Modul 2.2 - Styring og regulering af automatiske anlæg

El- og Vvs-branchens Uddannelsesforlag Styring og regulering af automatiske anlæg Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund ELEKTRIKERUDDANNELSEN Modul 2.2 Analog måleteknik ........................................................................................................ 2 Highway Adresserbar Fjernbetjening Transducer Protocol............................................ 8 Intelligente følere ........................................................................................................ 10 Montering og programmering af operatørpaneler og grafiske brugerflader.................. 12 NAMUR ...................................................................................................................... 32 Bussystemer & Netværk ............................................................................................. 35 Opsætning og Idriftsætning af digitale servodrev og frekvensomformer ...................... 63 REGULERING ............................................................................................................ 71 Servo systemer ......................................................................................................... 112 Visio kamera ............................................................................................................. 117 Maskindirektivet & Standarder .................................................................................. 126 oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Analog måleteknik Måling på analog kredsløb kan til tider være udfordrende. Der findes en del forskellige signaler: - 0-5 volt 0-10 volt 2-10 volt 0-20 mA 4-20mA Et analog kredsløb kan bestå af flere komponenter, en sensor/transmitter & en modtager, ja alt efter behov, men kredsen skal også være sluttet i nogle tilfælde for, at signalet overhovedet er til stede. Derfor kan analoge signaler være svære at måle på. Desuden skal det vurderes den analoge komponent er aktiv eller passiv. I praksis betyder det om komponenter kan forsyne den analog kreds. Når vi taler analoge spændingssignaler er komponenten aktiv, dette vil sige at den lever spændingen ud. Men når vi taler strøm signaler er der faktisk ingen praksis, der skal man undersøge komponenten og kredsløbet. Fakta ved spændingssignaler Signal typer: - 0-5 volt - 0-10 volt - 2-10 volt Komponenten: Vi kan måle alt lige fra temperatur, flow, ilt, ja stort set alt. Komponenten skal indeholde en transmitter, som kan konvertere signalet fra det målende til spændingssignalet. Her ser vi en opstilling på temperatur, hvor der skal kobles en PT100 føler på tansmitteren. Denne skal også bruge en forsyning. Ud af transmitteren kommer det analog signal. Måleenheden og transmitteren kan være bygget sammen, evt. i et føler hus eller andet. Andre gange er det 2 forskellige komponenter. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Det analoge signal på denne transmitter, kan både være mA & V, det gør transmitteren universal, hvis den kan kaldes det. Her ses en anden transmitter, der sidder en analog udgang på 4 – 20 mA. Desuden sidder der en Hart udgang, men denne behandler vi ikke i dette afsnit. Som det ses er der signaler ind & ud i denne transmitter, det er meget vigtigt inden måling at have styr på hvilket signal type det drejer sig om. Måling på spændingssignaler: Når der er tale om spændingssignaler, kan følgende fremgangsmåde bruges: 1. Er forsyningsspændingen til stede. 2. Er transmitteren tilsluttet måleenhed. 3. Er alle ledninger i orden. Er dette kontrolleret, så kan man starte en egentlig måling. Man skal bruge et egnet multimeter, man skal forberede sig på at måle små spændinger, det betyder at det ikke er nogle målepinde til 1000A der skal bruges. Men et multimeter der kan måle følsomme signaler. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Dette fluke multimeter kunne være en mulighed. Som standard er der 2 ledninger ud fra en transmitter, på et analogt spændingssignal. Nogle transmittere kan have 3 eller 4 ledninger, alt efter der er lavet kompensation af lednings længder. Så bruges whedstones målebro som reference, dette kan gøre målingen lidt lettere, for så har men en kontrol spænding til rådighed. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Her er en 2 trådet spænding, sat op på en plc, samtidig ser vi forskellen på et analogt signal og et digitalt signal. Ved netop at sætte multimeteret på GND & klemme 4 kan det analog signale måles. GND er stel, eller minus, dette er uhyre vigtigt at minus signaler er lagt til stel, det er den mest alm. Fejl at dette ikke er sket. Hvis dette ikke laves, kan signalet ”flyve”. Det kan vise sig ved at multimeteret køre op og ned i værdi. Klemmer 4 er + signal, det skal ikke have forbindelse til andet, dette er faktisk lige så vigtigt som GND. Måling på strømsignaler: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Når der er tale om spændingssignaler, kan følgende fremgangsmåde bruges: 1. Er forsyningsspændingen til stede. 2. Er transmitteren tilsluttet måleenhed. 3. Er alle ledninger i orden. Er dette kontrolleret, så kan man starte en egentlig måling. Man skal bruge et egnet multimeter, man skal forberede sig på at måle små spændinger, det betyder at det ikke er nogle måle pinde til 1000A der skal bruges. Men et multimeter der kan måle følsomme signaler. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Dette fluke multimeter kunne være en mulighed. Som billedet viser, så er et strømsignal et kredsløb. Kredsen skal være sluttet for der kan løbe en strøm. Der vil altid være en spænding til rådighed, for der kan løbe en strøm. Når der arbejdes på strømsignaler, kan det være et godt værktøj med et måleapparat som dette. Der findes mange på markedet, så dette er bare en mulighed. Det gode ved denne, er, at den tager ”kun” hensyn til om kredsen er lukket. Når vi skal måle på analoge strømsignaler er det lidt udfordrende med alle de muligheder der kan være. Derfor kan valget af udstyr netop eliminer dem der ligge lige for ved, at vælge det rigtige udstyr fra starten. Analoge strømsignaler skal også ”poles” rigtig i + og minus, men det er vigtigt at minus ikke sættes i forbindelse med GND, for så vil signalet dø. Billedet viser komponenten som passiv, dette ses ved at der er en powersupply i midten, er komponenter derimod aktiv, ja så er den der bare ikke, der er ikke brug for den, for komponenten levere spændingen til kredsen. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Highway Adresserbar Fjernbetjening Transducer Protocol HART Bliver mere og mere brugt i industrien, det er et signal eller en protokol Type netværk Device bus (Process Automation) Fysiske medier Legacy 4-20 mA analog instrumentering af ledninger eller 2,4 GHz trådløs En-på-En, multidrop, trådløst mesh Netværkstopologi Maksimum Devices 15 i multidrop Maksimal hastighed Afhænger af fysiske lag ansat Afhænger af fysiske lag ansat Hardware / software Styrende organ FieldComm Group Internet side www. fieldcommgroup .org HART Communications Protocol (Highway Addressable fjernbetjening Transducer) er en tidlig gennemførelse af Fieldbus , en digital industriel automation protokol. Dens mest bemærkelsesværdige fordel er, at den kan kommunikere over arv 4-20 mA analog instrumentering ledninger, deling parret af tråde der anvendes af ældre system. Ifølge Emerson, på grund af den enorme installerede base af 4-20 mA-systemer i hele verden. HART-protokollen er en af de mest populære industrielle protokoller i dag. HART-protokollen har gjort en god overgang protokol for brugere, der var trygge ved at bruge de ældre 4-20 mA-signaler, men ønskede at gennemføre en "smart" protokol. Industries synes at være ved hjælp af Profibus DP / PA og Foundation Fieldbus (også af Rosemount) mere som brugere blive fortrolig med senere teknologi og ser at drage fordel af de forbedrede diagnostik de kan give. Protokollen blev udviklet af Rosemount Inc., bygget fra Bell 202 tidlige kommunikationsstandard, i midten af 1980'erne som proprietær digital kommunikationsprotokol for deres smarte feltinstrumenter. Snart udviklede sig til HART. I 1986 blev det gjort en åben protokol . Siden da har mulighederne i protokollen blevet forbedret ved successive revisioner af specifikationerne. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Modes Der er to primære operationelle former for HART instrumenter: analog / digital tilstand og multidrop mode. I punkt-til-punkt-tilstand (analog / digital) de digitale signaler overlejret på 4-20 mA loop strøm. Både 4-20 mA strøm og det digitale signal er gyldige outputværdier fra instrumentet. Den polling adresse på instrumentet er sat til "0". Kun ét instrument kan sættes på hvert instrument kabel signal par. Et signal, generelt angivet af brugeren, er specificeret til at være 4-20 mA signal. Andre signaler sendes digitalt oven på 4-20 mA signal. For eksempel kan tryk sendes som 4-20 mA, altså et trykområde, og temperatur kan sendes digitalt i de samme ledninger. I punkt-til-punkt-tilstand, kan den digitale del af HART-protokollen ses som en slags digital strømsløjfe grænseflade . I Multidrop tilstand Den analoge loop nuværende er fastsat til 4 mA. I multidrop tilstand er det muligt at have mere end én instrumenter på et signalkabel. HART revisioner 3 til 5 tilladte afstemningssteder adresserne på de instrumenter til at være i intervallet 1-15. HART 6 og senere tillod adresse op til 63. Hvert instrument skal have en unik adresse. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Intelligente følere Beskrivelse Den intelligente føler skal kunne give et digitalt signal, være i stand til at kommunikere signalet, samt udføre målinger og instruktioner efter kodning eller relation til overordnet styring. I disse år ser vi en mindre revolution i energi måling, dette være sig varmt vand i fjernvarme, men også inden for el måling, samt vand måling. Det er specielt i energisektoren hvor der er en stor udvikling i gang. Den intelligente sensor kan også bruges i forhold til Smart Grid, hvis dette virkelig kommer i virke. Indhold: • • • • • • • Primær aftaster Excitation kontrol Forstærkning Analog-filtrering Data konvertering Digital informationsbehandling Digital behandling kommunikation Ser vi på eksempler inden for disse punkter kan vi se på: Elmåleren kommunikerer via elnettet til nærmeste transformatorstation, hvor måleresultaterne gemmes midlertidigt i en ”koncentrator”. Herfra sendes informationerne videre til NRGi Net´s servere. Kommunikationen er krypteret og foregår derudover i ”lukkede” systemer så det kun er dig og NRGi Net, som har adgang til dine data. Den nye måler giver dig mulighed for løbende at følgende med i dit forbrug og NRGi Net vil løbende udvikle nye programmer som hjælper dig med at spare på energien. NRGi Net bruger informationerne til at sikre at elforsyningsnettet er ”up to date” således vi er sikre på at elnettet ikke er overbelastet og at tabene i nettet bliver så små som muligt, alt sammen for at reducere det samlede CO2 udslip og herigennem at sikre dig en stabil og billig elforsyning. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Sikkerheden er i top Informationerne fra den nye elmåler lagres i en central og sikker server. Der tages dobbelt back-up af serveren, således alle data er sikret, hvis serveren mod forventning skulle lide nedbrud. Elmåleren er udviklet således, at den løbende bliver opdateret med den nyeste software, hvilket sikrer en bedre kommunikation og sikkerhed imellem server og den intelligente elmåler oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Montering og programmering af operatørpaneler og grafiske brugerflader HMI Operatørpaneler og grafiske brugerflader (HMI) Hvad er HMI HMI står for Human Machine Interface, hvilket betyder den måde vi betjener maskiner på og hvor vi også får informationer fra maskinen. Den simpleste form for HMI En start / stop med lampeindikering En touch skærm oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg SCADA (Supervisory control and data acquisition) Der finds I dag mange leverandører af HMI systemer grundlæggende kan de det samme, men brug og programmering et ofte forskellig. Alle HMI skal have forbindelse til PLC’en således at der kan udveksles informationer forbindelsen vil ofte være et bussystem. I dag benyttes ofte en form for industrial ethernet (IE). De mest benyttede protokoller er: PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, SERCOS III og POWERLINK. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg I det følgende tages udgangspunkt i Profinet og siemensudstyr Opsætning af forbindelse mellem plc og HMI panel PLC (S7 1214DC/DC/DC) tildeles IP adresse: 192.168.0.10/24 HMI panel (TP700) tildeles IP adresse 192.168.0.11/24 Cooection vælges til HMI connection Herefter er der oprette en forbindelse mellem plc og panel. Herefter er det muligt at anvende alle de variable, der findes i PLC’en oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Eks. Program i PLC: På HMI panel ønskes at kunne betjene start, stop & timertid samt indikation af drift, delay & resterende tid for timer oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Åben HMI og indsæt new screen Elementer, der kan benyttes: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Basic objects, er almindelige tegnefunktioner, der ikke kan bruges til at ændre varable i plc’en, kan gøres dynamiske Elementer kan vise værdier og de kan ændre værdier i plc’en Controls er mere avancerede elementer, der benyttes til bl.a. alarmvisning, recepter og tegning af kurver oktober 2017 På første screen indsættes to knapper og et rektangel. Tekst på knapper ændres til start & stop Herefter angives funktionen (event) Event-> Press-> Edit bits -> SetBit While Key Pressed Tag finds I PLC program, her I DB til funktionsblokken oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Rektanglet gøres dynamisk således at det kun er synligt når drift er aktiv. Her bruges animations. Add new animations -> visibility. Find drift bit I datablok herefter angives om værdien, der er angivet skal vise elementet eller skjule det. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Afprøv vha. simulering (kræver at PLC har firmware 4.0 eller højre) Indlæsning af timerværdi: Der er flere muligheder for indtastning af variable til plc’en: I/O field, Slider og hvis der skal vælges mellem faste værdier symbolic i/o field oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Tag vælges, Mode angiver om værdien skal kunne læses/skives til plv eller om det kun skal være muligt at enten skrive eller læse værdien. Display vælges med 3 decimaler idet værdien til timer er i ms. Udlæsning af timertid kan gøres med I/O field eller bargraf oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg En meget vigtig funktion i HMI er status & Alarm meddelelser, således at fejl hurtigt og sikker kan identificeres og rettes. Statusvisning. Til visning af status kan der laves screens der viser ind & udgange på plc’en. Status kan vises på mange måder, den simpleste er en udlæning af ind/udgangsbyte som binær. Eller der kan vises en ”lampe” for hver indgang med kort tekst. Følere kan også placeres på en oversigtstegning af anlægget. Der kan vises, hvilket sekvenstrin processen er i og, hvilke betingelser der skal være opfyldt før processen kan komme videre. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Tallet indikerer, hvilket sekvenstrin processen er i og teksten fortæller hvad der skal ske Teksten laves i en tekstliste, der forbinder et tal med en tekst her er text list tekst1 forbundet med register sekvens (sekvens er defineret i plc som en integer) oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Ved proces regulering kan der vises kurver over processen Trendkurver Indsæt en trendkurve på en ny screen På visse paneler er der mulighed for en række knapper (Toolbar), hvis denne findes ind denne. Tilføj de analoge værdier der ønskes udlæst (det bliver hurtigt uoverskueligt med for mange kurver på en skærm). Det er en fordel, hvis alle værdier er omregnet (scaleret) til det samme niveau f.eks. 0100% således at kurverne kan sammenlignes. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Det er en god ide at antal punkter er det samme som tiden på X-aksen oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Alarmer Der er 2 typer alarmer foruden system alarmer, der skelnes mellem digitale og analoge alarmer. De digitale alarmer (Discrete alarms) skal angives i PLC’en som bit, der samles til ord(word) i HMI panalet. Eksempel på alarmliste i plc. På HMI panelet oprettes en global screen, hvor alarmlisten placeres oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Der oprettes 2 knapper Acknowledge og Tooltip. Acknowledge benyttes til at kvittere for fejl så de slettes af listen. Tooltip viser en tekst til den enkelte alarm, kan fungere som en manual. Herefter indsættes de enkelte alarmer. Først oprettes et alarmtag, der indeholder de alarmer, der er defineret i plc’en. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Alarmliste i HMI panel oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Alarmer analoge signaler Analoge indgange defineret i plc I Panelet åbnes analog alarm og de analoge signaler, der skal give alarm indsættes. Det er ikke nødvendigt at navnene er de samme i plc og i panel. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Det er muligt at skalere signalet fra plc’en således at der kan benyttes mere forståelige størrelser i dette eksempel er analog2 skaleret PLC værdi på 27648 (værdi for alle analoge kort på Siemens plc’er) er det rå signal i plc’en, der her ændres til 100. Adgangsbegrænsning. Der er visse værdier eller sider, hvor det ikke er hensigtsmæssigt at alle kan ændre værdier. Derfor er der muligheder for at begrænse adgangen med koder på indtastningsfelter og knapper. Først åbnes User administration. Opret evt. en ny administrator med et kortere navn og giv det et password Hvis der ikke gøres noget vil login være gældende i 5 min før der automatisk logges af oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Herefter markeres de objekter der ønskes at skulle være omfattet af adgangskode. Når der skal laves ændringer af værdier vil følgende billede poppe op. Når korrekt user og password er indtastet kan der fortsættes, der er automatisk logout efter tid som bliver under definitionen af user der normalt er sat til 5 minutter. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg NAMUR Proximity sensorer og kodere kan have NAMUR udgang NAMUR er en type sensor output, der giver en tændt eller slukket indikation. Der er forskellige grunde til, at du kan få brug en NAMUR føler. Det kan være den skal anvendes i (eksplosion) farlige miljøer såsom raffinaderier og kemiske anlæg . Hvor der skal bruges egensikre følere typer. Hvor der er brug for at måle flow, hastighed, niveau osv. Først nogle oplysninger om NAMUR. NAMUR er en tysk forkortelse for (normenarbeitsgemeinschaft für MESS- und Regeltechnik in der Chemischen Industrie). Dette svarer til: Standardisering Association for måling og kontrol i Chemical Industries. En NAMUR føler er en ikke-amplificeret sensor, der leverer to forskellige signalniveauer afhængigt switchtilstand. Disse signalniveauer er lav-niveau strøm. Et logisk interface kredsløb, er controller, PLC, DCS, eller egensikre (IS) barriere er nødvendig for at læse disse nuværende niveau. En NAMUR udgang sensor er påkrævet i installationer, hvor særlige sikkerhedsforanstaltninger er nødvendige (steder med eksplosionsfare, eller personlig sikkerhed). Standarderne for NAMUR output sensorer er EN 60947-5-6: 2000 og IEC 60947-5-6: 1999. En NAMUR udgang sensor kan være normalt åben eller normalt lukket, men normalt, det er normalt lukket. Denne udgang er solid state, så der vil være nogle nuværende niveau på udgangen, om det er tændt eller slukket. Når du ser på en NAMUR udgang sensor datablad, vil det liste nominelle spænding (8,2 V), belastning (1 k ohm), og strøm til måling plade detekteret (<1 mA) og ikke opdages (> 2,2 mA) (for normalt lukket output). På grund af den lave nuværende skift niveau, skal du bruge en forstærker eller et input, der er designet specielt til NAMUR. Selvom føleren kan være i stand til at håndtere en række spændinger (7 VDC til 12 VDC eller 5 V DC til 25 V DC), bør spændingsniveauet være på 8,2 VDC med 1k ohm modstand som belastningen. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Proximity sensorer og kodere kan have NAMUR udgang. Nogle af de specifikke typer af sensorer, der har NAMUR udgang er kapacitiv, induktiv, magnetisk, og fotoelektriske sensorer. Afhængigt af programmet, kan du brug for en af disse produkter til at opdage dit mål, men hvis de opfylder NAMUR standarderne, vil produktionen være den samme. De NAMUR output produkter, der har Ex ia (iboende sikkerhed) godkendelser kan installeres i farlige (klassificeret) steder, såsom klasse I, II, III; Division 1, 2; og zone 0, zone 1, zone 2 områder, så længe en godkendt egensikre (IS) input eller barriere bruges sammen med NAMUR output produkt. Den Zonebaseret beskyttelse er normalt for europæiske og klasse, division er for Nordamerika. Nogle godkendelse typer er ATEX, FM, UL, IEC, Cenelec og TUV, PTB, og CSA. Forebyggelse er beskyttelsen princip for iboende sikkerhed. Det begrænser strøm, så den nuværende ikke er stand til at forårsage antændelse i farlige atmosfærer. De andre metoder til beskyttelse er inddæmning (eksplosion-bevis eller flamme-bevis kabinet) og adskillelse (udrensning, overtryk, indkapsling, eller olie fyldt). Brug indbygget sikkerhed har sine fordele: der er ingen, der kræves særlige kabler eller dyre eksplosion-bevis kanal; det er sikkert for personale og velegnet til alle områdets klassifikationer (klasse I, II, III, division 1, 2 og Zone 0, 1, 2). oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Hvis der er behov for personlige sikkerhed, er der versioner af NAMUR output, som også er fejlsikre og har en SIL3 rating (med passende forstærker). En fejlsikker output sikrer, at hvis der er en fejl, vil outputtet fornemmer et problem og ikke kun i fejlsikret tilstand. Med denne NAMUR fejlsikker output, vil du også brug for fejlsikre-rated input eller forstærker. Denne forstærker kunne være dobbelt normeret til personlig sikkerhed og klassificeret farlige steder for gas, støv eller fibre. Med denne fejlsikker sensor og forstærker, dette "system" ville have SIL3. Normalt er NAMUR output produkter (som omfatter indkodere og sensorer), der anvendes i klassificerede farlige placering områder, der har eksplosive gasser, støv eller fibre til stede. Bruges Den fejlsikre NAMUR output sensor, hvor der er en personlig sikkerhedsrisiko at beskytte personalet, når de arbejder på eller i nærheden af udstyret. En fejlsikker NAMUR-version med den passende uløseligt / fejlsikker barriere kan give både eksplosionsfare og personlig beskyttelse sikkerhed. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Bussystemer & Netværk Kendskab til forskellen mellem bussystemer og netværk. Her er det vigtigt at kende forskellen mellem typer af kommunikationssystemer, hvad er det man vil lave, et netværk er som ordet hedder et netværk af mange enheder med en mulighed for at snakke sammen, hvor det industrielle netværk er inddelt på flere måder, alt efter type af netværk. Ligesom mange er produktafhængige, dog har udviklingen været at produktet spiller en mindre og mindre rolle og standarder sætter grænser og rammer for hvordan bussystemer og netværk skal køre i forhold til protokoller. Protokoller er netop essensen her, hvordan fungere de enkelte netværk, basis er den samme, man vil gerne at enhederne taler sammen, med så mange data som muligt og så hurtigt som muligt, med størst mulighed for sikkerhed. Sikkerhed betyder at man er sikker på de data der kommer i mellem enhederne er valide. Med tiden bliver datamængderne større og kravene til at hastigheden skal være i top, stiger kravene også til at vælge det rigtige netværk. Der er en klar tendens til at opdeling af netværk der tidligere har været mellem det administrative netværk og det industrielle netværk, bliver mere og mere flydende. Alle data der er muligt at få frem skal være tilgængelig over det hele på netværket. Data som er vigtige på komponent niveau er også vigtig i dat i relation til det administrative. Det ses i relation til planlagt vedligehold, eks. Vi har en datastruktur der kan fortælle at en motor har kørt i 100 timer og motoren er lige stå stille begyndt at bruge en højere strøm, det kan betyde at lejerne er slidt. Når denne information kommer op i det administrative system, kan der planlægges et drift stop, hvor motoren får nye lejer. På den måde mindskes muligheden for pludselige drift stop og produktionen bliver mere stabil. Opbygning af systemer, teknisk, fortrådning, opsætning. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Illustrationen her over viser en graduering over netværk, til bus systemer. Nederst ligger bus systemer, det kunne være mange bus systemer, som AS-i bus, Profibus, Canbus. Når vi kommer længere op i pyramiden, så ligger det egentlige netværk, på baggrund af forskellige protokoller. Dette betyder hvordan enhederne snakker sammen, hvordan data kører på netværket. Der kan være master/slave princippet, hvor masteren bestemmer. Dette er ofte en meget simpel struktur, hvor masteren spørger slaveren om informationer, dette betyder også, at man kontrollerer hvor mange data der løber på bussen, derfor behøver hastigheden, kaldet buraten, ikke være særlig høj. Sikkerheden for valide data er ofte også høj på disse bus systemer. Data informationerne ligger en nogle faste sammensætninger, hvor bit strukturen er sammensat af en fast struktur. Denne struktur beskriver leverandøren af bussystemet, men overordnet beskrives rammerne i standarder. Derfor kan mange forskellige fabrikater også snakke sammen på et bussystem, fordi fabrikanterne skal følge en standard på protokollen. Dog er teori og praksis ikke altid den samme, mange produkter kan sættes op med 1000 parameter og dette kan i praksis betyde udfordringer i at få dem til at kommunikere . Når vi kommer op i pyamiden, kommer vi op i egentlige netværk, dette gør det måske nemmere at få data på tværs af fabrikater og komponenter. Men der skal der også tags hensynt hvilke typer netværk vi taler om. Som bussystemer ikke bare er bussystemer er netværk heller ikke bare netværk. Her betyder protokoller også hele verden til forskel. Vi har Profibus, profibus DP, Modbus TCIP som måske nogle af de største. Her forlader vi ikke helt tanken omkring master/slave for profibus kører med master/slave, men går vi op i Modbus TCIP er vi måske ude over Master/slave, men heller ikke her kan vi helt forlade det, eller valgmulighederne bliver friere, for i disse netværk kan vi selv have en større selvbestemmelse. Vi kan selv sammensætte strukturen på egen måde, en anden måde at se det på, er at vi kan prioritere, enheder, eller data om vi vil. Generelt kan man sige at valgmulighederne for struktur bliver friere jo mere kompleks protokollerne bliver, eller skal vi hellere sige jo højere båndbredden bliver, båndbredden er hastigheden. Jo højere hastighed jo flere data. For datastrukturen i den enkelte bit struktur er stadig bestemt i en standard, i forhold til protokollen Fabrikanten af udstyret kan jo stadig lave sig egen programmering af udstyret. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Netværkstyper • Modbus TCIP Modbus-protokollen er en kommunikationsprotokol, der er baseret på en master/slaveresp. en client/server-arkitektur. Der er tale om en åben protokol, der blev udviklet i 1979 af Gould-Modicon til kommunikation mellem programmerbare logiske styringer. Siden 2007 har versionen Modbus TCP været en del af standarden IEC 61158. Et Modbus-netværks opbygning Oprindeligt blev Modbus-protokollen udviklet til seriel kommunikation mellem moduler. I et Modbus-netværk kan en master og flere slaves forbindes med hinanden. Der skelnes her mellem tre driftstyper: • • • Modbus ASCII Modbus RTU Modbus TCP Hver deltager har en entydig adresse, hvor adressen 0 er reserveret til broadcast. Deltagerne sender deres meddelelser via bussen. Protokollen er enkel og robust, er den siden blevet en de facto standard kommunikationsprotokol, og det er nu en almindeligt tilgængelig måde at forbinde industrielle elektroniske enheder. Modbus anvendes primært i proces -og industrianlæg. De vigtigste årsager til brugen af Modbus i det industriellemiljø er: • • • Det er blevet udviklet med industrielle applikationer i tankerne Det er bredt offentliggjort og royalty Fri Det er nemt at installere og vedligeholde Den bevæger rå bits eller ord uden at placere mange restriktioner på sælgere. Modbus giver mulighed for kommunikation mellem mange (op til ca. 240) enheder, der er tilsluttet det samme netværk, fx et system, der måler temperatur og fugtighed og meddeler resultaterne til en computer. I bygningsautomatik anvendes Modbus bl.a. ved køleanlæg, måleropsamling og nogle ventilationsanlæg med autonom automatik med kommunikation. Udviklingen og opdatering af Modbus protokoller er blevet forvaltet af Modbus-organisationen siden april 2004, hvor Schneider Electric overførte rettigheder til denne organisation, og signalerer en klar forpligtelse til åbenhed. Modbus Organisationen er en sammenslutning af uafhængige brugere og leverandører af Modbus-kompatible enheder, der søger at drive vedtagelsen af Modbus kommunikationsprotokoller på tværs af flere markedssegmenter. Links: http://www.rtaautomation.com/technologies/modbus-tcpip/ oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg http://www.prosoft-technology.com/kb/assets/intro_modbustcp.pdf https://www.youtube.com/watch?v=OvRD2UvrHjE Profibus Protokol Information Type netværk Fysiske medier Netværkstopoogi Enhed adressering Styrende organ Internet side Device Bus, Process Control Twisted pair , fiber Bus DIP switch eller hardware / software PROFIBUS & PROFINET International (PI) www .profibus .com Profibus elektrisk konnektor Profibus (Process Field Bus) er en standard for feltbus kommunikation i automatisering teknologi og blev først fremmes i 1989 af BMBF (tysk afdeling for uddannelse og forskning) og derefter bruges af Siemens . Det bør ikke forveksles med PROFINET standard for Industrial Ethernet . PROFIBUS er bredt offentliggjort som en del af IEC 61158. Oprindelse Historien om PROFIBUS går tilbage til en offentligt forfremmet plan for en forening, der startede i Tyskland i 1986, og for hvilke 21 virksomheder og institutter udtænkt en mester projektplan kaldet " feltbus ". Målet var at implementere og udbrede brugen af en bit-seriel feltbus baseret på de grundlæggende krav i marken enhed grænseflader. Til dette formål medlemsvirksomheder enige om at støtte en fælles teknisk koncept for produktion (dvs. diskret eller fabrikken automation ) og procesautomation . Først den komplekse kommunikationsprotokol Profibus FMS (Fieldbus Message Specification), som var skræddersyet til krævende kommunikationsopgaver, blev angivet. Efterfølgende i 1993 blev specifikationen for den enklere og dermed betydeligt hurtigere protokol PROFIBUS DP (Decentrale tilbehør) afsluttet. Profibus FMS bruges til (ikke-deterministisk) kommunikation af data mellem Profibus Masters. Profibus DP er en protokol lavet til (deterministisk) kommunikation mellem Profibus-mestre og deres remote I / Oslaver. Der er to varianter af PROFIBUS i brug i dag; den mest anvendte PROFIBUS DP, og den mindre udbredte, applikationsspecifikke, PROFIBUS PA: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg • PROFIBUS DP (Decentralt tilbehør) bruges til at betjene sensorer og aktuatorer via en centraliseret controller i produktion (fabrik) automation applikationer. De mange standard diagnostiske muligheder, især er fokuseret på her. • PROFIBUS PA (Process Automation) bruges til at overvåge måleudstyr via en proces kontrolsystem i processen automatisering applikationer. Denne variant er beregnet til brug i eksplosion / farlige områder ( Ex-zone 0 og 1). Det fysiske lag (dvs. kablet) i overensstemmelse med IEC 61158-2, som giver magt til at blive leveret i løbet af bussen til feltinstrumenter og samtidig begrænse strømmen løber så eksplosive betingelser ikke er oprettet, selv om der opstår en fejl. Antallet af enheder tilsluttet en PA segment er begrænset af denne funktion. PA har en datatransmissionshastighed på 31,25 kbit / s. Men PA bruger den amme protokol som DP, og kan være knyttet til en DP netværk ved hjælp af en kobling enhed. Den meget hurtigere DP fungerer som et backbone-netværk til transmission af processignaler til styreenheden. Det betyder, at DP og PA kan arbejde tæt sammen, især i hybride applikationer, hvor proces og fabrik automation netværk opererer side om side. I over 30 millioner PROFIBUS nodes blev installeret ved udgangen af 2009. 5 millioner af disse er i procesindustrien. Teknologi PROFIBUS Protocol ( OSI referencemodel ) OSI-lag PROFIBUS 7 Anvendelse DPV0 DPV1 DPV2 6 Præsentation 5 Session 4 Transportere Ledelse 3 Netværk 2 data Link FDL 1 Fysisk EIA-485 Optisk MBP Ansøgning lag For at udnytte disse funktioner blev forskellige serviceniveauer i DP-protokollen definerede: • • • DP-V0 for cyklisk udveksling af data og diagnose. DP-V1 til acykliske dataudveksling og alarmhåndtering. DP-V2 for isokrone mode og dataudveksling broadcast ( slave -til-slave kommunikation) oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Sikkerhed lag Sikkerheden lag FDL (Fieldbus Data Link) arbejder med en hybrid adgang metode, der kombinerer token passerer med en master-slave-metoden. I et PROFIBUS DP-netværk, controllere eller proces kontrolsystemer de er mestre og sensorerne og aktuatorerne er slaverne. Der anvendes forskellige telegram typer. De kan differentieres ved deres start skilletegn (SD): Ingen data: SD1 = 0x10 SD1 DA SA FC FCS ED Variabel længde data: SD2 = 0x68 SD2 LE ler SD2 DA SA FC DSAP SSAP PDU FCS ED Fast længde data: SD3 = 0xA2 SD3 DA SA FC PDU FCS ED Polet: SD4 = 0xDC SD4 DA SA Kort anerkendelse: SC = 0xE5 SC SD Start Afgrænser LE Længde af protokol data enhed, (inkl. DA, SA, FC, DSAP, SSAP) ler Gentagelse af længden af protokoldataenheden, (Hamming afstand = 4) FC Funktion kode oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg DA Destination Adresse SA kildeadresse DSAP Destination service Access Point SSAP Kilde service Access Point SAP (Decimal) SERVICE Standard 0 Cyklisk Data Exchange (Write_Read_Data) 54 Master-til-Master SAP (MM Communication) 55 Skift Station Adresse (Set_Slave_Add) 56 Læs indgange (Rd_Inp) 57 Læs udgange (Rd_Outp) 58 Kontrol Kommandoer til en DP Slave (Global_Control) 59 Læs Configuration Data (Get_Cfg) 60 Læs Diagnostic data (Slave_Diagnosis) 61 Send Parametrering data (Set_Prm) 62 Tjek Configuration Data (Chk_Cfg) Bemærk: SAP55 er valgfrit og kan deaktiveres, hvis slaven ikke giver ikke-flygtigt lager hukommelse til stationen adresse. PDU: Protocol Data Unit (protocol data) FCS: Frame Kontrol Sequence ED: End Afgrænsningstegn (= 0x16!) Den FCS beregnes ved blot at sammenlægge de bytes inden for den angivne længde. En overløb ignoreres her. Hver byte gemmes med en lige paritet og overføres asynkront med en start og stop bit. Der kan ikke være en pause mellem en stopbit og følgende startbit når bytes af et telegram transmitteres. Master signaler er indledt et nyt telegram med en SYN pause på mindst 33 bit (logisk "1" = bus tomgang). Bit-transmission lag Tre forskellige metoder er angivet for bit-transmission lag: • Med elektrisk transmission i henhold til EIA-485 , parsnoede kabler med impedanser på 150 ohm anvendes i en bus topologi. Bithastigheder fra 9,6 kbit / s til 12 Mbit / s kan anvendes. Kablet længde mellem to repeatere er begrænset fra 100 til 1200 m, afhængigt af den bithastighed anvendes. Denne transmission metode anvendes primært med PROFIBUS DP. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg • • Med optisk transmission via fiberoptik, star, bus- og ring-topologier anvendes. Afstanden mellem repeatere kan være op til 15 km. Ringen topologi kan også udføres redundant. Med MBP (Manchester Bus Powered) transmission teknologi, data og feltbus magt fødes gennem samme kabel. Den effekt kan reduceres på en sådan måde, at bruge i eksplosionsfarlige miljøer er mulig. Bussen topologi kan være op til 1900 m lang og tillader forgrening til feltenheder (max. 60 m brancher). Bithastigheden her er et fast 31,25 kbit / s. Denne teknologi er specielt oprettet til brug i procesautomation til PROFIBUS PA. For dataoverførsel via glidende kontakter til mobile enheder eller optisk eller radiotransmission af data i åbne rum, kan der opnås produkter fra forskellige producenter, men de ikke svarer til nogen standard. PROFIBUS DP bruger to core skærmet kabel med en violet kappe, og kører med hastigheder mellem 9.6kbit / s og 12Mbit / s. En særlig hastighed kan vælges til et netværk for at give tilstrækkelig tid til kommunikation med alle enhederne er til stede i netværket. Hvis systemer ændrer langsomt derefter lavere kommunikation hastigheden er passende, og hvis systemerne ændrer sig hurtigt så effektiv kommunikation vil ske gennem hurtigere hastighed. RS485 balanceret transmission anvendes i PROFIBUS DP kun tillader 126 enheder, der skal tilsluttes på én gang; imidlertid kan flere enheder forbindes eller netværket udvidet med anvendelse af hubs eller repeatere. PROFIBUS PA er langsommere end PROFIBUS DP og kører med fast hastighed af 31.2kbit / s via blå beklædt to core skærmet kabel. Kommunikationen kan indledes for at minimere risikoen for eksplosion eller for de systemer, der reelt har brug for sikkert udstyr. De meddelelsesformater i PROFIBUS PA er identiske med PROFIBUS DP. Bemærk: PROFIBUS DP og PROFIBUS PA bør ikke forveksles med PROFINET . Profiler Profiler er foruddefinerede konfigurationer af de funktioner og funktioner til rådighed fra PROFIBUS til brug i bestemte enheder eller programmer. De er specificeret af PI arbejdsgrupper og udgivet af PI. Profiler er vigtige for åbenhed, interoperabilitet og udskiftelighed, så slutbrugeren kan være sikker på, at lignende udstyr fra forskellige leverandører udfører på en standardiseret måde. Bruger valg fremmer også konkurrence, der driver leverandører retning forbedret ydeevne og lavere omkostninger. Der er PROFIBUS profiler til encodere, Laboratory instrumenter, Intelligente pumper , robotter og numerisk styrede maskiner, f.eks. Profiler findes også for applikationer såsom at bruge HART og trådløs med PROFIBUS og proces automatisering enheder via PROFIBUS PA. Andre profiler er blevet specificeret for Motion Control (PROFIdrive) og Functional Safety ( PROFIsafe ). Standardisering PROFIBUS blev defineret i 1991/1993 i DIN 19245, blev derefter medtaget i EN 50170 i 1996 og siden 1999 etableret i IEC 61158 / IEC 61784. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg PROFINET Teknologi Tre protokol niveauer er defineret: • • • TCP / IP for ikke tidskritiske data og idriftsættelse af et anlæg med reaktionstider i intervallet 100 ms RT (real-time) protokol for PROFINET IO applikationer op til 1 ms cyklus gange IRT ( isokrone Real-Time) til PROFINET IO applikationer i drivsystemer med cykler på mindre end 1 ms Protokollerne kan optages og vises ved hjælp af et Ethernet- analyseværktøj PRONETA som Wireshark . Tilbehør Grænseflade til periferiudstyr gennemføres af PROFINET IO. Den definerer kommunikationen med felt tilsluttet perifere enheder. Dens udgangspunkt er en cascading realtid koncept. PROFINET IO definerer hele dataudveksling mellem controllere (enheder med "master-funktionalitet"), og de (enheder med "slave funktionalitet"), samt parametrering og diagnose. PROFINET IO er designet til den hurtige udveksling af data mellem Ethernet-baserede feltenheder og følger udbyderens forbruger model. Felt enheder i en underordnet PROFIBUS linje kan integreres i PROFINET IO-systemet uden nogen indsats og problemfrit via en IO- proxy (repræsentativ for et underordnet bussystem). En enhed udvikler kan implementere PROFINET IO med enhver kommercielt tilgængelig Ethernet controller. Det er velegnet til udveksling af data med bus cyklustider på nogle få ms. Konfigurationen af et IO-System har været holdt ligner PROFIBUS . PROFINET IO indeholder altid real-tid koncept. En PROFINET IO-system består af følgende enheder: • • • IO Controller, som styrer automatisering opgave. IO Device, som er et område enhed, overvåges og kontrolleres af en IO-controller. En IO Device kan bestå af flere moduler og undermoduler. IO tilsynsførende er software typisk baseret på en PC til indstilling parametre og diagnosticering individuelle IO enheder. En Application Relation (AR) er etableret mellem en IO-controller og en IO Device. Disse ARs bruges til at definere Kommunikation Relations (CR) med forskellige karakteristika for overførsel af parametre, cyklisk udveksling af data og håndtering af alarmer. Der henvises til PROFINET IO-forbindelse livscyklus for en mere detaljeret beskrivelse. Kendetegnene for en IO-enhed, er beskrevet af producenten enhed i en General Station Beskrivelse (GSD) fil. Sproget anvendes til dette formål er GSDML (GSD Markup oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Language) - en XML-baseret sprog. GSD-fil indeholder tilsyn software med et grundlag for planlægning af konfigurationen af en PROFINET IO-system. IO adressering Hvert modul i et PROFINET netværk har tre adresser: • • • Mac-adresse IP-adresse Enhedens navn, et logisk navn til modulet inden for den samlede konfiguration Fordi PROFINET bruger TCP / IP en MAC og IP-adresse anvendes. En MAC-adresse ændres, hvis enheden udskiftes. En IP-adresse er en form for dynamisk adressering. Fordi der var et behov for en fast adresse et enhedsnavn bruges. For tildeling af IP-adressen, undernetmasken og standard-gateway to metoder er defineret: • • DCP: Discovery og Configuration Protocol DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol Real time Inden PROFINET IO, er procesdata og alarmer altid sendes i realtid (RT). Realtid i PROFINET er baseret på definitioner af IEEE og IEC, som tillader kun en begrænset tid til udførelse af real-time-tjenester inden for en bus cyklus. RT kommunikation udgør grundlaget for udveksling af data for PROFINET IO. Real-time data behandles med en højere prioritet end TCP (UDP) / IP-data. RT danner grundlag for tidstro kommunikation inden for distribueret periferi og for PROFINET komponentmodel. Denne type dataudveksling tillader bus cyklustider i området på et par hundrede mikrosekunder. Isokrone kommunikation Isokrone dataudveksling med PROFINET er defineret i isokrone realtid (IRT) koncept. Enheder med IRT funktionalitet har switch-porte integreret i feltet enhed. De kan være baseret fx på Ethernet-controllere ERTEC 400/200. De dataudveksling cyklusser er normalt i området på et par hundrede mikrosekunder op til et par millisekunder. Forskellen til real-time kommunikation er i det væsentlige den høje grad af determinisme, således at starten af en buscyklus opretholdes med stor præcision. Starten på en bus cyklus kan afvige op til 1 s (jitter). IRT er påkrævet, for eksempel til motion control-applikationer (positionering kontrol processer). Profiler Profiler er foruddefinerede konfigurationer af de funktioner og funktioner til rådighed fra PROFINET til brug i bestemte enheder eller programmer. De er specificeret af PI arbejdsgrupper og udgivet af PI. Profiler er vigtige for åbenhed, interoperabilitet og udskiftelighed, så slutbrugeren kan være sikker på, at lignende udstyr fra forskellige leverandører udfører på en standardiseret måde. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Der er PROFINET profiler til kodere, f.eks. Andre profiler er blevet specificeret for motion control (PROFIdrive) og Functional Safety (PROFIsafe). En særlig profil for tog også eksisterer. En anden profil er PROFIenergy der omfatter tjenester til tidstro overvågning af energiefterspørgslen. Dette blev anmodet om i 2009 af AIDA gruppe af tyske bilproducenter ( Audi , BMW , Mercedes-Benz , Porsche og VW), der ønskede at have en standardiseret måde aktivt at styre energiforbruget i deres anlæg. Høje enheder energi og delsystemer såsom robotter, lasere og endda male linjer er målet for denne profil, hvilket vil medvirke til at reducere en anlæggets energiomkostninger ved intelligent at skifte enhederne i »sleep" modes at tage hensyn til produktions- pauser, både planlagt (f.eks. weekender og lukke-downs) og uforudsete (f.eks. nedbrud). Links: http://www.profibus.com/pi-organization/regional-pi-associations/denmark/ https://mall.industry.siemens.com/mall/da/dk/Catalog/Products/5000893 oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Devicenet DeviceNet er et netværk, der anvendes i automatisering industrien til at sammenkoble styreanordninger for dataudveksling. Det udnytter Common Industrial Protocol over en Controller Area Network media lag og definerer en applikationslaget at dække en række enhedsprofiler. Typiske anvendelser omfatter informationsudveksling, sikkerhedsanordninger, og store I / O-kontrol netværk. Historie DeviceNet blev oprindeligt udviklet af amerikanske selskab Allen-Bradley (nu ejet af Rockwell Automation ). Det er et program lag protokol oven på CAN ( Controller Area Network ) teknologi, som er udviklet af Bosch. DeviceNet tilpasser teknologien fra Common Industrial Protocol og udnytter CAN, hvilket gør det billigt og robust i forhold til den traditionelle RS-485 baserede protokoller. For at fremme brugen af DeviceNet verdensplan, har Rockwell Automation vedtaget den "åbne" koncept og besluttede at dele teknologien til tredjepartsleverandører. Derfor er det nu administreres af ODVA , en uafhængig organisation beliggende i Nordamerika. ODVA fastholder specifikationer af DeviceNet og fører tilsyn med forskud til DeviceNet. Desuden ODVA sikrer overensstemmelse til DeviceNet standarder ved at give overensstemmelsesprøvning og leverandør overensstemmelse. ODVA senere besluttede at bringe DeviceNet tilbage til sin forgængers paraply og kollektivt refererer til teknologi som Common Industrial Protocol eller CIP, som omfatter følgende teknologier: • • • EtherNet / IP ControlNet DeviceNet ODVA hævder høj integritet mellem de tre teknologier på grund af den fælles protokol tilpasning, hvilket gør industrielle kontrol langt enklere i forhold til andre teknologier. DeviceNet er standardiseret som IEC 62.026-3. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Arkitektur Teknisk oversigt Definer OSI syv-lags arkitektur model det fysiske lag, data link laget og applikationslaget 1. Netværk i tillæg til det signal, men også herunder magt, selv-drevne støttenetværk funktion (normalt anvendes i små enheder, såsom foto detektorer, endestop eller nærhedsafbrydere osv.) 2. Giver tre bit-hastigheder: 125 Kbit / s, 250 Kbit / s og 500 Kbit / s, hovedstammen under forskellige bithastigheder (trunk) er omvendt proportional med længden og bitrate 3. Fladt kabelnet kan anvendes 4. Enkelt netværk kan have op til 64 noder, node adresse (MAC-ID i DeviceNet tilkaldt) ved 0-63 5. Duplicate node adresse afsløring funktion 6. Support mester - slave (master-slave) og end-to (peer-to-peer) kommunikation arkitektur, men de fleste af udstyret fungerer i den tidligere netværksarkitektur 7. Multiple netværk tillader en enkelt master-funktion 8. Kan bruges i miljøer med højt støjniveau Fysisk lag DeviceNet understøtter 125 kbit / s, 250 kbit / s og 500 kbit / s datahastigheder. Afhængig af den valgte kabeltype, kan DeviceNet understøtte kommunikation op til 500 meter (under anvendelse runde, stor diameter kabel). Typisk rundt kabel understøtter op til 100 meter, mens fladskærms-stil kabel understøtter op til 380 meter på 125 kbit / s og 75 meter på 500 kbit / s. Data link laget DeviceNet anvender en differentiel seriel bus ( Controller Area Network ) som dets Data Link Layer. Ved hjælp af CAN som en rygrad, DeviceNet kræver minimal båndbredde til at sende og pakke beskeder. Desuden kan en mindre processor vælges i udformningen af enheden takket være data rammeformat og den lethed, hvormed processoren kan parse data. Se nedenfor for fuld format. CAN dataramme Format 1 bit => Start af rammen 11 bit => Identifier 1 bit => RTR bit 6 bits => Styrefelt 0-8 bytes => Datafelt 15 bits => CRC sekvens 1 bit => CRC afgrænser 1 bit => Kvittere 1 bit => Ack afgrænser 7 bit => Slut på rammen > 2 bit => interframe space oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Ved at overføre den første pakke af data, er starten på Frame bit sendt til at synkronisere alle modtagere på netværket. CAN-id (angivet 0-63) og RTR bit kombineres for at sætte prioritet, hvor dataene kan tilgås eller ændres. Lavere identifikatorer har højere prioritet end højere identifikatorer. Ud over at overføre disse data til andre enheder, enheden overvåger også data, der sendes. Denne redundans validerer de indberettede data og eliminerer samtidige transmissioner. Hvis et knudepunkt transmitterer på samme tid som en anden node, vil knudepunktet med den nedre 11 bit identifikator fortsat fremsende mens enheden med den højere 11 bit identifikator vil stoppe. De næste seks bit indeholder oplysninger til angivelse af Kontrol Field. De første to bits er faste, mens de sidste fire er bruges til at angive længde inden for datafelt. Data Field indeholder fra nul til otte bytes af brugbare data. Følgende dataramme er CRC feltet. Rammen består af 15 bits til at detektere rammefejl og opretholder talrige format adskiller. Grundet lettere at gennemføre og immunitet over for de fleste støjende netværk, kan giver en høj grad af fejlkontrol og fejl indespærring. Netværk DeviceNet inkorporerer en forbindelse-baseret netværk. En forbindelse skal indledningsvis etableres ved enten en UCMM ( Ikke tilsluttet Message Manager ) eller en gruppe 2 Ikke tilsluttet Port. Derfra kan eksplicitte og implicitte budskaber sendes og modtages. Eksplicitte meddelelser er datapakker, der generelt kræver en reaktion fra en anden enhed. Typiske meddelelser er konfigurationer eller ikke-tid indsamlingen følsomme data. Implicitte meddelelser er pakker af data, der er tidskritiske og generelt kommunikere real-time data over netværket. En udtrykkelig besked Connection skal anvendes til etableret først, før en Implicit Message forbindelse. Når forbindelsen er oprettet, de CAN identifikator ruter data til den tilsvarende node. Links: https://www.youtube.com/watch?v=T6D9cXyxK3Y CAN-bus En Controller Area Network (CAN-bus) er en bil bus standard designet til at tillade microcontrollere og enheder at kommunikere med hinanden i applikationer uden en værtscomputer . Det er en besked-baseret protokol , der er designet oprindeligt til multiplex elektriske ledninger inden biler, men bruges også i mange andre sammenhænge. Udvikling af CAN-bussen startede i 1983 på Robert Bosch GmbH .[Protokollen blev officielt udgivet i 1986 på Society of Automotive Engineers (SAE) konference i Detroit , Michigan . De første CAN controller-chips, produceret af Intel og Philips, kom på markedet i 1987. 1988 BMW 8-serien var den første produktion køretøj til funktionen en CAN-baserede multiplex ledninger system. Bosch udgivet flere versioner af CAN specifikation og de nyeste er CAN 2,0 offentliggjort i 1991. Denne specifikation har to dele; del A er for standardformat med en 11-bit identifikator, og en del B er til den udvidede format med en 29-bit identifikator. En CAN oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg enhed, der bruger 11-bit identifikatorer kaldes almindeligvis CAN 2.0A og en CAN enhed, der bruger 29-bit identifikatorer kaldes almindeligvis CAN 2.0B. Disse standarder er frit tilgængelige fra Bosch sammen med andre specifikationer og hvidbøger. I 1993 International Organization for Standardization (ISO) udgivet CAN standard ISO 11898, som senere blev omstruktureret i to dele; ISO 11.898-1 som dækker data link laget , og ISO 11.898-2 som dækker CAN fysiske lag for high-speed CAN. ISO 11.8983 blev udgivet senere og dækker CAN fysiske lag for lav hastighed, fejltolerant CAN. Kan i Automation (CIA) standard bruges som basis for flere store (7-lag) protokol udvikling. De fysiske lag standarder ISO 11.898-2 og ISO 11.898-3 er ikke en del af Bosch CAN 2.0-specifikationen. Disse standarder kan købes fra ISO. Bosch er stadig aktiv i forlængelse af CAN-standarder. I 2012 udgivet Bosch KAN FD 1.0 eller CAN med Flexible data-rate. Denne specifikation bruger en anden ramme format, der tillader andre data længde samt eventuelt at skifte til en hurtigere bit sats efter voldgiften besluttes. CAN FD er foreneligt med den gældende CAN 2,0 netværk, så nye CAN FD enheder kan sameksistere på samme netværk med eksisterende CANenheder. CAN-bus er en af fem protokoller, der anvendes i on-board diagnostik (OBD) -II køretøj diagnostik standard. OBD-II standarden har været obligatorisk for alle biler og lette lastbiler, der sælges i USA siden 1996, og EOBD standarden har været obligatorisk for alle benzindrevne køretøjer, der sælges i EU siden 2001, og alle dieselkøretøjer siden 2004. Arkitektur CAN er en multi-mester seriel bus standard for tilslutning af elektroniske kontrolenheder [ECU] også kendt som noder. To eller flere knudepunkter er påkrævet på CAN-netværket til at kommunikere. Kompleksiteten af knudepunktet kan spænde fra en simpel I / O-enhed op til en indlejret computer med en CAN interface og sofistikeret software. Den knude kan også være en gateway tillader en standard computer til at kommunikere over en USB- eller Ethernet-port til enheder på et CAN-netværk. Alle knuder er forbundet med hinanden gennem en totråds bus. Ledningerne er 120 Ω nominelle twisted pair. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg High Speed CAN Netværk. ISO 11.898-2 ISO 11.898-2, også kaldet høj hastighed CAN, bruger en lineær bus afsluttet i hver ende med 120 Ω modstande. Lav hastighed Fault Tolerant CAN Network. ISO 11.898-3 ISO 11.898-3, også kaldet lav hastighed eller fejltolerant CAN, anvender en lineær bus, stjerne bus eller flere stjerne busser forbundet med en lineær bus og afsluttes ved hvert knudepunkt med en brøkdel af den samlede termineringsmodstand. Den overordnede opsigelse modstand bør være omkring 100 Ω, men ikke mindre end 100 Ω. Høj hastighed CAN er normalt bruges i bilindustrien og industrielle applikationer, hvor bussen kører fra den ene ende af miljøet til den anden. Fejltolerant CAN bruges ofte, hvor grupper af knudepunkter skal forbindes sammen. ISO specifikationer kræver bussen holdes inden for et minimum og maksimum common mode bus spænding, men ikke definerer, hvordan man holder bussen inden for dette område. CANbus Node Hvert knudepunkt kræver en: • • • Centralenhed , mikroprocessor, eller værtsprocessor o Værten processor afgør, hvad de modtagne beskeder betyder, og hvilke budskaber det ønsker at sende. o Sensorer, aktuatorer og styreenheder kan tilsluttes værtsprocessoren. CAN controller; ofte en integreret del af microcontroller o Modtagelse: CAN controller lagrer den modtagne serielle bit fra bussen, indtil en hel besked er tilgængelig, som derefter kan hentet af værtsprocessoren (normalt ved CAN controller udløser en interrupt). o Sender: værtsprocessoren sender sende- meddelelse (r) til en CAN controller, der videregiver bits serielt på bussen, når bussen er fri. Transceiver Defineret af ISO 11898-2 / 3 Medium Access Unit [MAU] standarder oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg o o Modtagelse: det konverterer datastrømmen fra CANbus niveauer til niveauer, CAN-controlleren bruger. Der er normalt beskyttende kredsløb for at beskytte CAN controller. Transmission: det konverterer datastrømmen fra CAN controller til CANbus niveauer. Hver node er i stand til at sende og modtage beskeder, men ikke på samme tid. En meddelelse eller Frame består primært af ID (identifier), som repræsenterer prioritet af meddelelsen, og op til otte databytes. En CRC, anerkender slot [ACK] og anden overliggende er også en del af beskeden. Den forbedrede CAN FD udvider længden af afsnittet data til op til 64 bytes per ramme. Beskeden sendes serielt på bussen ved hjælp af en ikke-tilbagevenden-til-nul (NRZ) format og kan modtages af alle noder. De enheder, der er forbundet med en CAN-netværk er typisk sensorer , aktuatorer og andre enheder kontrol. Disse enheder er forbundet med bussen via en værtsprocessor , en CAN controller, og en CAN transceiver. En afsluttende bias kredsløb er strøm og formalet billede sammen med de data signalering for at tilvejebringe elektrisk forspænding og terminering ved hver ende af hver bus segment at undertrykke refleksioner . ID tildeling Besked id'er skal være entydigt på en enkelt CAN-bus, ellers to knudepunkter ville fortsætte fremsendelse ud over enden af voldgift felt (ID) forårsager en fejl. I begyndelsen af 1990'erne, blev valget af id'er til meddelelser gjort blot på grundlag af at identificere typen af data og den afsendende knude; Men som ID også bruges som prioritet beskeden, førte dette til dårlig real-time performance. I de scenarier, blev en lav CAN-bus udnyttelse af ca. 30% som der er behov for at sikre, at alle meddelelser ville opfylde deres deadlines. Men hvis id'er er i stedet bestemmes på basis af fristen i meddelelsen, jo lavere numeriske id og dermed højere prioritet beskeden, kan typisk opnås derefter bus anvendelser på 70 til 80%, før nogen besked deadlines savnet. Lag CAN-protokollen, ligesom mange netværksprotokoller, kan opdeles i følgende indvinding lag : applikationslaget og Object-lag • • Message filtrering Meddelelse og status håndtering Det meste af CAN standard gælder for overføringslaget. Overføringslaget modtager beskeder fra det fysiske lag og transmitterer disse meddelelser til objektet lag. Overførslen lag er ansvarlig for bit timing og synkronisering, besked indramning, voldgift, kvittering, fejlfinding og signalering, og fejlen indespærring. Det udfører: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg • • • • • • • • Fejl Indespærring Fejl Detection Message Validering Anerkendelse Voldgift Message Framing Transfer Vurder og timing Information Routing Fysisk lag CAN-bus elektriske prøve topologi med terminator modstande. CAN-bus ( ISO 11898 -1: 2003) oprindeligt angivet link layer protokol med kun abstrakte krav til det fysiske lag, fx hævde brugen af et medie med multiple-adgang på bit-niveau gennem anvendelse af dominerende og recessive stater. De elektriske aspekter af det fysiske lag (spænding, strøm, antal ledere) blev specificeret i ISO 11898 -2: 2003, som nu er bredt accepteret. Men de mekaniske aspekter af det fysiske lag (stik type og antal, farver, etiketter, pin-outs) har endnu ikke formelt specificeret. Som et resultat, vil en bil ECU typisk har en særlig-ofte custom-stik med forskellige former for kabler, hvoraf to er CAN buslinjer. Ikke desto mindre har flere de facto standarder for mekanisk implementering dukket op, de mest almindelige er den 9-polet D-sub typen hanstik med følgende pin-out: • • • • pin 2: CAN-Low (CAN-) ben 3: GND (Jord) pin 7: CAN-High (CAN +) pin 9: CAN V + (Power) En mandlig DE-9 stik (plug). Denne de facto mekanisk standard for CAN kunne implementeres med node har både mandlige og kvindelige 9-pin D-sub-stik elektrisk kablede til hinanden parallelt inden for node. Bus-strøm fødes til en node hanstik og bussen strøm fra knudepunktets hunstik. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Dette følger den elektroteknik konvention, strømkilder termineres ved hunstik. Vedtagelse af denne standard undgår behovet for at fabrikere brugerdefinerede splittere til at forbinde to sæt bus ledninger til en enkelt D-stik på hver node. Sådanne ikke-standard (brugerdefineret) ledninger (splittere), der slutte ledere uden for node reducere bus pålidelighed, fjerne kabel udskiftelighed, reducere kompatibilitet ledningsnet, og øge omkostningerne. Fraværet af en fuldstændig fysisk lag specifikation (mekanisk foruden elektrisk) befriet CAN bus specifikation fra de begrænsninger og kompleksitet fysiske gennemførelse. Men det efterlod CAN bus implementeringer åbne for interoperabilitet grundet mekaniske uforenelighed. Sikkerhed CAN er et lavt niveau protokol og understøtter ikke sikkerhedsfunktioner uløseligt. Der er også ingen kryptering i standard CAN implementeringer, der efterlader disse netværk er åbne for man-in-the-middle pakke aflytning. I de fleste implementeringer, forventes ansøgninger om at anvende deres egne sikkerhedsmekanismer; fx at autentificere indgående kommandoer eller tilstedeværelsen af visse enheder på netværket. Manglende gennemførelse af passende sikkerhedsforanstaltninger kan medføre forskellige former for angreb, hvis modstanderen formår at indsætte meddelelser på bussen. Selv om der findes adgangskoder til nogle sikkerhedskritiske funktioner, såsom at ændre firmware, programmering nøgler, eller styring Antiblokeringssystem aktuatorer disse systemer er ikke implementeret universelt og har et begrænset antal frø / nøglepar. Udviklingsværktøjer Ved udvikling og / eller fejlfinding CAN-bussen, kan undersøgelsen af hardware signaler være meget vigtigt. Logic analysatorer og bus analysatorer er værktøjer, der indsamler, analyserer, afkode og gemme signaler, så folk kan se high-speed kurver i deres fritid. Der er også specialiserede værktøjer samt CAN bus-skærme. En CAN-bus-skærm er et analyseværktøj, ofte en kombination af hardware og software, der anvendes under udvikling af hardware at gøre brug af CAN-bussen. CAN-bus-skærmen typisk lytte til trafikken på CAN bussen for at vise det i en brugergrænseflade. Ofte CAN bus monitor giver mulighed for at simulere CAN-bus-aktivitet ved at sende CAN frames til bussen. CAN-bus-skærm kan derfor anvendes til at validere forventet CAN trafik fra en given enhed eller til at simulere CAN trafik for at validere reaktionen fra en given enhed tilsluttet til CAN-bussen. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg ISO 11898-serien specificerer fysiske og datalink lag (niveau 1 og 2 i ISO / OSI -modellen) af seriel kommunikation teknologi kaldet Controller Area Network , der understøtter distribuerede real-time kontrol og multiplexing til brug inden road køretøjer. [9] Der er flere CAN fysiske lag og andre standarder: ISO 11.898-1: 2015 specificerer data link laget (DLL) og fysisk signalering af Controller Area Network (CAN) . [10] Dette dokument beskriver den generelle arkitektur CAN i form af hierarkiske lag i henhold til ISO referencemodel for åben sammenkobling af systemer (OSI) etableret i ISO / IEC 7498-1 og giver de egenskaber for at oprette en udveksling af digital information mellem modulerne gennemføre CAN DLL med detaljeret specifikation af logiske link kontrol (LLC) underlag og medium adgangskontrol (MAC) underlag. ISO 11.898-2: 2003 specificerer højhastighedsforbindelse (transmissionshastigheder på op til 1 Mbit / s) medium adgang enhed (MAU), og nogle medium afhængig grænseflade (MDI) funktioner (i henhold til ISO 8802-3), der omfatter fysiske lag af controller area Network. ISO 11.898-2 anvender en to-wire balanceret signalering ordning. Det er den mest anvendte fysiske lag i bil drivaggregatet applikationer og industrielle netværk kontrol. ISO 11.898-3: 2006 specificerer lav hastighed, fejltolerant, medium-afhængige interface til opsætning af en udveksling af digital information mellem elektroniske kontrolenheder af køretøjer udstyret med CAN ved transmissionshastigheder over 40 kbit / s op til 125 kbit / s. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg ISO 11.898-4: 2004 specificerer tid-udløst kommunikation i CAN (TTCAN). Det er gældende for oprettelse af en tid-udløst udveksling af digital information mellem elektroniske kontrolenheder (ECU) af køretøjer, der er udstyret med CAN, og angiver rammen synkronisering enhed, der koordinerer driften af både logiske link og medier adgangskontrol i overensstemmelse med ISO 11.898-1, at give den tid-udløst kommunikation tidsplan. ISO 11.898-5: 2007 specificerer CAN fysiske lag for transmissionshastigheder på op til 1 Mbit / s til brug inden for road køretøjer. Den beskriver mellemstore adgang til enheds- funktionerne samt nogle mellemstore afhængige grænseflade funktioner i henhold til ISO 8802-2. Dette svarer til en udvidelse af ISO 11.898-2, der beskæftiger sig med ny funktionalitet til systemer, der kræver lavt energiforbrug funktioner, mens der ikke er nogen aktiv bus kommunikation. ISO 11.898-6: 2013 specificerer CAN fysiske lag for transmissionshastigheder på op til 1 Mbit / s til brug inden for road køretøjer. Den beskriver mellemstore adgang til enheds- funktionerne samt nogle mellemstore afhængige grænseflade funktioner i henhold til ISO 8802-2. Dette svarer til en udvidelse af ISO 11.898-2 og ISO 11.898-5, angive en selektiv wake-up mekanisme ved hjælp af konfigurerbare CAN frames. ISO 16.845-1: 2004 giver den metode og abstrakte test suite nødvendige for at kontrollere overensstemmelsen af enhver CAN implementering af CAN specificeret i ISO 11.898-1. ISO 16.845-2: 2014 etablerer testcases og testkrav at realisere en testplan kontrollere, om CAN transceiver med gennemførte selektive wake-up funktioner i overensstemmelse med de angivne funktionaliteter. Den slags test defineret i ISO 16.845-2: 2014 er navngivet som overensstemmelsesprøvning. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg AS-I AS-interface (Aktuator Sensor Interface AS-i) er en industriel netværksløsning (fysiske lag, dataadgangsmetode og protokol), der anvendes i PLC, DCS og PC-baserede automationssystemer. Den er designet til at forbinde simple felt I / O-enheder (f.eks binære ON / OFF enheder såsom aktuatorer, sensorer, roterende enkodere, analoge ind- og udgange, trykknapper og ventil positionssensorer) i diskrete fremstilling og proces applikationer ved hjælp af en enkelt 2 -conductor kabel. AS-Interface er en »åben« teknologi understøttes af et væld af automation udstyr leverandører. Ifølge AS-International Association der i øjeblikket (2013) over 24 millioner AS-interface feltenheder installeret globalt, vokser med omkring 2 millioner om året. [1] AS-Interface er en networking alternativ til den hårde ledningsføring af feltenheder. Det kan bruges som et partnernetværk for højere niveau feltbus netværk såsom Profibus , DeviceNet , Interbus og Industrial Ethernet , for hvem det giver en billig remote I / Oløsning. Det anvendes i automatisering applikationer, herunder transportbånd kontrol, pakkemaskiner (f.eks Schuberts), proces reguleringsventiler, tappeanlæg, elektriske distributionssystemer, lufthavn bagage karruseller, elevatorer, flaskepåfyldningslinjer og fødevarer produktionslinjer (f.eks 2SFG). AS-interface giver et grundlag for Functional Safety i maskinsikkerhed / nødstop applikationer. Sikkerhedsanordninger kommunikerer over AS-interface følge alle de normale AS-interface data regler. Det krævede niveau af kontrol data er leveret af dynamiske ændringer i dataene. Denne teknologi kaldes sikkerhed på arbejdspladsen og giver sikkerhedsanordninger og standard, ikke-sikkert udstyr, der skal tilsluttes til det samme netværk. Brug passende sikker input hardware (f.eks lysgitre, e-stopknapper oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg og dør interlock switche), AS-interface kan give sikkerhed understøtter op til SIL (Safety Integrity Level) 3 i henhold til EN 62061, CAT 4 ifølge EN954-1 som samt performance Level e (PL e) i henhold til EN ISO 13849-1. AS-interface specifikationen ledes af AS-International , et medlem finansieret non-profit organisation beliggende i Gelnhausen / Tyskland. Flere internationale datter organisationer findes rundt omkring i verden. Overblik AS-Interface er et system, der kræver fire grundlæggende komponenter: • • • • Præcis ét netværk mester, i de fleste tilfælde i form af en gateway til et højere niveau industrielt netværk eller en PLC backplane-kort, En række netværk slaver, i de fleste tilfælde indgangs- og udgangsmoduler, Præcis en strømforsyning, der anvendes til at drive netværket slaver og muliggør kommunikation med netværket mester, og Ledningsnettet infrastruktur, i de fleste tilfælde opnås ved anvendelse af det gule flade kabel. Ved hjælp af disse komponenter en AS-interface-segmentet kan konstrueres. Proceduren for underliggende kommunikation er en Master-Slave metode , hvorved skibsføreren indleder dataudveksling med en slave og kræver slaven til at reagere inden for sit definerede maksimale tid, hvilket gør AS-interface en deterministisk netværksløsning. Overensstemmelsesprøvning af et uafhængigt certificeringsorgan lab forsikrer, at certificerede produkter fra alle producenter vil kommunikere på et givet net. Leverandører, der ønsker at få deres produkter overensstemmelse testet skal kontakte AS-International . AS-interface-dataudveksling er baseret på en Master-Call, hvor dataene ramme består af en 5-bit enhedsadresser, 4-bit datapakker (f.eks. digital udgang information) og indramning bits. Den samlede længde af Master-Call er 14 bit. Den resulterende Slaverespons er 7 smule lang, indeholdende 4 bit af brugeroplysninger (f.eks. værdierne af slaver input). Spændingsniveauer på netværket intervallet mellem 29,5 .. 31,6 V DC og databeskyttelse, ud over de rammeinddelingsbit opnås via Manchester-II kodning, en meget symmetrisk, flydende layout med Skiftende Pulse Modulation. Den netværk bit tid er 6 mikrosekunder. Segmentlængde er begrænset til 100 meter. [2] flere segmenter kan kombineres for at danne længere net. I dette tilfælde er det nødvendigt at sikre, at enhver slave er kun to repeatere 'væk' fra netværket master. Dette er nødvendigt på grund af tidsforsinkelsen indføres, når en besked pakke overgange repeateren. Under visse betingelser en såkaldt Terminator og / eller Tuner kan anvendes til at forlænge den tilladte segment længde til 200 m eller 300 m, henholdsvis. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Historie AS-interface blev udviklet i slutningen af 1980'erne og begyndelsen af 1990'erne af en gruppe (konsortium) af 11 virksomheder for det meste kendt for deres udbud af industrielle ikke-kontakt sensing enheder som induktive følere , fotoceller , kapacitive sensorer og ultralydssensorer . Når udvikling blev afsluttet konsortiet blev løst, og en medlemsorganisation, AS-International , blev grundlagt. Den første operationelt system blev vist på Hannover messen 1994 ( Hannover Messe ). Original specifikation (1994, Version 2.04) I sin oprindelige form netværket var i stand til at understøtte op til 31 binære I / O-enheder / moduler, hvor hver enhed kunne udveksle 4 bit af input og 4 bit af output-data, hvilket resulterer i alt 124 indgange og 124 udgange på en enkelt netværk. Vigtige funktioner som automatisk Single Node Udskiftning var allerede en del af systemet. Netværket Opdateringstiden let beregnes ved at gange antallet I / O noder med den deterministiske opdatering for hver node (ca. 150 mikrosekunder), for en maksimal opdatering på 5 ms. Betyder Denne forenklet beregning ikke omfattet ledelsesberetningen Fase som er ubetydelig for typiske installationer. Det er også ikke kommunikation forsøg. Forbedringer (1998, Version 2.11) Efter introduktionen brugerne hurtigt vedtaget AS-interface, driver efterspørgslen for yderligere funktionalitet og funktioner. Som følge heraf blev disse krav behandlet med visse specifikationer forbedringer tillader oprettelse af analoge input / output-enheder og øge antallet af mulige binære I / O-enheder til 62. Diagnosticering funktionalitet blev også forbedret ved oprettelsen af Peripheral Fault Bit. For at bevare fuld fremad og bagud kompatibilitet, størrelsen af rammen data, der udveksles mellem netværket master ( Acanners og Gateways ) blev ikke øget. I stedet blev en af de fire outputbit benyttes til at vælge mellem de såkaldte A- og B-knuder. Dette gjorde det muligt hver af de 31 adresser, der skal bruges to gange. Adressen plads blev øget til 1A til 31A plus 1B til 31B. Som en konsekvens af anvendelse af et output bit som A / B selector, den fjerde output bit var ikke tilgængelig for brugeren og binære I / O noder bygget til denne profil tilbydes maksimalt 4 indgange og 3 udgange, hvilket øger den totale mængde af i / O på et enkelt netværk til 248 indgange og 186 udgange. Den maksimale opdatering tid af en fuldt lastet netværk er 10 ms. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Yderligere funktioner (2005/2007, version 3.0) I 2005 blev det nødvendigt at tage fat yderligere brugerbehov. Også den øgede brug af Ethernet-baserede industrielle protokoller opfordrede til et lavt niveau løsning, der overvandt de iboende mangler Ethernet (f.eks begrænset topologi, stor data frame, dyre brug af switche ...) Denne specifikation rettet brugernes krav ved at definere nye kommunikation profiler til binære og analoge data plus indførelsen af en seriel datatransmission profil. Følgende er en ufuldstændig liste over de nye funktioner • • • • Binære I / O noder understøtter A / B adressering med 4 indgange og 4 udgange Binære I / O noder understøtter A / B adressering med 8 indgange og 8 udgange Konfigurerbar (8, 12 eller 16 bit) hurtig analog kanal Fuld Duplex bit serielle kanal Med disse nye kapaciteter, AS-interface bliver den ideelle partner netværk for nogen af de i øjeblikket tilgængelige Ethernet-baserede industrielle protokoller. Gateways til EtherNet / IP TM, PROFINET , Modbus / TCP, SERCOS III og andre er tilgængelige. Nogle kontrol eksperter har givet udtryk for den opfattelse, at inden for de næste 10 år netværksløsninger placeret mellem AS-interface og Ethernet ikke vil blive anvendt i en ny installation. [ Redigér ] I et worst-case scenario, hjælp 62 knudepunkter med 4 indgange og 4 udgange hver opdateringen er 10 ms for input og 20 ms for udgangene. Komponenter En AS-interface netværk kræver kun nogle få grundlæggende komponenter falder ind under følgende overordnede kategorier: • • • • Scannere / Gateways (også kaldet skibsførere) Strømforsyninger og repeatere Moduler (også kaldet slaver) Netværkskabel, installation hardware og nyttigt værktøj (infrastruktur) Scannere og gateways Scanner / Gateway to funktioner. Med hensyn til AS-interface netværk er en mester, der udfører dataudveksling med modulerne og opdatering sin interne I / O-billede. Funktionaliteten af master er defineret i Master Profil af AS-interface specifikationen. Som en del af specifikationen version 3.0 er blevet defineret M4 Master Profile. Enhver given netværk kan kun have én scanner / Gateway. Med hensyn til en tilsluttet PLC / DCS eller PC Scanner / Gateway er en slave. AS-interface samfund bruger typisk ordet Gateway når AS-interface mester forbinder til en øvre niveau netværk som DeviceNet , Profibus eller nogen af de industrielle Ethernet-varianter. På den anden side, hvis den befinder sig på backplane af en PLC er det normalt omtales som en scanner. Da ASinterface kommunikation er baseret på master-slave kommunikationsmetode, skal ethvert netværk har kun en mester på et tidspunkt. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Strømforsyning Enhver AS-interface segment skal drives. Dette opnås typisk forbinde en AS-interface strømforsyning . Disse leverancer har visse unikke egenskaber vedrørende interne kredsløb og udgangsspænding. Standard 24VDC strømforsyninger kan ikke anvendes til direkte at drive et segment, skal 31.5VDC anvendes i stedet. Den samlede længde AS-interface netværkskabel i en enkelt segment må ikke være mere end 100m. Hvis den samlede netværk længde skal være længere, kan repeatere anvendes. Som repeateren galvanisk isolerer to segmenter, skal en ny strømforsyning bruges på den anden side af repeateren. En almindelig misforståelse eksisterer med hensyn til antallet af repeatere i et netværk. Det er blevet oplyst, at den maksimale længde af et AS-interface netværk kan være 300m, oprettet ved hjælp af to repeatere. Dette er ikke tilfældet. Det afgørende er ikke, hvor mange repeatere bruger, men snarere hvor mange repeatere enhver datapakke med oprindelse i en scanner eller Gateway, har til at krydse før de når I / O-node. På grund af de stramme timing begrænsninger defineret hver pakke kan højst rejse på tværs af to repeatere, før de når en AS-interface node. Dette har følgende konsekvenser: 1. Lineære netværk med Scanner / Gateway monteret i den ene ende kan være 300 m lang 2. Lineært netværk med 500m længde kan konstrueres når Scanner / Gateway er monteret i det midterste segment 3. En stjerne formet netværk med næsten ingen længde begrænsning er mulige Moduler Dette er langt den største gruppe af komponenter og omfatter binære og analoge I / Omoduler, stack lys, trykknapper, sensorer med integreret ASIC, ventil kontrolbokse, nødstop, lysgitre; generelt enhver enhed, der kan udveksle data med PLC'en. Hvert modul på netværket skal have en unik adresse. For AS-interface de adresseområde varierer fra 0 til 31, hvor 0 ikke kan bruges, men er forbeholdt Automatisk Single Node Udskiftning. Siden vedtagelsen af specifikationen 2.11 denne adresse rum er yderligere opdelt i A og B udvidet adresser. Som følge heraf ved hjælp af et modul designet til at understøtte denne adresseringstilstand, er det muligt at have to moduler på hver adresse; en på A halvdelen og en på B halvdel. (Eks. 1A og 1B, 17A og 17B). Den nuværende specifikation Version 3.0 har tilføjet muligheden for at konstruere mange nye typer af I / O-kombinationer, herunder binære moduler med 4 indgange og 4 udgange understøtter A / B adressering. Netværkskabel Langt størstedelen af AS-interface installationer udnytter AS-interface fladkabel, defineret som en del af AS-interface specifikationer. Et forholdsvis lille antal brancher (f.eks ventilstyring i procesautomation) bruger et rundt kabel, mest fordi det er lettere at trække gennem kanalen. Mens formen af kablet er ligegyldigt (et anden kabel kan bruges) de elektriske egenskaber for de udvalgte kabel spørgsmål meget. For at undgå problemer som følge af forkert kabel, de fleste fagfolk foreslå AS-interface fladkabel. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Dette kabel er designet til at gøre brug af et kabel piercing teknologi. Når en AS-interface-modulet er installeret på netværket, piercing nåle trænger ind i kablet jakke og fortrænge de interne kobbertråde uden at skære dem. Dette tillader AS-interface moduler, der skal installeres hvor som helst på netværket uden at skære og forberedelse (dvs. fjerne kabel jakke, stripning isolering og eventuelt anvende en ferule) kablet først. Resultatet er en hurtigere installation uden risiko for utilsigtede shorts mellem lederne. Her er et fladt kabel tegning Der findes flere typer af kabler til rådighed. Gul kabel er normalt bruges til at drive ASinterface-moduler og muliggøre kommunikation mellem feltenheder og scanneren eller Gateway. Dette kabel tilbydes i flere jakke materialer til at løse specifikke applikationer behov. AS-interface sorte kabel bruges typisk til at levere moduler med 24VDC AUX magt. Ingen kommunikation foregår på dette kabel. Svarende til det gule kabel, er det sorte kabel også produceret ved hjælp af diverse jakke materiale til at løse de specifikke behov i ansøgningen. En rød-kappeforsynet kabel er blevet defineret, men er stort set ikke anvendes. Dens påtænkte anvendelse var i applikationer, hvor vekselstrøm leveres til feltet noder. De to ledninger inde i AS-interface-kablet er brune (+ bly) og blå (bly) uafhængig af materiale makeup og ydre kappe farve. Design af et netværk En AS-interface netværk er en samling af netværk segmenter. Der er meget få regler, der skal være opfyldt, når designe en AS-interface-netværk: 1. Der kan ikke være nogen dubletter adresser på et netværk 2. Hvert segment skal være 100 m eller mindre total kabellængde, medmindre der anvendes en tuner, i hvilket tilfælde segment kabellængde må ikke overstige 200m 3. Hvert netværk skal magten præcis én mester 4. Hvert segment skal magten præcis én AS-interface strømforsyning 5. Når der anvendes repeatere, kan en slave ikke være mere end "to repeater overgange" fra master 6. Formen (dvs. topologi) af et segment er vilkårlig (ubegrænset) oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Ved hjælp af disse grundlæggende regler bør det være klart, at: • • En lineær netværk, med master i den ene ende af nettet, kan være 300 m lang En lineær netværk, med master "i midten" af nettet, kan være 500m lang I nogle programmer længere netværk er ønskelige (f.eks. Process Automation applikationer). Dette er muligt ved hjælp af installation af Terminator og tunere. Programmering af udstyr: https://www.youtube.com/watch?v=1EG-Syg9uo&list=PLRCEJ0bGSS1bFzRzH2kOgG_veiieCTor6 https://www.youtube.com/watch?v=qeBAz_XXUWs&list=PLln3BHg93SQ_X5rPjqP8gLLxQnNSMHujhttps://www.youtube.com/watch?v=de-QeRUQ1Vg https://www.youtube.com/watch?v=slfjbuKgVWU https://www.youtube.com/watch?v=O3j_Ol8njn0 https://www.youtube.com/watch?v=Khvhi-O2uOI https://www.youtube.com/watch?v=fTWp6bFIt0s https://www.youtube.com/watch?v=CJANXByCU3M https://www.youtube.com/watch?v=YKWrlsu2IXc oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Opsætning og Idriftsætning af digitale servodrev og frekvensomformer Generelt Opsætning og idriftsætning af et servodrev kan være et omstændeligt og tidskrævende arbejde. Det er af afgørende betydning at man forbereder sig grundigt og følger fabrikantens anvisninger. Følgende fremgangsmåde kan anvendes fra udpakning til drift af drev: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Modtagelse og udpakning Advarsler og forbehold i brugerguide Mekanisk og elektrisk installation Tuning og indjustering af regulator Implementering og Parametrering Testkørsel som stand alone drev Testkørsel smal scale Testkørsel full scale drift oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Modtagelse og udpakning Når udpakning af det leverede drev er sket, er det en god ide først at tjekke styklisten og om drev og motor passer sammen (datablad), samt om motorkabel og encoderkabel er passer til motor og drev. Vær opmærksom på at motor ikke tåler stød, det er derfor en god ide at lade den blive i emballagen så længe som muligt. Hvis motoren tabes eller på anden måde udsættes for stød, eksempelvis en hårdhændet montering af kobling eller lignende på akslen, er der risiko for at motorens levetid forringes. Årsagen ligger i rotorens PM felt, der er sårbar overfor stød og slag. Hvis PM feltet svækkes vil motoren som kompensation optage en større strøm ved nominel belastning. Dette kan medføre til utilsigtet udkobling eller beskadigelse af motoren. Advarsler og forbehold i brugerguide. Det kan opfattes som overflødigt og omstændeligt, men det må anbefales at man læser manualens afsnit med advarsler igennem inden man begynder installationen. Der er her tale om et afsnit, hvor fabrikanten dækker sig ind for at undgå at få en garantisag eller erstatningssag på nakken, hvis drevet tilsluttes eller anvendes forkert. Især under måling og fejlfinding er faren for personskade altid tilstede. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Mekanisk installation Den mekaniske installation er sjældent årsag til problemer, hvis man følger opsætningsvejledningen. Man skal dog især være opmærksom på miljø og omgivelser dvs.: • Servoomformerens indbygnings og afkølingsforhold i tavle. Ved høje omgivelsestemperaturer kan der være behov for ekstra køling eller derating af motoren (lav lastgrænse). • Servoomformerens sammenbygning med- og fri afstand til andre enheder. • Servoomformerens kapsling overfor væsker og legemer, herunder støv der kan påvirke afkølingen. • Motorens afkølingsforhold under forskellige driftsformer og ved indbygning Elektrisk installation og EMC forhold Advarsel: Hvis drevet har været tilsluttet for nylig, kan der være fare for at farlige restspændinger er oplagret i kondensatorer. Dette problem er størst ved store drevstørrelser. Afladningstiden for kondensatorerne kan findes i manualen, men hvis drevet har været frakoblet en time, vil det under normale omstændigheder være ufarligt at arbejde med. Tjek altid for en sikkerheds skyld mellemkredsspændingen med et multimeter. Husk ved elektrisk installation: 1. Undersøg motorens typeskilt og skriv data ned til senere brug ved parameteropsætning. 2. Servodrevet kan leveres med eksternt eller internt EMC filter. Undersøg om filteret er tilstrækkelig til omgivelserne, eller om der skal monteres ekstra på grund af skærpede krav (hospitalsmiljø). Vær også opmærksom på om nettet kan acceptere servodrevet. I specielle tilfælde kan det være nødvendigt at foretage ændringer i nettet, f.eks. installation af specielt fejlstrømsrelæ til ensretterbelastning (f.eks. BENDER RCMA). 3. Anvend altid kabler med skærm som styre- og motorkabler. Bemærk at motorkablets skærm som regel skal tilsluttes ved både drev og motor. Ofte er et servokabel konfektioneret med specialstik til motoren. Hvis dette ikke er tilfældet, kan man montere en EMC forskruning der klemmer ind på den afisolerede skærm (f.eks. Milltronic). OBS! Det er ikke nok at sno skærmen og samle den i en skrue eller lignende. Sådan en ”antenne” kaldes også en ”Pigtail”, og skader i EMC sammenhæng mere end den gavner. Skærmen skal frilægges under kappen ved afisolering og spændes/klemmes fast til apparatstel. 4. Ved meget lange motorkabler kan det blive nødvendigt at montere et ekstra LC filter. Opsætnings Software oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Vær opmærksom på at den til drevet hørende opsætningssoftware kan være forældet. I dag hvor en digitalt servodriver er udstyret med microprocessor, er det normalt at firmwaren, og dermed drevets funktionalitet, ofte bliver opdateret. Dette medfører at den tilhørende opsætningssoftware også bliver ændret ganske tit. Der er 2 grunde til at opdatere firmwaren: • • Rettelser vedrørende sikkerhedsbrist. Ændringer i funktionalitet. I første tilfælde er der sjældent behov for rettelser i opsætningssoftwaren, hvorimod rettelser ofte vil være påkrævet i det sidste tilfælde. I visse tilfælde kan der være behov for at opdatere firmwaren ”on location”. Opdatering af firmwaren er ikke uden risiko, idet servodrevet i værste fald kan være dødt hvis forsøget mislykkes (f.eks. ved spændingssvigt). Derfor vil det ofte være fabrikanten der tager sig af dette. Inden den medfølgende opsætningssoftware installeres, er det en god ide at tjekke fabrikantens hjemmeside eller ringe til leverandøren og eftertjekke om man er i besiddelse af seneste programversion. Tuning og indjustering af regulator. I dag er opgaven med at tilpasse den digitale servoomformer til en servomotor nemmere end da de analoge drev dominerede markedet. Ofte bliver servoomformer og motor leveret samlet, med en rimelig garanti for at delene passer sammen. Der er 2 måder at foretage tuning og indjustering: • • Fra drevets operatørpanel på fronten Fra PC med opsætningssoftware Hvilken metode der vælges, afhænger af omstændighederne. I første tilfælde er manualen et uundværligt hjælpeværktøj, men da den oftest er skrevet på Engelsk, vil mange betragte den som en hæmsko. Vælger man PC løsningen kan man ofte benytte en guide eller den såkaldte ”Wizard” (troldmand) til punkt for punkt indstilling af nødvendige parametre i den rigtige rækkefølge. Der er stor forskel på anvendeligheden af de forskellige softwarepakker. Control Techniques har udstyret deres CTSoft opsætningsprogram med en trinvis opsætningsmetode, den såkaldte ”Setup Wizard”. Fremgangsmåden for opsætning af dette drev kan være: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg 1. Valg af drevtype: frekvensomformer i Open/closed loop eller servodrev 2. Valg af encoder og parametrering 3. Indtastning af motordata manuelt eller fra database 4. Valg af drevprofil: reversering og rampetider 5. Valg af digital styremodel (input) 6. Valg af analoge referencer 7. Valg af start/stop logik 8. Download 9. Autotuning 10. Afslutning For at ”Wizarden” kan aktiveres skal: • • • • Drevtypen vælges korrekt i et nyt projekt Drevet navngives Drevet være on-line. Korrekte motordata skal være tilstede Hvis en af ovenstående krav ikke er opfyldt, vil en opsætning af drevet ikke lykkes. Tuning af servodrev Det er ikke altid praktisk muligt at foretage en tuning af drevet med maskinen tilkoblet, da akslen ved nogle drev skal kunne rotere frit. Det bedste resultat af en autotuning får man dog som regel med motoren og maskine sammenkoblet. Omrons servodrev ”XtraDrive” kan tunes på 3 måder: 1. Manuel direkte på servodrevet. 2. Fast Tuning med programmet ”XtraWare”. 3. Fine Tuning med programmet ”XtraWare”. Manuel tuning oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Den mest besværlige metode er selvsagt den manuelle, idet brugeren i værste fald manuelt skal indstille op til 13 parametre. For Omron drevet skal brugeren som minimum tage stilling til: • • • • • Kd Kp Kiv Kis Ka Pn1AC Pn1AA Pn1AB Pn1A9 Pn1AD Differential gain Proportional gain Additional proportional gain Integral feedback gain Acceleration gain F.eks.: Kp værdien kaldes Proportional forstærkningen (gain), og indlæses i parameter Pn1AA. Dertil kommer 5 filtre e.l. som kan forbedre drevydelsen yderligere. Auto tuning Med opsætingsprogrammet ”XtraWare” kan der vælges mellem Fast Tuning og Fine Tuning. Fast tuning laver et tabelopslag på baggrund af motor og driver typen samt Inerti forholdet, dvs. en cirka angivelse af forholdet mellem belastningen og motorens inerti (svingmasse). Fine Tuning bevæger motoren frem og tilbage i en hurtig cyklus, samtidig med at den dynamisk indstiller i alt 8 tuningsparametre. Processen kan tage flere minutter. Erfaringsmæssig giver ”Fine Tuning” den bedste kørselsprofil for motoren, men hvis man ikke har store krav til drevet, vil ”Fast Tuning” være tilstrækkelig i mange tilfælde. Det er også muligt at autotune drevet direkte på servoomformeren. Scope software Hvor man tidligere under idriftsætning, havde behov for at efterprøve drevets ydeevne med et oscilloskop, kan man nu simpelt og hurtigt klare samme opgave med softwarens indbyggende grafprogram. I Omron drevet kan man med en lille programstump der laver en simpel kørselsprofil. Med graf funktionen i XtraWare, kan data opsnappes fra drevet under opstart, som igen giver mulighed for at undersøge drevets såkaldte ”control loop performance”: oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Grafen viser drevets positionsfejl under opstart. I eksemplet kan det ses at denne fejl er meget tæt på 0. Mange opsætningsprogrammer har en graf eller oscilloskop funktion indbygget. Andre fabrikanter leverer scopesoftwaren ved siden af, men ens for dem alle er at det ofte er et gratis hjælpeværktøj, som er anvendeligt under idriftsætning og fejlfinding. Funktionaliteten i grafprogrammet kan være mere eller mindre heldig, men grundlæggende gælder det at data af en eller anden slags bliver opsamlet og sammenholdt med en tidsakse (f.eks. frekvens, strøm eller spænding). Herudfra udsprænger kravet til, hvor hurtigt er det muligt at ”sample” data fra drevet. Igen er der stor forskel og ingen konkret rettesnor. Selve dataopsamlingshastigheden afhænger bl.a. af: • • • • • Indstillet ”Sampling Rate” forbindelsens overføringshastighed PCéns processorhastighed. Om der er flere programmer kørende på PCén, eksempelvis et opsætningsprogram der bruger samme forbindelse. Om PCén udfører andre datatransmissions opgaver (f.eks. på Internettet) o.s.v. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg CTScope (herover) er et selvstændigt Windows program, som kan downloades fra Control Techniques hjemmeside. Den eneste ”betaling” for programmerne fra hjemmesiden, er en registrering af navn, firma mv., hvorefter man modtager en kode der fjerner den tilbagevendende påmindelse, om at man kun har en begrænset lånere. Betjeningen af programmerne kan være mere eller mindre vanskelig, nogle gange helt umulig. Hvis man oplever det sidste, er eneste udvej at kontakte leverandøren. Fælles for mange af programmerne er, at man har forsøgt at få betjeningsfladen til at ligne et traditionelt oscilloskop, med betjeningsknapper på skærmen. En fiks detalje som gør at man hurtigt bliver dus med programmet. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg REGULERING Regulering kontra styring Styring Ved styring sættes den værdi man ønsker, og ”håber” på at systemet gør som man ønsker. F.eks. hastighed af en motor Frekvensomformer Motor Ønsket hastighed Reel hastighed Den reelle hastighed bliver ikke målt, hvilket betyder at vi ikke ved om motoren kører med den hastighed, som vi ønsker. Det viste system kaldes for en åben sløjfe, idet der ikke er nogen kontrol eller feedback. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Regulering Ved regulering sætter vi en ønsket værdi og samtidig måler vi den værdi som systemet/processen frembringer, hvis der er uoverensstemmelse foretages en korrektion. Eksempel regulering af niveau i en tank: Tegningen viser en beholder, hvor niveauet skal holdes konstant, uanset hvor stort forbruget er. Vandet pumpes frem til beholderen, hvor ventilen bruges til at regulere, hvor stor den tilførte vandmængde er. Niveauet i beholderen måles med en radarmåler, som er placeret i toppen. For at holde et konstant niveau i beholderen skal den tilførte vandmængde være lige så stor som den mængde, der bortledes. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Reguleringskreds Skematisk kan det tegnes således: Niveauregulator (LC) Niveautransmitter (LT) Ventil Pumpe Tilgang Afgang For at sikre et konstant niveau i tanken skal processen forsynes med en transmitter, der måler vandstanden i beholderen og sender signalet til regulatoren. Regulatorens udgangssignal styrer ventilen. Herved opnås mulighed for at ændre på den tilførte vandmængde. Hvis vandstanden falder i tanken, giver niveaumålingen (LT) en tilbagemelding til regulatoren (LC). Regulatoren registrerer en afvigelse, mellem setpunkt og aktuelt niveau og på grundlag af denne ændres udgangssignalet. Udgangssignalet påvirker en ventil, som dermed ændrer på den tilførte vandmængde. Ventilen åbner, så den tilførte mængde igen er lig med den, der bortledes. Et procesreguleringskredsløb er et lukket kredsløb, som indeholder en tilbageføring fra processen. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Blokdiagram Belastning forstyrelse Ventil Proces Transmitter Regulator PID - + Procesværdi PV Ønsket værdi Setpunkt SP Diagrammet viser et blokdiagram for processen. Beholderens niveau måles med en transmitter og måleværdien benævnes PV (ofte ses også betegnelsen X). Det ønskede setpunkt angives som SP (ofte ses også betegnelsen W), regulatorens udgangssignal, styreværdien, benævnes med bogstavet Y. PID regulatoren indeholder nogle regneregler, som bestemmer hvorledes regulatoren skal reagere på en reguleringsafvigelse. Der findes en række forskellige typer af regulatorer, i dette eksempel er der valgt en PID regulator. PID regulatoren modtager signalet fra sammenligningen, ud fra afvigelsens størrelse ændrer PID regulatoren udgangssignalet og dermed styreværdien Y. En PID regulator indeholder et forstærkerled benævnt P og to tidsforholdsled, der benævnes henholdsvis I og D. De enkelte led’s indflydelse på regulatorens reaktion indstilles med en række parametre på PID regulatoren. P-leddets indflydelse indstilles med forstærkningen Kp (antal gange), I-leddets indflydelse indstilles med I-tiden Her bruges ofte 2 forskellige betegnelser Ti eller Tn tiden angives i sekunder. D-leddet indstilles med D-tiden Her bruges ofte 2 forskellige betegnelser Td eller Tv tiden angives i sekunder. Det er vigtigt at parameterne for de enkelte led er indstillet korrekt, ellers reagerer PID regulatoren ikke korrekt. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Kontinuerlig regulator SP + e - PID Y PV Diagrammet viser et blokdiagram af regulatoren. Regulatoren indeholder et sammenligningsled og en regulatoralgoritme der skal beregne størrelsen af udgangssignalet. Sammenligningsleddet er et led, hvor udgangssignalet er lig med differencen mellem sætpunktet SP (W) og måleværdien PV (X). e=SP-PV (Xw = W – X) e (Xw) benævnes fejlen eller reguleringsafvigelsen. Når regulatoren anvendes i en proces er det regulatorens opgave at sikre at reguleringsafvigelsen er lig med nul, hvilket betyder at måleværdien er på den ønskede setpunktsværdi. Regulatoren indeholder en algoritme, der bestemmer, hvorledes regulatoren skal reagere på en reguleringsafvigelse. Den indeholder et forstærkerled og et tidsforholdsled. Hvor meget indflydelse, de enkelte led skal have, bestemmes af variablerne, forstærkningen Kp, integraltiden Ti (Tn) og differentialtiden Td (Tv). oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Procesdiagrammer Standarder LIC LT PI PC PI PT SY Afgang Tilgang Diagrammet viser et procesinstrumenteringsdiagram for en tryk og niveau reguleringssløjfer. Diagrammet kaldes også et PI-diagram. De enkelte komponenter indtegnes i PI-diagrammet med en bogstavkode. Instrumentsymboler Lokal monteret oktober 2017 Tavle monteret i front Tavle monteret i bag Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Bogstavkoden beskrives følgende: • • A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z Første bogstav angiver procesvariablens art Supplerende bogstaver angiver instrumenttype eller –funktion Første bogstav Analyse Supplerende bogstaver Alarm Ledningsevne Massefylde Elektrisk variabel Flow Position eller længde Håndbetejning Regulator Følerelement Forhold Visning Tid eller tidsprogram Niveau Fugtighed Tryk eller vakuum Kvalitet, analyse Radioaktiv stråling Hastighed eller frekvens Temperatur Multivariabel Viskositet Masse eller kraft Summering Registrering Kontaktfunktion Transmitter Vebtil Signalomformer/konverter Nød- eller sikkerhedsfunktion LT L= Niveau; T=Transmitter LT=Niveautransmitter LIC L=Niveau; I=Visning; C=Regulator LIC= Niveauregulator med visning PI P= Tryk; I= Visning PI= Manometer SY S=Hastighed/frekvens; Y=Signalomformer/konverter SY= Frekensomformer oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Procesværdi For at kunne få en reguleringssløjfe til at fungere optimalt, er det nødvendigt at vi kan måle den øjeblikkelige procesværdi med passende nøjagtighed. Føler Føleren eller transduceren måler på den regulerede størrelse. Den omdanner en fysisk størrelse til en anden fysisk størrelse, fx. tryk, niveau, flow, temperatur eller en elektrisk størrelse. Transmitter Transmitterens opgave er, at omdanne følersignalet til et transmissionsegnet standardsignal. Afhængig af den regulerede størrelses art kan transmitteren enten være en særskilt komponent eller være bygget sammen med føleren. I transmitteren sidder oftest en cpu, som kan indeholde lineariseringsalgoritme for følertypen. Elektriske standardsignaler er fx 0-5V, 0-10V, 0-20mA, 1-5V, 2-10V og 4-20mA Målenøjagtighed En af de væsentligste parametre ved valg af den rigtige målemetode er kravet til nøjagtighed. Der findes to grundlæggende forskellige måder at angive nøjagtighed på, disse er: • Nøjagtighed angivet i % af måleområdet eller fuld skala • Nøjagtighed angivet i % af aktuel værdi. • Den samlede målenøjagtig er summen af alle unøjagtigheder og angiver forskellen mellem den ideelle/sande værdi og den målte værdi. De stiplede oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg De stiplede linier angiver grænserne for max afvigelse fra det ideelle måleresultat Statisk nøjagtighed Ved målenøjagtighed skelnes der mellem statisk og dynamisk nøjagtighed. Statisk nøjagtighed kan deles op i fire grupper: Linearitet Gentagelses nøjagtighed Hysterese Opløsning Linearitet oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Begrebet linearitet skal kun anvendes ved en måler, der har en lineær karakteristik. Lineariteten angiver, hvordan udgangssignalet forandres i forhold til indgangssignalet og kurven vil derfor være en ret linie såfremt der ikke er tale om en linearitetsafvigelse Gentagelses nøjagtighed Gentagelsesnøjagtigheden, eller reproducerbarheden / repeterbarhed, er evnen til at ramme i samme punkt hver gang -også selvom det er lidt ved siden af. Hysterese Det samme indgangssignal kan give forskellige udgangssignaler ved forskellige målinger, hvis indgangssignalet i det ene tilfælde er stigende, og i det andet er faldende. Dette fænomen kaldes for hysterese Opløsning Opløsnings evnen er et udtryk for den mindste ændring af indgangssignalet, der skal til for at dette kan registreres på udgangssignalet. Altså, hvor meget skal indgangssignalet ændres før der sker en ændring af udgangssignalet Opløsningen kaldes også for følsomhed og på engelsk anvendes udtrykket ”resolution”. Dynamisk nøjagtighed Den dynamisk nøjagtighed kan ikke beskrives så simpel som den statisk nøjagtighed. Ved dynamisk nøjagtighed forstås, hvor nøjagtigt en følers udgangssignal følger indgangssignalet i forhold til tiden. Ved en stepændring på indgangssignalet, vil der gå en tid, før udgangssignalet igen har antaget en ny statisk værdi. Da der indgår mange variable faktorer ved procesmålinger når den dynamiske nøjagtighed skal beskrives er det meget vanskeligt at angive generelle nøjagtigheder men her følger et eksempel på en temperatur er det svært at stor forskel på de enkelte følertyper og deres reaktion oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Temperaturtransmitter Til måling af temperature benyttes normalt 2 måder: • • Modstandsmåling Termoelement For de fleste rene metaller gælder det, at deres elektriske modstand stiger med temperaturen. Til modstandstermometre foretrækker man materialer, som let lader sig trække i tråde, og som har en stor temperaturkoefficient. (α). For de materialer, som ofte anvendes til modstandstermometre er temperaturkoefficient: Platin (Pt-100) 0,00385 /C-1 Nikkel (Ni 100) 0,0066 /C-1 Platinføleren Pt-100 I platinføleren er modstandsændringen dog ikke helt liniær. I den efterfølgende figur er der vist en karakteristik for en Pt-100 føler, sammen med den liniære α = 0,00385 / C-1. Det ses her, at der er en uliniaritet. Dette bliver der dog kompenseret for i de målekredsløb, der skal bruges til Pt-100 følere. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Nikkelfølere (Ni 100) Modstandsændringen i nikkelføleren er heller ikke liniær, men liniariteten er her dårligere end for platinføleren, men til gengæld er temperaturkoefficienten her bedre, nemlig 0,0066 /C-1. Følgende kurve viser den faktiske modstand ved en given temperatur, og tilsvarende temperaturkoefficient oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Temperaturmåling med termoelement Princip: Hvis to forskellige metaller forbindes i et kredsløb, og det ene loddested opvarmes til temperaturen to, vil der gå en strøm i kredsen. Den elektromotoriske kraft, som driver strømmen, kan anvendes til at måle temperaturforskellen mellem to loddesteder. Dette arrangement kaldes et termopar. I praksis ændres kredsløbet lidt, når spændingen måles. Pt t t0 Pt-Rh I nedenstående figur er termoparret, bestående af en platin-rhodiumlegering som den ene leder og patin som den anden leder - blevet åbnet ved det kolde loddested. Herfra er det forbundet til instrumentet med kobberledninger. Den målte spænding E er et udtryk for temperaturforskellen t - to. Pt-Rh Cu Transmitter t Cu Pt t0 Materialer Utallige materialekombinationer har i tidens løb været anvendt til fremstilling af termopar. Syv kombinationer har fundet så stor anvendelse, at der laves en international standard IEC 584-1 for deres bogstavsbetegnelse og sammenhæng mellem spænding og temperatur. De syv internationale normerede termopar er: T kobber - konstantan (CU-CuNi) J jern - konstantan (Fe-CuNi) K chromel - alumel (NiCr-Ni) E chromel - konstantan (NiCr-CuNi) R platin 13 % rhodium - platin S platin 10 % rhodium - platin 6 % rhodium oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Måling med termoelementer Som tidligere nævnt er termospændingen et mål for temperaturforskellen mellem målested og referencested. tx Pt-Rh Cu SPX Transmitter t Pt Cu SNX t0 Hvis man som i omstående figur ved tx var gået direkte over i kobberledninger, ville målingen være et udtryk for tx - tx. Da tx måske er følerhovedets høje og ukendte temperatur, siger målingen ikke ret meget om den temperatur t, vi ønsker at kende. Man har derfor forlænget termoelementet med et kompensationskabel. Trådene i dette er ikke af Pt-Rh og Pt på grund af prisen, men er lavet af to legeringer, som tilsammen giver samme termospænding som af type S op til 200 /C.tx bør derfor være mindre en 200 /C. Det største problem ved temperaturmåling er at det tager tid før føler og det den skal måle har samme temperatur, det har desuden stør betydning om der skal måles i væsker eller i luft. Når der sker en ændring vil det tage nogen tid før føleren registrere den korrekte værdi. Derfor er det nødvendigt at tage hensyn til forsinkelsen. På temperaturtransmittere opgives normalt en tidskonstant, der viser svar på en trinændring 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 0 Ændring oktober 2017 0 20 40 60 Svar 1 80 100 120 0 0 20 40 60 Svar 2 80 100 120 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg En del fabrikanter opgiver både tider i luft og i væsker Eks. Typical reaction time: water with flow 0.2 m/s t0.5 after 20 s / t0.9 after 28 s Typical reaction time: air with flow 1 m/s t0.5 after 60 s / t0.9 after 180 s 120 100 80 T 0.9 60 40 T 0.5 20 0 0 20 oktober 2017 40 60 80 100 120 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Trykmåling Tryk er kraft divideret med areal. Således er den afledte SI-enhed tryk newton pr. kvadratmeter, og denne enhed benævnes pascal og er opkaldt efter den franske matematiker og fysiker Blaise. Grundenheden for kraft F er ifølge SI systemet 1 Newton for et på 1 m2. Derved bliver enheden for tryk opgivet som 1N/1m2; SI-enheden for tryk er pascal og svarer til 1 newton per kvadratmeter. I mange sammenhænge er pascal en ret lille enhed, og derfor anvendes ofte kilopascal (kPa) og megapascal (MPa) ofte. Et instrument der måler trykket i beholderen, kaldes et manometer. Ofte anvendes flg. udtryk i forbindelse med trykbegreber: Absolut tryk er det tryk, som eksisterer i universets lufttomme Relativt tryk eller Atmosfæretryk er omgivelsernes øjeblikkelige tryk Overtryk er tryk, som er større end omgivelsernes tryk. Undertryk er tryk, som er mindre end omgivelsernes tryk. Det tryk som Jordens atmosfære øver ved havniveau, varierer med vejret og kan måles med et barometer. Den gennemsnitlige værdi er 101 kPa. Til sammenligning er trykket fra en vandsøjle på én meter (ved standard-tyngdeacceleration) på cirka 10 kPa. 1 pascal er som sagt en meget lille enhed; men på nyere udstyr indenfor reguleringsområdet er trykket opgivet i pascal. Der er dog stadig meget udstyr i brug hvor det kan være nødvendigt at foretage en omregning. Omregning mellem forskellige trykenheder: SI-enheder bar 1 1*10-5 1,33322*10 Andre enheder mmHg mH 2 O 750,062 10,1972 7,501*10- 1,01972*10- Pa 1*105 1 - 3 0,098067 0,06895 1,01325 3 133,322 3 9,80665*10 6894,76 1,01325*105 4 1 1,35951*10 73,5559 51,7149 760 1 0,70307 10,3323 2 - PSI 14,5038 1,45038*10- Atm 0,98692 9,86923*10- 0,019337 1,31579*10- 1,42233 1 14,6959 0,09678 0,068046 1 4 6 3 Trykmåling er en af de mest udbredte parametre til styring og regulering i dagens procesindustri. Der findes mange forskellige typer af transmittere til måling af tryk - alle har de fordele og ulemper, som bør vurderes inden de vælges til, installeres og tages i brug i den aktuelle applikation. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Transmitter Tryk er en af de mest målte parametre i dagens proces industri, hvilket samtidig har resulteret i et meget stort udbud af forskellige transmittertyper. Principielt opdeles de alle i 3 grupper, nemlig : • Transmittere til måling af absolut tryk (måler i forhold til absolut 0-punkt/vakuum). • Transmittere til måling af relativt tryk (måler i forhold til atmosfæretryk). • Transmittere til måling af differenstryk. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Niveaumåling Ved niveaumåling forstås måling af væskehøjden i en beholder. Niveaumåling kan udføres ved hjælp af en række forskellige principper. Der findes næppe en fysisk effekt, der ikke anvendes som niveaumålingsprincip. Derfor er antallet af måleprincipper stort og det er det ikke let at finde den mest gunstige metode til den aktuelle måleopgave. Statisk trykmetode Med denne metode måles direkte trykket af væskesøjlen med en tryktransducer eller en differenstrykstransmitter. Måleomformeren bliver derfor indbygget så lavt som muligt i tanken. Hvis der måles på beholdere under tryk anvendes en differenstrykstransmitter, hvorved den ene side af målemembranen måler summen af beholdertryk og væskesøjlens tryk, og den anden side kun overtrykket. Andre metoder Vejemetode: Denne indirekte niveaumålemetode kan anvendes til såvel væsker som faste stoffer, idet hele tanken eller siloen monteres på såkaldte vejeceller. Kapacitiv målemetode: Mellem en målesonde og tank- eller silovæg dannes en kondensator hvis kapacitet afhænger af mediet mellem sonde og væg. Når der kun er luft tilstede (tanken er tom) er "kondensatorens" kapacitet lav. Så snart en del af sonden er dækket af produkt måles en højere kapacitet. Denne kapacitetsændring omsættes via en forstærker til et relæ signal eller et analogt udgangssignal. Reflektionsmetode: Reflektions-eller ekkomåling beror på måling af løbetiden for en lydeller microbølgeimpuls udsendt af en sensor. Denne impuls (bølge) reflekteres af overfladen, og detekteres af sensoren. Den medgåede tid (Time Of Flight) er et mål for den tilbagelagte vej i den tomme del af tanken. Ved nu at trække denne værdi fra den totale tankhøjde, opnås niveauhøjden der, via en forstærker, omsættes til et kontaktsignal eller et analogt udgangssignal. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Flowmåling Flowmåling med differenstrykmålere Måleblænde Måleblænder har været brugt i mange år og har vundet meget stor udbredelse. I dag er måleblænder så veldokumenterede under de forskellige driftsforhold, at der findes internationale normer m.h.t. udformning og montage af disse. Pitotrør Det midlende Pitotrør måler det statiske tryk og det dynamiske tryk på forsiden, og det statiske tryk på bagsiden. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Flowmåling med Vortexmålere Flowmåling med magnetisk induktive flowmålere. Det mest udbredte måleprincip til flowmåling af væsker indenfor industrien, er den magnetisk induktive flowmåler. Måleprincippet fungerer uden bevægelige dele og har ingen restriktioner i målerøret. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Tilslutning af transmittere. Der findes 2 typer af transmittere: • • 4 tråds 2 tråds 4 trådstransmitteren har separat forsyning og signal Strømforsyning Transmitter + - + - Regulator Denne type af transmittere kan benyttes til alle signaler både spænding og strøm 2 trådstransmitteren forbindes i et strømloop således at den forsynes vha. strømkredsen + Transmitter - +24V DC + Regulator +0V DC Når der anvendes en 2 trådstransmitter skal man være klar over at der kun er muligt at benytte 4 -20mA som analogt signal, transmitteren skal have en strøm på ca. 3,5mA for at elektronikken kan arbejde, hvis der skal være flere elementer i strømkredsen skal man sikre sig at det maksimale spændingsfald for alle elementer er mindre end 24V. Transmitteren har ofte et spændingsfald på 10V – 12V. Indgangsmodstanden på analoge signalindgange svinger fra 50Ω til 500Ω oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Kalibrering af transmittere Ved lineære måling skal 0 punkt (zero) og maks.(span)måleværdi indstilles, dette gøres på forskellig måde alt efter transmitter: • • Indstilling på transmitter Indstilling v.h.a. bussystem o.l. Indstilling på transmitter Forbind transmitteren i procesen eller i en prøvestand med en fysisk værdi der svarer til min. Indstil udgangssignal til 0% (0V, 1V, 0mA eller 4mA). Giv transmitteren et fysisk signal der svar til maks. Indstil udgangssignal til 100% (10V, 5Veller 20mA). Gentag proceduren indtil både 0% og 100% stemmer. Indstilling v.h.a. bussystem o.l. Med det korrekte software indstilles alle værdier. Uden dæmpning transmittersignal transmittersignal I mange reguleringssystemer vil det være en fordel at dæmpe udsvingene fra tranmitterne f.eks. ved trykregulering. For at gøre reguleringen mere rolig vil transmitteren ofte have et tids led, der dæmper de små udsving. tid oktober 2017 med dæmpning tid Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Regulatoren og dens egenskaber Blokdiagram for regulator Der findes flere opbygninger af regulatorer, her beskrives serieregulatoren, halvserieregulatoren og parallelregulatoren. Serieregulator SP + e - P I D Kp Ti Td PV halvserieregulatoren SP + e - Y Kp PV Ti Td Parallelregulator SP + e - PV Kp Ti Td oktober 2017 Y Y Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Udgangssignal (Y) Udgangssignalet fra en regulator kan være kontinuert eller on/off som enten 2 punkt eller 3 punkt. Ved 2 punktudgang vil udgangen enten være on eller off således at udgangen vil ændre forholdet mellem on og off alt efter, hvor stort et signal der skal til processen. ON 25% ON 50% ON 75% 2 punktsregulering er meget brugt til varmestyring, hvor et varmelegeme tændes og slukkes efter behov. Det skal sikres at periodetiden er meget mindre end tidskonstanten for processen således at procesværdien kan holdes konstant. Ved 3 punktsudgang er der 3 tilstande OP INGEN NED. OP INGEN NED OP NED Denne form kan benyttes til motorventilstyring eller anlæg med varme/køl. Det kontinuerte signal kan være et analogt signal 4-20ma til ventilstyring eller frekvensomformer, i dag vil meget af signal overførslen være via busforbindelser, hvor signalet oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg er bestemt af protokollen for den benyttede busforbindelse, ved brug af profibus eller profinet vil et signal til en frekvensomformer være fra 0000 HEX til 4000 HEX. Proportional led Et proportional led benævnes også som et P-led eller en P-funktion. e Y P-leddet er en forstærker, hvor der er ligefrem proportionalitet mellem udgang og indgang. For et led med P-funktion gælder ligningen: Y = Kp ∙ e (Xw) • Y angiver udgangsstørrelsen, • e (Xw) angiver indgangsstørrelsen • Kp angiver forstærkningen Stepresponse for et P-led Δe Δe*Kp Når P-leddet tilføres et step på indgangen, reagerer leddet med et ikke forsinket step på udgangen. Den ændring der sker på udgangen er afhængig af indgangsværdien samt leddets forstærkning. Tegningen herover viser et eksempel på en proportionalforstærkers step response. Der findes også regulatorer hvor man angiver arbejdsområdet for regulatoren, benævnes proportionalbånd Xp, i stedet forstærkningen. Proportionalbånd angives i % og er lig med: 1 × 100[%] 𝑋𝑋𝑝𝑝 = 𝐾𝐾𝑝𝑝 http://www.engineers-excel.com Indsvingning med en Kp =8 oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Indsvingning med en Kp =1 oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Kurven viser et indsvingningsforløb for en proces, der reguleres af en P-regulator. På en P-regulator vil der altid være en stationær blivende afvigelse. Denne afvigelse bliver mindre hvis forstærkningen Kp øges til gengæld vil en forøgelse af Kp medføre at processen har en tendens til at gå i selvsving. En P-regulator har følgende fordele: • • Hurtig svartid når der sker ændringer i processen Stabil regulering hvis Kp er valgt korrekt En P-regulator har følgende ulemper: • Blivende afvigelse når der opstår forstyrrelser oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Integralled Et integralled benævnes også som et I-led. e Y Et integralled er et led uden udligning, hvilket betyder, at der ikke eksisterer en ligevægtstilstand. Et I-led bruges til at udregulere procesafvigelser. Så længe der er en afvigelse vil leddet integrere en ændring på udgangen. e Når indgangssignalet e (Xw) er positiv integreres udgangen Y i positiv retning. Når e (Xw) er lig med nul, holdes værdien på Y konstant. Vendes polariteten på e (Xw), integrerer udgangssignalet ned igen. Hastigheden hvormed udgangen ændrer sig er afhængig indgangssignalet e (Xw) samt I-tiden. I-tiden benævnes enten Ti eller Tn og kan justeres på den enkelte I-regulator. Ved en kort Ti (Tn) sker ændringen på udgangen hurtigere, og omvendt ved en stor Tn sker ændringen langsommere. Δe ΔY Ti Tiden Ti er den tid som I-ledet skal bruge for at ændre udgangen det samme som fejlen er ændret. Hvis man sammenligner en I-regulator og en P-regulator så er Iregulatoren langsommere, fordi den først skal integrere udgangssignalet i henholdsvis positiv eller negativ retning. Til gengæld kan en I-regulator udregulere afvigelser så Xw bliver lig med nul. Hvis I-tiden, Tn justeres til en kort værdi, så vil udgangen reagere hurtig, hvilket igen vil medføre at regulatoren går i selvsving og processen bliver herved ustabil. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Ti = 0,5sek Ti = 7,5 sek oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Indsvingningsforløbet viser at ved stor Tn så bliver processen langsom, men den er hurtig og får tendens stil selvsving ved lille Tn. Fordelen ved en I-regulator: • Har ingen blivende afvigelse Ulempen ved en I-regulator: • • Meget træg ved stor Tn En lille Tn medfører ustabil proces og kan gå i selvsving oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Differentialled Et differentialled benævnes også som et D-led. e Y Et D-led’s udgangsstørrelse er proportional med indgangsstørrelsens ændringshastighed. Dette medfører at D-leddet leverer signal på Y så længe indgangssignalet Xw ændrer sig. Når Xw er konstant så bliver Y lig med nul. Stepresponse Δe ΔY Et D-led er meget hurtigere end fx et P-led, ved den mindste afvigelse gives der fuldt signal ud, til gengæld kan et D-led ikke udregulere en afvigelse uanset hvor stor den er. Dette medfører at et D-led ikke kan anvendes som regulator alene, den vil altid være i kombination med de andre reguleringsled. Ved hurtige reguleringssystemer skal der udvises påpasselighed med brug af D-led, idet D-ledet kan gøre reguleringen ustabil. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Valg af regulator En procesregulering skal være i stand til to ting: • Indregulere til en ønsket setpunktsværdi efter eventuelle forstyrrelser • Indregulere til en ny værdi efter ændring af setpunktsværdien Dette skal normalt ske således, at procesværdien PV indtager den ønskede værdi efter nogle få dæmpede svingninger omkring setpunktet. Regulator type Offset P PD I PI PID ja ja nej nej nej Justering af ar- Svartid bejdsområde anbefalet høj anbefalet meget høj lav høj Meget høj Tabellen viser en oversigt over de vigtigste data for de forskellige regulator typer. Valg af regulatortype vælges ud fra følgende faktorer: • • • • Er processen baseret på P- eller I-egenskaber (med eller uden selvregulering) Hvor stor er forsinkelsen i processen (tidskonstanter/dødtider) Hvor hurtig skal en afvigelse udreguleres Er det acceptabel med en blivende afvigelse (offset) En P-regulator anvendes i processer, hvor der ønskes en simpel regulator, og hvor en blivende afvigelse kan accepteres. En PD-regulator anvendes i processer med store forsinkelser, og hvor en afvigelse kan accepteres. D-leddet mindsker svartiden fra regulatoren, hvilket forbedrer dynamikken i forhold til P-regulatoren. En I-regulator anvendes i processer med små krav til procesdynamik, og hvor tidsforsinkelsen er forholdsvis lille. En I-regulator har den fordel at en afvigelse udreguleres total. I praksis findes en ren I regulator ikke, idet den vil have en fejl at regulere på således at det i princippet bliver en PI regulator med en forstærkning på 1 En PI-regulator kombinerer fordelene ved en P- og en I-regulator. En PI-regulator giver en høj procesdynamik og er i stand til at udregulere afvigelser. Mange processer kan reguleres optimalt med en PI-regulator. Hvis det er et krav at svartiden skal være så lille som muligt så bør man anvende en PID-regulator. En PID-regulator anvendes i processer med store tidsforsinkelser som skal reguleres så hurtig som muligt. I forhold til PI-regulatoren medfører tilføjelsen af et D-led at procesdynamikken øges væsentlig. I forhold til PD-regulatoren har den ingen blivende afvigelse. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Optimal indsving Ved en god regulering må der normalt ikke forekomme mere end 3 til 4 registrerbare svingninger. Erfaringer viser, at man almindeligvis kan tolerere et oversving på 15 til 30% af setpunktsændringen, denne værdi vil være meget afhængig af processens krav. Et mindre oversving vil give en langsommere regulering, mens et større oversving giver risiko for pendling. Eks. På indsving oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg OPTIMERING AF REGULATOR Optimering, dvs. korrekt indstilling af en regulators forskellige andele, er i praksis et af de væsentlige reguleringstekniske problemer. Problemet kendetegnes ved, at mange af de inden for industrien opstillede regulatorer aldrig har været optimalt indstillet, men har, ved mere eller mindre tilfældige, ofte langvarige og gentagne optimeringsforsøg, lige akkurat kunnet klare at holde processen indenfor acceptable rammer. En rent forsøgsvis optimering af en regulators P-, I- og D-andele vil derfor være meget tidskrævende og aldrig kunne føre til et optimalt resultat. Det er derfor nødvendigt, hvis der skal opnås den bedst mulige optimering, at have det fornødne kendskab til en række grundlæggende reguleringstekniske principper, som vi vil se nærmere på i det følgende. P-, I- og D-andelenes indflydelse Før indstillingen af en regulator, må man erindre sig, hvilken indflydelse P-, I- og D-andelene har på den regulerede proces, således at man, udfra processens reaktion, kan afgøre, om regulatorens. P-, I- og D-andele skal forøges eller formindskes. 1. Bredt proportionalbånd (lille forstærkning) giver ufølsom og meget langsom regulering med stor afvigelse (offset) fra sætpunkt. 2. Smalt proportionalbånd (stor forstærkning) giver følsom og hurtig regulering, men risiko for ustabilitet og sving. 3. Lang integraltid giver lille integralvirkning, og lang tid inden fejlen er udlignet. 4. Kort integraltid giver stor integralvirkning og hurtig udligning af fejlen. For kort tid giver fare for ustabilitet og sving. 5. Kort differentialtid giver lille indgriben på fejlen. 6. Lang differentialtid giver hurtig og kraftig indgriben på fejlen. For lang tid giver ustabilitet og sving. Indregulering med lukket sløjfe. Ziegler/Nichols metode Ziegler og Nichols har baseret deres metode på de mere generelle industrielle processer, der forekommer i stort antal. Erfaringer har dog vist, at metoden også giver et brugbart grundlag for optimering af vanskelig regulerbare processer. Fremgangsmåden er følgende: 1. Med lukket reguleringssløjfe indstilles regulatoren som ren P-regulator med lav forstærkning, dvs. Kp er lille (bredt proportionalbånd Xp). Integraltiden Tn stilles på max., eller I-andelen frakobles, om muligt. Differentialtiden Tv stilles på nul, eller D-andelen frakobles hvis muligt. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg 2. Forstærkningen Kp øges, (svarende til et smallere proportionalbånd), indtil det registreres, at processen går i sving. For at undgå, at den grænse hvor processen går i sving uforvarende passeres, kan dette konstateres ved en hurtig påvirkning af sætpunktet. 3. Går processen herved i sving, er forstærkningen for høj, forstærkningen må derfor formindskes, og proceduren gentages, indtil den kritiske forstærkning hvor processen lige akkurat går i sving, er fundet. Den kritiske forstærkning Kp kan noteres tkritisk tid 4. Tiden tkr (t-kritisk), for en periode af processens udæmpede svingning, måles og noteres. 5. Derefter kan en beregning af regulatorens parametre foretages, som angivet i tabellen Regulator Kp Ti (Tn) P 0,5*Kp kritisk PI 0,45*Kp kritisk 0,83*t kritisk PID 0,6*Kp kritisk 0,5*t kritisk Td (Tv) 0,125*t kritisk Forsøgsmetoden Regulatoren kobles i automatik. Regulatoren indstilles til ren P-regulator, dvs. Ti (Tn)= Størst mulige værdi og Tv (Tv)= mindst mulige værdi. Forstærkningen Kp forøges, indtil regulatorens udgangssignal Y bliver uroligt. Kp indstilles herefter på halvdelen af værdien. Hvis der ønskes en I-virkning, skrues Tn ned, indtil styresignalet bliver uroligt. Tn indstilles herefter på en værdi, der er lig med den dobbelte værdi ved PID regulator ved en PI regulator indstilles Tn til en værdi der er ca. 50% større. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Hvis der ønskes en D-virkning, skrues Tv op, indtil styresignalet bliver uroligt. Tv indstilles herefter på en værdi, der er med den halve værdi. Efter indstilling skal der foretages en optimering af de enkelte parametre. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Indregulering med åben sløjfe Procesreaktionsmetoden Reaktionsmetoden anvendes ved processer, som indeholder forholdsvis store tidskonstanter. TT TR TIC Proces Procesværdien PV registreres med en skriver. Når processen er i balance, stilles regulatoren i stilling »manuel«. Udgangssignalet Y til ventilen ændres hurtig et par procent. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Y tid PV tid Tu Tg Diagrammet viser stepresponse for en proces med udligning. Tiderne for dødtid Tu og opvoksningstid Tg aflæses på udskriften. Procesforstærkningen =G=ΔPV/ΔY Valg af beregning, der findes flere modeller, derfor findes der også flere løsninger, generelt kan man sige at Cohen-Coon bedst egner sig når dødtiden er ”lang” i forhold til opvoksningstiden Indstilling af P-regulator: 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = × 0,3 𝑇𝑇𝑇𝑇 oktober 2017 Ziegler-Nichols 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 Cohen-Coon 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = × �1 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 � 3 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Indstilling af PI-regulator 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = × 0,34 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × 1,2 Ziegler-Nichols 0,9 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) = Indstilling af PID-regulator 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = × 0,59 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) = 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇 (𝑇𝑇𝑇𝑇) = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × 0,5 Ziegler-Nichols 4 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝐾𝐾𝐾𝐾 = 3 × 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) = 𝑇𝑇𝑇𝑇 0,5 𝑇𝑇𝑇𝑇 (𝑇𝑇𝑇𝑇) = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × 0,5 𝑇𝑇𝑇𝑇 0,3 Cohen-Coon 𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 × �0,9 + 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) 𝑇𝑇𝑇𝑇 � 12 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 3 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 30 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × � � 20 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 9 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 Cohen-Coon 𝑇𝑇𝑇𝑇 4 𝐾𝐾𝐾𝐾 = ×� 𝐺𝐺 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 3 𝑇𝑇𝑇𝑇(𝑇𝑇𝑇𝑇) + 𝑇𝑇𝑇𝑇 � 4 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 6 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 32 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × � � 8 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 13 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 𝑇𝑇𝑇𝑇 (𝑇𝑇𝑇𝑇) 4 = 𝑇𝑇𝑇𝑇 × � � 2 × 𝑇𝑇𝑇𝑇 11 + 𝑇𝑇𝑇𝑇 Denne indstillingsmetode kan være problematisk at anvende i praksis. Optagelsen af stepresponsen for en proces kan være vanskelig at udføre så man kan aflæse resultatet tydelig. Alle de viste metoder til optimering af reguleringssløjfer tager udgangspunkt i en simplificering af virkeligheden (mange af modellerne bygger på et 2 ordens system), det betyder at det er nødvendigt at tilpasse de fundne værdier. De beregnede værdier skal kun tages som et ”kvalificeret gæt”. Når værdier til optimering skal findes skal det ske med et niveau som processen normalt vil have såfremt processen vil befinde sig i et stort område kan det være nødvendigt at udføre optimeringen flere gange med værdier over store dele af området f. eks ved 33%, 50% og 67% og benytte forskellige værdier alt efter, hvor processen befinder sig. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg For at få en god regulering er det nødvendigt at alle elementer i reguleringssløjfen er afstemt efter opgaven således at der ikke er elementer, der arbejder i ydergrænsen. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Servo systemer Generelt Et opslag i online leksikon Wikipedia (http://en.wikipedia.org), giver ovenstående forklaring til ”Servus” som ordet ”Servo” har rod i. Som det kan udledes af ordet, handler det om ”at tjene” eller ”slave”. En servo maskine er derfor en indretning der skal hjælpe brugeren med at udføre en handling. Vi kender ordet fra servostyring, som mange transportmidler er udstyret med. En servomotor eller et servodrev er altså ikke en særlig præcis betegnelse for den type motor der er beskrevet i dette kompendium. I det følgende er det servomotoren til industriel brug og dens supplerende udstyr, der er beskrevet. Da en servoomformer og en frekvensomformer er nært beslægtet og udviklet over de samme grundprincipper, er frekvensomformeren medtaget flere steder, hvor det er fundet naturligt. Grundlæggende er der tale om 3 motortyper: • • • DC motoren AC asynkronmotoren AC Synkronmotoren (eller servomotoren) DC motoren har været længst på markedet, af den simple årsag at elektrificeringen startede med jævnstrøm. Da man overgik til vekselstrøm (AC), skete der et naturligt skred i retningen fra DC til AC motoren. På grund af DC motorens meget fine startegenskaber, er den fortsat dominerende i håndværk og husholdning. AC asynkronmotoren er, på grund af dens robuste opbygning, klart den mest udbredte motor i industri, og derfor meget billig i anskaffelse. AC synkronmotoren som er den mest anvendte motor i servosammenhæng, kom derimod først med elektronik revolutionen på banen, hvilket igen var affødt af et behov for motordrevet præcise reguleringsegenskaber. Det sidst omtalte system er således født som servosystem, hvorimod de først omtalte systemer har en fortid fra før elektronikrevolutionen. I daglig tale siger vi at et servosystem er en motor der er tilsluttet en elektronisk drevenhed, med en motortilbageføring der leverer et hastighedssignal eller en position retur til elektronikken (feedback). I industrien kan vi møde alle de nævnte motortyper som servolignende systemer, men AC asynkronmotoren ses oftest sammen med en frekvensomformer og uden den forholdsvis kostbare tilbageføring. Lyder det forvirrende så er det altså ikke uden grund. Drevfabrikanterne udnytter til en vis grad denne forvirring, da mange maskinløsninger faktisk kan dækkes af flere typer drev. I praksis afhænger valget at det rigtige drev til en maskine, af valget af den rigtige oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg leverandør. Der er altså en gråzone af applikationer, der kan løses af en AC asynkronmotor med en frekvensomformer, eller en DC eller AC servomotor med et servoomformer. Da elektronikken i en frekvensomformer og en servoomformer ikke adskiller sig meget fra hinanden, vil det ofte være motoren der bestemmer prisforskellen mellem de to drevtyper. Dette bekræftes af, at der i enkelte tilfælde både er frekvensomformer og servoomformer indeholdt i den samme elektronik (bl.a. Danfoss og Control Techniques). Sluttelig skal det nævnes at DC servodrevet i dag stort set er fortrængt af AC servodrevet. Flere drevforhandlere har endda en udskiftningspolitik hvor de tilbagekøber DC drev ved udskiftning til AC drev. Elektriske drev På moderne CNC maskiner anvendes i dag hastighedsregulerbare elektriske drev som tilspændingsdrev i forbindelse med aksebevægelserne (aksedrev), samt hovedspindeldrev til bearbejdning (eks. fræsning). Da hastighedsstyring er en meget vigtig faktor for maskinerne, stilles der høje krav til de elektriske drev med hensyn til drevets dynamiske egenskaber samt præcision. Endvidere skal drevet opfylde krav til minimal vedligehold, støj, vibrationer, egen opvarmning, fysisk pladskrav og pris. Et servo drev kan typisk indeholde følgende komponenter: • • • • • • • motor med tacho og/eller positionsgiver indbygget, evt. forsynet med en mekanisk/elektrisk bremseanordning transformer og/eller udglatningsfiltre regulator med et effektmodul motorbeskyttelse mod overstrøm og temperatur positionsmålesystem kobling, evt. tandrem og tandhjul evt. et udvekslingsgear oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Det viste servodrev er af ældre dato. I dag er det standard at se drevet som en sammenbygget kompakt enhed, med indbygget mikroprocessor og PLC lignende programmeringsmuligheder. Generelle krav til motorer i forbindelse med CNC styringer. Servodrevet skal opfylde følgende krav: • • • • • • • • regulerbar over et stort hastighedsområde konstant moment ved alle hastigheder højt startdrejningsmoment stort forhold mellem drejningsmoment og inertimoment (kraft/ vægt) gode dynamiske egenskaber / hurtig reaktion høj virkningsgrad minimale varmetab minimalt vedligehold og lang levetid små fysiske mål oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Oversigt over typiske anvendelser i CNC sammenhæng: Servodrev (aksedrev) Spindeldrev (dreje, fræse) DC motor med permanent magnet DC motor med spændingsstyret felt Synkron AC motor Asynkron AC motor Stepmotor Stepmotoren er umiddelbar velegnet til positionering, idet denne motortype direkte kan konvertere et digitalt positionssignal til en afstemt mekanisk bevægelse uden tilbageføring. Normalt er et positionsmålesystem i forbindelse med en stepmotor overflødigt. Ved krævende opgaver kan krav til høj præcision dog kræve et tibageføringssystem (feedback). Herudover er stepmotoren vedligeholdelsesfri (kun lejeslid), som regel helt lukket og også relativ billig sammenlignet med en servomotor. Når stepmotoren næsten ikke anvendes i CNC sammenhæng skyldes det at stepmotoren har: • • • • forholdsvis lave step-frekvenser, hvilket medfører lav hastighed forholdsvis lavt maksimalt moment, hvilket medfører lav acceleration Trinddelt rotation (hakkende kørsel) risikoen for at ”miste” et step ved kortvarige overbelastninger ved systemer uden feedback. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Hovedspindeldrev Et hovedspindeldrev eller spindeldrev skal være i besiddelse af de nødvendige kræfter for at kunne udføre bearbejdningsopgaven. Påvirkningerne fra bearbejdningsprocessen skal undertrykkes og hastigheden skal være regulerbar over et stort område samt være konstant ved alle belastninger. Acceleration og bremseegenskaber er afgørende ved hastighedsændringer og værktøjsskift. Aksedrev På en CNC maskine skal aksebevægelserne udføres meget præcist for at opfylde nøjagtighedskravene, samtidig med at hastigheden skal være så høj som muligt. Alle bevægelser skal udføres med minimal forsinkelse, stor gentagelsesnøjagtighed og præcision. Bevægelserne skal udføres, uden at påvirkninger fra bearbejdningen, slædefriktion, temperatur o. lign. har afgørende betydning for nøjagtigheden. Yderligere skal bevægelserne være ensartede, dvs. ingen spring, små ryk eller svingninger, og dette er gældende uanset hastigheden. Selv små resonanssvingninger, brum eller lign. fra motoren kan påvirke bearbejdningen ved f.eks. CNC styrede slibemaskiner. Den ønskede position skal nås uanset valgt hastighed og uden svingninger omkring positionen. Når positionen er nået skal den bibeholdes uanset påvirkninger fra bearbejdningen. Der er som regel kun indbygget en mekanisk bremseanordning på vertikale akser (værktøjs skift), eller hvor der i forbindelse med spændingsudfald, nødstop eller lignende skal ske et hurtigt stop. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Visio kamera Indledning: Anvendelsen kan deles op i flere områder, I dette kompendie er fokus vægtet på 2 hovedområder.: • • Industri applikationer. specielle applikationer. Opdelingen er for at skabe et bedre overblik, over krav og muligheder inden for dette område. Når vi arbejder med billede genkendelse, som det hedder på dansk, så er der rigtigt mange faktorer der spille ind og faktorer har meget forskellig og afgørende rolle. Teknik Inden for dette område med billede genkendelse spiller rigtig mange ting en rolle, i at få teknikken til at virke, mange virksomheder får lavet deres eget system, i den forstand, at deres teknologi er meget kompleks, da hastighed, lys, emner, placering, osv. Derfor laver de et system der passer lige netop til deres anlæg. Når vi arbejder med visionssystemer, er hver opgave, et nyt system skal bygges op, der skal defineres alle grænser, udfordringer i processen, systemet osv. Jeg vil herunder opliste nogle vigtige punkter, man skal have opmærksomhed på: • • • • • Belysning Placering af kamera, i forhold til billedbehandling Hastighed på proces Antal af billeder, behandling Opkobling af kamera på proces udstyr, plc, pc osv. Anvendelse Generelt Visio teknik eller billede genkendelse som det også kan hedde, kan bruges til ufatteligt mange formål, lige fra en kvalitetskontrol, til sortering, måling o.a., men det er meget vigtigt, at arbejde med Visio i forhold ti opgaven og når man så skal tage fat på en ny opgave, ja så er det også en ny opgave med Visio. I dette kompendie arbejdes der med grundlaget, relateret til nogle principielle værktøjer, for udviklingen også inder for dette område går med kvante skridt, derfor er det nødvendigt at bruge en leverandør på sidelinien i forhold til opgaverne. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Opstillinger Når vi ser på de opgaver der kan anvendes Visio teknik til, er de mangfoldige, der er nogle grupper de kan deles op i følgende: • • • Roterende objekter Objekter på et transportbånd Stillestående objekter Det er nogle af de muligheder, som der kan arbejdes med. Ud fra den enkelte opgave skal kamera, linse, montage, lys og udstyr på processen vælges. Kameraet tager et eller flere billeder i løbet af ganske få sekunder eller millisekunder. Kameratyper Der findes rigtigt mange Kamera typer på markedet, så spørgsmålet om hvilken man skal vælge er svært. Der spille mange faktorer ind, pris, anlæg osv. Kameraerne er delt ind 4 kat: • • • • Maskine Visio systemer Identifikationssystemer Måle sensorer. Posision detektion Desuden deles kamera typerne op i enkelt dele: • • • • • • kamera Lysgiver Linse Hardware Software Inputs/Outputs. Valget af type, er helt afgørende for hvordan Visio systemet og hele processen kommer til at virke, det er netop derfor at hver Visio opgave, er en ny opgave. Hvor man skal igennem en proces, for at kunne vælge det rigtige udstyr til netop den opgave. Sort/Hvid eller farver Dette er jo et helt grundlæggende valg i forhold til opgaven. Mange kameraopgaver kan fint løses i sort/hvid hvor andre kræver farver. Desuden ser vi også Kamera i dag digital farve opløsning. Men som tidligere skrevet er det meget forskelligt det er 100% opgaven der beskriver omkring valget. Men prisen på Kameraet er også en faktor, det er indlysende at den billigste teknologi også der den mest simple. Men hver Visio opgave er forskellig, og hver opgave er individuel. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Pixel data i kameraet Ordet pixel er noget vi alle har hørt om, når vi køber en ny mobil telefon, så sidder der et Kamera i telefonen. Kameraet er i dag med stor opløsning, 2 megapixel er ikke unormalt. Pixel er små punkter der definerer opløsning på det billede vi kan arbejde, så jo højere nøjagtighed, jo højere krav til antal af pixel. Det er ikke alle opstillinger der kræver en super pixel opløsning, det er processen der afgøre dette, men man kan også arbejde med linsen. Så er det muligt at zoome ind på et område, for at se på det nøjagtige område, i forhold til det store billede. Camara typerne er delt op i 2 typer: • • CCD – Charged Coupled device CMOS – Complementary metal oxide semiconductor Inden for Vision verdenen findes 3 hoved kameratyper: • • • 310.000 pixel o 512(H) x 480(V) o 640(H) x 480 (v) 2 megapixel o 1024 (H) x 960 (V) o 1600 (H) x 1200 (V) 5 maga- pixel o 2432 (H) x 2050 (v) Det er vigtigt man overvejer omkring billedbehandlingen, at jo flere pixel, jo større processer kraft kræver det. Hastigheden på opdateringen Som i alle andre opsætninger af teknik, er der stor forskel på opdatering af data, fra objektet er sat i position, til billedet kan behandles i det tekniske afsnit er utrolig forskelligt. Desuden er hastigheden meget afhængig af følgende forhold: • • • • Camara type Antal af pixel i Kameraet Antal af fokus data Antal af objekt punkter oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Dette er blot nogle af de punkter der er meget afgørende for data hastigheden på denne behandling, der til kommer så de udstyr det er koblet op på, er det via en pc, eller en plc eller direkte i et drev til processen. For at forkorte den opdaterings hastighed skal alle disse punkter overvejes. Her ses en af mulighederne for at lave en ”data vej”, et er jo Kameraets opdatering, et andet er processen. Det enkelte Kamera har sin kommunikation, dette vil sige, at når man laver en opsætning på kameraet, så kører det ofte via en Ethernet kommunikation, da alle kamera skal have en basis opsætning. Derudover kan et kamera kommunikere enten over et netværk eller digitalt. Opsætningen betyder rigtig meget på opdateringshastigheden, dette betyder i praksis, at jo flere detaljer som ligger i opgaven, jo længere tid tager det også kameraet at behandle. I dette system har kommunikations hastigheden en sekundær betydning, ikke at den ikke kan være vigtig. Men databehandlingen i kameraet og opgaven har størst indflydelse. Kilde: Omron. Emne typer Her kan listes en helt række emnetyper op, for listen er næsten utømmelig, der er ikke ret mange ting Visio teknik ikke kan bruges til. Alt stort set, det er faktisk næsten ingen grænser. Der kan arbejdes med næsten alt, det udgangspunkt man har for en opgave er, at hver opgave en ny opgave. Der er emnetyper der er nemmere at arbejde med end andre, nogle emnetyper og opsætninger kan kræve flere kamera i samme opsætning, da emnerne skal ”ses” fra flere vinkler. Der kan arbejdes med mange former for belysning, direkte eller indirekte, infrarød og mange andre. Emner der flytter sig eller rotere kan være udfordrende at arbejde med, men der kan laves forskellige opsætninger. Det vigtigste når emnet flytte sig er i relation til opdateringer. Dette sætter også sin naturlige begrænsning omkring fokus punkter, jo flere fokus punkter, jo længere bearbejdnings tid. Når emnet flytter sig er dette jo opgaven, da man ikke har meget tid. Det er derfor meget vigtigt at antallet af fokus punkter er meget gennem tænkt, så opdateringstiden i kameraet kan blive så lav som muligt. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Det kan også være nødvendigt at arbejde med flere kamera i en opstilling, da hastigheden hvor med emner flytter sig, er for stor i forhold til billedbehandlingen. Men udviklingen inden for Visio teknik går lige så stærkt som alt andet elektroniks udvikling, så vi vil også se en maga udvikling på opdateringen af kamera i årene fremover. Placering af kamera i forhold til objekt. I forbindelse med valg af kamera, linse og placering af kameraet, er det vigtigt at definere hvor stort billede område, vi gerne vil arbejde med, for område størrelsen afhænger af afstanden mellem kamera og objektområde. Når vi har valgt kamera og linse, kan vi beregne afstanden fra objektet til kameraet, ud fra nedenstående: Minimum detectabel flaw size = 𝐵𝐵 𝑥𝑥 𝐶𝐶 𝐴𝐴 A: No. pixels in the Y direction af the camara CCD B: Field of wiew ( y direction) I mm. C: Minimum antal af pixels. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Grafen ovenfor viser relationen mellem afstanden fra kameraet til fladen som kameraet kan tage billede af. I dette tilfælde har Omron lavet en relation til deres camara typer, så når camaraet skal vælges kan denne bruges. Alle leverandør har disse relationer og denne graf er et godt udtryk for den grundlæggende relation. Man kan også lave er række beregninger, som er vist tidliger i dette kompendium. Kilde: Omron Denne tegninger skal bruges til netop at definere grundlaget for valget af kamera. Kilde: Omron oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Belysning Det vigtigste punkt i brugen eller installation af Visio systemer er belysningen. Du kan bruge masser af penge på kamera, med mange pixel og en dyr linse. Desuden bruge masser af timer på beregning af afstande til objektet, som skal arbejdes med, men uden den rigtige belysning, bliver resultatet ikke optimalt. Med den rigtige belysning, så får du også det rigtige resultat. Der er 3 områder du skal tage stilling til: 1. Typer af belysning a. Specular refleksion b. Diffuse refleksion c. Transmittet light 2. Udformning og størrelse af lyset a. Ring, eller firkantet b. Dome, Coxial 3. Farve (bølgelængde) på lyset a. Rød, hvid, blå (LED) b. UV, IR Alle lystyper er desuden defineret i sammenhæng med kameraet, om det eksempelvis skal være direkte belysning eller indirekte belysning. De forskellige former for belysning er også afhængig af, om man skal lave en opsætning, der skal være kontrol, eller en del af en operation (forarbejdnings proces), samt hvilket emne man arbejder med. I dette kompendium er kameratyper, men det er også vigtigt, at forholde sig belysningsprocessen. Grundlaget er at alle Visio opgaver er nye hver gang, dvs. man skal bearbejde det som en ny opgave hver gang, for der er nye facetter i alle opgaver. Man kan bruge den grundlæggende beskrivelse i dette kompendium, men det skal sammenholdes med en leverandør, for at få den rigtige løsning til opgaven. Desuden er udviklingen også inden for dette område meget hurtig Links til mere info: www.youtube.com www.Omron.com www.Sick.com oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Krav til fysisk installation. Leverandøren beskriver hvordan kameraet skal installeres, det er lige fra IP klasser, miljø, og en lang række andre karv. Når der arbejdes med billede handling er der naturligvis mange forhold der spiller ind, det er alt lige fra lys, rystelser, vand, aggressive væsker, luftarter, røg, ja listen kan blive meget længere. Når man planlægger en Visio opgave skal man starte med at definere de begrænsninger de fysiske rammer sætter. Nogle meget vigtige punkter der skal overvejes: • • • • • Lyssætning Rystelser Væsker Bevægende emner Farver Denne liste er kun en lille del af de krav der kan være i forhold til en opgave. Kameraet skal naturligvis vælges ud fra de fysiske krav installation stiller. Samspillet mellem installationen, og alle de andre parameter, skal give den bedste opgaveløsning. Kontrol/Kvalitet Fejlfinding Da opsætning ofte er med forbindelse til en server, er sandsynligheden for at fejlrette god. De fleste gange man kan udlæse en fejlkode i relation til problemet. Naturligvis kan det være en anden type fejl, men i de tilfælde skal man gribe opgaven an på en skematisk tilgang. Lave et overblik og gå systematisk frem. Ofte har leverandøren en beskrivelse af hvilke fejl der kan fremkomme, eller hvordan fejlfindingen kan foregå. Dokumentation af opsætning og fejl Ved hver enkelt opgave er vigtigt, at lave en grundlæggende dokumentation for, at kunne lave en fejretning eller en fejlfinding. Men da Visio opgaver er så individuelle, kan det også være svært, at sætte mange rammer op for hvordan opgaven skal dokumenteres, men hver opgave, installation skal dokumenteres. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Krav, Standarder, EMC, DS/EN 61326-2-3:2013 Elektrisk udstyr til måling, styring og laboratoriebrug - EMC-krav - Del 2-3: Særlige krav. Prøvningskonfigurationer, driftsbetingelser og ydeevnekriterier for transducere med integreret eller fjernstyret signalbehandling. Skal udstyret bruges i andre lande kan der komme krav omkring standarder. Dog ikke i Europa, men for eksempel USA, der vil der være krav om UL godkendelse. Mange leverandør går udover standarderne, IEC/EN osv. Det er fordi at på dette område er standarder ikke altid nok, en standard beskriver hvad kameraet skal leve op til, dette vil sige, at man stiller krav omkring opbygning, påvirkning i for holdt til EMC, temperatur, fugt og en lang række ting. Men leverandøren vil gå du over dette, de vil have deres kamera type prøvet i forhold til specifikationer. At deres kamera lever op til opløsning i forhold til lys, i forhold til opdaterings hastighed og en lang række andre ting. Derfor er mange kamera mærket med VDE, TYF og andre uafhængige test institutter. DS/EN 61000 Denne serie stiller krav omkring EMC, i forhold til forstyrrelser. Desuden stiller det retninger omkring installation og når kameraet er CE mærket overholder det også kravene i denne standard. Fabrikantens anvisninger Alle standarder som er relevante skal naturligvis overholdes, men over disse standarder ligger fabrikantens krav til installation og indbygning. Disse er over krav fra standerne og kan altid overholdes 100 %. CE mærkning elve kameraet er naturligvis CE mærket, i forhold til installationen, hvordan denne skal CE mærkes er helt individuel, i forhold til opgaven, installationen, indbygningen. Det er en opgave man skal tage stilling til i hver enkelt opgave. Det kan være at det er nok med kamerates CE mærkning, det kan også være at selve installationen, maskinen, eller andet kræver der er en overordnet CE mærkning. På den baggrund kan selve kameraets CE mærkning, måske ikke stå alene. Men dette skal undersøges i hver enkelt opgave. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Maskindirektivet & Standarder Mange tror at det nedenstående diagram er det eneste der skal følges når der tales omkring sikkerhed på maskiner og maskinanlæg. Den samlede sikkerhedskreds skal udføres så den kan opfylde nedenstående PL.: Bestemmelse af PLr kan ske ved hjælp af risikografen (se figur). S Skadens alvorlighed S1 Let (normalt reversibel skade) S2 Alvorlige skader, herunder dødsfald F Hyppighed og / eller udsættelse tid for fare F1 Sjældent til mindre ofte og / eller eksponeringen er kort F2 Hyppige løbende og / eller eksponeringen er lang P Mulighed for at undgå fare eller begrænse skader P1 Muligt under bestemte betingelser P2 Næppe muligt L Lavt bidrag til risikoreduktion H Højt bidrag til risikoreduktion oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg (**) Kategorier af sikkerhedsstop International standard EN / ISO 13850 specificerer de funktionelle krav og principper for udformningen af nødstop anordninger. Det gælder for alle maskiner - uanset hvilken type af energi, der bruges til at styre denne funktion. Standarden giver mulighed for to typer stop: • • Kategori 0: stop ved øjeblikkelig afbrydelse af energi eller mekanisk frakobling mellem de farlige komponenter Kategori 1 stop: kontrolleret stop med bibeholdelse af energi (bremse for eksempel), Derefter afbrydelse af energien, når status quo er nået. Man som billedet herunder viser så kan sikkerhed på maskiner være en stor om omfattende historie. Som grundlag for sikkerhed på alle maskiner ligger maskindiaktivet ! Som grundlag er kendskab til maskindiaktivet en forudsætning for korrekt anvendels af harmoiserde standarder Maskindirektivet er et overordnet direktiv, hvis regler skal efterkommes. Når vi taler om risikovurdering på maskiner står der, i maskindirektivet nævnt: pkt.23 Fabrikanten eller dennes repræsentant skal endvidere sørge for, at der foretages en risikovurdering for den maskine, som han ønsker at markedsføre. Hvor med han skal identificere de væsentlige sikkerheds- og sundhedskrav, som gælder for hans maskine, og som han skal tage hensyn til. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Hvis risikovurderingen for en maskine kan fuldendes, så skal maskinen CE-mærkes, og følgende skal gennemføres: - Der skal udfærdiges overensstemmelseserklæring i overenstemmelse med kravene i maskindirektivets bilag. Der skal udfærdiges et tekniske dossier. Evt. mangler på maskinen skal beskrives. For at omsætte dette til virkelighed skal vi netop bruge standarderne, billedet herunder viser den kompleksitet der findes i at bruge standarder. Men det er vigtigt at maskindirektivets lov og standarder bruges udelukkende til at overholde loven. Men på en standardiseret måde. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg A,B og C standader. Der er 3 typer standarder, når vi taler om sikkerhed på maskiner. Type A standard. Dette er en grundlæggende sikkerhedsstandard, som beskriver de grundlæggende principper for konstruktion og generelle forhold, gældende for alle maskiner. A-standard: DS/EN 14121-1 Risikovurdering Type B standard. Disse standarder er opdelt i B1 og B2 standarder. B1 standarder omhandler særlige sikkerhedsaspecter, hvor B2 standarder omhandler beskyttelsesanordninger. B-standard: DS/EN 13850 Nødstop Type C standarder. Dette er en maskinsikkerhedsstandard, som beskriver detaljerede sikkerhedskrav til en bestemt maskine. Hvis der findes en type C standard til den pågældende maskintype man vil fremstille, skal den overholdes, dog kan der være andre standarder man også skal ind og kigge på. A-standard: DS/EN 1525 Førerløse trucks oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Standardisering EN ISO 13849-1 er som efterfølger for EN 954-1 den centrale standard for konstruktion af sikkerhedsrelaterede styringer i forbindelse med "Maskinsikkerhed". EN ISO 13849-1 (i mellemtiden i 2008-udgave) blev i 2006 vedtaget som europæisk udgave. Desuden er EN ISO 13849-1 publiceret som harmoniseret standard under maskindirektivet i Den Europæiske Unions Tidende. Dermed gælder formodningsvirkningen for denne standard. Hvem må stadig bruge EN 954-1? Det centrale spørgsmål om, hvem der stadig bør eller må bruge EN 954-1, er præget af to randbetingelser. På den ene side er EN ISO 13849-1:2009 den direkte efterfølgende standard for EN 954-1. Dermed blev der med EN ISO 13849-1 skabt et nyt teknisk niveau, og EN 954-1 opfylder dermed ikke længere et grundkrav i maskindirektivet. Men denne betragtning sættes der spørgsmålstegn ved på grund af det andet forhold. For mange produktstandarder (C-standarder) har der indtil nu ikke eksisteret nogen opdateret version, der refererer til EN ISO 13849-1. Men da de eksisterende referencer til EN 954-1 ofte ikke kan opløses fuldstændigt og entydigt af EN ISO 13849-1, er brugeren af disse standarder fortsat henvist til EN 954-1, og EN 954-1 må i disse tilfælde opfattes som det gældende tekniske niveau. Hvilke årsager har været udslagsgivende for revideringen af EN 954-1? Den (stadig) aktuelle EN 954-1, som siden 1996 har beskrevet beregningen af sikkerhedsrelevante styrekredse i forbindelse med maskinsikkerhed, indeholder ikke tilstrækkelige krav til programmerbare elektroniske systemer. Andre kritikpunkter var, at sammenhængen mellem risikoens størrelse og kategorien ikke altid virkede rimelig. Derudover er man af den opfattelse, at sandsynlighedsmæssige overvejelser skal medtages i sikkerhedsanalyserne. Hvad er ændret? Den væsentlige fornyelse i EN ISO 13849-1 er den sandsynlighedsmæssige indgangsvinkel ved vurderingen af sikkerhedsrelaterede styringssystemer. Formålet med revideringen var at forsyne EN 954-1 med den hårdt tiltrængte sandsynlighedsmæssige vinkel til vurdering af moderne kredsløb. Det afgørende i dette arbejde var fortsat at anvende de gennemprøvede kategorier og derudover bedømme kvantitative sikkerhedsrelevante egenskaber. Sådan nås målet i seks trin Når EN ISO 13849-1 indføres, stilles der også nye krav til fremgangsmåden ved konstruktion af maskiner. Udformningen af styringernes sikkerhedsrelaterede dele er en gentagen proces, der gennemføres i flere trin. Trin 1 – Definition af krav til sikkerhedsfunktioner Først drejer det sig om at fastlægge de nødvendige egenskaber for hver enkelt sikkerhedsfunktion. Dette trin er det vigtigste og nogle gange samtidig det vanskeligste. For at sikre en beskyttelsesdør på en maskine skal farebringende bevægelser f.eks. frakobles, når beskyttelsesdøren åbnes; igangsætning, mens beskyttelsesdøren er åben, må ikke være mulig. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Trin 2 – Bestemmelse af det nødvendige Performance Level PL Jo større risikoen er, desto højere er kravene til styringssystemet. Det bidrag, som ydes af pålidelighed og struktur, kan variere med den anvendte teknologi. Fareniveauet for hver farlig situation inddeles i fem trin fra "a" til "e". Ved PL "a" er styringsfunktionens bidrag til reduktion af risikoen lille, ved PL "e" stort. Det nødvendige Performance Level (PL r ) for den tidligere beskrevne sikkerhedsfunktion bestemmes ud fra risikografen. Personskadens alvorlighedsgrad (S) S1 = let (normalt reversibel) personskade S2 = alvorlig (normalt irreversibel) personskade inklusive dødsfald Hyppighed og/eller varighed af udsættelsen for fare (F) F1 = sjældent til oftere og/eller kort varighed F2 = hyppig til permanent og/eller lang varighed Muligheder for forhindring af faren (P) P1 = mulig under bestemte betingelser P2 = næsten ikke mulig Trin 3 – Udformning og teknisk implementering af sikkerhedsfunktionerne Den under trin 1 beskrevne sikkerhedsfunktion "Låsning af beskyttelsesdør" implementeres styringsteknisk. Der anvendes en kodet nærhedsafbryder som f.eks. PSENcode til låsning af beskyttelsesdøren. Dermed er der mulighed for at serieforbinde flere beskyttelsesdøre uden at overvågningsfunktionerne prioriteres lavere. Derudover giver kodningen en omfattende manipuleringsbeskyttelse. Den passende anvendelse af sensorerne sker ved hjælp af et multifunktionelt sikkerhedssystem som f.eks. PNOZmulti. Frakobling af drevet sker via to kontaktorer med tvangsstyrede kontakter. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Trin 4 – Bestemmelse af Performance Level og kvantitativ betragtning Sikkerhedsfunktionen opdeles i delene sensor, logik og aktuator for at bestemme det opnåede Performance Level. Hvert af disse delsystemer bidrager til sikkerhedsfunktionen. Alle ønskede parametre er til rådighed i forbindelse med Pilz-komponenter. Trin 5 – Verificering Dette trin afklarer spørgsmålet om, hvorvidt det opnåede Performance Level også svarer til det påkrævede Performance Level. Det opnåede PL skal være lig med eller bedre end det ud fra risikovurderingen påkrævede PL r . Det betyder "grønt lys" for maskinkonstruktionen. Trin 6 – Validering Ud over de rent kvalitative krav til udformningen af sikkerhedssystemer er det vigtigt også at forhindre systematiske fejl. DS/EN ISO 13849-2 Validering Validering er en påvisning om, at de sikkerhedsrelaterede dele i maskinens styresystem opfylder de givne sikkerhedskrav efter DS/EN ISO 13849-1. Mest omkostningseffektivt er det, hvis valideringen sker som en løbende proces, for at fejl kan identificeres og rettes løbende, snarere end når maskinen er færdigproduceret. Denne samlede dokumentation er fundamentet for udførelse af den efterfølgende validering. Validering af dokumentation bliver gennemgået med fokus på, at du efter kurset selvstændigt skal kunne validere sikre styringer udført efter DS/EN ISO 13849-1. Du får viden og færdighed indenfor validering og en grundig og praktisk baseret gennemgang af de begreber og metoder, som konstruktører/designere skal kende og beherske i forbindelse med validering. Hvad er validering? Forklaring på, hvad validering i bund og grund er, og hvad forskellen er mellem validering og verificering. Formålet med validering Valideringen skal demonstrere, at hver af de sikkerhedsrelaterede dele i styresystemet opfylder kravene i DS/EN ISO 13849-1. Første del af valideringen er derfor udarbejdelse den plan og efterlevelse af de principper de sikre styringer skal valideres efter. oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg Valideringsstandardens begreber og metoder • Valideringsprincipper • Valideringsplan • Analyse • Afprøvning under drift og fejlforhold Den praktiske validering Den praktiske del af valideringen foregår ved at gennemgå alle krav til styresystemet, herunder: • • • • • • • • Validering af sikkerhedskategori Validering af MTTFd, DC og CCF Validering af systematiske fejl Validering af software Verifikation af PL-niveau Validering af kombination af SRP/CS Validering af miljøkrav Validering af vedligeholdelseskrav Validering af teknisk specifikation og brugerinformation oktober 2017 Kun til brug for medlemmer af TEKNIQ og Dansk El-forbund Modul - 2.2 Styring og regulering af automatiske anlæg

Modul 2.2 - Styring og regulering af automatiske anlæg

Related documents

Add this document to collection(s)

Add this document to saved

Suggest us how to improve StudyLib