Aandrijven - Besturen - Toepassen nr. 2 Maart 2014 AANDRIJFTECHNIEK BESTURINGEN Al onze intelligentie bevindt zich in the cloud. Software, Platform en Infrastructuur as a Service. Deze concepten beginnen ook in de industrie door te dringen: Hardware as a Service MECHANISCH Studenten van de TU Delft bouwen een door een mens aangedreven onderzeeër, de WASUB 4. Een fietssysteem in de onderzeeër zorgt voor de aandrijving ROBOTICA Er wordt veel geschreven over robotica. Juridische vraagstukken, bijvoorbeeld rondom de aansprakelijkheid voor robots, blijven daarin vaak onderbelicht www.at-aandrijftechniek.nl
krachtige beweging Mechanische transmissietechnologie scan met layar en ontvang de gratis usb-stick brevini PoWer transmission brengt u verder Waar beweging vereist is, loopt Brevini Power Transmission Benelux voorop. Onze innovatieve en bedrijfszekere oplossingen genieten wereldwijd aanzien door hun betrouwbaarheid en duurzaamheid. Of het nu gaat om installaties in de offshore, recycling, landbouw of industrie, onze planetaire en conventionele tandwiel- en reductiekasten staan garant voor een hoge productiviteit en lage onderhoudskosten. bpt.nl@brevini.com / T +31 (0) 172 47 64 64 / www.brevini.nl INTERACTIEVE PRINT Download de gratis Layar app Scan de foto s met het Layar logo Ontdek de extra digitale content
Aandrijven - Besturen - Toepassen MAART 2014 nr. 2 AANDRIJFTECHNIEK INHOUD 14 BESTURINGEN 20 MECHANISCH 36 ROBOTICA 4 NIEUWS Meer M2M door Smart Manufacturing AM Academy bundelt 3D-printopleidingen 8 TECHNISCH NIEUWS Robotaap met flexibele wervelkolom en gevoelige voeten Machines op afstand beheren achter Chinese Firewall Prothese met gevoel 10 ELEKTRISCH Technisch is het geen probleem om een motor ook frequentiegeregeld te laten afremmen. Emerson Industrial Automation introduceerde een volwaardige, compacte en vaak ook betaalbare vierkwadrantenregelaar. 14 BESTURINGEN Software, Platform en Infrastructuur as a Service. Deze concepten beginnen ook in de industrie door te dringen: Hardware as a Service. OP DE VOORPAGINA Control Techniques en Leroy-Somer, onderdeel van Emerson Industrial Automation bieden een uniek productenplatform met innovaties voor meer productiviteit en kostenbesparing. Unidrive M en Dyneo zoals afgebeeld op de voorpagina zijn voorbeelden van sterke innovaties binnen Emerson. Een krachtige besturing tegen lage lasten met energiebesparing tot wel de helft vormen de basis van totaaloplossingen in de technologie van Emerson Industrial Automation. Emerson Industrial Automation p/a Kubus 155 3364 DG Sliedrecht Tel.: (0184) 42 05 55 www.emersonindustrial.com 18 BESTURINGEN Om de complexe besturingstaken te kunnen oplossen, is het voor Duflex belangrijk samen te werken met een automatiseringspartner. 20 MECHANISCH Studenten van de TU Delft bouwen een door een mens aangedreven onderzeeër, de WASUB 4. Met deze onderzeeër zullen ze meedoen aan de Submarine Races in Groot-Brittannië. 24 MECHANISCH Bij grotere vermogens en een substantiële bandrek voor bandtransporteurs is het noodzakelijk om maatregelen te treffen om zo een gelijkmatige vermogensverdeling te verkrijgen. 27 TOYS FOR BOYS De Sportsman WV 850 HO van Polaris is een quad voor het ruige werk. De wielen zijn zonder luchtbanden. 28 MANAGEMENT Freddy Eggengoor is sinds 1 januari de nieuwe general manager Nederland van Parker Hannifin. Zijn doelstelling is helder: We willen in alle disciplines de nummer één worden. 30 VAKBEURS Voor de Hannover Messe, die van 7 tot en met 11 april wordt gehouden tekent zich een sterke Nederlandse deelname af. 32 PRODUCTNIEUWS Noviteiten van deze maand. KATERN ROBOTICA 36 WETGEVING Er wordt veel geschreven over robotica. Juridische vraagstukken, bijvoorbeeld rondom de aansprakelijkheid voor robots, blijven daarin vaak onderbelicht. 42 ZORGROBOTS Robotica is een breed terrein en varieert van grasmaaiers en stofzuigers tot industriële robots en zogenoemde zorgrobots. Aan dit laatste type robot wordt hard gewerkt. 45 SOFTWARE Stäubli concipieert en ontwikkelt mechatronica-oplossingen. Robotics Suite 2013 is de pc software suite van deze fabrikant voor robotica applicatieontwikkeling en onderhoud. 46 SERVICE Agenda en colofon. MAART 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 3
Meer M2M door Smart Manufacturing Nadenken Veel mensen denken dat een hoofdredacteur alleen maar boze ingezonden brieven beantwoordt en zijn medewerkers de huid vol scheldt (dat laatste soms wel), maar er komt meer bij kijken. Stukkies schrijven, budget bewaken en freelancers aansturen zijn slechts enkele werkzaamheden. Volslagen irrelevante e-mails opruimen behoort ook tot mijn dagelijkse takenpakket. Terwijl ik dit tik krijg ik er weer zo een: Pony s terug in Slagharen. Wat moet ik hier mee, zakelijk gezien? Wat ik me dan wel eens afvraag: begrijpen die afzenders nu zélf niet dat hun boodschap niet interessant is voor mij en niet relevant voor u, lezer? Kunnen mensen überhaupt nog wel denken, verbanden leggen? Ik heb het voorrecht zitting te hebben in de Technisch-Inhoudelijke Commissie voor Het Hydrauliek Symposium, dat Vereniging Platform Hydrauliek (VPH) en de Feda medio november organiseren. Een van mijn medecommissieleden constateerde iets soortgelijks. Mensen denken dat hun problemen met hydraulische systemen zijn opgelost als ze de olie vervangen. Dat is??? niet zo. Bij een lekkende slang, kapotte pomp of versleten afdichting zal nieuwe olie niet helpen. Dat begrijpen ze niet. Verbanden leggen tussen verschijnselen, oorzaken en remedies schijnen we niet meer te kunnen. Toen ik vanmorgen in tamelijk dikke mist kantoorwaarts koerste, zag ik heel wat auto s met de hele kerstboom aan mistlampen aan én met ruim meer dan de toegestane maximale snelheid langs vliegen. Als het mistig is, waarom rijd je dan zo hard? Als het niet mistig is, waarom zet je dan je mistlampen aan? Zie je (bij vol daglicht) meer als je mistlicht voert? Laten we ons gezonde verstand eens leren gebruiken en goed nadenken voor we bepaalde handelingen verrichten. Maar laat ik eerlijk zijn: dat is ook niet altijd míjn sterkste kant. Ad Spijkers redactie.aandrijftechniek@eisma.nl De industrie gebruikt al lang bekabelde netwerken om handelingen op de fabrieksvloer te automatiseren. De opkomst van nieuwe machine-to-machine (M2M) systemen (zoals draadloze systemen voor de korte afstand en cellulaire netwerken voor de lange afstand) plaatsen bedrijven voor keuzes met het oog op fabrieken van de toekomst. Een nieuwe analyse van Frost & Sullivan, M2M Communication in Manufacturing, stelt dat telecommunicatiebedrijven een belangrijke partij zullen vormen bij het bieden van M2M-oplossingen en de groei van het internet der dingen in de Europese maakindustrie. ZVS Techniek distributeur Zimmer Inl.: Frost & Sullivan, tel.: +44 (0) 20 7343 83 83, www.frost.com Smart Manufacturing zorgt voor een groei van M2Mcommunicatie (foto: Festo) ZVS Techniek is verkozen tot exclusief distributeur van Zimmer handlingcomponenten voor de Benelux. Omdat de Zimmer Group heeft besloten om de afzonderlijke bedrijven Sommer-Automatic en Zimmer Technische Werkstätten verder door het leven te laten gaan als de Zimmer Group zal de naam Sommer-Automatic in de toekomst langzaam verdwijnen. ZVS vertegenwoordigt Sommer-Automatic al veertien jaar in Nederland en ook de producten van Zimmer Technische Werkstätten waren al enige tijd in het assortiment. De productlijnen vullen elkaar goed aan; dat ze nu uit één hand worden geleverd, brengt synergie met zich mee. Inl.: ZVS Techniek, tel.: (0492) 66 51 76, www.zvstechniek.nl ZVS Techniek levert nu de componenten van zowel Sommer- Automatic als Zimmer (foto: ZVS Techniek) Wärtsilä onderhoudt motoren Van Oord Wärtsilä Netherlands heeft een internationaal onderhoudscontract met Van Oord getekend. Het raamcontract houdt een wereldwijd systeem in waarin partnership centraal staat. In het contract (met een waarde tussen dertig en veertig miljoen euro) is overeengekomen dat Wärtsilä en Van Oord de komende drie jaar exclusief samenwerken voor de onderhouds- en reparatiewerkzaamheden voor alle Wärtsilä, Stork-Wärtsilä, Deutz en Bolnes motoren die dienst doen in de Van Oord vloot. Van Oord zal ook profiteren van Wärtsilä s laatste technologische ontwikkelingen, waaronder verbeteringen die leiden tot lager brandstof- en smeerolieverbruik. Inl.: Wärtsilä Netherlands, tel.: (038) 425 32 53, www.wartsila.com Wärtsilä zal een speciaal, vast team samenstellen voor het onderhoud van de Van Oord-schepen die onder de overeenkomst vallen (foto: Wärtsilä) 4 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
Nieuws Schadeonderzoek kan miljarden besparen Door onderzoek naar de oorzaak van de schade, materiaalkeuze, fabricagemethoden, belasting- en omgevingscondities kunnen bedrijven besparen op reparatie- en onderhoudskosten en de beschikbaarheid van hun installaties verhogen. Per kapotte installatie kan het om tien- tot honderdduizenden euro s gaan. Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) kan helpen bij onderzoek naar de oorzaken van schade. Het beschikt over experts op verschillende gebieden die samenwerken in multidisciplinaire teams. Zij kijken naar ontwerp, materiaalkeuze, fabricage en materiaalbewerking en naar het gebruik binnen de bedrijven. Na het achterhalen van de oorzaak geeft ECN advies over de beste oplossing, verdere optimalisatie van het proces en het voorkomen van falen in de toekomst. Kort nieuws 4Siemens heeft Cofely Experts in Amsterdam gecertificeerd voor de reparatie van Siemens en Loher ATEX elektromotoren. Cofely krijgt hiermee toegang tot alle essentiële onderdelen en documenten. Klanten kunnen nu geheel volgens fabrieksspecificatie hun motoren laten repareren, met behoud van het ATEX certificaat. 4Het Committee for European Construction Equipment (CECE), de belangenorganisatie van Europese fabrikanten van bouwmaterieel, heeft zijn portfolio uitgebreid met een nieuwe productgroep: hydraulische aanbouwdelen (hydraulic attachment tools). Het doel is om fabrikanten en afnemers van deze aanbouwdelen vanaf een centrale plaats van de juiste informatie te voorzien wat betreft normen, wetten en regels. Inl.: ECN, tel.: (088) 515 49 49, www.ecn.nl Zijkant van een as met breuken er in (foto: ECN) AM Academy bundelt 3D-printopleidingen In aansluiting op de beurs RapidPro is een nieuw initiatief gelanceerd dat moet zorgen voor meer samenhang tussen de opleidingen op het gebied van industrieel 3D-printen. De academie is een not for profit initiatief waarin initiatiefnemers Fontys Hogescholen, Mikrocentrum en Additive Industries nauw samenwerken. AM Academy ontwikkelt een samenhangend pallet aan opleidingen, trainingen, workshops en master classes op het gebied van industrieel 3D-printen en Additive Manufacturing. Hierbij worden alle aspecten van 3D-printen integraal bekeken van 3D-ontwerp en engineering via materiaalkeuze en het daadwerkelijke printproces tot het nabewerken, testen en kwalificeren. Inl.: AM Academy, www.am-academy.nl Kwalificatiedossier Verbrandingsmotortechniek De afgelopen jaren heeft de Vereniging van Importeurs van Verbrandingsmotoren (VIV) hard gewerkt om het onderwijs op gebied van verbrandingsmotortechniek op het peil te krijgen van de huidige technische status. Voor het onderwijs zijn twee zogeheten kwalificatiedossiers opgesteld: een voor de mbo-niveau 2 en 3 opleiding en een voor de mbo-niveau 4 opleiding. In een kwalificatiedossier worden de grote lijnen weergegeven waaraan een opleiding moet voldoen en waarop deelnemers aan deze opleiding moeten worden getoetst (theoretisch én praktisch). Inl.: Vereniging van Importeurs van Verbrandingsmotoren, tel.: (088) 400 85 48, www.verbrandingsmotor.nl Het onderwijs moet gelijke tred houden met de techniek van verbrandingsmotoren (foto: Benny Gudde) 4Atlas Copco Rental investeert in meer dan tachtig olievrije compressoren voor haar Europese huurvloot. Het gaat om zowel diesel- als elektrisch aangedreven compressoren, variërend van 8,6 bar tot 24 bar. Ook de investeringen in speciale offshore-apparatuur blijven toenemen. 4 Ir. Marc de Leeuw is per 6 januari 2014 benoemd tot directeur van Hycom, dat sinds 6 januari 2013 onderdeel is van de Hydac-groep. Hycom is specialist in complete hydraulische systemen. 4 De beurs World of Technology & Science krijgt concrete vorm. Voor de week van 30 september tot en met 3 oktober 2014 zijn er bij het afsluiten van deze AandrijfTechniek 325 aangemelde bedrijven en is er voor 13.500 m² ingetekend, waarmee de geplande beursoppervlakte voor 90 procent gevuld is. 4 Hydrauvision Rental heeft het verhuurprogramma uitgebreid met een geavanceerde winch spooler, de HydrauTool Spooler 25/50. Hiermee kan lierkabel gelijkmatig over de volle breedte van een drum opgewonden worden. Het bedrijf heeft de winch spooler door moederbedrijf Hydrauvision Service laten ontwikkelen om in de verhuurmarkt met één machine aan verschillende eisen tegemoet te kunnen komen. maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 5
Eén drive profiel voor alle regelaars Kansen in additive manufacturing Eind februari vond in Veldhoven de vakbeurs RapidPro plaats. Een van de vele activiteiten op het gebied van additive manufacturing maar wel een bijzondere. Niet alleen omdat het inmiddels de vierde editie was maar vooral ook omdat het qua aantallen exposanten en bezoekers in de topdrie in Europa staat. En daar mogen we in Nederland opnieuw trots op zijn. Raakvlakken met de aandrijftechniek zijn er legio. Op de eerste plaats maakt additive manufacturing het mogelijk om nieuwe generaties grijpers te ontwikkelen, deels vanwege de nieuwe materialen en deels vanwege de vormvrijheid en flexibiliteit in het ontwerp. Maar de mogelijkheden gaan verder en hebben ook betrekking op de apparatuur voor additive manufacturing. RapidPro liet professionele, industriële apparaten zien in het industriële deel van de vakbeurs. In het home-professional deel werden kleine, goedkope productieprinters getoond, soms voor prijzen onder duizend euro. Een aantal van die apparaten hangt toch een beetje aan elkaar van eenvoudige constructies en er zijn kansen om daar met iets verbeterde aandrijvingen een kwaliteitsimpuls te realiseren. Maar er zijn zeker ook machines die een redelijk goede kwaliteit koppelen aan een lage prijs. Zo waren er drie firma s die productieapparaten toonden op basis van deltarobotsystemen. Dit is een relatief nieuwe ontwikkeling met ook weer specifieke problemen omdat de nauwkeurigheid van die systemen enigszins afhankelijk is van de positie op het productieplateau. Er is nog steeds sprake van een gap tussen relatief goedkope apparaten die minder nauwkeurig zijn en de nauwkeurigere maar ook duurdere industriële apparaten. Ik verwacht dat die gap in de komende jaren zal worden overbrugd met nieuwe systemen op basis van verbeterde aandrijfsystemen. Dat moet resulteren in relatief goedkope maar toch kwalitatief hoog-nauwkeurige apparaten. De Nederlandse industrie van machinebouw, industriële automatisering en aandrijftechniek laat hier kansen liggen als ze daar niet op inspeelt. De markt is gigantisch en dat geldt ook voor de businesskansen. CAN in Automation (CiA) in Neurenberg heeft CANopen specificatie CiA 402-5 uitgegeven. Het is een belangrijke stap voorwaarts om drives en motion controllers zowel asynchrone (frequentiegeregeld) als synchrone motoren (servo) te laten besturen. Deze producten worden al vaak ondersteund door CiA 402. Dit profiel wordt gebruikt in industriële besturingssystemen, embedded controllers, lift- en deurbesturingen en elektrisch aangedreven voertuigen. CiA 402-5 beschrijft de Process Data Objects mapping voor apparatuur die zowel asynchrone als synchrone motoren kan aansturen. De nieuwe specificatie houdt rekening met het feit dat aanbieders motorregeling (frequentie- of servoregeling) en volgorde besturingssystemen (PLC s) steeds meer in één apparaat combineren. Voor de gebruiker is het nieuwe drive profiel al handig, maar het betekent vooral dat hij geen tweede configuratiesoftware nodig heeft. Inl.: CAN in Automation, tel.: (+49) 911 92 88 190, www.can-cia.org Met één drive profiel zijn verschillende soorten motoren aan te sturen (foto: ON Semiconductor) Eku De Poel onderdeel Peters Het elektromechanische servicebedrijf Eku De Poel in Delfzijl zet haar activiteiten sinds februari voort als onderdeel van Peters Elektromotoren, onderdeel van de Biesheuvel Groep. Peters Elektromotoren heeft na deze integratie vier locaties en dekt de belangrijkste industriële regio s af met kennis en dienstverlening in onder meer reparatie, revisie, leveren en installeren van elektromotoren, reductoren, frequentieregelaars, pompen en mechanical seals. Alle zijn ISO, VCA & ATEX gecertificeerd. Inl.: Peters Elektromotoren, tel.: (073) 621 88 88, www.peters.nl Dyson investeert 5 miljoen pond in robot vision Dyson investeert 5 miljoen Engelse ponden in een gezamenlijk roboticalab met het Imperial College in Londen, dat de officiële benaming The Dyson Robotics Laboratory at Imperial College krijgt. Het onderzoek zal zich richten op vision-systemen die tot nieuwe robotische capaciteiten leiden. Het doel is om een nieuwe generatie robots te creëren die de wereld om zich heen begrijpt en intelligent reageert op veranderingen. Onderwerp van studie zijn diverse typen huishoudelijke robots (waaronder bijvoorbeeld robotstofzuigers) en de benodigde software en wet- en regelgeving. Inl.: Dyson BV, tel.: (020) 521 98 90, www.dyson.nl Dyson is vooral bekend door de ontwikkeling van de filterloze cycloonstofzuiger Geert Hellings Directeur Mikrocentrum 6 www.at-aandrijftechniek.nl MAART 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
U wilt betaalbare oplossingen? U vindt compatibiliteit belangrijk? Wij hebben voor u de oplossing! WE ARE THE ENGINEERS OF PRODUCTIVITY. Slim door eenvoud; de Optimized Motion Series van Festo product design award 2012 Eén compleet systeem die is opgebouwd uit een elektrische cilinder (EPCO), een geïntegreerde motor (EMMS-ST) en een compacte motorcontroller (CMMO-ST). Uniek te bestellen onder één artikelnummer! De cilinder en de controller zijn bijzonder compact uitgevoerd, hebben een laag gewicht en zijn eenvoudig in gebruik. Festo BV 015 2518759 www.festo.nl!nm SYNTEX SYNTEX RUFLEX met ROTEX met kettingwiel Ken uw limiet KTR koppelbegrenzers 074-255 36 80 0356AdvKoppelbegrenzers_191x130.indd 1 27-01-14 16:58
Robotaap met gevoelige voeten en flexibele wervelkolom Een flexibele wervelkolom en voeten die zijn voorzien van sensoren kunnen veel betekenen voor mobiele robots. Het Robotics Innovation Center van het Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) heeft een op een aap lijkende robot Charlie ontwikkeld die tijdens balanceeroefeningen plotselinge, schommelende bewegingen kan opvangen en compenseren. De onderzoekers hebben ook het lopen op vier poten en het rechtop gaan staan onderzocht voor een nieuwe generatie van robots. De biologisch geïnspireerde robotaap Charlie kan zich dankzij een flexibele wervelkolom stabiel bewegen op oneffen terrein De wetenschappers van het DFKI hebben de robot samen met onderzoekers van Universität Bremen ontwikkeld binnen het project istruct intelligent Structures for Mobile Robots. Mens en chimpansee fungeerden als voorbeeld. Charlie moet zich stabiel en flexibel kunnen bewegen in oneffen terrein, zoals bij de ontdekking van maankraters op zoek naar waterijs. Tot dusver zijn robotwiel- of rupsvoertuigen bij het gebruik op vreemde planeten energetisch efficiënter en gemakkelijker te besturen. Lopende robotsystemen bieden echter meer mogelijkheden op moeilijk toegankelijk terrein. Met hun benen en voeten kunnen ze gericht krachten op bepaalde punten zetten en zo, zonder het evenwicht te verliezen, vooruit komen en de krachten optimaal gebruiken en verdelen. Ze kunnen dan in een steile maankrater naar beneden klimmen. Ook kunnen de ledematen worden gebruikt voor tastende en grijpende taken. De wervelkolom en de voeten, met zich De robotaap aan de bodemstructuur aanpassende is ook interessant om de biliteit van de robot in vergelijking tot klas- voetzolen, hebben de potentie om de mo- overgang van sieke systemen te verbeteren. In een vierbenige positie heeft hij een stabiele hou- viervoeter en tweevoeter en ding, die beter geschikt is voor onderzoek (vice versa) te van oneffen en ongestructureerd terrein. bestuderen In de tweebenige houding zijn verdere gebruiksmogelijkheden te bedenken, zoals de inzet van de bovenste ledematen voor aanvullende opdrachten of activiteiten. Een interessant aspect van het onderzoek is de mogelijkheid om de overdracht van bewegingspatronen van vier op twee benen en omgekeerd te onderzoeken. Kunnen bepaalde bewegingsvormen uit de vierbenige voortbeweging ook werken voor het lopen op twee benen in een directe of aangepaste vorm? De antwoorden zouden aanwijzingen kunnen geven op processen, die hebben plaatsgevonden tijdens de evolutie naar het lopen op twee benen. Wervelkolom maakt robot wendbaar Veel bewegingen van robots, vooral op het gebied van de biologisch geïnspireerde loopmachines, functioneren omslachtig en houterig, ondanks een goede besturing van de aparte gewrichten. Vaak ligt dit aan een starre constructie centraal in de robot, die dient als lichaam. Daaraan zijn de ledematen met de noodzakelijke aandrijving opgehangen. De constructie is eenvoudig en reduceert de complexiteit van de robot, maar beperkt tevens de bewegingsvrijheid. Ook vermindert deze oplossing de mogelijkheden van de robot om de specifieke energiestroom naar de achterbenen gericht om te zetten in voorwaartse beweging. De flexible istruct-wervelkolom laat de beweging toe in zes ruimtelijke richtingen. Als gevolg daarvan kunnen nieuwe benaderingen voor het optimaliseren van de energiebenutting voor het besturen van de robot worden ontwikkeld. De onderzoekers analyseerden het samenspel van botten, spieren en pezen om de functies van de wervelkolom van complexe biologische systemen, zoals bij de mens of de aap, om te zetten op een technisch systeem. Een ander essentieel subsysteem van de robot is de voet, die zorgt voor een effectieve voortbeweging, goede grip en een stevige stand. Het onderbeen werd daarom uitgevoerd met een actieve enkel en een adaptieve sensorvoet. Inl.: DFKI, tel.: (+49) 421 178 45 4109, www.dfki.de Via het Layar-symbool vindt u verder beelden ook videomateriaal. 8 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
Technisch nieuws Machines op afstand beheren achter Chinese Firewall Minder zichtbaar dan de grote Chinese Muur maar net zo aanwezig is de grote Chinese Firewall, officieel bekend als het Golden Shield Project. Deze wordt door de Chinese overheid ingezet om toegang tot informatie of internetdiensten (VPN) te beperken of te blokkeren waarvan de overheid acht dat het schadelijk is. Voor diagnose en beheer op afstand is de muur echter te omzeilen via stunnel. Met de IXrouter en stunnel zijn machines op afstand ook achter de Great Firewall van China te beheren VPN werd veelal gebruikt om de grote Chinese Firewall te omzeilen. Door VPN te blokkeren, kunnen machinebouwers en system integrators echter geen VPN verbindingen meer inzetten om op afstand service te verlenen op machines in China. Ook een Nederlandse machinefabrikant had niet langer toegang tot zijn machines in China, kon het zijn klanten aldaar niet langer service bieden. Het probleem werd voorgelegd aan de fabrikant van de toegepaste IX router, Ixon. Na diverse mogelijkheden te hebben getest bleek het gebruik van stunnel uitkomst te bieden. Stunnel is een open source multi-platform computerprogramma dat wordt gebruikt om een universele TLS/SSL tunnelservice op te bouwen. Met stunnel worden de OpenVPN datapakketten in het geheel nogmaals versleuteld. De stunnel-verbinding tussen de IXrouter en de IXserver op de machine kan enkel worden gebruikt voor het versturen en ontvangen van servicedata voor de machine. Omdat deze verbinding niet geschikt is voor reguliere internetdoeleinden wordt dit alternatief wel toegelaten. Inl.: Ixon.net, tel.: (085) 744 11 05, www.ixon.net Prothese met gevoel Een internationaal onderzoekersteam van de Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau is er in geslaagd om bij patiënten met kunstmatige ledematen grijpen en voelen net als een echte hand mogelijk te maken. Twee elektroden leveren met elektrische signalen sensordata van de kunstmatige hand via het perifere zenuwstelsel rechtstreeks aan de hersenen. Tijdens een operatie plaatsten artsen bij een patiënt met een onderarmamputatie twee ragfijne elektroden rechtstreeks in de ulnaris- en de mediane zenuw in de bovenarm. De elektroden geven de patiënt informatie over de vorm en de toestand van de objecten die hij pakt, ook als het deze niet kan zien. Zonder veel training en opvallend snel was de patiënt in staat om zijn kunstmatige hand aan te sturen. Geblinddoekt kon hij voorwerpen als een kunststof beker, mandarijnen of de zware houten kubus voelen en met de juiste kracht nauwkeurig grijpen. De verbinding van techniek en biologische systemen functioneerde praktisch intuïtief. Het onderzoek helpt mensen met een amputatie om hun prothesen natuurlijk te bewegen. Omdat het hier om een eerste test gaat, moeten de elektroden op last van Europese kaders voor medische producten na dertig dagen worden verwijderd. De patiënt grijpt met zijn kunstmatige hand een mandarijn (foto: LifeHand2 Project.jpg) Vervolgstudies worden gepland bij patiënten in Rome, Lausanne en Aalborg. Inl.: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau, tel.: (+49) 761 203 74 71, www.imtek.uni-freiburg.de maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 9
Volwaardige en compacte vierkwadrantenregelaar [tekst] Ad Spijkers [illustraties] Emerson Industrial Automation BV, Sliedrecht Veel frequentieregelaars worden alleen gebruikt voor het aanlopen en op een bepaald toerental laten draaien van een draaistroommotor. Technisch is het geen probleem om een motor ook frequentiegeregeld te laten afremmen, in één of beide draairichtingen. Dergelijke regelaars zijn technisch wat gecompliceerder, volumineuzer en duurder. Emerson Industrial Automation introduceerde onlangs een volwaardige, compacte en vaak ook betaalbare vierkwadrantenregelaar. In de zuivelindustrie worden veel aandrijvingen met hoge traagheid gebruikt. De Powerdrive FX is heel geschikt voor de hier vaak toegepaste centrifuges, decanters en separatoren (foto: Mark Yuill) De vraag naar een compacte vierkwadrantenregelaar komt uit de laagspanningsmarkt. Daar was een duidelijke behoefte aan een regelaar met een hoge Geen vervanging voor Active Front End betrouwbaarheid, compacte bouw, lagere kosten (aanschaf, installatie, grootte, filters), duurzame omgang met energie, bescherming tegen externe invloeden (IP- klasse), lagere kosten, betere communicatiemogelijkheden en hogere veiligheid. Tegelijkertijd moet een regelaar uiteraard voldoen aan de eisen van de wet en energieleveranciers, met name wat betreft harmonischen en elektromagnetische compatibiliteit. Verder wenst de markt de nieuwste technieken wat betreft processorkracht, thermisch gedrag van de vermogenscomponenten (IGBT s) en condensatoren die hoge stromen aan kunnen. En voor bepaalde toepassingen wordt van belang geacht, dat een frequentieregelaar dynamisch kan aanlopen en remmen in beide draairichtingen, ofwel vierkwadrantenbedrijf. De techniek van regelaars Er zijn diverse systemen op de markt die voor een belangrijk deel aan de marktbehoeften voldoen en ook al vele jaren met succes worden toegepast. Maar een bekende Amsterdammer heeft ons geleerd elk voordeel heb zijn nadeel, en dat geldt ook voor deze regelaars. De meeste frequentieregelaars op de markt zijn gebaseerd op een zes pulsen aansturing van de vermogenstrappen (afb. 1). De voedingsspanning (netspanning), in Europa veelal 400 V drie fasen, wordt via een gelijkrichter omgezet in een pulserende gelijkstroom tussenkringspanning, die wordt afgevlakt door condensatoren en een spoorspoel. Dit bufferblok is bedoeld om de naar de motor uitgaande en van de motor terugkomende energie (bij afremmen) op te vangen. Het blok neemt echter de nodige ruimte in en kan de terug ontvangen energie niet terugvoeden naar het net. Dit surplus moet via een DC-bus koppeling worden doorgegeven aan andere regelaars (of andere apparaten die op dat moment energie nodig hebben) of via remweerstanden in de vorm van warmte worden afgevoerd. Het eerste is niet altijd mogelijk (bijvoorbeeld bij autonome regelaars), het laatste niet gewenst (energievernietiging, energiekosten, extra installatiekosten). De tussenkring moet voldoende stabiel zijn om de soms flinke schommelingen in energie op te vangen. Ook zijn hoge ingangsstromen nodig, wat weer leidt tot piekstromen en harmonische vervuiling. Een bijkomende technische uitdaging is, dat het moeilijk is een hoge beschermingsklasse te realiseren en dat de levensduur van de condensatoren redelijk beperkt is. Een nieuwere ontwikkeling is de C-light tweekwadrantenregelaar (afb. 2). Hierin zijn de grote elektrolytische condensatoren vervangen door kleine polypropeen 10 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
TECHNIEK Elektrisch 3 ~ 3 ~ EMC filter EMC filter Energie Energie L1 L2 L1 L2 L3 L3 Tussenkring (DC bus) U U V Energie Energie V W EMC L1 U 3 ~ L2 V filter L3 W EMC L1 U 3 ~ L2 V filter L3 W Het principe van een standaard frequentieregelaar met zes pulsen aansturing van de vermogenstrappen Afb. Het 1principe van een standaard Energie frequentieregelaar met zes pulsen aansturing Energie van de vermogenstrappen 3 ~ EMC Energie L1 U Energie L2 V filter L3 W 3 ~ EMC L1 U L2 V filter L3 W In een C-light tweekwadrantenregelaar EMC L1 zijn de grote elektrolytische U 3 ~ condensatoren vervangen door kleine L2 V polypropeen exemplaren filter met lage waarde L3 W 3 ~ EMC filter Energie L1 L2 L3 Tussenkring (DC bus) Tussenkring (DC bus) EMC L1 U Opbouw 3 ~ van de Powerdrive FX met L2 blokken met elk zes IGBT s met parallel V geschakelde vrijloopdiode, filter L3 W met een lichte condensator als tussenkring U V Energie Het principe van een standaard Energie frequentieregelaar met zes pulsen aansturing Energie van de vermogenstrappen In een C-light tweekwadrantenregelaar zijn de grote elektrolytische condensatoren vervangen door kleine polypropeen exemplaren met lage waarde Energie Afb.2 In een C-light tweekwadrantenregelaar zijn de grote elektrolytische condensatoren vervangen door kleine polypropeen exemplaren met lage waarde Energie Energie Opbouw van de Powerdrive FX met blokken met elk zes IGBT s met parallel geschakelde vrijloopdiode, met een lichte condensator als tussenkring Opbouw van de Powerdrive FX met blokken met elk zes IGBT s met parallel geschakelde vrijloopdiode, met een lichte condensator als tussenkring Afb.3 W W End (afb. 3). De omvormer bestaat uit twee blokken met elk zes IGBT s met parallel geschakelde vrijloopdiode, met een lichte condensator als tussenkring (zoals bij een C-light). De tussenkringspanning is stabiel: teruggevoerde energie wordt vanuit de motor namelijk onmiddellijk teruggevoerd naar het net. Bij terugvoeding vanuit de aandrijving worden de ingangsversterkers met IGBT s gesynchroniseerd met de netvoeding en schakelen met 50 Hz via het EMC-filter terug naar het net. De IGBT s aan ingangszijde worden automatisch geopend wanneer de parallel geschakelde diode begint te geleiden. Ze worden uitgeschakeld door een externe signaal vanuit andere cellen op hetzelfde niveau. De terugvoeding bedraagt 50 Hz, maar heeft geen zuivere sinusvorm. Ter herinnering: een AFE doet dat met 3 khz, een factor zestig hogere frequentie dus. Emerson benadrukt daarom dat de Powerdrive FX een vierkwadrantenregelaar is, geen regelaar met Active Front End die de harmonische vervuiling bij terugvoeding aan het net tot praktisch nul reduceert. Qua functionaliteit ligt de Powerdrive FX tussen een standaard vierkwadrantenregelaar en een Active Front End in; in feite is het een standaard vierkwadranten frequentieregelaar met extra IGBT s naast de ingangsdiodes. Leroy-Somer heeft in eigen land octrooi gekregen op dit principe. Spanningsverloop We kijken nu even in meer detail naar het spanningsverloop (afb. 4). Bij een conventionele zespuls regelaar is sprake van een stabiele, afgevlakte gelijkspanningstussenkring. Bij de Powerdrive FX is de Lage en constante harmonischen exemplaren met lage waarde (een factor honderd lager). Dit resulteert in veel lagere harmonische stromen. De beperkte opslagcapaciteit maakt de tussenkring echter ook veel minder stabiel, waardoor de regelaar veel gevoeliger is voor schommelingen in de tussenkringspanning. Aan ingangszijde is de spanning stabiel, maar bij terugvoeding vanuit de motor kunnen spanningsproblemen in de tussenkring ontstaan en tript de regelaar vrij snel. De regelaar is alleen geschikt voor aandrijvingen met lage traagheden en lage dynamiek, tenzij remweerstanden worden bijgeschakeld. Maar de nadelen daarvan zijn al genoemd. Powerdrive FX Om aan de bezwaren van deze regelaars tegemoet te komen, heeft Emerson Industrial Automation een C-light vierkwadrantenregelaar ontwikkeld, die nu onder de naam Powerdrive FX op de markt is gebracht. Hoewel u dat misschien zou verwachten is dit geen ontwikkeling uit de hoek van Control Techniques, maar de regelaar is ontwikkeld in Frankrijk door Leroy-Somer. Qua opbouw is de nieuwe regelaar vergelijkbaar met een regelaar met Active Front In de logistiek (bijvoorbeeld in bovenloopkranen) komt veelvuldig vierkwadrantenbedrijf voor (links/rechts, omhoog/omlaag) en daar komt de Powerdrive FX tot zijn recht MAART 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 11
stroomvorm blokvormig. De tussenkringrimpel is veel groter dan bij een conventionele regelaar, wat de interne regeling bemoeilijkt. Daar staat tegenover dat er tegenwoordig microprocessoren beschikbaar zijn die de grotere rimpel naar de motoren toe kunnen compenseren. De regelaar maakt dynamisch remmen mogelijk. Bij terugvoeding blijft de sinusvorm redelijk gehandhaafd; niet zo mooi als bij een AFE maar beter dan bij een conventionele regelaar. Regeling gebeurt analoog in IGBT s Ideaal werkterrein voor de compacte vierkwadrantenregelaars: roltrappen! (foto: Fotolia) Afb. 4. Het blokvormige spanningsverloop binnen een Powerdrive FX Een belangrijk voordeel van de nieuwe regelaar is dat de harmonische effecten laag en constant zijn (afb. 5). Een conventionele regelaar geeft minder harmonischen bij een hogere belasting. Bij de Powerdrive FX zijn de harmonischen lager en juist nagenoeg onafhankelijk van de belasting. De harmonischen zijn echter nog wel altijd hoger dan bij een Active Front End. Het mooie is ook, dat het terugvoeden naar het net zonder microprocessor en software plaatsvindt. De regeling gebeurt analoog in de IGBT s zelf. Dit is vooral handig bij toepassingen als kranen en lieren. De elektrische machine kan (elektrisch gezien) razendsnel omschakelen van aandrijvend (motorbedrijf) naar aangedreven (generatorbedrijf). Door de opbouw (geen spoelen, alleen een relatief kleine condensator in plaats van volumineuze condensatoren met hoge capaciteit) is de Powerdrive FX compact gebouwd. Hij neemt dus minder ruimte in, terwijl ook de installatiekosten lager zijn dan voor een conventionele vierkwadrantenregelaar. Het lagere niveau van de harmonischen verbetert de vormfactor en de vermogensfactor en daardoor een lagere effectieve stroom. Het gevolg is dat de transformator, magneetschakelaar en bekabeling kleiner en goedkoper kunnen uitvallen. Er is ook geen remweerstand en remchopper nodig terwijl Emerson de regelaar standaard uitrust met een geoptimaliseerde lijn smoorspoel en RFI-filter. Volgens de fabrikant zijn ook de operationele kosten lager omdat dankzij dynamisch remmen geen energie wordt vernietigd en er geen elektrolytische condensatoren met een beperkte levensduur nodig zijn. Omdat de tussenkringspanning stabiel is, treedt ook minder stress op in de motorwindingen. Uitvoering Standaard wordt de Powerdrive FX geleverd in beschermingsklasse IP20. De regelaar is ontworpen voor montage in een paneel of middels doorbouwmontage, waarbij 90 procent van de componenten zich binnen de behuizing bevindt. Het IP54 RFI-filter en de lijnreactor zijn in een geventileerde kamer buiten het paneel ondergebracht. Standaard is een IP54/ NEMA 12 koelventilator met laag geluidsniveau ingebouwd. Voor toerentalregeling is terugkoppeling van motorpositie en -toerental met behulp van een encoder mogelijk. Dit is mogelijk in combinatie met asynchrone motoren in open of gesloten regellus, met permanent magneetmotoren in gesloten regellus en sensorloze permanent magneetmotoren zoals de Leroy-Somer Dyneo. De regelaar kan ook werken met sensorless control, met een virtuele as dus. Hierbij wordt de positie berekend uit de weerstand, de inductie en het tegen-emk van de motor. Aangevuld met gegevens uit het uitgaande vermogensblok worden in een open regellus de positie en het toerental van de motor berekend en de magneten aangestuurd. Het programmeren gebeurt op nagenoeg dezelfde manier als bij de bestaande regelaars van Emerson. Optioneel kan de regelaar worden voorzien van een aanraakscherm, optiemodules, bussystemen, et cetera. Tweekanaals Safe Torque Off (STO), Safety Limit Speed (SLS), PLC-functionaliteit, gebruik van SD-kaarten voor programmering en dataopslag, PID-regeling voor verschillende variabelen en geavanceerd remmanagement behoren tot de opties. Standaard is de regelaar voorzien van vier analoge en zes digitale in- of uitgangen, een niet-geïsoleerde RS485 Modbus poort 12 www.at-aandrijftechniek.nl MAART 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
TECHNIEK Elektrisch voor keypad, HMI of bovenliggende besturing en een USB-poort voor het instellen van parameters of het uploaden van software. Optioneel zijn dan nog een encoderingang óf een resolveringang beschikbaar. Via insteekkaarten zijn nog meer analoge en digitale ingangen, een ethernetaansluiting en een SD-kaart te gebruiken. De regelaar kan communiceren via ethernet, Modbus, Profibus en Profinet. Toepassing De Powerdrive FX is specifiek ontwikkeld voor toepassingen waarbij regelmatig sprake is van terugvoeding van energie vanuit de applicatie naar het net. Hierbij kunt u denken aan onder meer roltrappen, liften, centrifuges, lieren, kranen (zowel hijs- als rijaandrijving), hout- en textielindustrie, pompen, ventilatoren, gereedschapsmachines, decanters, separatoren, testbanken en ja-knikkers. De regelaar zal echter ook uitstekend functioneren in generatieve toepassingen zoals kleine windturbines en getijdecentrales. Hier kan de Powerdrive FX als low-cost een regelaar met Active Front End vervangen. Bij lage toerentallen wordt dan een hoogfrequent signaal op de motorvoeding gesuperponeerd, waardoor de machine toch met een hoog koppel kan draaien. In vergelijking met een conventionele vierkwadrantenregelaar neemt de FX maar een derde deel van volume en massa in, zijn er minder installatiekosten en hij is goedkoper dan een regelaar met AFE. Hij kán bij aanschaf duurder uitvallen dan een conventionele vierkwadrantenregelaar, maar dat is niet noodzakelijk het geval. Het kale apparaat is duurder dan een standaard vierkwadrantenregelaar, maar daar staat tegenover dat bij een conventionele regelaar nog filters, smoorspoelen, remweerstanden en andere componenten nodig kunnen zijn. Voor een goede vergelijking moet ook aan het ruimtebeslag een prijskaartje worden gehangen. Met name in gebouwen (liften, roltrappen) en aan boord van schepen kan dat een factor van belang zijn. De aanschafkosten zullen per applicatie moeten worden bekeken. De Powerdrive FX zal in ieder geval duurder uitvallen dan een één- of tweekwadrantenregelaar en goedkoper dan een regelaar met Active Front End. Veel opties beschikbaar Emerson Industrial Automation biedt de Powerdrive FX aan in de vermogensrange van 22 kw tot 90 kw. Voor grotere vermogens (enkele honderden kw) zal een regelaar met Active Front End waarschijnlijk de voorkeur krijgen, gezien het absolute niveau van de resterende harmonischen. Ook het prijskaartje van een Powerdrive FX en een regelaar met Active Front End zal dan vergelijkbaar worden. Maar Emerson benadrukt nogmaals, dat de Powerdrive FX geen regelaar met Active Front End is en ook geen vervanging daarvoor. Het is een (geavanceerde) vierkwadrantenregelaar. Inl.: Emerson Industrial Automation BV, tel.: (0184) 42 05 55, www.emersonindustrial.com In de houtverwerkende industrie kan de vierkwadrantenregelaar worden gebruikt voor onder meer afwikkel- en zaagmachines (foto: Scierie Duclaux) Gangbare zespuls regelaar Powerdrive FX Regelaar met Active Front End THDi THDi THDi 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1/4 1/2 3/4 4/4 Charge 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1/4 1/2 3/4 4/4 Charge 100% 80% 60% 40% 20% 0% 1/4 1/2 3/4 4/4 Charge Afb. 5. Vergelijking van de harmonischen bij een standaard frequentieregelaar, de Powerdrive FX en een regelaar met Active Front End MAART 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 13
De tijd is rijp voor hardware op maat [tekst en foto s] Kees Zagers, SI-Kwadraat BV, Nuenen We worden doodgegooid met kreten als SaaS, PaaS en IaaS, respectievelijk Software, Platform en Infrastructuur as a Service. Al onze intelligentie bevindt zich in the cloud. Het voordeel: we kunnen een eenvoudige ICT maatoplossing maken voor ons bedrijf en zijn niet meer gebonden aan standaard softwarepakketten met de gebruikelijke overkill. Deze concepten beginnen ook in de industrie door te dringen: Hardware as a Service. In de industriële besturingen maken we al sinds jaar en dag maatoplossingen. De afgelopen jaren zijn die steeds meer gebaseerd op standaard PLC of IPC oplossingen. De marges staan echter onder druk dus we zouden eigenlijk liever gebruikmaken van goedkope embedded controllers zoals ze in de automobielindustrie of in de mobiele telefonie worden gebruikt. Daarvoor zijn echter open systemen nodig, waarmee onze hardware op maat gemaakt kan worden. Hardware as a Service. Open hardware is niet nieuw. Begin jaren tachtig van de vorige eeuw kwam Motorola met een nieuwe architectuur voor zijn 68000 familie processors. Omdat het bedrijf hierbij meerdere hardware-leveranciers wilde betrekken, besloot het de specificaties van deze architectuur (de VMEbus) vrij te geven. Het idee van open hardware was geboren. Nog steeds wordt gebruikgemaakt van deze standaard en er Niet iedereen kennis laten klonen zijn diverse afgeleiden van gemaakt. De non-profit organisatie die deze open standaard ondersteunt vanaf het eerste uur (VITA) is nog steeds actief. VITA ondersteunt ook diverse aanverwante standaarden, die in het high-end van de markt kunnen worden gepositioneerd. Ook vanuit de pc-markt kwamen er meer open architecturen. ISA, PCI, PC104, et ce- VMEbus modules, de eerste open standaard voor hardware (bron: MicroSys) tera gaven de mogelijkheid om de pc uit te breiden met zowel standaard als specifieke hardware. De architecturen waren open, maar de hardware die men ontwikkelde hoefde dat niet te zijn. Zo verstopte men in het algemeen zijn eigen specifieke knowhow in PAL s, EPLD s en later in ASIC s en FPGA s. Men wilde niet dat iedereen die kennis maar kon klonen. FPGA s en RISC Hoewel we de FPGA hierboven hebben aangegeven als component waarin men zijn eigen specifieke kennis kwijt kan, wordt deze bouwsteen ook steeds vaker gebruikt als onderdeel van een open platform. Het voordeel van de FPGA is namelijk, dat men de functie te allen tijde kan wijzigen, dus ook in bedrijf. De FPGA wordt geconfigureerd met behulp van een hardware programmeertaal, meestal VHDL. Aangezien deze programmeertalen een open karakter hebben, zijn er ook hier natuurlijk programmeurs, die graag hun kennis met de rest van de wereld willen delen. Dit geldt zeker voor het aansturen van eenvoudige I/O, maar ook voor allerlei vormen van seriële communicatie kan met een enkele bouwsteen een complete hardware-configuratie worden vervangen. Moderne FPGA s hebben een lokale processor ingebouwd, waarmee de flexibiliteit nog aanzienlijk wordt vergroot. Misschien is de FPGA wel de ideale component voor open hardware. Er is echter één probleem: ze zijn vrij duur in vergelijking tot conventionele componenten. Eveneens in de jaren tachtig van de vorige eeuw is op een paar universiteiten in de Verenigde Staten onderzoek gedaan naar nieuwe families processoren, die wel snel zijn maar minder complex van opbouw. We noemen dit de RISC processors (Reduced Instruction Set Computing). Door het aantal instructies voor communicatie met het geheugen te beperken, konden veel 14 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
TECHNIEK Besturingen eenvoudigere chips worden geproduceerd. De bekendste controllers van het eerste uur zijn de SPARC en de MIPS. Met name Unix-stations werden op basis van deze architecturen gebouwd. De latere ARM architectuur kwam begin jaren negentig beschikbaar. Deze werkt met chips met een laag stroomverbruik, die met een 32 bit architectuur toch krachtig zijn. Deze architectuur is de spil geworden voor alle mobiele apparatuur, PDA s en later telefoons en tablets. Ook in veel andere embedded systemen, bijvoorbeeld in de automobielindustrie, werden de RISC processors steeds meer ingezet. Ze vormen echter allemaal gesloten hardware. Arduino In 2005 werd in Italië het Arduino-concept geboren. Op basis van de Atmel AVR microcontroller werd een systeem bedacht, waarbij zowel de hardware als software open zijn. Belangrijk bij de open structuur is dat men hier niet zozeer de processorbus (data en adreslijnen) als open bus definieerde, maar een I/O-bus. Met name de I/O-pinnen van de microcontroller komen uit op een connector. Zo kan gemakkelijk een veel krachtiger ARM processor worden gebruikt op hetzelfde platform. In feite kan elke microcontroller dienen als basis voor het Arduino-concept. Zo heeft Olimex bijvoorbeeld een Microchip PIC32 (een op MIPS gebaseerde controller) met een Arduino interface uitgerust. De interface is fysiek opgebouwd met twee parallelle printconnectoren. De modules die hierop kunnen worden geplaatst, noemen we shields. We kunnen daarbij stapelen zoals we dat kennen van de oudere PC104 bus. Omdat Arduino geen processorbus is maar een directe I/O bus, moet de gebruiker wel goed oppassen, dat hij de pinnen niet dubbel gebruikt. Hardware en software De specificaties van Arduino zijn afgeleid van de specificaties van de Atmel AVR architectuur. Alle pinnen van deze processor zijn naar buiten uitgevoerd op enkele 6- en 8-pins print header connectoren. Deze zijn opgesteld in twee rijen met beide weer twee connectoren in lijn. Op deze manier krijgen we een mechanisch stevige constructie als we printen gaan stapelen. Aan één zijde bevinden zich de analoge ingangen, zes stuks in totaal. Op de tweede connector aan deze zijde bevinden zich alle voedingsaansluitingen en nog enkele besturingslijnen. Aan de andere zijde bevinden zich de digitale I/O lijnen, veertien stuks in totaal. In principe moet een aantal van deze lijnen ook als PWM-signaal (pulsbreedtemodulatie) zijn te gebruiken. Op deze manier krijgen we pseudo-analoge uitgangen. Twee van de digitale lijnen kunnen normaal gesproken ook als I2C bus worden gebruikt. Deze bus dient voor het doorlussen op de verschillende gestapelde modules. Op deze manier is de hardware flexibel samengesteld. Krachtiger processor op hetzelfde platform Er zijn inmiddels Arduino-modules met veel krachtiger controllers. Er bestaan zelfs modules met meerdere processors. Zo combineert de Arduino Yun een Atmega controller voor de I/O met een tweede controller waarop een Linux operating systeem draait. De originele Arduino modules hadden nog een RS232 interface naar de pc. De moderne hebben deze interface vervangen door USB, mede omdat de meeste pc s geen RS232 interface meer hebben. Belangrijk is, dat volgens het Arduino concept alle hardware open dient te zijn. Dus als men een Arduino basismodule of een uitbreidingsmodule op de markt wil brengen, zal men ervoor moeten zorgen, dat de schema s voor iedereen beschikbaar zijn. De ontwikkelaars hebben ervoor gekozen om voor het Arduino platform ook een standaard software ontwikkelomgeving beschikbaar te stellen. Deze is gratis te downloaden. Maar de Arduino architectuur wordt inmiddels ook gebruikt voor Arduino UNO, de eerste Arduino module (foto: Olimex) De Sparc, een van de eerste RISC processoren (foto: Sun Microsystems) andere controllers dan de ATmega familie van Atmel. Daarvoor is deze software dan natuurlijk niet geschikt. De software is een op C gebaseerd taaltje, dat ondersteuning biedt voor de in- en uitgangen van de Arduino. Een programma voor de Arduino wordt een sketch genoemd. Twee routines, te weten setup() en loop() dienen in ieder geval opgenomen te zijn in de sketch. Setup() wordt eenmalig uitgevoerd en zet de configuratie. Daarna komt men in de loop en deze wordt normaal gesproken verder continu uitgevoerd. Zowel voor de analoge als de digitale I/O zijn commando s beschikbaar. Met de analoge ingangen en PWM-uitgangen kan men prima control loops maken, die met een paar eenvoudige formules te configureren zijn. Wat kunnen we hier mee? De combinatie van hardware en software heeft ertoe geleid, dat veel opleidingsinstituten en ook hobbyisten in de korte tijd dat het concept op de markt is, eenvoudige motorregelingen gebouwd hebben met Arduino modules. Maar er zijn ook complete robots mee uitgevoerd. Met shields zijn er ook allerlei netwerken te creëren met meerdere Arduino s. Communicatie volgens ethernet, Modbus, CAN, et cetera, het bestaat allemaal al. Configureren met een pc zullen we meestal via de USB poort doen. De mens-machine interface kan eveneens via dit interface geschieden. Er zijn echter ook shields beschikbaar met LCD schermen, al dan niet met aanraakscherm. Ook deze zijn weer eenvoudig via de programmeertaal aan te spreken. Om industriële I/O mogelijk te maken, zijn er shields met signaalconditionering, galvanische scheidingen, enzovoorts. Zo is het platform, dat oorspronkelijk bedoeld maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 15
Elektrisch voertuig bouwen? Software engineering in Automation Studio 4 Automation redefined redefined Alpatek B.V. heeft een zeer uitgebreid assortiment aandrijfcomponenten om uw voertuig elektrisch aan te drijven: Batterijgevoede DC- en AC-motoren 12-240 V Wielnaafmotoren Complete differentieelaandrijvingen 250 W - 25 kw (ook voor hydromotoren) Tandwielkasten Planetaire wielaandrijvingen met motoren Toerenregelingen Disselkoppen, voetpedalen, hall sensors Aansluiten en programmeren elektronika Addenshoeve 7 3911 TG Rhenen T O317-74 30 30 info@alpatek.com KIJK OP WWW.ALPATEK.COM Automation ` Investment security through openness and full compatibility ` Shorter development times through parallel and modular software engineering ` Reduced development costs through software reusability ` A single, fully integrated tool throughout the entire life cycle of the system www.br-automation.com/automationstudio Perfection in Automation www.br-automation.com Onder druk de beste prestaties... Vaste en variabele plunjer- en schotten pompen/motoren van o.a. VELJAN, METARIS, CONTINENTAL HYDRAULICS, CML, SUNFAB, INLINE en HARTMANN. Toepasbare alternatieven voor bijv. Denison, Vickers, Sauer. Enkel-, dubbel- en 3-voudige pompen Slagvolumen tot 270 cc Drukken tot 350 bar continue Diverse regelingen zoals loadsense, vermogen, elektrisch Doorbouw mogelijkheden Ohmstraat 42, 3335 LT Zwijndrecht T. +31 (0)78 623 18 18 www.rs-hydrauliek.nl Leverancier van hydraulische- en aandrijftechnische componenten, remmen, systemen en besturingen
TECHNIEK Besturingen was voor onderwijs- en hobbydoeleinden, ook steeds meer inzetbaar voor de industrie. Om er mee te kunnen werken, moet men wel iets meer van de hardware weten, maar aangezien het allemaal open source is en er ook steeds meer informatie op internet hierover te vinden is, wordt dit probleem steeds kleiner. Alternatieven en/of opvolgers Diverse hardware-ontwerpers hebben de kracht van het Arduino concept ingezien. Maar voor veel toepassingen liep men aan tegen de beperkte performance van de 8 bit AVR controller van Atmel. Bovendien is deze processor niet overal even goed beschikbaar. Daarom kwamen er alternatieven voor andere processors, echter wel met dezelfde hardware pinning voor de uitbreidingen. Maple is het concept, dat uitgaat van de low-power ARM controller, de Cortex STM32. De ontwikkelaars hebben hierbij ook de softwareomgeving overgenomen. Dit alternatief biedt dus grote compatibiliteit met de originele Arduino, maar wel met een veel betere performance. Pinguino heeft de op MIPS gebaseerde controllers van Microchip als uitgangspunt gekozen. Ook zij hebben de hardware-specificaties van de connector in stand gehouden. De software hebben ze uitgebreid voor zowel de 8 bit als 32 bit Microchip controllers. Helaas is de C-omgeving niet 100 procent compatibel met Arduino. Daar staat tegenover, dat men op dit platform wel de volledige C/C++ omgevingen voor MIPS en de speciale Microchip MPLAB omgevingen ondersteunt. Tevens kent dit platform ondersteuning voor de ingebouwde USB poort, waar een bootloader zorgt voor eenvoudige vervanging of upgrade van de firmware. Ook modules als BeagleBone (TI), Raspberry Pi, Nanode en Waspmote kunnen als alternatief voor Arduino worden aangemerkt. Echter in tegenstelling tot de eerder genoemde platformen zijn de hardware en software van deze modules niet volledig open. Software-alternatieven Waarschijnlijk heeft men bij de eenvoudige 8-bit AVR controller niet veel meer keuze dan een op de I/O toegespitste C- compiler. Maar er zijn tegenwoordig ook veel krachtigere 32-bit controllers beschikbaar voor de Arduino en aanverwante modules. Hierop kan men op basis van specifieke firmware ook allerlei script-achtige talen laten draaien. Zo heeft Olimex voor haar Duinomite platform een Basic interpreter beschikbaar gemaakt. Mensen, die nog ervaring hebben met Visual Basic op de pc, kunnen nu ook snel op deze target een Basic script met ondersteunende I/O commando s schrijven. Omdat alle firmware open is, heeft SI-Kwadraat deze Basic weer kunnen uitbreiden met CAN commando s. Met de hierop gebaseerde CAN blackbox kan uiteindelijk de eindgebruiker zelf zijn CAN toepassing realiseren. Eenvoudige motorregelingen met Arduino modules De verwachting is, dat de Arduino platforms ook snel binnen allerlei andere omgevingen geïntegreerd gaan worden. National Instruments bijvoorbeeld heeft voor LabView al een Arduino toolkit uitgebracht. Daarvoor heeft men een eigen sketch gemaakt, die de I/O laat communiceren met de Labview applicatie. Labview ondersteunt daarbij communicatie via de standaard RS232 of USB poort, maar ook draadloos via Bluetooth of XBee. De beperking hierbij is natuurlijk, dat Labview De Olimex Duinomite Mega met Arduino interface, maar ook een industrieel CANbus interface (foto: Olimex) alleen de eigen sketch ondersteunt en daarmee de Arduino alleen maar omtovert tot een eenvoudige remote I/O module. Wil men andere zaken lokaal doen, dan is men weer aangewezen op de Arduino ontwikkelomgeving. Integreren binnen PLC omgevingen zouden we het liefst doen via de gebruikelijke industriële netwerken. RS485 interfacing is geen probleem, dus in principe kunnen protocollen zoals Profibus geïmplementeerd worden. Ook voor CANbus zijn er shields beschikbaar en Olimex heeft deze interface al standaard op zijn Duinomite hardware uitgevoerd. Het probleem zit hem in de protocol ondersteuning. Deze software zal toch ergens in de programmatuur ondergebracht dienen te worden. Een volgende stap is om PLC ontwikkelomgevingen direct op de Arduino te implementeren. Wie googlet op Arduino en PLC vindt diverse links naar open PLC projecten. We zullen dus moeten erkennen, dat HaaS ook in de industriële automatisering zijn intrede gaat doen. Initiatieven zoals Arduino hebben er toe geleid, dat hardware, in navolging van software, niet langer een product meer is, maar een dienst. Bronnen: VITA (www.vita.com), Arduino (www.arduino.cc) maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 17
Alles in één zorgt voor snelle programmering [tekst] Andreas Leu, Jetter AG, Ludwigsburg (D) [foto s] Jetter AG Duflex Mechatronica in Elst bouwt en verkoopt speciale machines in de meest ware zin van het woord. Sinds de oprichting in 1997 zijn meer dan 230 machines en installaties gebouwd. Alle disciplines van de automatiseringstechniek - besturen, aandrijftechniek, netwerken, visualisatie en datamanagement - komen hier aan bod. Om de complexe besturingstaken te kunnen oplossen, is het voor Duflex belangrijk samen te werken met een automatiseringspartner, die deze disciplines ook beheerst en in een systeem combineert. Vanaf het begin worden daarom bijna alle machines en installaties voorzien van het Jetweb systeem van Jetter. De grootste uitdaging voor elke fabrikant van speciale machines is dat het prototype tegelijkertijd het eindproduct is. Hoewel het ontwerp en de basisopbouw van de productielijn al vastliggen, is een zekere mate van flexibiliteit vereist tijdens de uitvoeringsfase - zowel voor de mechanische constructie als de besturing en de programmeertaal. Een klassiek voorbeeld van een dergelijke productielijn is de installatie voor de productie van industriedeuren bij Alpha Deuren in Didam. Deze lijn is geleverd door Duflex. De industriedeuren van Alpha Deuren worden op maat geproduceerd en geleverd Maatwerk: graag! Niets lijkt het Duflex team onder leiding van Arno Dumoré onmogelijk te zijn. Opvallend aan het door Dumoré opgerichte bedrijf is de vlakke hiërarchie. En ook opmerkelijk is het spectrum van tot nu toe gerealiseerde machines en installaties. Dat varieert van productiesystemen voor contactlenzen via verpakkingsmachines tot en met installaties voor de productie van industriedeuren. Het meest opmerkelijk is echter dat één enkele werknemer de hele machine ontwerpt en daarna ook realiseert. Dit betekent dat hij zowel de mechanica als de besturing van het systeem construeert, bouwt en in bedrijf neemt. Het is moeilijk om op de arbeidsmarkt experts te vinden die deze disciplines onder de knie hebben, zegt Dumoré. Maar het is hem gelukt en hij en zijn tien medewerkers vormen een slagvaardig interdisciplinair team dat graag uitdagingen aangaat. Niet alleen het team van engineers, ook het automatiseringssysteem moet aan een diversiteit aan eisen voldoen. Duflex vond het antwoord daarvoor bij Jetweb. De hoge mate van integratie van alle automatiseringstaken in één systeem en vooral in de krachtige programmeertaal JetSym STX gaven de doorslag. Het gebruik van Jetweb levert een aanzienlijke kostenbesparing op voor de softwareontwikkeling. Dumoré: Dankzij de hogere programmeertaal JetSym STX kunnen onze medewerkers al na een korte training een totale installatie zelf programmeren. Programmering van assen Bij automatiseringstaken is de programmering van positioneerassen vaak een nachtmerrie voor programmeurs, maar Jetweb heeft deze angst weggenomen. Het systeemconcept - de integratie van alle automatiseringfuncties in de hardware en in het bijzonder in de software was altijd al de filosofie die Jetter consequent nastreefde. Bij Jetweb zijn parametrering, aansturing en positionering van servo drives in de programmeertaal Jet- Sym STX geïntegreerd. Het voordeel daarvan mag duidelijk zijn als u weet dat de productielijn die Duflex heeft gebouwd voor contactlenzen tot 25 servo drives, vijf camera s en koppeling aan een database omvat. Eén man construeert, bouwt en neemt in bedrijf De JetMove servoregelaar kan over de systeembus of via ethernet door de JetControl controller worden aangestuurd. Een in de programmeeromgeving geïntegreerde setup voor de servo-aandrijvingen en gemakkelijk te begrijpen motion commando s maken een efficiënte, intuïtieve programmering mogelijk. De opdracht voor de referentie van een as heet MotionHome() en voor een punt-puntpositionering, MotionMovePtP (). Voor de aansluiting van apparaten van derden, zoals camera s of weegschalen, zijn vrij programmeerbare interfaces op basis van RS-232 hardware of Ethernet TCP/IP beschikbaar. 18 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK
TECHNIEK Besturingen Productiesysteem voor industriedeuren Alpha Deuren in Didam heeft een volledig database gestuurd productiesysteem voor industriedeuren in gebruik, met een oppervlakte van ruim 1.200 m 2. Elke week kunnen hier ongeveer zevenhonderd industriedeuren worden geproduceerd. De gehele installatie is in een tijdsbestek van anderhalf jaar door Duflex ontworpen, geconstrueerd, gebouwd en in gebruik genomen. Het automatiseringssysteem omvat diverse besturingen uit de JetControl 200 en 300 serie, meer dan achthonderd in- en uitgangen, een totaal van 32 servo drives en een koppeling aan een database voor het invoeren en automatische picking van orders. Parametrering, aansturing en positionering Het hart van het systeem is het automatische afkorten van de deurpanelen. Dit gebeurt op order, waardoor Alpha Deuren niet verschillende lengtes profielen maar slechts één lengte op voorraad hoeft te houden. Bij elke nieuwe opdracht worden allereerst de af te snijden profiellengtes in de database berekend en geoptimaliseerd. Het spreekt vanzelf dat ook bij geoptimaliseerde berekening altijd reststukken overblijven. Deze worden niet afgevoerd, maar opgeslagen en bij een volgende order opnieuw gebruikt, afhankelijk van behoefte en geschiktheid. De database bestaat uit een SQL Server als back-end en een Access database als De gegevens voor de productieorders worden via een eenvoudige interface ingevoerd De portaalrobot brengt de ongesneden deurpanelen naar de zaagmachine. Servo-aandrijvingen zorgen voor een nauwkeurige positionering front-end. Het communicatiemiddel van JetDBAccess zorgt voor de data-uitwisseling tussen de besturing en de Access database. Vanuit de daarmee aangesloten besturingen vinden per seconde tot vijftig aanvragen aan de database plaats. Vanuit de database worden de orderspecifieke parameters zoals de lengten van de profielen of de freescoördinaten ter beschikking gesteld. Het totale net is uitgevoerd met Ethernet TCP/IP. Verdere productiestappen tot het eindproduct zijn het frezen van de randen, het afdichten van de profielen en het snijden van de deurgeleidingen tot en met het orderspecifieke verpakken. Bepaalde stappen worden nog met de hand gedaan, maar het is de bedoeling om de installatie geleidelijk uit te breiden en het proces verder te automatiseren. Een dergelijk systeem is een bijzondere uitdaging voor de programmeur, omdat het zeer complex is. De hogere programmeertaal JetSym STX kan toepassingen van dergelijke omvang aan. Net als de vorige programmeertalen van Jetter (zoals Sympas) is ook JetSym vanaf de basis geschikt voor multitasking. Dit betekent dat het programma niet cyclisch, maar event-, respectievelijk procesgestuurd wordt af- gewerkt. Het multitasking operating systeem van JetSym STX kan maximaal honderd taken aan, die ieder voor zich volledig onafhankelijk functioneren. Dit komt ook overeen met het natuurlijke verloop van verschillende processen in een systeem. Groeifactoren Dat een bedrijf als Duflex sinds de oprichting alleen door mond-tot-mondreclame genoeg orders krijgt, langzaam maar zeker groeit en tevreden medewerkers heeft, is een maatstaf van veel juiste beslissingen. Het gebruik van JetWeb-technologie heeft volgens Dumoré ook bijgedragen aan het succes. Het succesverhaal zal waarschijnlijk doorgaan en tot nieuwe, spannende uitdagingen voor het bedrijf leiden. Ook de medewerkers van Jetter en zijn vertegenwoordiger in Nederland (Vierpool) pakken de uitdagingen van toekomstige projecten graag aan. Inl.: Duflex Mechatronics BV, tel.: (0481) 35 04 93, www.duflex.nl Alpha Deuren BV, tel.: (0316) 22 80 66, www.alpha-deuren.nl Vierpool BV, tel.: (0346) 59 45 11, www.vierpool.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK www.at-aandrijftechniek.nl 19
Menselijke aandrijving in onderzeeërs [tekst] Sanne Aelfers, TU Delft WASUB [foto s] WASUB Achttien studenten van de faculteiten Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek, Lucht & Ruimtevaartechniek en Technische Bestuurskunde van de TU Delft bouwen een door een mens aangedreven onderzeeër, de WASUB 4. Met de vierde versie van deze onderzeeër zullen ze uiteindelijk meedoen aan de European International Submarine Races (EISR) in Groot-Brittannië. De ontwerpfase is inmiddels afgerond en de bouw is in volle gang. Hierna zal er ook nog heel wat moeten worden getest en aangepast. Het doel van de WASUB is uiteraard het winnen van de EISR, maar hiernaast is het ook belangrijk dat het project steeds bekender wordt. Bekendheid is belangrijk voor de continuïteit. Voor studenten is WASUB de uitgelezen kans om studie te kunnen toepassen in de praktijk. Ook het samenwerken in een multidisciplinair team is een leerzame ervaring. Er is een ruimte beschikbaar waar de onderzeeër kan worden gebouwd, maar de studenten moeten verder alles zelf regelen. Zo is er geld, kennis en materiaal nodig om de WASUB te kunnen bouwen. Wedstrijd De wedstrijd die van 7 tot 11 juli in het Engelse Gosport plaatsvindt, stelt verschillende eisen aan de onderzeeër waaraan het ontwerp is aangepast. De wedstrijd vindt plaats in een sleeptank van 120 m x 60 m. Het parcours dat moeten worden afgelegd, heeft een grote invloed op het ontwerp. Het bevat een rechte lijn waar de snelheid wordt gemeten, een grote U- bocht en een slalom. Fouten tellen zwaarder dan snelle tijd De mal van de romp van de WASUB 4. Aan de stroomlijn is duidelijk de nodige aandacht besteed Het parcours waaraan de vorige versie (WASUB 3) afgelopen zomer in de Verenigde Staten heeft meegedaan, bevatte enkel een rechte lijn. Deze wedstrijd werd gehouden in een 1 km lang bassin. Het enige doel bij deze wedstrijd was het parcours in rechte lijn zo snel mogelijk af te leggen. Het wereldsnelheidsrecord voor mensaangedreven onderzeeërs staat momenteel op 13,49 km/u. Dit jaar is belangrijk dat er geen fouten gemaakt worden. Het raken van objecten of het doorbreken van de wateroppervlakte zijn voorbeelden van deze fouten. De fouten tellen zwaarder dan een snelle tijd. Ontwerp In de onderzeeër, die wegens wedstrijdeisen is gevuld met water, ligt de bestuur- 20 www.at-aandrijftechniek.nl maart 2014 AT AANDRIJFTECHNIEK