Reflow-Ofen mit PLC Next Control AXC F 2152: Unterschied zwischen den Versionen
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Damit eine strukturierte Vorgehensweise zur Bearbeitung des Projektes sichergestellt werden kann, wird dieses nach den Vorgaben des V-Modells (vgl. Abbildung 2) durchgeführt. | Damit eine strukturierte Vorgehensweise zur Bearbeitung des Projektes sichergestellt werden kann, wird dieses nach den Vorgaben des V-Modells (vgl. Abbildung 2) durchgeführt. | ||
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Der funktionale Systementwurf stellt die Struktur des Gesamtsystems grob dar. Einzelne Baugruppen werden miteinander zu einem Gesamtsystem verknüpft. Konkrete Schnittstellen werden in diesem Schritt noch nicht angegeben. | |||
Als Steuerung soll eine PLCnext eingesetzt werden. Diese kommuniziert mit einem PC, welcher wichtige Daten wie Temperatur und Zeit ausgibt. Sollwerte können ebenfalls am PC eingegeben werden. | Als Steuerung soll eine PLCnext eingesetzt werden. Diese kommuniziert mit einem PC, welcher wichtige Daten wie Temperatur und Zeit ausgibt. Sollwerte können ebenfalls am PC eingegeben werden. | ||
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===Integrationstest=== | ===Integrationstest=== | ||
Da wichtige Bauteile wie der Schaltschrank noch nicht geliefert wurden, konnte das Gesamtsystem noch nicht aufgebaut werden. Probehalber wurde die Kühleinheit sowie die Temperaturüberwachung verkabelt. Die Kühleinheit wird mit 230 Volt AC betrieben. Aus Sicherheitsgründen wurde diese Einheit mit einer zusätzlichen elektrischen Absicherung (LS-Schalter und RCD) versehen. Im Fehlerfall lösen diese dann aus und ein Stromausfall im gesamten Gebäudeteil kann vermieden werden. In Betrieb genommen wird das System erst, wenn das dazugehörige PID-Regler fertig programmiert wurde. | Da wichtige Bauteile wie der Schaltschrank noch nicht geliefert wurden, konnte das Gesamtsystem noch nicht aufgebaut werden. Probehalber wurde die Kühleinheit sowie die Temperaturüberwachung verkabelt. Die Kühleinheit wird mit 230 Volt AC betrieben. Aus Sicherheitsgründen wurde diese Einheit mit einer zusätzlichen elektrischen Absicherung (LS-Schalter und RCD) versehen. Im Fehlerfall lösen diese dann aus und ein Stromausfall im gesamten Gebäudeteil kann vermieden werden. In Betrieb genommen wird das System erst, wenn das dazugehörige PID-Regler fertig programmiert wurde. | ||
[[Datei:HMI Reflow Ofen.PNG|zentriert| Abbildung 6: Human Machine Interface des Reflow Ofens|600px|mini]] | |||
Bereits ausgelesen werden konnte die Temperaturüberwachung. Die PT100-Widerstände sind jeweils an einen Messumformer angeschlossen, welcher das Spannungssignal in Ströme zwischen 4 und 20 mA umwandelt. Diese Strome werdem durch das SPS-Programm in Temperaturen umgerechnet. Anschließend werden die Temperaturen durch die HMI angezeigt. Zu sehen ist, dass ein Offset vorhanden ist. Der Sensor 1 zeigt bei Zimmertemperatur eine zu niedrige Temperatur an. Dies sollte in Zukunft durch eine Kalibrierung beseitigt werden. | Bereits ausgelesen werden konnte die Temperaturüberwachung. Die PT100-Widerstände sind jeweils an einen Messumformer angeschlossen, welcher das Spannungssignal in Ströme zwischen 4 und 20 mA umwandelt. Diese Strome werdem durch das SPS-Programm in Temperaturen umgerechnet. Anschließend werden die Temperaturen durch die HMI angezeigt. Zu sehen ist, dass ein Offset vorhanden ist. Der Sensor 1 zeigt bei Zimmertemperatur eine zu niedrige Temperatur an. Dies sollte in Zukunft durch eine Kalibrierung beseitigt werden. | ||
===Systemtest=== | ===Systemtest=== |
Version vom 3. Januar 2022, 15:03 Uhr
Autoren: Julian Gärtner, Fabian Müller
Betreuer: Prof. Dr. Mirek Göbel & Marc Ebmeyer
Wintersemester: 2021/2022
Fachsemester: 7
zurück zum Hauptartikel: Praktikum Produktionstechnik
Einleitung
Im siebten Semester wird an der Hochschule Hamm-Lippstadt im Studiengang Mechatronik das Praktikum Produktionstechnik angeboten. In diesem Praktikum geht es um die Realisierung eines mechatronischen Projektes. Unser Thema handelt über einen Reflow Ofen, welcher von Grund auf auf gebaut werden soll. Hierzu soll ein einfacher Tischbackofen als Grundlage dienen, welcher dann in den kommenden Schritten umgebaut wird.
Was ist ein Reflow Ofen?
Bei einem Reflow Ofen handelt es sich wieder Name schon sagt um einen Ofen, der das Reflow Löten ermöglicht. "Das Reflow Löten wird hauptsächlich bei der SMD Bestückung, sowie der THR Bestückung angewendet. Dabei durchläuft die bedruckte und bestückte Leiterplatte einen Lötofen mit mehreren Heizzonen, dabei wird die Lotpaste aufgeschmolzen, so dass sich Bauteile und Bauteilpads verbinden. Ein langsamer und erschütterungsfreier Abkühlprozess ist dabei ebenso wichtig wie der eigentliche Ofendurchlauf. Da sich die gesamte Baugruppe im Lötofen befindet, muss natürlich darauf geachtet werden, dass alle eingesetzten Komponenten ausreichend hitzebeständig sind. Die Lötparamter wie Temperatur und Durchlaufzeit müssen für jede Leiterplatte optimiert und angepasst werden.“[1] Die verschiedenen Heizzonen sollen hierbei durch eine Regelung realisiert werden, welche eine Temperaturkurve abfahren kann.
Aufgabenstellung
Die Aufgabe des Praktikums war es, einen einfachen Tischbackofen zu einem Reflow Ofen umzubauen. Die Regelung des gesamten Systems sollte mit Hilfe der neuen Phoenix Contact Steuerung PLCnext realisiert werden. Bei der Vorbereitung und Bearbeitung dieses Projektes sind folgende Punkte zu beachten, zu bearbeiten und zu dokumentieren:
- Informieren über Reflow Ofen/Löten
- Spezifikationen festlegen
- Passende Komponenten auswählen sowie ein Sicherheitskonzept auswählen
- mit der neuen Steuerung vertraut machen inklusive FUP-Programmierung
- Installation aller Komponenten
- Programm erstellen
- Test des gesamten Systems
- Dokumentation des gesamten Projektes in SVN und als Wiki-Artikel
Vorgehensweise nach V-Modell
Damit eine strukturierte Vorgehensweise zur Bearbeitung des Projektes sichergestellt werden kann, wird dieses nach den Vorgaben des V-Modells (vgl. Abbildung 2) durchgeführt.
Anforderungsdefinition
In der Anforderungsdefinition werden konkrete Eigenschaften des Systems definiert. Dies können beispielsweise Eckdaten wie Gewicht, räumliche Abmessung oder Ähnliches sein. Außerdem wird festgelegt, was die Aufgabe des Systems ist.
Maße:
Innenraummaße: Mindestens 400x300mm, um eine doppelte Euro-Karte zzgl. Reserve einlegen zu können
Aufbau:
Heizen: Es werden die Heizelemente von Ober- und Unterhitze verwendet
Kühlen: An beiden Seiten des Ofens werden externe Lüfter installiert
Sensorik: Mehrere Temperatursensoren werden im Innenraum des Ofens angebracht
Regelung: Eine stetige Regelung soll realisiert werden
Schutzbeschaltungen: Mechanisches Abschalten bei Übertemperatur, kein automatisches Widereinschalten
Steuerspannung: 0…24V DC
Betriebsspannung: 230 V AC
Software:
SPS-Software: Die Programmierung erfolgt durch PLCnext Engineer
Anzeigeelement: Eine HMI soll Temperatur- und Zeitwerte grafisch anzeigen
Eingabe von Werten: Sollwerte sollen über die HMI eingegeben werden können
Funktionaler Systementwurf
Der funktionale Systementwurf stellt die Struktur des Gesamtsystems grob dar. Einzelne Baugruppen werden miteinander zu einem Gesamtsystem verknüpft. Konkrete Schnittstellen werden in diesem Schritt noch nicht angegeben.
Als Steuerung soll eine PLCnext eingesetzt werden. Diese kommuniziert mit einem PC, welcher wichtige Daten wie Temperatur und Zeit ausgibt. Sollwerte können ebenfalls am PC eingegeben werden. Die Temperatur wird mit mehreren Sensoren im Innenraum erfasst und über Messumformer in einen Strom umgewandelt. Die Kühlung wird mittels Lüftern realisiert. Die Lüfter werden über ein Solid-State-Relais angesteuert. Dieses wird wiederum über die SPS gesteuert mit Netzspannung versorgt. Die Heizelemente werden ebenfalls über ein SSR angesteuert. Um eine Überhitzung zu vermeiden, ist ein AC-Relais in Reihe geschaltet. Das Relais schaltet bei Übertemperatur die Betriebsspannung des SSRs ab. Erfasst wird eine zu hohe Temperatur durch einen STB (Sicherheitstemperaturbegrenzer). Dieser schaltet einen Eingang an der SPS auf LOW, wenn eine eingestellte Temperatur überschritten wird. Um ein ungewolltes Wiedereinschalten zu vermeiden, ist der STB mit einem mechanischen Reset-Taster versehen.
Technischer Systementwurf
Der technische Systementwurf stellt ebenfalls die Struktur des Gesamtsystems dar. Verglichen mit dem funktionalen Systementwurf ist der Detaillierungsgrad jedoch größer. Die Schnittstellen, welche im Folgenden realisiert werden sollen, sind hier bereits angegeben.
Die Kommunikation zwischen Steuerung und Computer wird mithilfe einer Ethernet-Leitung realisiert. Um den Reflow-Ofen zügig von der Steuerung zu trennen, ist eine SUB-D-Buchse zwischen SPS und Schaltkasten vorgesehen.
Komponentenspezifikation
Bei der Komponentenspezifikation werden technische Daten geplant und exakt angegeben. Dies umfasst beispielsweise die Ein- und Ausgänge der SPS, die Anzahl der einzelnen Bauteile, Signalbereiche usw.
Programmierung/Entwicklung
Komponententest
Da sich die Lieferung der Kaufteile verspätete, konnte nur wenig Hardware getestet werden. Die PT100-Widerstände für die Überwachung der Ofentemperatur wurden durchgemessen. Ihr Widerstand erhöhte sich bei externem Aufheizen in etwa gleichem Umfang. Anschließend wurden die Widerstände über einen Messumformer (LKM Typ 113) an die SPS angeschlossen und ihre Werte ausgelesen.
Integrationstest
Da wichtige Bauteile wie der Schaltschrank noch nicht geliefert wurden, konnte das Gesamtsystem noch nicht aufgebaut werden. Probehalber wurde die Kühleinheit sowie die Temperaturüberwachung verkabelt. Die Kühleinheit wird mit 230 Volt AC betrieben. Aus Sicherheitsgründen wurde diese Einheit mit einer zusätzlichen elektrischen Absicherung (LS-Schalter und RCD) versehen. Im Fehlerfall lösen diese dann aus und ein Stromausfall im gesamten Gebäudeteil kann vermieden werden. In Betrieb genommen wird das System erst, wenn das dazugehörige PID-Regler fertig programmiert wurde.
Bereits ausgelesen werden konnte die Temperaturüberwachung. Die PT100-Widerstände sind jeweils an einen Messumformer angeschlossen, welcher das Spannungssignal in Ströme zwischen 4 und 20 mA umwandelt. Diese Strome werdem durch das SPS-Programm in Temperaturen umgerechnet. Anschließend werden die Temperaturen durch die HMI angezeigt. Zu sehen ist, dass ein Offset vorhanden ist. Der Sensor 1 zeigt bei Zimmertemperatur eine zu niedrige Temperatur an. Dies sollte in Zukunft durch eine Kalibrierung beseitigt werden.
Systemtest
Abnahmetest
Zusammenfassung
Was ist das Ergbnis? Das Ergebnis dieses Artikels ist eine Vorlage, mit der Nutzer des Wikis schnell und leicht eigene Artikel verwirklichen können. Diese Vorlage ist Bestandteil der Anleitungen aus den How-To's.
Ausblick
In den folgenden Semestern könnten noch folgende Aufgaben durchgeführt werden:
- Fertigstellen des PLCnext Engineer Programms
- Fertigstellen des PID-Reglers
- Fertigstellen der HMI
- Abfahren einer Temperaturkurve soll ermöglicht werden
- Montage des Systems mit allen Elektrobauteilen
- Weiteres Vorgehen nach V-Modell
- Komponententest
- Integrationstest
- Systemtest
- Abnahmetest
Literaturverzeichnis
[1] gardow-engineering.de, Reflow Löten, https://www.gardow-engineering.de/glossary/reflow-löten.html, 30.12.2021