Geïntegreerde Proef

Industriële wetenschappen

2012-2013 2e

leerjaar – 3e graad

Automatisering ponsmachine

Ward Vandenbroucke

2

Voorwoord

Ik ben Ward Vandenbroucke. Ik zit in het zesde jaar Industriële Wetenschappen in het

Vrij Technisch Instituut van Poperinge. Thuis doet mijn vader metaalbewerking, wat een

grote invloed heeft op de keuze van mijn GIP.

Als laatstejaars werd ons gevraagd om een GIP te maken. Dit betekent dat we gedurende

het schooljaar werken aan een door ons zelf gekozen project. Dit project is een

toepassing op de leerstof van onze opleiding.

Als GIP heb ik een bestaande ponsmachine geautomatiseerd. Dit betekend dat er een x-y

tafel voor gemaakt werd om het werkstuk te positioneren. De GIP bestaat uit het

volledige ontwerp van de constructie en de elektronische aansturing van de motoren.

Voor mij is het werk een echte uitdaging omdat je er jezelf mee kan bewijzen. Het toont

aan dat je iets praktisch kan uitvoeren, ook al volg je een theoretische richting. Uiteraard

hoort daar ook deze schriftelijke studie bij.

Dit werk heb ik natuurlijk niet volledig alleen moeten doen. Daarom zou ik graag enkele

personen willen bedanken.

Graag had ik onze mentor en tevens klastitularis, Dhr. Knockaert uitdrukkelijk willen

bedanken voor de enorme inspanningen die hij geleverd heeft om mijn GIP tot een goed

resultaat te leiden. Hij heeft tevens gezorgd voor het ontwerp van de verschillende

benodigde printplaten.

Daarnaast wil ik ook de andere begeleidende leerkrachten, Dhr. Beirlaen en Dhr. Kinget

bedanken voor hun geleverde inspanningen.

Ook wil ik graag een woord van dank richten aan mijn klasgenoten en mijn ouders omdat

ik altijd op hun steun kon rekenen.

3

Inhoudsopgave

Voorwoord ................................................................................................................. 2

Inhoudsopgave .......................................................................................................... 3

Gebruikte symbolen en afkortingen .............................................................................. 5

lijst figuren ................................................................................................................ 6

Inleiding .................................................................................................................... 7

1 Machine in oorspronkelijke toestand ...................................................................... 8

1.1 Het begrip ponsen ......................................................................................... 8

1.2 Mechanisch................................................................................................... 8

1.3 Elektrisch ..................................................................................................... 9

1.4 Gebruik ........................................................................................................ 9

2 Doelstellingen.................................................................................................... 10

2.1 Mechanische doelstellingen .......................................................................... 10

2.2 Programma-doelstellingen............................................................................ 10

3 Het ontwerp ...................................................................................................... 11

3.1 Eerste ontwerp ........................................................................................... 11

3.2 Evenwijdige beweging ................................................................................. 11

3.2.1 Methode 1: twee spindels...................................................................... 11

3.2.2 Methode 2: tandwiel ............................................................................. 12

3.2.3 Methode 3: wringingskader ................................................................... 12

3.3 Definitief ontwerp ....................................................................................... 13

4 Overbrengingen motoren ................................................................................... 15

4.1 Reductie x-richting ...................................................................................... 18

4.1.1 Oorspronkelijk ...................................................................................... 18

5 Sterkteberekeningen .......................................................................................... 19

5.1 Wringing in wringingskader .......................................................................... 19

5.2 ...................................................................................................................... 20

6 Onderdelen elektrische installatie ........................................................................ 21

4

6.1 De motoren ................................................................................................ 21

6.1.1 Opbouw ............................................................................................... 21

6.1.2 Werking ............................................................................................... 22

7 Onderdelen HMI ................................................................................................ 25

7.1 Drukknoppen .............................................................................................. 25

7.1.1 Aparte drukknopen ............................................................................... 25

7.1.2 Toetsenbord......................................................................................... 25

7.2 Encoder...................................................................................................... 26

8 Menustructuur ................................................................................................... 27

9 Onderdelen stuurprint ........................................................................................ 28

9.1 Adres decodering en dataverwerking ............................................................ 28

9.2 Digitale uitgangen ....................................................................................... 28

9.3 Digitale ingangen ........................................................................................ 28

9.4 Analoge uitgangen ...................................................................................... 28

9.5 RAM- geheugen .......................................................................................... 28

5

Gebruikte symbolen en afkortingen

6

lijst figuren

Figuur 1.1: Ponsonderdelen ........................................................................................ 8

Figuur 1.2: Peddiworker 800 ....................................................................................... 8

Figuur 3.1 Eerste ontwerp ......................................................................................... 11

Figuur 3.2 Plaats wringingskader in constructie ........................................................... 12

Figuur 3.3 Onderdelen van het ontwerp ..................................................................... 13

Figuur 6.1 Vereenvoudigd bovenaanzicht wringingskader ............................................ 19

Figuur 6.2 Zijaanzicht wringingskader ........................................................................ 19

Figuur 8.1 Numeriek toetsenbord .............................................................................. 25

Figuur 8.2 Signalen encoder ...................................................................................... 26

7

Inleiding

In een metaalbewerkend bedrijf speelt efficiëntie van machines een zeer cruciale rol.

Seriewerk maar ook stukwerk dient gedaan te worden in een zo kort mogelijk tijd en met

een minimum aan mankracht. Natuurlijk speelt optimale nauwkeurigheid ook een

belangrijke rol. Daarom worden zeer veel machines in bedrijven geautomatiseerd. Als GIP

een ponsmachine automatiseren is dus een ultieme kans om het schoolgebeuren met de

praktijk te linken.

Een ponsmachine is een machine die gaten ponst in een metalen plaat. Bij stukwerk moet

men de positie van ieder gat op het werkstuk tekenen en een puntje slaan, wat tijdrovend

is. Bij seriewerk moet er een aanslag geplaatst worden en dan kan er in elk stuk één gat

geponst worden.

Omdat ook dit tijdrovend is en omdat de gebruiker constant bezig is met de machine, is

het nuttig om het werkstuk automatisch op de juiste positie te houden. Om dit te

realiseren werd er een ponstafel voor de machine geplaatst. Dit is een opspansysteem dat

in x- richting en in y- richting kan bewegen.

De gebruiker moet nu enkel het werkstuk opspannen en de posities van de gaten ingeven

op een frontpaneel. De machine verplaatst het werkstuk naar de juiste positie en ponst

het gat.

Deze GIP is op te splitsen in 2 delen: een mechanisch en een elektrisch deel.

Het mechanisch deel bestaat uit het ontwerp van de tafel. De tafel bestaat uit een frame

waarop een opspansysteem beweegt. Het opspansysteem wordt in de juiste richting

geleid door geleiders. Spindels zorgen voor de lineaire bewegingen. Er werden

sterkteberekeningen uitgevoerd om de sterkte van de constructie controleren.

Het elektrisch deel bestaat uit de motoren met hun sturing, het frontpaneel, verschillende

sensoren en een microcontroller. Elk elektrische component is aangesloten op de

microcontroller, die alles stuurt. De gebruikte programmeertaal is flowcode.

8

1 Machine in oorspronkelijke toestand

1.1 Het begrip ponsen

Ponsen is een niet-verspanende bewerking waarbij

een gat in een metalen plaat bekomen word. De

bewerking gebeurt door een ponsnippel die door

een metalen plaat gaat met daaronder een matrijs.

Het metaal wordt afgesneden doordat zowel de

ponsnippel als de martijs als mes functioneren.

1.2 Mechanisch

De machine die in deze GIP zal

geautomatiseerd worden is een

Peddiworker 800 van Peddinghaus.

De op- en neergaande beweging van de

ponsnippel wordt uitgevoerd door een

hydraulische cilinder. Op zelfde hoogte van de

matrijs is een metalen plaat om de

bevestiging van het werkstuk te

vergemakkelijken.

Figuur 1.2: Peddiworker 800

Ponsnippel

Matrijs

Figuur 1.1: Ponsonderdelen

9

1.3 Elektrisch

De machine werd oorspronkelijk bediend met een elektrische voetpedaal. Het pedaal

bedient een relais, waarmee de hydraulische klep van de cilinder gestuurd wordt. Om de

cilinder op de gepaste diepte te doen stoppen, zijn er twee eindeloopcontactan geplaatst.

De eindeloopcontacten zijn regelbaar opgesteld om de grootte van de beweging te

kunnen regelen. Op het bedieningspaneel staat ook nog een3-standen draaiknop. De drie

standen hebben volgende functies:

- Stand1: de cilinder gaat maar naar beneden zolang de pedaal ingedrukt is. Om

terug naar boven te gaan moet de draaiknop naar een andere stand gebracht

worden.

- Stand 2: bij deze stand gaat de cilinder naar beneden als de pedaal ingedrukt

word. Zodra de pedaal losgelaten word, gaat hij terug omhoog.

- Stand 3: zodra er een korte puls op de pedaal gegeven word, gaat de cilinder

volledig naar beneden en dan direct terug omhoog.

1.4 Gebruik

Er zijn twee soorten werk: stukwerk en seriewerk.

Stukwerk: Hierbij moet er maar in één stuk gaten geponst worden. De positie van ieder

gat moet men één voor één aftekenen. Daarna moet er op die posities een puntje

geslagen worden met een puntslag. Het puntje aan de ponsnippel past nu in het puntje in

de plaat, waardoor het werkstuk juist gepositioneerd is.

Seriewerk: Als meerdere identieke stukken op dezelfde manier bewerkt moeten worden,

noemt dat seriewerk. Hierbij moet net als in stukwerk een stuk afgetekend worden. Voor

elk ander gat wordt er een aanslag geplaatst. Door nu van elk stuk hetzelfde gat te

ponsen, wordt wat tijd uitgespaard.

In beide toepassingen gaat heel wat tijd verloren door het voortdurend verplaatsen van

de onderdelen. Een ander nadeel is dat de gebruiker voortduren bezig is aan de machine.

10

2 Doelstellingen

Het doel van deze GIP is dat deze machine geautomatiseerd is. Dit betekend dat je niet

manueel het werkstuk moet positioneren, maar dat de machine dat zelf doet. Om dit te

kunnen moet er een ponstafel vóór de ponsmachine geplaatst worden. De ponstafel moet

het werkstuk in 2 richtingen kunnen verplaatst worden. We noemen deze richtingen de x-

en de y richting. Natuurlijk kunnen we de mogelijkheden niet oneindig groot maken. Er

moeten enkele doelstellingen voorop geplaatst worden.

2.1 Mechanische doelstellingen

De maximale lengte van het werkstuk die we vooropgesteld hebben is 2500mm. De

ponstafel moet dus een uitwijking in x-richting hebben van 2500mm.

Voor de maximale uitwijking in y-richting is de uitlading van de machine een beperking.

De uitlading is 200mm. Omdat het handiger is voor het opspannen van het werkstuk is

het nodig dat het werkstuk iets meer achteruit kan gezet worden. We stellen daarom een

maximale uitwijking voorop van 350mm.

Het is mogelijk dat het werkstuk breder is dan 350mm, daarom moeten we ervoor zorgen

dat het werkstuk achteruit kan doorlopen.

Het is de bedoeling dat er met deze machine een nauwkeurigheid bereikt word van

0.2mm.

2.2 Programma-doelstellingen

Allereerst moet de machine kunnen gekalibreerd worden. Dit betekent dat het werkstuk

met een hoekpunt onder de ponsnippel wordt geplaatst, dat als nulpunt van het

assenstelsel dient. Alle coördinaten worden vanaf dit nulpunt berekend.

Vervolgens moet de gebruiker elk coördinaat kunnen ingeven. De lijst van alle

coördinaten samen vormt een programma.

Een gemaakt programma moet kunnen worden opgeslagen om later terug te kunnen

opvragen. Het moet ook mogelijk zijn om een programma aan te passen.

Het is vaak nodig dat met de ponsmachine nummers worden geponst. Deze nummers

worden gevormd door verschillende gaten te ponsen die zo een nummer vormen. Het

doel is dat de gebruiker enkel het nodige nummer hoeft in te geven en dat de machine

automatisch alle nodige coördinaten samenstelt.

11

3 Het ontwerp

3.1 Eerste ontwerp

Voordat de effectieve tekeningen werden

gemaakt, werd er een 3d tekening gemaakt die

weergeeft hoe de machine er ongeveer zou

uitzien. Aan de hand van deze tekening kon er

worden gezien wat er mogelijk was en wat er

nodig was.

3.2 Evenwijdige beweging

Het moeilijkste deel van de machine is de verplaatsing van de slede die in y-richting

beweegt. Deze slede moet evenwijdig over de 2 geleiders bewegen. Het probleem dat

optreed bij het geval dat er slechts één spindel is, is dat de slede zich schuin plaatst

tegenover het basiskader. Er werd nagedacht over verschillende mogelijke oplossingen:

3.2.1 Methode 1: twee spindels

Een mogelijke oplossing is dat er aan beide zijden van de slede een spindel is. De twee

spindels worden met elkaar verbonden door een ketting of getande riem, die ook met de

motor verbonden is.

Nadelen:

- Kogelomloopspindels zijn zeer duur in aankoop, waardoor er niet meer spindels

gebruikt worden dan nodig.

- De afstand tussen de spindels is groot, waardoor de ketting of getande riem die

de spindels met elkaar moet verbinden zeer lang moet zijn. Door de grote afstand

kunnen ze ook doorhangen en uitrekken, waardoor er een hoe verdraaiing

optreedt tissen de twee spindels.

Figuur 3.1 Eerste ontwerp

12

3.2.2 Methode 2: tandwiel

Bij deze methode wordt naast de geleiders op het basisframe een tandlat gemonteerd. Op

elke tandlat loopt een tandwiel. De twee tandwielen worden met elkaar verbonden door

middel van een as. De as is met lagers aan de slede in y-richting gemonteerd.

Nadeel:

- Deze methode is nogal complex om te realiseren

3.2.3 Methode 3: wringingskader

Een derde mogelijke methode is dat de slede met één spindel verplaatst wordt. Om de

verplaatsing evenwijdig te laten gebeuren, wordt er een wringingskader tussen het

basisframe en de slede geplaatst.

Het wringingskader verplaatst de scharnierpunten aan de slede een eind naar beneden.

Door het kader zullen de onderste scharnierpunten evenwijdig blijven met de bovenste.

De onderste scharnierpunten worden door middel van twee trek/druk stangen verbonden

met de poten van het basisframe.

Figuur 3.2 Plaats wringingskader in constructie

13

3.3 Definitief ontwerp

De machine bestaat uit vijf belangrijke onderdelen. Allereerst is de bestaande machine.

Dit is de ponsmachine, hieraan wordt er niets veranderd.

De x-y tafel wordt vastgemaakt aan de machine. Het onderdeel dat daarvoor zorgt, is de

basis. Dit onderdeel staat vast op de grond en aan de machine.

Op de basis kan er een slede verplaatsen. deze verplaatsing is enkel mogelijk in y-

richting. Omdat deze beweging mooi evenwijdig zou gebeuren is er een

wringingsmechanisme tussen de basis en de slede geplaatst.

Boven de slede in y-richting beweegt er een slede die in x-richting verplaatst.

Deze slede kan dus alle posities aannemen in het x-y vlak.

Figuur 3.3 Onderdelen van het ontwerp

Basis

Slede x-richting

Bestaande machine

Slede y-richting

Wringings- mechanisme

14

3.3.1 Slede in y-richting

Deze slede verplaatst zich tegenover het basiskader. Omdat er enkel een verplaatsing

mag zijn in y-richting worden er geleidingen geplaatst tussen het basiskader en de slede.

De gebruikte geleiders zijn ronde lineaire geleiders. Deze worden aan beide uiteinden van

het basiskader geplaatst. Aan de slede worden er kogelbussen geplaatst die op de ronde

geleiders passen.

De beweging zelf word gemaakt door een kogelomloopspindel. De spindel wordt

draaibaar opgesteld op het basiskader. Verdere informatie over kgelbussen en

kogelomloopspindels is terug te vinden in het hoofdstuk verplaatsingselementen.

Omdat de spindel soepel moet draaien en omdat er geen speling

mag zijn, worden er kogellagers gebruikt.

Aan ieder uiteinde wordt een radiaallager gebruikt. Deze lagers

kunnen hoofdzakelijk radiale krachten (in zijdelijngse richting op

de spindel) op nemen.

Aan een uiteinde worden ook twee axiaallagers gebruikt. Deze

lagers kunnen vooral axiale krachten (in de lengterichting van de

spindel) op nemen.

De spindel wordt met een getande riem verbonden met de motor.

Aan de slede is er een kogelomloopmoer bevestigd.

Kogelomloop-spindel

Ronde lineaire geleider

Ronde lineaire geleider

15

3.3.2 Wringingsmechanisme

Het wringingsmechanisme is een mechanisme dat ervoor zorgt dat de slede in y-richting

mooi evenwijdig verplaatst over het basiskader. Dit mechanisme bestaat uit een

wringingskader en twee trek/druk stangen. Het geheel bevat in totaal zes

scharnierpunten. Omdat de nauwkeurigheid zeer belangrijk is, mag er geen speling zijn in

de scharnierpunten. Daarom werd ervoor gekozen om kogellagers gebruikt.

16

3.3.3 Slede in x-richting

Deze slede verplaatst zich in x-richting tegenover de slede in y-richting.

De geleiding van deze slede gebeurt met een lange ronde lineaire geleider. Deze is

gemonteerd op de slede in y-richting. Aan de slede in x-richting zijn twee kogelbussen op

ongeveer 20cm naast elkaar bevestigd. Daardoor kan deze slede niet verdraaien

tegenover de slede eronder. Om de andere kant te ondersteunen is er een wieltje

geplaatst die rolt over een buis van de constructie.

Om de verplaatsing uit te voeren wordt er opnieuw een kogelomloopspindel gebruikt. De

spindel staat nu stil. De kogelomloopmoer is aan de slede in x-richting bevestigd. De moer

draait rond, waardoor de slede zich verplaatst.

17

4 Verplaatsingselementen

4.1 Lineaire geleiders

Geleiders dienen om ervoor te zorgen dat de verplaatsing maar in een richting kan

gebeuren. Er mag dus geen speling zitten op de geleider.

De gebruikte geleiders zijn ronde lineaire geleiders. Op deze geleiders passen

kogelbussen.

Een kogelbus bestaat uit een huis met een gat erin. Aan de binnenkant van het gat zijn

groeven gemaakt waarin kogeltjes kunnen rollen. Kogels zijn ronde stalen bolletjes. De

groeven zijn zo gemaakt dat de kogels in een lus rollen. Aan de ene kant van de lus

rollend de kogels op de geleider. De rest van de lus is om de kogels terug naar het begin

te geleiden.

Het voordeel van kogelbussen is dat er geen wrijving is, waardoor er geen slijtage is en

waardoor de nauwkeurigheid zeer optimaal is.

4.2 Kogelomloopspindels

De beweging zelf word gemaakt door een kogelomloopspindel.

Een kogelomloopspindel is een as met ronde

schroefdraad. In de schroefdraad kunnen kogels

rollen. Een kogelomloopmoer is net als een

kogelbus, maar dan met ronde schroefdraad

langsbinnen.

Het principe van een kogelomloopmoer is

dezelfde als van een kogelbus. De kogels lopen

nu in de schroefdraad van de spindel en deze

aan de binnenkant van de moer.

18

5 Overbrengingen motoren

Omdat de gebruikte sturingen niet genoeg stroom kunnen leveren, kan het nodige koppel

niet bekomen worden. Hierdoor is de snelheid niet groot genoeg en ook niet goed

regelbaar. Dit probleem is eenvoudig op te lossen door een tandwielkast tussen de motor

en de tandriem te plaatsen. We doen dit voor zowel de x-richting als de y-richting.

5.1 Overbrenging x-richting

De spoed van deze spindel is 40 mm. Dit betekend dat de slede 40mm verplaatst is als de

spindel een toer heeft gedraaid.

Oorspronkelijk

Oorspronkelijk was er een reductie door een riemoverbrenging van ½. Als de motor nu

een toer draait, beweegt de slede 20mm. Dit is nogal veel.

Nieuw

5.2 Overbrenging y-richting

De spoed van deze spindel is 10 mm. Dit betekend dat de slede 10mm verplaatst is als de

spindel een toer heeft gedraaid.

Oorspronkelijk

Oorspronkelijk was er een reductie door een riemoverbrenging van 1/1. Als de motor nu

een toer draait, beweegt de slede 10 mm. Ook hier heeft de motor meer dan 6A nodig.

Ten tweede is deze combinatie niet goed genoeg voor de nauwkeurigheid. Er werd een

nauwkeurigheid vooropgesteld van 0,2mm voor de bewegingen. Dit betekent dat de

motor tot op 3,6° nauwkeurig moet geregeld worden. Dit is onmogelijk met de gebruikte

motor en sturing. Het probleem is terug op te lossen met een tandwielkast.

Nieuw

19

6 Sterkteberekeningen

6.1 Wringing in wringingskader

Het wringingskader zorgt voor een evenwijdige beweging van de slede die in y-richting

beweegt.

- Hoekverdraaiing van de ronde buizen

De nauwkeurigheid die vooropgesteld werd is 0.2 mm. Dit is dus de uitwijking die kan

gebeuren door vervorming van het kader.

Eerst word de hoek berekend tussen de onderste en de bovenste buis

De uitwijking van de toppen van de ronde buis kan nu worden

berekend.

Rechts:

Links:

De hoekverdraaiing kan nu berekend worden:

Figuur 6.1 Vereenvoudigd bovenaanzicht wringingskader

Figuur 6.2 Zijaanzicht wringingskader

20

Gegevens ronde buis:

Het materiaal is S235JR De glijdingmodulus (G) van dit materiaal is 8000 kN/cm²

D = 4,83 cm (buitendiameter)

d = 4,18 cm (binnendiameter)

l = 132,6 cm (lengte waarover de buis wringt)

Uit de hoekverdraaiing en de gegevens van de buis kan het wringend moment berekend

worden. Daarvoor wordt volgend formule gebruikt:

Met: : hoekverdraaiing (rad)

: wringend moment (kNcm)

l: staaflengte (cm)

G: Glijdingsmodulus (kN/cm²)

Ip: polair traagheidsmoment ( )

Hieruit kunnen we Mw berekenen:

Hierin is

l = 132,6 cm

Ip =

=

(S235JR)

6.2

21

7 Onderdelen elektrische installatie

7.1 De motoren

De motoren worden gebruikt om de verplaatsingen uit te voeren. De gebruikte motoren

zijn DC motoren. Dit betekent dat de motoren werken op gelijkstroom.

Een belangrijke eigenschap aan dit type motoren is dat de rotatiesnelheid zeer eenvoudig

regelbaar is.

7.1.1 Opbouw

De binnenkant van een DC-motor ziet er als volgt uit:

Net zoals de meeste andere motoren bestaat de gelijkstroommotor uit twee

hoofdzakelijke delen: de stilstaande stator en de bewegende rotor. De rotor wordt ook

wel het anker genoemd.

De stator is de buitenkant van de motor. Aan de binnenzijde van de stator zijn

magneetpolen bevestigd. Dit kunnen elektromagneten zijn, maar het kunnen ook

permanente magneten zijn. Elektromagneten bestaan uit een kern met errond een

koperen wikkeling. Als er stroom door de koperdraden vloeit, wordt de metalen ken

magnetisch.

Permanente magneten hebben geen elektrische stroom nodig, maar zijn uit zichzelf

magnetisch.

De gebruikte motoren zijn gemaakt met permanente magneten.

1

4 5 6 7

3

2

1. Statorhuis

2. Lager

3. permanente magneet

4. Rotor / anker

5. Rotorwikkelingen

6. Collector / commutator

22

De rotor of anker is het ronddraaiende gedeelte van de motor. De rotor is een stalen

cilinder met gleuven erin. In deze gleuven zijn koperdraden gelegd die in verschillende

wikkelingen opgedeeld worden. De uiteinden van deze wikkelingen zijn verbonden met de

commutator. Door middel van koolborstels die over de commutator slepen wordt de

elektrische stroom naar de wikkelingen overgebracht. Koolborstels zijn gemaakt van een

wrijvingvast en geleidend materiaal.

7.1.2 Werking

Om het werkingsprincipe uit te leggen vereenvoudigen we de motor tot één

rotorwikkeling een magnetisch veld.

De principiële opbouw is als volgt:

De werking van een gelijkstroommotor berust op de krachtwerking die een

stroomvoerende geleider ondervindt in een magnetisch veld. Deze krachtwerking noemt

men Lorentzkrachten.

De zin van die kracht kan eenvoudig bepaalt worden de met de linkerhandregel:

Met onze handpalm houden we de veldlijnen van het permanent magnetisch veld tegen,

deze veldlijnen vloeien van de noord- (N) naar de zuidpool (Z).

Onze vingers wijzen volgens de zin van de stroom in de geleider.

De richting waarin onze duim nu wijst geeft de zin van de kracht aan.

Het probleem is echter dat de motor maar 90° zal verdraaien en daarna stilstaan omdat

de krachtwerkingen van beide polen elkaar compenseren op die positie. Daarom moet de

23

stroomzin halverwege omgedraaid worden zodat de Lorenzkrachten in dezelfde zin blijven

werken en de motor verder kan draaien. Het ompolen van de stroom gebeurt door een

collector of commutator waarover koolborstels lopen.

Om een voldoende groot koppel te ontwikkelen is er niet 1 geleider, maar wordt de hele

rotor bewikkeld. De verschillende rotorwikkelingen zijn zodanig in de rotor aangebracht

om een constant koppel te verkrijgen. Het aantal contactgebieden op de commutator

moet uiteraard ook aangepast worden.

De grootte van het motorkoppel kan bereken worden met volgende formule:

Met: : Het motorkoppel (Nm)

: De ankerstroom (A)

: de magnetische flux in Vs of Weber (Wb)

k: evenredigheidsconstante motor

In de motor wordt tevens een tegen emk opgewekt. Dit komt doordat er een bewegende

geleider is in een magnetisch veld. De richting van de emk is te bepalen met de

rechterhandregel: Plaatst men de rechterhand zo dat de veldlijnen langs de handpalm

intreden en dat de gestrekte duim de richting van de beweging van de draad aangeeft,

dan wijzen de vingertoppen in de richting van de geïnduceerde emk.

Deze tegenwerkende spanning is echter veel kleiner dan te toegevoerde spanning. Toch is

er een koppelverlies door de geïnduceerde emk.

7.1.3 Gebruikte motoren

Type SEM MT30U4-48

Max. spanning 140V

Max. snelheid 3000 tr/min

Koppelconstante 0.44 Nm/A

Max. stroom 10A

24

7.2 De sturingen

Er werden sturingen aangekocht die passend zijn voor

de motoren en passend voor de machine.

Er werd voor gekozen om een sturing van 6A aan te

kopen.

25

8 Onderdelen HMI

De HMI van de machine is een bedieningspaneel met drukknoppen, een draaiknop, een

LCD, 7-segment displays, LED’s en een buzzer.

Dit onderdeel van de machine zorgt voor de communicatie tussen gebruiker en machine.

Vandaar de afkorting HMI (Human Machine Interface)

8.1 Drukknoppen

8.1.1 Aparte drukknopen

In totaal staan er 16 drukknoppen op het paneel. Hiervan zijn 9 knoppen gebruikt voor de

pijltjestoetsen. Andere toetsen staan apart op het bord en hebben een specifieke functie.

Deze 16 knoppen worden in een 4 x 4 matrix gebracht. Met de ene kant van de

drukknopen worden alle drukknoppen in dezelfde kolom verbonden. Met de andere kant

worden de drukknoppen van dezelfde rij verbonden. Indien een knop ingedrukt is, is er

een horizontale en een verticale draad verbonden.

Gebruikte chip

De chip die hiervoor gebruikt is is een MM74C922. Deze chip zet de toestand van de acht

draden (4 horizontaal en 4 verticaal) in een 4-bit getal. De vier draden die elk een bit

voorstellen gaan rechtstreeks naar de microcontroller.

Daarnaast gaat ook nog een interrupt-draad naar de microcontroller. Op deze draad komt

een kort 1-signaal als er een toets ingedrukt word.

8.1.2 Toetsenbord

Naast de gewone drukknoppen is er ook nog een

numeriek toetsenbord aan het paneel toegevoegd. Het

principe van dit toetsenbord is dezelfde als van de

gewone drukknoppen. Door de voorgaande schakeling

wat aan te passen kan het aantal drukknoppen

verdubbeld worden.

Figuur 8.1 Numeriek toetsenbord

26

8.2 Encoder

Een encoder is een draaiknop die de hoeveelheid verdraaiing opmeet. Dit gebeurt door

een hoeveelheid pulsen te genereren bij een bepaalde hoekverdraaiing. Deze pulsen

worden bekomen door streepjes die voor een sensor bewegen. Om te kunnen vaststellen

in welke richting de encoder draait worden er 2 sensoren geplaatst. Zo zijn er twee

signalen als uitgang. De sensoren worden zo geplaatst dat de signalen 90° tegenover

elkaar verschoven zijn.

Figuur 8.2 Signalen encoder

27

9 Menustructuur

Om de bediening van de machine gebruiksvriendelijk te maken wordt er een

menustructuur weergegeven op het LCD. De menustructuur is te bedienen met de

pijltjestoetsen.

Nieuw programma

Programmalijst

Kalibreren

Karakters

Maken

Opslaan

Uitvoeren

Vul telkens een x-en een y waarde in

Map 1 Map 2 Map 3 Map 4

Naam?

Druk op starten Gebruik de draaiknop en de

pijltjestoetsen

Map 1

Map 2

Map 3

Map 4

Programma 1 Programma 2 Programma 3 Programma 4

Nummer Coördinaten

Grootte afstand

Nummer?

Geef het x- en y-coördinaat

Grootte?

Afstand?

28

10 Onderdelen stuurprint

10.1 Adres decodering en dataverwerking

10.2 Digitale uitgangen

10.3 Digitale ingangen

10.4 Analoge uitgangen

10.5 RAM- geheugen