Besturingssysteem Achtbaan
Werktuigbouwkunde
OPGESTELD DOOR
Naam: --
Student Nr.: --
Datum: 12-07-2022
Werktitel: Besturingstechniek
NCOI
HBO Bachelor Werktuigbouwkunde
, Voorwoord
Mijn naam is -----, student HBO werktuigbouwkunde en voor u ligt het verslag besturingssysteem
achtbaan horende bij de module Besturingstechniek.
De organisatie waarbij ik werkzaam ben is Zehnder, gelegen te Zwolle. Zehnder, vestiging Zwolle focust
zich op het bouwen van warmtewisselaars. Een warmtewisselaar zorgt voor een aangename lucht in huis
en dat de warmte zo goed mogelijk behouden blijft.
Deze opdracht wordt gemaakt voor de NCOI. Dit om aan te tonen dat ik kennis en kunde heb van de
besturingstechniek en dit zo kan toepassen in mijn studie hbo-werktuigbouwkunde. Daarnaast leert het
mij ook om kennis te vergaren van het aandrijven van een object welke verplaatst moet worden. Dit is
mede handig in een toekomstige werktuigbouwkundige functie.
Graag wil ik de NCOI bedanken voor het leveren van de module en deze opdracht. Daarnaast gaat mijn
dank naar de Zehnder welke mij heeft geholpen met advies voor deze opdracht. Als laatste dank ik de
docent Besturingstechniek Sijbrand Seine voor de lessen besturingstechniek.
Besturingssysteem Achtbaan
1 ---
, Samenvatting
Voor een opdracht vanuit de NCOI is Zehnder benaderd om een besturingssysteem te ontwerpen voor
een achtbaan. Zehnder welke zich hoofdzakelijk richt op het maken van klimaatsystemen voor
binnenruimtes heeft deze taak op zich genomen.
Om het besturingssysteem voor een achtbaan te maken moet er vanuit een ingenieur een oplossing
worden bedacht. Door te werk te gaan met de gestelde randvoorwaarden staan de eisen van de klant
vast. De NCOI heeft veel informatie verstrekt waarbij het hoofddoel is om een besturingssysteem te
bedenken waarbij een karretje omhoog wordt gebracht op een achtbaan. Met behulp van een slof en een
pal die vanuit het karretje in de slof valt is er een koppeling waarmee er gewerkt kan worden.
Allereerst moet er gekeken worden wat er voor normen, richtlijnen veiligheidsfactoren zijn. Voor de
ontwikkeling van een achtbaan in een binnenruimte gelden er een aantal regels waarvoor NEN-EN
normen zijn opgesteld. Veel van deze NEN-EN normen en andere wetgeving met betrekking tot de
veiligheid staat in het Warenbesluit attractie en speeltoestellen (WAS). Met deze kennis wordt er een
veiligheidsfactor gegeven waarmee gerekend kan worden. Dit betreft een veiligheidsfactor y=1,35. Deze
wordt dan ook toegepast bij de berekening.
Om het karretje omhoog te brengen is er een lier tussen de slof en de motor aangebracht. Deze motor
moet een bepaald vermogen aankunnen. Na een berekening volgt dat er motor nodig is die minimaal 623
kW aan moet kunnen. Met deze gegevens wordt er een tabel gebruikt om te bepalen welke elektromotor
hiervoor het best geschikt is. Dit komt uit op een AC 3-fase asynchroon Elektromotor.
Om de snelheid te regelen waarmee de motor het karretje omhoog brengt zit er een 3-fase
frequentieregelaar tussen. Dit is nodig omdat de elektromotor ook in een 3-fase uitvoering is. De
frequentieregelaar zorgt ervoor dat de snelheid hoger of lager wordt. De frequentieregelaar krijgt
feedback vanuit de PLC en is zodoende een Closed loop uitvoering.
Om te zorgen dat het systeem geregeld wordt is er gekozen voor een Programmable Logic Controller
(PLC). Deze controleert en verwerkt de informatie en stuurt systemen van het geheel aan.
De achtbaan is daarnaast uitgevoerd met een frictierem. Deze frictierem wordt geactiveerd of
gedeactiveerd met behulp van een actuator. De actuator werkt op basis van perslucht. Deze wordt door
een pneumatisch systeem op gang gebracht. Een luchtcompressor zorgt voor de juiste druk en zo wordt
de cilinder van de actuator in of uitgedrukt. Via een 5/3 ventiel wordt de luchtstroom geregeld.
Het systeem moet weten waar het karretje is en daarom moet er informatie worden geleverd aan de PLC.
Voor de locatie van het karretje is gekozen om op meerdere locaties sensoren te plaatsen. Deze
sensoren zijn inductieve benaderingsschakelaars. Deze registreren de locatie wanneer het magnetisch
Besturingssysteem Achtbaan
veld van de deze inductieve benaderingsschakelaars wordt veranderd omdat het karretje passeert.
Daarnaast zijn er reed-contacten, ook wel reedswitches die toegepast zijn bij de actuatoren. Doordat een
magneet het reed-contact activeert wordt er zo aan de PLC-informatie gegeven en zo weet de PLC dat
de frictierem in werking is.
Om te zorgen dat de PLC werkt wordt deze geprogrammeerd. Om dit te doen is er een functie-blok-
diagram opgesteld. Deze is terug te vinden in de bijlage.
Met deze componenten kan een eerste stap worden gezet tot de realisatie van dit besturingssysteem.
NCOI -
2
, 1. Inhoudsopgave
VOORWOORD ..................................................................................................................................... 1
SAMENVATTING .................................................................................................................................. 2
1. INHOUDSOPGAVE........................................................................................................................ 3
2. INLEIDING................................................................................................................................... 4
2.1 ORGANISATIE ..................................................................................................................... 4
2.2 OPDRACHT EN DOELSTELLING ............................................................................................. 4
2.3 PROGRAMMA VAN EISEN EN KLANTWENSEN ......................................................................... 5
2.2.1 RANDVOORWAARDEN ........................................................................................................ 5
2.2.2 WENSEN ........................................................................................................................... 5
2.2.3 OVERIGE ........................................................................................................................... 5
3. UITWERKING BESTURINGSSYSTEEM VAN EEN ACHTBAAN ............................................................... 6
3.1 NORMEN, RICHTLIJNEN EN VEILIGHEIDSFACTOREN ...................................................................... 6
3.2 KEUZE LIER AANDRIJVING .......................................................................................................... 6
3.3 KEUZE LIER AANSTURING .......................................................................................................... 8
3.4 SNELHEIDSREGELING LIER......................................................................................................... 8
3.5 OVERIGE ACTUATOREN ............................................................................................................. 9
3.6 EIGENSCHAPPEN VAN HET BESTURINGSPROCES ......................................................................... 9
3.6.1 MEETPUNTEN AANDRIJVING LIER ........................................................................................ 9
3.6.2 MEETPUNTEN ACTUATOR ................................................................................................. 10
3.7 HET BESTURINGSPROCES ....................................................................................................... 10
3.8 CONCLUSIE & AANBEVELINGEN ............................................................................................... 10
3.8.1 CONCLUSIE ..................................................................................................................... 10
3.8.2 AANBEVELINGEN.............................................................................................................. 10
4. LITERATUUR LIJST .................................................................................................................... 11
WEBSITES .................................................................................................................................... 11
BOEKEN ....................................................................................................................................... 11
5. BIJLAGE ................................................................................................................................... 12
BIJLAGE 1 ACHTBAAN ................................................................................................................... 12
BIJLAGE 2 V-S DIAGRAM................................................................................................................ 13
BIJLAGE 3 FRICTIERIEM................................................................................................................. 14
BIJLAGE 4 FLOWCHART KEUZE VAN EEN ELEKTROMOTOR................................................................ 15
BIJLAGE 5 FUNCTIE-BLOK-DIAGRAM ............................................................................................... 16
BIJLAGE 6 LEGENDA, BESTURINGSVOORWAARDEN EN UITLEG AFKORTINGEN ................................... 17
Besturingssysteem Achtbaan
3 ---
Werktuigbouwkunde
OPGESTELD DOOR
Naam: --
Student Nr.: --
Datum: 12-07-2022
Werktitel: Besturingstechniek
NCOI
HBO Bachelor Werktuigbouwkunde
, Voorwoord
Mijn naam is -----, student HBO werktuigbouwkunde en voor u ligt het verslag besturingssysteem
achtbaan horende bij de module Besturingstechniek.
De organisatie waarbij ik werkzaam ben is Zehnder, gelegen te Zwolle. Zehnder, vestiging Zwolle focust
zich op het bouwen van warmtewisselaars. Een warmtewisselaar zorgt voor een aangename lucht in huis
en dat de warmte zo goed mogelijk behouden blijft.
Deze opdracht wordt gemaakt voor de NCOI. Dit om aan te tonen dat ik kennis en kunde heb van de
besturingstechniek en dit zo kan toepassen in mijn studie hbo-werktuigbouwkunde. Daarnaast leert het
mij ook om kennis te vergaren van het aandrijven van een object welke verplaatst moet worden. Dit is
mede handig in een toekomstige werktuigbouwkundige functie.
Graag wil ik de NCOI bedanken voor het leveren van de module en deze opdracht. Daarnaast gaat mijn
dank naar de Zehnder welke mij heeft geholpen met advies voor deze opdracht. Als laatste dank ik de
docent Besturingstechniek Sijbrand Seine voor de lessen besturingstechniek.
Besturingssysteem Achtbaan
1 ---
, Samenvatting
Voor een opdracht vanuit de NCOI is Zehnder benaderd om een besturingssysteem te ontwerpen voor
een achtbaan. Zehnder welke zich hoofdzakelijk richt op het maken van klimaatsystemen voor
binnenruimtes heeft deze taak op zich genomen.
Om het besturingssysteem voor een achtbaan te maken moet er vanuit een ingenieur een oplossing
worden bedacht. Door te werk te gaan met de gestelde randvoorwaarden staan de eisen van de klant
vast. De NCOI heeft veel informatie verstrekt waarbij het hoofddoel is om een besturingssysteem te
bedenken waarbij een karretje omhoog wordt gebracht op een achtbaan. Met behulp van een slof en een
pal die vanuit het karretje in de slof valt is er een koppeling waarmee er gewerkt kan worden.
Allereerst moet er gekeken worden wat er voor normen, richtlijnen veiligheidsfactoren zijn. Voor de
ontwikkeling van een achtbaan in een binnenruimte gelden er een aantal regels waarvoor NEN-EN
normen zijn opgesteld. Veel van deze NEN-EN normen en andere wetgeving met betrekking tot de
veiligheid staat in het Warenbesluit attractie en speeltoestellen (WAS). Met deze kennis wordt er een
veiligheidsfactor gegeven waarmee gerekend kan worden. Dit betreft een veiligheidsfactor y=1,35. Deze
wordt dan ook toegepast bij de berekening.
Om het karretje omhoog te brengen is er een lier tussen de slof en de motor aangebracht. Deze motor
moet een bepaald vermogen aankunnen. Na een berekening volgt dat er motor nodig is die minimaal 623
kW aan moet kunnen. Met deze gegevens wordt er een tabel gebruikt om te bepalen welke elektromotor
hiervoor het best geschikt is. Dit komt uit op een AC 3-fase asynchroon Elektromotor.
Om de snelheid te regelen waarmee de motor het karretje omhoog brengt zit er een 3-fase
frequentieregelaar tussen. Dit is nodig omdat de elektromotor ook in een 3-fase uitvoering is. De
frequentieregelaar zorgt ervoor dat de snelheid hoger of lager wordt. De frequentieregelaar krijgt
feedback vanuit de PLC en is zodoende een Closed loop uitvoering.
Om te zorgen dat het systeem geregeld wordt is er gekozen voor een Programmable Logic Controller
(PLC). Deze controleert en verwerkt de informatie en stuurt systemen van het geheel aan.
De achtbaan is daarnaast uitgevoerd met een frictierem. Deze frictierem wordt geactiveerd of
gedeactiveerd met behulp van een actuator. De actuator werkt op basis van perslucht. Deze wordt door
een pneumatisch systeem op gang gebracht. Een luchtcompressor zorgt voor de juiste druk en zo wordt
de cilinder van de actuator in of uitgedrukt. Via een 5/3 ventiel wordt de luchtstroom geregeld.
Het systeem moet weten waar het karretje is en daarom moet er informatie worden geleverd aan de PLC.
Voor de locatie van het karretje is gekozen om op meerdere locaties sensoren te plaatsen. Deze
sensoren zijn inductieve benaderingsschakelaars. Deze registreren de locatie wanneer het magnetisch
Besturingssysteem Achtbaan
veld van de deze inductieve benaderingsschakelaars wordt veranderd omdat het karretje passeert.
Daarnaast zijn er reed-contacten, ook wel reedswitches die toegepast zijn bij de actuatoren. Doordat een
magneet het reed-contact activeert wordt er zo aan de PLC-informatie gegeven en zo weet de PLC dat
de frictierem in werking is.
Om te zorgen dat de PLC werkt wordt deze geprogrammeerd. Om dit te doen is er een functie-blok-
diagram opgesteld. Deze is terug te vinden in de bijlage.
Met deze componenten kan een eerste stap worden gezet tot de realisatie van dit besturingssysteem.
NCOI -
2
, 1. Inhoudsopgave
VOORWOORD ..................................................................................................................................... 1
SAMENVATTING .................................................................................................................................. 2
1. INHOUDSOPGAVE........................................................................................................................ 3
2. INLEIDING................................................................................................................................... 4
2.1 ORGANISATIE ..................................................................................................................... 4
2.2 OPDRACHT EN DOELSTELLING ............................................................................................. 4
2.3 PROGRAMMA VAN EISEN EN KLANTWENSEN ......................................................................... 5
2.2.1 RANDVOORWAARDEN ........................................................................................................ 5
2.2.2 WENSEN ........................................................................................................................... 5
2.2.3 OVERIGE ........................................................................................................................... 5
3. UITWERKING BESTURINGSSYSTEEM VAN EEN ACHTBAAN ............................................................... 6
3.1 NORMEN, RICHTLIJNEN EN VEILIGHEIDSFACTOREN ...................................................................... 6
3.2 KEUZE LIER AANDRIJVING .......................................................................................................... 6
3.3 KEUZE LIER AANSTURING .......................................................................................................... 8
3.4 SNELHEIDSREGELING LIER......................................................................................................... 8
3.5 OVERIGE ACTUATOREN ............................................................................................................. 9
3.6 EIGENSCHAPPEN VAN HET BESTURINGSPROCES ......................................................................... 9
3.6.1 MEETPUNTEN AANDRIJVING LIER ........................................................................................ 9
3.6.2 MEETPUNTEN ACTUATOR ................................................................................................. 10
3.7 HET BESTURINGSPROCES ....................................................................................................... 10
3.8 CONCLUSIE & AANBEVELINGEN ............................................................................................... 10
3.8.1 CONCLUSIE ..................................................................................................................... 10
3.8.2 AANBEVELINGEN.............................................................................................................. 10
4. LITERATUUR LIJST .................................................................................................................... 11
WEBSITES .................................................................................................................................... 11
BOEKEN ....................................................................................................................................... 11
5. BIJLAGE ................................................................................................................................... 12
BIJLAGE 1 ACHTBAAN ................................................................................................................... 12
BIJLAGE 2 V-S DIAGRAM................................................................................................................ 13
BIJLAGE 3 FRICTIERIEM................................................................................................................. 14
BIJLAGE 4 FLOWCHART KEUZE VAN EEN ELEKTROMOTOR................................................................ 15
BIJLAGE 5 FUNCTIE-BLOK-DIAGRAM ............................................................................................... 16
BIJLAGE 6 LEGENDA, BESTURINGSVOORWAARDEN EN UITLEG AFKORTINGEN ................................... 17
Besturingssysteem Achtbaan
3 ---
