JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Trådlös mätning höjer kvaliteten

Är det riskfyllt att ersätta kablar med trådlös signal-överföring i fabriksmiljö? Inte alls, istället ökar kvaliteten och produktiviteten om man gör rätt, hävdar ABB som utvecklat ett eget trådlöst system. Svenska forskare håller med. Fabriksrelaterade störningar är inte ett problem. Däremot kan andra trådlösa system störa om man inte frekvensplanerar sin verksamhet.
Än är det förhållandevis ovanligt att använda trådlös kommunikation för att överföra mät- och styrsignaler mellan maskiner i en fabriksmiljö.

– Det finns en viss oro för att använda trådlös teknik inom industrin. Den grundar sig ofta på personers erfarenhet från hemmet, där man använder wlan som är motsatsen till robust och inte heller är tänkt att användas i tidskritiska tillämpningar, förklarar Guntram Scheible, ansvarig för produktområdet Wireless Automation på ABB.

I Tyskland – där ABB numera utvecklar sitt trådlösa koncept som en gång föddes ur ett forskningsprojekt i Västerås – har diskussionen kring trådlös signalöverföring mellan maskiner på fabriksgolvet pågått i över fem år. Här finns också en stor mängd företag som tillverkar produkter och fabrikerna är i hög grad automatiserade.

– Det trådlösa konceptet sprider sig i Tyskland, om än i ett långsamt tempo. Det börjar alltid med att ett företag vill ha bättre kvalitet och ökad produktivitet i en process eller hos en maskin och ett sätt att nå högre kvalitét är att lägga till några extra sensorer på platser där det annars vore omöjligt att mäta, säger Guntram Scheible.

I Sverige har vi inte nått lika långt. Här har ABB, som är en av de ledande tillverkarna av denna typ av system i världen, hittills enbart installerat trådlösa system på tre platser. Det ena finns hos Kongsberg i Mullsjö medan de andra är installerade i företagets egna fabriker, dels hos ABB Robotics i Västerås, dels i kabel-fabriken i Karlskrona.

De två maskinerna i Karlskronafabriken är paradexempel på hur trådlös teknik kan användas för att öka produktiviteten. Här tillverkas sjökabel som placeras på havsbotten. För att kabeln inte ska förstöras av exempelvis ett ankare måste den skärmas. Det görs med maskiner som i snabb takt lindar järntråd runt den roterande kabeln som långsamt dras framåt.

En armeringssmaskin hanterar i varje stund uppåt hundra trummor med järntrådar. Tidigare har en människa övervakat om en tråd tagit slut. Numera känner trådlösa sensorer av när det sker, varvid maskinen direkt stängs av och en ny tråd kan skarvas på.

– Karlskronafabriken är en av ABB:s viktigaste fabriker. Den får helt enkelt inte fallera. Så vi ser det som en kvalitetsstämpel att vi valt att använda vårt trådlösa system där, säger Jonas Rehnberg på ABB i Västerås.

Samtidigt menar han att det finns massor av andra företag här i landet som skulle kunna dra nytta av trådlös mätning och kommunikation i sin produktion.

– För tillfället känner jag till minst tre applikationer där det ingår i kalkylen att byta delar av kablaget en gång om året på grund av slitage. Där skulle trådlöst kunna vara ett bra alternativ, konstaterar Jonas Rehnberg.

Många test- och forskningsresultat vi-sar också på att robustheten hos trådlösa länkar är bättre än vad man i många fall väntar sig om man använder det fria ISM-bandet på 2,4 GHz eller högre frekvenser. Anledningen är att det fabriksrelaterade radiobruset från exempelvis olika typer av svetsar, motorer och reläer är mycket begränsat i frekvensområdet över 1,5 GHz.

Professor Jerker Delsing, på Luleå Universitet, är en av flera forskare som visat på robustheten för trådlöst inom industrin.

– Grundrobustheten är förvånansvärt stor. Det har vi verifierat både i experiment som vi kört i samarbete med svenska Boliden i deras fabrik och på vårt eget labb, säger han.

Till skillnad från ABB, som använder Bluetooth-besläktad kommunikation, har Jerker Delsings forskning främst fokuserat på kommunikationen enligt IEEE 802.15.4, alltså den standard som Zigbee, Wireless Hart och ISA100 bygger på.

– Vi har gjort extrema tester i kontrollerad labbmiljö och så länge störningarna inte låg exakt i den smala radiokanal man skickar informationen på visade sig kommunikationen vara mycket robust. Används däremot flera 802.15.4 som utnyttjar samma kanal kan det ge störningar som i första hand ger försenade paket och i värsta fall gör att man tappar paket.

Men eftersom räckvidden på radiokommunikationen vanligen inte överskrider tio meter behöver lösningen inte vara speciellt avancerad. För att få olika trådlösa system att fungera ihop måste man helt enkelt frekvensplanera på samma sätt som man tvingas planera när man ska dra kablar i en fabrik.

Guntram Scheible på ABB höjer dock ett varningens finger mot att använda 802.15.4 för tidskritisk styrning inom industrin. ABB självt har utvecklat en sorts industriversion av Bluetooth på samma sätt som Wireless Hart är en optimerad Zigbee för industrin.

– Men Wireless Hart passar inte för att styra maskiner i realtid. Däremot används tekniken mer och mer för diagnostisering och övervakning off-line. Zigbee passar inte alls inom industrin, utan hör hemma inom konsumentområdet och hemautomation, hävdar han.

Inte oanat är just det faktum att det inte finns en standard en bromskloss för den trådlösa kommunikationens framfart på fabriksgolvet.

– Visst är det så. En speciell standard för industrin måste till. Det är också ett arbete som pågår inom Profibus-organisationen, konstaterar Guntram Scheible.

Mäter och matar utan kablar

ABB har utvecklat ett trådlöst kommunikationssystem med tillhörande sensorer speciellt för realtidsstyrning av olika typer av maskiner, däribland robotar, som används inom industrin. Systemet, tidigare kallat WISA för Wireless Interface for Sensors and Actuators, har numera smeknamnet Wireless IO.


 
ABB-systemet består av sensorer (grönt), basstation och antenner (blått) samt elektromagnetisk matning som option (orange).
I sin grundversion kommunicerar systemets sensorer trådlöst med en basstation, medan de spänningsmatas via en kabel. En typisk IO-enhet kan hantera upp 16 sensorer, där upp till åtta kan fungera som utgångar för styrning av exempelvis en lampa eller liknade. En liknande konfiguration skulle traditionellt kräva 16 signalkablar och en strömkabel, men här räcker det således med en kabel. En basstation kan kommunicera med över hundra sensorer.
Som option kan systemet fås med trådlös spänningsmatning av sensorerna via elektromagnetiska fält. Det är dock en teknik som än så länge enbart används i specialfall där man har problem med kablar, som i roterande utrustning, påpekar ABB som påstår sig vara ensamt i världen om att kunna erbjuda denna möjlighet idag.

För kommunikationen har ABB utvecklat vad man kallar en industriversion av Bluetooth. Radiodelen använder Bluetooth-chips, så tittar man på spektrumet är det samma frekvenser och samma frekvenshoppning som i Bluetooth. Protokollen är däremot inte jämförbara utan ABB:s meddelanden är mycket korta vilket är viktigt inom automationsområdet. Likaså har effektförbrukningen skruvats ner rejält, vilket ger en kortare och mer kontrollerbar räckvidd.
MER LÄSNING: