Entwicklung einer Durchsatzwaage für Kunststoffgranulat


Projektarbeit, 2015
22 Seiten, Note: 1,0

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Einführung in das Thema
1.2 Problemstellung und Ziel dieser Arbeit
1.3 Aufbau der Arbeit

2 Grundlagen
2.1 Kleinsteuerung MFDTitan
2.2 Schieberegister
2.3 Dehnmessstreifen (DMS)

3 Hauptteil
3.1 Anlagenbeschreibung
3.2 Funktionsbeschreibung
3.3 Programmerstellung
3.3.1 Programmablaufplan
3.3.2 Skalierung und Verarbeitung der Analogeingänge
3.3.3 Ansteuerung der Pneumatikbauteile
3.3.4 Aufsummierung Durchsatzgewicht
3.3.5 Speicherung der Schichtwerte
3.3.6 Visualisierung

4 Schlussbetrachtung

Literatur und Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Anzeige und Bedieneinheit MFD80B

Abbildung 2 Schieberegister 74HC595

Abbildung 3 Zeitdiagramm Schieberegister

Abbildung 4 Prinzipaufbau eines DrahtDMS

Abbildung 5 Vollbrückenschaltung mit zwei DMS

Abbildung 6 Anlagenübersicht

Abbildung 7 Programmablaufplan

Abbildung 8 Wirkungsweise Funktionsbaustein „LS“

Abbildung 9 Parametrierung Funktionsbausteine "LS" und "AR"

Abbildung 10 Ansteuerung Einlassschieber

Abbildung 11 Ansteuerung Datenbausteine Aufsummierung Gewicht

Abbildung 12 Parametrierung Schieberegister in easySoft 6

Abbildung 13 Maskenübersicht easySoft 6

Abbildung 14 Eingabebildschirm

Einleitung

Das Modul Projektstudium Elektro und Informationstechnik soll Aufgabenstellungen oder Projekte der Elektro und Informationstechnik aus Forschung, Entwicklung oder Industrie ganzheitlich bearbeiten. Des weiteren sollten Zusammenhänge zwischen Einzelgebieten der Elektro und Informationstechnik hergestellt werden. Für diese Ausarbeitung wurde ein eigenes Projekt ausgewählt, welches einen aktuellen betrieblichen Hintergrund hat.

Einführung in das Thema

In einen Kunststoffverarbeitenden Betrieb, in welchem Folienprodukte aller Art hergestellt werden, wird das dazu benötigte Kunststoffgranulat über einen eigenen Recyclingbereich hergestellt. Hierzu werden Kunststoffabfälle wie Folien und Tüten in einer Reinigungsstraße von Verschmutzungen befreit und danach zerkleinert. Dieses Material wird nun einem Extruder zugeführt und erhitzt. Die flüssige Kunststoffmasse wird mit der Hilfe einer Transportschnecke durch mehrere Grob und Feinfilter geführt, an welchen sich noch vorhandene Verunreinigungen absetzen. Nach der Filtrierung wird die gereinigte Masse am Ende des Extruders mit einem Druck von ca. 200 bar durch einen Lasersieb gepresst, hinter welchem rotierende Messer die Kunststoffschlangen in kleine Scheiben schneiden. Das Granulat wird mittels Luftstrom und anschließendem Wasserbad erkaltet und mit einer Absaugung in 2 m³ fassende Behälter gefüllt.

Problemstellung und Ziel dieser Arbeit

Die Problemstellung und somit auch Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Durchsatzwaage für Kunststoffgranulat. Mit der Implementierung der Durchsatzwaage in den oben dargestellten Produktionsprozess soll eine exakte Ermittlung der hergestellten Granulatmengen möglich gemacht werden.

Da der mechanische Aufbau der Anlage (Maschinengestell, Durchsatzbehälter, mechanische Schieber, Pneumatikventile) schon gegeben ist, behandelt diese Ausarbeitung die reine Umsetzung der Funktionsvorgaben in eine funktionierende Steuerung.

Folgende Vorgaben sind bei der Erarbeitung der Steuerung einzuhalten:

Steuerung Eaton MFD Titan

Anzeige von Istwert (Bargraph), Sollwert, Gesamtwert einer Schicht

Gesamtzähler, rücksetzbar

Eingabe eines Sollwerts

Speicherung von 14 Schichtwerten

An und Abmelden einer Schicht durch Taster

Hand und AutomatikSchalter

Um das Hauptziel dieser Aufgabenstellung zu erreichen wird die vorliegende Ausarbeitung die folgenden Teilziele erarbeiten:

Erläuterung der relevanten Grundlagen

Grundlegende Beschreibung der Anlage

Erstellung des PAP (Programmablaufplans)

Programmerstellung

Erstellung der Visualisierung

Testlauf

Aufbau der Arbeit

Zu Beginn dieser Ausarbeitung werden die relevanten Grundlagen für diese Aufgabenstellung erörtert, welche die eingesetzte Steuerung, das Schieberegister und den Dehnmessstreifen behandeln.

Der Konzeptteil besteht einerseits aus der Beschreibung der Anlage, der Erstellung des Programms und der Visualisierung sowie des Testlaufs.

Die erreichten Ergebnisse werden in der Schlussbetrachtung noch einmal zusammengefasst und hinsichtlich der Ziele bewertet.

Grundlagen

Kleinsteuerung MFDTitan

Bei der Kleinsteuerung MFDTitan[1] der Firma Eaton handelt es sich um ein programmierbares Anzeige, Bedien, Schalt, Regel und Steuergerät, welches als Ersatz für Relais und Schützsteuerungen sowie als Bedien und Anzeigeeinheit eingesetzt wird.[2] Die Gerätefamilie MFDTitan der Fa. Eaton zeichnet sich durch ihre modulare Bauweise aus, wobei die hier verwendete Steuerung aus folgenden Komponenten besteht:

Anzeige und Bedieneinheit (MFD80B)

Netzteil/CPUModul (MFDCP8NT)

E/AModul digital/analog (MFDR16)

In Abbildung 1 ist die Anzeige und Bedieneinheit dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Anzeige- und Bedieneinheit MFD-80-B[3]

Das eingesetzte E/AModul MFDR16 verfügt über 12 digitale Eingänge und vier Relaisausgänge. Von den 12 digitalen Eingängen können vier (I7, I8, I11 und I12) auch als analoge Eingänge (010V) verwendet werden. Die Erweiterung der Steuerung kann zentral über steckbare Erweiterungskarten erfolgen oder dezentral mit dem integrierten Netzwerk „easyNet“. Die Programmierung der Kleinsteuerung erfolgt mit Hilfe der Software „easySoft 6“ mittels Kontaktplantechnik und Funktionsbausteinen wie z.B.:

AnalogwertVergleicher/Schwellwertschalter

Arithmetikbausteine

Datenbausteine

Schieberegister

Bei einem Schieberegister handelt es sich um eine Schaltung, die eine Information taktgesteuert Bit nach Bit aufnimmt, diese eine gewisse Zeit speichert und dann wieder abgibt.[1] Im prinzipiellen Aufbau bestehen sie aus einer Kette von Registern (Flipflops) deren Ausgänge mit dem Eingang des nächsten Registers verbunden sind. So wird der Informationstransport wie bei einer Kette weitergegeben.

Schieberegister können mit der Hilfe der folgenden Eigenschaften eingeteilt werden:[2]

Umschaltung zwischen Links und RechtsSchieben

Parallele Eingänge zum gleichzeitigen Laden der Registerkette

Parallele Ausgänge

Serielle Ein und Ausgänge

In Abbildung 2 ist als Beispiel das Schieberegister 74HC595 3 dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 Schieberegister 74HC595

Im Folgenden ist die Beschreibung der Ein und Ausgänge des Schieberegisters dargestellt:

VCC Versorgungsspannung +5V/DC

GND Masse 0V/DC

QA QH Parallele Ausgänge 1 – 8

QH´ Serieller Ausgang (Eingang für zweites Schieberegister)

Master Reset (LowAktiv)

SRCLK Schieberegister Takteingang

RCLK Speicherregister Takteingang

Ausgang aktivieren

SER Serieller Eingang

Sobald der Takt am Takteingang „SRCLK“ von Low auf High wechselt, wird der serielle Eingang „SER“ gelesen und im internen Shiftregister zwischengespeichert. Mit einem Taktimpuls am Takteingang „RCLK“ von Low auf High wird die Information an die Ausgänge weitergeleitet. Dieser Ablauf ist im Zeitdiagramm[1] in Abbildung 3 detailliert dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Zeitdiagramm Schieberegister

Dehnmessstreifen (DMS)

Dehnmessstreifen werden zur Kraftmessung bei dehnender und stauchender Verformung eingesetzt.[1] Typischerweise wird ein Widerstandsdraht mäanderförmig auf einem Kunststoffträger aufgebracht und auf die zu messende Stelle geklebt. Weitere Bauformen sind Folien oder HalbleiterDMS. Die Anwendungsgebiete in der Praxis liegen z.B. bei Waagen, Druckmessern und Verformungsmessungen. Sie sind kostengünstig und haben in der Regel eine kleine Bauform. Durch die Ermüdung des DMSMaterials haben sie aber eine beschränkte Lebensdauer und reagieren empfindlich auf mechanische Überbeanspruchung.

Die Steuerung des elektrischen Widerstandes eines DMS besteht darin, seine geometrischen Abmessungen (Länge l und Querschnitt A) über eine Weg oder Dehnungsänderung Ɛ zu beeinflussen.[2] Die relative Widerstandsänderung ist näherungsweise proportional zu Ɛ. In Abbildung 4 ist ein DMS dargestellt, welcher durch eine Kraft F in xRichtung seinen ohmschen Widerstand verändert. Eine Kraft F in yRichtung würde aus aufbautechnischen Gründen zu keiner nennenswerten Widerstandsänderung führen. Der ohmsche Widerstand eines DMS ergibt sich aus:

Die wichtigsten messtechnischen Eigenschaften eines DMS sind Nichtlinearität (ab Ɛ von ca. +/ 5 · 103), Querempfindlichkeit, Dauerschwingungsverhalten, Kriechen, die Grenzfrequenz und das Verhalten unter Störeinflüssen.[3]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 Prinzipaufbau eines Draht-DMS4

DMS werden in der Praxis so angeordnet, dass sie sich elektrisch zu einer Wheatstone´schen Messbrücke verschalten lassen.[4]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 Vollbrückenschaltung mit zwei DMS

Grundsätzlich wird der ohmsche Widerstand eines DMS durch die Dehnung Ɛ , aber auch durch die Temperatur T beeinflusst. Eine Auswertung mit nur einem DMS würde deshalb eventuell zu Messabweichungen führen.

Die in Abbildung 5 gezeigte Auswerteschaltung beinhaltet deshalb zwei DMS, wobei RDMS2 nicht der Kraft bzw. der Dehnung, sondern nur der Temperatur T ausgesetzt ist. Dies hat den Vorteil, dass der Temperatureinfluss auf die Auswertung stark kompensiert werden kann (Spannungsteiler im linken Zweig).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die auszuwertende Brückenspannung erhält man mit:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Aus der Gleichung ist ersichtlich, dass die Brückenspannung UD nur noch von der Versorgungsspannung UV und der Dehnung Ɛ abhängt. Bei k handelt es sich um eine Materialkonstante.

Der Nachteil dieser Verschaltung ergibt sich durch die erhöhten Kosten durch den Einsatz zweier DMS, wobei bei aktuellen DMS der Einfluss der Temperatur T oft nur eine untergeordnete Rolle spielt (kleiner Temperaturkoeffizient).[1]

[...]


[1] MFD-Titan® ist ein eingetragenes Warenzeichen der Eaton Corporation plc

[2] Handbuch 11/10 MN05002001Z-DE (www.eaton.com), S. 19

[3] Handbuch 11/10 MN05002001Z-DE (www.eaton.com), S. 21

[1] Vgl. Beuth (2006), S. 393

[2] Vgl. Fricke (2009), S. 131

[3] Quelle: Texas Instruments SCLS041H S. 1 und 3

[1] Quelle: Texas Instruments SCLS041H S. 4

[1] Vgl. Hering/Schönfelder (2012), S. 324

[2] Vgl. Schiessele (1992), S. 64

[3] Vgl. Schiessele (1992), S. 69

[4] Vgl. Gintner (2010), SEN104, S. 35

[4] Vgl. Schiessele (1992), S. 73

[1] Vgl. Gintner (2010), SEN104, S. 38

Ende der Leseprobe aus 22 Seiten

Details

Titel
Entwicklung einer Durchsatzwaage für Kunststoffgranulat
Hochschule
AKAD University, ehem. AKAD Fachhochschule Stuttgart
Note
1,0
Autor
Jahr
2015
Seiten
22
Katalognummer
V421608
ISBN (eBook)
9783668690431
ISBN (Buch)
9783668690448
Dateigröße
1757 KB
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Automatisierungstechnik, Elektrotechnik, Regelungstechnik, Elektro- und Informationstechnik, Durchsatzwaage
Arbeit zitieren
Bachelor of Engineering Patrick Kanberger (Autor), 2015, Entwicklung einer Durchsatzwaage für Kunststoffgranulat, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/421608

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