Falowniki bezpieczeństwo, ciąg dalszy...

Swojego czasu toczyłem dyskusję na temat wykorzystania w systemach sterowania przewodu neutralnego. Pomijając względy estetyczno-inżynierskie mój interlokutor nie dał się przekonać mimo że przedstawione "dowody" w żaden sposób Go nie przekonywały. Ot czasami trafi się człowiek który uparcie dąży do tworzenia nowych zasad elektrotechniki.
Błędne działanie wyposażenia elektrycznego nie powinno prowadzić do stanów zagrożenia ani wywoływać żadnych szkód. Zagrożeniom należy zapobiegać w miejscu ich powstawania przez zastosowanie odpowiednich środków. Norma EN 60204-1 podaje różne środki zmniejszające ryzyko w przypadkach błędnych działań. Jednym słowem należy tak projektować systemy sterowania napędami (w tym także falownikami) aby w przypadku wystąpienia awarii aparatu elektrycznego, urządzenia czy wypięcia lub doziemienia przewodu sterowniczego - sterowane urządzenie nie zagrażało życiu ludzkiemu lub uszkadzało sterowane urządzenie.
Stosowanie do sterowania przewodu neutralnego lub innego przewodu napięcia odniesienia pomijam celowo i takie łączenie zostawiam samobójcom. Przypomnę dla porządku: wszystkie funkcje łączeniowe sterowania projektujemy i wykonujemy po stronie nieuziemionej (przewód fazowy). Zastosowanie osprzętu bezpieczeństwa z wymuszonym rozwieraniem styków zwiększa bezpieczeństwo wyłączenia w przypadku "sklejania się styków pomocniczych), idealnie gdy styki łączone są szeregowo z kilku aparatów. Jakiekolwiek doziemienie przewodu sterowniczego powinno: pozbawiać napięcia układ sterowania (w części lub całkowicie - przez zadziałanie odpowiednich zabezpieczeń nadprądowych) przez co otwierane są styki obwodów silnoprądowych. Należy stosować rozwiązania, które obniżają lub całkowicie wykluczają prawdopodobieństwo niepożądanych stanów pracy urządzeń i aparatów elektrycznych. System połączeń i zabezpieczeń powinien odpowiednio reagować zarówno na zwarcia jak i przerwy w układzie sterowania.

Falowniki - bezpieczeństwo wyłączenia

Przy uruchamianiu jakichkolwiek napędów zawsze należy zwracać szczególna uwagę na bezpieczeństwo osób obsługujących urządzenie. Przy doborze urządzeń zewnętrznych jak i projektowaniu szafy napędowej należy kierować się odpowiednimi przepisami i.. zdrowym rozsądkiem. Nie zawsze bowiem musimy stosować najdroższe aparaty z zakresu bezpieczeństwa do banalnych i dość bezpiecznych systemów napędowych które nie zagrażają praktycznie w żaden sposób życiu ludzkiemu.
W falownikach produkowanych obecnie, coraz częściej stosowany jest specjalna funkcjonalność STO (Safe Torque Off - Bezpieczne Wyłączenie Momentu). Poniżej zamieszczam porównanie kategorii zatrzymania i jak zaraz zobaczycie STO nie jest zbyt rewolucyjnym wynalazkiem ale nie można powiedzieć że jest zbędnym gadżetem montowanym w falowniku.

Kategoria 0 - zatrzymanie niekontrolowane, przez odłączenie zasilania od napędów

Do silnika nie jest dostarczana energia, która mogłaby spowodować jego ruch, jednakowoż w żaden sposób nie kontrolujemy zatrzymania napędu.
W przypadku zadziałania funkcji STO w falowniku zostaje odłączona część mocy (np tranzystory IGBT) w taki sposób że skutecznie zostaje "odcięte" ich zasilanie a silnik hamuje siłą oporu i bezwładnością obciążenia. Identyczną funkcjonalność uzyskamy stosując np. stycznik odcinający zasilanie falownika oczywiście sterowany w odpowiedni sposób zapewniający skuteczność odłączenia zasilania. Wyłączenie takie należy stosować wtedy gdy natychmiastowe wyłączenie zasilania nie powoduje dodatkowego zagrożenia. A w niektórych systemach napędowych takie zagrożenie może powstać...

Kategoria 1 - regulowane zatrzymanie silnika

Wykorzystując kategorię 1, następuje regulowane zatrzymanie silnika, a następnie w bezpieczny sposób odcinane jest napięcie do silnika. Napęd w stanie spoczynku nie może wytworzyć niebezpiecznych ruchów. Reasumując najpierw przeprowadzamy awaryjną procedurę hamowania rampą falownika a następnie odłączamy zasilanie falownika. Przy hamowaniu rampą możemy (w zależności od potrzeb) wspomagać zatrzymanie silnika prądem stałym. Kategorię 1 należy stosować wtedy gdy: awaryjne wyłączenie stwarza zagrożenie spowodowane niehamowanym wybiegiem.

Kategoria 2 - wyhamowanie kontrolowane i pozostawienie prędkości bezpiecznej

Zastosowanie tej metody powoduje wyhamowanie silnika w funkcji rampy czasowej do określonej prędkości bezpiecznej z brakiem możliwości w jakikolwiek sposób, zwiększenia tej prędkości. Odmianą tego typu zatrzymania jest kilkanaście scenariuszy hamowania silnika. Jedną z nich jest całkowite zatrzymanie z funkcją "trzymania" (odpowiedni moment blisko 0Hz) lub wyhamowanie do 0Hz i pozostawienie falownika z włączonym zasilaniem. Funkcję tę należy stosować wówczas gdy: pozbawienie zasilania stwarzałoby dodatkowe zagrożenie. Pamiętać jednak należy o zagwarantowaniu zatrzymaniu osi napędowych, lub przejście do prędkości bezpiecznej.

Zapraszam na stronę Akademia Falowników gdzie można dowiedzieć się więcej o systemach napędowych i odbyć szkolenie na temat doboru falowników i ich zastosowaniach w aplikacjach napędowych.
pozdrawiam Przemek

Falownik iS7 implementacja do ciężkiej pracy

Po zainstalowaniu w kilku aplikacjach o różnym stopniu skomplikowania falowników iS7 - nadszedł czas uruchomienia go w maszynie o szczególnym ciężkim rozruchu i ciężkiej pracy. W układzie napędowym maszyny uległ uszkodzeniu falownik firmy Siemens, który nie był szczególnie leciwy (około 5 lat) ale biorąc pod uwagę samą konstrukcję maszyny i warunki jego pracy, nawet nie bardzo dziwię się tej awarii. Ponieważ klientowi zależało na szybkiej reakcji a uszkodzony falownik nie bardzo kwalifikował się do naprawy, przystąpiłem do przygotowań zamiany napędu.
Na początek zapoznałem się z przyłączeniem do układu sterowania uszkodzonego sterownika i na podstawie ilości wejść i wyjść cyfrowych, analogowych i przekaźnikowych oraz trybu pracy napędu dobrałem falownik iS7 firmy LS. Następnie w Eplanie narysowałem zamianę zacisków sterowania uszkodzonego i nowego falownika wraz z zaznaczeniem parametrów wrażliwych całego układu. Falownik zamówiłem u stałego dostawcy w sklepie z falownikami firmy EL-HELU w Radomiu. Następnego dnia mogłem spokojnie rozpakować urządzenie i rozpocząć konfigurację w warunkach warsztatowych. Ma to tę zaletę że u Klienta pozostaje minimum pracy związanych z programowaniem falownika i możemy dość sprawnie dokonać rozruchu wstępnego i końcowego.

Konfiguracja iS7 jest szybka, łatwa i przyjemna dzięki panelowi operatorskiemu i odpowiedniemu zgrupowaniu parametrów nastaw. Prace te zajęły mi około pół godziny i po sprawdzeniu działania napędu w warunkach symulacji mogłem udać się do Klienta. Demontaż uszkodzonego falownika przeszedł dość sprawnie i po kilkudziesięciu minutach w szafie sterowniczej oczy cieszył nowy napęd... Podłączenie zacisków silnoprądowych trzeba było zmienić ze standardowych końcówek na końcówki "oczkowe") i zmuszony byłem do przedłużenia przewodów sterowniczych. Ekranowane kabelki sygnałów analogowych były na szczęście na tyle długie że mogłem swobodnie podłączyć je do zacisków iS7 zgodnie z regułami sztuki i przepisami dotyczącymi EMC..
Po zakończeniu części prac mechaniczo-elektrycznych, przystąpiłem do wstępnego uruchamiania napędu przy niskiej częstotliwości wyjściowej i zaprogramowaniu falownika iS7 do pracy wektorowej. Następnym krokiem było uruchomienie końcowe w warunkach pracy maszyny.
Zaskoczyła mnie pozytywnie, bardzo stabilna praca falownika podczas chwilowych i cyklicznych "uderzeń" maszyny, w tym momencie napęd zazwyczaj był przeciążany do 103...105%. W przypadku falownika iS7 - obciążenie wynosiło maksymalnie 98...99%! Związane jest to zapewne z szybką reakcją sterowania na zwiększone zapotrzebowanie na moment, wyrównanie jest na tyle szybkie że prawie niezauważalne. Świadczyć to może o przemyślanym algorytmie przeliczającym wielkości elektryczne i dopasowującym je do modelu silnika.
Dodatkowo musieliśmy wymienić wentylator szafy sterowniczej ze względu na jego uszkodzenie i po sprawdzeniu działania termostatu zakończyliśmy prace serwisowe.

Pozdrawiam Przemek ;)