Case study: Integrated Motion Controller bestuurt beitslijn

Huwa Pipeline Products in Sint-Oedenrode heeft in augustus 2021 een geautomatiseerde beitslijn in gebruik genomen. Op de lijn worden gelaste roestvast stalen onderdelen voor reparatieklemmen gebeitst en gereinigd. Het proces is ontwikkeld in samenwerking met Hellings Machinebouw in Sint-Oedenrode, met ondersteuning door Van Egmond Groep en Danfoss.
Huwa is onderdeel van United Pipeline Products dat in 2010 ontstond door het samengaan van zes bedrijven. Huwa, Romacon en Gekave houden zich bezig met de productie en verkoop van reparatieklemmen voor gas- en waterleidingen buitenshuis. De andere drie BV's binnen de groep leveren complementaire producten. "Wij willen totaalleveranciers zijn op het gebied van koppelen en repareren van leidingen, in zowel gas-, water- als petrochemische industrie. Ook voeren we producten voor leidinginstallaties in de scheepvaart", aldus Twan van Heesch, directeur van de groep.

Veel leidingen liggen jaren in de grond en vele gaan op zeker moment lekken, bijvoorbeeld door verzakking, graafwerkzaamheden of wortels van bomen. Eén oplossing is de leiding uit de grond halen en vervangen. Een betere en goedkopere methode is om de leiding ter plaatse lekvrij te maken met reparatieklemmen; een soort pleister voor een leiding. Er zijn klemmen voor asbestcement, gietijzer, staal of een kunststof, voor water, riolering of gas.

Huwa Pipeline Products maakt onder meer klemmen uit roestvast staal. De onderdelen daarvan worden gelast, maar lassen benadeelt de eigenschappen van het staal. Beitsen is een goede methode om die eigenschappen te herstellen. Hiertoe wordt het metaal een bepaalde tijd ondergedompeld in een bad met salpeterzuur en vervolgens gereinigd. Toen de groep in 2010 het huidige pand betrok, werd een eigen beitslijn in gebruik genomen.

Salpeterzuur is geen fijne vloeistof, weet ook Van Heesch. "Het is geen fijne ruimte om in te werken. Na twee jaar hebben we de ruimte laten verbouwen en een ultrasone spoelbak laten installeren. Daardoor hoefden mijn medewerkers niet meer zo vaak in speciale kleding die ruimte in. Maar je wilt eigenlijk überhaupt niet dat daar mensen werken. Drie jaar geleden besloten we het proces te vervangen. De arbeidsomstandigheden pasten niet meer bij de huidige tijd. Bovendien werd de beitslijn steeds meer de bottleneck in de productie, door krapte op de arbeidsmarkt en het inmiddels gestarte LEAN traject.

Wereldwijd groeit het besef dat lekkende leidingen niet gewenst zijn. Daardoor groeien wij, maar moet er steeds meer roestvast staal door die ruimte heen."

Technisch adviseur Mark Saris van United Pipeline Products vult hem aan. "Wij lieten deze automatiseringsslag het liefst door een bedrijf uit de buurt doen. Hellings Machinebouw is hier op nog geen kilometer afstand gevestigd. We besteden over en weer wel eens wat uit en er zijn ook persoonlijke relaties. We hebben de situatie en mogelijke oplossingen met hen besproken en zijn samen aan de slag gegaan."

Erwin Dortmans is project engineer bij Hellings Machinebouw. "De technische inhoud van dit project sluit goed aan op de al bekende technieken welke we vaker toepassen voor oplossingen voor de voedingsmiddelenindustrie. Na het verkrijgen van deze opdracht hebben we het systeem doorgerekend. Denk hierbij aan de cyclustijden, de doorlooptijd en de benodigde capaciteit. Voor het positioneringstechnisch deel ben ik in gesprek gegaan met Van Egmond Groep, onze vaste leverancier voor elektrotechnische materialen. Voor elektrische aandrijvingen zijn we gestandaardiseerd op Danfoss frequentieregelaars. Na enig sparren en diepgang wat betreft de technische details zijn we bij Danfoss VLT® AutomationDrive FC 302 met Integrated Motion Controller terecht gekomen."

Het hoofdkantoor van Van Egmond Groep staat in Doetinchem, maar Hellings Machinebouw doet zaken met de vestiging in het nabij gelegen Veghel. Vestigingsmanager Hein Manders: "Wij zijn een elektrotechnische groothandel. We voeren zelf geen installaties uit, maar ondersteunen onze klanten wel met technisch advies en snelle levering. En als dat nodig is, zoals in deze applicatie, halen we de experts van Danfoss er bij."

De beitslijn is een besloten ruimte met beits- en spoelbaden en een bad dat ultrasoon reinigt. Er zijn vier beitsposities, twee spoelstappen en een ultrasoon bad, met als laatste stap een droger, alles in een lineaire opstelling. De doorlooptijd voor een korf met onderdelen door de beitslijn heen is twee uur. Het beitsproces zelf duurt een uur. De korven met onderdelen worden in en uit een bad getakeld met een portaalkraan met een X-as en een Y-as. Uiteindelijk komen de korven met gebeitste en gereinigde onderdelen uit de droger, waarna een kar de korf op het uitvoerpunt afzet. Vanaf hier worden de klemmen verder samengesteld in de montage. De horizontale en verticale beweging van de kraan wordt frequentiegeregeld. Het gehele proces wordt bestuurd door een Siemens S7-1200 PLC, die onder meer de Danfoss frequentieregelaars aanstuurt. Alle elektronica is ondergebracht in een compacte schakelkast buiten de beitsruimte.

William Vermij was als technisch specialist van Van Egmond Groep bij het project betrokken. "Voorheen zou Hellings Machinebouw dit met servotechniek doen, maar in dit geval was frequentieregeling van asynchrone draaistroommotoren een robuustere en prijstechnisch betere oplossing. De oplossing voldoet aan de eisen en is veel overzichtelijker voor degenen die met de lijn in bedrijf moeten werken. Ook qua service, onderhoud en aanpassing is dit eenvoudiger dan servotechniek."

Louis van der Kaaden is Partner support engineer bij Danfoss. "De drives zijn uitgevoerd met onze Integrated Motion Controller software. Die biedt niet de hoge dynamiek van een servobeweging, maar wel de gewenste snelheid en nauwkeurigheid voor deze toepassing." Zijn collega, Technical application specialist Michael Kannekens, vult hem aan. "Je kunt met Integrated Motion Controller een soortgelijke manier van aansturen als met servo realiseren. Je geeft de gewenste snelheid en positie op, waarna de drive een bewegingsprofiel berekent en de motoren aanstuurt. Dat doet hij met een hoge repeterende nauwkeurigheid dankzij terugkoppeling met een encoder. Het display op de besturingskast geeft de processtatus weer met de actuele posities."

Dortmans keek samen met zijn collega’s ook naar de mechanische aspecten van de beitslijn. Denk hierbij aan de bestandheid tegen beitsdampen en het aandrijfprincipe."

De installatie is net voor de zomervakantie van 2021 in bedrijf gesteld en draait sinds september 24/7. Softwarematig, met name wat betreft de cyclustijd en het afstemmen van bewegingen, bleek veel werk nodig, zegt Dortmans. "Er waren een aantal uitdagingen. In dit proces hebben we te maken met door elkaar lopende cyclustijden en achtereenvolgende bewegingen. In de voedingsmiddelenindustrie is het proces logischer; dat verloopt via actie-reactie."

Kannekens licht dat nader toe. "In de drive kunnen we snel een bewegingsprofiel berekenen en sturen dat naar de motoren. In principe zijn het lineaire bewegingen, maar we kunnen ook bepaalde profielen uitvoeren, bijvoorbeeld een mooie S-curve. Je moet natuurlijk rekening houden met de mechanische belasting (traagheid) en met spelingen bij het remmen. De PLC voert de gewenste beweging in in de regelaar en Integrated Motion Controller doet de rest."

Saris besluit: "in het begin hadden we wat aanloopprobleempjes. Sommige problemen moesten we zelf oplossen. Dit is een productiebedrijf, we hebben niet altijd tijd om een diepere oorzaak van problemen te achterhalen. Maar de ondersteuning van Hellings, Van Egmond Groep en Danfoss is top geweest. Als het echt nodig is, staat een engineer van Hellings in luttele minuten in de fabriek."

Tekst: Spijkers teksten
Foto's: Worcflow