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. Som i detta fall märka medicinburkar med etiketter i ett löpande flöde samt kontrollera att märkningen är rätt. Dessutom, om vissa kriterier inte är uppfyllda, ”sparka” ut den felande burken ur flödet. Medicinburkarna var ca 6-7 cm höga och ca 4-5 cm i diameter. Burkarna transporterades kloss an till varandra på ett löpande band med en hastighet på ca 60 burkar i minuten.

 

Vår maskins uppgift var att automatisera märkningsprocessen genom att:

• märka varje burk med ett etikett i flödet,
• kontrollera att varje burk är märkt och
• avlägsna omärkta burkar.

De förtryckta etiketterna satt klistrade på ett vaxat underlagspapper och hundratalet etiketter bildade en rulle. För uppgiften använde vi en så kallade dispenser och en applikator. En dispenserär en maskin som hanterar etikettrullen så, att på varje given elektrisk-puls levererar en etikett, avskilt från underlagspappret. Etiketterna hämtades från dispensern och anbringades på burkarna av applikatorn.

 

Vid varje burks ankomst till dispensern måste en puls skapas, vilken triggar igång etiketteringsprocessen. Detta sker bland annat med en optisk läsare – en kommersiellt tillgänglig OEM-produkt – anbringad på löpande bandet på en sådant sätt, att varje burk bryter opto-läsarens ljusstråle när den passerar. Den optiska läsaren ger oss en signal, som indikerar obruten ljusstråle mellan burkarna. Lite senare i kedjan använder vi en annan typ av optoläsare, som känner av och signalerar en liten (ca 3 x 5 mm) svart fläck på etiketten på den passerande burken. När en burk anträffas utan svart fläck (dvs utan etikettering) den skall avlägsnas ur flödet eftersom den är inte säljbar. Detta sker genom att, när burken senare passerar förbi en rörlig arm, triggas den att stöta bort den från flödet.

Konstruktionsförutsättningar

Vissa förutsättningar påminner om ett tidigare, i denna serie presenterad projekt (Electronic Environment #3/2019).

• Dispensering av etiketter skall kunna ske i samma takt och synkront med produktflödet.
• Vi skall läsa av avsaknaden av den ”svarta fläcken” (som betyder fel) och hålla reda på denna burk tills den är framme vid utstötaren
• För avläsning av ”svarta fläcken”-märket används en optisk läsare, som på grund av sin storlek inte kan placeras så att den kan läsa den aktuella burkens etikett – det får ske 7 – 8 burkar tidigare.
• Vi måste hålla reda på flödet med millimeternoggrannhet, för att kunna ge triggsignaler i rätt tid.
• Vi har en begränsad datorkraft (Mikroprocessor MCS4 med 1MHz klockfrekvens och med 4-5 gånger långsammare instruktionshastighet.

Hur skall vi hinna med?

Kritiska parametrar

• Processorn och mjukvaran måste vara tillräckligt snabb med marginal för att hinna med produktflödet.
• Avläsning och tolkning av signaler från optiska givare måste vara stringenta för att de mekaniska rörelserna skall kunna ske med tillräckligt säkra marginaler.
• Avståndet: längdmåttet representeras av avståndet mellan 2 efterföljande pulser multiplicerat med antal pulser. Viktigt med tillräcklig upplösning!
• Optiska läsare kan påverkas av aktuella lokala ljusförhållanden.
• Någon form av nivåinställningsmöjlighet för optoinsignaler bör finnas. Helst med automatik.

EMC utmaningar

• Miljön är tung industrimiljö med massor av magnetventiler, reläer, kontaktorer, brytare, tyristorer etc. (Se figur 1: Elkvalitet.)
• 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. (Se Figur 3 och 4)
• 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.
• 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, 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. (Se Figur 5)

Möjliga EMC åtgärder

Bristande nätspänningskvalitet är en av de vanligaste orsakerna till att apparater och system inte fungerar tillfredsställande. Nätavbrott, omkopplingstransienter, spänningssänkningar samt spänningsvariationer är exempel på störningar som kan genereras av t ex ställverk. Alla störningstyper genereras inte av elförsörjningssystemet, utan av de apparater och system som är anslutna till detsamma. Olika typer av störningar tar sig in i apparater, system och installationer via elnätet. (Se figur 1)

 

Möjlig elkvalitet är specificerad i europastandarden SS-EN50160. I denna beskrivs den elkvalitet, som en abonnent kan förvänta sig i en leveranspunkt. Det är alltid viktigt att kontrollera elkvaliteten i den aktuella installationsplatsen.

 

Det är en god förebyggande åtgärd att försöka minska matningens gemensamma impedans genom rätt installationsteknik. Minst uppdelad matning eller separata transformatorer rekommenderas enligt Figur 2.

 

Anslut samarbetande utrustningar till samma gruppcentral. Till exempel datorer och datorkringutrustning, styrsystem och datainsamlingsutrustning.

 

Använd separata stigare och kabelstegar för störande laster respektive känslig elektronik.

 

Ett transportband kan vara en källa till elektrostatiska urladdningar – ESD.

 

Bandets rörelse och de olika delarnas inbördes separation och friktion kan, under ”gynnsamma” omständigheter, generera höga uppladdningsspänningar. Dessa kan i sin tur orsaka inre urladdningar, i likhet med hjulen på en rullande vagn. (Se Figur 3).

 

Urladdningsströmmen har mycket kort startflank (ca ns) och alstrar elektromagnetisk fältspektra från 0 till 100-talet MHz. Dessa fält kan lätt koppla in på öppna kretsar och inducera störningar. (Se Figur 4)

 

Beakta vidare god potentialutjämning.

Anslutning av givare och ställdon skall ske enligt rekommenderade EMC-praxis:

• Använd gränssnittskretsar, vilka isolerar olika systems signalnollor från varandra och som tål stora dynamiska spänningsskillnader mellan systemen (t ex isolationstransformator, optokopplare eller optofiber).
• För att undvika gemensam-mod-störningar bör givarna hållas flytande och tvinna ledningarna för att minska normal-mod inkopplingen från omgivningen. (Se Figur 5)

 

 

Miklos Steiner

redaktion@electronic.se