Den här artikeln kommer att handla om en installation av prismärkningsautomater i en charkfabrik i Malmö. Ännu ett lärorikt 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.

Förutsättningar

I detta fall var förutsättningarna följande: Vi hade en produktionsenhet, varifrån charkprodukter levererades enligt order från de beställande butikerna. Till den aktuella stationen ankom varorna (t ex: Skivad Mortadella) på tråg, med avsedd mängd på varje tråg. Vår station ingick i ett produktflöde och bestod av en packmaskin, en prismärknings-automat med applikator samt transportband. Packmaskinen virade in tråget i plastfolie. Sedan skickades det vidare till en prismärkningsautomat som vägde varan och tryckte en prismärkningsetikett med den aktuella vikten, priset mm. Etiketten applicerades på paketet och transporterades vidare till en transportlåda, där de samlades. Varje individuellt paket vägde mellan 170-250 g vara. En order bestod i en viss mängd (säg: 200 kg) av samma vara. Denna uppgift fanns i charkfabrikens styrdator.

 

Operatören skulle samla ett antal paket tills mängden var uppnådd. Detta sista moment krävde manuellt arbete. Lokalen var kyld till ca 8-12 grader C.

 

Vår uppgift var att rationalisera bort det manuella arbetet så långt detta var möjligt. Vi löste uppgiften på följande sätt:

1. I samarbete med fabrikens tekniker kom vi överens om ett gränssnitt och ett protokoll som säkert kunde överföra uppgifter mellan datorn och prismärkaren.
2. På båda sidor utvecklade vi kommunikationsprogramvara.
3. Vi modifierade prismärkarens programvara på följande punkter:
   • Introducerade en från prismärkarens panel manuellt producerad signal som genererade en begäran om nästa order.
   • I ett register adderades varje pakets vikt.
   • När den önskade totalvikten hade uppnåtts, stoppades flödet och en etikett med den sammanlagda vikten producerades.
   • Totalvikten sändes till styrdatorn som fakturaunderlag.
   • Indikator som visar att ordern är slutförd.

Efter utförd kodning var det dags för installation och provkörning.

 

Första problem vi stötte på var kommunikationen:

• Avståndet mellan datorn och vår prismärkare var ca 50-75 m.
• Vi behövde dubbelsidig kommunikation.
• Vår prismärkare hade en serieinterface som heter 20mACL.
• Datorns serieinterface var ett RS232.

Efter några mer eller mindre misslyckade försök enades vi om att använda ett RS485-interface. Vi lyckades hitta en extern RS485-adapter till datorn och bygga om prismärkarens interface. (För serieinterface, Current Loop, RS232, RS485 hänvisas till Wikipedia.)

 

På grund av störande industrimiljö fick vi även införa protokoll med felrättning och omsändningar. Vi fick även problem från helt oväntade håll och av en icke elektrisk natur: Personalen som skötte prismärkarna började plötsligt protestera; de var oroliga för att vår prismärkare (som även den ju var en dator, fast mycket primitiv sett med dagens ögon) skulle kunna övervaka deras arbetstempo, pauser och annat. Vi fick facket på oss. Vi fick sätta in en extra utbildningsdag, där vi försökte redogöra för alla funktioner och övertyga folk på golvet att deras oro var helt obefogad.

 

Jag vill minnas att ytterligare brister upptäcktes senare under produktionens gång, som vi fick åtgärda. Till exempel ibland var det långa serier i samma order och det tog lång tid att utföra. Flödet måste kunna avbrytas av maskinoperatören av olika anledningar. Inte minst för att på grund av kylan krävde facket tätare pauser, då personalen förflyttat sig till varmare lokaler.

 

Jag vill peka på bland annat att man i såna lägen måste vara kreativ och hitta på lösningar på oväntade problem som dyker upp.

Och nu till EMC

Vi erfor vissa felfunktioner under installationen, vilka vi försökte åtgärda utan att vi hade några nämnvärda kunskaper om EMC och störningsbegränsning. För strömförsörjning drog vi fram matningskablar från en separat undercentral samt matade vår utrustning via en isolationstransformator. För seriekommunikation med styrdatorn använde vi skärmade tvinnade parledningar.

Installationsmiljö

Industrimiljö: Apparatalstrade störningar i form av transientskurar eller enstaka transienter orsakade av reläer och kontaktorer tillsammans med induktiva laster är vanliga orsaker till oönskat uppförande eller felaktigheter i elektriska installationer samt sporadiska störningar i styr- och datorutrustningar. Även ESD orsakar ofta oönskade reaktioner hos apparater. Transienta överspänningar, oberoende av orsak, kan förstöra eller åldra elektronikkomponenter.

Möjliga åtgärder

I dagens läge, med ökande mängd högfrekventa störningskällor, vill man att kabelskärmar skall göra nytta vid alla frekvenser och för alla tänkbara fall. Grundregeln är då att ansluta kabelskärmen i båda ändarna till apparatlådornas metallhöljen samt att kabelskärmsanslutningen skall ske runt skärmens hela omkrets till apparat-höljet, antingen direkt via särskild förskruvning eller via anslutningsdonets metallhölje och ev. bakkåpa. Observera att anslutningsdonen (kabeldon och apparatdon) måste ha god runtomanslutande kontakt med varandra och att det apparatfasta donet måste ha god elektrisk kontakt med det metalliska apparathöljet. Det senare får man se upp med vid val av ytbehandling samt vid användning av metalliserade plastlådor.

Skärmad kabel

Figur 5 visar vanlig skärmanslutningsteknik med trådanslutning i jämförelse med EMC-mässig anslutning med hjälp av bakkåpa. Figuren visar även kurvor på uppmätt kopplingsimpedans för de olika illustrerade fallen. Notera att i det illustrerade trådanslutnings-fallet sträcker sig den effektiva längden av anslutningstråden från kabelskärmsänden via anslutningsstiften i anslutningsdonshalvorna och via ytterligare en tråd till chassiet (panelen). Kurvorna infällda i Figur 5 illustrerar kopplingsimpedansen i dBΩ (dB relativt ett ohm) vid olika frekvenser för fyra anslutningsfall. Det framgår tydligt att runtomanslutning av kabelskärmen via skärmande metallbakkåpa ger låga värden (vilket är eftersträvansvärt) för kopplingsimpedansen även för höga frekvenser. Anslutning via lång trådanslutning (50 mm) är sämst, anslutning via två parallella stift (”Två ledare, 15 mm”) ger 6 dB förbättring (halvering), jämfört med anslutning via ett stift (”En ledare, 15 mm”).

 

Ett exempel: med en 50 mm lång trådanslutning (0 dBΩ = 1 Ω vid 30 MHz) av en kabelskärm blir ”läckaget” pga denna trådanslutning densamma som för 100 meter kabelskärm (10 mΩ/meter) vid 30 MHz!

 

En EMC-riktig kabelskärmsanslutning, för skärmning av störningsströmmar över några tiondels MHz, utesluter trådanslutning, eftersom kopplingsimpedansen för denna tråd blir totalt dominerande över skärmens kopplingsimpedans. Runtomanslutning 360º med kabelförskruvning av metall, i båda ändarna av kabeln, bibehåller kabelns skärmningsegenskaper för högfrekvensströmmar och -fält. Om endast skärmanslutning med ledning är möjlig, anslut då kabelskärmen till apparatlådans utsida med en så bred och kort ledare som möjligt. Detta ger kabelskärmsfunktion vid åtminstone låga frekvenser. En bättre variant är att använda en klamma för att fästa och ansluta kabelskärmen mot lådskärmen. Eftersom kabelskärmen är en del av zongränsen gäller generellt, att man ska se till att zongränsen är sluten.

Fältkoppling

Elektromagnetiska fält orsakade av diverse elektriska apparater eller ESD kan koppla in i känsliga apparater eller kretsar. En kabel som ansluten till en apparat kan agera som en antenn. Störande fält kan koppla in via kabeln som Common Mode (CM) störning. (Figur 1).

 

Fält från (avsiktliga eller oavsiktliga) radiosändare kan även koppla direkt till oskyddade kretsar, både Common Mode (CM) och Differential Mode (DM) (Figur 2).

 

Ström i en ledning orsakar alltid ett fält runt ledaren, när fältet träffar ledande material omvandlas fältet åter till ström i detta. Fältet kopplar även till slingor. Slingspänningen är proportionell med slingarean (A) och omvänd proportionell med avståndet till den strömförande ledaren (r) (Figur 3).

Tekniker för minska fält- och kabelkopplingen

• Kabelseparation: Använd separata kabelbuntar och kablar för störande och känsliga ledningar.
• Förlägg kablar nära jordplan för att minimera Common Mode slingorna.
• Använd tvinnade parledare. Varje signalledare skall tvinnas med sin återledare.
• Använd skärmade kablar med EMC-mässiga anslutningar.

ESD-kopling

Andra hot kan vara ESD-urladdningar, som kan orsakas av operatörerna, eller upprepade urladningar från bristfälligt installerade transportband. Magnetfältet från en ström, t ex orsakad av en ESD-urladdning, inducerar spänning i slingor. Den inducerade spänningen (slingspänning) är proportionell mot fältförändringen. Vi ser att ju större yta (A) och kortare avstånd (r) det är mellan slinga och strömbana desto större inducerad spänning samt att kort omslagstid (tr ) för strömmen ger högre spänning (Figur 3).

 

Miklos Steiner

redaktion@electronic.se