Introductieles voor cursus PLC-Industriële automatisering - hoofdstuk 1
Hoofdstuk 1 - Inleiding automatisering
Inleiding
Bij automatisering denk je vaak aan computers, elektronica en robots. Deze vormen echter maar een klein deel van het hele vakgebied automatisering. Automatisering omvat alle machines, apparaten en installaties die bepaalde acties “vanzelf” laten aflopen.
Een simpel koffiezetapparaat, zoals bij je thuis, is al een vorm van automatisering. Het apparaat neemt verschillende handelingen van de mens over. Je moet het wel elke keer vullen met koffie en water, maar na een simpele druk op de knop wordt het hele proces van koffiezetten automatisch uitgevoerd. Suiker en melk moet je later zelf toevoegen. Een koffieautomaat, zoals die in kantines, gaat al een stap verder. Na het bedienen van een keuzeknop maakt de automaat een kop koffie, eventueel met suiker en melk.
Figuur 1. Koffieautomaat
De automatisering in de koffieautomaat is niet alleen de elektronische of elektrische besturing, maar ook het gehele proces van koffiezetten. Zelfs de keuzeknop en het signaal hiervan naar de besturing maken deel uit van de automatisering. Dat onderdeel noemen we de signaalverwerking. Belangrijk is dat je steeds weet hoe een proces (met de hand) verloopt. Pas dan kunt je zich er een voorstelling van maken hoe de automatisering dat doet.
Automatische processen
De cursus PLC-Industriële Automatisering behandelt de automatisch bestuurde processen waarmee in de industrie onder andere producten worden geproduceerd, vervoerd en verpakt. De voordelen van automatisering zijn reproduceerbaarheid, snelheid en constante kwaliteit.
Het grootste nadeel van geautomatiseerde installaties zien we wanneer ze defect raken. Ergens in de installatie bevindt zich dan een storing. Waar, is vaak moeilijk te achterhalen. Dat is misschien ook de reden waarom je deze cursus volgt.
In onderstaand filmpje zie je hoe processen geautomatiseerd verlopen in een productiebedrijf.
Geautomatiseerde processen in een productiebedrijf
De cursus PLC-Industriële Automatisering leert je welke componenten zich in een installatie bevinden, maar vooral hoe je de storing kunt lokaliseren. Om je alvast een indruk te geven, behandelen we in dit hoofdstuk een complete installatie.
Figuur 2. Pick en place unit
In het filmpje zie je hoe paprika’s opgepakt worden en op de juiste plek neergelegd worden.
Geautomatiseerd verplaatsen van paprika's
Als voorbeeld gebruiken we de pick en place unit van figuur 2. Vanuit een magazijn wordt een product, hier een blikje, met een grijper en een combinatie van luchtcilinders verplaatst naar het afvoerstation. Het is belangrijk dat je meteen doorziet hoe en in welke volgorde dat gebeurt. Dat inzicht vormt namelijk de basis om storingen te kunnen lokaliseren. Aan de hand van deze installatie geven wij een overzicht van wat je in deze cursus kunt verwachten.
Techneuten hebben een hekel aan lange teksten. Met afkortingen geven zij in tekeningen de verschillende onderdelen aan. De pick en place unit is getekend in de ruststand. De ruststand van een installatie is de stand van waaruit de installatie begint te werken.
Het aanvoersysteem voor deze installatie voert het product aan en zorgt ervoor dat het op de juiste plaats ligt. Vervolgens zorgt de pick en place unit ervoor dat het product wordt verplaatst.
Figuur 3. Blokschema van een installatie
Vaak wordt de samenhang van de componenten in een blokschema weergeven. In het blokschema van figuur 3 ziet je de volgende belangrijke onderdelen:
- Het proces, het maken of bewerken van een product
- De uitvoerorganen, om het product te maken of te bewerken
- De besturing, om de uitvoerorganen in de juiste volgorde te laten bewegen
- De sensoren geven de besturing informatie over de situatie
- De verbindingen van de sensoren en de uitvoerorganen naar de besturing
Figuur 4. Proces in blokschema
Het proces in dit voorbeeld is het verplaatsen van een blikje van de ene positie naar een andere, door middel van een pick en place unit.
Figuur 5. Cilinder als uitvoerorgaan
De uitvoerorganen zijn aangesloten op de besturing door middel van bijvoorbeeld-slangen en kabels. Via die verbindingen geeft de besturing de commando’s. De commando’s kunnen een elektrisch signaal of een pneumatisch signaal zijn.
Figuur 6. Besturing of regelaar in blokschema
Alle automatisch werkende machines en installaties hebben een besturing. De besturing is zo belangrijk omdat zij er voor zorgt dat de automatische werking goed verloopt. De besturing is dus het ‘denkende gedeelte’ van de installatie: zij ziet, commandeert en controleert.
Een besturing kun je in verschillende soorten tegenkomen:
- Pneumatisch
- Elektronisch
- Elektrisch
- Programmeerbare besturing (PLC)
Figuur 7. Opnemer voor het signaleren
Sensoren zijn als het ware de ogen of voelsprieten van een besturing. Daarmee ‘kijkt’ de besturing in welke positie cilinders staan of dat er een product aanwezig is, en of de startknop wordt bedient. Sensoren maken een belangrijk deel uit van een installatie.
Figuur 8. Verdeling storingskansen
In dit blokschema hebben we aangegeven hoe de storingskansen verdeeld zijn. Indien er een storing plaats vindt bij een machine die altijd goed gedraaid heeft, is de kans dat deze bij de sensoren ligt 80%. Bij de uitvoerorganen heb je 15% kans en bij de besturing maar 5%. Om goed te kunnen inspecteren is het dan ook van belang goed onderscheid te maken tussen de diverse groepen. Met het inspecteren van de sensoren en de uitvoerorganen omvat je 95% van de storingen.
Figuur 9. Verkeerslichten installatie
In figuur 9 zie je een voorbeeld van de samenhang van de componenten bij een verkeerslichten installatie.
- De uitvoerorganen, hier de verkeerslichten
- De besturing, om het verkeer met behulp van de verkeerslichten juist te regelen
- De sensoren die de besturingssignalen geven over de situatie op het kruispunt
- De verbindingen van de sensoren en de uitvoerorganen naar de besturing
Figuur 10. Boor-klem installatie
We gaan nu wat dieper in op de componenten die in deze cursus gebruikt worden als uitvoerorganen, sensoren en besturing. Als uitgangspunt nemen we een boor-kleminstallatie zoals getekend in figuur 10.
De boor-kleminstallatie is getekend in ook hier de ruststand. De ruststand van een installatie is immers de stand van waaruit de installatie begint te werken. De operator van deze installatie legt het product met de hand op de juiste plaats. Vervolgens klemt hij het product met K.
Daarna gaat boormotor M draaien en beweegt deze naar beneden. Als de boor op het laagste punt is, gaat de boormotor weer omhoog. Pas als de boor helemaal boven is, gaat klem K open en kan de operator het geboorde product uit de installatie halen.
Uitvoerorganen
De boor-kleminstallatie heeft enkele componenten die zorgen voor bewegingen. Voor de draaiende beweging van de boor zorgt een elektromotor voor de rechtlijnige beweging van bijvoorbeeld de klem een cilinder. Deze twee componenten noemen we uitvoerorganen. Uitvoerorganen verrichten in een installatie een bepaalde handeling.
Cilinders
Om rechtlijnige of lineaire bewegingen te maken, gebruikt je hoofdzakelijk cilinders. Je kunt de werking van een cilinder vergelijken met die van een fietspomp. Door de fietspomp naar beneden te bewegen perst hij lucht. Andersom werkt zij ook. Door lucht in de slang te blazen, schuift de stang met handvat naar boven. Stop je met blazen, dan zakt het geheel weer naar beneden en verdwijnt de lucht door de slang. Wanneer je de fietspomp horizontaal houdt, gaat de stang niet meer uit zichzelf terug. Figuur 11 is een cilinder als uitvoerorgaan en figuur 12 is een doorsnede-tekening van een cilinder.
Figuur 11. Cilinder als uitvoerorgaan
Figuur 12. Toepassingen van cilinders
Elektromotoren
Elektromotoren zijn er in veel soorten en maten. Welke soort je nodig hebt, hangt af van de elektrische spanning, waarop de motor moet draaien. De maat van de motor is vooral een kwestie van het vermogen dat de motor moet leveren. Voor jou is het belangrijk om te weten dat de motor op het juiste moment draait. In figuur 13 zie je vier uitvoeringen van motoren en een toepassing. In figuur 14 zie je elektromotoren voor het aandrijven van pompen.
Figuur 13. Verschillende elektromotoren
Figuur 14. Toepassing van elektromotoren
De besturing
In figuur 15 hebben we de boor-kleminstallatie verder geautomatiseerd. De installatie is uitgebreid met een besturingskast.
Figuur 15. Boor-kleminstallatie met besturingskast
Op de bedieningskast zit nu maar één knop; de startknop. Als de operator een product in de installatie legt en de startknop bedient, verloopt het proces automatisch. De besturing controleert of er een product ligt, sluit daarna automatisch de klem en zorgt dan dat het gat wordt geboord.
Alle automatisch werkende machines en installaties hebben een besturing. De besturing is zo belangrijk omdat zij er voor zorgt dat de automatische werking goed verloopt. De besturing is dus het ‘denkende gedeelte’ van de installatie: zij ziet, commandeert en controleert. Een besturing kun je in verschillende soorten tegenkomen:
- Pneumatisch
- Elektronisch
- Elektrisch
- Programmeerbare besturing (PLC)