Motion Control & Drive Technologies
Doelstelling van het project
Hoe maak je de opleiding tot industrieel ingenieur aantrekkelijker, én zorg je ervoor dat afgestudeerden beter voorbereid zijn op de realiteit van het werkveld? Door studenten te laten werken en experimenteren met oplossingen die professionals elke dag gebruiken natuurlijk. Op de Campus De Nayer bouwt KU Leuven daarom een compleet laboratorium voor Advanced motion control. Dit is gebaseerd op Siemens componenten en gerealiseerd door en voor studenten industrieel ingenieur.
Opbouw van de toepassing
“We speelden al lang met het idee om iets te bouwen waarin zoveel mogelijk functionaliteit geïntegreerd kan worden op het gebied van automatisering en functional safety”, aldus dr. ir. Michel Van Dessel, expert in elektrische aandrijvingen en automatisering, in functie als docent aan de Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen van de KU Leuven. “Ons doel was dan ook om een volledig functionele opstelling met een geïnverteerde pendelstaaf, gemonteerd op een slede, te bouwen. Die laat immers toe om te experimenteren met ‘echte’ bewegingen, en geeft bovendien duidelijk het belang van de veiligheidsfuncties aan.” Dit idee kwam tot stand in samenwerking met collega ing. Wouter Sas, assistent elektriciteit en automatisering op Campus De Nayer van de KU Leuven.
De gerealiseerde opstelling bestaat uit een lineaire PM synchrone motor die wordt aangedreven door een Sinamics S120 servodrive met als control unit de CU310-2 PN, en een Simatic ET 200SP I/O systeem op basis van een Simatic CPU 1515SP PC2 F Open controller met geïntegreerde HMI-functionaliteit (Human Machine Interface). Het softwarepakket Totally Integrated Automation Portal brengt hardware en software samen tot een werkend geheel.
De Simatic CPU met Open controller functionaliteit kan naast de conventionele PLC-programmablokken ook andere code uitvoeren, zoals gecompileerde MATLAB-Simulink code. “Op die manier kunnen we gevorderde regeltechniek op basis van full-state feedback modeling toepassen op de positieregeling van de slede en de gemonteerde pendelstaaf”, legt projectleider dr.ir. Michel Van Dessel uit. “Die kan gebruikt worden voor zowel de modellering van de stabilisatie van een slingerbeweging bij kranen, als voor het controleren van een geïnverteerde pendelstaaf.”
Voor de basisfunctionaliteit 'motion control' van de slede – zonder rekening te houden met het gedrag van de pendelstaaf – maakt de door KU Leuven Campus De Nayer gebouwde opstelling gebruik van Technologie Objecten in TIA Portal. De veiligheidsaspecten van de opstelling worden beheerd door de Safety Integrated-functionaliteiten in zowel de controller als de drive, en zijn geconfigureerd in TIA Portal.
Voordelen van de toepassing
Gedurende de academiejaren 2019-2020 en 2020-2021 werkten studenten in hun masterproef aan het mechanisch en elektrisch ontwerp, het schrijven van het PLC-programma met inbegrip van de HMI, de mechanische en elektrische opbouw, en tot slot de configuratie en ingebruikname van de opstelling onder begeleiding van de projectleider. De eerste volledige – en verplaatsbare – labo-opstelling wordt intussen afgewerkt en geoptimaliseerd, en zal vanaf volgend academiejaar ook in de praktijklessen ingezet kunnen worden. Een ander studententeam bouwt intussen al aan twee identieke opstellingen. Op die manier wordt op Campus De Nayer een volledig uitgerust laboratorium voor Advanced motion control opgebouwd. Dit zal ingezet worden in de opleiding industrieel ingenieur Elektromechanica, in de optie Automatisering en mechatronica. KU Leuven Campus De Nayer koos specifiek voor de performante Sinamics S120 servodrive, omdat deze de nauwkeurigheid en precisie heeft om een lineaire slede met daarop een geïnverteerde pendelstaaf aan te sturen. Daarnaast is de drive flexibel genoeg om ook andere educatieve scenario’s uit te werken. Toegang tot dergelijke technologie is voor studenten industrieel ingenieur van onschatbare waarde. “Ze leren niet alleen werken met de meest recente technologie, maar doen ook hands-on ervaring op met de inbedrijfname en programmering van een reële opstelling – niet enkel een PLC. Bovendien kunnen ze zo ook de veiligheidsfuncties uitgebreid testen, en verzekeren ze zo ook hun eigen marktpositie in de machinebouw.”
Meer over KU Leuven Campus De Nayer
De Faculteit Industriële Ingenieurswetenschappen van KU Leuven bestaat uit 7 campussen. Op Campus De Nayer, in Sint-Katelijne-Waver, vind je naast meer dan 10.000 m2 aan labo’s, groene buitenruimte en geavanceerde technologie ook de meest gedreven experten in hun vakgebied. Deze docenten brengen de meest recente inzichten naar hun lessen, en stomen de industrieel ingenieurs van morgen klaar voor een succesvolle toekomst in een wereld in verandering.
KU Leuven, Campus De Nayer
Jan Pieter de Nayerlaan 5 - 2860 Sint-Katelijne-Waver
tel. + 32 15 68 81 63 - e-mail: michel.vandessel@kuleuven.be
dr.ir. Michel Van Dessel
KU Leuven, Campus De Nayer
2860
https://www.linkedin.com/posts/activity-6849446068262969345-ifZT
