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

Checklijst TPMS - Würth Nederland

Standaard instellingen voor frequentie regelaar FQ1

april - De Achtbaan

FOCON LED - MONACOR Nederland bv

42003055

it en de fr es nl installazione sensore ant+ per my e-training

CO -, temperatuur en relatieve vochtig- heidssensor

Polytechnisch Zakboek

Opgave 2 (G-)Krachtmetingen in een attractiepark

Installations - und Bedienungsanleitung Regensensor 1