Essay:

Essay details:

  • Subject area(s): Engineering
  • Price: Free download
  • Published on: 7th September 2019
  • File format: Text
  • Number of pages: 2

Text preview of this essay:

This page is a preview - download the full version of this essay above.

3 Berekening 3.1 Berekening buiging profiel  

Vooraleer er onderdelen voor de machine kunnen gezocht worden moet er eerst geweten zijn welke kracht er nodig is om de profielen te buigen. In onderstaande berekening is de kracht berekend om het sterkste profiel te buigen. De berekening zal dus ook voldoen voor de minder sterke profielen.  

σaluminium = 65MPa Afmetingen profiel (zie bijlage p34 soorten profielen)  

 Weerstandsmoment aluminium profiel:  𝑊𝑏 = (32 x 263)−(28 x 223) 6 x 26 = 1694,15 mm^3  

 Moment nodig om profiel te buigen (plastisch vervormen):  

Mb = Wb x 0.75 x σaluminium       = 1694,15 x 0,75 x 65 = 82,59Nm  Kracht nodig om profiel te buigen:  

Mb =

𝐹𝑏 2

 𝑥

𝑉𝑏 2

=> 𝐹𝑏 =

4 𝑥 𝑀𝑏 𝑉𝑏  

Fb= 367N  

Voor de zekerheid wordt de machine ontworpen om een drukkracht van 1000N te kunnen overbrengen.   

3.2 Berekening moment spindel  

Als de duwblok een kracht van 1000N uitoefent op het te buigen profiel zal er een moment ontstaan op de spindel.  M = F x r = 1000N x 0,15m = 150Nm          

Het te kiezen spindelsysteem moet dus een moment groter dan 150Nm aankunnen.

11  

Figuur 8: Bewegende delen

4 De opbouw en werking van de machine 4.1 Mechanisch  

De werking van de machine blijft grotendeels hetzelfde als de machine die momenteel manueel bediend wordt. De machine bestaat uit een frame van aluminium profielen. Dit frame wordt op een magazijnwagen gemonteerd zodat deze gemakkelijk verplaatsbaar en stabiel is. De kunststof blokken worden met een hendel met schroefdraad op hun plaats gehouden.   

Een servomotor zal een spindelsysteem aandrijven via een koppeling (ook wel lantaarnstuk genoemd). Op de loopwagen van de spindel zit de kunststof duwblok, in de vorm van een halve cilinder, bevestigd. Deze duwblok zal de beweging uitvoeren om de gordijnrail te kunnen buigen. Een encoder zal de plaats van de loopwagen doorgeven aan de PLC zodat er op voorhand kan ingesteld worden hoe ver de loopwagen moet bewegen. Deze waarde kan later nog aangepast worden op een HMI door de gebruiker om het profiel onder de juiste hoek te kunnen buigen.                  

Het spindelsysteem van SNR (afbeelding) bestaat uit een aluminium profiel met daarin een kogelomloopspindel die op de twee uiteinden gelagerd is. De loopwagen is verbonden met een geleiding die onder in het frame gemonteerd zit. Deze geleiding zal ervoor zorgen dat het moment dat opgewekt wordt door de drukkracht opgevangen wordt (zie berekening 3.2 p12 ). Zonder de geleiding zou de spindel dit moment niet kunnen opvangen.         

12  

Figuur 9: SNR spindelmodule, uit http://www.ntn-snr.com/portal/fr/enen/file.cfm/DOC.I_LM_CAT3_GBa_bd.pdf?contentID=10053

Het spindelsysteem kan volledig met motor, lantaarnstuk, eind- en homing switches en bevestiging aangekocht worden. Het is een kwestie van het monteren van de motor op het spindelsysteem via het lantaarnstuk. Daarna wordt dit gemonteerde systeem op het frame vastgezet.                        

Dit systeem wordt gekozen omdat het de ideale oplossing biedt voor het probleem en omdat er zich al een soortgelijk systeem in de fabriek bevindt. Het SNR spindelsysteem werd ook al toegepast op de loopkrachtmeter.                

13  

Figuur 10: Voorstelling servomotor, uit https://www.automation.siemens.com/doconweb /pdf/SINUMERIK_SIMODRIVE_04_2010_E/PFK7.pd f?p=1

4.2 Elektrisch/elektronisch 4.2.1 Servomotor en –drive  

De servomotor wordt aangestuurd door een servodrive. Op de servodrive komt een 1-fase spanning van 230V (stopcontact) binnen. Hiervoor is gekozen om de machine beter verplaatsbaar te maken en zo gemakkelijk kan ingestoken worden op het standaard net. De drive stuurt een servomotor aan die de spindel met loopwagen doet bewegen. Er wordt gekozen voor een servomotor omdat de positiebepaling van de duwblok bij deze toepassing van belang is. Er moeten namelijk verschillende profielen onder een verschillende radius gebogen worden en de machine moet instelbaar zijn door de bediener.          

Voor de servodrive wordt een Simatic s110 van Siemens gekozen omdat deze drive op een spanning van 230V kan werken en gemakkelijk te verbinden is met de PLC via profinet.

De drive en motor worden verbonden door een vermogen kabel en een gegevenskabel. De vermogen kabel zorgt ervoor dat de motor zijn stroom krijgt om te kunnen draaien. De gegevenskabel is verbonden met de encoder van de motor. Deze kabel zorgt ervoor dat de drive de gegevens van de encoder kan lezen. Handig is dat bij deze opstelling voor een Drivecliq gegevenskabel wordt gekozen. Dit betekent dat de drive de motor en encoder direct herkent en deze niet verder geconfigureerd moeten worden.

 

Figuur 11: Servodrive, uihttp://w3.siemens.com/mcms/mcsolutions/en/converters/low-voltageconverters/sinamics-s/positioningmotor/pages/sinamics-s110.aspxt  

14  

4.2.2 PLC  

De gekozen PLC is een S7-1200 CPU 1214C. Deze CPU is van toepassing omdat hij 14 DI heeft. Deze plc heeft ook een high speed counter die gebruikt wordt om de servo-regeling te realiseren. Deze plc wordt bij Thomas Regout in meerdere machines gebruikt.        

4.2.2.1 Profinet  

Een mogelijke opstelling om alle gekozen componenten met elkaar te verbinden is een profinet-netwerk. Alle profinetdeelnemers worden verbonden via een switch. De drive wordt aangestuurd door een PLC via de profinet-verbinding. Een HMI is verbonden zodat de bediener de instellingen kan veranderen zodra dat nodig is.         

Bovenstaande figuur is een voorstelling van het profinet-netwerk. Bij de buigmachine zullen er andere componenten worden gebruikt maar de opstelling zal identiek zijn. Het geheel kan geprogrammeerd worden met een PC of PG. Na het inladen van de software kan de PC of PG losgekoppeld worden en kan de machine bediend worden via het HMI.   

Figuur 12: S7-1200 1214C, uit http://www.automation.siemens.com/salesmaterialas/catalog/en/simatic_st70_chap04_english_2011.pdf, p4/22

Figuur 13: Voorstelling profinet-netwerk, uit https://support.industry.siemens.com/cs/document/29157692?lc=de-WW

15  

4.2.2.2 Puls – direction interface  

Een andere mogelijkheid is om de motor te besturen met een puls – direction interface. Hierbij stuurt de plc met slechts twee signalen, namelijk een puls signaal en een richting signaal, de drive aan. Het richting signaal geeft aan in welke richting de motor moet draaien. De frequentie van het puls signaal vertelt de motor hoe snel hij moet draaien. Een puls stelt een bepaalde vooraf in te stellen hoekverdraaiing voor die de motor moet afleggen. Bij elke puls die de motor krijgt zal hij dus een bepaalde hoek verdraaien. Hoe sneller (hoge frequentie) de pulsen achter elkaar komen, hoe sneller de motor zal draaien (zie afbeelding 14). Om deze hoge frequentie te verkrijgen moet de plc voorzien zijn van een high-speed counter.                   

In de software van de s7-1200 wordt een technology object aangemaakt. Hier wordt gekozen voor een “axis”. Deze axis is een voorstelling van de spindel en wordt geconfigureerd aan de hand van de gegevens van de spindel en de motor. Onder andere de spoed van de spindel en het aantal pulsen per omwenteling van de motor worden ingevoerd. Aan de hand van deze waarden zal het programma de eindpositie van de loopwagen van de spindel bepalen. Verder moet de parameter zoals maximale snelheid, maximale versnelling, enz. ingevuld worden. Ook de ingangen waarop de eind- en homing-sensoren zijn aangesloten moeten ingegeven worden zodat de motor stopt wanneer deze geactiveerd worden.  

 

Figuur 14: Grafiek snelheid servo, uit https://www.industry.siemens.nl/drives/nl/nl/frequentieregelaars/laagspanningsregelaar/sinamicss/sinamics_s110/Documents/Getting%20Started%20S110%20S71200.pdf, p9

16  

4.2.2.3 Programma  

Voordat een plc-programma kan geschreven worden is het belangrijk dat er eerst een flowchart gemaakt wordt. Een flowchart zorgt ervoor dat het programma een structurele opbouw heeft, het laat de werkingsvolgorde van het programma stap voor stap zien. Zie ook bijlage p36 Besturing van de Sinamics S110 door de S7-1200.                                 

 

Figuur 15: Flowchart plc-programma

17   

Aan de hand van de flowchart kan het plc-programma opgebouwd worden. In de plc kunnen een aantal standaard programma-blokken gebruikt worden om de motor aan te sturen. Zo zijn er onder andere blokken voor: de vrijgave van de drive, alarmen resetten, homing, absoluut bewegen, relatief bewegen, joggen en stoppen. Met deze datablokken kan het programma geschreven worden om de motor aan te sturen.                      

Omdat mijn kennis van profinetverbindingen niet voldoende is heb ik ervoor gekozen om de puls – direction interface te gebruiken op de buigmachine. Als Thomas Regout beslist om het profinetnetwerk te gebruiken kan dit later altijd aangepast worden zonder dat er onderdelen vervangen moeten worden. Voor een uitgewerkt voorbeeld van de besturing puls-direction interface zie bijlage p36 besturing van de Sinamics S110 met de S7-1200.   

 

Figuur 16: Voorbeeld programmablok (relatieve beweging), uit https://www.industry.siemens.nl/drives/nl/nl/frequentieregelaars/laagspanningsregelaar/sinamicss/sinamics_s110/Documents/Getting%20Started%20S110%20S71200.pdf, p33

18  

Figuur 17: Tweehandenbediening, uit http://www.bannerengineering.com/enUS/products/6/Machine-Safety/64/Two-Hand-Controls/446/DUO-TOUCH-Run-Bar-withSTB-Buttons/

4.3 Veiligheid  

Om de veiligheid van de bediener te garanderen wordt er gebruik gemaakt van een tweehandenbediening. Deze heeft als functie om de bediener te beschermen tegen inklemming tussen de bewegende delen. Omdat het spindelsysteem via een lantaarnstuk verbonden is met de servomotor zijn de aandrijvende onderdelen onbereikbaar. Hierdoor kunnen deze componenten geen gevaarlijke situatie veroorzaken. De bewegende delen zoals de duwblokken en het te buigen profiel kunnen wel gevaarlijke situaties veroorzaken.     

    

Om voorbijgangers te beschermen wordt er een omkasting rond de bewegende delen geplaatst. De omkasting is opgebouwd uit 25x25 aluminium profielen. Op deze profielen worden lexaanplaten van 5mm dik vastgemaakt. De omkasting zal aan de zijkanten en gedeeltelijk aan de voorkant een gleuf-opening hebben om het te buigen materiaal te kunnen laten bewegen tijdens het buigen. Om de machinerichtlijnen te kunnen respecteren moet deze gleuf kleiner worden dan mogelijk is bij deze opstelling. Het bedrijf heeft ervoor gekozen dat het voldoende is om alle bewegende delen zo goed mogelijk af te schermen om zo de gevaarlijkste situaties te vermijden.   

Een mogelijke oplossing om deze gevaarlijke situatie veilig te maken is kiezen voor het plaatsen van lichtschermen in de opening zodat de machine uitvalt zodra iets of iemand in de machine reikt langs de open zijde. Ook kan ervoor gekozen worden om de volledige werkplek waar deze machine staat af te bakenen om er zo voor te zorgen dat de werkplaats ontoegankelijk is voor iedereen buiten de bediener zodat de onveilige situatie uitgesloten wordt.  

 

19  

Verder wordt er op de afdekkap een veiligheidsschakelaar geïnstalleerd. Deze zal, zodra de afdekkap open gaat, de enable (vrijgave) van de drive onderbreken. Dit zal ervoor zorgen dat de machine enkel in werking kan gesteld worden wanneer de kap gesloten is. De machine zal ook stilvallen als ze in beweging is en als de kap op dat moment geopend wordt.   

  

Figuur 18 Veiligheidsschakelaar, uit http://www.isotron.eu/producten/veiligheid- energie-printers/bti  

 

20  

5 Ontwerp  

Tijdens het ontwerpen van de machine wordt er nagedacht over alle mogelijke oplossingen om het betreffende probleem op te lossen. Er worden enkele ideeën uitgedacht met verschillende aandrijfmogelijkheden zoals elektrische, pneumatische en hydraulische aandrijving. Hierdoor komen enkele concepten tot stand. Na afwegen van de voor- en nadelen van alle concepten kunnen de minder gunstige ontwerpen worden geëlimineerd. Een pneumatische machine is bijvoorbeeld niet goed verplaatsbaar en bij een hydraulische machine moet er een volledige hydraulische groep bij de machine geïnstalleerd worden. In het geval van de buigmachine is de keuze gemaakt om machine met elektrische aandrijving te maken.   

Zodra er een definitief concept is gekozen kunnen de nodige onderdelen opgezocht worden. Rekening houdend met de kostprijs en mogelijkheden van de onderdelen wordt een keuze gemaakt van de onderdelen die het beste bij deze machine passen. Het ontwerp wordt gedetailleerd uitgetekend in Inventor nadat de gewenste onderdelen zijn opgezocht.   

Figuur 19: 3D tekening definitief ontwerp  

In bovenstaande afbeelding staat een 3D tekening van het definitief ontwerp van de buigmachine. Voor de detailtekeningen, zie bijlage p17 technisch dossier: technische tekeningen.  

Zoals te zien is op de tekening wordt het aluminium frame op de tafelwagen gemonteerd. Hiervoor zal eerst een uitsparing gemaakt worden in het tafelblad zodat het frame erin kan worden geplaatst. Het frame wordt bevestigd aan de tafel met hoekverbindingen. De motor wordt via een lantaarnstuk op het spindelsysteem gemonteerd. Dit geheel wordt op het frame gemonteerd samen met de afschermplaat zodat de bewegende delen ook langs onder niet bereikbaar zijn.   

21  

Het frame is zo ontworpen dat de tweehandenbediening en de HMI (met een bevestigingsplaat) rechtstreeks gemonteerd kunnen worden. De kunststof blokken worden met een hendel met schroefdraad op hun plaats gehouden. Zodra al deze onderdelen geïnstalleerd zijn kan de omkasting over de machine gebouwd worden. Deze wordt ook met hoekverbindingen aan de tafel bevestigd.  

De exacte onderdelen die zijn gebruikt voor de machine zijn terug te vinden in de bijlage p19 Bestellijst en bijlage p20 Datasheets                                         

22  

6 Europese richtlijnen  

Zoals eerder vermeld wordt een oude machine aangepast en geautomatiseerd. Zodra iets wordt aangedreven door een systeem dat niet werkt op menselijke of dierlijke kracht spreekt men van een machine. Een machine moet voldoen aan de Europese richtlijnen voor machineveiligheid. Op basis van deze richtlijnen kan een Verklaring van overeenstemming worden opgesteld. Daarna kan er een CE-markering op het product aangebracht worden om aan te tonen dat de machine voldoet aan de Europese machinerichtlijnen.  

Om een volledige doorlichting van de machine te kunnen doen wordt er in de meeste gevallen een expert op vlak van veiligheid ingeschakeld. Omdat er tijdens de stageperiode nog geen definitieve goedkeuring was voor het maken van de machine is er een voorbereiding gedaan om een CE-markering te kunnen verkrijgen.  

De volgende stappen worden doorlopen:  

 Uitvoeren van een risicobeoordeling  Schrijven van een gebruikershandleiding  Opstellen van een technisch dossier  (Opstellen van een verklaring van overeenstemming)

Zodra aan deze punten is voldaan en de machine is goedgekeurd door de keuringsinstantie, mag de fabrikant een CE-markering aanbrengen op zijn machine en weet de gebruiker van het toestel dat deze machine gemaakt is volgens de Europese richtlijnen voor machineveiligheid.   

23  

6.1 Risicobeoordeling  

Om de machine veilig te maken voor de bediener en omstaanders moet er tijdens het ontwerp en de bouw van de machine een risicobeoordeling uitgevoerd worden. Deze risicobeoordeling is ook noodzakelijk voor het aanbrengen van een CE-markering. Een risicobeoordeling wordt uitgevoerd om na te gaan welke veiligheids- en gezondheidseisen voor de machine van toepassing zijn. Voor de risicobeoordeling moeten enkele stappen ondernomen worden zoals gezien in de afbeelding.  

Bepaling van de grenzen van de machine betekent dat er een lijst moet opgesteld worden met alle dingen die de machine moet kunnen, maar ook met dingen die zeker niet gedaan mogen worden met de machine.  Tijdens het ontwerpen van de machine stoot men vaak op gevaren die de machine met zich meebrengt. Al deze gevaren moeten opgesomd worden in een risicobeoordeling. Als deze gevaren een groot risico vormen moeten deze gevaren verwijderd worden of, als dat niet mogelijk is, moet men een beveiliging aanbrengen om dit gevaar te reduceren. Zodra alle gevaren die de machine met zich mee kan brengen behandeld zijn en binnen een aanvaarbare grens liggen is de risicobeoordeling compleet.  

Voor de risicobeoordeling van de buigmachine zie bijlage p32: Risicobeoordeling.  

6.2 Gebruikshandleiding  

Het volgende punt dat nodig is om een CE-markering aan te vragen is het opstellen van een gebruikershandleiding. De gebruiksaanwijzing bevat onder andere een algemene beschrijving van de machine en een gedetailleerde uitleg over hoe de machine bediend moet worden. De gebruiksaanwijzing moet verplicht aanwezig zijn bij de machine in de taal van het land waar de machine wordt gebruikt. Ook belangrijk is dat de gebruiksaanwijzing alle informatie over restrisico’s bevat.  

Voor een volledige lijst met gegevens noodzakelijk voor een volledige gebruikshandleiding zie bijlage p35 wetgeving (inhoud van de gebruiksaanwijzing)   

Figuur20: Flowchart risicobeoordeling, uit http://www.profibus.nl/communicationworld /media/Presentaties/fusacon.pdf, p18

24  

6.3 Technisch dossier  

Voor machines met een CE-markering geldt een verplichting om een technisch dossier op te stellen. Deze informatie moet tot 10 jaar na levering van het product ter beschikking zijn van de bevoegde nationale instanties indien deze opgevraagd worden.  

In het technisch dossier wordt allereerst een kort overzicht gemaakt van de belangrijkste technische gegevens van de machine zoals de maximale kracht die de machine kan produceren, de spanning waar de machine op werkt, enz.  

In het technische dossier bevinden zich de datasheets van alle onderdelen van de machine. Ook alle elektrische schema’s, technische tekeningen en het PLC-programma bevinden zich in dit technisch dossier. Als er een reparatie of vervanging van een onderdeel moet gebeuren of er is een storing, kan de nodige informatie hiervoor in het technische dossier gevonden worden.  

Zodra de machine gebouwd is, kan de testfase beginnen en zullen ook de testresultaten in het technisch dossier verwerkt worden.  

Voor verdere informatie over de wetgeving van het technische dossier zie bijlage p35 Wetgeving. Voor het volledige technisch dossier van de buigmachine zie bijlage p15 Technisch dossier.  

6.4 Verklaring van overeenstemming  

Zodra alle voorgaande punten zijn doorlopen kan er een verklaring van overeenstemming opgesteld worden. Dit is een document, opgesteld door de fabrikant, dat aangeeft dat de machine aan alle eisen van de opgenoemde normen voldoet. Hiermee worden de CEmarkeringsrichtlijnen bedoeld maar ook andere machinerichtlijnen als die van toepassing zijn.   

25  

7 Kostprijsberekening  

Voordat de machine kan ontworpen en gemaakt worden moet er een idee zijn van de totale kostprijs van de machine. Hiervoor moet een lijst opgesteld worden van alle inkoopdelen, maakdelen en uren die nodig zijn om de machine te maken.  

Deze kostprijsberekening zal een idee geven van de totale kost van de machine en zal dus een richtprijs geven en niet de exacte prijs. Zodra de directie deze kostprijsberekening goedkeurt kan het ontwerp en de daaropvolgende productie van de machine beginnen.  

De tabel op de volgende pagina is een voorbeeld van een kostprijsberekening die gemaakt is voor de profielbuigmachine. Te zien in de tabel is dat er een overzicht wordt gemaakt van de koopdelen en uren. In het geval van de profielbuigmachine zijn er op voorhand geen maakdelen ingerekend omdat er vanuit wordt gegaan dat alle onderdelen aangekocht worden. Wel wordt er een “onvoorzien”-factor ingecalculeerd om met onverwachte kosten rekening te houden.   

 

26   

koopdelen

  product  Prijs/stuk  prijs 1 Servomotor Siemens 1fk703  785,13 785,13 1 Servodrive s110 control unit  475,42 475,42 1 Power unit  284,61 284,61 1 Motorkabel  62,49 62,49 1 Drivecliq kabel  61,8 61,8 1 spindelsysteem  2086 2086 1 eindschakelaarset  172 172 6 bevestiging spindelsysteem  14 84 1 tafelwagen  563 563 1 CPU PLC  313 313 1 HMI  330 330 1 Voeding PLC  70 70 1 frame  800 800 1 tweehandenbediening  780 780 1 veiligheidsschakelaar  50 50 1 elek. Kast  50 50 2 automaten  50 100 2 relais  50 100 1 hoofdschakelaar  50 50 1 lexaan  100 100 1 PILZ veiligheidsrelais  200 200 2 gasveren  30 60   sub-totaal    7577,45           Kos

uren

16 uren engineering (stagiair)  0 0 8 uren mechanisch(+16h stagiair)  50 400 2 uren elektrisch(+8h stagiair)  50 100   uren besturing- hardware  50 0 24 uren besturing- software  70 1680 16 uren besturing- bekabeling(+16h stagiair)  50 800 16 testrun(engineer+monteur)  120 1920

 

   sub-totaal    4900            onvoorzien:15%    1871,62            totaal    14349,1  Tabel 1: Kostprijsberekening

27  

8 Besluit  

Bij het begin van de opdracht was er een vraag naar een machine waaraan enkele eisen waren gesteld. Tijdens dit project is er een volledige machine tot stand gekomen. De machine is uiteindelijk niet gebouwd maar met de gegevens in het technische dossier kan de machine volledig mechanisch, elektrisch, hard - en softwarematisch opgebouwd worden. Enkel bij de testfase is nog een engineer nodig om de machine te finetunen.   

Voor mij was dit een zeer leerrijke ervaring omdat ik in mijn verdere loopbaan door wil groeien als ontwerper. Ik ben ervan overtuigd dat het ontwerpen van deze machine van nul tot het op papier volledig afgewerkte product daarvoor een goede oefening geweest is.

...(download the rest of the essay above)

About this essay:

This essay was submitted to us by a student in order to help you with your studies.

If you use part of this page in your own work, you need to provide a citation, as follows:

Essay Sauce, . Available from:< https://www.essaysauce.com/essays/engineering/2016-4-12-1460444996.php > [Accessed 20.10.19].