Säkerhets-plc

Säkerheten först! Det är mångas motto. På detta område hjälper leverantörer av styrsystem och säkerhetslösningar till väldigt mycket. Många maskiner har byggts så att de är väldigt säkra, så pass säkra att en människa inte alls får komma i närheten förrän processen stannar alternativt är de kanske inte så säkra som man kanske har önskat och då lagt över ansvaret på operatören som måste var extra försiktig. Oavsett lösning så kan detta få inverkan på produktionen, negativ sådan. Med modern teknik finns det lösningar på att erbjuda en säker arbetsmiljö runt maskinen och en effektivare produktion. Lösningen heter säkerhets-plc och säkerhetslösning.

Vad är ett säkerhets-plc?

Ett säkerhets-plc är ett PLC med en enda uppgift. Att övervaka säkerheten i och runt maskinen och om något händer så att säkerheten inte kan garanteras så vidtar man åtgärder. Åtgärder som ett säkerhets-plc kan vidta är mycket olika. Det kan vara att man begränsar hastigheten några eller alla motorerna, begränsar momentet på motorerna eller i värsta fall så stängs motorerna av helt. Att ett säkerhets-plc kan begränsa hastigheten eller liknande då en lucka öppnas och produktionen fortsätter kan vara mycket värdefullt för en fabrik. Ett säkerhets-plc är helt åtskiljt från maskinens övriga logik och PLC. Det innebär att ett standard-plc inte kan ta hand om de säkerhets-kritiska funktioner utan det görs separat i egen hårdvara. Många leverantörer av styrsystem erbjuder däremot säkerhets-plc som är sömlöst integrerade. Man delar då fältbuss och kan monteras på samma DIN-skena. Uppgifterna är däremot separerade.

Programmering och TÜV

Till skillnad från ett vanligt PLC så kan man inte skriva egen källkod i ett säkerhets-plc. I utvecklingsmiljön för ett säkerhets-plc kombinerar man en mängd olika funktionsblock med säkra funktioner. Dessa säkra funktioner är alla certifierade av TÜV. Med dessa till synes enkla funktionsblock kan man realisera komplexa säkerhets-funktioner.

Säkerhetsrelä eller säkerhets-plc

Maskintillverkare kan välja antingen säkerhetsrelä eller säkerhets-plc. Säkerhetsrelä passar utmärkt i enklare säkerhetslösning där man bara ska övervaka enklare säkerhetsfunktioner likt ljusridåer för kritiska processer. Nackdelen med ett säkerhetsrelä är att vid mer komplexa installationer blir det svårt att felsöka. Då lämpar sig säkerhets-plc mycket bättre som dessutom är enkelt att vidareutveckla då logiken är mjukvarumässigt uppbyggd och inte kräver några hårdvarumässiga ingrepp.

Industri-PC

Med en industri-pc i en maskin öppnar sig helt nya möjligheter. En industri-pc är som en dator fast för industrin. En industri-pc är själva hjärnan i maskinen och hittas i styrskåpet. Det finns olika sorters industri-pc. Med det menar man för olika branscher. Industrin och maskiner har inte samma krav som exempelvis militären alternativt för installationer inomhus eller utomhus.

Industri-PC som styr maskiner

Maskiner har olika krav. En industri-pc i en industriell maskin måste dels kunna styra och reglera motorer, läsa av givare och sensorer runt om i maskinen samtidigt som väsentlig information ska presenteras för maskinens operatör på ett tydligt sätt. Sådan information presenterar man enklast med hjälp av ett HMI, Human Machine Interface. I dessa fall är ett bra val av HMI en touchpanel. En touchpanel ansluten till en industri-pc har man i princip obegränsat antal vyer att bläddra mellan för operatören. Sidor eller vyer för larm, recepthantering, den vanliga driften, inloggningssidor för servicetekniker och mycket mer. I moderna industri-pc är det också enkelt att ändra språk. Översättningar förbereds av maskintillverkaren redan vid utvecklingen. När sedan maskinen går på export så kan man konfigurera den antingen strax innan leverans eller vid idrifttagningen hos kund.

Koppla upp maskinen mot Internet

Genom att låta maskinen vara ansluten till Internet så sparar man mycket tid, pengar och ökar produktionen. Enkla fel kan läsas av med datorn. För att detta ska vara möjligt måste en industri-pc ha en Ethernet-port. Då en industri-pc ofta har Windows som operativsystem så kan man låta maskinen fjärrövervakas antingen via nedladdningsbar mjukvara från nätet eller om tillverkaren av maskinen redan har förberett med en egen mjukvara för felsökning i sin industri-pc. Bara en sådan sak som att en service-tekniker måste flyga till en kund och blir borta 3-4 dagar kostar ett företag mycket pengar. Lösningen då är att enklare fel kan lösas på distans med en industri-pc som är föreberedd.

Välj industri-pc efter ert behov

Glöm inte att det finns en uppsjö av industri-pc att välja mellan med olika prislägen också. Hur snabb processorn är, minnesutrymme, IP-klass med mera är sådana parametrara som man måste titta på i valet av industri-pc. Hur ska man kommunicera med servomotorer, HMI, sensorer med mera?

Stegmotor

En stegmotor är ett alternativ när man ska välja en elmotor. Precis som övriga roterande elmotor så består en stegmotor av en stator och en rotor. Statorn i en stegmotor har ett par elektromagneter monterade. Rotorn i en stegmotor består enkelt förklarat av en järnkärna med kuggar på ytan. När elektromagneterna får en spänning skapas ett magnetfält som får den kuggformade rotorn att rotera det motsvarande antal kuggar eller steg som styrelektroniken skickar.

Skillnad på stegmotor förr och nu

När man säger ordet stegmotor så är det många som kan ryggar tillbaka lite. Många har fördomar om att en stegmotor "tappar steg" och sen måste man göra en ny referenciering för man vet inte var man befinner sig längre. Det har hänt mycket på området stegmotor. Idag har elektroniken blivit mer avancerad. Dels kan man ofta få en stegmotor med enkoder. Med enkoder så vet man hela tiden var stegmotorn befinner sig. Enkodern används som kontroll så att man verkligen är säker på att man har nått fram till sin målposition. Stegmotorer har även blivit betydligt mer tysta än förr i tiden.

Inga reglerparametrar hos en stegmotor

En av fördelarna med en stegmotor är att man inte behöver ställa in några reglerparametrar. Varken förstärkningen P, integrealdelen I eller derivatadelen D behövs. Om en stegmotor är rätt dimensionerad med avseende på sin last och acceleration så kommer den alltid att nå sin målposition, utan översläng dessutom. En stegmotor stegar alltid fram exakt det antal steg som styrelektroniken förser sin anslutna stegmotor med. Detta sparar mycket tid när det kommer till idrifttagning jämfört med en vanlig synkronmotor som hela tiden reglerar på felet och alltså behöver en översläng eller åtminstone ett litet fel.

Välj stegmotor i följande applikationer

När man vet hur en stegmotor fungerar så kan man bättre se var man kan utnyttja stegmotorn fullt ut. Applikationer som kan vara lite trixiga att ställa in reglerparametrarna för en synkronmotor är exempelvis remdrifter. Om man accelererar iväg snabbt med en remdrift så blir det automatiskt svängningar i systemet. Likaså om man snabbt ska bromsa ner till 0 m/s. Det kräver ofta en hård förstärkning vilket kan slita på mekaniken och samtidigt få en orolig förflyttning. En stegmotor bryr sig inte om att lasten kommer i svängning som skulle kunna påverka noggrannheten hos en stegmotor. I vissa applikationer får motorn inte heller backa, exempelvis tryckerimaskiner eller liknande. En stegmotor som då aldrig stegar över är ofta ett smart val. I skakiga miljöer allmänt är en stegmotor att föredra.

Styrsystem

Styrsystem används för att styra maskiner. Människan är operatör och kontrollerar maskinen. Maskinen avlastar människans arbete genom att maskinen klarar tunga lyft, monotona rörelser och har ofta en högre precision än människan. För att maskinen ska kunna klara av detta krävs det ett styrsystem.

Styrsystem består utav

Styrsystemet är samlingsnamnet på den elektronik som används i maskinen för att styra och reglera densamma. I ett styrsystem ingår det ett PLC, en Industri-PC eller någon annan form av processor och dator för industriellt bruk. För att styrsystemet ska kunna agera behövs det dessutom någon form av aktuatorer, d.v.s ingångar och utgångar. Det finns både digitala och analoga ingångar och utgångar. En typisk utgång, 24 volt, kan tända en lampa, öppna eller stänga en ventil och liknande. Ingångar och utgångar läses av och utvärderas av styrsystemets PLC eller Industri-PC. En annan viktig del i styrsystemet är regleringen av elmotorer. Det kan vara asynkronmotorer, servomotorer, stegmotor m.fl Olika motorer har olika fördelar soch vad som passar bäst bestäms av vad maskinen ska göra, till vilken hastighet och vilket pris.

Styrsystem med HMI

En maskin och dess styrsystem har oftast någon form av HMI, Human Machine Interface. Det kan vara enkla knappar för start/stop. Det kan vara en textbaserad display där operatören matar in olika parametrar för maskinens körning eller en touchpanel. Touchpanelen är ett mycket flexibelt gränssnitt där man fritt kan definiera knappar, färger, visa trender, smidig recepthantering m.m En touchpanel är en modern lösning och komponent i ett styrsystem.

Programmera styrsystem

Maskintillverkare måste programmera sitt styrsystem, antingen själva eller så väljer man att köpa in tjänsten. Oavsett vad man väljer att göra så vill man göra det på så kort tid som möjligt. Ju kortare tid det tar desto tidigare release av maskinen och ju snabbare kan man börja sälja sin maskin. Olika styrsystem har ofta olika utvecklingsmilöjer. Utvecklingsmiljöer har stöd för olika programmeringstekniker, somliga har licensavgifter, somliga integrerar även en säkerhetslösning. För maskintillverkare gäller det inte bara att titta på hårdvaran, processorkraft, minneskapacitet m.m Det är också viktigt att se till utvecklingsmiljön som kan spara tid och pengar både under utvecklingsfasen samt under after sales då man ska göra service och uppdateringar av maskinen och dess styrsystem.

Frekvensomriktare och elmotorer

Innan frekvensomriktaren uppfanns så bestämdes elmotorns varvtal och hastighet utav frekvensen i det anslutna nätet och antalet poler i elmotorn. Ville sänka hastigheten på motorn som kanske styrde en fläkt, pump eller något annat så fick man försöka bromsa motorn och det gjorde oftast mekaniskt. Att mekaniskt bromsa en elmotor genererade mycket värme och var också en orsak till att man slet ut sin utrustning mycket snabbare. På något sätt ville man kunna varvtalsstyra sin elmotor.

Frekvensomriktarens olika delar

Dagens moderna frekvensomriktare, som den ser ut i dag, fick sitt genombrott på 1980-talet när utvecklingen av kompakta och snabba transistorer tog fart. Detta innebar att man kunde pulsbreddsmodulera ut spänningen till motorn på ett sätt som gjorde driften tillräckligt bra. En modern frekvensomriktare består i grova drag utav en likriktare, ett mellanled och en växelriktare.

Delarnas funktioner

De olika delarna i en frekvensomriktare har olika uppgifter. Likriktaren omvandlar matningsspänningen från växelsspänning till likspänning. Likspänningen lagras i mellanledet. Växelriktaren tar likspänning från mellanledet och pulsar ut den spänning och frekvens som man önskar styra sin elmotor med.

Frekvensomriktare minskar kosnaderna

Det är ju inte svårt att gissa att frekvensomriktaren ökar verkningsgraden för en elmotor väsentligt. Dels förbrukar man mindre energi med en frekvensomriktare och samtidigt minskar man förslitningen av mekaniken.

Mycket mer än bara varvtalsreglering

Frekvensomriktare varvtalsreglerar inte bara elmotorn statiskt. Man kan ansluta en potentiometer med 0-10 Volt eller någon annan form av återkoppling för att reglera varvtalet på motorn när det börjar gå trögt. Många frekvensomriktare har även en viss nivå av intelligens i form av enklare funktionsblock, man kan sätta utgångar beroende på olika parametrar så som aktuell hastighet, externa givare m.m Många frekvensomriktare har redan förprogrammerade pumpkurvor och fläktkurvor. Beroende på vilken applikation man använder så beter sig lasten olika för olika varvtal och detta måste man kompensera för när man magnetiserar elmotorn.

Kommunicera med fältbuss

I dagens moderna maskiner vill man kunna samla all information centralt och styra hela maskinen från denna punkt. Så mycket som möjligt ska även vara modulärt. Det innebär att man helst vill ansluta sin frekvensomriktare till via fältbuss till maskinens eller anläggningens styrsystem. Detta ger en helt ny grad av möjligheter och flexibilitet i maskiner och anläggningar.