Ontwerpen van de opbouw van het elektrische systeem voor de HeroW spuitmachine.

(1)

Document type Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Date Juni 2013 Document No 1.2.1 Versie 02 Staat Ontwerp Page No 1 of 33

Afstudeerverslag

Ontwerpen van de opbouw van het elektrische systeem voor de HeroW

spuitmachine.

Martijn Tielemans (477325)

Widontec - Willem Donkers

HAN - Jan Benders

13-06-2013

(2)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 2 of 33

Versiebeheer

Versie Staat Datum Auteur Wijzigingen

0.1 Ontwerp 17-03-2013 Martijn Tielemans Concept 0.2 Definitief 13-06-2013 Martijn Tielemans Aangepaste versie

Uitreiking

Versie Staat Datum Auteur Uitreikinglijst

0.1 Ontwerp 17-03-2013 Martijn Tielemans Jan Benders 0.2 Definitief 13-06-2013 Martijn Tielemans Jan Benders Willem Donkers

(3)

Samenvatting

De projectgroep bestaat uit één afstudeerder, Martijn Tielemans van de HTS-autotechniek te Arnhem. Hij heeft een Automotive Development achtergrond. De opleiding heeft hij in de deeltijd variant gevolgd. Aangezien zijn interesse in landbouwmachines en elektronica is hij opzoek gegaan naar een passende afstudeeropdracht. Hiervoor is hij bij Widontec terecht gekomen.

Widontec is een bedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwikkelen, aanpassen en produceren van machines voor land-, tuin- en wegenbouw. Zij verzorgen zowel de engineering als de fabricage van hoogwaardige constructies, hydraulische systemen en besturingssystemen geheel in eigen beheer. Dat doen zij met name in opdracht van agrarische ondernemers, verspreid over de Benelux.

Het afstudeerproject is tot stand gekomen omdat Widontec plannen heeft om een universele machine opbouw te realiseren welke zij breed kunnen inzetten om verschillende machines van te bouwen. Aangezien Widontec veelal customized machines ontwikkelt en produceert zijn de kosten voor het realiseren van een dergelijke machine hoog. Een van de modellen die zij produceren is een HeroW spuitmachine. Hiervoor zijn plannen om een universele machineopbouw te creëren. De voornemens zijn om de huidige elektrische systeemopbouw sterk te verbeteren met het oog op productiekostenbesparing, universele toepassingen, vergroten van bedieningsgemak en functionele uitstraling, verkleinen van storingsgevoeligheid en het vergemakkelijken van het zoeken naar storingen.

In het begin van het afstudeerproject is er een bestand opgesteld waarin de functies, de opbouw en de kosten van het huidige systeem uitgewerkt en vastgelegd zijn. Hieruit kwam sterk naar voren dat de hoge productiekosten tot stand komen door de vele manuren en de kosten voor het grote aantal elektrische componenten. Doordat het huidige elektrische systeem complex en onoverzichtelijk opgebouwd is zorgt dit voor vele manuren in de productie. Het elektrische systeem is voorzien van diverse losse bedieningselementen, flinke kabelbomen met een groot aantal stekker verbindingen en met een specifieke en complexe elektrokast. Wijzigingen op deze punten zouden een aanzienlijke besparing op de productiekosten kunnen opleveren en universele mogelijkheden van het systeem kunnen realiseren.

Vervolgens is er een pakket van eisen opgesteld waaraan het nieuw te ontwikkelen systeem moet voldoen. Dit document zorgt voor een leidraad, overzicht en controle tijdens het uitvoeren van het project zodat alle huidige functies en uitbreidingen geïmplementeerd worden in het nieuwe systeem. In de volgende fase is er een onderzoek uitgevoerd naar technische mogelijkheden om aan de opgestelde eisen voor de aanpassing van het elektrische systeem te voldoen. In dit document worden interessante leveranciers met de te leveren producten vergeleken. Mogelijkheden welke naar voren kwamen zijn:

 een specifieke printplaat. Deze zorgt voor een grote reducering van het aantal verbindingen, echter brengt het beperkte mogelijkheden voor universele toepassingen en leidt het tot een aanzienlijke investering.

 gebruik van CAN-bus. CAN-bus maakt onderlinge communicatie mogelijk tussen afzonderlijke intelligente units. Door berichten gevuld met data of signalen op een bus te plaatsen kunnen alle componenten, welke hierop aangesloten zijn, berichten van deze bus halen of hierop plaatsen.

(4)

 een controller. Controllers garanderen een hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid van de machine door te voldoen aan de benodigde veiligheidsbetrekkingen voor mobile machines. Een controller zou een universele toepasbaarheid van het elektrische systeem mogelijk maken door software aanpassingen. Hierdoor is het gehele gebied aan te passen tussen het binnenkomende signaal en de uiteindelijke uitgang. De uitgang van een controller kan direct actuatoren aan sturen met zowel 0/I als proportionele uitgangen. De ingangsspanningen en -stromen kunnen worden gecontroleerd op detectie van een kabelbreuk of kortsluiting.

 een display. Door gebruik van een display met bedieningsfuncties zou een universeel toepasbaar bedieningspaneel gerealiseerd kunnen worden en zou zorgen voor een verbetering van het bedieningsgemak en de functionele uitstraling van de machine. Hierin zouden aanwezige foutmeldingen/-codes en een parameterscherm opgenomen kunnen worden om het lokaliseren van storingen en support op afstand te verbeteren.

 een intelligent display. Deze systeemopbouw zorgt voor een compacte en multifunctionele toepassingen van het elektrische systeem. De intelligentie in het display kan de schakelvoorwaardes realiseren welke voor de machine benodigd zijn. De benodigde ingangssignalen kan het display conventioneel of via de CAN-bus ontvangen. Doordat alle signalen hier samenkomen kunnen direct de juiste uitgangen uitgestuurd worden. De uitgaande signalen kan het display conventioneel uitsturen of via de CAN-bus naar I/O modules verzenden.

 gebruik van standaard kabels. Aangezien er veelal customized machines geproduceerd worden kunnen de kabelbomen niet in aantallen gemaakt of uitbesteed worden. Dit maakt het gebruik van standaard kabels interessant.

Door de voor en tegens van de producten en leveranciers tegen elkaar uit te zetten is er een opbouw geadviseerd welke opgebouwd is uit de hoofdcomponenten van STW (controller) en Wachendorff (display). Hier is uiteindelijk ook voor gekozen. De controller wordt in de cabine ondergebracht waardoor de meeste onderlinge verbindingen in de beschermde omgeving gerealiseerd kunnen worden. Bij het maken van een nieuwe machine zouden veelal dezelfde hoofdfuncties in de cabine opgenomen worden, waardoor de hardware opbouw in grote lijnen gelijk zou kunnen blijven.

De betreffende leverancier heeft een eigen supportafdeling voor beide producten en werkt nauw samen met de supportafdelingen van de fabrikanten.

De programmering van de controller gebeurt met het programma CoDeSys wat voor de gevraagde vrijheid zorgt en biedt vele mogelijkheden voor de toekomst.

Vervolgens is er een document opgesteld wat voor overzicht zorgt op de opbouw van het elektrische systeem zodat elektrische deelschema’s, componenten en kabelnummers geordend terug te vinden zijn. Functies en regelstrategieën welke geïmplementeerd moeten worden in de controller en een mogelijke opbouwstructuur voor de configuratie van het display zijn uitgewerkt.

In de laatste fase van het project is er een demo uitgewerkt waarbij aangetoond wordt dat:

 het display waardes kan weergeven vanuit de EMR van Deutz via de CAN-bus.

 Het display met de controller kan communiceren over de CAN-bus.

(5)

Inhoudsopgave

Versiebeheer ... 2 Uitreiking... 2 Samenvatting ... 3 1 Inleiding ... 6 2 De afstudeeropdracht ... 8 2.1 Opdracht omschrijving ... 8 2.2 Fases afstudeerproject ... 9 3 De probleemstelling ... 11 4 Uitgangspositie ... 12 4.1 HeroW ... 12 5 Verloop afstudeerproces ... 15

5.1 Eisen afstudeeropdracht Fase 1 ... 15

6 Conclusies en aanbevelingen ... 31

7 Literatuurlijst/bronvermelding ... 33

Bijlage zijn opgenomen in een apart document i.v.m. besloten informatie

8 Bijlage 1 Systeemopbouw ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 8.1 Elektrisch systeem huidige machine ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 8.2 Hardi spuitopbouw ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 8.3 Poclain Easy Drive ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 8.4 Hydraulische functies ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 9 Bijlage 2 2.0.1 Elektrisch schema HeroW 2012... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 10 Bijlage 3 Kostenoverzicht huidig systeem ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 11 Bijlage 4 Regelstrategie voor controller ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 12 Bijlage 5 4.0.1 Handleiding ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 13 Bijlage 6 Deelschema’s ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 14 Bijlage 7 Speedlimitter ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 15 Bijlage 8 Display configuratie ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 16 Bijlage 9 Demo ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 17 Bijlage 10 1.3.1 Onderzoekverslag... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd. 18 Bijlage 11 1.0.1 Plan van aanpak ... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.

(6)

1 Inleiding

Widontec is een bedrijf dat gespecialiseerd is in het ontwikkelen, aanpassen en produceren van machines voor land-, tuin- en wegenbouw. Zij verzorgen zowel de engineering als de fabricage van hoogwaardige constructies, hydraulische systemen en besturingssystemen geheel in eigen beheer. Dat doen zij met name in opdracht van agrarische ondernemers, verspreid over de Benelux. Aangezien Widontec veelal customized machines ontwikkelt en produceert zijn de kosten voor het realiseren van een dergelijke machine hoog. De sterkte van Widontec is te halen in het leveren van een betrouwbare machine binnen een geringe tijd tegen een aantrekkelijke prijs. Daarom zijn de plannen om een universele machine opbouw te realiseren, welke zij breed kunnen inzetten om verschillende machines van te bouwen.

Een van de modellen die zij produceren is een HeroW spuitmachine (figuur 1). De plannen zijn om van deze machineopbouw een universele opbouw te creëren. Daarbij zijn de voornemens om het elektrische systeem van deze machine universeel toepasbaar te maken en dit systeem sterk te verbeteren op diverse punten. Hierbij wordt aandacht besteed aan:

 de besparing op productiekosten per eenheid te realiseren, met name op arbeid.

 het verbeteren van het bedieningsgemak en de functionele uitstraling van de machine.

 het verminderen van de storingsgevoeligheid door de betrouwbaarheid van het systeem te vergroten.

 het vergemakkelijken van storing zoeken door een intern diagnose systeem in te bouwen.

 het mogelijk maken van reparaties vanuit vervangingsdelen.

(7)

Naar aanleiding van deze plannen is een afstudeerproject tot stand gekomen waarin ten eerste gewerkt wordt om de huidige opbouw van het elektrische systeem in kaart te brengen. Ten tweede worden technische mogelijkheden onderzocht voor de aanpassing van het elektrische systeem. Uiteindelijk wordt een opbouw van een gemodificeerd en universeel toepasbaar elektrisch systeem uitgewerkt.

Onlangs is er een speciale driewieler ontwikkeld voor het schoonmaken van festival terreinen (figuur 2) met dezelfde machine opbouw als de HeroW spuitmachine.

Figuur 2 Zelfrijdende driewieler met zuiginstallatie Bron: Foto uit bedrijfsdocumentatie

De projectgroep bestaat uit één afstudeerder, Martijn Tielemans van de HTS-autotechniek te Arnhem. Hij heeft een Automotive Development achtergrond. De opleiding heeft hij in de deeltijd variant gevolgd. Hij werkte naast zijn opleiding als chef werkplaats en diagnose specialist in een universele autogarage. Afgelopen september heeft hij zijn baan stop gezet en is hij de voltijd minor Autotronica gaan volgen, omdat deze minor niet aangeboden werd in de deeltijd variant.

Het afstudeereindverslag is als volgt opgebouwd. Hoofdstuk 2 beschrijft hoe het afstudeerproject tot stand gekomen is en uit welke fases het project is opgebouwd. In hoofdstuk 3 wordt ingegaan op de probleemstelling van het project. Hierin worden problemen omschreven waar aandacht aan besteed moeten worden in de nieuw te ontwikkelen elektrische systeembouw. Hoofdstuk 4 beschrijft de uitgangspositie van het project. Hierin wordt de machineopbouw van de HeroW spuitmachine nader toegelicht. In het tweede gedeelte van dit hoofdstuk wordt dieper ingegaan op de huidige elektrische systeemopbouw van de machine. Het 5e_{hoofdstuk gaat in op het verloop van het afstudeerproces.}

Hierin wordt meegenomen, wat de inbreng is van de afstudeerder, welke mogelijkheden er zijn meegenomen, welke keuzes er gemaakt zijn en waarom en welke doelen behaald zijn met toelichting. Het verslag wordt afgesloten met een hoofdstuk conclusies en aanbevelingen.

In de bijlage zijn de documenten toegevoegd waarin het verslag naar verwezen wordt. De gemaakte documenten voor dit afstudeerproject zijn toegevoegd op de bijgevoegde cd-rom.

(8)

2 De afstudeeropdracht

2.1 Opdracht omschrijving

Het afstudeerproject is tot stand gekomen omdat Widontec plannen heeft om een universele machine opbouw te realiseren welke zij breed kunnen inzetten om verschillende machines van te bouwen. Een van de modellen die zij produceren is een HeroW spuitmachine. Van deze machineopbouw wordt een universele opbouw gecreëerd. Met deze ontwikkeling zijn de voornemens om de huidige elektrische systeem opbouw sterk te verbeteren op de diverse punten.

 Besparing op productiekosten per eenheid met name arbeid.

 Universele toepassingen mogelijk maken van het systeem zodat deze multifunctioneel te gebruiken is. De opbouw van het systeem moet de standaard functies zoals aansturing van de dieselmotor en de rijaandrijving, de verlichting, de bedieningsfuncties van de joystick en het dashboard mogelijk maken.

 Bedieningsgemak en functionele uitstraling vergroten.

 Storingsgevoeligheid verkleinen door de betrouwbaarheid te vergroten.

 Storing zoeken vergemakkelijken en repareren vanuit vervangingsdelen mogelijk maken.

Doelstelling afstudeerproject:

De te ontwerpen elektrische systeemopbouw moet het huidige systeem vervangen en resulteren in een universeel, betrouwbaar, en veelzijdig functioneel systeem met een verbetering van het bedieningsgemak, een reducering van de productiekosten met 60% aan arbeidskosten en 0-20% aan materiaal en onderdelen.

(9)

2.2 Fases afstudeerproject

Het proces is opgebouwd uit verschillende fases: Fase 1:

Projectvoorbereiding:

 Opstellen van het Plan van Aanpak volgens de richtlijnen van Grit (2008), inclusief planning. Fase 2:

In het begin van het afstudeerproject worden de functies, de opbouw en de kosten van het huidige systeem uitgewerkt en vastgelegd in een overzichtelijk bestand. Dit moet voor een goede controle zorgen tijdens het uitvoeren van het project zodat alle huidige functies geïmplementeerd worden in het nieuwe systeem. Dit moet ook een helder beeld opleveren van de kosten en de besparingen van het systeem.

De huidige opbouw van het elektrische systeem in kaart brengen wat resulteert in een duidelijk overzicht in:

 de functies en opbouw van het systeem.

 hoe de signalen binnen het systeem lopen.

 de eigenschappen van de signalen binnen het systeem.

 de kosten van de onderdelen en de totale manuren (van programmering tot montage) van het systeem.

 de waarborging van de controle over de systeem gegevens en leiden tot een goede projectorganisatie.

Fase 3:

Pakket van Eisen opstellen voor het te ontwikkelen systeem volgens MoSCoW methode. Fase 4:

Onderzoeken van technische mogelijkheden voor de aanpassing van het elektrische systeem. Dit onderzoek zorgt voor inzichtelijkheid in:

 besparing op productiekosten per eenheid.

 multifunctionele toepassingen van het systeem.

 bedieningsgemak en een functionele uitstraling.

 het verminderen van de storingsgevoeligheid en vergroting van de betrouwbaarheid.

 het vergemakkelijken van het storing zoeken binnen het systeem. Fase 5:

Uitwerken van de opbouw van het aangepaste elektrische systeem. Hierbij wordt gewerkt aan het:

 opstellen van functies en regelstrategieën waaraan regeleenheden of printplaten moeten voldoen.

 ontwerpen van elektrische schema's van het systeem.

 ontwerpen van het schema van een eventueel te maken printplaat. Het daadwerkelijke printontwerp, maken van de printplaat en bestukken worden uitbesteed.

 vaststellen van een duidelijke opbouwstructuur.

De te ontwerpen systeemopbouw moet uitgevoerd worden met een kleine intelligente centrale kast. Hieraan moet de aansturing van de motor en de rijaandrijving, de verlichting, de bedieningsfuncties en de uitbreidingsmogelijkheden van de machine gekoppeld kunnen worden.

(10)

Daarnaast moet het systeem voorzien zijn van duidelijke en functionele bedieningsorganen. Als de installatie uitgroeit tot een complexer geheel met vele functies moet het systeem naar de wensen van de klant uitgebreid kunnen worden. Dit met bijvoorbeeld een display om de bediening overzichtelijk te houden.

Fase 6:

Maken van een demo waarmee aangetoond wordt dat de communicatie over de CAN-bus mogelijk is.

Om het project met goed resultaat en binnen de tijd te kunnen afronden is het belangrijk om de doelstelling continu in het achterhoofd te houden. Het Pakket van Eisen zorgt voor duidelijk opgestelde doelen die afgerond en behaald moeten worden. Hierin staat ook beschreven wat zich buiten het project bevindt.

Daarnaast is ook een planning opgesteld waarmee gezorgd kan worden dat het project binnen de tijd afgerond kan worden. Deze geeft een helder zicht op de voortgang van het project weer. In deze planning zijn met regelmaat afspraken vastgesteld om de projectvorderingen met de afstudeerbegeleiders van het bedrijf en school te bespreken. Hiervoor zullen tijdig afspraken gemaakt worden.

Aan het eind van de afstudeerperiode moet er een uitgewerkt ontwerp opgeleverd worden. Het afstudeerproject heeft een duur van 760 uur en wordt uitgevoerd in de periode van 4 februari tot 3 juni 2013. Het project kan als geslaagd worden beschouwd als er aan het eind van de afstudeerperiode een uitgewerkt ontwerp opgeleverd wordt dat voldoet aan de opgestelde projectdoelen. Ook moet door middel van een demo aangetoond worden dat er communicatie over de CAN-bus mogelijk is.

(11)

3 De probleemstelling

Widontec loopt met de HeroW tegen de volgende problemen aan:

 Hoge productiekosten van het elektrische systeem.

Deze hoge productiekosten komen tot stand door de vele manuren en de kosten voor het grote aantal elektrische componenten.

o Het huidige elektrische systeem is complex en onoverzichtelijk opgebouwd. Dit zorgt voor vele manuren in de productie. Ten eerste om alles op te bouwen en aan te sluiten, ten tweede om storingen en fouten op te lossen. Voornamelijk het laatste aspect is niet gewenst en kost extra veel tijd, wat zorgt voor een moeilijke planning voor de afleverdatum. Daarnaast levert dit extra kosten op doordat werknemers uit hogere functies betrokken raken.

o Het elektrische systeem is uitgevoerd met een complexe systeemkast met diverse printplaten, relais en vele verbindingen. Het systeem is voorzien van diverse losse bedieningselementen en van flinke kabelbomen met een groot aantal stekker verbindingen. Dit zorgt voor grote kosten aan elektrische componenten.

 Ontwikkelingskosten en productietijd moeten zo laag mogelijk zijn.

Aangezien Widontec veelal customized machines ontwikkelt en produceert zijn de kosten voor het realiseren van een dergelijke machine hoog. De sterkte van Widontec is te halen in het leveren van een betrouwbare machine binnen een geringe tijd tegen een aantrekkelijke prijs.

 Verbetering van het bedieningsgemak en de functionele uitstraling.

Aangezien de HeroW is voorzien van een groot aantal functies is de huidige bediening minder overzichtelijk. Dit komt niet ten goede aan het bedieningsgemak en de functionele uitstraling van de machine. De bediening is een essentieel onderdeel wat voor de interface moet zorgen tussen de bestuurder en de machine. Deze relatie moet ervoor zorgen dat de wensen van de bestuurder goed geïmplementeerd worden zodat de machine adequaat kan reageren op de manier zoals de bestuurder ook verwacht.

 Storingsgevoeligheid van het systeem.

De huidige opbouw van het elektrische systeem leidt tot een vergrotende kans op het ontstaan van elektronische storingen en productiefouten. Deze kans wordt vergroot doordat het systeem is uitgevoerd met een complexe systeemkast, diverse printplaten, relais en vele verbindingen. Het systeem is voorzien van diverse losse bedieningselementen en uitgebreide kabelbomen met een groot aantal stekkerverbindingen. Dit zorgt voor een nadelige invloed op de betrouwbaarheid van de machine.

 Moeilijk om overzichtelijk storing te zoeken.

Bij storingen is het omslachtig om de storing te lokaliseren. De bestaande elektrische schema’s en de huidige systeem opbouw zijn zeer uitgebreid en complex. Dit maakt het nagenoeg onmogelijk om in een kort tijdsbestek het juiste beeld te hebben van de opbouw van de schakelingen. Het neemt ook veel tijd in beslag om diverse parameters en signalen binnen het systeem te bekijken en te beoordelen.

Daarnaast heeft Widontec de intentie om de HeroW te gaan exporteren naar het buitenland. Het is daarom ook belangrijk dat mensen met een technische achtergrond, die onbekend zijn met de opbouw van het systeem, snel en een juiste diagnose moeten kunnen stellen. Als problemen met de machine optreden in het buitenland is het niet gewenst om lokaal het probleem te komen verhelpen. De machine zou als gevolg langer stil staan.

(12)

4 Uitgangspositie

Widontec heeft een zelfrijdende spuitmachine volledig in eigen huis ontwikkeld voor de firma Homburg. Dit model heeft als naam HeroW. Deze speelt in op de vraag naar een zelfrijdende, compacte en wendbare veldspuit met veel bodemvrijheid en maximaal zicht voor vollegronds groentetelers, akkerbouwers, boomkwekers en loonwerkers.

4.1 HeroW

Opbouw

De zelfrijdende veldspuitmachine is 2-wiel gestuurd en 4-wiel aangedreven met een wielbasis van 2,35 meter en een variabele spoorbreedte. Het chassis van de HeroW is dusdanig ontworpen om onder zware omstandigheden goed te kunnen werken en maakt een grote wieluitslag (50°) van de voorwielen mogelijk. Hierdoor wordt een draaicirkel van 9 meter mogelijk gemaakt. Hiermee onderscheidt de HeroW zich nadrukkelijk in de markt van zelfrijders. Wanneer de machine is voorzien van een bandenmaat van 11.2.R32 voor en 12.4.R46 achter maakt deze een bodemvrijheid van 85 centimeter mogelijk. Doordat de hydraulische wielmotoren volledig in de velg zijn verwerkt, is over de volledige spoorbreedte sprake van deze maximale bodemvrijheid.

De HeroW is voorzien van een Deutz TCD2012 L4 Tier III verbrandingsmotor met elektronische motorregeling (EMR) en common-rail brandstof injectiesysteem DEUTZ (DCR®). Deze is samen met de hydrauliekpompen voor respectievelijk rij-aandrijving, luchtondersteuning (HARDI TwinForce) en waterpompaandrijving op de achteras geplaatst.

In het midden is de hoofdwatertank van 2.360 liter gemonteerd. Aan de voorzijde zijn de schoonwatertank van 250 liter, de brandstoftank van 135 liter en de cabine geplaatst. Door deze uitgebalanceerde gewichtsverdeling blinkt de HeroW uit in wendbaarheid en stabiliteit.

Figuur 3 Opbouw HeroW

(13)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 13 of 33 Cabine

In de cabine heeft bedieningscomfort en goed zicht prioriteit. De bestuurderspositie biedt uitstekend zicht, ruimte en rust. Het ontwerp en de positie van de cabine biedt zowel op de weg als in het veld optimaal zicht naar voren, opzij en dankzij de vier spiegels en achteruitrijcamera naar achteren. De cabine is rondom voorzien van glas, inclusief panelen aan beide zijden van de stoel. Hierdoor is vanuit de cabine een goed zicht mogelijk op de voorwielen. Deze mogelijkheid realiseert een groot voordeel bij het insturen van een gewasrij aan het begin van de werkgang met name voor de vollegrondsgroententeelten. De cabine is laag gepositioneerd ten opzichte van de tank en spuitboom, waarmee de bestuurder optimaal zicht heeft op het spuitwerk en wat gemakkelijk in- en uitstappen voor de bestuurder mogelijk maakt.

De cabine is voorzien van een verstelbare stuurkolom zodat de besturing en bediening optimaal worden afgestemd op de individuele gebruiker (figuur 4). Door de stuurkolom naar voren te bewegen ontstaat er extra ruimte voor het eenvoudig verlaten en betreden van de cabine. De cabine is voorzien van een lucht geveerde stoel, welke op de rechterarmsteun voorzien is van de belangrijkste bedieningselementen. Alle functies zijn gemakkelijk bereikbaar vanuit de bestuurdersstoel. Standaard is de cabine uitgerust met getint glas, verwarming, en airco met actieve-koolstoffilters, een instelbaar stuur en een lucht geveerde zitting. De bedieningsfuncties zijn voorzien van achtergrondverlichting, wat handig is tijdens werkzaamheden in het donker.

Figuur 4 Bedieningspaneel en dashboard Bron: Foto’s van HeroW 2012

Rijcomfort

De HeroW is standaard voorzien van een hydraulisch pneumatische geveerde vooras met Automatic Suspension Control (ASC). Afhankelijk van de vooras belasting zorgt ASC voor een optimale wegligging. Hierdoor blijft de spuitboom zowel bij een lege als volle tank automatisch op de juiste hoogte.

De spuitbomen zijn met twee spiraalveren opgehangen; goed voor een stabiele ondersteuning in het veld en tijdens transport op de weg. Dankzij dit verende ophangingsprincipe worden eenvoud en betrouwbaarheid behouden en worden obstakels genomen in een uiterst natuurlijke en optimale beweging. Op deze manier is een uitstekende bodemvolging mogelijk met behoud van optimale trekkracht en rijcomfort.

(14)

De hydrostatische rijaandrijving (EasyDrive) van Poclain systeem zorgt voor optimaal rijgedrag, zowel in het veld als op de weg. Easy Drive optimaliseert de capaciteit van de transmissie en motor. Diverse rijfuncties, zoals tempomaat- en motortoerentalregeling, acceleratie en werk-/weg modus zijn vrij programmeerbaar.

Optioneel kan de Homburg HeroW worden uitgevoerd met variabele hydraulische spoorverstelling met een maximum van 0,30 meter (figuur 5). Zo is bijvoorbeeld een spoorbreedte mogelijk van 1,50 meter in het veld en 1,80 meter op de weg voor meer stabiliteit. Andere spoorbreedtecombinaties zijn op verzoek leverbaar. Voor telers met variërende rijculturen is deze spoorverstelling een uitkomst. Zelfs met een spoorbreedte van 1,50 meter blijft de grote wieluitslag (50°) mogelijk.

Figuur 5 Spoorbreedte verstelling Bron: Foto’s van HeroW 2012

(15)

5 Verloop afstudeerproces

In dit hoofdstuk wordt het verloop van het afstudeerproject toegelicht. Hierin wordt meegenomen:

 wie erbij zijn betrokken,

 wat de inbreng van ieder is geweest,

 wat de inbreng is van de afstudeerder,

 welke mogelijkheden er zijn meegenomen,

 welke keuzes er gemaakt zijn en waarom,

 onderbouwing hoe er aan de doelen van het PvA en PvE gewerkt is om deze te realiseren,

 welke doelen behaald zijn met toelichting,

 wat de punten zouden zijn welke verder uitgebreid kunnen/moeten worden.

5.1 Eisen afstudeeropdracht Fase 1

ID Prio Eis Motivering Test methode /

acceptatiecriteria

Status

EA01.1 M

(must)

De huidige opbouw van het elektrische systeem in kaart brengen.

Dit moet leiden tot een goede project organisatie en zorgen voor een waarborging en controle over de systeem gegevens.

Dit overzicht moet resulteren in een duidelijk overzicht in:

 De functies en opbouw van het systeem.

Voldaan

EA01.2 M

(must)

 Hoe de signalen binnen het systeem lopen.

Voldaan EA01.3 M

(must)

 De kosten van de onderdelen en de totale manuren van het elektrische systeem.

Voldaan

EA01.1 Systeemoverzicht huidig systeem.

In eerste instantie heeft de afstudeerder zich verdiept in de aanwezige documentatie van het elektrische systeem van de huidige machine. In de opstart fase kostte het veel tijd om hier een goede kijk op te krijgen. De assemblage periode van een nieuwe machine zorgde voor de benodigde verduidelijking. De beschrijving van het systeem is beschreven in hoofdstuk 4 en bijlage 1.

EA01.2 Signalen huidig systeem.

Zie hiervoor het elektrisch schema van de HeroW welke is toegevoegd in bijlage 2. Voor het afstudeerproject heeft de afstudeerder diverse deelschema’s gemaakt ter verduidelijking en als voorbeeld voor het uitwerken van de nieuwe systeemopbouw.

EA01.3 Kostenoverzicht huidig systeem.

Om met reële arbeidskosten te rekenen en deze te kunnen vergelijken, heeft de afstudeerder diverse werkorders naast elkaar gelegd en hiervan een gemiddelde berekend. Hierbij is aandacht besteed aan het uitwerken van de arbeids- en materiaalkosten van de verschillende kabelbomen, de

(16)

complexe elektrokast, het joystickpaneel enz. In het document is een overzicht gecreëerd waaruit op te maken is welke aspecten voor de meeste arbeidstijdkosten zorgen in het productieproces. Hieruit komt sterk naar voren dat het maken en toepassen van vele verbindingen een ongunstige invloed heeft op de arbeidskosten en op de productiefouten van het productieproces.

Doordat er gebruikt maakt wordt van vele componenten lopen de materiaalkosten ook aanzienlijk op. De arbeids- en materiaalkosten zijn uitgewerkt in het document wat is toegevoegd in bijlage 3.

5.2 Eisen afstudeeropdracht Fase 2

acceptatiecriteria Status EA02.1 M (must) Onderzoeken van technische mogelijkheden voor de aanpassing van het elektrische systeem.

Bekijken wat leveranciers kunnen bieden om de systeemopbouw te laten voldoen aan de project eisen.

Dit onderzoek zorgt voor inzichtelijkheid in:  Besparing op productiekosten per eenheid. Voldaan EA02.2 M (must)  De multifunctionele en uitbreidbare

toepassingen van het elektrische systeem. Voldaan EA02.3 M (must)  Het bedieningsgemak en de functionele uitstraling van het nieuwe elektrische systeem. Voldaan EA02.4 M (must)  De mogelijkheden om de betrouwbaarheid van het elektrische systeem te vergroten.

Voldaan

EA02.5 M

(must)

 Mogelijkheden voor het vergemakkelijken van storing zoeken binnen het elektrische systeem.

Voldaan

EA02.6 M

(must)

 Het voorstellen van een keuze voor een

universeel toe te passen elektrische

systeemopbouw.

Voldaan

De eisen EA02.1 t/m EA02.6 zijn uitgebreid uitgewerkt in het onderzoekverslag 1.3.1. Zie hiervoor het onderzoeksverslag 1.3.1 deze is toegevoegd in de bijlage 10.

(17)

5.3 Eisen afstudeeropdracht Fase 3

ID Prio Eis Motivering Test methode / acceptatiecriteria

Status

EA03.1 M

(must)

Uitwerken van de opbouw van het gekozen aangepaste elektrische systeem Deze documenten moeten ervoor zorgen dat de nieuwe systeem opbouw uitgewerkt en toegepast kan worden in de praktijk.

Hierbij wordt gewerkt aan het:

 Opstellen van functies en regel strategieën waaraan regeleenheden of printplaten moeten voldoen. Voldaan EA03.2 M (must)

 Vaststellen van een duidelijke

opbouwstructuur.

Voldaan

EA03.3 M

(must)

 Een handleiding voor het opstellen van elektrische schema’s en bekabeling. Dit document zorgt voor een vastgestelde systeemopbouw met aandacht voor: - componentcodes, - kleuraanduidingen voor bekabeling, - de te gebruiken kabeldiktes, - opdeling van elektrische schema’s - kabelcoderingen Voldaan EA03.4 M (must)

 Ontwerpen van elektrische schema’s van het

elektrische systeem. Deze moeten uitgewerkt worden in diverse deelschema’s. Er worden een aantal

deelschema’s uitgetekend als voorbeeld. De schema’s mogen met de hand getekend worden. (Niet het volledige elektrische systeem wordt uitgetekend.) Voldaan EA03.5 W (won’t)  Uitwerken van de

elektrische schema’s in een elektrisch schema

(18)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 18 of 33 EA03.6 S (should)

 Document wat voor overzicht zorgt in de kabelnummers en componenten zodat deze geordend terug te vinden zijn in de elektrische schema’s.

Voldaan

EA03.7 S

(should)

 Ontwerpen van het schema van een eventueel te maken printplaat.

Voldaan

EA03.8 S

(should)

 Testen van de werking van de ontworpen printplaat op de correcte werking.

Voldaan

EA03.9 S

(should)

 Ontwerpen van het printplaatontwerp en het etsen van de printplaat.

Voldaan EA03.10 S (should)  Bestukken van de printplaat. Voldaan EA03.11 M (must)

 Opstellen van een

mogelijke opbouwstructuur voor het display.

Voldaan

EA03.12 C (could)

 De opbouw structuur volledig opnemen in de software van het Wachendorff display. Begin aan gemaakt (demo) EA03.13 M (must)  Opstellen van documentatie voor de gegevens en specificaties van de CAN-bus berichten welke gebruikt worden in de demo.

Voldaan

EA03.14 M

(must)

 Documentatie/handleiding van het omgaan met het software pakket van CoDeSys en Projectortool (het realiseren van de software voor in de STW-controller en het

Wachendorff display).

Voldaan

EA03.1 Functies en regelstrategieën voor de controller.

Om de programmering van de controller te vergemakkelijken zijn de functies en regelstrategieën die de controller moet gaan realiseren uitgewerkt. Het betreffende document is opgenomen in bijlage 4.

(19)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 19 of 33 EA03.2 Opbouwstructuur.

Het afstudeerproject bevat diverse documenten. Om voor een goed overzicht te zorgen worden de documenten van documentnummering voorzien. Deze zijn opgedeeld in de volgende groepen en documenten.

Groep 1: Officiële afstudeerproject verslagen. 1.0.1 Plan van aanpak 1.1.1 Pakket van eisen 1.2.1 Afstudeereindrapport 1.3.1 Onderzoeksverslag

1.4.1 Uitgebreide samenvatting afstudeerproject (school) 1.5.1 Poster (school)

Groep 2: Opbouw huidig elektrisch systeem.

2.0.1 Elektrische schema HeroW 2012

2.1.** Diverse gemaakte deelschema’s van het huidige elektrische systeem 2.2.** Diverse kabelboom en printplaat tekeningen

2.3.1 Kostenoverzicht huidig elektrische systeem Groep 3: Mogelijkheden nieuw elektrische systeem.

3.1.0 schematisch overzicht systeemopbouw 1 3.1.1 grafisch overzicht systeemopbouw 1 3.2.0 schematisch overzicht systeemopbouw 2 3.2.1 grafisch overzicht systeemopbouw 2 3.3.0 schematisch overzicht systeemopbouw 3 3.3.1 grafisch overzicht systeemopbouw 3 3.4.0 schematisch overzicht systeemopbouw 4 3.4.1 grafisch overzicht systeemopbouw 4 Groep 4: Opbouw elektrisch systeem.

4.0.1 Handleiding 4.1.1 Componenten overzicht 4.2.** Elektrische schema’s 4.3.** Stekkers 4.4.** Specificaties componenten 4.4.5 Kabelnummer overzicht

(20)

Om voor een goed overzicht te zorgen is er een document opgesteld voor de opbouw van het elektrische systeem (groep 4). Dit document is opgebouwd uit diverse delen:

 4.0.1 Handleiding

Deze wordt verder toegelicht onder afstudeerproject eis “EA03.3”

 4.1.1. Component overzicht

In dit document zijn de verschillende componenten opgedeeld in diverse groepen waarbij elke groep en component zijn eigen code bezit. In het gegeven voorbeeld (tabel 1) staat de “A” voor de groep “controller / print / instrument” het nummer “002” is het specifieke componentnummer voor de “Deutz controller”.

In de derde kolom staat het stekkernummer welke verbonden is met het betreffende component. De specificaties van deze stekker zijn weer terug te vinden in document “4.3.** stekkers”

In de vierde kolom wordt een overzicht weergegeven op welke deelschema’s het betreffende component betrekking heeft. Deze kolom biedt inzicht in diverse onderlinge relaties tussen diverse deelsystemen, omdat de schema’s in delen weergegeven worden zijn de onderlinge verbindingen minder goed zichtbaar.

Nummer Omschrijving Verbinding Betrekking op schakelschema's

A 002 Deutz controller (EMR)

A 003 Deutz startbeveiliging X… 14

A 004 Deutz display

A 005 Poclain Easy Drive controller (ED) X… 6, 14

A 006 ICCS controller (PLC regeling) X… 6, 14

A 007 Hardi controlbox

A 008 Hardi verlichting control box X… 4, 5, 6, 10, 8

A 009 Vulmeter display

A 010 Printplaat Rijwerk 01 X… 4, 14

A 011 Printplaat Rijwerk 02 X… 4, 14

A 012 Controle display (cIA) X… 4

Tabel 1 Fragment uit document “4.1.1. Component overzicht”  4.2.** Elektrische schema’s.

In dit document zijn de elektrische deelsystemen uitgewerkt. Deze worden nader toegelicht in afstudeerproject eis “EA03.4”.

 4.3.** Stekkers.

In dit document zijn de specifieke gegevens voor de stekkerverbindingen weergegeven. Hierin worden de volgende gegevens opgenomen (zie tabel 2):

o Stekkerbezetting o Verbinding naar

o Kabelkleur , lengte en –dikte o E.v.t opmerkingen

(21)

Stekker nummer X101 TRAFFIC MODUUL

Van Naar Kleur Lengte Opmerkingen print

X101 1 X005-K RD075 250 FUSE 113 CAB30+ BATT RADIO

X101 2 X004-N BN075 260 KOPLAMP DIMLICHT

3

X101 4 BATT 30+ RD150 200 NAAR BATT 30+ OP PRINT

X101 5 X004-R BN075 260 VERLICHTING SCHAK. 58

6

7

X101 8 X004-P BN075 260 KOPLAMP GROOT LICHT

X101 9 X019 ZW150 1000 VERLICHTING KOELUNIT 58L 10 X101 11 X1,14 BN075 430 PLC OUT 10 TRAP 12 13 14 X101 15 X019 ZW250 1000 VERLICHTING KOELUNIT WL

X101 16 ED05 + X3,16 ORG ORGINELE PH

X101 17 X002 BN075 350 TRAP

X101 18 X018 ZW150 700 VERLICHTING ACHTER 58R

(22)

Document type Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Date Juni 2013 Document No 1.2.1 Versie 02 Staat Ontwerp Page No 22 of 33  4.4.5 Kabelnummer overzicht.

Dit document (tabel 3) is opgesteld voor een overzicht en handhaving op de kabelnummering binnen het elektrische systeem van de HeroW. Dit Excel document wordt gevuld met de specifieke gegevens van een kabel en is voorzien van een aantal gemakkelijke functies. Ten eerste geeft het programma aan wanneer er een kabelnummer dubbel gebruikt wordt, door het grote aantal is een kans op een fout hierdoor te voorkomen. Ten tweede worden de kolommen voor de kleur en afkorting automatisch gevuld wanneer de kleurcode ingegeven wordt. In de kolom “kabeldikte” kun je op de betreffende cel klikken, waardoor er een pul-down menu verschijnt waaruit je de kabeldikte kunt kiezen.

Het document biedt ook de mogelijkheid om de kabels te sorteren op kleur en op dikte, wat voor structuur kan zorgen voor het bedrukken van de kabels. Voor deze werkzaamheden is het mogelijk om een uitdraai te maken van gelijke kabels waardoor de machine niet telkens opnieuw ingesteld hoeft te worden. In deze uitdraai worden de ingevoerde specificaties meegenomen. In het bestand kunnen de kabels door elkaar ingevoerd worden, in de andere tabbladen worden deze automatisch gesorteerd.

Bekabeling

Kabelnummer Kleurcode Kleur Afkorting Kabeldikte Lengte Opmerking 1 Opmerking 2

Schema

blad Stekkernummer A Stekkernummer B

W2005 02 wit ws 0,75

2 uitgangen X001-3 en A011

(ED7) 0V 14 A005 (ED15) X001-3

W2006 02 wit ws 0,75 2 aftakingen uit X001-3 0V 14 X001-3 B026 (0V)

W2007 02 wit ws 0,75 0V 14 X001-3 B027 (0V) W2008 02 wit ws 0,75 2 uitgangen naar X001-3 en X008-H 0V 14 A005 (ED15) X008-H W2009 03 groen gn 0,75 3 uitgangen naar

X001-V,X001-L, A011 (ED15) +5V 14 A005 (ED7) X001-V

W2010 03 groen gn 0,75

3 uitgangen naar

X001-V,X001-L, A011 (ED15) +5V 14 A005 (ED7) X001-L

W2011 03 groen gn 0,75 3 uitgangen naar X001-V,X001-L, X008-J +5V 14 A005 (ED7) X008-J W2012 03 groen gn 0,75 +5V 14 X001-V B027 (+5V) W2013 06 geel ge 0,75 signaal

pomphoeksensor 14 A005 (ED23) X001-J

(23)

EA03.3 Handleiding elektrische schema’s en bekabeling.

Voor het opstellen van elektrische schema’s en het gebruik van bekabeling is er een handleiding opgesteld zie bijlage 5 “4.0.1 Handleiding”. Dit document zorgt voor een vastgestelde en overzichtelijke opbouw van het elektrische systeem.

In deze handleiding is ook een kolom toegevoegd voor de bepaling van de te gebruiken kabeldikte. Een belangrijke factor voor het bepalen van een te gebruiken kabeldikte is de spanningsval welke over de kabel komt te staan. Voor de bekabeling van een sensor of een nauwkeurige actuator weegt deze factor zwaar om deze componenten van een correcte werking te kunnen voorzien.

Wanneer we stroom door een draad laten lopen zal deze van de draad weerstand ondervinden. Daardoor ontstaat dan tevens een spanningsverlies. Hoeveel weerstand de stroom ondervindt is afhankelijk van het soort materiaal. Ieder materiaal bezit een eigen weerstand, de zogenaamde soortelijke weerstand. Dit is een constante waarde die voor bijvoorbeeld koper 1,67x10-8 (Ω∙m) bedraagt. Wanneer we de precieze weerstand van een kabel van een bepaalde lengte en dikte willen weten, moeten we de waarde van de soortelijke weerstand vermenigvuldigen met de lengte van een kabel (in meters) en delen met de doorsnede (in m2_).

Voorbeeld

Een koperen draad heeft een lengte van 5 meter en een dikte van 1 mm2, dan is de weerstand in die draad (5 x 1,67x10-8)/ 1x10-6 = 0,0835 Ω.

Om het spanningsverlies te kunnen bepalen moeten we gebruik maken van een formule, de zogenaamde Wet van Ohm. De Wet van Ohm luidt als volgt: U = I x R. Bij een stroom van 8 Ampère is het spanningsverlies 8 x 0,0835 = 0,7 Volt.

Er zijn twee vuistregels opgesteld waarin beschreven is dat de gebruikte kabel dikte (mm2) keer 8 of 6 de maximale stroom (A) door de kabel bepaald. De factor 6 wordt gebruikt voor bekabeling voor een sensor of een nauwkeurige actuator. De factor 8 is goed voor bijvoorbeeld verlichting functies. Wanneer we deze vuistregels doorrekenen voor de factor 8 dan komen we op een spanningsval van 0,7V voor een kabellengte van 5m en 0,33V voor 2,5m. Voor de factor 6 komen we uit op 0,5V voor een kabellengte van 5m en 0,25 voor 2,5m. In de kabeldikte keuzetabel (tabel 4) staan deze stroom waardes uitgewerkt tegenover de bijbehorende kabeldiktes.

Aangezien de waarden voor deze spanningsval reëel zijn kan deze vuistregel gebruikt worden. De spanningsvallen zijn berekend bij de maximale stroom, als de stroom kleiner is, is de spanningsval kleiner.

Factor 8 Factor 6

Kabeldikte Amperage Kabeldikte Amperage

0,5 4 0,5 3 0,75 6 0,75 4,5 1,0 8 1,0 6 1,5 12 1,5 9 2,5 20 2,5 15 16,0 ₁₂₈ 16,0 ₉₆ 70,0 ₅₆₀ 70,0 ₄₂₀

spanningsval over kabel = 0,7 V 5m spanningsval over kabel = 0,5 V 5m spanningsval over kabel = 0,33 V 2,5m spanningsval over kabel = 0,25 V 2,5m

(24)

EA03.4 Elektrische schema’s.

Een aantal elektrische deelschema’s van het nieuwe elektrische systeem zijn uitgewerkt, twee van deze schema’s zijn toegevoegd in bijlage 6. Deelschema’s bieden in een beknopte weergave een overzichtelijke manier van de elektrische opbouw van een deelsysteem. Deze schema’s zijn uitermate handig bij het opsporen van een storing aan de machine.

De deelschema’s zijn voorzien van een omkader (figuur 6). Hierin staan belangrijke gegevens weergegeven wat voor duidelijkheid zorgt over de gebruikte versie van het betreffende deelschema. In de elektrische schema’s worden alle componenten voorzien van een nummer. Deze zijn terug te vinden in document 4. In de beschrijving van eis EA03.2 is de inhoud van dit document toegelicht.

Document naam: Elektrische deelschema Deelsysteem: Spoorbreedte verstelling Model: HeroW WH2014 Gemaakt door: Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Date 5-6-2013 Document No 4.2.15 Functienr. 15 Versie 01 Formaat A3 Staat Ontwerp Page No 24 of 33 Figuur 6 Kader elektrisch schema

EA03.6 Kabeloverzicht.

Zie punt “4.4.5 kabeloverzicht “welke beschreven is in eis EA 03.2.

EA03.7 Elektrisch schema voor printplaat ontwerpen.

Verschillende klanten hebben aangegeven dat ze graag een voetrempedaal in hun HeroW ingebouwd willen hebben. Deze moet de mogelijkheid bieden om de machine af te remmen door gebruik van de rijhendel en/of van het rempedaal. Voor deze aanpassing moet er een elektrisch rempedaal ingebouwd worden welke een signaal naar de rijregeling controller kan sturen. Hiervoor is echter een analoge ingang vereist op de Poclain-controller. Aangezien deze ingangen allen in gebruik zijn, is de aanpassing niet gemakkelijk te realiseren. Er is al verschillende keren overleg geweest met Poclain om de controller aan te passen, hierbij wilden zij wel meewerken maar konden geen duidelijkheid geven over de termijn.

Om aan de wensen van klanten te kunnen voldoen is er binnen Widontec bekeken wat voor mogelijkheden er zijn om het op een andere manier te realiseren. Er is besloten om de speedlimitter functie uit te Poclain-controller te halen en deze buiten de controller te realiseren. Dit zou ervoor zorgen dat er een analoge ingang vrij zou komen op de Poclain controller voor het elektrische rempedaal.

Om de functie van de speedlimitter te realiseren heeft de afstudeerder een elektrische schakeling ontworpen en uitgewerkt, zie hiervoor (bijlage 7). Deze schakeling wordt opgenomen tussen de verbinding van het signaal van de rijhendel en de Poclain controller, waardoor de speedlimitter functie buiten de controller gerealiseerd wordt.

In het nieuw te ontwikkelen elektrisch systeem wordt geprobeerd deze functie te realiseren in de STW-controller. De werking van de print is goed en betrouwbaar, maar omdat een print toch een gevoelig onderdeel blijft voor storingen gaat de voorkeur uit om deze in een controller te realiseren.

(25)

EA03.8 Testen schakeling.

De ontworpen schakeling is nagebouwd op een testprintje. In eerste instantie heeft de afstudeerder de schakeling getest met behulp van een regelbare voeding en vervolgens is de rijhendel gemonteerd op de ingang van de schakeling. De werking was correct.

Uiteindelijk is het testprintje ingebouwd in een machine en hierop getest. De werking van de print voldeed aan de gestelde eisen.

Vervolgens heeft de afstudeerder een printje gemaakt op school, deze is ingebouwd in een machine voor een “echte” veldtest. Er zijn geen problemen of klachten ontstaan, de schakeling heeft voor een goede oplossing gezorgd.

De print is intussen al in meerdere machines ingebouwd. EA03.9 Ontwerpen printplaat.

De ontworpen schakeling is uitgewerkt in het programma “Multisim-Ultiboard” van National Instruments. In dit programma is een printplaat tot in detail te ontwerpen en uit te werken, het biedt ook de mogelijkheid om het ontwerp te testen. Hierbij is nauwlettend gelet op de dikte van de banen en de grote van de peds. Uiteindelijk levert dit een ets-bestand op waarmee de print te produceren is. De afstudeerder heeft de print op school gemaakt bij de Elektro afdeling.

Figuur 6 Ontworpen printplaat in Multisim-Ultiboard

Bron: Eigengemaakte print en http://xtronic.org/download/ni-multisim-11-professional/

EA03.10 Bestukken printplaat.

De ge-etste printplaat werd op school voorzien van de benodigde boorgaten. Vervolgens zijn de betreffende componenten en aansluitkabels op de printplaat gesoldeerd. Om de print te beschermen is deze in een doosje geplaatst en volledig ingegoten met tweecomponenten hars. Uit het doosje komen twee kabelbomen waarmee deze aangesloten kan worden op de machine.

Door de compacte bouw van het component is deze ingebouwd in de joystickpaneel van de huidige machine.

(26)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 26 of 33 Figuur 7 Ontwikkeld printje

Bron: Foto van eigen gemaakte print

EA03.11 Configuratie display.

Ter verbetering van het bedieningsgemak en de functionele uitstraling wordt er een display opgenomen in de nieuwe elektrische systeemopbouw. Het nieuwe display combineert de huidige displays in één. Dit display wordt gebruikt voor de weergave van:

 beeld van de achteruitrijcamera

 informatie over de verbrandingsmotor

 informatie over de rijaandrijving

 informatie over de bedieningsfuncties van de machine

 bedieningsfuncties

 controlelampjes

 foutmeldingen/foutcodes

 diagnosescherm, weergeven van systeemparameters

Om al deze parameters duidelijk te kunnen weergeven moet er de nodige aandacht besteed worden aan de opzet van de opbouwstructuur voor het display. Een mogelijke opbouwstructuur is uitgewerkt in bijlage 8.

EA03.12 Programmering Wachendorff display.

Er is een opzet gemaakt voor de configuratie van het display. Deze is geconfigureerd voor de uitvoering van de demo.

EA03.13 CAN-bus specificaties.

Op bijgevoegde cd-rom is een bestand toegevoegd waarin de gebruikte gegevens en specificaties van de CAN-bus berichten weergegeven worden.

EA03.14

Op bijgevoegde cd-rom is een document toegevoegd wat zorgt voor een documentatie/handleiding van het omgaan met het software pakket van CoDeSys en Projectortool.

(27)

5.4 Eisen afstudeeropdracht Fase 4

acceptatiecriteria

Status

EA04.1 M

(must)

Maken van een demo. Aantonen dat de afstudeerder de competenties bezit voor het realiseren van communicatie over een CAN-bus systeem en het programmeren van een controller.

Met de demo wordt het volgende aangetoond:

 Dat het Wachendorff display met de STW-controller kan

communiceren over de CAN-bus.

(Hiermee wordt aangetoond dat een bedieningsfunctie vanuit het display via de CAN-bus een ingang realiseert in de STW-controller welke hierop een fysieke uitgang naar buiten brengt. Er wordt ook aangetoond dat een aangeboden signaal op een fysieke ingang via de STW-controller kan worden weergegeven op het Wachendorff display via de CAN-bus.)

Voldaan

EA04.2 S

(should)

 Een werkende controle functie op een uitgang van de STW-controller. Waarbij een melding op het display wordt weergegeven wanneer de uitgang een open-circuit bevat of de stroom te hoog oploopt.

Voldaan

EA04.3 S

(should)

 Het Wachendorff display waardes kan weergeven vanuit bijvoorbeeld de EMR van Deutz via de CAN-bus.

(28)

Voor de demo heeft de afstudeerder een paneel (figuur 8) uitgetekend in Solid Works en deze laten laseren en zetten. Vervolgens heeft hij het paneel voorzien van de benodigde componenten en bekabeling. Het paneel is uitgebreider uitgevoerd zodat deze in een later stadium ook breed in te zetten is voor testen in verdere programmering van een machine.

(29)

Het demo paneel.

Het paneel is uitgevoerd met:

 Hoofdschakelaar

 Contactschakelaar

 Aansluiting voor constant voeding (30), geschakelde voeding (15) en massa (31).

 4 CAN-bus aansluitingen (2 voor iedere CAN-bus). Er is één schakelaar gemonteerd voor iedere CAN-bus waarmee een afsluitweerstand van 120Ω tussen de CAN-L en CAN-H in- en uitschakelt kan worden.

 Wachendorff display met bedieningsknoppen. o 4 analoge/digitale ingangen

o 3 digitale uitgangen

o USB- aansluiting (voorzijde op display)

 STW controller

o 4 PWM/digitale uitgangen

o 4 PWM/digitale uitgangen, iedere uitgang is aangesloten aan een 3 standen schakelaar hierdoor is de uitgang te verbinden met een lampje (op het paneel), aan een weerstand of een open circuit. Dit bied mogelijkheden voor het testen van een controleregeling op de betreffende uitgangen.

o 4 digitale uitgangen

o 4 digitale/frequentie ingangen o 4 analoge ingangen

o 2 analoge ingangen voorzien van een potentiometer

o 4 digitale ingangen voorzien van een schakelaar, waarvan 2 massa geschakeld en 2 plus geschakeld.

Door de brede toepassingen van het paneel is deze goed te gebruiken voor de ontwikkeling en testing van de software voor de machine. Diverse actuatoren en sensoren kunnen aangesloten worden op de contacten welke zijn opgenomen op het paneel om de werking van de software te controleren en te optimaliseren. Niet alle uit- en ingangen van de controller zijn opgenomen op het paneel, omdat door een eenvoudige aanpassing in de software de bezettingen gemakkelijk aan te passen zijn. Het systeem kan in delen ontwikkeld en getest worden.

Software ontwikkeling.

Bij de aanschaf van het software pakket “Projectortool” voor de programmering van het Wachendorff display werd een cursusdag aangeboden bij de fabrikant Wachendorff in Duitsland. De leverancier heeft ons uitgenodigd om ons een dag mee op gang te helpen voor het ontwikkelen van de software voor de STW controller in CoDeSys. Beide cursussen heeft de afstudeerder samen met een collega gevolgd. De collega betreft een jonge monteur binnen Widontec met PLC-programmering ervaring. Beide zijn onbekend met het programma CoDeSys en de benodigde implementatie taal voor de software. Aangezien de interesses van deze jongen ook bij de elektronica liggen en hij geen kennis had van CAN-bus stelde zijn baas voor om mee te kijken/helpen en ervaring/kennis op te doen.

Uiteindelijk is de software voor de demo door de afstudeerder in samenwerking met de collega ontwikkeld. Hierbij hebben ze veel profijt gehad van de kennis welke zij hebben mogen opdoen bij beide cursussen. Ze zijn tegen verschillende problemen aangelopen welke zijn verholpen middels de informatie uit de helpfiles binnen CoDeSys, documentatie van STW en Wachendorff en van de supportafdeling van de leverancier. De probleempunten waren hoofdzakelijk foutieve of onbekende specifieke implementaties welke opgenomen moesten worden in de software voor zowel het display als de controller.

(30)

Document naam Afstudeereindverslag Auteur Martijn Tielemans Bedrijf Widontec Datum Juni 2013 Document nr. 1.2.1 Versie 02 Staat Definitief Pagina nr. 30 of 33 EA04.1 Demo

In de demo wordt aangetoond dat er een werkende CAN communicatie is opgebouwd tussen het Wachendorff display en de STW-controller. De demo toont aan dat een bedieningsfunctie vanuit het display over de CAN-bus verzonden wordt naar de STW-controller welke hierop een fysieke uitgang naar buiten brengt. Er wordt ook aangetoond dat een aangeboden signaal op een fysieke ingang op de STW-controller verzonden kan worden over de CAN-bus, welke ontvangen, geïmplementeerd en weergegeven kan worden door het Wachendorff display.

De volgende functies zijn opgenomen in de demo (voor de uitwerking in CoDeSys zie bijlage 9):

 Implementatie CAN-berichten voor verzenden en ontvangen.

 Brandstoftankmeter (analoge ingang)

Weergeven van de huidige inhoud van de brandstoftank. Aangezien het vloeistofniveau nogal zal schommelen door de bedrijfssituaties van de machine zal het binnenkomende sensorsignaal geen constante waarde afgegeven. Om een betrouwbare en geloofwaardige tankmeter te realiseren in het display wordt het signaal bewerkt in de controller.

 Spoorbreedteverstelling

Optioneel kan de HeroW worden uitgevoerd met variabele hydraulische spoorverstelling. Deze functie maakt twee mogelijkheden van de spoorbreedte mogelijk zoals bijvoorbeeld 1,50 meter in het veld en 1,80 meter op de weg voor meer stabiliteit en voor bijvoorbeeld gebruik in variërende rijculturen.

EA04.2 Implementatie van een controle functie.

In de demo wordt een werkende controle functie geïmplementeerd op een uitgang van de STW-controller. Hierin wordt een melding op het display weergegeven wanneer de uitgang een open-circuit bevat of de stroom te hoog oploopt. De uitwerking van deze functie in CoDeSys is toegevoegd in bijlage 9.

EA04.3 Visualiseren van motorparameters.

De ontwikkelde software voor het Wachendorff display kan de CAN-berichten vanuit de EMR van Deutz ontvangen, implementeren en visualiseren.

In het display wordt het motortoerental en –urenstand altijd weergegeven. Onder een knop is een lijst van motorparameters op te vragen en in te zien. De volgende parameters zijn hierin opgenomen:

- Motortoerental - Brandstofverbruik - Voedingspanning - Motoroliedruk - Turbodruk - Drukverschil luchtfilter - Inlaatluchttemperatuur - Brandstoftemperatuur - Brandstofdruk

(31)

6 Conclusies en aanbevelingen

Het afstudeerproject is uitgevoerd, omdat Widontec plannen heeft om een universele machine opbouw te realiseren welke zij breed kunnen inzetten om verschillende machines van te bouwen. Daarbij waren de voornemens om het elektrische systeem van deze machine sterk te verbeteren op de onderstaande punten:

 Besparing op productiekosten met 60% aan arbeidskosten en 0-20% aan materiaal en onderdelen.

 Universele toepassingen mogelijk maken van het systeem zodat deze multifunctioneel te gebruiken is.

 Bedieningsgemak en functionele uitstraling vergroten.

 Storingsgevoeligheid verkleinen door de betrouwbaarheid te vergroten.

 Storing zoeken vergemakkelijken en repareren vanuit vervangingsdelen mogelijk maken. Om bovenstaande punten te realiseren is er in het begin van het afstudeerproject een bestand opgesteld waarin de functies, de opbouw en de kosten van het huidige systeem uitgewerkt en vastgelegd zijn. Hieruit kwam sterk naar voren dat de hoge productiekosten tot stand komen door de vele manuren en de kosten voor het grote aantal elektrische componenten. Doordat het huidige elektrische systeem complex en onoverzichtelijk opgebouwd is zorgt dit voor vele manuren in de productie. Het elektrische systeem is voorzien van diverse losse bedieningselementen, flinke kabelbomen met een groot aantal stekker verbindingen en met een specifieke en complexe elektrokast.

Wijzigingen op deze punten moeten resulteren in een universeel, betrouwbaar, en veelzijdig functioneel systeem met een verbetering van het bedieningsgemak en een reducering van de productiekosten. Hiervoor is een onderzoek uitgevoerd naar technische mogelijkheden om aan de opgestelde eisen te voldoen. Hierin worden interessante leveranciers met de te leveren producten vergeleken. Door de voor en tegens van de producten en leveranciers tegen elkaar uit te zetten is er een advies uitgebracht voor een systeemopbouw welke opgebouwd is uit de hoofdcomponenten van STW (controller) en Wachendorff (display). Voor deze systeemopbouw is uiteindelijk ook gekozen. Een van de krachtigste punten van de betreffende leverancier is de supportafdeling voor beide producten. Aangezien er de nodige communicatie gerealiseerd moet worden tussen beide componenten is het grote voordeel dat je voor support terecht kunt bij één leverancier.

De nieuwe systeemopbouw

De opbouw biedt een oplossing voor de opgestelde doelen. Deze resulteert in een geprognotiseerde besparing van 36% op de totale kosten, onderverdeeld in een besparing van 70% aan arbeids- en 6% aan materiaalkosten.

Het gebruik van de hoofdcomponenten maken universele toepassingen mogelijk van het elektrische systeem. De functies en regelingen van de controller zijn in het hele gebied aan te passen van het binnenkomende signaal tot de uiteindelijke uitgang. De uitgangen van een controller kunnen direct actuatoren aan sturen, door software aanpassingen zijn deze volledig aan te passen op inhoud en functionaliteit. Het gebruik van een display met bedieningsfuncties zou een universeel toepasbaar bedieningspaneel kunnen realiseren wat ook bijdraagt aan de verbetering van het bedieningsgemak en de functionele uitstraling van de machine.

(32)

Onderlinge communicatie tussen afzonderlijke intelligente units wordt gerealiseerd door gebruik van CAN-bus. Door berichten gevuld met data op een bus te plaatsen kunnen alle componenten, welke hierop aangesloten zijn, berichten van deze bus halen of hierop plaatsen.

Controllers garanderen een hoge betrouwbaarheid en beschikbaarheid van de machine door te voldoen aan de benodigde veiligheidsbetrekkingen voor mobile machines. Deze kan de ingangsspanningen en -stromen controleren op een kabelbreuk of kortsluiting en kan de uitgangsstromen meten. De waarden van de stroommetingen en variabelen in de controller kunnen verzonden worden via de CAN-bus. Deze parameters worden geïmplementeerd in het display welke deze kan weergeven in een oproepbare parameterlijst voor storingsdiagnose. In de controller is een regeling aangebracht welke de uitgangen controleert. Bij afwijken van de betreffende uitgangen worden deze geblokkeerd en wordt er een foutcode naar het display verzonden. Deze functies bieden de mogelijkheid om in een beperkte tijd beeld te krijgen van diverse parameters, wat gunstig is op het gebied van het lokaliseren van een storing. Omdat deze functies ingebouwd zijn in de machine is een klant vanuit afstand van gerichte support te voorzien wat eraan bijdraagt dat de machine weer zo snel mogelijk naar behoren kan functioneren.

Om storing zoeken te vergemakkelijken is er een document opgesteld wat voor overzicht zorgt op de opbouw van het elektrische systeem zodat elektrische deelschema’s, componenten en kabelnummers geordend terug te vinden zijn.

In de laatste stap van het project is er een demo uitgewerkt waarbij aangetoond wordt dat het opzetten van een CAN-netwerk gelukt is. In deze demo wordt via de CAN-bus gecommuniceerd tussen het display, EMR van Deutz en de STW-controller. In de demo is ook een controlefunctie uitgewerkt op een uitgang van de STW-controller.

Toekomst

Door het gebruik van de gekozen componenten kan de machine de toekomst in. De opbouw biedt vele mogelijkheden die in de toekomst te realiseren zijn. De programmering van de controller gebeurd met het programma CoDeSys. Het is een programma wat door vele leveranciers ondersteund wordt, waardoor verschillende producten te gebruiken zijn van diverse leveranciers. CoDeSys is een complex programma en zal de nodige tijd kosten om hiermee voorruit te kunnen maar biedt vele mogelijkheden, ook voor de toekomst. Aangezien de controller een grote rekencapaciteit biedt zou een complexe regeling te realiseren zijn. Hierdoor zou de hydraulische rijregeling geïmplementeerd kunnen worden in één gezamenlijke controller. Hierdoor zou de Poclain controller in de toekomst kunnen vervallen. Dit zou voor een volledige vrijheid zorgen voor de opbouw van de machine zoals o.a. de keuze voor de hydrauliekpomp en rijmotoren. De controller biedt de mogelijkheid voor PWM-uitgangen. Hierdoor zouden in de toekomst proportionele hydraulische functies gerealiseerd kunnen worden. Hierdoor kan het hydraulische systeem uitgevoerd worden met load-sensing.