Wouter Scherpereel

kamerbreed tapijt met S7-1500 PLCRetrofit installatie voor verfhechtingscontrole op getuft

Academiejaar 2013-2014Faculteit Ingenieurswetenschappen en ArchitectuurVoorzitter: prof. Kurt StockmanVakgroep Industrieel Systeem- en Productontwerp

Master of Science in de industriële wetenschappen: elektrotechniekMasterproef ingediend tot het behalen van de academische graad van

Promotoren: Dieter Vandenhoeke, dhr. etienne Witdouck

Retrofit installatie voor verfhechtingscontrole van getuft kamerbreed tapijt met S7-1500

Studiegebied Industriële wetenschappen en technologie Opleiding Master in de industriële wetenschappen: Elektrotechniek Afstudeerrichting Automatisering Academiejaar 2013-2014

Wouter Scherpereel

Voorwoord

Wat ik eerst als onhaalbaar had beschouwd, is nu werkelijkheid geworden: Ik studeer af als industrieel ingenieur.

Dit mag ik afsluiten met een masterproef waarbij ik de vergaarde kennis uit mijn master opleiding goed heb

kunnen toepassen. Ook de facetten uit mijn bachelor opleiding zijn hier duidelijk aan bod gekomen.

Via dit voorwoord wil ik graag enkele mensen van harte bedanken voor hun steun die ik mocht krijgen om mijn

studies tot industrieel ingenieur elektrotechniek optie automatisering te kunnen voltooien. Hierbij wil ik vooral

mijn ouders en zus bedanken. Niet enkel voor de financiële bijdrage maar ook om dit naslagwerk te controleren

en omdat zij altijd in mij hebben geloofd dat ik het einddoel zou bereiken. Ook mijn vrienden wil ik bedanken

voor hun steun en om er altijd te zijn voor mij, zelfs als het eens minder ging.

Voor deze masterproef wil ik ook een groep mensen in Balta bedanken. Eerst en vooral mijn begeleider Etienne

Witdouck voor het delen van zijn jarenlange ervaring in automatiseringsprojecten. Daarnaast had ik ook graag

Geert Gevaert, Mike Top en Remco Bruggeman bedankt voor de super collegialiteit en hulp die ik mocht ervaren

binnen het engineeringsteam.

Verder wil ik graag nog een speciale vermelding van de firma Norbert Callewaert in Lauwe. Daar mocht ik 5 jaar

lang als jobstudent werken om zo mijn praktische ervaring op gebied van elektriciteit te verruimen. Dankzij Nico

Bisschop, Heidi Callewaert en Diego Geldof leerde ik het bedrijf Balta Industries kennen, waar ik in eerste

instantie mijn bachelor proef en later mijn masterproef kon realiseren.

Als laatste zou ik de docenten van de Universiteit Gent campus Kortrijk willen bedanken, in het bijzonder mijn

promotor Dieter Vandenhoeke voor de vele tips en uiterst correcte feedback. Ik bedank ook alle andere docenten

die mij gedurende deze drie jaren de leerstof aanreikten om de nodige competenties te verwerven.

Abstract

“Retrofit of installation to control paint adhesion of tufted broadloom carpets with a S7-1500 PLC”

Project’s situation

An old installation is used to paint a 4 by 2 meters sample of tufted carpet in order to control the paint

adhesion of a batch tufted broadloom carpets. The main problem is there are no spare parts anymore for the

washing machine. If a part of the washing machine breaks, it’s no longer reparable. Another issue of the

current installation is there is no protection against overflow of the tanks with paint. The piping and pump are

affected by the paint that was overflown. The manner to keep the paint on a temperature of 60°C appears to

be inefficient. It takes too long to heat up the input water and the thermal resistance in the tanks are too dirty

for optimal heat transfer. The switch cabinet, which controls the installation, only exists of relay technology.

Online diagnostics are impossible because there is no PLC on board.

Objectives

The main objective is to build a new installation with recent technologies. A S7-1500 PLC of Siemens is used to

control the new installation. It’s a perfect project to learn the opportunities of the new PLC for other and bigger

automation projects. The new installation must have a safety circuit and the tanks must be protected for

overflow. The pneumatic part must be separated from the electrical one. Another method for heating up the

paint is needed. A price calculation must determine if the project is feasible or not.

Method

The new project must be drawn in a 3D-CAD program. Solid Works is used for the mechanical side. For the

electrical side, Eplan was used. A risk analysis will find out the unprotected situations of the installation. To

know how the process works, a process flow is designed in FluidSim of Festo. After selling all the needed parts,

the installation was ready to build. When the building was done, only the program of the PLC had to be written.

Results

The result is a whole new working installation. Some parts don’t always work as they should be, nevertheless,

this could be fine-tuned by the people of Balta. The technical construction file has yet to be made. The safety

circuit is integrated on the installation. The paint is heated up with steam that is controlled by a proportional

valve.

Inhoudsopgave

VOORWOORD ..................................................................................................................................... 3

ABSTRACT ........................................................................................................................................... 4

LIJST VAN FIGUREN .......................................................................................................................... 8

1 BALTA INDUSTRIES .................................................................................................................. 9

1.1. Historiek .................................................................................................................................................... 9

1.2. De Balta Group .......................................................................................................................................... 9

1.3. Balta Broadloom ..................................................................................................................................... 10

2 PROBLEEMSTELLING ............................................................................................................ 11

2.1. Retrofit wasmachine ............................................................................................................................... 11

2.2. Verfhechting ............................................................................................................................................ 12

2.3. Sturing ..................................................................................................................................................... 12

2.3.1. Algemeen ................................................................................................................................................ 12

2.3.2. Siemens S7-1500 ..................................................................................................................................... 13

3 DOELSTELLINGEN................................................................................................................... 14

4 MECHANISCHE CONSTRUCTIE ........................................................................................... 15

4.1. Engineering ............................................................................................................................................. 15

4.1.1. Ontwerp A ............................................................................................................................................... 15

4.1.2. Ontwerp B ............................................................................................................................................... 17

4.2. Realisatie ................................................................................................................................................. 19

4.2.1. Wasmachine ............................................................................................................................................ 19

4.2.2. Vaten en roerwerken .............................................................................................................................. 19

4.2.3. Frame ...................................................................................................................................................... 20

4.2.4. Pijpleiding ................................................................................................................................................ 20

5 ELEKTRISCHE EN PNEUMATISCHE STURING ................................................................ 21

5.1. Onderdelen ............................................................................................................................................. 21

5.1.1. Wasmachine ............................................................................................................................................ 21

5.1.2. Pomp ....................................................................................................................................................... 21

5.1.3. PLC en I/O-modules ................................................................................................................................. 22

5.1.4. HMI .......................................................................................................................................................... 22

5.1.5. Frequentieomvormers ............................................................................................................................ 23

5.1.6. Stoomregelklep ....................................................................................................................................... 23

5.1.7. Niveaumeting .......................................................................................................................................... 24

5.1.8. Safety ...................................................................................................................................................... 24

5.2. Schakelkasten .......................................................................................................................................... 25

5.2.1. Pneumatica ............................................................................................................................................. 25

5.2.2. Elektriciteit .............................................................................................................................................. 26

6 PROGRAMMATIE .................................................................................................................... 27

6.1. S7-1500 PLC ............................................................................................................................................. 27

6.1.1. Hardware configuratie ............................................................................................................................ 27

6.1.2. Netwerktopologie ................................................................................................................................... 27

6.1.3. PLC programma ....................................................................................................................................... 28

6.2. HMI KTP600 ............................................................................................................................................. 30

6.2.1. Hoofdscherm ........................................................................................................................................... 30

6.2.2. Wasmachine ............................................................................................................................................ 30

6.2.3. Pomp ....................................................................................................................................................... 31

6.2.4. Keuzemenu.............................................................................................................................................. 31

6.2.5. Verswaterbad .......................................................................................................................................... 32

6.2.6. Stoomregeling ......................................................................................................................................... 32

6.2.7. Oploskuip ................................................................................................................................................ 33

6.2.8. Alarmering ............................................................................................................................................... 33

7 EXPERTISE ................................................................................................................................ 34

7.1. Opwarmen verfmengsel .......................................................................................................................... 34

7.1.1. Indirecte stoom ....................................................................................................................................... 34

7.1.2. Directe stoom .......................................................................................................................................... 34

7.2. Siemens S7-1500 en TIA Portal ................................................................................................................ 35

7.2.1. Gebruik van veldbussen .......................................................................................................................... 35

7.2.2. PID-regelaar en trending ......................................................................................................................... 35

7.2.3. Display S7-1500 ....................................................................................................................................... 36

7.2.4. Programmeeromgeving .......................................................................................................................... 36

7.2.5. WinCC project ......................................................................................................................................... 37

8 PRIJSCALCULATIE ................................................................................................................... 38

9 CONCLUSIE ................................................................................................................................ 38

10 REFERENTIES ....................................................................................................................... 39

11 BIJLAGEN ................................................................................................................................ 40

11.1. Intern wasmachine ................................................................................................................................ 40

11.2. Aansluitingen FO ................................................................................................................................... 41

Lijst van figuren

Figuur 1: Balta Group ............................................................................................................................................ 10

Figuur 2: Balta Broadloom .................................................................................................................................... 10

Figuur 3: Oude installatie en proefstalen tapijt .................................................................................................... 11

Figuur 4: Aangetaste leidingen en pomp .............................................................................................................. 11

Figuur 5: Oude sturing en persluchtventielen ....................................................................................................... 12

Figuur 6: S7-1500 PLC............................................................................................................................................ 13

Figuur 7: Procesflow ontwerp A ............................................................................................................................ 15

Figuur 8: 3D-tekening ontwerp A .......................................................................................................................... 16

Figuur 9: Procesflow ontwerp B ............................................................................................................................ 17

Figuur 10: 3D-tekening ontwerp B ........................................................................................................................ 18

Figuur 11: Nieuwe wasmachine Miele PW6101 .................................................................................................... 19

Figuur 12: Vaten en roerwerken ........................................................................................................................... 19

Figuur 13: Frame ................................................................................................................................................... 20

Figuur 14: Pijpleidingen ......................................................................................................................................... 20

Figuur 15: Membraanpomp VerderAir VA25 ........................................................................................................ 21

Figuur 16: PLC en I/O-modules .............................................................................................................................. 22

Figuur 17: HMI panel KTP600 ................................................................................................................................ 22

Figuur 18: Mitsubishi E700 Safety frequentieomvormers ..................................................................................... 23

Figuur 19: Proportionele stoomregelklep .............................................................................................................. 23

Figuur 20: Communicatiemodule op Profibus DP en PNOZ Multi Mini ................................................................. 24

Figuur 21: Safetylogica .......................................................................................................................................... 25

Figuur 22: Festo ventieleiland in schakelkast ........................................................................................................ 25

Figuur 23: Elektrisch bord en schakelkast ............................................................................................................. 26

Figuur 24: PLC hardware configuratie ................................................................................................................... 27

Figuur 25: Netwerktopologie ................................................................................................................................ 27

Figuur 26: Functieblok Stuurelementen ................................................................................................................ 28

Figuur 27: Overzicht PLC-programma ................................................................................................................... 29

Figuur 28: HMI Hoofdscherm ................................................................................................................................ 30

Figuur 29: HMI Wasmachine ................................................................................................................................. 30

Figuur 30: HMI Pomp ............................................................................................................................................ 31

Figuur 31: HMI Bediening klep en roerwerk .......................................................................................................... 31

Figuur 32: HMI Verswaterbad ............................................................................................................................... 32

Figuur 33: HMI Stoomregeling .............................................................................................................................. 32

Figuur 34: HMI Oploskuip en verf toevoegen ........................................................................................................ 33

Figuur 35: HMI Alarmering.................................................................................................................................... 33

Figuur 36: Voor- en nadelen indirecte stoom ........................................................................................................ 34

Figuur 37: Voor- en nadelen directe stoom ........................................................................................................... 34

Figuur 38: Eigenschappen veldbus ........................................................................................................................ 35

Figuur 39: Trending temperatuur naar PID-regelaar ............................................................................................ 35

Figuur 40: Display S7-1500 .................................................................................................................................... 36

Figuur 41: PLC detecteren ..................................................................................................................................... 36

Figuur 42: Datatypes PLC ...................................................................................................................................... 37

Figuur 43: Opstartkosten ...................................................................................................................................... 38

Figuur 44: Operationele installatie ........................................................................................................................ 38

9

1 Balta Industries

1.1. Historiek

In 1964 werd Balta NV opgericht door de familie Balcaen (Balta = BALcaen TApijten). Dhr. Gaston Balcaen startte

met het moederbedrijf in Sint-Baafs-Vijve. Het verhaal van Balta startte vrij beperkt. Initieel werden slechts een

50-tal medewerkers tewerkgesteld in het moederbedrijf. Om een perfect product te kunnen afleveren tegen een

betaalbare prijs en met een hoge kwaliteit, groeide de noodzaak om te investeren in hoogtechnologische

machines. De Balta bedrijvengroep is dan ook in een tijdspanne van nauwelijks één generatie uitgegroeid van

een kleinschalige KMO tot één van de wereldleiders in vloer- en muurbekleding. In 2004 werd Balta voor 70%

overgenomen door het Londense investeringsbedrijf Doughty Hanson & Co. De familie Balcaen behield 20% van

de aandelen. De overige 10% is in handen van het management. De transactie kostte de investeringsgroep zo’n

600 miljoen euro. De Balta groep genereert zo’n 750 miljoen euro omzet en stelt op dit moment wereldwijd

ongeveer 4000 mensen te werk.

In 2010 kocht de toenmalige CEO Jules Noten ‘Domo floorcoverings’ op van de Domo Group. De overname betrof

de productie van kamerbreed tapijt en naaldvilt (in Oudenaarde), tapijttegels (Zele) en de garen- en

vezelactiviteiten (Gent). Deze drie vestigingen vertegenwoordigen een omzet van 170 miljoen euro en 725

werknemers.[1]

In 2012 vertrouwden de financiers van Doughty Hanson het management toe aan Hendrik Deruyck. Hierdoor

kwam het beleid in handen van een vertrouweling van de stichtersfamilie Balcaen.[2]

1.2. De Balta Group

De Balta Group bestaat wereldwijd uit tien productievestigingen, waaronder twee in Turkije en één in Noord-

Amerika. Hun collecties omvatten karpetten (Balta Rugs), kamerbreed tapijt (Balta Broadloom en ITC), naaldvilt

en kunstgras (Balta Broadloom), tapijttegels (Modulyss) en non-wovens voor industriële toepassingen (Captiqs).

10

Figuur 1: Balta Group

1.3. Balta Broadloom

De kamerbrede tapijten worden in verschillende vestigingen gemaakt. De coördinatie ervan gebeurt wel in de

hoofdvestiging te Sint-Baafs-Vijve. Iedere locatie heeft een eigen onderhouds- en engineeringsteam. Toch

kunnen ze elk beroep doen op de centrale diensten. Voor deze masterproef komt de vraag van Balta Oudenaarde

maar wordt de uitwerking ervan uitgevoerd bij de centrale diensten te Sint-Baafs-Vijve.

Figuur 2: Balta Broadloom

Balta Broadloom

Sint-Baafs-Vijve

Centraal onderhoud

Centraal engineering

Oudenaarde Zele Avelgem Tielt

11

2 Probleemstelling

2.1. Retrofit wasmachine

In de vestiging in Oudenaarde worden er proefstalen getuft kamerbreed tapijt geverfd met behulp van een

verouderde wasinstallatie (figuur 3). Aan de hand van deze stukken geverfd tapijt kan de kwaliteit van de garens

en de tufting gecontroleerd worden. De noodzaak voor de retrofit drong zich op omdat de wisselstukken voor

de wasmachine niet meer te verkrijgen zijn. Bij een defect is de machine dus onherstelbaar.

Niet enkel de wasmachine stelt een probleem, ook de verouderde en vervuilde leidingen, kleppen, frame en

pomp zijn aan vervanging toe. Het frame is zelfs al op verschillende plaatsen geoxideerd. De behuizing van de

pomp is eveneens aangetast (figuur 4). Dit komt door het verfmengsel dat erop valt telkens er een tank overliep.

Bij de oude installatie is het mogelijk om de twee aanwezige tanks manueel bij te vullen met vers water. Omdat

dit enige tijd in beslag kan nemen, blijft er niet altijd iemand aanwezig tijdens het vullen. Zo bestaat het gevaar

dat de kuipen overlopen wanneer de kraan niet op tijd is dicht gedraaid. Dit risico stelt zich ook bij de

recuperatiebak, namelijk wanneer de filter volledig verstopt zit. De bak kan dan het afvoerfluïdum, dat van de

wasmachine komt, niet langer slikken.

Figuur 3: Oude installatie en proefstalen tapijt

Figuur 4: Aangetaste leidingen en pomp

12

2.2. Verfhechting

In de twee tanks moet het verfmengsel op een temperatuur van 60° Celsius gehouden worden. De energie voor

de opwarming komt bij de oude installatie van twee bronnen, namelijk warm toevoerwater en elektrische

weerstanden die in de kuipen zijn bevestigd. Het toevoerwater moet eerst via een doorstromer vloeien alvorens

het naar de kuipen gaat. Deze manier van opwarmen is zeer traag. De leidingen met warm water zijn niet

geïsoleerd, waardoor warmte-energie verloren gaat. Door het jarenlange gebruik van de elektrische

weerstanden is er een laag verf aangekoekt op het warmte-element. Deze laag veroorzaakt een extra hindernis

die de warmte-energie moet overbruggen om de verf op temperatuur te houden.

De verf die aanwezig is in de recuperatiebak wordt naargelang de kwaliteit ofwel overgepompt naar een tank of

naar de riool. De operator van de machine bepaalt nog steeds wat er gebeurt met deze verf. Er bestaat immers

geen norm voor de kwaliteit van de verf. Hierdoor is het voor iedere operator gissen naar hoeveel keer de verf

al is gebruikt. Het gevolg hiervan is dat het eindresultaat niet altijd voldoet, niettegenstaande de tufting en de

kwaliteit van de garens perfect zijn.

2.3. Sturing

2.3.1. Algemeen

De schakelkast is eveneens aan vernieuwing toe. Het risico op elektrocutie is hier namelijk reëel aanwezig. De

pneumatische ventielen situeren zich net boven de transformator. Op het eerste zicht vormt dit geen probleem.

Het is echter wel zo dat er in de persluchtleidingen een kleine hoeveelheid vocht/condens aanwezig is, dat via

lekken in de ventielen bovenop de transformator kan terecht komen.

Figuur 5: Oude sturing en persluchtventielen

13

De sturing op zich is opgebouwd uit relaistechniek, er komt dus geen PLC aan te pas. Het is dus niet mogelijk om

met behulp van een computer online een diagnose te stellen bij een opgetreden fout. De bediening op de

kastdeur is niet overzichtelijk en zeker niet geschikt voor operatoren die voor het eerst de installatie moeten

bedienen.

Op de wasmachine is er een noodstop voorzien die enkel werkt voor de wasmachine zelf. Bij het bedienen van

de noodstop zullen bijvoorbeeld de roerwerken niet tot stilstand gebracht worden, wat dus zeker niet voldoet

aan de veiligheidsvoorschriften. Ook aan de andere kant van het platform, waar er zich een opstap bevindt, is

een noodstop absoluut noodzakelijk. Dit is de plaats waar de operator het niet afgelengde verfmengsel in de

oploskuip doet en waar er draaiende onderdelen aanwezig zijn, namelijk het roerwerk.

2.3.2. Siemens S7-1500

In de automatiseringswereld heeft Siemens een grote afzetmarkt. Deze producent van PLC’s heeft zijn succes te

danken aan de S7-300 en S7-400 reeksen. Door het ontstaan van nieuwe technologieën en de eisen van de

klanten, was Siemens genoodzaakt een nieuwe reeks te ontwikkelen. Enkele jaren terug introduceerden ze de

S7-1200 reeks ter vervanging van de S7-200. Recent werd de S7-1500 gelanceerd die op termijn zowel de plaats

van de 300 als de 400 reeks zou moeten innemen. Beide CPU’s kunnen enkel geprogrammeerd worden in het

nieuwe TIA Portal platform. Het is dan ook evident dat het engineeringsteam binnen Balta de kennis van deze

nieuwe technologie wil bezitten voor toekomstige projecten. Dit project is dan ook uitermate geschikt om

expertise op te doen over de nieuwe soft- en hardware.

Figuur 6: S7-1500 PLC

14

3 Doelstellingen

Het doel van deze masterproef is een nieuwe en operationele installatie te realiseren. Deze moet voorzien zijn

van een recente wasmachine zodat er bij de leverancier nog steeds wisselstukken verkrijgbaar zijn. Ook de

verouderde leidingen, kleppen, pomp en vaten zijn aan vernieuwing toe. Deze laatste kunnen gerecupereerd

worden uit een andere afdeling binnen Balta, wat meteen de kostprijs drukt. De capaciteit van de vaten is echter

groter, waardoor het frame waarop ze worden gemonteerd, opnieuw berekend moet worden. Dit vraagt een

volledig nieuw ontwerp van de mechanische onderdelen. Hierbij hoort het uittekenen van de constructie in een

CAD-pakket, namelijk Solid Works. Een risicoanalyse is eveneens vereist.

De nieuwe kuipen moeten voorzien worden van een systeem om overlopen te vermijden. Ook het manueel

bijvullen moet gecontroleerd worden zodat de toevoer van water stopt wanneer het maximale niveau bereikt is.

Bij de recuperatiebak moet er gedetecteerd worden wanneer de filter verstopt zit en er gevaar voor overlopen

dreigt.

De opwarming van het verfmengsel moet efficiënter gebeuren. Er moet een alternatief gezocht worden voor de

elektrische weerstanden en de doorstromer. Een eerste voorstel kwam al van Balta Oudenaarde om de verf met

stoom op te warmen door gebruik te maken van de reeds aanwezige stoominstallatie voor andere machines. Een

analyse moet uitmaken welke de beste methode is voor zowel de opwarming als het op temperatuur houden

van het mengsel.

Om de kwaliteit van de verf te achterhalen, moet het aantal verfcycli worden bijgehouden. Door middel van een

schema, geprogrammeerd in de PLC, moet de pomp na een bepaald aantal verfcycli de verf automatisch naar de

riool overpompen in plaats van terug naar één van de tanks.

Voor de nieuwe schakelkast moeten de persluchtventielen gescheiden worden van de elektrische sturing. Een

extra vereiste is dat de nieuwe schakelkast uit roestvrij staal vervaardigd is. De frequentieomvormers worden

gerecupereerd uit de bestaande sturing. Een nieuw elektrisch ontwerp dringt zich op. Hierbij hoort dus ook het

opstellen van nieuwe elektrische schema’s in Eplan. Er moet ook een expertise uitgevoerd worden over de S7-

1500 PLC en het programmeerplatform TIA Portal.

Het spreekt voor zich dat de haalbaarheid van het project afhangt van het beschikbare budget. Daarvoor moet

eerst een prijscalculatie worden opgemaakt. Het is de bedoeling om bij de realisatie van de retrofit zoveel

mogelijk gebruik te maken van recuperatiemateriaal. Bij een goedkeuring zal de installatie worden gerealiseerd

en in gebruik genomen.

15

4 Mechanische constructie

4.1. Engineering

4.1.1. Ontwerp A

Het eerste ontwerp werd gemaakt volgens de eisen in het lastenboek. Daarin stond dat alles op één groot chassis

moest staan. De recuperatiebak voor dit ontwerp is een gerecupereerd vat van 1000 liter dat voldoende

capaciteit heeft voor het afvoerwater van de wasmachine. De pomp in de wasmachine is niet krachtig genoeg

om het afvoerfluïdum over te hevelen naar de hoge recuperatiebak. Het is dus noodzakelijk om een extra pompje

te voorzien. De aanwezige hoofdpomp kon deze taak op zich nemen. Het is enkel een kwestie van de juiste klep

aan te sturen. Ook de andere twee vaten (verswaterbad en oploskuip) hebben een capaciteit van 1000 liter. Deze

worden eveneens gerecupereerd uit een andere afdeling in Balta. Om de werking beter te begrijpen werd een

procesflow uitgewerkt (figuur 7). Op de eerste procesflow is er wel nog niks voorzien om het mengsel op te

warmen.

Figuur 7: Procesflow ontwerp A

Op de procesflow zijn de belangrijkste onderdelen geïllustreerd. Het niet afgelengde verfmengsel wordt eerst

in de oploskuip gedaan. Het roerwerk mengt dit met het rechtstreeks toegevoerde water. Daarna wordt de

oplossing overgepompt naar het verswaterbad waar ze wordt opgewarmd tot 60°C. Alleen van uit deze tank

mag er verf gepompt worden naar de wasmachine. De afvoer van de wasmachine komt terecht in de

recuperatietank. Indien de verf nog kwalitatief genoeg is, zal het mengsel naar het verswaterbad overgepompt

worden, anders gaat het naar de waterzuiveringsinstallatie.

16

De constructie werd getekend in het 3D-pakket Solid Works (figuur 8). Deze 3D-tekening geeft een eerste beeld

van hoe de nieuwe installatie eruit zou zien.

Figuur 8: 3D-tekening ontwerp A

Na overleg waren dit de belangrijkste opmerkingen:

- Alle kuipen moeten worden voorzien van een deksel. - Grote recuperatietank weg laten en een kleinere bak in de plaats. - Recuperatiebak onder wasmachine plaatsen twee kleppen minder nodig. - Constructie kan veel kleiner gemaakt worden dus minder materiaal nodig. - Loopplatform moet voorzien zijn van een leuning.

- Er zal maar één tank meer worden opgewarmd één stoomregelklep.

- Tank met warm fluïdum moet geïsoleerd zijn.

- De opwarming van de verf zal met stoom moeten gebeuren.

Eerst werd er nog aan gedacht om de kuipen op de grond te plaatsen maar dit voorstel werd al snel afgevoerd.

Het is namelijk de bedoeling dat de volledige installatie gerealiseerd wordt in de vestiging te Sint-Baafs-Vijve

om nadien in zijn geheel te transporteren naar Oudenaarde. De nieuwe installatie zou op identiek dezelfde

plaats komen als de oude. Daarom is het beter de vaten op een frame te monteren zodat de wissel zo snel en

efficiënt mogelijk kan gebeuren.

17

4.1.2. Ontwerp B

Voor het tweede ontwerp zijn er dus enkele aanpassingen gebeurd. Zo zijn er maar zes kleppen meer nodig om

de correcte functie van het proces te garanderen. Er zijn twee kleppen weggevallen doordat de recuperatiebak

onder de wasmachine is geplaatst. Het verfmengsel moet nu niet meer in de hoogte overgepompt worden

maar kan rechtstreeks in de recuperatiebak vloeien. De stoomvoorziening is eraan toegevoegd en zal geregeld

worden met een proportionele klep. Dit is enkel nodig voor het verswaterbad.

Figuur 9: Procesflow ontwerp B

Door met stoom te werken, zal er in Oudenaarde nog een leiding moeten worden voorzien naar de plaats waar

de nieuwe installatie komt. Alle andere zaken zoals elektriciteit, perslucht- en waterleidingen zijn al aanwezig.

18

De 3D-tekening (figuur 10) werd grondig aangepast. Het derde vat van 1000 liter is vervangen door een bak die

onder de wasmachine is bevestigd. Dit heeft als grote voordeel dat het frame beduidend lichter is geworden

doordat het minder materiaal bevat. Op de figuur zijn de vaten nog niet voorzien van een deksel. Het

voornaamste doel van deze schets is: het in grote lijnen uitzetten van de installatie.

Figuur 10: 3D-tekening ontwerp B

Het nieuwe voorstel van ontwerp werd grosso modo goedgekeurd. Net zoals bij het andere ontwerp moeten de

vaten voorzien zijn van een deksel, een roerwerk en isolatie. Een eerste risicoanalyse maakt duidelijk waar de

beveiliging tekort schiet. Voorzorgsmaatregelen voor het bedienen van de installatie moeten in het technisch

constructiedossier komen. Dit dossier bevat zeker volgende onderdelen:

alle CE-bewijzen van de gebruikte losse onderdelen

normen

het doel van de machine

waarvoor de machine niet geschikt is

welke de te verwachten misbruiken zijn

handleiding van de installatie

welke onderdelen aanwezig zijn met hun specificaties

19

4.2. Realisatie

4.2.1. Wasmachine

De nieuwe wasmachine is een Miele PW6101 (figuur 11). Er bestaan twee verschillende uitvoeringen van dit

type. Het type dat voor de installatie wordt gebruikt, is met interne elektrische opwarming. Omwille van

ergonomische redenen moet de wasmachine op een verhoog staan. Zo kan de operator gemakkelijk en rug

sparend de tapijten in en uit de wasmachine halen. Het maximale laadgewicht is 10kg. Het totale gewicht van de

wasmachine bedraagt 371kg. Bij een toerental van 20Hz kan er 3970N aan kracht optreden op de bodem waarop

de machine staat. Hiermee moet dus rekening gehouden worden om het verhoog te construeren.

Figuur 11: Nieuwe wasmachine Miele PW6101

4.2.2. Vaten en roerwerken

De oude vaten hadden een capaciteit van 80 en 300 liter. Deze zijn al grotendeels aangetast en versleten. Daarom

worden er twee andere tanks (figuur 12) gebruikt die Balta nog in voorraad had. De capaciteit van die vaten

bedraagt elk 1000 liter. Meer capaciteit betekent ook meer gewicht. Het is dus noodzakelijk om een volledig

nieuw frame te maken om het gewicht te kunnen dragen. Ook de roerwerken en hun motor kunnen

gerecupereerd worden uit een andere installatie. Om het roerwerk te dragen moet er ook een houder ontworpen

worden om ze boven het vat te kunnen monteren.

Figuur 12: Vaten en roerwerken

20

4.2.3. Frame

Het frame waarop alles staat, moet sterk genoeg zijn om de wasmachine, de recuparatiebak en de twee vaten

te dragen. Hierbij moet er rekening worden gehouden dat het gewicht van de tank het bruto gewicht moet zijn.

De inhoud telt dus mee. Het gewicht van de wasmachine is al gekend: ongeveer 400 kg. De inhoud van iedere

tank is 1000l. Voor de eenvoud wordt er water als referentie gebruikt en weegt de inhoud 1000kg. Daar komt

nog 300kg bij voor het eigen gewicht van iedere tank. Dit geeft een totaal van 2600kg voor de twee tanks. De

recuperatiebak heeft een inhoud van 100l en een eigen gewicht van ongeveer 50kg, wat het totale gewicht van

de last op het frame op 3150kg brengt. Deze waarde wordt afgerond naar 4000kg. Deze veiligheidsmarge wordt

ingebouwd om bijkomende lasten, zoals leidingen en personen, in te calculeren.

Voor het frame werden UPN100 profielen gebruikt. Deze zijn sterk genoeg om het gewicht te dragen. De

profielen zijn ook breed genoeg om de voeten van de vaten erop te monteren. Het frame waarop de wasmachine

en de recuperatiebak komt, zou in eerste instantie vastgeschroefd worden aan het frame met de vaten. Toch

werd ook dit frame eraan gelast omdat de grootte van de installatie geen probleem zou geven bij het transport.

4.2.4. Pijpleiding

De montage van de pijpleidingen werd uitbesteed aan de firma Abutriek. Die beschikt over gecertifieerde

werknemers om inoxleidingen te lassen. Door middel van het schema van de procesflow en de mechanische

constructie konden zij perfect de nodige leidingen voorzien. Ook de montage van de kleppen (zowel voor water

als stoom) en de sensoren in de inoxvaten namen zij voor hun rekening.

Figuur 13: Frame

Figuur 14: Pijpleidingen

21

5 Elektrische en pneumatische sturing

5.1. Onderdelen

5.1.1. Wasmachine

De nieuwe wasmachine, een PW6101 van Miele, werd gerecupereerd uit een labo-omgeving. Dit impliceert dat

de machine tot op heden nog niet veel draaiuren heeft gepresteerd. Er is een mogelijkheid om een seriële

interface module op de wasmachine aan te sluiten. In eerste instantie werd er aan gedacht om communicatie op

te zetten tussen PLC en wasmachine. Echter wou Miele geen info vrijgeven over welke commando’s er gestuurd

en ontvangen kunnen worden. Dit zelf uitzoeken zou teveel tijd in beslag nemen. Het elektrische schema werd

wel ter beschikking gesteld (bijlage 11.1). Daaruit bleek welke stuur- en signaaldraden er aanwezig zijn.

De wasmachine werkt los van hetgeen er in de PLC is geprogrammeerd. Zo kan de PLC niet bepalen welk

programma er moet worden gebruikt om te wassen/verven. Dit hoeft ook niet. Het is de bedoeling dat de

operator enkel de wasmachine bedient. Een signaal van uit de wasmachine wordt omgeleid naar de PLC in de

schakelkast. Via het programma van de PLC wordt de pomp aangestuurd om het verfmengsel naar de

wasmachine te pompen.

Een laatste wijziging aan de wasmachine is de noodstop. De aanwezige noodstop kon enkel de spanning voor de

wasmachine onderbreken. Door het toevoegen van nog twee extra contacten kan de noodstop nu een signaal

sturen naar de safetymodule in de schakelkast. Zo is het noodstopcircuit van in de wasmachine geïntegreerd in

dat van de rest van de installatie.

5.1.2. Pomp

De keuze van de pomp was iets moeilijker. Het verfmengsel bevat een kleine hoeveelheid azijnzuur. Dit kan de

dichtingen en het materiaal van de pomp aantasten. Eerst werd er gezocht naar een centrifugaalpomp voor

vuilwater, omwille van de restjes garens die kunnen aanwezig zijn na een cyclus verven van tapijten. In een

afdeling binnen Balta was er nog een membraanpomp, VA25 van Verderair (figuur 15), op overschot. Deze

speciale pomp heeft als aandrijving perslucht nodig. De membraanpomp is bestand tegen temperaturen tot 65°C

en wordt niet aangetast door het gehalte azijnzuur.

Figuur 15: Membraanpomp VerderAir VA25

22

5.1.3. PLC en I/O-modules

De S7-1500 PLC die zal worden gebruikt, komt uit een starterkit van Siemens. Daarbij was ook één digitale

ingangskaart en één digitale uitgangskaart meegeleverd. Voor deze installatie werd deze configuratie aangevuld

met één analoge ingangskaart en één analoge uitgangskaart. Finaal is er ook nog een Profibus DP

communicatiekaart voorzien voor de connectie met de safetymodule.

Figuur 16: PLC en I/O-modules

5.1.4. HMI

Als bedieningspaneel werd de KTP600 Color (figuur 17) met Profinet interface gekozen. Dit is een Basic Panel

waarbij KTP staat voor “Key Touch Panel” en 600 voor het 6 inch grote scherm. Om dit scherm te configureren is

het voldoende om over de Basic versie te beschikken van WinCC in TIA Portal. Er is gekozen voor een

kleurenscherm om het volledige proces duidelijk te visualiseren. Zo is het mogelijk om bepaalde statussen een

kleur te geven.

Figuur 17: HMI panel KTP600

23

5.1.5. Frequentieomvormers

De E700 frequentieomvormers van Mitsubishi (figuur 18) worden gerecupereerd uit de bestaande schakelkast.

Deze waren nog maar recentelijk geïmplementeerd in de oude kast. Een bijkomend voordeel van deze drives is

dat het safetytypes zijn. Dit betekent dat er intern in de omvormer een schakelcontact aanwezig is om de

spanning weg te nemen bij bijvoorbeeld een noodstop. De regeling van de frequentie zal gebeuren met een 0-

10V signaal dat geleverd wordt door de analoge uitgangskaart van de PLC. Het aansluitschema is terug te vinden

in bijlage 11.2.

Figuur 18: Mitsubishi E700 Safety frequentieomvormers

5.1.6. Stoomregelklep

De aangekochte stoomklep (figuur 19) is regelbaar. Dit is nodig om een meer nauwkeurige temperatuurregeling

te bekomen dan met een aan/uit-regelklep. De klep is voorzien van een motor om de klepstand te wijzigen.

Daaraan is ook een sterke veer gekoppeld. Deze is nodig om bij het wegvallen van de spanning de klep terug naar

gesloten toestand te brengen. Dit zal bijvoorbeeld voorkomen bij een noodstop van de installatie of het openen

van het deksel van het verswaterbad waarin de stoom geïnjecteerd wordt. Naast de regelklep zelf moet er ook

een condenspot en een manometer voorzien zijn. De regeling van de stoomklep zal gebeuren met een 0-10V

signaal dat geleverd wordt door de analoge uitgangskaart van de PLC.

Figuur 19: Proportionele stoomregelklep

24

5.1.7. Niveaumeting

Om het niveau in de twee tanks op te meten, worden er twee verschillende methodes gebruikt. Het niveau in de

oploskuip zal worden opgemeten aan de hand van een ultrasone sensor. Er is echter een roerwerk aanwezig en

dit kan misleidende resultaten geven. Toch zal deze worden gebruikt en zal er in de PLC een uitmiddeling

gebeuren van de opgemeten resultaten. De tweede tank zal onderaan worden voorzien van een druksensor.

Door de hydrostatische druk te meten, is het mogelijk de hoogte in de tank te bepalen.

Om een extra veiligheid in te bouwen, is er voor iedere tank ook een sensor aanwezig die de maximale toegelaten

hoogte zal meten. Wanneer dit punt wordt bereikt, moet het onmogelijk zijn om de tank nog automatisch bij te

vullen.

Ook voor de recuperatiebak worden er twee sensoren voorzien. De ene meet het maximaal toegelaten niveau

en verhoogt deze met één verfcyclus om een veiligheidsmarge in te bouwen. Er is namelijk geen externe controle

mogelijk op het gedrag van de wasmachine. De andere sensor zal dienen om vloeistof te detecteren na de filter.

Zo kan de PLC weten dat er vloeistof aanwezig is om overgepompt te worden.

5.1.8. Safety

Als safetymodule wordt er een PNOZ Multi Mini van Pilz gebruikt (figuur 20). Deze wordt voorzien van een

communicatiemodule voor Profibus DP aangezien er in het Pilz gamma (nog) geen communicatie module voor

Profinet opgenomen is.

Figuur 20: Communicatiemodule op Profibus DP en PNOZ Multi Mini

De PNOZ Multi Mini wordt geconfigureerd met een programma van Pilz. In de logica (figuur 21) komen alle

noodstopelementen aan bod die aanwezig zijn op de installatie: noodstopknop op de wasmachine,

noodstopknop op de schakelkast en de twee magnetische dekselcontacten. Door gebruik te maken van logische

elementen wordt de werking van het noodstopcircuit opgesteld. Naargelang de functie die geschreven is in het

programma kunnen er vier uitgangen op de module geschakeld worden. Ook softwarematig kunnen er zowel in-

als uitgangen geprogrammeerd worden. De reset van de noodstopelementen in het programma gebeurt via de

resetknop op het Touch panel. Het signaal gaat via Profinet naar de PLC en vandaar via Profibus naar de

noodstopmodule. Tenslotte voorziet de safetymodule nog de nodige feedbacksignalen om te integreren in het

PLC programma.

25

Figuur 21: Safetylogica

5.2. Schakelkasten

5.2.1. Pneumatica

Zoals in het lastenboek werd vermeld, moet het persluchtgedeelte gescheiden worden van de elektrische

sturing. Het aangekochte ventieleiland van Festo met Profinet interface werd gemonteerd in een AE1031

schakelkastje van Rittal (figuur 22). Het ventieleiland is voorzien van twee Profinet poorten bedoeld voor M12-

connectoren

Figuur 22: Festo ventieleiland in schakelkast

26

5.2.2. Elektriciteit

Een voorwaarde voor de elektrische kast is dat deze uit roestvrij materiaal vervaardigd moest zijn. Een grote

meevaller was natuurlijk dat er in Balta Oudenaarde nog een gebruikte inoxschakelkast (AE1016 van Rittal)

aanwezig was. Na een opknapbeurt en het dichten van overtollige wartelgaten was deze klaar voor montage.

Aangezien de twee frequentieomvormers voor de roerwerken ook in de schakelkast terecht komen, is een

ventilatierooster noodzakelijk. Anders kan de omgevingstemperatuur in de kast te oplopen en vervalt de

garantie op een goede werking van andere componenten. Beide omvormers worden via een analoog signaal

van de PLC in snelheid geregeld. Er werd bewust geen veldbus gebruikt op vraag van het onderhoudsteam van

Balta Oudenaarde.

Figuur 23: Elektrisch bord en schakelkast

27

6 Programmatie

6.1. S7-1500 PLC

6.1.1. Hardware configuratie

De programmatie gebeurt in het nieuwe platform TIA Portal. Hier wordt de V12 Service Pack 4 gebruikt. Een

update naar versie V13 (die volgens Siemens heel wat stabieler is) was helaas nog niet beschikbaar. Het opstellen

van de hardware configuratie is ongeveer hetzelfde als in de versies 5 van Step7. Figuur 24 toont de configuratie

voor de wasinstallatie.

Figuur 24: PLC hardware configuratie

6.1.2. Netwerktopologie

Zoals reeds eerder vermeld, worden er twee veldbussen gebruikt: Profibus DP voor communicatie met de

safetymodule van Pilz en Profinet voor connectie met het scherm en het ventieleiland. Ook hier is er een visuele

verbetering tegenover NetPro uit de vorige versies van Step7.

Figuur 25: Netwerktopologie

28

6.1.3. PLC programma

Op vraag van Balta Oudenaarde werd het programma in de taal Ladder geschreven. Desalniettemin zijn er toch

enkele veel gebruikte functieblokken geschreven in STL. De belangrijkste is de functieblok ‘stuurelement’ (figuur

26). Met deze functieblok kan zowel een motor, cilinder, klep, … aangestuurd worden. Diagnose en alarmering

zitten volledig geïntegreerd in de blok. Er is ook de mogelijkheid om de actuator in een bepaalde modus te

plaatsen, namelijk hand-, auto- of servicemodus. In handbediening kunnen alle stuurelementen manueel

bediend worden. In automodus reageert de actuator volgens de grafcet die werd geschreven. In servicemodus

kunnen de stuurelementen ook manueel bediend worden reageren ze maar voor een bepaalde tijd.

Figuur 26: Functieblok Stuurelementen

29

De opbouw van het programma zelf ziet er uit als in figuur 27 . Alle in- en uitgangen worden gekoppeld aan

variabelen in een globale database. In het programma zelf wordt er wel een onderscheid gemaakt tussen

digitale en analoge signalen. Zo is er bijvoorbeeld een functie voor alle analoge signalen die gekoppeld is aan

een database met enkel analoge variabelen. Dit is ook zo voor de digitale signalen. Het zijn de variabelen in de

databases die worden gebruikt om de logica te schrijven. De stappenstructuur van het proces wordt

geprogrammeerd in de functie Auto (Grafcet). Deze zal op haar beurt de juiste stuurelementen activeren die

dan weer verantwoordelijk zijn om een signaal door te geven naar de uitgangen. Om alles via het Touch panel

te bedienen worden zowel de functie Auto als Stuurelementen gekoppeld aan een globale database. In deze

database komen alle variabelen die gebruikt worden in het WinCC-project.

Figuur 27: Overzicht PLC-programma

30

6.2. HMI KTP600

6.2.1. Hoofdscherm

Op het beginscherm wordt de volledige installatie afgebeeld. Van hieruit kan het volledige systeem in hand-,

auto- of servicemodus geplaatst worden. Onderaan het scherm bevinden zich vier lijnen voor alarm- en diagnose

meldingen. Zo is het meteen duidelijk als er iets mis gegaan is of als er een overgangsvoorwaarde moet vervuld

worden. In het midden bevinden zich de vier knoppen om het scherm van de pomp, de wasmachine, het

verswaterbad of de oploskuip te openen. In de benedenhoeken zijn er nog twee knoppen aanwezig. De ene is

om de installatie te resetten. De andere om een uitgebreider alarmeringsscherm weer te geven.

Figuur 28: HMI Hoofdscherm

6.2.2. Wasmachine

Op het scherm van de wasmachine zijn er geen bedieningsknoppen. Het toont enkel maar de status van de

wasmachine (actief, non-actief) en het aantal wasbeurten (cyclussen). Met de knop ‘Terug’ wordt het

hoofdscherm weergegeven.

Figuur 29: HMI Wasmachine

31

6.2.3. Pomp

Op het scherm van de pomp staan de zes kleppen en de membraanpomp afgebeeld. Bij het indrukken van een

knop van een klep, komt er een keuzemenu (6.2.4) tevoorschijn. Op dat menu kan de modus voor de

desbetreffende klep gekozen worden, los van alle andere stuurelementen. In de hand- en servicemodus kan via

dit keuzemenu de klep geopend of gesloten worden. Dit is eveneens zo voor de pomp, beide roerwerken en de

kleppen voor watertoevoer.

Figuur 30: HMI Pomp

6.2.4. Keuzemenu

Enkel bij de kleppen van het toevoerwater staat rechts nog een procesbar om het volume van de respectievelijke

tank te tonen. Indien het maximum bereikt is, kan er geen water meer toegevoegd worden via het Touch panel.

Er kan in handmodus water toegevoerd worden om bijvoorbeeld de tank te reinigen. De pomp kan het vervuilde

water vanuit iedere tank rechtstreeks naar de waterzuivering/riool pompen. Bij de bediening van de roerwerken

kan een keuze gemaakt worden aan welke frequentie de motoren moeten draaien. Met de knop ‘Terug’ wordt

het vorige scherm weergegeven.

Figuur 31: HMI Bediening klep en roerwerk

32

6.2.5. Verswaterbad

Een voorstelling van het verswaterbad dat op het scherm wordt weergegeven, is te zien op figuur 32. Daarop is

de temperatuur van de verf en de inhoud van de tank af te lezen. Verder zijn er nog drie actuatoren te bedienen,

namelijk het roerwerk, de klep voor watertoevoer en de stoomregelklep. Met de knop ‘Terug’ wordt het

beginscherm weergegeven.

Figuur 32: HMI Verswaterbad

6.2.6. Stoomregeling

Een PID-regelaar regelt het signaal voor de stoomklep aan de hand van de gemeten temperatuur. Deze regelaar

kan geactiveerd en gedeactiveerd worden. Om de parameters van de PID-regelaar te bepalen, is er een

autotuning voorzien, te bedienen met de knop ‘Tuning’. Wanneer de tuning correct verlopen is, gaat deze over

naar de modus ‘Auto’. In dit scherm kan een gewenste temperatuur voor de verf ingegeven worden. Bij

handmatige bediening van de klep is er de mogelijkheid om zelf een klepstand in te voeren. Deze gaat van 0 tot

100% (van helemaal dicht tot volledig open). De gemeten temperatuur wordt weergegeven in de

rechterbovenhoek.

Figuur 33: HMI Stoomregeling

33

6.2.7. Oploskuip

De oploskuip ziet er bijna identiek uit als het verswaterbad. Alleen wordt er in deze tank niets verwarmd. Er is

hier dus enkel een roerwerk en een klep voor toevoerwater. De inhoud van de tank is af te lezen op de procesbar

rechts op het scherm. Enkel in dit scherm kan het menu voor ‘Verf toevoegen’ geopend worden. Met de knop

‘Terug’ wordt het beginscherm weergegeven.

Figuur 34: HMI Oploskuip en verf toevoegen

6.2.8. Alarmering

Het alarmeringsscherm dient om info te tonen aan de operator bij een fout. Onderaan het alarmeringsobject

bevinden zich de vier lijnen met alarmerings- en diagnosemeldingen die ook op het beginscherm te zien zijn. Met

de knop ‘Terug’ wordt het beginscherm weergegeven.

Figuur 35: HMI Alarmering

34

7 Expertise

7.1. Opwarmen verfmengsel

Bij de oude installatie gebeurde de opwarming van de verf door middel van elektrische weerstanden en warm

toevoerwater. De doorstromer die het toevoerwater opwarmde werkte echter niet snel genoeg. De leidingen

waren ook niet geïsoleerd waardoor er veel warmte verloren ging. Het voorstel voor het opwarmen van de verf

met stoom kwam van Balta Oudenaarde. Alleen moest er nog bepaald worden of er met directe of indirecte

stoom gewerkt zal worden.

7.1.1. Indirecte stoom

Indirecte stoom werkt als een warmtewisselaar. De stoom komt niet in contact met de verf, maar geeft enkel de

warmte-energie af via de leiding aan het koudere fluïdum. Het maken van een serpentine is relatief duur. Dit

systeem werkt volgens een gesloten kring. Daarbij is de eis natuurlijk dat in de retourleiding de stoom nog

gasvormig is, m.a.w. er gaat nog een hoeveelheid warmte-energie terug naar de stoominstallatie.

Figuur 36: Voor- en nadelen indirecte stoom

7.1.2. Directe stoom

Bij directe stoom wordt enkel één leiding in het vat gemonteerd. Er is dus geen retourleiding aanwezig, wat het

systeem sowieso al goedkoper maakt in vergelijking met indirecte stoom. Alle warmte-energie wordt in de tank

geïnjecteerd. Een nadeel is wel dat de stoom in contact komt met de verf, waardoor deze zal condenseren en de

verf aflengen.

Figuur 37: Voor- en nadelen directe stoom

Volgens het personeel van Balta Oudenaarde zou het verdunnen van de verf geen probleem vormen voor een

goede verfhechting. Ook omwille van budgettaire redenen werd er voor directe stoom gekozen.

- Stoom maakt geen contact met verf

- Verf wordt niet afgelengd

- Duur

- Retourleiding nodig

- Niet alle warmte-energie gebruikt

- Eenvoudige montage

- geen retourleiding

- Alle warmte-energie in de tank

- Stoom komt in contact met verf

- Verf wordt verdund door de condens

35

7.2. Siemens S7-1500 en TIA Portal

7.2.1. Gebruik van veldbussen

Het configureren van veldbussen is eenvoudig in TIA Portal. In het netwerkoverzicht kunnen de verbindingen

gemaakt worden door lijnen te trekken tussen de twee modules die moeten communiceren. Het type veldbus

wordt automatisch bepaald. Bij de eigenschappen onderaan het scherm kunnen de parameters gewijzigd

worden.

Figuur 38: Eigenschappen veldbus

7.2.2. PID-regelaar en trending

Standaard is er een compacte PID-regelaar aanwezig in de programmeersoftware. Deze kan zelfs een tuning

uitvoeren om zo automatisch de nodige regelparameters te bepalen. Wanneer de autotuning correct werd

uitgevoerd, wijzigt de regelaar zijn modus naar Auto.

Een handige tool in TIA Portal is Traces. Hiermee kunnen grafieken opgemaakt worden door bepaalde variabelen

in een trending te zetten. Deze meetgegevens kunnen geëxporteerd worden in een CSV-bestand om ze in andere

programma’s te gebruiken. Ook meetgegevens van eerdere metingen kunnen opgevraagd en weergegeven

worden (figuur39).

Figuur 39: Trending temperatuur naar PID-regelaar

36

7.2.3. Display S7-1500

Op de nieuwe reeks PLC’s is er een afneembaar display aanwezig. Hiermee kan zeer vlug en gemakkelijk het IP-

adres van de PLC worden gewijzigd. Het display kan met een klein slot worden vastgemaakt aan de behuizing

van de PLC. Zo is de PLC beveiligd tegen ongewenst in- en uitschakelen aangezien de schakelaar zich dan achter

het display bevindt. De toegang tot het scherm kan beveiligd worden met een paswoord.

Een eventuele fout in zowel hardware configuratie als software wordt gemeld op het display. Ook wanneer er

zich een fout voordoet in een aangesloten module, bijvoorbeeld de PNOZ Multi Mini, wordt dit op het scherm

getoond. Er is eveneens toegang tot de Diagnostic buffer via dit display, wat een extra computer overbodig maakt

voor online diagnose.

Figuur 40: Display S7-1500

7.2.4. Programmeeromgeving

Het nieuwe platform is misschien nog niet perfect, maar de verbeteringen zijn toch duidelijk merkbaar. Zo is het

mogelijk om data van een willekeurige PLC op te laden door gebruik te maken van de ‘onbekende’ PLC, die in de

hardwarbibliotheek aanwezig is. De volledige hardware configuratie wordt gedetecteerd (figuur 41) en

overgedragen naar TIA Portal. Het grote nadeel is wel dat dit enkel werkt voor het PLC programma. Voor het

WinCC programma is dit helaas (nog) niet mogelijk. Bij online connectie wordt het verschil tussen online en

offline PLC programma meteen duidelijk. Ook fouten in het programma worden heel gericht gemeld.

Figuur 41: PLC detecteren

37

Door te werken met variabelen uit de databouwstenen is het mogelijk een UDT (User Defined Type) te gebruiken.

Dit is een soort datatype dat kan worden aangemaakt. Wanneer er een extra variabele aanwezig moet zijn in een

functieblok, moet enkel deze UDT aangepast worden en kan de interface van de blok ongewijzigd blijven. Op die

manier wordt verhinderd dat telkens een update nodig is bij een wijzigend aantal in- en uitgangen.

Figuur 42: Datatypes PLC

In de bibliotheek van het nieuwe platform zijn standaard geen functieblokken aanwezig voor SQL-verbindingen.

Voor Balta is dit wel een gemis daar ze deze functieblok veel gebruiken bij hun PLC’s van andere fabrikanten.

Op de S7-1500 PLC is er standaard een webserver aanwezig. Na activering is het mogelijk om zelfgemaakte HTML-

pagina’s toe te voegen. Hiervoor is er een kleine test gebeurd waarbij al snel duidelijk werd dat het om een

relatief geavanceerde HTML-code gaat. De test werd stopgezet wegens tijdsgebrek en omdat deze minder

relevant was voor de installatie.

7.2.5. WinCC project

Het WinCC project is niet langer een losstaand programma, het zit volledig geïntegreerd in het project van de

PLC. Dit geldt trouwens ook voor de projecten in het programma Starter van Siemens. Momenteel is het nog niet

mogelijk het WinCC-project te uploaden vanuit het scherm naar de PC. Dit probleem zal opgelost worden bij de

volgende generatie panels, die dan over een USB-poort zullen beschikken waarlangs de grafische bestanden

kunnen worden opgehaald.

38

8 Prijscalculatie

De prijscalculatie kan maar verfijnd worden na het goedkeuren van het gekozen ontwerp. Na verdere

uitwerking van het ontwerp blijkt wat er allemaal nodig is voor de installatie. Er kan een onderscheid gemaakt

worden in de kosten voor het mechanische en het elektrische gedeelte. Daarbij komt nog een deel kosten voor

het personeel dat de werken uitvoert. Door recuperatie van onderdelen uit andere afdelingen in het bedrijf kan

de kostprijs gedrukt worden. De totale kost bedraagt dan ongeveer € 17.000,00.

Figuur 43: Opstartkosten

9 Conclusie

Er is een grondige studie gemaakt over hoe de nieuwe installatie eruit ziet. Het nieuwe frame is gelast en de twee

vaten en de wasmachine zijn erop gemonteerd. De elektrische schakelkast is volledig bekabeld en klaar voor

gebruik. De frequentieomvormers zullen pas geïnstalleerd worden bij de overschakeling van het oude naar het

nieuwe systeem. Ze worden immers gerecupereerd uit de oude schakelkast.

Figuur 44: Operationele installatie

39

De noodstop op de wasmachine is nu geïntegreerd in het beveiligingscircuit van de volledige installatie. Bij het

indrukken van deze noodstop zullen beide roerwerken een gecontroleerde stop uitvoeren. Ook de stoomtoevoer

wordt afgesloten bij een noodstop of het wegvallen van de spanning. Zo kunnen er geen gevaarlijke situaties

ontstaan wanneer bijvoorbeeld ‘s nachts de spanning wegvalt en de verf steeds verder wordt opgewarmd

doordat de regelklep nog open staat.

De nieuwe installatie is operationeel. Zowel mechanisch als elektrisch is alles afgerond. Ook alle pneumatische

onderdelen kunnen aangestuurd worden. Het enige wat nog niet helemaal op punt staat, is het PLC programma.

Toch is het reeds mogelijk de installatie te gebruiken, mits het installeren van twee reserve frequentieomvormers

voor de roerwerken. Er is veel meer tijd gegaan naar het ontwerpen en realiseren dan eerst was gepland. Verdere

uitwerking van de installatie is aangeraden om de energie-efficiëntie te verhogen door de tank met de warme

verf te isoleren. Dit geldt trouwens ook voor de leidingen.

10 Referenties

[1] “Balta rijft Domo Floorcoverings binnen - Bedrijven - Nieuws - Trends.be.” [Online]. Available: http://trends.knack.be/economie/nieuws/bedrijven/balta-rijft-domo-floorcoverings-binnen/article-1194797060253.htm.

[2] “Leiding Balta komt in handen van vertrouweling stichter - De Standaard.” [Online]. Available: http://www.standaard.be/cnt/dmf20120924_00309677.

40

11 Bijlagen

11.1. Intern wasmachine

41

11.2. Aansluitingen FO

42