Då ett system behöver regleras används ofta en regulator som har i uppgift att styra de insignaler som krävs för att systemet skall uppträda på valt sätt [50].
Den utsignal som önskas kallas för börvärde och den verkliga utsignalen kallas ärvärde. Genom att jämföra ärvärdet med det önskade börvärdet kan felet beräknas och regleras med hjälp utav en styrsignal. Till exempel då aktuatorn är satt att röra sig till en specifik position med en konstant hastighet och en yttre last appliceras på aktuatorn skulle den utan reglering sänka hastigheten.
Med hjälp utav återkoppling till en regulator kan i stället strömmen till motorn öka så att den fortsatt orkar driva aktuatorn till bestämd position med vald hastighet. Den vanligaste typen utav regulator i ett reglertekniskt system är PID-regulatorn. Den består utav en förstärkande, en integrerande och en deriverande del och har i uppgift att manipulera styrsignalen till systemet för att minska felet. Själva regulatorn är ofta integrerad i en PLC för att kunna styra utsignalerna med hjälp utav de återkopplade insignalerna.
Ett generellt slutet system med återkoppling beskrivs enligt nedan (se Figur 13). För systemet är insignalen den valda hastigheten för aktuatorn.
Felet som uppnås är skillnaden på den önskade hastigheten och den verkli-ga hastigheten. Regulatorn är integrerad i servodriften och har i uppgift att hålla felet så lågt som möjligt. Den manipulerade signalen är den styrsignal som beräknas för att minska på felet och störningen i systemet är en yttre påverkande kraft på aktuatorn. Processen är själva systemet som skall styras vilken för projektet är motorn som i sin tur bestämmer aktuatorns hastig-het. En sensor återkopplar hela tiden den verkliga hastigheten så att felet kontinuerligt beräknas.
Figur 13: Blockschema för ett generellt slutet reglersystem.
3 METOD
3 Metod
Då projektet kan delas upp i tre tydliga faser anses projektmodellen LIPS bäst lämpad som metod för genomförande. Projektet delas upp i de tre fa-serna:
• Startfas
• Utvecklingsfas
• Slutfas
Startfasen innefattar planering utav projektet samt ingående förstudier för att få god förståelse utav vad som skall göras. Här skall även kravspecifi-kation och testspecifikravspecifi-kation sammanställas.
Utvecklingsfasen innefattar tre steg som utgör tre delsystem.
1. Delsystem 1: Konstruktion utav ställdon 2. Delsystem 2: Programmering utav ställdon 3. Delsystem 3: Verifiera ställdon i testrigg
Slutfasen innefattar utvärdering utav de resultat som uppnåtts. Här skall även produkten levereras till kunden och all dokumentation sammanställas.
Därefter skall slutpresentation och UtExpo fullföljas för att sedan avsluta projektet.
3.1 Utförande
I ett tidigt skede utav projektet har en projektplan (se Appendix C) med tillhörande GANTT-schema (se Appendix D) tagits fram. GANTT-schemat beskriver de aktiviteter som skall utföras, samt vilka milstolpar som skall uppnås. För att utföra projektet på ett korrekt sätt har en kravspecifikation (se Appendix A) tagits fram i samarbete med STABE. Här redovisas de krav prototypen skall uppnått vid projektets slut.
I utvecklingsfasen skall ett flexibelt system konstrueras för att slippa ta fram nya lösningar för specifika situationer. Ett ställdon, med tillhörande drivning och linjär aktuator, skall styras via en OP-panel där valfri funktion kan anges där kraft är en funktion av position. För att verifiera den angivna funktionen skall även en testrigg konstrueras.
I slutfasen skall det uppnådda resultatet analyseras och diskuteras. Här skall även alla krav med prioritet 1 vara uppfyllda enligt testspecifikationen (se Appendix B).
3.2 Komponenter
Detta kapitel beskriver de komponenter som valts för att utveckla prototypen.
3.2.1 För- och nackdelar hos olika aktuatorer
De alternativ till lösningar redovisas i Tabell 1 med för- och nackdelar för en enkel överblick utav vad som är bäst lämpat för projektet.
Metod Fördel(ar) Nackdel(ar) Tabell 1: För- och nackdelar med olika ställdon.
Utefter denna tabell valdes en elektromekaninsk aktuator till projektet eftersom att denna typ av ställdon är uppbyggt av komponenter vilka enkelt kan bytas ut. Detta är ett krav för att systemet ska kunna anpassas till oli-ka applioli-kationer för en hög flexibilitet. Flexibilitet kommer utifrån att där inte finns någon trycksatt luft eller olja som försvårar byte utav komponen-ter, där finns heller inga stora tankar för att förse systemet med luft eller olja. Elektromekaniken möjliggör också ett brett funktionsområde. Elektro-mekaniska aktuatorer kan arbeta med hög hastighet och acceleration, mycket precist och med stor kraft.
3 METOD
3.2.2 Linjär aktuator
Till projektet har ett elektromekaniskt ställdon från Parkers ETH-serie valts (se Figur 14). Den kommer i flertalet olika storlekar vilket är ett krav för projektet för att det ska vara så flexibelt som möjligt. ETH-serien kommer i sex olika modeller med slaglängder från 0 - 2 m och krafter från 0 - 11.4 ton. I de sex modellerna överförs en motors roterande rörelse via en ledstång och kulmutter till en linjär rörelse hos aktuatorn (se Figur 4). Till projektet används ETH032M16A1K1BFMN1000A som har en slaglängd på 1 m och klarar av krafter upp till 3.6 ton.
Figur 14: Linjäraktuator från Parkers ETH-serie [51].
3.2.3 Drivning
En servomotor från Parkers serie SMH (se Figur 15) har valts för projek-tet. Serien består av flertalet motorer vars effekt varierar från 0.1 - 9.4 kW, vridmomentet från 0.35 - 60 Nm och ett maxvarvtal på 7500 min−1. Moto-rerna har inbygd resolver som ger återkoppling om hur många varv rotorn har rört sig för att kunna beräkna positionen hos den tillhörande aktuatorns kolv [52]. Den motor som används är SMH60301,45112I642 vilken har ett vridmomentet på 1.4 Nm och ett maxvarvtal på 3000 min−1. Motorn kräver en spänningsmatning på 230V.
Figur 15: Servomotor från Parkers SMH-serie [53].
3.2.4 Styrning
En servodrift ur Parkers Compax3-serie (se Figur 16) har valts till projektet.
Detta då det är en flexibel servodrift som klarar driva alla motorer ur Parkers SMH-serie. Styrningen kräver 24 V för att drivas samt en högre spänning att mata vidare till motorn. Utefter vilka funktioner som valts justeras frekvensen och amplituden på den spänning som förser motorn, . Frekvensen justerar motorns rotationshastighet medans amplituden justerar dess kraft.
Compax3 använder P ulsbreddsmodulering (PWM) för att förse motorn med rätt ström- och spänningsvärden [54, 55]. PWM innebär att spänningen slås av och på i pulser för att skapa en kontinuerligt varierbar effektmatning.
Då ett block i PLC-programmet anropas för att till exempel öka motorns hastighet skickar styrenheten ut pulser i de frekvenser som krävs för att uppnå vald hastighet. En konstant puls genererar maxhastighet för motorn medans kortare pulser genererar lägre hastighet.
En PLC krävs för att skapa och köra avancerade program. Compax3 har en inbyggd PLC vilket gör att ingen extra hårdvara behöver införskaffas.
Detta gör det också enklare att föra vidare det PLC-program som skapats, vid byte av drift [56, 57].
I Compax3 finns det en variabellista, vilken nås via olika register. Listan används för att lagra de variabler som ändras av PLCn eller OP-panelen.
Variabellistan kan visas och ändras i Parkers program C3 Servo Manager.
I detta program sköts också alla inställningarna för styrningen så som vilken drift och aktuator som används. Finns inte produkten med läggs den in av användaren [58].
3 METOD
Figur 16: Servodriften Compax3 från Parker [59].
3.2.5 OP-panel
OP-panelen som valts för projektet är en XPR2 från Parker (se Figur 17).
Då den kommer i flera storlekar och kan kommunicera med servodriften via driftens inbyggda PLC uppfyller den de krav som ställs på OP-panelen i detta projekt[60]. OP-panelen kommunicerar med servodriftens PLC via taggar som sätter värden till valda platser i en variabellista.
Figur 17: OP-panel från Parkers XPR2-serie [61].