Säkerhets-PLC

Säkerhets-plc

Tid är pengar och då vill man undvika att en maskin står stilla allt för länge. Det finns olika orsaker till att produktionen stannar, en orsak kan vara någon form av skador, i värsta fall personskador. För att undvika skador oavsett vilken sort så kan man integrera en säkerhetslösning i sin fabrik. Hur man väljer att implementera sin säkerhet beror på faror och behov. Enklast är ett säkerhetsrelä. Mer avancerade säkerhetslösningar kräver ett säkerhets-plc. Ett säkerhets-plc skiljer sig mot ett vanligt plc på den punkt att den fokuserar endast på säkerhetskritiska uppgifter. Det handlar om nödstopp och säkerhetsluckor med mera, att utvärdera signaler och garantera att de är säkra eller ej. Därefter tar applikationen hand om vad som ska göras.

Vad kan ett säkerhets-plc göra?

När alla signaler är validerade och bekräftade så kontrolleras det om man kan garantera maskinens och omgivningens säkerhet. Om någon säker signal är påverkad, exempelvis man har öppnat en lucka eller brutit en ljusridå, så kan applikationen göra lite olika saker. Om det inte är fara för liv så kan kanske det räcker med att maskinen sänker hastigheten på transportband, på roboten eller vad det är för en maskin. På så sätt kanske operatören kan uppfatta vad som händer och med försiktighet trots allt utföra sitt jobb. Är det däremot fara för liv och lem så kan maskinens säkerhets-plc försätta maskinen i säkert tillstånd vilket innebär att exempelvis elmotorerna stannar. Är förstärkare och servodrives utrustade med säkerhetsfunktionen STO så innebär det att man bryter spänningen till mellanledet vilket får elmotorn att bli helt obrukbar.

Fristående eller integrerade säkerhets-plc

När man väljer sin säkerhetslösning och säkerhets-plc så finns det en del att fundera över. I vissa fall har man inget standard-plc i sin maskin och då kopplar man helt sonika bara in sin eventuella ljusridå till ett säkerhetsrelä eller säkerhets-plc och sen vidare till motorn som ska övervakas. Har man en större och komplex maskin med styrsystem så finns det leverantörer av styrsystem som erbjuder både plc och säkerhets-plc. Att välja denna typ av leverantör kan innebära att man sparar både tid, plats och pengar. Genom att använda samma fältbuss för både maskinens vanliga kommunikation som för de säkra signalerna sparar man in både hårdvara, pengar och plats. Dessutom kan man få tillgång till de säkra signalerna maskinens säkerhets-plc och dessa kan därefter presenteras i maskinens HMI.

Industri-PC

Vad är en industri-PC?

En industri-pc är en dator som styr en maskin. Vanligt för en industri-pc är att den är konstruerad för lite tuffare bruk. Den kan vara lite mer tålig mot fukt, damm stötar med mera. Om en industri-pc använder operativsystemet Windows så är det oftast en nerbantad version av Windows där man har utelämnat många funktioner och program som används av privatpersoner. Detta gör en industri-pc lite mer stabilare än en privatpersons dator. En maskin får ju inte stanna, då förlorar fabriken pengar.

Industri-PC med touch

En industri-pc måste på något sätt föra information och status vidare från maskinen till den person som övervakar maskinen, operatören. Detta görs enklast med någon form av HMI, med fördel en touch-panel. Med en touchpanel är det enkelt för operatören att läsa av hur maskinen arbetar men även föra in nya värden och parametrar. Det finns lösningar där en industri-pc kan installeras i ett styrskåp och med hjälp av en Ethernet-kabel kan touchpanelen monteras upp till 100 meter bort från styrskåpet. Detta ger maskintillverkare helt andra möjligheter vid konstruktionen av sin maskin och anläggning. En anna fördel med en touchpanel är att man är väldigt flexibel i hur all information ska presenteras på skärmen. Språket går enkelt att växla mellan vilket också öppnar upp nya marknader för företag som vill expandera utanför det egna landets gränser men som inte vill hålla på och ändra språk i mjukvaran på ett tidskrävande sätt. Detta har så klart en del med själva utvecklingsmiljön att göra också vilket vi inte kommer att belysa denna gång.

Hur kommunicerar en industri-pc?

En industri-pc har många olka gränssnitt och olika sorters kontakter för att vara så öppen och flexibel mot omvärlden som möjligt. Det ska finnas Ethernet-portar, kanske till och med Ethernet med stöd för Gigabit, USB, DVI, Displayport med mera. Dessa vägar mot extern hårdvara gör det möjligt för en industri-pc att styra och reglera servomotorer, läsa av och tända digitala ingångar och utgångar och mycket mer.

Stegmotor

Nutidens stegmotor

En stegmotor är inte vad den var förr i tiden. Då var de högljudda och det kunde hända att en stegmotor ”tappade” steg. Det innebar att stegmotorn tappade bort sin position och enda lösningen var nu att man var tvungen att göra en ny homing av sin maskin. Nu för tiden är inte stegmotorerna så väldigt högljudda. Om en stegmotor tappar steg idag så är det oftast för att stegmotorn har påverkats av en yttre last som man inte har dimensionerat för. Om man har problem med en stegmotor som inte positionerar korrekt så får man se över vilka laster och accelerationer som man har använt i sin dimensionering.

Flera fördelar med en stegmotor

En stegmotor har flera fördelar. Först och främst är det en billigare lösning än andra servolösningar. Dessutom behöver inte en stegmotor trimmas in med reglerparametrar som en synkron servomotor normalt sätt måste. Detta är en stor fördel då den processen ofta kan ta relativt lång tid beroende på vad man har för någon drift. En stegmotor har dessutom den fördelen att den stegar fram exakt det antal steg som styrelektroniken hänvisar till och inga steg mer. En stegmotor har ingen översläng utan stegar fram exakt och stannar sedan exakt på rätt position.

Applikationer för en stegmotor

I olika remdrifter med elastiska remmar kan det ibland vara svårt att trimma in en synkronmotors PID-parametrar. Med stegmotorn är det som sagt inte nödvändigt och stegmotorn påverkas heller inte av de dynamiska svängningar som kan uppträda i denna typ av applikationer. Så i remdrifter med hög noggrannhet på positionernoggrannhet är en stegmotor väl värd att titta närmare på. Stegmotorn är som sagt en relativt billig lösning och kan i vissa fall vara ett bra komplement till pneumatik. Pneumatik har ett par nackdelar. En luftcylinder kan bara positionera mellan två ändlägen, dessutom behövs en kompressor. En stegmotor kan positionera på hela intervallet och man behöver inte luft.

Spara pengar med en stegmotor

En stegmotor kan i flera fall ersätta en synkronmotor tack vare det höga momentet vid låga varvtal. När det gäller en synkronmotor så måste man ofta sätta in en växellåda för att få ner varvtalet och få upp momentet. Behöver man inte få ut mer än 500 prm på motoraxeln så sparar man in både växellåda, dyr servodrive och dyrt motorkablage. I slutändan kan det verkligen löna sig med en stegmotor.

Styrsystem

Styrsystem för maskiner

Styrsystem för maskiner används för att låta automatisera en maskin och få den att utföra och producera det maskinen är tänkt att göra. Ett styrsystem innefattas oftast av en dator eller centraliserad CPU. För att maskinen ska kunna läsa av omgivningen och styra diverse funktioner så behövs också ingångar och utgångar. Alla leverantörer av styrsystem kan erbjuda digitala ingångar, digitala utgångar, analoga ingångar och analoga utgångar. Dessa kan exempelvis läsa av vattennivåer i tankar, hastigheter på transportband eller referensgivare. Utgångarna kan användas för att tända eller släcka lampor, låsa dörrar eller starta fläktar. I många maskiner har man även någon sorts elmotor. För en elmotor drift finns det olika lösningar beroende på valet av motor. Ett styrsystem kommunicerar med en sina anslutna ingångar och utgångar samt med motorerna med hjälp av fältbussar. En Ethernet-baserad fältbuss har många fördelar. En hög hastighet och bandbredd samt standardiserad hårdvara gör det enkelt för maskintillverkare att låta styrsystemet ha full överblick över hela maskinen.

Styrsystem med HMI

Maskintillverkare som sätter in styrsystem i sina maskiner försöker göra maskinerna så flexibla som möjligt. Bygger man en fyllningsmaskin av mjölkpaket så vill man troligen att operatören ska kunna fylla både 0,5 liters förpackningar, 1 liters förpackning osv. Detta ger maskinen ett större mervärde då operatören kan anpassa sin produktion efter marknadens behov. Detta ställer lite större krav på styrsystemet och mekaniken i maskinen. Med ett smart valt styrsystem och en flexibel mekanik så är detta inget problem. För att underlätta för operatören i sitt val av vad maskinen ska göra så väljer maskintillverkare att sätta in styrsystem som har någon form av HMI, allra helst touchpaneler. En bildskärm som gränssnitt mellan maskinens styrsystem och operatör erbjuder stora möjligheter för maskintillverkaren genom att knappar kan anpassas på skärmen efter eget tycke, d.v.s. färg, form med mera. Touchpaneler finns i flera olika storlekar, allt från ett par tum upp till 20 tum och mer. Beroende på val av styrsystem så kan tillverkare erbjuda enkla touchpaneler som kopplas upp mot en central CPU i styrskåpet eller så kan en touchpanel även ha en CPU och låta hela maskinens program skötas från touchpanelen. Detta är en smart lösning som reducerar kabeldragning, hårdvara och montage.

Frekvensomriktare

Frekvensomriktare – bakgrund

Frekvensomriktare har till uppgift att varvtalsreglera elmotorer. En elmotor som kopplas direkt på elnätet kommer att rotera med en hastighet som definieras av nätets frekvens och antalet poler i rotern av elmotorn. För en vanlig standard motor innebär det att den roterande axeln snurrar med ca 1480 varv per minut. Elmotorn finns i en mängd olika applikationer. I dessa applikationer är det inte alltid okej att man har hastigheten 1480 rpm. En fläkt på skrivbordet eller en pump kan inte alltid snurra med högsta hastighet. Innan man hade utvecklat våra frekvensomriktare så var det vanligt att man försökte bromsa elmotorn. Detta är inte en smart lösning då den är väldigt energislösande och den sliter också på mekaniken. Man försökte att varvtalsreglera elmotorn och då uppfann man frekvensomriktaren.

Så fungerar en frekvensomriktare

En frekvensomriktare består utav flera olika komponenter. Dels utav en likriktare, ett mellanled och en växelriktare. Utav namnen kan man ungefär härleda deras funktioner. En likriktare har till uppgift att likrikta växelspänningen som kommer från väggen. Den likriktade växelspänningen leds ni till mellanledet. Därefter kommer växelriktaren som pulsbreddsmodulerar likspänningen från mellanledet och leder ut den nya växelspänningen till elmotorn. En frekvensomriktare har även styrelektronik som övervakar hela processen och de inbördes olika komponenterna.

Pulsbreddsmodulering i frekvensomriktare

Just själva pulsbreddsmoduleringen i växelriktaren finns i flera olika utförande för att lösa uppgiften på bästa sätt. Pulsbreddsmoduleringen i en frekvensomriktare ger upphov till högfrekventa störningar vilka kan påverka omgivningen negativt. För frekvensomriktare som ska arbeta i bostadsmiljö så ska man se till att man har rätt kategori av EMC-filter för att filtrera bort dessa olika störningar. Om man låter pulsbreddsmodulera med en väldigt hög switchfrekvens, d.v.s. växelriktaren är väldigt snabb på att öppna och stänga sin fälteffekttransistor för att pulsa ut spänning från mellanledet så får man en finare och jämnare sinusvåg ut till motorn. Nackdelen är störningarna. Har man en frekvensomriktare som man kan sänka switchfrekvensen på så kommer inte de högfrekvensta störningarna att vara något större problem, däremot kommer inte sinsukurvan ut till motorn heller att vara lika vacker. Det är en avvägning man gör när man investerar i en frekvensomriktare.