Liczniki w automatyce przemysłowej

CIĘCIE PAPIERU Z ROLI

Rys. 1. Aplikacja cięcia materiału i wykorzystany w niej licznik nastawny Codix 924

Liczniki informują o liczbie zdarzeń, czasie procesu lub prędkości. Typowe funkcje cięcia, pakowania, sortowania czy przewijania można w prosty sposób zautomatyzować. Na rysunku 1. przedstawiono schematycznie maszynę do cięcia papieru. Materiał rozwijany jest ze zwoju i cięty na arkusze za pomocą gilotyny. Enkoder z kołem pomiarowym dostarcza do licznika impulsy, które są skalowane na wyświetlaczu do wymaganej rozdzielczości.

Zastosowanie licznika z 2 wyjściami, np. Codix 924, pozwala na przygotowanie tylu arkuszy, ile potrzeba operator przed uruchomieniem napędu wprowadza jedynie wymaganą szerokość arkusza i całkowitą długość zwoju. Pierwsze wyjście licznika steruje pracą gilotyny, drugie wyjście zatrzymuje napęd, gdy zwój zostanie pocięty. Wykorzystana funkcja: AddTOT (liczenie do wartości zadanej z automatycznym zerowaniem oraz wartości całkowitej).

PROCES PAKOWANIA

Rys. 2. Maszyna pakująca oraz licznik nastawny Codix 560

Na rysunku 2 przedstawiono maszynę pakującą słoiki do kartonów. Zadaniem licznika jest uruchamianie dolnego przenośnika i zatrzymywanie górnego po zapełnieniu każdego kartonu przez ramię robota.

Operator wprowadza pojemność kartonu, czas potrzebny na ruch przenośnika oraz liczbę kartonów do zapakowania. Do liczenia słoików wykorzystano barierę optyczną. Drugie wyjścia licznika może zatrzymać cały proces po przygotowaniu zadanej partii kartonów. Odpowiedni licznik ma funkcję zliczania serii AddBAT, np. Codix 560.

DETEKCJA SPIĘTRZENIA

Rys. 3. Detekcja spiętrzenia - można w niej wykorzystać np. liczniki nastawne Codix 908

Funkcja odmierzania czasu sprawdzi się przy detekcji spiętrzenia, zatoru lub braku materiału. Na rys. 3. naszkicowano przenoszenie gotowych detali w kierunku zbiornika. Pierwsza bariera optyczna uruchamia zliczanie czasu, druga bariera zatrzymuje i zeruje licznik (lub tylko zeruje).

W przypadku problemów z transportowaniem detali nastawiony czas zostanie przekroczony i licznik uruchomi sygnalizator ostrzegawczy i/lub zatrzyma maszynę, aby zminimalizować straty w materiale. Elektroniczny przekaźnik czasowy, np. Codix 908, może nadzorować proces z rozdzielczością milisekund, co jest nieosiągalne dla klasycznych przekaźników czasowych analogowych.

POMIAR ŚREDNICY ZWOJÓW

Rys. 4. Pomiar średnicy zwoju i licznik Codix 574

Jedno z typowych zadań to nawijanie lub odwijanie materiału ze szpuli. Pomiar średnicy realizuje się przy użyciu czujników analogowych, np. ultradźwiękowych, laserowych lub przy użyciu analogowego czujnika indukcyjnego i krzywki, ale takie metody są obarczone nawet kilkuprocentowym błędem i wymagają kalibracji.

Znacznie lepsze efekty można uzyskać metodą porównania dwóch prędkości jak na rysunku 4. Przeznaczony do tej aplikacji licznik z serii 574 oblicza i wyświetla średnicę na podstawie proporcji częstotliwości sygnałów pochodzących z enkoderów inkrementalnych lub czujników zbliżeniowych współpracujących z odpowiednimi tarczami.

Pierwszy punkt pomiarowy znajduje się w osi rolki przewijającej materiał, drugi punkt w osi nawijanej szpuli. Wynik pomiaru można przesłać dalej w postaci sygnału standardowego 0...10 V_DC lub 4...20 mA.

PORÓWNANIE PRĘDKOŚCI I SYNCHRONIZACJA PRACY

Liczniki które mogą przetworzyć pomiar dwóch częstotliwości, takie jak Codix 924, 560 czy 574, będą również przydatne w aplikacjach porównania prędkości dwóch przenośników lub synchronizacji napędów (operacje A/B lub A-B). Mogą one zmierzyć łączny przepływ cieczy w dwóch rurach (A+B).

Model 574 potrafi dodatkowo wyświetlić okres sygnału 1/f, co pozwala np. określić czas przejścia pieczywa przez piec tunelowy. Dzięki operacji mnożenia dwóch częstotliwości możliwe jest nawet wyliczenie energii kinetycznej obiektu o znanej masie, zgodnie ze wzorem:

Przedstawiono to na rysunku 5. Prostokątny sygnał pomiarowy z układu napędowego jest podawany jednocześnie na oba wejścia licznika 574, gdzie jest mnożony, odpowiednio skalowany i wyświetlany w jednostce energii.

Rysunek 6 przedstawia kolejną typową aplikację, w której materiał w trakcie przewijania lub obróbki musi być poddany naprężeniu. Licznik Codix 924 lub 574 porównuje dwa sygnały pomiarowe, pochodzące z osi obu napędów i oblicza naprężenie według zależności:

Model 574 może dodatkowo regulować poprzez analogowy sygnał standardowy drugim napędem, sterując odpowiednio falownik, tak aby utrzymać założoną wartość naprężenia, niezależnie od prędkości pierwszego napędu. Wyjście analogowe ma wysoką, 14-bitową rozdzielczość oraz szybki czas odpowiedzi 1 ms dzięki czemu pętla regulacji może optymalnie reagować i chronić materiał przed zerwaniem.

APLIKACJE Z PRACĄ W KWADRATURZE

Rys. 5. Pomiar energii kinetycznej

Dobierając licznik do współpracy z enkoderem inkrementalnym, należy zwrócić uwagę na tryby pracy w kwadraturze. Podstawowy tryb QUAD pozwala na detekcję kierunku obrotu oraz pomiar ze znamionową rozdzielczością enkodera. Wybrane liczniki firmy Kubler oferują również pracę w trybie QUADx2 oraz QUADx4, co pozwala zwiększyć rozdzielczość pomiaru nawet czterokrotnie, bez zmiany enkodera.

Warto też pamiętać o funkcjach mnożnika, dzielnika i ustalić punkt dziesiętny tak, aby operator maszyny widział rzeczywistą wartość mierzonego zjawiska z odpowiednią rozdzielczością. W niektórych aplikacjach przydatna będzie opcja setpoint, która umożliwia rozpoczęcie zliczania od wartości różnej od 0.

Dodatkowe wejście (gate) pozwala zablokować chwilowo zliczanie a wejście Latch zamrozi wynik na wyświetlaczu bez przerywania funkcji zliczania. Komunikację z urządzeniem nadrzędnym lub dodatkowym wyświetlaczem wielkogabarytowym zapewniają interfejsy RS-232, RS-422 lub RS-485 (CR/LF lub Modbus).

Przy pomiarze prędkości lub częstotliwości nie trzeba obawiać się spadku rozdzielczości przy niewielkich wartościach. Firma Kubler zastosowała algorytm HRA, w którym metoda pomiaru częstotliwości zależy od mierzonej wartości. Dla częstotliwości mniejszych od 38 Hz wynik bazuje na pomiarze okresu.

Wyższe częstotliwości są mierzone poprzez zliczanie impulsów w jednostce czasu, z uwzględnieniem czasu trwania niepełnego impulsu. Algorytm HRA gwarantuje dokładny i szybki pomiar częstotliwości w zakresie do 55 kHz dla liczników z rodziny Codix. Seria 574 może pracować przy częstotliwości nawet 1 MHz.

ZLICZANIE IMPULSÓW

Rys. 6. Kontrola naprężenia materiału

W wielu maszynach nadal używa się klasycznych liczników elektromechanicznych, które zliczają impulsy lub czas pracy i sygnalizują przekroczenie zadanej wartości poprzez wbudowany przełącznik. Operatorzy cenią je za prostotę obsługi (tylko niezbędne przyciski). Liczniki o takiej konstrukcji nadal są dostępne w handlu, również w ofercie firmy Kubler, ale coraz częściej są wypierane przez elektroniczne zamienniki.

Seria 901 została zaprojektowana z założeniem, że zmiana technologii nie będzie wymagała przeróbek w okablowaniu maszyny. Nowe liczniki elektroniczne są zasilane bateryjnie i akceptują szeroki zakres napięcia sterującego 12...250 V_AC/DC, dzięki czemu jedna wersja może zastąpić wiele klasycznych modeli.

Liczniki nastawne z serii 901 mają wyjście przekaźnikowe (NO lub NC), 6 przycisków do dekadowego wprowadzenia nastawy oraz przycisk zerowania. Zliczanie może odbywać się w górę lub w dół (sumowanie lub odejmowanie).

Unikalną funkcjonalność zapewnia licznik Codix 538. Jest to wskaźnik pozycji z interfejsem CANopen, który może współpracować bezpośrednio z enkoderem absolutnym. Można samodzielnie wybrać, która informacja z sieci CAN ma być wyświetlana oraz jej format (programowalny mnożnik, offset, położenie punktu dziesiętnego).

Enkoder z interfejsem SSI może zostać obsłużony bezpośrednio przez 6-cyfrowe liczniki z serii 570, w zakresie rozdzielczości od 8 do 32 bitów. Jeszcze szerszy zakres jest możliwy przy łączeniu kaskadowym liczników.

Nowy model 575 jest polecany do najbardziej wymagających aplikacji, gdzie zachodzi konieczność porównania odczytów z dwóch enkoderów absolutnych SSI. Na 6- lub 8-cyfrowym wyświetlaczu można kontrolować sumę lub różnicę odczytów, np. w aplikacjach podwójnych wysięgników, suwnic, dźwigów, w systemach sterowania zaworów.

Astat
www.astat.com.pl