van de snelheid van het heffen of dalen van de lifteenheid en de stalen kabels die de lifteenheid hijsen. De snelheid wordt gecontroleerd zodat de lifteenheid, door een of andere omstandigheid, niet zomaar naar beneden kan vallen. De wire monitoring controleert of de kabels strak gespannen zijn, indien dit niet het geval is, wijst dit erop dat de lifteenheid ergens blijven haperen is. De schematische voorstelling van deze veiligheidsrelais is hieronder te zien. De veiligheidscontacten worden gesloten indien er een 24VDC spanning tussen de klemmen A1 en A2 wordt aangesloten. Het resetten van de veiligheidsrelais gebeurt hier ook op de ingang S34. Bij een noodstopsituatie, waarbij de noodstopcontacten openen, sluiten de hydraulische remmen van de lifteenheid.

Figuur 87: Veiligheidsrelais Pnoz S2

Het aansluitschema van de veiligheidsrelais is te zien op figuur 88. De voorwaarden tot een 24VDC voeding op de klem A1 zijn de volgende: -

De snelheid mag niet te hoog zijn: 16F5. De kabel mag niet te slap zijn:18S2.

Ook deze wire monitoring wordt overbrugd door dezelfde bypass, dit om de kraan nog te kunnen bediennen indien de kabel wel degelijk te slap hangt. Het resetten van de veiligheidsrelais gebeurt indien de ventielen, die de hydraulische remmen bedienen, geschakeld staan en de hydraulische pomp geschakeld geweest is. Zolang de hydraulische pomp in werking is, kan het veiligheidscircuit niet gereset worden. Dit om voldoende tijd te hebben om de hydraulische druk terug op te bouwen, zo ontstaat er geen onveilige situatie.


94

Figuur 88: Veiligheidsrelais 18K2

12.9.5 Hydraulische remmen De hydraulische remmen zorgen voor het blokkeren van de lifteenheid bij een abnormale situatie. Deze abnormale situatie wordt aangegeven door de veiligheidsrelais 18K2 van de lifteenheid. De rem staat in zijn rustpositie geblokkeerd, dit door middel van veren die de rem tegen de slede duwen. Er moet altijd een hydraulische druk op het remsysteem aanwezig zijn, gezien dan pas de remmen open zullen gaan. Deze druk kan slechts opgebouwd worden als de ventielen 19Y2 & 19Y3 geschakeld zijn. Het schakelen van deze ventielen gebeurt op basis het elektrisch schema op figuur 89. Een eerste voorwaarde om deze te kunnen schakelen is dat de veiligheidsrelais 18K2 bekrachtigd is, vervolgens dient er met een drukknop 19S1 contact gegeven te worden aan 19K1. Door het overnamecontact staat er nu een continue spanning van 24VDC over de ventielen waarmee de remmen gedeblokkeerd worden.


95

Figuur 89: Schema ventielen

Echter moet eerst de hydraulische druk door de pomp worden opgebouwd, dit wordt gestuurd via de hoofdbesturing. Deze hoofdbesturing zal, via het ET200S eiland, een relais (42K1) aanschakelen die voeding toelaat tot bij de hydraulische pomp. Deze voeding is afkomstig van een aparte transformator. Aangezien de hydraulische pomp een grote stroom eist, wordt een dubbele bedrading voorzien van de elektrische schakelkast tot bij de pomp.


96

Figuur 90: Hydraulisch schema

Figuur 91: Hydraulische pomp


97

12.10 Tellermodules 12.10.1

Inleiding

Figuur 92: Tellermodule

Met behulp van twee tellermodules wordt de snelheid van de kraan en de lifteenheid gecontroleerd. Het toestel zal op basis van de snelheid zorgen voor de uitschakeling van de veiligheidsrelais. De tellermodules zijn van het type DD2002 van het merk ifm electronic. De teller werkt op basis van pulsen. Deze pulsen zijn afkomstig van een inductieve sensor of van een meelopend wiel dat pulsen genereert. 12.10.2

Snelheidscontrole rijden

De automatische palletkraan wordt bij het rijden gecontroleerd op twee verschillende snelheden. In eerste instantie wordt er gecontroleerd of de maximumsnelheid van de kraan niet wordt overschreden. De snelheid van de kraan bij het overschrijden van de vertragingscontacten wordt eveneens gecontroleerd. De snelheid moet namelijk na een ingestelde tijd onder een ingestelde waarde gedaald zijn. De pulsen worden gegeven door een gatensysteem in het rijwiel. Een inductieve sensor zal pulsen genereren door het passeren van de gaten. Dit wordt voorgesteld op figuur 93. Het is de bedoeling om later dit gatensysteem te vervangen door een meelopend wiel dat pulsen genereert. Dit heeft als voordeel dat er veel minder mechanisch werk moet worden uitgevoerd.


98

Figuur 93: Gatensysteem in wiel

De schematische voorstelling van de gehele opstelling wordt weergegeven op figuur 95. De tellermodule wordt gevoed door een 24VDC spanning. Het signaal van de inductieve sensor, die zijn spanning verkrijgt van de tellermodule zelf, is aangesloten op de aansluitklemmen 4 en 11. Deze twee ingangen analyseren de pulsen en berekenen de snelheid. De eerste ingang (aansluitklem 4) wordt gebruikt voor het controleren van de vertraagde snelheid, indien deze niet voldaan is zal het eerste contact (aansluitklemmen 13,14 & 15), normaal open of gesloten naar keuze, geschakeld worden. De tweede ingang (aansluitklem 11) zorgt voor de controle van de maximum snelheid. Afhankelijk van deze voorwaarde zal het contact (aansluitklemmen 19,20 & 21) bediend worden. Het pulssignaal wordt eveneens aangesloten op een digitale ingang van het ET200S eiland, dit voor verdere analyse van de snelheid door de PLC. De twee contacten beïnvloeden het noodstopcircuit bij de veiligheidsrelais (17K2) voor de gewone noodstopsituatie. De veiligheidsrelais zal dus uitgeschakeld worden indien niet voldaan is aan de snelheidsvoorwaarden. Op figuur 94 is een deel van het veiligheidscircuit weergegeven. Indien de maximum snelheid te hoog is, zal 16K4 inschakelen waardoor het circuit wordt onderbroken met als gevolg het schakelen van de veiligheidsrelais. Het contact dat geschakeld wordt indien er niet in vertraagde snelheid wordt gereden wordt overbrugd door een contact van relais 15K6. Deze relais wordt geschakeld door het vertragingscontact. Zolang er niet in vertraagde snelheid moet worden gereden zal 15K6 geschakeld zijn. Indien de kraan vertraagd dient te rijden zal 15K6 in zijn rustpositie, normaal op positie, komen te staan. In deze situatie zal het dus afhankelijk zijn wat de schakeltoestand is van het contact van de tellermodule. Indien gesloten, wat wil zeggen dat voldaan is aan de snelheidseis, blijft het veiligheidscircuit gesloten. Indien dit niet het geval is, komt het contact in open positie waarmee het veiligheidscircuit onderbroken wordt. Optimalisatie automatische palletkraan

99

Figuur 94 : Deel veiligheidcircuit

Figuur 95 : Tellermodule rijden


100

12.10.3

Snelheidscontrole heffen/dalen lifteenheid

Bij het heffen/dalen van de lifteenheid wordt enkel de maximum snelheid gecontroleerd. Indien de lifteenheid valt, zal de snelheid hoger worden dan normaal waardoor de tellermodule zal schakelen. Dit zal tot gevolg hebben dat de twee blokkeerremmen ingeschakeld worden. Voor het meten van de snelheid wordt net als bij het rijden met een pulssysteem gewerkt. Echter zijn de pulsen nu niet afkomstig van een inductieve sensor maar van een meelopend wiel. Dit meelopend wiel genereert pulsen afhankelijk van de snelheid. Deze pulsgenerator is te zien op figuur 96.

Figuur 96: Pulsgenerator

De opstelling van de tellermodule voor het heffen is gelijkaardig aan deze van het rijden. De schematische voorstelling wordt gegeven op volgende bladzijde. Deze tellermodule wordt eveneens gevoed met een 24VDC spanning. De spanning voor het meelopend wiel wordt geleverd door de tellermodule. Het pulssignaal wordt opnieuw aangesloten op de klemmen 4, 11 en op een digitale ingang van het ET200S eiland. Dit laatste voor verdere analyse van de snelheid door de PLC.


101

Figuur 97: Contact in veiligheidscircuit

Het uitgaande contact van de tellermodule, dat wordt geschakeld als de snelheid te groot is, is opgenomen in het veiligheidscircuit van het veiligheidrelais van de lifteenheid. Indien de voorwaarde, snelheid niet te hoog, voldaan is, blijft het contact in zijn normaal gesloten positie en is het veiligheidscircuit gesloten. Indien de snelheid van het heffen of dalen te hoog is, zal het contact schakelen waardoor het veiligheidscircuit onderbroken wordt. Hiermee zal de veiligheidsrelais 18K2 geschakeld worden met het toeslaan van de blokkeerremmen tot gevolg.

Figuur 98 : Tellermodule heffen/dalen


102

12.10.4 Instellingen De tellermodules worden handmatig ingesteld met behulp van drukknoppen. Via deze drukknoppen wordt door het menu gegaan en kan de tellermodule geparametreerd worden.

Figuur 99 : Menu


103

Tabel 11: Parameters tellermodule

Beschrijving Parameter

Instelling

(x = kanaal) DIM

Deze parameter geeft aan in welke eenheid de snelheid wordt weergegeven, namelijk in Hz of RPM (Dimension: display format) Number of Cams for input channel x

RPM

NCx

1

FOx

Schakelfuncties (meer uitleg volgt) (Function Output for Out x (switching function for output x))

3

SPx

Setpoint: snelheid die niet mag overschreden worden

Afhankelijk van de functie

(Switch Point for output x)

(rijden/heffen/dalen)

Hysteresisband

2%

HYx

(Hysteresis for output x) STx

Vertragingstijd bij het aansluiten van de voeding

0

(Start-up delay for output x) DTx

vertragingstijd dat de snelheid mag overschreden worden (Delay time for output x)

0 bij heffen en dalen 0 bij de controle op maximum snelheid rijden 2s bij controle op de vertragingssnelheid

FTx

Puls die aangeeft dat de tellermodule terug in normale werking is

0

(Fleeting time for output x) SOx

Vergrendelen van de uitgang na een schakelactie

0

Store Output for Out x


104

12.10.5 Schakelfunctie De tellermodule kan in meerdere functies werken, deze functie wordt ingesteld in de parameter Fox. De functie omschrijft wanneer een uitgang geschakeld wordt. Er kunnen 6 functies geselecteerd worden voor elk van de twee uitgangen per tellermodule. Functie 1 :

De uitgangstrap wordt bekrachtigd indien de actuele waarde onder het setpunt is.

Functie 2 :

De uitgangstrap wordt uitgeschakeld uitgeschakeld wanneer de actuele waarde onder het setpunt valt.

Functie 3:

De uitgangstrap wordt bekrachtigd indien de actuele waarde boven het setpunt gaat.

Functie 4:

De uitgangstrap wordt uitgeschakeld wanneer de actuele waarde boven het setpunt gaat.

Functie 5:

De uitgangstrap wordt aangetrokken indien de snelheid binnen een bepaalde gebied ligt.

Functie 6:

De uitgangstap wordt uitgeschakeld indien de snelheid binnen een bepaald gebied ligt.

De tellermodules zijn zowel voor het controleren van de twee snelheden bij het rijden als voor de controle van snelheid bij het heffen en dalen ingesteld in functie 3. Het functiediagram wordt hieronder meegegeven. Wanneer de actuele waarde tot over de ingestelde snelheidswaarde (setpunt) komt, wordt de uitgangstrap bekrachtigd. De uitgangstrap gaat terug in rustpositie wanneer de actuele snelheid onder de waarde van het SetPoint min de hysteriswaarde (percentagewaarde van de SetPoint) komt. De controle van het rijden bij vertraagde snelheid zal op één item verschillen met de andere twee controles (maximum snelheid rijden en heffen/dalen). Er wordt namelijk gebruik gemaakt van de vertragingstijd tDT, de kraan moet namelijk de kans krijgen om te vertragen na het overrijden van een vertragingscontact.


105

Figuur 100: Functiediagram


106

12.11 Resultaat Op figuur 101 staat de schakelkast afgebeeld zoals deze was bij de aanvang van de masterproef. De vernieuwde schakelkast staat op figuur 102.

Figuur 101: Oude schakelkast


107

Figuur 102: Nieuwe schakelkast


108

12.12 Schakelkast Lifteenheid De schakelkast van de lifteenheid bevat quasi enkel een PROFIBUS DP eiland, dit om het aantal signaalkabels te beperken die via een meelopende rups tot bij de schakelkast van de kraan moeten komen. Deze meelopende rups bevat nu ook een PROFIBUS kabel waarmee de nodige signalen worden doorgezonden naar de schakelkast en hoofdbesturing. In deze schakelkast zit ook de pulsgenerator om de snelheid van de lift te controleren.

Figuur 103: Elektrische schakelkast Lift


109

13. Vorkenbord Het vorkenbord heeft eveneens een vernieuwing doorgemaakt. De DC motor is vervangen geweest door een 3 fasige asynchrone motor. De keuze naar frequentieomvormer en motor alsook het plaatsen van de motor zijn uitgevoerd geweest door de mensen van TVH omdat er anders te weinig tijd zou zijn om de masterproef af te werken. Het elektrisch gedeelde, aansturen van motor en frequentieomvormer, behoorde echter wel tot de masterproef.

Figuur 104: Vorkenbord


110

14. VDM100 14.1 Inleiding In dit deel van de masterproef wordt het toestel voor de afstandsmeting van naderbij bekeken. Hier zijn dan ook vooral de technische aspecten belangrijk. Zoals de snelheid, nauwkeurigheid en nog veel meer andere parameters. Echter kunnen niet alle aspecten van deze afstandsmetingen doorgenomen worden, hiervoor wordt verwezen naar de literatuur [8].

Figuur 105: Afstandsmeting

14.2 Eigenschappen Als afstandsmeting is gekozen voor de VDM100-50-P en de VDM100-150-P van de fabrikant Pepperl+Fuchs. Deze hebben de volgende belangrijkste eigenschappen: Tabel 12: Technische eigenschappen afstandsmeters

Bereik Lichttype Metingmethode Voedingsspanning Reflector Levensduur Interface Maximale snelheid Transmissiesnelheid Meetnauwkeurigheid Meetsnelheid Standaard

VDM100-50-P VDM100-150-P 0,3 …50 meter 0,3…150 meter Infrarood licht 905nm Pulse Range Technologie 18…30VDC Aangeraden Noodzakelijk >100000uren PROFIBUS DP 15m/s 9,6 kbit/s….12Mbit/s 2,5mm(>3m) en 3,5mm (0,3 tot 3m) 1ms EN 61326-1


111

14.3 Meettechnologie Door middel van de Pulse Ranging Technologie (PRT) worden de afstanden opgemeten. In het Pulse Range Technology proces, zendt een laserdiode korte lichtpulsen uit die op het doelobject worden gereflecteerd en vervolgens door een lichtgevoelig ontvangerselement worden ontvangen. Dit is een nieuwe technologie die geen invloed heeft van omgevingsomstandigheden zoals vreemd licht en andere sensoren. De vroegere systemen zonden permanente lichtbundels uit terwijl dit systeem de meting uitvoert via discrete lichtpulsen. Dit zal dan ook een nauwkeurig, betrouwbaar en reproduceerbaar resultaat opleveren.

Figuur 106: PRT

14.4 Aansluitschema

Figuur 107: Aansluiting


112

Door middel van M12 aansluitingen worden de afstandsmeters aangesloten. De voeding wordt aangesloten op de Power aansluiting. Connectie met het PROFIBUS DP netwerk wordt gemaakt via “Bus IN” en “Bus Out/Termination” Het PROFIBUS DP netwerk kan door een op maat gemaakte afsluitweerstand worden afgesloten.

Figuur 108: Afsluitweerstand

14.5 Display

Figuur 109: Display Tabel 13: Displayfuncties

1 2 3 4 5 6

Voedingsled scherm Zichtbaarheid Fout Busfout bedieningsfuncties

Door middel van het display is de gebruiksvriendelijkheid groot. Op het scherm kan de afstand worden afgelezen. Instellingen uitvoeren kan eveneens door de bedieningsfuncties. Door de signalisatie is de toestand van de afstandsmeter vlug achterhaald.


113

14.6 Hulpstukken Spiegel: voor de verticale afstandsmeting, de stof die op het scherm zou komen kan voor storingen zorgen. Zie figuur 110.

Figuur 110: Spiegel

Montagehulp: om de afstandsmeter op een geschikte manier te bevestigen aan een onderdeel. Zie figuur 111.

Figuur 111: Montagehulp


114

15. LS611 In dit deel van de masterproef wordt het toestel voor de optische datacommunicatie van dichterbij bekeken, vooral naar de technische aspect toe. Deze technische aspecten zijn ondermeer de snelheid, type belichting en nog vele andere parameters. Echter kunnen niet alle aspecten van deze optische ogen worden doorgenomen, hiervoor wordt verwezen naar de literatuur.[9]

Figuur 112: Optische communicatieogen

15.1 Eigenschappen Als optisch datacommunicatiesysteem is gekozen voor de LS611-DA-P van Pepperl+Fuchs. Deze heeft de volgende belangrijkste eigenschappen. Tabel 14: Eigenschappen optische ogen

Bereik Lichttype Interfacetype Datasnelheid Voedingsspanning

LS611-DA-P 0…150 meter Infrarood, wissellicht PROFIBUS DP,FMS,MPI Instelbaar tot 1500kBit/s 18…30VDC


115

15.2 Communicatie Het toestel bevat twee ogen, namelijk één voor het ontvangen van data een één voor het zenden van data. Het is dus een Full Duplex systeem, tegelijk zenden en ontvangen. Dit wordt schematisch afgebeeld op figuur 113.

Figuur 113: communicatieprincipe

15.3 Elektrische aansluiting

Figuur 114: Aansluitingen

Het aansluiten kan gerealiseerd worden door dezelfde aansluitingen van bij de afstandsmeting, namelijk met de M12 aansluitingen. De voeding wordt aangesloten aan de power aansluiting en de PROFIBUS aansluitingen kan gerealiseerd worden door de aansluitingen “Bus IN en “BUS OUT/Termination”. Ook hier kan een afsluitweerstand worden aangesloten.

15.4 Display

Figuur 115: Display


116

Via de display van het toestel kan een snelle diagnose worden uitgevoerd. De signalisatie staat voor: PWR: Voeding aangesloten ERR: Toestel in fout RX: Ontvangen van data TX: Verzenden van data Signal: geeft aan hoe sterk de connectie is met het andere optische communicatieoog. 1500,500,187,93: geeft de snelheid van de datacommunicatie weer, deze kan veranderd worden door de groene knop ernaast.

15.5 Combinatie met afstandsmeting Het combineren van het afstandsoog met het communicatietoestel mag echter niet zonder voorwaarden worden gerealiseerd. Het kan zijn dat de twee elkaar zouden storen. De twee systemen mogen zich niet dichter dan één meter van elkaar bevinden.

Figuur 116: Combinatie

15.6 Hulpstukken Het enige hulpstuk dat hierbij wordt gebruikt is de montagehulp.

Figuur 117: Montagehulp


117

16. Besluit Thermote & Vanhalst had aanvankelijk vier automatische palletkranen (Accalonkranen) die dringend aan vernieuwing toe waren. Hiervan is er één reeds volledig voorzien van vernieuwde technologieën door deze masterproef. De reden voor deze vernieuwing was dat alle onderdelen van de kranen verouderd waren en quasi niet meer in de groothandel verkrijgbaar zijn. Deze verouderde onderdelen zorgden dan ook voor steeds meer fouten en defecten. Een foutenanalyse uitvoeren op afstand was quasi onbestaande waardoor men zich telkens op locatie moest begeven om een defect op te lossen. De visualisatie op afstand was quasi onbestaande. Een volledig herwerkt besturingssysteem met nieuwe componenten zorgt nu voor de aansturing van de Accalonkraan. De logica zit echter niet meer in de kraan zelf maar wordt gecentraliseerd buiten de kraan in één hoofdbesturing. In de kraan zitten er enkel nog PROFIBUS DP eilanden die voorzien zijn van in- en uitgangen, deze worden geschakeld, binnengelezen en verwerkt door de hoofdbesturing. De communicatie tussen de hoofdbesturing en de PROFIBUS DP eilanden gebeurt nu met nieuwe optische communicatieogen. Er zijn nu ook twee optische afstandsogen geïmplementeerd waardoor de pulslatten, waarmee vroeger de afstand werd gemeten, mochten worden verwijderd. De automatische palletkraan is nu ook voorzien van een volledig vernieuwde schakelkast met de modernste toestellen en technologieën. Momenteel rijdt de automatische palletkraan enkel in manuele mode, de volgende fase is het programmeren van de automatische modus. Eens de kraan een geruime tijd in productie is genomen en zijn degelijkheid heeft bewezen kunnen de drie andere Accalonkranen omgebouwd worden zoals de eerste Accalon palletkraan. Alle logica voor de vier kranen wordt dan verzameld in één hoofdbesturing wat de diagnose voor de onderhoudsmensen eveneens een stuk gemakkelijker zal maken. Deze hoofdbesturing is via ethernet TCP/IP gekoppeld op het netwerk van TVH, waardoor het visualiseren van de kraan mogelijk wordt gemaakt. De visualisatie moet wel nog verder worden uitgebouwd, alle technologieën zijn voorzien maar de visualisatiesoftware, op de computers van het SCADA lokaal, moet nog worden voorzien. Hiermee kunnen de mensen van het onderhoudsteam dan vlugger een diagnose stellen en problemen oplossen van op afstand.


118

17. Literatuurlijst [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

TVH. Thermote & Vanhalst. Available: www.tvh.com I. D. S. Stijn, "Technisch constructie dossier Accalon," ed, p. 52. Veiligheidsdienst, "VIK 902 OPERATOREN ACCALON MAGAZIJN," ed, p. 2. Veiligheidsdienst, "VIK 801 TECHNIEKERS ACCALON MAGAZIJN," ed, 2006, p. 3. S. n.v. Siemens NV. Available: www.siemens.be S. EURODRIVE, MOVITRAC BVeilige uitschakeling-voorwaarden, 2007. S. EURODRIVE, MOVITRAC BVeilige uitschakeling-applicaties, 2006. Pepperl+Fuchs. (2009). Manual VDM100. Pepperl+Fuchs, Manual LS611-DA, 2008.


119

Voorwoord. Optimalisatie automatische palletkraan 1

Recommend Documents