Voorwoord. Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

Voorwoord Voor mijn stage en eindwerk, heb ik voor het bedrijf Unilin Decor BVBA gekozen. Ik leerde het bedrijf kennen via een jobavond. Het sterk geautomatiseerd productieproces sprak mij aan, daarom nam ik ook zelf het initiatief, en vroeg ik om een eindwerkopdracht. Na enkele contacten was alles geregeld. Ik nam zelf de beslissing om stage te volgen. De stage was voor mij de ideale voorbereiding op het eindwerk. Ik ben zeer tevreden over de medewerking en steun in het bedrijf, bij deze wil ik dan ook het bedrijf en in bijzonder dhr. Hendrik Vanderbeken danken. Ook wil ik de mensen van het PIH bedanken en in bijzonder dhr. Kurt Stockman en dhr. Steve Dereyne. Daarnaast wil ik nog mijn vriendin en familie bedanken voor hun steun. Tenslotte wil ik mijn ouders bedanken omdat ze het mogelijk maakten om deze studies aan te vatten.

______________________________________________________________________ Optimaliseren van de barcodelabeller

I

_________________________________________________________________________

Inhoudsopgave Voorwoord...................................................................................................................................I Inhoudsopgave........................................................................................................................... II Symbolenlijst ............................................................................................................................. V Lijst met figuren .......................................................................................................................VI Lijst van Bijlagen .....................................................................................................................IX Inleiding...................................................................................................................................... 1 1

2

De verpakkingslijn.............................................................................................................. 3 1.1

De opbouw.................................................................................................................. 3

1.2

De barcodelabeller...................................................................................................... 7

1.2.1

Omschrijving + situering .................................................................................... 7

1.2.2

De opbouw van de barcodelabeller .................................................................... 7

1.2.3

Aanleiding van de optimalisatie ....................................................................... 11

1.2.4

De doelstellingen van het eindwerk.................................................................. 13

1.2.5

Werkwijze......................................................................................................... 13

Algemeen machine onderzoek.......................................................................................... 14 2.1

Algemene onderzoeksflowchart ............................................................................... 14

2.1.1 2.2

Doelstellingen flowchart................................................................................... 14 Toegepast op de barcodelabeller .............................................................................. 15

2.2.1

Opstellen algemene flowchart werking ............................................................ 15

2.2.2

Opstellen detail flowchart................................................................................. 16

2.2.3

Onderzoek van de elektrische bedrading.......................................................... 18

2.2.3.1

Communicatie met de Willet Printer............................................................ 18

2.2.3.2

Communicatie met rollenbaan (=ceratec) .................................................... 19

2.2.3.3

Communicatie met de SPC200 module van FESTO.................................... 19

2.3

Risico analyse ........................................................................................................... 20

2.3.1

3

Risico-inschatting ............................................................................................. 20

2.3.1.1

Risicoanalyse RIE-A .................................................................................... 21

2.3.1.2

Risicobeoordeling RIE-B ............................................................................. 21

2.3.1.3

De EN954 norm............................................................................................ 22

Geoptimaliseerde werking van de machine...................................................................... 23 3.1

Opstellen SPC200 configuratie ................................................................................ 23


II

_________________________________________________________________________ 3.1.1

Inleiding............................................................................................................ 23

3.1.2

De opstelling..................................................................................................... 23

3.1.3

De pneumatische configuratie .......................................................................... 24

3.1.3.1

De lineaire aandrijving type DGPL.............................................................. 25

3.1.3.2

MPYE-S-……-B; proportioneel wegventiel ................................................ 27

3.1.4

Het positioneersysteem van Festo .................................................................... 30

3.1.4.1

Werkingsprincipe.......................................................................................... 30

3.1.4.2

De SPC 200 module ..................................................................................... 31

3.1.4.3

SPC-AIF-POT: as interface .......................................................................... 35

3.1.4.4

MLO- POT- …-TLF: wegmeetsysteem ....................................................... 36

3.1.5

De besturing van de SPC 200 ........................................................................... 37

3.1.5.1

een I/O kaart van de SPC 200 module verbonden met een PLC.................. 38

3.1.5.2

Record selection ........................................................................................... 39

3.1.5.3

Programmeerstrategie................................................................................... 43

3.1.5.4

Een Profibus DP interface verbonden met de PLC ...................................... 45

3.2

Opstellen nieuw elektrisch en pneumatisch schema met eplan ................................ 46

3.2.1

Inleiding............................................................................................................ 46

3.2.2

Noodstop relais ................................................................................................. 46

3.2.2.1

Definitie noodstop werking .......................................................................... 46

3.2.2.2

Actie van het noodstop relais........................................................................ 47

3.2.3

Keuze van de 24V voeding............................................................................... 48

3.2.4

De beveiliging .................................................................................................. 49

3.2.5

De klemmenstroken.......................................................................................... 49

3.2.6

Het type PLC .................................................................................................... 50

3.2.7

Ontwerp van een de stuurkast........................................................................... 51

3.3

Opstellen van het besturingsprogramma met step 7................................................. 52

3.3.1

Inleiding............................................................................................................ 52

3.3.2

Programma structuur ........................................................................................ 53

3.3.3

Verklaring programmastructuur ....................................................................... 53

3.3.3.1

Organisatiebouwstenen................................................................................. 53

3.3.3.2

De functiebouwstenen, databouwstenen en functies .................................... 54

3.3.4

Vlotte fouthandeling ......................................................................................... 55

3.3.5

Vlotte aansturing van de pneumatisch as via stappensturing. .......................... 57

3.3.6

Invoeren PID warmteregeling .......................................................................... 59

______________________________________________________________________ III Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ 3.3.6.1

Doel .............................................................................................................. 59

3.3.6.2

De algemene regelkring................................................................................ 60

3.3.6.3

De PLC regelkring........................................................................................ 62

3.3.6.4

Werking van FC105 ..................................................................................... 63

3.3.6.5

Werking van FC106 ..................................................................................... 64

3.3.6.6

Structuur van FB41....................................................................................... 65

3.3.6.7

PLC – instellingen voor de verwarming....................................................... 68

3.3.7 3.4

Opstellen nieuwe interface met protool.................................................................... 71

3.4.1

Inleiding............................................................................................................ 71

3.4.2

Flowchart interface ........................................................................................... 72

3.4.3

Handleiding interface schermen ....................................................................... 73

3.4.3.1

Bedieningsschermen..................................................................................... 73

3.4.3.2

Actie bij een foutmelding ............................................................................. 76

3.5

4

Nieuwe flowchart werking na invoering verwarming...................................... 70

Mechanische optimalisatie ....................................................................................... 77

3.5.1

Inleiding............................................................................................................ 77

3.5.2

Optimalisatie van het PAD ............................................................................... 77

3.5.3

Optimalisatie van de draaibeweging................................................................. 78

In gebruik name en verfijning .......................................................................................... 79 4.1

Overzicht van de werkwijze ..................................................................................... 79

4.2

De ombouw .............................................................................................................. 80

4.2.1 4.3

Problemen bij de ombouw................................................................................ 80 Het testen van de barcodelabeller............................................................................. 81

4.3.1

Optimalisatie van de stappensturing................................................................. 81

4.3.2

Optimalisatie van de verwarming..................................................................... 81

4.3.2.1 4.3.3

De tijdsconstante .......................................................................................... 81 Optimalisatie van het positioneergedrag van de SPC200................................. 86

Besluit....................................................................................................................................... 89

______________________________________________________________________ IV Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

Symbolenlijst A-as:

Rotatie om de X-as.

DO+0:

Uitgangsbyte 0

DO+1:

Uitgangsbyte 1

FB:

Functiebouwsteen

FC:

Functies

I/O:

Digitale in- en uitgangen

OB:

Organisatiebouwsteen

OP 7:

Operating Panel type 7 (bedieningspaneel)

PAD:

Etiketdrukker van de barcodelabeller

PLC:

Programmable (programmeerbare) Logische Controller

RIE-A:

Risicoanalyse

RIE-B:

Risicobeoordeling

STAT:

Statische data

VAT:

Variabelentabel

X-as:

Verticale bewegingsrichting volgens het rechtsdraaiend assenstelsel

Y-as:

Horizontale bewegingsrichting volgens het rechtsdraaiend assenstelsel


V

_________________________________________________________________________

Lijst met figuren Figuur 1–1: Verpakkingslijn; stap 1 ........................................................................................... 3 Figuur 1–2: Verpakkingslijn; stap 2 ........................................................................................... 3 Figuur 1–3: Verpakkingslijn; stap 3 ........................................................................................... 4 Figuur 1–4: Verpakkingslijn; stap 4 ........................................................................................... 4 Figuur 1–5: Verpakkingslijn; stap 5 ........................................................................................... 5 Figuur 1–6: Verpakkingslijn; stap 6 ........................................................................................... 5 Figuur 1–7: Verpakkingslijn; stap 7 ........................................................................................... 6 Figuur 1–8: Verpakkingslijn; stap 8 ........................................................................................... 6 Figuur 1–9: Principewerking van de barcodelabeller................................................................. 7 Figuur 1–10: a) Beperkte mogelijkheden met OP3, b) Slordige elektrische bekabeling ........ 11 Figuur 1–11: c) Slordige pneumatische bekabeling, d) Slechte montering (veren) ................. 12 Figuur 2–1: Algemene onderzoeksflowchart ........................................................................... 14 Figuur 2–2: Algemene Flowchart............................................................................................. 15 Figuur 2–3: Detail flowchart werking ...................................................................................... 17 Figuur 2–4: Schema open collector uitgang ............................................................................. 18 Figuur 2–5: Flowchart risico analyse ....................................................................................... 20 Figuur 2–6: Bepaling van de fysische grenzen......................................................................... 21 Figuur 2–7: EN 954 norm......................................................................................................... 22 Figuur 3–1: Pneumatisch schema ............................................................................................. 24 Figuur 3–2: De lineaire aandrijving type DGPL ...................................................................... 25 Figuur 3–3: doorsnede DPGL-aandrijving ............................................................................... 25 Figuur 3–4: voorstelling lineaire aandrijving + accessoires..................................................... 26 Figuur 3–5: symbool proportioneel 5/3 ventiel ........................................................................ 27 Figuur 3–6: keuzediagram, ventiel volgens aandrijving (DGPL) ............................................ 29 Figuur 3–7: regelschema .......................................................................................................... 30 Figuur 3–8: blokschema van de gesloten regelkring ................................................................ 30 Figuur 3–9: De SPC module..................................................................................................... 31 Figuur 3–10: Overzicht ingangskaart ....................................................................................... 33 Figuur 3–11: Overzicht uitgangskaart ...................................................................................... 34 Figuur 3–12: as interface aansluitingen.................................................................................... 35 Figuur 3–13: aansluiten van meerdere assen............................................................................ 35 Figuur 3–14: wegmeetsysteem ................................................................................................. 36 ______________________________________________________________________ VI Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ Figuur 3–15: principe voorstelling I/O kaart............................................................................ 38 Figuur 3–16: Werking instelbits ............................................................................................... 38 Figuur 3–17: Voorstelling van de programmacode................................................................. 39 Figuur 3–18: werkingsdiagram 1.............................................................................................. 40 Figuur 3–19: werkingsdiagram 2.............................................................................................. 41 Figuur 3–20: Flowchart spc werking........................................................................................ 42 Figuur 3–21: een profibus DP interface verbonden met de PLC ............................................. 45 Figuur 3–22: links: oude kast, rechts:nieuwe kast.................................................................... 46 Figuur 3–23: klemmenstrook type UDK 4-DUR, Phoenix ...................................................... 49 Figuur 3–24: voorstelling CPU 313 -C .................................................................................... 50 Figuur 3–25: Ontwerp van de stuurkast ................................................................................... 51 Figuur 3–26: Algemene programma structuur ......................................................................... 53 Figuur 3–27: Aanmaken fout_variabelen ................................................................................. 55 Figuur 3–28: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 2 (FB1) ........................ 56 Figuur 3–29: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 1 (FB1) ........................ 56 Figuur 3–30:programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 3 (FC30) ....................... 56 Figuur 3–31: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 4 (FC30) ...................... 56 Figuur 3–32: verwarmingselement........................................................................................... 59 Figuur 3–33: Verwarmingsregelkring ...................................................................................... 60 Figuur 3–34: PLC regelschema ................................................................................................ 62 Figuur 3–35: Herschaal functie FC105 .................................................................................... 63 Figuur 3–36: Schaal functie FC106.......................................................................................... 64 Figuur 3–37: structuur FB41 deel 1.......................................................................................... 65 Figuur 3–38: structuur FB41 deel 2 en 3.................................................................................. 67 Figuur 3–39: Instelling oproeptijd OB35 ................................................................................. 68 Figuur 3–40: Instelling analoge ingangskaart .......................................................................... 69 Figuur 3–41: Instelling analoge uitgangskaart ......................................................................... 69 Figuur 3–42: Flowchart werking met verwarming................................................................... 70 Figuur 3–43: links: oude interface, rechts:nieuwe interface..................................................... 71 Figuur 3–44: flowchart interface .............................................................................................. 72 Figuur 3–45: links: oude PAD montage, rechts:nieuwe PAD montage ................................... 77 Figuur 3–46: 3D voorstelling nieuw PAD................................................................................ 77 Figuur 3–47: voorstelling Pad met blokkeercilinder ................................................................ 78 Figuur 4–1: Flowchart van de werkwijze ................................................................................. 79 ______________________________________________________________________ VII Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ Figuur 4–2: Aanleggen van een stapresponsie ......................................................................... 82 Figuur 4–3: Bepalen van de tijdsconstante............................................................................... 82 Figuur 4–4: Instelling oproeptijd OB35 ................................................................................... 83 Figuur 4–5: PID parameter assignment, oproep DB41 ............................................................ 83 Figuur 4–6: PID parameter assignment; instellingen ............................................................... 83 Figuur 4–7: PID parameter assignment; grafiek opties ............................................................ 84 Figuur 4–8: Ongeregelde responsie.......................................................................................... 84 Figuur 4–9: oscillatiemethode: bepalen To .............................................................................. 85 Figuur 4–10: Afgeregelde responsie......................................................................................... 86 Figuur 4–11: Grafiek: gewenste positie, werkelijke positie in functie van de tijd.................. 87 Figuur 4–12: Grafiek: versnelling en snelheid in functie van de tijd ....................................... 87 Figuur 4–13: Tabel: interpretatie meetgegevens ...................................................................... 88

______________________________________________________________________ VIII Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

Lijst van Bijlagen Bijlage 1:

Risico analyse

Bijlage 2:

Programma code

(STEP 7)

Bijlage 3:

Programma code

(WinPISA)

Bijlage 4:

Elektrische schema’s

(EPLAN)

Bijlage 5:

Pneumatische schema’s

(fluidDraw)

Bijlage 6:

Mechanische tekenen

(Solid edge V15)

Bijlage 7:

Datasheet Spring Plungers

(Schmalz)

Bijlage 8:

Datasheet Festo onderdelen.

______________________________________________________________________ IX Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

Inleiding Het bedrijf Met verschillende productievestigingen in binnen -en buitenland, de hoofdzetel in Ooigem (nabij Waregem) en een geconsolideerde omzet van meer dan € 900 miljoen is Unilin de belangrijkste houtgroep in de Benelux. Unilin maakt deel uit van het beursgenoteerde, Amerikaanse bedrijf Mohawk, wereldleider in vloerbedekking. In hun segment is Mohawk de nummer één in de States. De groep Unilin bestaat uit 4 business units, verdeeld over verschillende productievestigingen, de business units bestaan uit: -

MDF- en spaanplaten (“Unilin BVBA”)

-

Laminaatvloeren (“Unilin Flooring”)

-

Daksystemen (“Unilin Systems”)

-

Gemelamineerde platen (“Unilin Decor”)

De laminaatvloeren of de “Quick- Step” vloeren zijn wellicht het bekendste product. Het eindwerk situeert zich bij “Unilin Decor- Wielsbeke”. Daar gebeurt de productie en verwerking van gemelamineerde houtspaanplaten en MDF–platen tot meubelpanelen en meubelonderdelen.

De stage De stage was een belangrijke voorbereiding op het eindwerk. Tijdens de stage werd een proefopstelling opgemaakt met een Festo positioneereenheid. De Festo positioneereenheid zit ook geïntegreerd in de barcodelabeller die centraal staat in dit eindwerk. Het was van cruciaal belang om de werking en functies van deze positioneereenheid goed te kennen, om dan in een later staduim de barcodelabeller te kunnen optimaliseren.

Het eindwerk De barcodelabeller is een onderdeel van een automatische verpakking. De productgegevens worden door middel van de barcodelabeller aan de afgewerkte pakketten gekleefd. Het doel van dit eindwerk is het optimaliseren van deze barcodelabeller. Zowel het elektrisch ontwerp van een stuurkast als de programmatie van een nieuwe sturing en interface behoren tot de doelstellingen van dit eindwerk.


1

_________________________________________________________________________ Aanleiding van de optimalisatie De barcodelabeller had dringend een optimalisatie nodig, er was: Een slechte interface en sturing zonder goede diagnose mogelijkheden. Bij gevolg was er dus ook een slechte foutafhandeling. Een fout in de sturing veroorzaakte meeteen een totale uitval van het systeem. De operator was niet in staat om via de interface de fout op te lossen. De mogelijkheden om het systeem manueel te bedienen waren zeer omslachtig. Er was iemand nodig van de technische dienst om het systeem terug op te starten. De slordige bekabeling en het ontbreken van elektrische en pneumatische schema’s bemoeilijkte de zoektocht naar de fout. Het duurde ±1 uur vooraleer men terug kon verder werken. Er moest ook een oplossing gezocht voor een schuin kleven van de barcodes. Dit werd een mechanische optimalisatie. In het oude systeem zat ook een oude warmteregelaar geïntegreerd. Tijdens de optimalisatie moest de warmteregelaar vervangen worden door de PID – regelaar van de PLC.

Technische aspecten •

Het ontwerpen de elektrische schema’s met Eplan.

•

Het begrijpen en programmeren van de SPC200. De SPC200 (Servo Postioning Controller) is de regelaar die de horizontale as naar de opgegeven positie stuurt. De regelaar werkt met een lineair meetsysteem als terugkoppeling. De instellingen van de SPC200 gebeuren met het programma Winpisa. De sturing van de module gebeurt via I/0 met de PLC.

•

Het ontwikkelen en programmeren van een besturingsprogramma met Step7.

•

Het creëren van een interface met Protool. De interface moet diagnose mogelijkheden bieden naar foutafhandeling en een vlotte omschakeling waarborgen tussen de automatische en handmatige mode.

Economische aspect

De optimalisatie zal gepaard gaan met een opbouw van de oude stuurkast naar een nieuwe. Het is belangrijk om alles goed voor te bereiden, want de omsteltijd is beperkt.


2

_________________________________________________________________________

1 DE VERPAKKINGSLIJN 1.1 De opbouw In dit deel wordt de opbouw van de verpakkingslijn weergegeven. Stap 1: De afgewerkte pakken (= pakketten van een verschillend aantal panelen) worden aangevoerd door middel van een automatische tram. De tram brengt de afgewerkte pakken naar de verpakkingslijn.

Figuur 1–1: Verpakkingslijn; stap 1

Stap 2: De tram stopt bij de hydraulisch pers waar de afgewerkte pakken in horizontale richting worden uitgelijnd. Vervolgens gaat de pak via een rollenbaan naar een tweede pers, waar de pakken uitgelijnd worden in verticale richting.

Hydraulische drukplaten Figuur 1–2: Verpakkingslijn; stap 2


3

_________________________________________________________________________

Stap 3: De hoekprofielen worden aangeniet, vervolgens gaat de pak verder via de rollenbaan naar de verpakkingsmachine. Het aandrukmechanisme klemt de pak vast, terwijl de folie met een ronddraaiende beweging aan het pakket wordt aangebracht .


Stap 4: De verpakte pakketten worden getransporteerd naar het gedeelte waar de pakken worden ingebonden met behulp van een automatische tram.



4

_________________________________________________________________________ Stap 5: De pakken worden tweemaal ingebonden (horizontale en verticale richting). 1°eerste inbinding bevindt zich voor de barcodelabeller, de tweede erna. De pakken worden aangevoerd via een rollenbaan. Vervolgens komt de pak onder het klemmechanisme. De pak wordt gedetecteerd waarna deze wordt opgespannen met bandijzers.


Stap 6: De barcodelabeller kleeft de barcode aan de verpakte pakketten. Het is deze barcodelabeller die zal geoptimaliseerd worden gedurende het eindwerk.

Barcodelabeller



5

_________________________________________________________________________ Stap 7: De 2de inbinding + bevestiging paletblokken.

De paletblokken worden door een zaagmachine op maat gezaagd en door een speciaal mechanisme onder de verpakte pakketten geschoven. Vervolgens wordt de paletblok aan het pakket bevestigd via een bandijzer. Figuur 1–7: Verpakkingslijn; stap 7

Stap 8: Verder transport naar eindbuffer waar de pakketten worden weggevoerd met een heftruck.



6

_________________________________________________________________________

1.2 De barcodelabeller 1.2.1

Omschrijving + situering

De barcodelabeller is een onderdeel van een automatische verpakkingslijn. De automatische verpakkingslijn gaat al of niet, afhankelijk van de gegevens, stapels gaan verpakken en binden. Per stapel is er van begin tot einde dataopvolging met de nodige gegevens omtrent afmetingen en verpakkingsgegevens. De productgegevens worden met een barcodelabeller aan de afgewerkte pakketten geplakt. De barcodelabeller kan opgesplitst worden in twee basisonderdelen, die communiceren via I/O met een PLC-sturing. •

Een eerste onderdeel is de (Willet) printer:

Dit is de printer die de barcode gaat afprinten volgens de datavervolging. De gegevens hiervoor worden ontvangen via een ethernet aansluiting. De Willet module is een zelfstandige unit die via I/O’s gaat gaan communiceren met het tweede onderdeel. •

Het tweede onderdeel is een pneumatische SPC200 positionering van FESTO:

Eénmaal de stapel gepositioneerd is voor de barcodelabeller gaat deze de barcode, zowel bij kleine als grote stapels, gaan kleven op exact de juiste positie.

1.2.2

De opbouw van de barcodelabeller

Vooraanzicht

Zijaanzicht

Y-as

De barcode wordt door de Y,X, A-as sturing op het pakket gekleefd. De Y-as wordt

A-as

gecontroleerd door een SPC200 sturing van Festo. De PLC zal

pakket

PAD

de X en A –as gaan sturen. De PLC sturing staat in

X-as

communicatie met de rollenprinter

baan, de printer, en met de SPC200 (=assensturing). rollenbaan

Figuur 1–9: Principewerking van de barcodelabeller


7

_________________________________________________________________________

De Y-as: De lineaire cilinder brengt het PAD op de gewenste hoogte. De as wordt gestuurd door de SPC200. De cilinder is van het type FESTO: DGPL-40-2000-PPV-A-B-KF

Aan de lineaire cilinder is het meetsysteem gekoppeld. Dit meetsysteem zorgt voor de terugkoppeling van de positie naar de SPC200 module. Het lineaire meetsysteem is van het type: Festo: MLO-POT-2000-TLF De X-as:

Deze lineaire cilinder zal het PAD tegen het pakket drukken. De cilinder is van het type: FESTO : DGPL-25-1000-PPV-A-B-KF.


8

_________________________________________________________________________ De X-as bevat:

-

ventielgroep: 4 x 4/2

type: -

fotocel: detectie van de pakkethoogte

-

Bevestiging

Etiketaandrukker (A-as = PAD) Het PAD is gemonteerd aan een draaicilinder. De verdraaiing is nodig om de label leesbaar (verticaal) aan het pakket te kleven.

De A-as : Het PAD bevat:

- Draaicilinder van Festo Type DRQD-25-90° -

Inductieve sensor: detectie labelpositie. Inductieve sensor: detectie printerpositie. Druksensor: detectie aandrukken

-

Optische sensor: detectie label aanwezig

-

Ventilator voor de aanzuiging van de afgedrukte label.


9

_________________________________________________________________________ Willet Printer: De printer bevat een opwikkeleenheid. De rol bestaat uit zelfklevende labels. De barcode wordt door de printer op het label aangebracht, en vervolgens wordt het label doorgedraaid tot op het PAD. Via een ethernet aansluiting komen de gegevens binnen.

In bijlage 8 worden alle Festo onderdelen die zich in de barcodelabeller bevinden weergegeven.

______________________________________________________________________ 10 Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ 1.2.3

Aanleiding van de optimalisatie

De barcodelabeller had dringend een optimalisatie nodig, er was: •

Een slechte interface en sturing zonder goede diagnose mogelijkheden. (zie fig. a)

Het verouderde OP3 paneel had weinig functies. Bij het bedienen van bepaalde functies was men verplicht om twee drukken tegelijkertijd in te drukken. In bepaalde situaties wist men totaal niet in welke mode men werkte: automatisch of handmatig of geen ? Dit creëerde soms gevaarlijke en verwarrende situaties. De interface had een omslachtige structuur en was niet gebruiksvriendelijk. •

Een slecht foutafhandeling ( fout = totale uitval)

Wanneer er zich fout voordeed duurde het lang vooraleer men terug kon opstarten. Eén van de grootste problemen was het terug positioneren van PAD ten opzichte van de printer. Men moest via de gebrekkige handmatig mode proberen het PAD terug uit te lijnen voor de printer. Bij deze actie moest men nog opletten voor de draaipositie van het PAD, want de bewegingsvrijheid van het PAD is beperkt door de positie van de printer. Meestal was er iemand van de technische dienst nodig om het probleem op te lossen, met als resultaat; “lange wachtrijen met afgewerkte pakketten”. •

Geen elektrische schema’s beschikbaar

Bij een kortsluiting of fout of uitbreiding was men altijd verplicht alles uit te meten vooraleer men kon voorgaan tot actie. •

Een slordige bekabeling van de elektrische kast. (zie fig. b)

Het was voor iedere elektricien een nachtmerrie om aan de barcodelabeller te werken.

Figuur 1–10: a) Beperkte mogelijkheden met OP3, b) Slordige elektrische bekabeling


_________________________________________________________________________ •

Geen pneumatisch schema’s beschikbaar.

•

Een slordige bekabeling van de pneumatische leidingen. (zie fig. c)

Het pneumatische gedeelte bevatte ook veel overbodige elementen. •

Een slechte montering van het draaipad (via veren). (zie fig. d)

Het PAD was met veren gemonteerd aan de draaicilinder. Het veersysteem werkte niet goed waardoor de druksensor na enkele uren al stuk was. Tevens dempen de veren de drukslag niet waardoor de totale machine trilde. •

Regelmatig storing van de sensoren, de druksensor werkten niet.

Figuur 1–11: c) Slordige pneumatische bekabeling, d) Slechte montering (veren)


_________________________________________________________________________

1.2.4

De doelstellingen van het eindwerk

•

Uitwerken van een nieuw model met PLC 300 reeks en nieuwe interface OP7.

•

Ontwerpen van schema’s via EPLAN.

•

Een PLC- programma schrijven die de handelbaarheid van de machine veel verbeterd. Rekening houdend met volgende punten: 1. Eenvoudige keuze van de mode handmatig of automatisch voorzien. 2. De handmatige mode moet een snelle en vlotte bediening van het assensysteem mogelijk maken. 3. De automatische mode moet duidelijk de stappen en modus visualiseren. 4. Een gedetailleerde weergave van foutmeldingen en waarschuwingen voorzien. 5. De verwarmingsregeling vervangen door de PID–regelaar van de PLC.

•

Ontwerpen en programmeren van een interface met protool pro.

•

Gedetailleerde analyse en uitwerking van het nieuwe ontwerp in de vorm van een syllabus.

1.2.5

Werkwijze

De aanwezige hardware wordt behouden (en later aangepast) en de gehele software wordt vervangen. Er moet een grondige analyse gemaakt worden van de bestaande machine. De “onderzoeksflowchart” kan hierbij hulp bieden. Vervolgens worden volgende punten doorlopen: •

Volledig analyse van de oude installatie.

•

Opstellen van de elektrische schema’s, via EPLAN.

•

Nieuw programma opstellen in STEP 7.

•

Optimaliseren van het pneumatisch positioneren.

•

Ontwerpen van constructieve verbeteringen.


_________________________________________________________________________

2 ALGEMEEN MACHINE ONDERZOEK In dit hoofdstuk zal de onderzoeksstrategie besproken worden.

2.1 Algemene onderzoeksflowchart 2.1.1

Doelstellingen flowchart

Er zijn geen schema’s beschikbaar van de elektrische kast van de barcodelabeller. Een structurele aanpak is dus vereist in een situatie als deze. Wanneer geen schema’s beschikbaar zijn, kan de flowchart hulp bieden bij het onderzoeken van een elektrische kast.

Figuur 2–1: Algemene onderzoeksflowchart


_________________________________________________________________________

2.2 Toegepast op de barcodelabeller 2.2.1

Opstellen algemene flowchart werking

Met de verworven kennis van de SPC200 tijdens de stage en de huidige werking van de machine kan volgende flowchart worden opgemaakt.

Regelaar: SPC

Regelaar: SPC

Aanvoer verpakte paletten

Rollenbaan

Afdrukken van label

Willet printer

Positioneren pneumatische as, volgens pakkethoogte

Horizontale as

Aandrukken label

Verticale as

Positioneren pneumatische as, ter hoogte van de printer

Horizontale as

Figuur 2–2: Algemene Flowchart

Verklaring termen: •

SPC.: De Smart Positioning Controller SPC-200 is een universele as controller voor pneumatische positioneerassen.


_________________________________________________________________________

2.2.2

Opstellen detail flowchart


_________________________________________________________________________

Figuur 2–3: Detail flowchart werking

Verklaring termen: •

Com rollenbaan: communicatie met sturing van de rollenbaan (“I/O ceratec”)

•

SPC.: De Smart Positioning Controller SPC-200 is een universele as controller voor pneumatische positioneerassen.

•

VW: Voorwaarde


_________________________________________________________________________ 2.2.3

Onderzoek van de elektrische bedrading

Met behulp van de “ detail flowchart” en de “onderzoeksflowchart” worden de verschillende actuatoren (ventielen, cilinders, sensoren,…) opgespoord en in kaart gebracht. Er wordt genoteerd welke in -en uitgangen gebruikt worden. Iedere kabel die binnenkomt ,wordt gemerkt en de aders worden genummerd. Via een tabel worden alle functies van de kabels duidelijk. Via deze methode kunnen de elektrische en pneumatische schema’s op een systematische manier terug opgebouwd worden.

2.2.3.1 Communicatie met de Willet Printer De Willet printer communiceert via I/O met de sturing, volgende signalen zijn nodig voor een correcte werking: Inputs van printer: Label_w_afgedrukt

I

0.0

Label wordt afgedrukt (=1)

Tegenrol_bijna_op

I

0.1

Tegenrol bijna leeg (=1)

Printer_fout

I

0.2

Printerfout (=0)

Labelrol_leeg

I

0.3

labelrol is leeg (=0)

Tegenrol_leeg

I

0.4

Tegenrol leeg (=0)

Outputs naar printer: Herhaling_afdruk

Q

2.0

Herhaling afdruk voor de printer (via K2)

Vrijgave_afdruk

Q

2.1

Vrijgave afdrukken voor de printer (via K3)

Aandachtspunt bij de outputs van de printer: De printer uitgangen zijn OPEN COLLECTOR UITGANGEN. Werking open collector uitgang:

Figuur 2–4: Schema open collector uitgang


_________________________________________________________________________ Aandachtspunt bij de inputs van de printer: De printeringangen krijgen het signaal via een OPTO-COUPLER (niet via een relais !).

2.2.3.2 Communicatie met rollenbaan (=ceratec) Inputs van ceratec: Start_label_cyclus

I

2.0

I/O ceratec; Start label cyclus (ceratec)

Stapel_in_positie

I

2.2

I/O ceratec; Stapel in positie (ceratec)

Outputs naar ceratec Cyclus_einde

Q

2.4

I/O ceratec; Melding cyclus einde voor ceratec

Printer_storing

Q

2.5

I/O ceratec; Melding printer storing voor ceratec

Rol_leeg

Q

2.6

I/O ceratec; Melding rol leeg voor ceratec

2.2.3.3 Communicatie met de SPC200 module van FESTO Inputs van SPC: SPC_RC_A

I

2.5

Positionering bezig (=1), positionering bereikt (=0)

SPC_ACK

I

2.6

Positie aanvaard door SPC

SPC_FOUT

I

2.7

SPC ready (=1) SPC fout (=0)

Outputs naar SPC: SPC_Satzbit_1

Q

0.0

instelbit 2^0: 1

SPC_Satzbit_2

Q

0.1

instelbit 2^1: 2

SPC_Satzbit_4

Q

0.2

instelbit 2^2: 4

SPC_Satzbit_8

Q

0.3

instelbit 2^3: 8

SPC_CLK_A

Q

0.4

Toekennen positie aangeboden via Pos_bits

SPC_Stop

Q

0.5

Blokkeer de positioneeropdracht (cilinder blijft op positie) (=0)

SPC_Reset

Q

0.6

Reset de storing op de SPC

SPC_vrijgave

Q

0.7

Vrijgave aan de SPC om te bewegen


_________________________________________________________________________

2.3 Risico analyse De norm DIN EN 1050 bevat "principes voor de risicobeoordeling" van machines. Een risicobeoordeling bestaat uit een reeks logische stappen, waarmee systematisch de mogelijke gevaren kunnen worden onderzocht die aan de machine zijn verbonden.

2.3.1

Risico-inschatting

START

Bepalen grenzen

Identificeren gevaren RIE-A Risicoschatting RIE-B

Risico-evaluatie

Is de machine veilig ?

ja

Einde

nee

Risicoverlaging Figuur 2–5: Flowchart risico analyse


_________________________________________________________________________

2.3.1.1 Risicoanalyse RIE-A Bepalen van de grenzen: De barcodelabeller bevindt zich in een afgeschermde kooi, van hieruit wordt de analyse uitgevoerd. Rollenbaan

Pakket

Kooi

Barcodelabeller

Bedieningspaneel

Deur

Figuur 2–6: Bepaling van de fysische grenzen

Identificeren van de gevaren , risicoschatting:

Alle latente gevaren, gevaarlijke situaties en gebeurtenissen die met de machine in verband kunnen worden gebracht, worden geïdentificeerd. Per gevaar wordt er een schatting gemaakt van het risico. Dit kan met de methode van Fine & Kinney. In het geval van een restrisico moeten er bijkomende maatregelen getroffen, zoals het plaatsen van signalisatie en waarschuwingen. Bij de risicoanalyse wordt er meeteen ook rekening gehouden met de te ontwerpen verwarmingsregeling (Zie bijlage 1). 2.3.1.2 Risicobeoordeling RIE-B Op basis van de vastgestelde risico’s wordt er een globaal risico van de machine opgesteld. Via risico reducerende middelen wordt het risico verlaagt naar een toelaatbare waarde. Zie bijlage 1.


_________________________________________________________________________

2.3.1.3 De EN954 norm De EN 954 norm vult EN 1050 aan voor wat betreft de beoordeling van onderdelen van besturingssystemen met een veiligheidsfunctie. S Ernst van het letsel: 1 = licht letsel 2 = zwaar letsel met inbegrip van de dood F Frequentie en/of duur van de blootstelling aan gevaar 1 = zelden tot vrij vaak en/of korte duur 2 = vaak tot voortdurend en/of langdurig P Mogelijkheid tot het afwenden van het gevaar 1 = mogelijk onder bepaalde omstandigheden 2 = nauwelijks mogelijk

Figuur 2–7: EN 954 norm

Toepassen op de gemaakte risicoanalyse uit bijlage 1 Voor de uitvoering neemt men het risico met de grootste risicowaarde en het risico met het grootste restrisico uit bijlage 1. Risico 1: Als de kooi geopend is kan de machine nog werken. S2: kans dat men de horizontaal bewegende arm tegen het lichaam krijgt F1: 3 x maal per week en van korte duur P1: mogelijk om het gevaar te ontwijken Resultaat: veiligheidsbesturing kiezen van categorie 2 Risico 5: Als de kooi geopend is, blijft het verwarmingselement nog een tijdje warm. S2: kans op brandwonden F1: 3 x maal per week en van korte duur P1: mogelijk om het gevaar te ontwijken Resultaat: veiligheidsbesturing kiezen van categorie 2

Er wordt gekozen voor een veiligheidsrelais type PNOZ X3P, omdat dit type het meest wordt gebruikt in het bedrijf. Het type voldoet aan categorie 4. De noodstoppen zijn enkelvoudig uitgevoerd zodat het veiligheidsrelais categorie 2 krijgt. Dit is terug te vinden in de elektrische schema’s ( Zie bijlage 4). ______________________________________________________________________ 22 Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

3 GEOPTIMALISEERDE WERKING VAN DE MACHINE In dit hoofdstuk worden de vijf optimalisaties besproken die worden doorgevoerd. •

De optimalisatie van de SPC200 configuratie.

•

Het opnieuw uitwerken van een besturingsprogramma.

•

Het opmaken van elektrische en pneumatische schema’s.

•

Het programmeren van een nieuwe interface.

•

Ontwerpen van een nieuwe PAD ophanging.

3.1 Opstellen SPC200 configuratie 3.1.1

Inleiding

In dit deel zullen de onderdelen van het SPC200 positioneersysteem worden uitgelegd. De gehele sturing van de pneumatisch as bestaat uit een positie regelkring met als regelaar een de SPC200 module, die via I/0 communiceert met de PLC. 3.1.2

De opstelling

De opstelling bestaat uit 3 delen: -

-

-

pneumatische configuratie bestaande uit: •

de lineaire aandrijving type DGPL

•

MPYE-S-……-B; proportioneel wegventiel (pneumatische aansluitingen)

•

persluchtverzorging met drukregelventiel

•

vat

Positioneersysteem van Festo •

SPC 200 module: universele as controller

•

SPC-AIF-POT: as interface

•

MLO- POT- …-TLF: wegmeetsysteem

•

MPYE-S-……-B; proportioneel wegventiel (elektrische aansluiting)

De besturing kan gebeuren via: •

een I/O kaart van de SPC 200 module verbonden met een PLC

•

een Profibus DP interface verbonden met een PLC

•

een DeviceNet interface verbonden met een PLC

•

een Interbus interface verbonden met een PLC


_________________________________________________________________________

3.1.3

De pneumatische configuratie

De

4/2

ventielen

zijn

blokkeringventielen. In dit voorbeeld wordt bij de bediening

van

noodstop

de

de lineaire

aandrijving geblokkeerd, om

zo

ongevallen

te

voorkomen.

Figuur 3–1: Pneumatisch schema

Componenten: 1A: de lineaire aandrijving 1V1: 4/2 ventiel 1V2: 4/2 ventiel 1V3: proportioneel ventiel 1G1 : vat 1R1 : persluchtverzorging + drukregelventiel


_________________________________________________________________________ 3.1.3.1 De lineaire aandrijving type DGPL DGPL(= Linear Drive Rodless Cylinder), of de zuigerstangloze lineaire aandrijving is een prima keuze bij de barcodelabeller. Dit type waarborgt een hoge dynamica bij hoge belastingen.

Figuur 3–2: De lineaire aandrijving type DGPL

Bij de barcodelabeller wordt het type DGPL-KF gebruikt. Dit type heeft een zeer precieze geleiding en kan grote belastingen weerstaan.

Figuur 3–3: doorsnede DPGL-aandrijving

1: instelbare eindpositie 2: slede, die permanent verbonden is met de aandrijving. 3: oppervlaktestrip: bescherming tegen vuil 4: keuze van persluchtaansluiting 5: piston 6: speciale gleuf voor bevestiging van sensoren, of andere… 7: Sterke en stabiele buitenmantel


_________________________________________________________________________

Figuur 3–4: voorstelling lineaire aandrijving + accessoires

1: lineaire aandrijving;

type DGPL…, (nieuwe: DGC)

2: schokdemperhouder;

type KYP…+ schokdemper; typeYSR…

3: sleufmoer;

type NSTL…

4: centrale bevestiging;

type SLZZ…

5: centreerhuls;

type ZBH…

6: Gleufafdekking;

type ABP…

7: eindeloopschakelaar;

type SMT…. of SME….

8: eindeloopsch. (sensor);

type SIEN…

9: sleufmoer;

type NST…

10: middenstuk;

type MUP…

11: voetbevestiging;

type HP…


_________________________________________________________________________ 3.1.3.2 MPYE-S-……-B; proportioneel wegventiel Opnemer

Wensspanning = wenswaarde – stuurspanning Versterker

Figuur 3–5: symbool proportioneel 5/3 ventiel

Eigenschappen: -

5/3 proportioneel elektromechanisch regelventiel

-

Aansturen ventiel: Wenswaarde wordt vergeleken met de werkelijke waarde van het ventiel → verschil wordt versterkt en het ventiel zal meer of minder lucht doorlaten. = lineaire proportionele verplaatsing

-

middenpositie: kleine luchttoevoer op beide kanten → klein houdkoppel → compenseren van de lekverliezen.

-

Voedingsspanning = 24 VDC

-

Stuurstroom = 4…. 20 mA

-

Stuurspanning = 0…10 VDC •

< 5 V → beweging → slede in linkerpositie

•

5 V → geen beweging → middenpositie

14

4

2

12

5 1 3


_________________________________________________________________________ •

> 5 V → beweging → slede in rechterpositie

Om heel nauwkeurig te gaan positioneren maakt men gebruik van het proportioneel ventiel. Met Uw wordt de gewenste spanning ingevoerd. Afhankelijk van de spanningswaarde tussen 0-10 V (zie data pg. 27) gaat de stand van de sleuf (zie schema ventiel) variëren, vandaar de naam proportioneel. Men beweegt van de ene kamer naar de andere met een overgang. Door de regelkring zal het ventiel zo snel mogelijk bewogen worden naar de gewenste positie, en dit met een zo klein mogelijk doorschot. (D.O)

Het ventiel moet gevoed worden met 24 VDC en de stuurspanning gaat van 0→10 V.

De spanning van het ventiel moet geregeld worden tussen de 0V en 10V, de middenstand is bij 5 V en hier staat de toepassing stil. Nu zou men kunnen stellen dat wanneer je de spanning iets verandert > of < 5 V, dat de toepassing direct naar links of rechts zou bewegen. Niets is minder waar. Men moet de spanning opdrijven tot 5 ± 0.25 V voordat de toepassing beweegt. Dit verschijnsel noemen we Stick-slip. Het ontstaan van de ‘Stick-slip” heeft twee oorzaken. Een eerste is de wrijving die moet overwonnen worden alvorens men kan bewegen. Een tweede oorzaak ligt bij de samendrukbaarheid van lucht. Er moet altijd eerst een drukopbouw gebeuren om een bewegingskracht te kunnen ontwikkelen.


_________________________________________________________________________ Keuze van het type proportioneel ventiel Om het correcte type te kiezen moet men gebruik maken van onderstaand diagram.

Figuur 3–6: keuzediagram, ventiel volgens aandrijving (DGPL)

1: type proportionele aandrijving 2: diameter van de lineaire aandrijving 3: lengte van de lineaire aandrijving

Keuze: In onze applicatie wordt een lineaire cilinder met een zuigerdiameter van 40 mm en een werklengte van 2000 mm gebruikt. Uit het keuzediagram blijkt dat er proportioneel ventiel van het type MYPE-5-1/4-010B moet gebruikt worden.


_________________________________________________________________________

3.1.4

Het positioneersysteem van Festo

3.1.4.1 Werkingsprincipe

Figuur 3–7: regelschema

1: positie van de lineaire aandrijving (stangloze aandrijving) 2: actuele positie van de aandrijving (via het meetsysteem) 3: SPC module 4: as interface module 5: stuurspanning voor het ventiel 6: proportioneel ventiel

Figuur 3–8: blokschema van de gesloten regelkring


_________________________________________________________________________ De as interface, het ventiel, de aandrijving, en wegmeetsysteem zijn verbonden met elkaar in de vorm van een gesloten regelkring systeem. De positie van de lineaire aandrijving stelt in deze gesloten regelkring de te regelen variabele voor. De regelkring is hier in feite een positie regelkring. Het wegmeetsysteem registreert continu de positie van de aandrijving en stuurt deze door naar de as interface in de vorm van een elektrische grootheid. De as interface zal de gemeten waarden omzetten en doorsturen naar de controller (SPC 200 module). De controller zal de gemeten positie vergelijken met de gewenste positie, en zal uit dit verschil (=foutsignaal) een regelsignaal sturen, via de as interface, naar het proportioneel ventiel. Het regelsignaal zal ervoor zorgen dat het ventiel afwisselend de stangloze aandrijving langs één kant onder druk zet en dat de andere kant ontlucht. Dit gebeurt aan een snel tempo totdat de gewenste positie bereikt is. (zie hoofdstuk proportioneel ventiel).

3.1.4.2 De SPC 200 module Algemeen: De Smart Positioning Controller SPC-200 is een universele

as

controller

voor

pneumatische

positioneerassen. Hij

bevat

de

positieregeling

en

de

positioneersturing voor maximaal vier assen. De SPC200 is modulair opgebouwd. Hij

bestaat

bouwbreedtes,

uit

een

welke

basistoestel ofwel

vier

in of

twee zes

insteekkaarten van verschillende functionaliteit kan opnemen. Ook een stappenmotoraansturing is mogelijk. Figuur 3–9: De SPC module

De SPC200 is verbonden via een kabel aan de as interface met de periferie van de desbetreffende pneumatische as, hiertoe behoren onder andere de wegmeetsystemen evenals de proportioneel ventielen voor het regelen van de as.

De SPC module bevat verschillende elektronische kaarten. Er bestaan twee uitvoeringen; de SPC 200 CPU 4 (vier kaarten) of de SPC 200 CPU (zes 6 kaarten). Bij onze toepassing gebruiken we de eerste. ______________________________________________________________________ 31 Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ Deze module bevat standaard volgende vier kaarten: 1. SPC 200 PWR –AIF; de voedingskaart

Pin 1: 24 L; voeding van de actuatoren (load voltage) Pin 2: 24 V; voeding Pin 3: 0 V; massa

Pin 1: CAN-LOW (bruin) Pin 2: CAN-HIGH (wit) Pin 3: 24 V (geel) Pin 4: 0 V (groen) Pin 5: 24 V load voltage (grijs) 2. SPC 200 MMI-DAIG; seriële interface

5: Signal Ground (SGND) 3: Transmitted Data (TxD) 2: Received Data (RxD)

Aansluiting voor controlepaneel.


_________________________________________________________________________ 3. SPC 200 DIO; digitale in- en uitgangen Ingangen

Pin 0: input 0 … Pin 9: input 9

Figuur 3–10: Overzicht ingangskaart


_________________________________________________________________________ Uitgangen:

Pin 0: output 0 … Pin 9: output 7

Figuur 3–11: Overzicht uitgangskaart

4. SPC 200 BP; afdekplaat (ter volledigheid)


_________________________________________________________________________

3.1.4.3 SPC-AIF-POT: as interface The Axis interface forwards (AIF), in dit geval de SPC-AIF-POT (met potentiometer), meet de positie van het wegmeetsysteem, stuurt ze door naar de controller, die op zijn beurt een signaal terugstuurt (naar de AIF) om dan het ventiel met de gepaste spanning te sturen.

Figuur 3–12: as interface aansluitingen

1: Aardingsklem

5: Error LED (rood)

2: Aansluiting, as interface kabel, (IN)

6: Aansluiting voor het proportioneel ventiel

3: Power LED (groen)

7: Aansluiting voor het weg-meetsysteem

4: Aansluiting naar andere toestellen ; bijvoorbeeld: naar een volgende as interface voor een andere as, dan bestaat de configuratie uit: 1: as interface_1 voor as-x 2: as interface_2 voor as-y 3: interface kabel

Bevat de configuratie maar één as interface, dan sluit men een afsluitweerstand aan.

Figuur 3–13: aansluiten van meerdere assen


_________________________________________________________________________

3.1.4.4 MLO- POT- …-TLF: wegmeetsysteem

Figuur 3–14: wegmeetsysteem

Om positieregeling te kunnen toepassen moet men gebruik maken van een terugkoppelelement. In deze toepassing gaat het over een analoge regelkring waardoor er een potentiometer wordt gebruikt: 8Ω

rood

groen Vooraanzicht

Kenmerken -

-

veelvuldige bevestigingsmogelijkheden op pneumatische lineaire aandrijvingen DGPL •

boven

•

zijdelings

plug-in aansluitingen

Uitvoering: Analoog wegmeetsysteem MLO-POT-...-TLF -

slaglengte 225 ... 2000 mm

-

systeemproduct voor de positioneertechniek en Soft Stop (SPC10/SPC11)


_________________________________________________________________________

3.1.5

De besturing van de SPC 200

Vooraleer men de SPC 200 module kan gebruiken in het positioneer systeem, moeten eerst alle onderdelen van de positioneerkring geconfigureerd worden in het programma WinPISA (=Programmeren Inbedrijfstellen Servopneumatisch Aandrijvingen). Hoe dit precies moet gebeuren staat beschreven in de handleiding. Hieronder worden kort de hoofdpunten overlopen voor het configureren van de pneumatische as met de SPC module via winPISA: •

Aanmaken nieuw project

•

Hardwareconfiguratie kiezen:

•

-

CPU 4

-

CPU 6

As parameters instellen: -

•

cilinder, sensor, ventiel specificaties

Toepassingsparameters instellen: -

(werkdruk, max. snelheid, max. versnelling, beginpositie, eindpositie, positioneringsklasse, …)

•

Regelparameters -

(versterkingsfactor, dempingsfactor, signaal filter factor, positioneertijd,..)

•

Bewegingstest

•

Identificatie uitvoeren

•

Kalibreren van het meetsysteem

•

Instellen operating mode en startprogramma’s

•

Aanmaken van een positielijst en het laden in een positieregister

•

Optimaliseren van het positiegedrag

Eénmaal dit gebeurd is kan men de positie opdrachten programmeren. De sturing van de periferie kan op verschillende manieren gebeuren. De volgende vier systemen zijn nu beschikbaar: •


•


•


•


In onze opstelling gebeurt de sturing van de SPC200 via een I/0 –kaart. Hieronder zal uitgelegd worden hoe dit werkt. ______________________________________________________________________ 37 Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________ 3.1.5.1 een I/O kaart van de SPC 200 module verbonden met een PLC

Figuur 3–15: principe voorstelling I/O kaart

De SPC 200 biedt twee soorten operating modes aan om deze programma’s te verwerken. •

start-stop mode:

In de start-stop operating mode is de SPC200 in staat om zelf eenvoudige positieopdrachten te controleren. Bij om het even welk gesynchroniseerd proces is het nodig om de geprogrammeerde stop (M30) in te voegen. •

record selection (Duits: satzen selekztionen):

De record selection operating mode ondersteunt een gesloten koppeling tussen de SPC 200 en een controlerende PLC (vb: Step 7, 300-reeks). Je kan 32 NC records bekomen door middel van 5 digitale ingangen aan de SPC 200. De 5 digitale waarden vormen een Binaire code. Bij de barcodelabeller wordt de record selection gebruikt. Deze selection zal in de volgende punten worden toegelicht. NC Records RECBit 1 RECBit 2 RECBit 3 RECBit 4 RECBit 5 (20 = 1) (21 =2) (22 = 4) (23 = 8) (24 = 16) N000 0 0 0 0 0 N001 1 0 0 0 0 N002 0 1 0 0 0 N003 1 1 0 0 0 N004 0 0 1 0 0 N005 1 0 1 0 0 … N031 1 1 1 1 1 Figuur 3–16: Werking instelbits


_________________________________________________________________________

Figuur 3–17: Voorstelling van de programmacode

Uitleg bij de code: 1: het record nummer 2: NC commando 3: manier van positioneren

4: Positie (mm) 5: parameters (bewegingsnelheid (f=feed)) (mm/sec)

3.1.5.2 Record selection Bij deze operating mode is er een PLC nodig. De PLC wordt verbonden met de I/O kaart van de SPC module. Nu kunnen de verschillende NC-records apart aangesproken worden d.m.v. hun code. Om de NC Record code te vormen maken we gebruik van de uitgangen van de PLC: Uitgang van PLC Q 0.0 Q 0.1 Q 0.2 Q 0.3 Q 0.4 Toestand (“0” of “1”) 1 0 0 0 0 NC Records RECBit 1 RECBit 2 RECBit 3 RECBit 4 RECBit 5 (20 = 1) (21 =2) (22 = 4) (23 = 8) (24 = 16) N001 1 0 0 0 0 Voor het opstellen van het PLC – programma dient men rekening te houden met volgende twee SPC werkingsdiagrammen (in Record Selection):


_________________________________________________________________________

Werkingsdiagram 1

In het diagram wordt chronologisch weergegeven welke stappen men moet ondernemen voor het inwerking stellen van de SPC200 module. Spanning inschakelen (24 VDC). Via de PLC de enable ingang op “1” brengen De SPC200 genereert een “Ready” signaal Via de PLC de stop ingang op “1” brengen Nu kan men overgaan tot het uitvoeren van een positieopdracht. Hiervoor heeft men werkingsdiagram 2 nodig.

Figuur 3–18: werkingsdiagram 1 1: Debounce tijd t ≥ 10 ms (Debounce : verwerkingstijd van de SPC200 module) 2: de status van de individuele input signalen (komende van de uitgangen van de PLC) die de gewenste NC record code vormen. 3: positioneer procedure 4: op dit punt zal de PLC wachten tot op moment dat de RC_A = 1


_________________________________________________________________________

Werkingsdiagram 2

In het diagram wordt chronologisch weergegeven welke stappen men moet ondernemen voor het uitvoeren van een positieopdracht. Aanleggen van de instelbits volgens de gewenste code. De SPC200 module de tijd geven op de instelbits te aanvaarden. Dit moet men programmeren in de PLC (100ms) Via de PLC de bit CLK_A (Start_SPC) hoog maken. De SPC200 geeft een bevestiging, ACK_A wordt “1”. De positieopdracht wordt uitgevoerd. RC_A is “0”. De positie is bereikt. RC_A is “1” geworden.

Figuur 3–19: werkingsdiagram 2 1: Debounce tijd t ≥ 10 ms (Debounce : verwerkingstijd van de SPC200 module) 2: de status van de individuele input signalen (komende van de uitgangen van de PLC) die de gewenste NC record code vormen. 3: positioneer procedure 4: op dit punt zal de PLC wachten tot op moment dat de RC_A = 1


_________________________________________________________________________ Uit de twee diagrammen kan men volgende flowchart maken. Als voorbeeld wordt de positieopdracht “N001” uitgevoerd. (de code “N001” wordt gevormd door de eerste drie instelbits).

Stap 0

Instelbits aanleggen: Q0.0 Q0.1 Q0.2 1 0 0 (= slaat op N001) Stop = 1 & Enable = 1 Reset = 0 Invoeren wachttijd : 10ms

Stap 1

CLK_A = 1

Start de record selection. ( via PLC op 1 plaatsen)

Stap 2

ACK_A = 1

SPC geeft bevestiging positie opdracht is aanvaard.

Stap 3

Stap 4

Stap 5

CLK_A = 0

RC_A = 0

RC_A = 1

Via de PLC op 0 plaatsen.

De positioneer opdracht wordt uitgevoerd.

De gewenste positie is bereikt.

RC_A

= 1: positie opdracht is volbracht, aandrijving in positie

ACK_A

= 1: SPC geeft bevestiging positie opdracht is aanvaard

CLK_A

= start de record selection.

_A

= aandrijving A Figuur 3–20: Flowchart spc werking


_________________________________________________________________________

3.1.5.3 Programmeerstrategie Om de aandrijving naar een bepaalde positie te sturen, dan zal het PLC-programma moeten voldoen aan bovenstaande flowchart. In het programma zullen we werken met merkerwoorden (MW), om de positieopdrachten uit te voeren. De ingangen van de SPC200-module zijn verbonden met de uitgangen van de PLC. We zorgen ervoor dat we 1 volledige byte kunnen koppelen aan die uitgangen, zodat we in het programma deze byte kunnen gebruiken. Voorstelling: SPC ardres

Naam

PLC adres QB0

I0.0

I0.1

I0.2

I0.3

I0.6

I0.7

I0.8

I0.9

RECBit 1 0 (2 = 1)

RECBit 2 1 (2 =2)

RECBit 3 2 (2 = 4)

RECBit 4 3 (2 = 8)

CLK_A

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

Q0.6

Q0.7

4 0

8 0

16 0

32 1

64 0

128 1

0

0

0

0

0

0

0

0 Stap 2: L1 T MW102

0

0

1

4 0

8 0

16 1

32 1

64 0

128 1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

Stop Reset Vrijgave

STAP 0: Instelbits aanleggen: voor positie N001 Bit waarde 1 2 MW100 0 0 stuursignalen MW100 Decimaal = 160 MW102 1 0 Positiesignalen MW102 Decimaal = 1 QB0 1 0 PLC code: Stap 1: L 160 T MW100

1 Stap 3: L MW100 L MW102 OW T QB0

STAP 1: Start de record, CLK_A op 1 zetten Bit waarde 1 2 MW100 0 0 stuursignalen MW100 Decimaal = 176 MW102 1 0 Positiesignalen MW102 Decimaal = 1 QB0 1 0 PLC code: Stap 1: L 176 T MW100

Stap 2: L1 T MW102



_________________________________________________________________________

STAP 2: Wachten op SPC; ACK_A =1 STAP 3: CLK_A terug op 0 plaatsen Bit waarde 1 2 MW100 0 0 stuursignalen MW100 Decimaal = 160 MW102 1 0 Positiesignalen MW102 Decimaal = 1 QB0 1 0 PLC code: Stap 1: L 160 T MW100

4 0

8 0

16 0

32 1

64 0

128 1

0

0

0

0

0

0

0

0 Stap 2: L1 T MW102

0

0

1


STAP 4: Het positioneren begint; RC_A = 0 STAP 5: De as is op positie; RC_A = 1

Door juiste getallen te laden en te transfereren, kan men de ingangen (versus de uitgangen van de PLC) van de SPC-module correct aanspreken volgens de flowchart. De programmeerstrategie toegepast op de initialiseringscyclus wordt uitgelegd in 3.2.5. De sturing van de periferie kan op verschillende manieren gebeuren. De volgende vier systemen zijn nu beschikbaar: •


•


•


•


De operating modes: start-stop operating en record operating kunnen bij de vier systemen gebruikt worden. In onze opstelling gebeurt de sturing van de SPC200 via een I/0 –kaart.


_________________________________________________________________________

3.1.5.4 Een Profibus DP interface verbonden met de PLC Het is mogelijk om te werken via een profibus DP interface. Dit wordt niet gebruikt bij de barcodelabeller, maar kan wel ingevoerd worden bij een volgende optimalisatie. De profibus DP interface heeft heel wat voordelen tegenover de communicatie via een I/O kaart.; •

Eén interface kabel vervangt alle I/0 communicatie kabels.

•

De SPC200 wordt geparametreerd via de PLC (via PIW.., PQW)

•

Grotere diagnose mogelijkheden; bijvoorbeeld het actueel uitlezen van de positie

Figuur 3–21: een profibus DP interface verbonden met de PLC

Waarom wordt de DP–kaart niet gebruikt in de opstelling ? •

De profibus DP interfacekaart kost 300 € Te duur volgens de applicatie.

•

Complexere programmering.

In de bijgevoegde CD–Rom achteraan het boek zijn voorbeeld projecten terug te vinden waarbij deze kaart wordt gebruikt.

De belangrijkste instellingen van de SPC200 module zijn terug te vinden in bijlage 3. Daar wordt een overzicht gegeven van: •

Het project.

•

De hardware.

•

De software.

•

Het programma.

•

De positie lijst (“position list”).


_________________________________________________________________________

3.2 Opstellen nieuw elektrisch en pneumatisch schema met eplan 3.2.1

Inleiding

De elektrische schema’s zijn getekend met programma Eplan (Zie bijlage 4). De pneumatische schema’s zijn getekend met een demoversie van fluidDraw (Zie bijlage 5). Bij het ontwerpen van de elektrische plannen zijn volgende optimalisaties doorgevoerd: •

Invoeren van noodstoprelais

•

Invoeren nieuwe PLC

•

Invoeren van bijkomende beveiligingen: drukschakelaar, deurcontact,…

•

Propere gestructureerde kastindeling met afgewerkte elektrische en pneumatische schema’s (hiervoor wordt verwezen naar de bijlagen).

Figuur 3–22: links: oude kast, rechts:nieuwe kast

3.2.2

Noodstop relais

De keuze van het type relais hangt af van resultaat van de risicoanalyse (zie punt 2.3.2.1). Er wordt gekozen voor het type PNOZ X3P van het merk PILZ, deze noodstoprelais voldoet aan beveiligingscategorie 2. 3.2.2.1 Definitie noodstop werking Bij de barcodelabeller wordt noodstop categorie 0 gebruikt:

Categorie 0: Onmiddellijke onderbreking van de voeding naar de machineaandrijving, of mechanische scheiding (loskoppeling) van de gevaarlijke elementen, en de aandrijving ervan indien nodig remmen (= ongecontroleerde stop).


_________________________________________________________________________

Specifiek bij de barcodelabeller: Bij het ontwerp worden twee spanningslijnen (24V en 240V) na de noodstop voorzien. Deze zullen spanningsloos worden wanneer de noodstop bediend wordt. Bij deze keuze is het belangrijk de stroomopname te bekijken van de toestellen die op de lijnen liggen. De toegelaten stroom door het noodstop relais is immers begrensd op: Voor AC-spanning, 230 V

max 8 A

Voor DC-spanning, 24 V

max 8 A

Verbruikers op de 24V – lijn na noodstop onderdeel spoel Festo spoel Festo relais

functie 3/2 blokkeerventielen 5/2 ventielen wikkelmotor printer

type CPE18-M1H-3GLS1/4 CPV14-M1H-5GLS1/8

aantal

vermogen [W]

U

Itot (A)

2

1,5

24

0,13

4 1

1,5 5

24 24 totaal

0,25 0,21 0,58

Besluit: De 0,58 A ligt ruim onder de 8A. Verbruikers op de 240V – lijn na noodstop onderdeel functie type weerstand opwarmingsmodule

aantal 1

vermogen [W] U Itot (A) 300 240 1,25

totaal

1,25

Besluit: De 1,25 A ligt ruim onder de 8A.

Actie van het noodstop relais

3.2.2.2

Bij het bedienen van de noodstop gebeurt het volgende: •

De 24V lijn na de noodstop valt weg:

De 3/2 ventielen blokkeren de cilinder. Zie punt 3.1.1. De uitgangskaarten worden spanningsloos. (DO+0,D0+1) •

De 240 V lijn na de noodstop valt weg:

De spanning voor de vulcanic module die de verwarmingsmodule aanstuurt, wordt weggenomen.


_________________________________________________________________________

3.2.3

Keuze van de 24V voeding

De keuze van de voeding hangt af van de te leveren stroom. De stroom kan gevonden worden door de som te nemen van alle verbruikers. onderdeel spoel Festo spoel Festo relais PLC + kaarten

functie 3/2 blokkeerventielen 5/2 ventielen wikkelmotor printer sturing

type aantal vermogen [W] U Itot (A) CPE18-M1H-3GLS1/4 2 1,5 24 0,13 CPV14-M1H-5LS-1/8 4 1,5 24 0,25 1 5 24 0,21 CPU313 C 1 14 24 0,58

analoge ingangskaart

temp. Meting thermokoppel

331-7KB02-0AB0

1

1,3

24

0,05

digitale uitgangskaart OP7 SPC200 SPC200 SPC200 SPC200 SPC200 wegmeetsys spoel Festo contact Festo contact Festo sensor SICK sensor

aansturen ventielen en SPC200 interface paneel voedingskaart seriële interface seriële interface bediening asinterface positiemeting drukschakelaar naderingsschakelaar naderingsschakelaar hoogtesensor etiketsensor

322-1BH01-0AA0

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1

4,9 4,6 2,4 2,4 6 0,72 2,4 0,24 1,5 1 1 2 2

24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24 totaal:

0,20 0,19 0,10 0,10 0,25 0,03 0,10 0,01 0,06 0,08 0,08 0,08 0,08 2,60

Festo 170175 Festo 170176 Festo 170179 Festo 170226 Festo 527492 MLO-POT-2000 PEV-1/4-B-OD SME-8-K-LE-24 SIEN-M5B-PO-K-L

Het maximale stroomverbruik zal ongeveer 2,60 A bedragen. Als voeding wordt de SITOP 24V/5A voeding van Siemens gebruikt die perfect op de rail past bij de PLC. De voeding wordt beveiligd met twee zekeringen: één voor de ingang ( smelzekering 3A/230 V) en één voor de uitgang (smeltzekering 5A/24VDC).


_________________________________________________________________________

3.2.4

De beveiliging

Wat moet er beveiligd worden? •

Willet Printer (print module)

•

Willet Printer (opwikkel-eenheid module) => 1x 2p smeltzekering 6 A

•

Verwarmingsmodule

=> 1x 1p smeltzekering 16 A

•

Voor (240 VAC) de voeding

=> 1 x 2p smeltzekering 1 A

•

Na (24 VDC) de voeding

=> 1 x 2p smeltzekering 5 A

•

Hoofdkring


3.2.5


De klemmenstroken

Om plaats te winnen in de stuurkast is er gekozen voor klemmenstroken met twee niveau’s. Dit vraagt wel extra aandacht tijdens het tekenen in het programma Eplan. Voor de communicatie met de printer I/O zijn speciale klemmenstroken nodig (Zie figuur 3-32 ). De klemmenstroken zijn voorzien van een weerstand (2K2) om zo de opencollector uitgangen van de printer te gebruiken.

Figuur 3–23: klemmenstrook type UDK 4-DUR, Phoenix


_________________________________________________________________________

3.2.6 Het type PLC Voor de sturing wordt het type CPU 313 C van Siemens gebruikt. De selectieredenen zijn: •

Compact bouw PLC moet in de kleine kast kunnen.

•

PID –regelenkring Te gebruiken voor de verwarming.

•

I/O aanwezig 24 inputs, 16 outputs, 4+1 analoge input, 2 analoge outputs.

•

PLC was ter beschikking gesteld voor het project.

Figuur 3–24: voorstelling CPU 313 -C

Er zijn nog twee extra kaarten bijgeplugd: •

Digitale uitgangskaart: 16 digitale outputs 24/0.5 A

•

Analoge ingangskaart: 2 analoge inputs: 12 bits


_________________________________________________________________________

3.2.7

Ontwerp van een de stuurkast

Het bedrijf had een stuurkast klaar liggen voor de optimalisatie. Het gaat om een Rittal kast met afmetingen 600 x 400 x 200. Het is de bedoeling dat alle elektrische elementen op een overzichtelijke manier in de kast worden geplaatst.

PILZ PNOZ X3

VOEDING

SPC200 MODULE

PS

PLC

I/O analoge uitg.

I/O

I/O analoge ing.

VULCANIC

Figuur 3–25: Ontwerp van de stuurkast


_________________________________________________________________________

3.3 Opstellen van het besturingsprogramma met step 7 3.3.1

Inleiding

De programmatie is uitgevoerd in het step 7 van Siemens. Het volledige programma is terug te vinden in de bijlage 2. Het programma is volledig voorzien van de nodige commentaar. De vroegere sturing werkte met een Siemens 200-reeks PLC. De nieuwe sturing werkt met een Siemens 300-reeks PLC. Bij het opstellen van een nieuw besturingsprogramma zijn volgende optimalisaties doorgevoerd: •

Vlotte foutafhandeling met manuele bedieningsmogelijkheden via interface.

•

Vlotte aansturing van de pneumatisch as via stappensturing.

•

Het invoeren van een initialiseringscyclus bij het heropstarten na een fout.

•

Invoeren van een PID verwarmingsregelkring.

Om een goed besturingsprogramma te maken is een goede voorbedachte structuur belangrijk. De programmastructuur geeft een duidelijk beeld welke functies, functiebouwstenen, databouwstenen en organisatiebouwstenen er gebruikt zullen worden.


_________________________________________________________________________ 3.3.2

Programma structuur

Figuur 3–26: Algemene programma structuur

3.3.3

Verklaring programmastructuur

3.3.3.1 Organisatiebouwstenen

OB100: Na terugkeer van de spanning, na verandering van bedrijfsmodus met de bedrijfsmodus keuzeschakelaar van de CPU, of op aanvraag van het programmeertoestel, voert het systeem een aanloopprogramma uit, alvorens met de cyclische programmabewerking te beginnen. Het systeem beschikt hiervoor over de bouwstenen OB100 tot OB102. Deze bouwstenen kunnen met name een default-parametrering van de communicatieverbindingen bevatten.


_________________________________________________________________________

OB1: Hierin gebeurt de cyclische programmabewerking. Zodra de bewerking van het gebruikersprogramma in de OB1 is beëindigd, begint er een nieuwe cyclus met de actualisering van de procesregisters en met de bewerking van de eerste instructie in de OB1. De cyclustijd en de reactietijd van de installatie vloeit hieruit voort. De reactietijd bestaat uit de bewerkingstijd van het operating system van de CPU en het totaal van de uitvoeringstijden van alle bewerkte instructies. De reactietijd - dit wil zeggen: de snelheid waarmee een uitgang kan worden aangestuurd in functie van een ingangssignaal - is maximum twee keer zo lang als de cyclustijd.

OB35: Deze OB heeft betrekking tot de verwarmingsregelkring. Omdat voor het I- en D- algoritme een constante tijdsbasis noodzakelijk is, moet de regelaarfunctiebouwsteen vanuit OB35 worden opgeroepen. De frequentie waaraan deze bouwsteen wordt uitgevoerd, is immers vast instelbaar (in tegenstelling tot de cyclische opgeroepen OB1).

3.3.3.2 De functiebouwstenen, databouwstenen en functies

FB1 & DB1: In deze FB zit de stappensturing. Aan deze FB is een instantiebouwsteen DB1 gekoppeld. In DB1 worden er variabelen aangemaakt. Belangrijk hierbij is de aanmaak van FOUT_variabelen. ( zie punt. …)

FB5 , DB5 , FC105 , FB41, DB41, FC106: Deze FB heeft betrekking tot de verwarmingsregelkring (zie punt….). In deze bouwsteen worden de functies FC105, en FC106 (respectievelijk schalen en terugschalen) gebruikt. De grote periferie waarden (vb: 13456) worden verschaald tussen 0 1000. Deze waarde wordt vervolgens als gemeten waarde binnengebracht in de PID_regelaar = FB41. Het parametreren van de FB41 kan in de DB41. De fijn tuning gebeurt met de PID Controle Parameter Assignment. Voor verder uitleg in verband met de verwarmingsregelkring wordt verwezen naar punt….

FC10: De FC10 bevat de flanktakten. De flanktakten kunnen gebruikt worden doorheen het programma. Bijvoorbeeld voor het pinken van de rode lamp.


_________________________________________________________________________

FC20: De FC20 wordt gebruikt om een keuze te maken tussen de verschillende bedieningsmodes: Auto mode, Hand mode, Verwarmingsmode, of de combinaties Auto + verwarming of Hand.

FC30: De FC30 wordt gebruikt voor de afhandeling van de storingen.

DB30: In deze DB staan de variabelen voor de foutverwerking.

DB50: Deze DB wordt gebruikt als communicatie DB met het OP7 paneel. 3.3.4

Vlotte fouthandeling

Er worden 16 (= 1 woord) variabelen aangemaakt van het type bool, bij het type STAT (fout_1…fout_16). Aan dit woord worden alle fouten (maximaal 16) gekoppeld. Dit vereenvoudigt later het resetten van de fouten.

Figuur 3–27: Aanmaken fout_variabelen

Vervolgens worden de variabelen “hoog gemaakt” (=1) als de fout zich voordoet. Zolang het DIW2 (dit bevat de 16 fouten; voorstelling: 0000 0000 0000 0000) niet verschillend is van 0, is er geen storing. In figuur 3-28 is te zien hoe de fout_variabelen worden geset. Bijvoorbeeld als de labelrol leeg is wordt de fout_variabele: fout_labelrol geset. Vanop het moment dat er zich een fout voordoet krijgt men de melding:”Storing aanwezig”. ______________________________________________________________________ 55 Optimaliseren van de barcodelabeller

_________________________________________________________________________

Figuur 3–28: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 2 (FB1)

Is er een storing aanwezig, dan wordt de vrijgave voor bewegingen weggenomen (=0)

Figuur 3–29: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 1 (FB1)

Het DIW2 wordt gekoppeld aan “DB- storingen” en wordt zichtbaar op het OP paneel.

Figuur 3–30:programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 3 (FC30)

Het accepteren van de fout gebeurt via het OP.

Figuur 3–31: programma opbouw foutafhandeling; deel uit netwerk 4 (FC30)


_________________________________________________________________________

3.3.5

Vlotte aansturing van de pneumatisch as via stappensturing.

De vlotte aansturing wordt uitgelegd via de initialiseringscyclus: netwerk 9 15. Bij de acties wordt er telkens verwezen naar de flowchart werking van de SPC200. (pg. 42 ) SPC200 : programma 0

STAP ACTIE 50 Netwerk: 9 en 39 Aanleggen bits draaipositie stap 0 flowchart

I/O sturing SPC200 Netwerk: 51

vw

Hier wordt een timer gebruikt.

51

Netwerk: 8 verwerkingstijd SPC200 stap 0 flowchart Netwerk: 9 Start_spc

QB 0: _

BIN : 0 0 DEC: 14

vw

52

Netwerk: 10 Aanvaarden positie opdracht. stap 2 flowchart Start_spc = 0

PosBit: 3 _ _ 0.3 0

0

2 0.2

1 0.1

0 0.0

1

1

0

1

N014 G02 G90 X@14 FX80

N014 G02 G90 X@14 FX80

Netwerk: 41 en 46 VG RESET STOP CLK 0.7 0.6 0.5 0.4 _ _

BIN : 1 0 DEC : 176 ACK_A = 1

1

1

0

0

_

_

0

0

X@14: POS 14: 650 mm

CLK = 0

N014 G02 G90 X@14 FX80 X@14: POS 14: 650 mm

N014 G02 G90 X@14 FX80

Cilinder BEWEEGT stap 4 flowchart

52

53

vw

X@14: POS 14: 650 mm N014 G02 G90 X@14 FX80

Netwerk: 11 De positie is bereikt RC_A stap 5 flowchart Netwerk: 12 en 50 Aanleggen bits printerpositie stap 0 flowchart

Netwerk: 41 en 46

Netwerk: 13 verwerkingstijd SPC200

Hier wordt het pad gedraaid en terug gedraaid in printerpositie: Stap 53 54 Verwerkingstijd is ondertussen verstreken.

stap 0 flowchart

X@14: POS 14: 650 mm

N014 G02 G90 X@14 FX80

stap 3 flowchart 52

X@14: positie: 650 mm FX80: snelheid: 80 mm/s

X@14: POS 14: 650 mm

QB 0:

stap 1 flowchart

_

N014 G02 G90 X@14 FX80

RC_A = 1

X@14: POS 14: 650 mm

N015 G02 G90 X@15 FX50

Netwerk: 41 en 46 QB 0: _

_

BIN : 0 0 DEC: 15

PosBit: 3 _ _ 0.3

2 0.2

1 0 0.1 0.0

0

1

1

0

1

X@15: POS 15: 390 mm FX50: snelheid: 50 mm/s

1 N015 G02 G90 X@15 FX50 X@15: POS 15: 390 mm


_________________________________________________________________________ 55

Netwerk: 13 Start_spc

QB 0:

vw

55

55 56

VG RESET STOP CLK 0.7 0.6 0.5 0.4 _ _

stap 1 flowchart

BIN : 1 DEC : 176

Netwerk: 14 Aanvaarden positie opdracht. stap 2 flowchart Start_spc = 0

ACK_A = 1

0

1

1

0

0

_

_

0

0

X@15: POS 15: 390 mm

N015 G02 G90 X@15 FX50 X@15: POS 15: 390 mm

CLK = 0

N015 G02 G90 X@15 FX50 X@15: POS 15: 390 mm

stap 3 flowchart Cilinder BEWEEGT stap 4 flowchart Netwerk: 15 De positie is bereikt RC_A stap 5 flowchart

N015 G02 G90 X@15 FX50

Netwerk: 41 en 46

N015 G02 G90 X@15 FX50

Netwerk: 41 en 46 RC_A = 1

X@15: POS 15: 390 mm N015 G02 G90 X@15 FX50 X@15: POS 15: 390 mm


_________________________________________________________________________

3.3.6

Invoeren PID warmteregeling

3.3.6.1 Doel In het productieproces worden twee soorten pakken aangevoerd naar de barcodelabeller. Ofwel pakken die verpakt worden in folie ofwel pakken zonder folie. Voor de pakken zonder folie worden speciale etiketten gebruikt. Deze dienen opgewarmd te worden. Dit gebeurt via het verwarmingselement bevestigd aan het pad.

Figuur 3–32: verwarmingselement

In de applicatie wordt de verwarming geregeld door een PID –regelaar van de PLC. PLC’s en in het bijzonder de Siemens S7-300/400 reeks, kunnen als regelaar gebruikt worden. Net als een traditionele regelaar, kan een PLC ingangssignalen vergelijken met een ingestelde waarde, de optredende fout verwerken volgens een zelf te parametreren algoritme (P, PI, PD, PID) en de gepaste waarden naar een uitgang sturen. Voor de S7-300/400 PLC bevat het standaardsoftwarepakket hiertoe een aantal functiebouwstenen en een parametreringstool, zodat de parameters op een overzichtelijke manier kunnen worden ingesteld.

De PLC kan gebruikt worden als digitale regelaar: -

Inlezen proceswaarde: METEN

-

Verwerking van de meetwaarde volgens een algoritme bv PID: VERGELIJKEN

-

Aansturen proces: CORRIGEREN


_________________________________________________________________________

3.3.6.2 De algemene regelkring

Figuur 3–33: Verwarmingsregelkring

Symbolen:

PV

: PROCES VALUE – gemeten grootheid (Istwert) (Uitgang proces = ingang regelaar)

SP

: SETPOINT – gewenste waarde (Sollwert)

SP-PV : ERROR – regelafwijking E LMN : uitgang regelaar (regeluitgang of stelgrootte) (ingang proces = uitgang regelaar) DISV : DISTURBANCE - storing

Het proces: Het proces moet geregeld worden opdat de temperatuur van het verwarmingselement binnen bepaalde grenzen moet gehouden worden. Hiervoor wordt aan het proces een thermokoppel aangesloten die de te regelen grootheid PV meet. Aan het proces wordt een verwarmingselement aangesloten die door aansturing van een regelaar de temperatuur kan beïnvloeden. Bij de barcodelabeller gaat het om een weerstand van 300 W.

De ingangsgrootheden van het proces zijn de stuurgrootheid van de regelaar en de optredende storingen. De te regelen temperatuur is de uitgangsgrootheid van dit proces.


_________________________________________________________________________

Regelaar: Aan de ingang van de regelaar wordt het verschil tussen gemeten temperatuur (PV) en de gewenste waarde (SP) aangelegd. Deze fout wordt dan door de regelaar verder verwerkt volgens een PID- algoritme.

Meettoestel: Bij de barcodelabeller wordt een thermokoppel gebruikt van het type J. Het thermokoppel zal een spanning afleveren evenredig met de temperatuur. Deze spanning wordt binnengenomen met de analoge ingang (PIW272).

De regelkring: De regelkring is een gesloten systeem waarin een te regelen temperatuur wordt gemeten en vergeleken met de gewenste waarde. Aan de hand van de fout zal de regelaar een actie ondernemen om deze fout (afwijking) tegen (weg) te werken.

De functiebouwstenen Naargelang het soort proces kunnen drie verschillende regelaartypes gekozen worden. Het verschil zit in de gewenste regeluitgang: -

FB41 continue regelaar Continue (analoge uitgang)

-

FB42 stappenregelaar

-

FB43 puls- pauze uitgang

We kiezen FB41, want FB41 implementeert een complete PID-regelaar met continue uitgang en de mogelijkheid om de uitgang manueel te bewerken (manuele mode).

De functies Bij ons proces gebruiken we FC105 voor het schalen van de ingangswaarden, en FC106 voor het terugschalen van de uitgangswaarde. Het doel van deze functies wordt duidelijk als we het programma erbij nemen.


_________________________________________________________________________

3.3.6.3 De PLC regelkring

Figuur 3–34: PLC regelschema

Symbolen: PV

: PROCES VALUE – gemeten grootheid (Istwert) (Uitgang proces = ingang regelaar)

SP

: SETPOINT – gewenste waarde (Sollwert)

LMN : uitgang regelaar (regeluitgang of stelgrootte) (ingang proces = uitgang regelaar) DISV : DISTURBANCE – storing FB41 : “CONT_C”: Continue PID regelaar FC105 : Herschalen van de analoge ingangswaarde (PIW272) FC106: Schalen van de analoge uitgangswaarde (PQW752)


_________________________________________________________________________ 3.3.6.4 Werking van FC105 FC105 zal de waarde afkomstig van de analoge ingangswaarde herschalen voor een correcte uitlezing. Wanneer men de parameters van FC105 wenst te vinden moet men twee metingen doen. Ten eerste dient men het thermokoppel uit te lezen via de analoge ingang (FLOAT(IN)). Deze waarde kan uitgelezen worden in het VAT. Ten tweede dient men via een (laser) meettoestel de temperatuur te bepalen van het verwarmingselement (OUT). Resultaten van de meting: •

FLOAT(IN) :1048

•

OUT

: 30°C

Bij herschalen van de analoge waarden moet volgende formule uitgerekend worden.

OUT = [ ((FLOAT (IN) – K1)/(K2–K1)) * (HI_LIM–LO_LIM)] + LO_LIM waarbij: OUT

:

de uitgangswaarde is van FC105 (dit is ook de uitlezing: Proces Value)

FLOAT (IN) :

is de analoge ingangswaarde

HI_LIM

:

is de maximale waarde (uit te rekenen met de formule)

LO_LIM

:

is de minimale waarde (hier: 0)

K1 en K2

:

afhankelijk van de instelling Bipolar of Unipolar

Bipolar

(Bipolar =1) => K1: -27648.0 en K2: +27648.0

Unipolar

(Bipolar =0) => K1: 0 en K2: +27648.0

Er wordt gekozen voor de instelling: unipolar. De onbekende in de formule is HI_LIM. 30 = [ (1048) – 0)/(27648–0)) * (HI_LIM–0)] + 0

HI_LIM = ±1000 Als men de parameters instelt volgens de berekeningen, dan wordt de periferie waarde van PIW272 (1048) mooi verschaald naar een waarde van 30 (OUT). Zo wordt de temperatuur perfect weergegeven op OP paneel.

Figuur 3–35: Herschaal functie FC105


_________________________________________________________________________ 3.3.6.5 Werking van FC106 De standaard functie FC106 zorgt voor de formattering (conversie van een reëel getal tussen 0 en 100,0% in een geheel getal van 16 bits tussen 0 en 27648). De uitgang (OUT) wordt aan MW50 gekoppeld en deze wordt aan periferie (PQW752) gekoppeld.

Figuur 3–36: Schaal functie FC106


_________________________________________________________________________

3.3.6.6 Structuur van FB41 De structuur bestaat uit drie delen. Alleen de parameters die van belang zijn voor de barcodelabeller worden besproken.

Figuur 3–37: structuur FB41 deel 1

Gewenste waarde (Setpoint) De gewenste waarde (=SP) wordt als een reëel getal ingegeven aan de SP_INT (real) ingang.

Geregelde grootheid, gemeten waarde (Process Variable) De gemeten waarde, temperatuur van het thermokoppel (=PV) kan -

als een reëel getal worden ingegeven (PVPER_ON =0)

-

met een analoge ingangskaart worden ingelezen (PVPER_ON=1)

Mogelijkheden: -

Werken met reële getallen

-

Schalen analoge waarden (via FC105)

Verschalen van analoge waarden gebeurt met FC105. Dit kan handig zijn om de gewenste waarden in te geven via procenten. De gewenste waarde kan geregeld worden van 0 100 % 100 % ~ 50 ° C 0%

~ 0° C


_________________________________________________________________________ In ons geval wordt de waarde via een analoge ingangskaart, van het type SM 331, ingelezen.

PID Algorithm Het PID- algoritme werkt volgens het positiealgoritme.

 1 y c ,n = K r  en + Tn 

n

∑ e .T i =1

i

s

+ Tv

en − en −1   + y c , 0 Ts 

De proportionele, integrerende (INT) en differentiërende (DIF) acties zijn in parallel geschakeld en kunnen afzonderlijk in- of uitgeschakeld worden (met resp. P_SEL, I_SEL, D_SEL). Op deze manier kunnen P, PI, PD en PID regelaars ingesteld worden.

Manueel (manual value) Er kan worden omgeschakeld tussen de manuele (MAN_ON=0) en automatische mode (MAN_ON= 1). In de manuele mode wordt de waarde van de MAN-ingang naar buiten gestuurd. Via deze parameter wordt de PID-regeling aan/uit geschakeld; - MAN_ON=0, de PID-regeling inschakelen - MAN_ON=1, de PID-regeling uitschakelen

Regeluitgang (Manipulated) De regeluitgang kan begrensd worden met de LMNLIMIT functie (tussen LMN_HLM en LMN_LLM). Bits signaleren een overschrijding van deze grenzen.


_________________________________________________________________________

Figuur 3–38: structuur FB41 deel 2 en 3

OB35 Omdat voor het I- en D-algoritme een constante tijdsbasis noodzakelijk is, moeten de regelaarfunctiebouwstenen van in OB35 worden opgeroepen. De frequentie waaraan deze bouwsteen wordt uitgevoerd, is immers vast instelbaar (in tegenstelling tot de cyclische opgeroepen OB1). Keuze van de aftasttijd Er zijn bepaalde grenzen voor de cyclustijd van OB35: -

-

Cyclustijd te groot: •

Te trage regelaar

•

Wijkt te sterk af van analoog equivalent

Cyclustijd te klein: •

Cyclustijd kan overschreden worden

•

AD - conversie kan niet volgen


_________________________________________________________________________

Richtwaarde: Vuistregel: De ervaring heeft aangetoond dat een oproeptijd van OB35 ongeveer 1/10 van de dominerende tijdsconstante leidt tot aanvaardbaar regelresultaat.

Bij PID regelingen is het belangrijk om een constante cyclustijd te hebben. In OB35 moet dus een vaste cyclustijd worden opgroepen. Volgens de vuistregel is dit 10 keer sneller dan de procesverandering. 3.3.6.7 PLC – instellingen voor de verwarming

Instellen van de oproeptijd van OB35 Start de “hardwareconfiguratie”:

kies CPU313 kies het tabblad Cyclic Interrupts stel de cyclustijd in OB35. Er wordt gekozen voor 200 ms. In 4.3.2.1 wordt de oproeptijd correct afgesteld.

Figuur 3–39: Instelling oproeptijd OB35


_________________________________________________________________________

Instellen van analoge ingangskaart Aan deze kaart wordt het thermokoppel aangesloten. De specificaties voor het thermokoppel zijn “TC-I “en “Type J”.

Figuur 3–40: Instelling analoge ingangskaart

Instellen van analoge uitgangskaart Aan deze kaart wordt de verwarmingsmodule gekoppeld. Er wordt een spanning uitgestuurd tussen de 0 en 10 V.

Figuur 3–41: Instelling analoge uitgangskaart


_________________________________________________________________________

3.3.7

Nieuwe flowchart werking na invoering verwarming

Figuur 3–42: Flowchart werking met verwarming


_________________________________________________________________________

3.4

Opstellen nieuwe interface met protool 3.4.1

Inleiding

De interface had ook een optimalisatie nodig. Vroeger had men een onduidelijk interface zonder uitgebreide bedieningsmogelijkheden (OP3) . Men kon geen storingen wegwerken, men kon de machine niet manueel bedienen,… . Met de nieuwe interface (OP7) is er veel meer mogelijk.

Figuur 3–43: links: oude interface, rechts:nieuwe interface

In dit deel worden de verschillende interface schermen uitgelegd. Hoe de schermen opgemaakt worden is terug te vinden in de handleiding OP7.


_________________________________________________________________________ 3.4.2

Flowchart interface

De flowchart geeft een overzicht weer van de interface vensters die geprogrammeerd zijn in het OP 7 paneel.

Figuur 3–44: flowchart interface


_________________________________________________________________________

3.4.3

Handleiding interface schermen

Deze handleiding is bedoeld voor de machinebediener. 3.4.3.1 Bedieningsschermen •

Het opstartscherm

Functie Actie (druk op de toets) Start

•

F4

Selectie scherm_1

Functie

Actie (druk op de toets)

Instellingen

F1 (alleen voor bevoedigden)

Werkingsmodes

F2

Volgend scherm F4

•

Selectie scherm_2

Functie


Verwarming

F3

Visualisatie

F4

Vorige scherm F1

•

Instellingen

Functie


Downloaden

F1

Volgende scherm F4


_________________________________________________________________________ •

Werkingsmode_1

Functie


Reset storing

F1

Volgende scherm F4

Weergave

•

-

Werkingsmode

-

Storing of niet

Werkingsmode_2

Functie


Stop_mode

F1

Hand_mode

F2

Auto_mode

F3

Einde_cylcus F4

Weergave •

-

Werkingsmode

Hand_1

Functie


Vorige scherm

F1

Volgend scherm F4

Weergave •

-

Werkingsmode

Hand_2

Functie


Bediening Hoogte cilinder F1 Bediening Druk cilinder

F2

Bediening Pad

F3

Vorige scherm

F4

Weergave

-

Werkingsmode


_________________________________________________________________________ •

Handmatige bediening hoogte cilinder

Functie


Verplaatsing naar boven F1 Max 1500 mm Verplaatsing naar onder

F2

Max 140 mm Vorige scherm

F4 -

Weergave •

Werkingsmode

Handmatige bediening druk cilinder

Functie


Cilinder uitsturen F1 Vorige scherm

F4

Weergave •

-

Werkingsmode

Handmatige bediening Pad (draaicilinder)

Functie


Beweeg pad in printerpositie

F1

Beweeg pad in labelpositie

F2

Blaasfunctie Pad

F3

Vorige scherm

F4 -

Weergave •

Werkingsmode

Verwarming_1

Functie Weergave

Actie (druk op de toets) -

Werkingsmode

-

Gewenste waarde

-

Gemeten waarde


_________________________________________________________________________ •

Verwarming_2

Functie


Start de verwarming

F1

Stop de verwarming

F2

Reset de verwarming

F3

Vorige scherm

F4 -

Weergave •

Werkingsmode

Visualisatie

Functie


Weergave

-

Stappen

-

Temperatuur

3.4.3.2 Actie bij een foutmelding

Stap Actie: 1

Druk op ACK; bevestig de fout.

2

Los de fout op.

3

Druk op F2; werkingsmodes

4

Druk op F1; reset de storing

5

Bekijk de werkingsmode: Storing aanwezig fout niet opgelost Geen mode actief fout opgelost

6

Druk op F3: Automatisch mode

7

Barcodelabeller voert initialiseringscyclus uit, daarna kan er verder gewerkt worden.


_________________________________________________________________________

3.5 Mechanische optimalisatie 3.5.1 Inleiding De barcodelabeller had ook een mechanische optimalisatie nodig. Er zijn dingen veranderd zoals het opnieuw monteren van de verschillende ventielen en aansluitingen. De grootste verandering is doorgevoerd aan het Pad (waar het etiket op komt te liggen). De mechanische optimalisaties zijn eerst voorbereid door een 3D-ontwerp.Dit was nodig omdat de omsteltijd klein was. De tekeningen van de optimalisatie zijn terug te vinden in de bijlage 6. 3.5.2

Optimalisatie van het PAD

Oude opstelling: Slechte ophanging van het PAD (= waar het etiket aanhangt). Bij het uitschuiven van verticale cilinder vervormd het Pad. Dit is één van de grootste oorzaken waarom de naderingssensoren uitvallen.

Nieuwe opstelling: Er wordt gebruik gemaakt van geleidingen met interne veerdemping. De datasheet van deze geleidingen is terug te vinden in bijlage 7.

Figuur 3–45: links: oude PAD montage, rechts:nieuwe PAD montage

Figuur 3–46: 3D voorstelling nieuw PAD


_________________________________________________________________________

3.5.3

Optimalisatie van de draaibeweging

Bij het indrukken van de noodstop ontluchten de ventielen. De stuurdruk valt weg en hierdoor zal het draaipad verdraaien in een gekantelde rustpositie. De plaats van de rustpositie is niet ideaal omdat deze tegen de printer leunt en zo het inktlint beschadigd. Er moet dus gezorgd worden voor een mechanische inklemming van het draaipad wanneer deze drukloos is opgesteld.

Oplossing: Er wordt hiervoor een enkelwerkende trekcilinder gebruikt, die uitschuift als de druk wegvalt. Zo zal de draaicilinder worden geklemd wanneer de stuurdruk wegvalt.

Figuur 3–47: voorstelling Pad met blokkeercilinder


_________________________________________________________________________

4 IN GEBRUIK NAME EN VERFIJNING Na de voorbereidingen zoals het ontwerpen en opbouwen van de nieuwe stuurkast en het programmeren van de sturing en de interface, kan er worden overgegaan tot de ombouw. Voor de ombouw en het testen is er één week voorzien, het is dus belangrijk om alles goed voor te bereiden. In dit hoofdstuk wordt de in gebruik name besproken met de daarbij komende problemen en oplossingen.

4.1 Overzicht van de werkwijze In deze flowchart wordt kort de werkwijze weergegeven van de optimalisatie van de barcodelabeller, met daarin de bekomen resultaten als output.

Figuur 4–1: Flowchart van de werkwijze


_________________________________________________________________________

4.2 De ombouw De ombouw is het vervangen van de oude stuurkast door de nieuwe. Daarbij moeten alle inkomende en uitgaande kabels verbonden worden met de klemmenstroken dit met behulp van de elektrische schema’s. De ombouw kan kort beschreven worden door de volgende stappen: •

Stap 1: De in -en uitgaande kabels losvijzen.

•

Stap 2: De oude stuurkast en interface demonteren en de nieuwe monteren.

•

Stap 3: Via de elektrische schema’s de in– en uitgaande kabels verbinden met de klemmenstroken.

•

Stap 4: Het programma downloaden en de I/O controleren via het VAT.

•

Stap 5: Doorvoeren van aanpassingen en optimalisaties.

4.2.1

Problemen bij de ombouw

De nieuwe stuurkast is groter dan oude, daarom is de ophanging gewijzigd. Er zijn nieuwe kabels gelegd tussen de stuurkast en interface. De kabels zijn via een trekdraad binnen gebracht in stuurkast. Bij het uittesten van I/O bleken bepaalde uit– en ingangen niet te kloppen. Na het doorvoeren van een aantal wijzigingen en aanpassingen in de schema’s voldeed de configuratie.


_________________________________________________________________________

4.3 Het testen van de barcodelabeller Het testen ging over een periode van twee maanden. De optredende problemen werden gemeld of zijn beschreven in het logboek die bij de machine hangt. Bij ieder probleem is er een optimalisatie doorgevoerd aan de opstelling. 4.3.1

Optimalisatie van de stappensturing

In het begin stopte de stappensturing bij een bepaalde stap. De applicatie stond stil en ging daarna in de fout omdat de cyclustijd overschreden was. Na wat zoekwerk bleek dat de SPC200 sturing te weinig tijd kreeg om de instelbits te verwerken. De 10 ms opgegeven vanuit de flowchart is te weinig. Daarom is in netwerk 8 van FB1 de insteltijd verhoogt tot 100ms. In de verpakkingslijn worden grote en kleine pakketten aangevoerd. Bij de allerkleinsten liep het mis. De hoogtesensor zag de pakketten niet en de applicatie stond terug stil en ging in de fout. In de stappensturing is een extra wachttijd ingevoerd bij de aanvoer van kleine pakketten. Het aanpassen van de PAD ophanging ging ook niet zonder problemen. Na het terug opstarten van het programma bleek de SPC200 module niet meer in staat om de horizontale as correct te positioneren. De oorzaak hiervan is dat de “tool load” (de belasting) gewijzigd was door het veranderen van ophanging. Via het programma Winpisa is de “tool load” gewijzigd van 28 kg naar 30 kg. Bij het terug downloaden van het SPC200 programma positioneerde de as terug normaal. 4.3.2

Optimalisatie van de verwarming

De oproeptijd van OB35 stond ingesteld op 200 ms. Deze tijd moet aangepast worden door het zoeken van de dominerende tijdsconstante van het verwarmingssysteem. 4.3.2.1 De tijdsconstante De tijdsconstante is een indicatie van de snelheid van het systeem. Een grote tijdsconstante geeft een langzaam systeem aan. Men moet de dominerende tijdsconstante uit de stapresponsie halen. Aan de ingang van proces wordt een stap aangelegd met een bepaalde waarde (40). Door de traagheid van het systeem krijgt men pas na een overgang een constante waarde. Er zijn twee manieren om de tijdsconstante te bepalen. De eerste manier is de overgang lineariseren en daaruit dan de dominerende tijdsconstante bepalen. De dominerende tijdsconstante is de tijd nodig opdat PV (in het groen) de LMN (in het rood) bereikt. Zie


_________________________________________________________________________ figuur 4_2. Een tweede manier is het bepalen van de tijd T waarbij de eindwaarde bereikt wordt. Uit de formule T = 5. τ dom kan de tijdsconstante τ dom bepaalt worden.

Figuur 4–2: Aanleggen van een stapresponsie

5 .τ dom

Figuur 4–3: Bepalen van de tijdsconstante

Als men de stapresponsie bekijkt, kunnen we stellen dat T = 5s => τ domi = 1s. In 3.3.6.6 staat de keuze beschreven voor de oproeptijd. Deze waarde wordt aangepast naar de waarde 100 ms, want volgens de richtwaarde is de oproeptijd gelijk aan 1/10 van de τ domi . De nieuwe waarde is 100 ms.


_________________________________________________________________________

Het afstellen van de temperatuursregeling Stap 1: We stellen een cyclustijd in van 100 ms voor OB35.

Figuur 4–4: Instelling oproeptijd OB35

Stap 2: Start het “PID Control Parameter Assignment” en open DB41 online

Figuur 4–5: PID parameter assignment, oproep DB41

Stap 3: Het volgend venster wordt automatisch geladen.

Figuur 4–6: PID parameter assignment; instellingen


_________________________________________________________________________

Stap 4: Laadt de instellingen in de PLC drukken op Stap 5: Kies Debug curve-recoder. Er kunnen maximaal 4 waarden getoond worden. We stellen het “Setpoint Value” (LMN), “Process Value”(PV),”Manipulated

Value”(Stuurwaarde van de regelaar).

Figuur 4–7: PID parameter assignment; grafiek opties

Stap 6: Start de curverecoder en ga het regelgedrag na.

Figuur 4–8: Ongeregelde responsie

Op de figuur kan men zien dat het bijna 4 s duurt vooraleer de gewenste waarde bereikt is.


_________________________________________________________________________ Dit kan men verbeteren door de methode van Ziegler Nichols (de oscillatiemethode) toe te passen.

De Ziegler Nichols oscillatiemethode Er wordt een zuivere P -regelaar ingesteld (dus geen I en D –actie). De P -actie wordt ingesteld op een versterking 2.5, bij een gevraagde temperatuur van 40 °C. De P -actie wordt stelselmatig verhoogd tot er een blijvend oscillatie is. In de volgende figuur wordt de reactie weergegeven in functie van de ingestelde versterking.

Versterking Reactie 2.5

Stabiel

5

Stabiel

10

Stabiel , oscillatieneiging

20

Instabiel, toenemende oscillatieneiging

??

Stabiele oscillatie

De ingestelde versterking waarbij er een stabiele oscillatie is, wordt k0 genoemd. Bij de versterking k0 hoort een bepaalde periode T0. T0 is in ons geval 10 s.

Figuur 4–9: oscillatiemethode: bepalen To

Via de onderstaande tabel worden de parameters voor de regelaar berekend aan de hand de gevonden T0 en K0. Versterking T0 P

0.5 x k0

/

PI 0.45 x k0

T0/1.2

Periode T0

= 15 s

Versterking

= 26

PI-parameters :

P = 11,7 I = 12,5


_________________________________________________________________________ Na het instellen van de nieuwe parameters is er een betere responsie. Na 1 sec is de gewenste temperatuur bereikt en dit met een klein doorschot.

Figuur 4–10: Afgeregelde responsie

4.3.3

Optimalisatie van het positioneergedrag van de SPC200

Het programma WinPISA biedt de mogelijkheid om het regelgedrag te gaan visualiseren. Het is de bedoeling dat men via een meetprocedure meetdata opslaat. De meetdata kan in verschillende grafieken gevisualiseerd en geparametreerd worden. De metingen worden uitgevoerd in de debug mode. Voor de meting kiezen we record nummer 14: N014 G02 G90 X@14 FX80. Het teken @14 betekent dat de verticale as naar positie 14 zal bewegen volgens het positieregister. De positie 14 komt overeen met de afstand 650 mm.

De meting: De start positie is 380 mm , bij het uitvoeren van recordnummer 14 beweegt de verticale as naar de positie 650 mm. De meetprocedure wordt gestart en data wordt opgeslagen. Via het het programma WinPISA is een grafiek opgemaakt met in het blauw de wenswaarde en in het rood de bereikte waarde. (Zie figuur 4-11)


_________________________________________________________________________

Figuur 4–11: Grafiek: gewenste positie, werkelijke positie in functie van de tijd

Uit de figuur 4-11 ziet men dat het positioneren perfect verloopt zonder doorschot en zonder statische fout. Dit resultaat wordt bekomen door de correcte parameters in te vullen in de instellingen in winPISA. In de figuur 4-12 is de versnelling (rood) en de snelheid (blauw) weergegeven.

Figuur 4–12: Grafiek: versnelling en snelheid in functie van de tijd


_________________________________________________________________________ Uit de vorige twee figuren kan volgende tabel opgemaakt worden. parameter

Grootheid eenheid Orde van de vergelijking uit de grafiek halen

positie

s

mm

3° orde

snelheid

v

m/s

2° orde

m/s2

1° orde

Versnelling a

Figuur 4–13: Tabel: interpretatie meetgegevens

Uit de mechanica weet men dat de afgeleide van de positie de snelheid is en dat de afgeleide van de snelheid de versnelling is. Dit is nu duidelijk te zien in de tabel en in de grafieken.


_________________________________________________________________________

Besluit Met de uitgevoerde optimalisaties als output voldoet dit project aan de doelstellingen. De belangrijkste outputs zijn: •

Een goede sturing en interface met gedetailleerde uitleg. Voor de sturing is er een nieuwe stuurkast en interface voorzien. De sturing is voorzien van diagnosemogelijkheden voor zowel handmatige als automatische werking. Tevens is er gezorgd voor een foutafhandeling. De initialiseringscyclus zorgt bij het opstarten na een uitval voor het correct positioneren van het pad ter hoogte van de printer.

•

Syllabus met elektrische en pneumatische schema’s. In deze syllabus wordt de totale optimalisatie tot in detail besproken. De elektrische schema’s zijn opgemaakt in Eplan, de pneumatische schema’s in FluidDRAW. Deze schema’s zullen een hulp zijn bij de onderhoudswerken.

•

Invoering van de PLC PID-regelaar voor de verwarming. Door deze optimalisatie wordt de PLC optimaal benut en is er geen externe regelaar meer nodig. Via de interface kan de wenswaarde ingegeven worden en wordt de gemeten waarde weergegeven.

•

Mechanische optimalisatie van de padophanging. Door het pad uit te rusten met speciale dempveren zijn er bijna geen uitvallen meer die te wijten zijn aan de sensoren. De padconstructie wordt niet meer vervormd zoals vroeger het geval was.

Bij dit project is tevens een handleiding gemaakt voor het programma Winpisa waarmee men de SPC200 kan instellen. Bij een volgende optimalisatie kan men de besturing van de SPC200 module vereenvoudigen met behulp van de profibuskaart. De geoptimaliseerde barcodelabeller wordt nu al terug gebruikt in productie. De uitvallen zijn zeer sterk gereduceerd en bij een fout is de oorzaak onmiddellijk duidelijk. Door het invoeren van een initialiseringscyclus is de opstarttijd miniem geworden. De positieve reacties vanop de werkvloer bevestigen de goede uitwerking van dit eindwerk.


Voorwoord. Optimaliseren van de barcodelabeller

Recommend Documents