Den här artikeln kommer att handla om ännu ett intressant projekt från min tid som elektronikkonstruktör av specialmaskiner för automatisering. Vanligen handlade projekten om att konstruera en mikroprocessorstyrd enhet (maskin) och anpassa den till givna förutsättningar. Maskinens uppgift var att märka produkter i ett löpande produktionsflöde. Till exempel paketerat kött, charkvaror, bröd, frukt etc. Huvuduppgiften var att transportera, väga och märka varje individuellt paket med de rätta uppgifterna.

Princip: varje enhet skall märkas.

Jag medverkande i ett projekt med uppgift att adressera tidningar i en löpande produktion i ett tidningstryckeri.

Projektets förutsättningar

Tidningarna kom på ett löpande band med hastighet av upp titt 40 000 tidningar i timmen. Tidningarna skulle, efter tryck och märkning med var sin adressetikett, buntas ihop i separata buntar, en för varje postkod-område. Buntarna skulle sedan snabbt transporteras till en båt i reguljärtrafik. Därefter lämnades buntarna i lämpliga hamnar för vidaretransport till rätt adressats brevlåda. Vi vet alla hur irriterande det är när man inte får sin tidning i postlådan i rätt tid! Alltså var det ytterst viktig att hela kedjan fungerade.För vårt projekt uppenbarar sig det ovanliga kravet att varje etikett skall fästas på en tidning. Ingen etikett får gå till spillo! Det var OK att skrota tusentals tidningar om något går galet, men inte en enda etikett får missas.

Princip: varje etikett skall fästas på en produkt (tidning).

Andra projektförutsättningar:

• Etiketterna var förtryckta med adressuppgifter och med måtten ca 7 cm långa och 2-3 cm breda.
• Första etiketten i varje postkod-område hade ett särskild märke i form av ett svart fläck.
• Tidningarna hade en överlappning, låg delvis över varandra på bandet, så det var ett begränsat område på ca 10 cm där etiketten kunde fästas.
• Det krävde precision, annars fäste man ihop intilliggande tidningar.
• Etiketterna skulle anbringas med hjälp av ett hjul som roterade med i flödets riktning i kontakt med tidningarna.
• Etiketterna levererades av en sk dispenser, upp-och-nervända, på uppsidan av hjulet, som var ihåligt och höll fast etiketterna med hjälp av undertryck.
• De förtryckta etiketterna satt klistrade på ett vaxat underlagspapper och hundratalet etiketter bildade en rulle.
• En dispenser är en maskin som hanterar etikettrullen så, att på varje given elektrisk puls levererar en etikett, avskilt från underlagspappret.
• Buntningen sköttes av en sk stacker, som staplade tidningarna och på en given signal skilde nästföljande tidningar och staplade dom i en ny bunt. Stackern var i storleksordningen telefonhytt och levererades av ett företag i Eksjö.
• Hela installationens utbredning mätte flera tiotals meter.

Konstruktionsförutsättningar

• Dispensering av etiketter skall kunna ske i samma takt och synkront med tidningsflödet.
• Vi skall läsa av den svarta fläcken (som betyder ”ny bunt”) och hålla reda på denna etikett tills den är framme vid stackern.
• För avläsning av ”ny bunt”-märket används en optisk läsare, som på grund av sin storlek inte kan placeras så att den kan läsa den just dispenserade etiketten – det får ske 7 – 8 etiketter tidigare. Vi måste hålla reda på den första etiketten med millimeternoggrannhet, för att kunna ge signal till stackern i rätt tid.
• Detta innebär att vi måste känna av och hålla reda på bandets rörelse på en sträcka av 20 – 30 meter.
• Vi har en begränsad datorkraft (Mikroprocessor MCS4 med 1MHz klockfrekvens och med 4-5 gånger långsammare instruktionshastighet. Hur skall vi hinna med?

EMC utmaningar

• Miljön är tung industrimiljö med massor av magnetventiler, reläer, kontaktorer, brytare, tyristorer etc.
• Vi kan räkna med transienta störningar. Båda enstaka kraftiga pulser och korta burst-störningar.
• Transportband innebär alltid risk för statisk uppladdning och påföljande ESD-urladdningar. Pappershantering innebär risk för torrare miljö och större risk för ESD.
• Spänningssänkningar och avbrott misstänks vara frekvent förekommande.
• Tidens teknik för att hålla reda på rörelse var att räkna pulser med hjälp magnetiska eller optiska givare alternativt med läsgaffel och en kodskiva monterad på en axel.
• Att räkna pulser är känsligt för transienta störningar.
• De flesta insignaler som skall bearbetas är analoga, vi måste vara noggranna med avkänningen.
• De i installationen ingående enheterna: (dispenser, transportband, stacker, optisk läsare, pulsgivare) är egna autonoma enheter med egen elektronik, med ofta enkla analoga gränssnitt och med egen kraftförsörjning. Vi måste beakta common mode effekterna.

Signalöverföring

• Input från Optisk läsare: Analog signal
• Input från pulsgivare: Analog signal
• Input till dispenser: 5-volts TTL-signal
• Input till Stackern: 5-volts TTL-signal

Mellan vissa maskindelar används 20-ma Current Loop, som är ett slags serieinterface med hyfsad dataöverföringshastighet. I mikroprocessorsystemet sköttes detta av en speciell krets, en sk UART. Denna krets är i princip en parallell- serieomvandlare, som kunde ställas in för olika gränssnittsfall: synkron – asynkron samt antalet start- och stopp-bitar. Kretsen har en unik egenskap: valet mellan synkron-asynkron kommunikationsmod väljs via den första databyten efter reset, som skickas till kretsen. Den andra byten väljer start- och stopp-bitar.

Elektriska signaler kan indelas i analoga eller digitala (binära) signaler. Båda sker med hjälp av elektriska spänningar och strömmar. Det sker inte med 0:or och 1:or som många digitalkonstruktörer tycks tro. Det är fysiska storheter på strömmar och spänningar, som tolkas som 0:or eller 1:or. Därför kan de utsättas för störningar eller utgöra källor till störningar. Alla ingångar och utgångar är utsatta för störningar och måste behandlas därefter. Vår UART är extra störningskänsligt på grund av programmeringssekvensen. Om kretsen ändrar kommunikation-mod bryts datakommunikationen på dess seriegränssnitt. Detta inträffade under inkörning ett antal gånger.

Defensiv programmering

Mjukvarufiltrering. Vi har funnit att vi skall vara noggranna med att känna av signalnivåerna på t ex en ingång. Oavsett om signalen kommer från en halvledare eller en mekanisk brytare, gör programmet inte bara ett utan ett antal avkänningar av nivån och signalen godkänns bara om nivån är densamma upprepade gånger. Därmed säkerställer vi att tillfälliga störningar inte kan ge falsk avläsning av signalen.

UART återställning

För att minska sannolikheten för störningar av UART-funktionen skapade vi följande programsekvens: vid lämpliga tillfällen (t ex efter varje datapaket) startade vi om UART-en i önskat överföringsläge. Flera råd avseende defensiv programvara finns i figur 1 och 2.