poniedziałek, 28 maja 2012

Dobór falownika do ciężkiej pracy

Przy doborze falownika do ciężkich rozruchów i ciężkiej pracy należy wziąć pod uwagę kilka aspektów i potrzebujemy więcej danych dotyczących zarówno silnika jak i sposobu napędzania mechanizmu. Zazwyczaj należy zastosować falownik wektorowy choć bywały już przypadki w mojej "karierze" że wystarczył falownik ze sterowaniem U/f, ale dobrany do wydajności prądowej urządzenia. 
Nie wszystkie falowniki wektorowe działają identycznie i nie wszystkie jednakowo się programuje, niektórym wystarczy wpisanie danych silnika i uruchomienie kalibracji, niektóre wymagają autotuningu lub autotuning musi być wykonywany przy silniku odsprzęglonym (bez obciążenia).

Dobór falownika do takiej aplikacji musi być przemyślany a najważniejsze dane które musimy wziąć pod uwagę to:
  • prąd rozruchowy silnika bez obciążenia
  • prąd rozruchowy silnika pod obciążeniem
  • prąd silnika podczas pracy ciężkiej
 Pół biedy kiedy mamy do czynienia z pracującym urządzeniem i możemy dokonać takich pomiarów, gorzej jeśli maszyna jest nowo projektowana lub na nas spoczywa obowiązek doboru całego zespołu napędowego: silnik + falownik.
W takim przypadku należy zwrócić się do mechanika w celu wyliczenia i doboru mocy falownika lub (dużo gorsze rozwiązanie) wyliczyć takie zapotrzebowanie na moc samemu.
Można również "podeprzeć" się praktyką i spojrzeć na podobne urządzenia już pracujące ale zawsze pozostanie pewna niepewność takiego doboru. Można się także zwrócić do specjalistów od falowników, w swojej bazie danych mamy ponad 1000 skomplikowanych aplikacji.

Przed uruchomieniem napędu należy dokonać niezbędnych (w zależności od wybranego modelu falownika) wpisów parametrów silnika w falowniku i przeprowadzić kalibrację i/lub autotuning.

Pierwszy rozruch przeprowadzamy z bezpieczną częstotliwością (np. 5 Hz), przy takiej częstotliwości niestety nie każdy falownik jest w stanie przejąć obciążenie. Nie będę pisał tu jakie falowniki są w stanie a jakie nie przyjmą obciążenia. Ze względu na to że nie pracuję z najtańszymi falownikami, osobiście nie mam takich problemów.

Najciekawsze jest to że producenci falowników z tzw. "górnej półki" posiadają w swojej ofercie napędy okrojone z zaawansowanych aplikacji a ich cena niewiele odbiega od tych najtańszych.

Po sprawdzeniu wstępnym napędu możemy zaprogramować i uruchomić falownik do pracy z częstotliwością roboczą i zwiększać do maksimum obciążenie silnika. Cały czas należy obserwować reakcję falownika na obciążenie i mierzyć należy pobór prądu przez silnik. Do tego celu powinno się stosować dedykowane oprogramowanie ze względu na możliwość obserwacji i zapisu wielu danych na wykresach co pomaga w ich późniejszej lub bieżącej analizie.
W przypadku braku oprogramowania trzeba niestety "biegać' po klawiaturze panela falownika i obserwować te dane na wyświetlaczu.

Prawidłowo dobrany zespół napędowy powinien mieć około 10% rezerwy tak aby w chwilach przeciążeń spokojnie je "pokonywał", a falownik nie przekraczał prądu przeciążeniowego w funkcji zaprogramowanego czasu.

Życzę powodzenia, Przemek ;)

czwartek, 24 maja 2012

Sterowanie falownikiem za pomocą PLC

sterowanie binarne falownikiem z PLC
Coraz częstsze wykorzystywanie przekaźników programowalnych i sterowników PLC w systemach sterowania stwarza nam możliwość wykorzystania ich do kontroli pracy falownika. Sterowniki te pozwalają na wyeliminowanie styków przekaźników czy styczników i zwiększają niezawodność sterowania.
Kontrolę falownika przez sterownik PLC można wykonać na kilka sposobów, najprostszą metodą jest wykorzystanie wejść i wyjść cyfrowych sterownika, wyjścia zezwalają na pracę falownika i np. zmianę obrotów a wejścia kontrolują jego pracę.

Sterowanie binarne

W opisie przyjmuję europejski standard sterowania z wyjściami sterownika o polaryzacji dodatniej +24V (logika dodatnia), polaryzacja ujemna czyli tzw. logika ujemna jest mi całkowicie obca i stanowi dość egzotyczną ideę sterowania aczkolwiek większość falowników po dokonaniu przełączenia pomiędzy zaciskami lub przestawieniu wbudowanego przełącznika pozwala na taki rodzaj sterowania.
Całość systemu nie różni się w żaden sposób zarówno od strony zaprogramowania falownika jak i wykorzystania wejść cyfrowych w napędzie, tam gdzie do tej pory podłączone były styki przekaźników, przełączników bądź przycisków - podłączamy poszczególne wyjścia tranzystorowe PLC. W chwili pojawienia się na wejściach potencjału +24V falownik zareaguje identycznie jak po zamknięciu styku. Pamiętać jednak należy o połączeniu wspólnego napięcia odniesienia dla sterownika i falownika, w naszym przypadku połączyć należy "minus" zasilacza PLC do zacisku falownika oznaczanego zazwyczaj jako COM, GND lub inaczej ale to znajdziemy w instrukcji danego napędu.
Przekaźniki programowalne lub sterowniki posiadają również wyjścia analogowe (standard 0(4)...20mA lub 0...10V) wyjście to możemy zastosować do zadawania częstotliwości wyjściowej a co za tym idzie prędkości obrotowej silnika. W ten sposób możemy np. wykorzystać regulator PID zaprogramowany w sterowniku. Do wejść sterownika podłączamy wyjścia tranzystorowe falownika informujące nas o stanie napędu, np: praca, błąd, osiągnięcie częstotliwości wyjściowej itd... w zależności oczywiście od modelu i ilości takich wyjść.

Sterowanie sieciowe

sterowanie falownikiem przez sieć
Mając przekaźnik programowalny lub sterownik z interfejsem sieciowym, sterowanie jest znacznie prostsze !
Elektrycznie łączymy tylko styk zezwalający na pracę i/lub styki bezpieczeństwa a całość zarządzania falownikiem odbywa się poprzez sieć. Na rysunku obok znajdują się dwa bloki funkcyjne oprogramowania narzędziowego CoDeSys dla falownika, jeden blok to tak zwana słowo kontroli czyli sterowania a drugi to słowo statusu, odczytujące stan napędu. W zależności od potrzeb wybieramy poszczególne bity sterujące zezwoleniem na start, zmiana kierunku obrotów i zadawanie częstotliwości napędu. Oczywiście możemy "wydobyć" z falownika o wiele więcej wszystko zależy od modelu i naszych potrzeb. Na przedstawionym rysunku przygotowane są bloki funkcyjne dla falownika Lenze 8200 vector. Falownik ten ma bardzo duże możliwości sieciowe, podstawową siecią w falownikach Lenze jest sieć CANopen, co nie wyklucza zastosowanie opcjonalnych kart sieciowych takich jak Modbus, Profibus czy DeviceNet.

pozdrawiam Przemek ;)

wtorek, 22 maja 2012

Podstawowe sposoby sterowania falownikiem

sterowanie falownik smv Lenze
Do napisania tej notatki skłoniły mnie rozmowy z Klientami którzy nie mieli do czynienia z falownikami i traktują falowniki jako element regulacyjny natomiast w dalszym ciągu chcą stosować np. styczniki do zmiany kierunku silnika. Do notatki wykorzystam bardzo popularny i tani falownik smv firmy Lenze.
Na rysunku znajdują się trzy podstawowe metody sterowania falownikiem start-stop oraz zmiana kierunku wirowania silnika.

Sterowanie 2 przełącznikami (rys. 1)

Zamknięcie przełącznika pomiędzy zaciskami 1-4 powoduje start falownika w prawo a rozwarcie - zatrzymanie falownika. W chwili kiedy falownik pracuje a zostanie zamknięty przełącznik podłączony do zacisków 4 i 13A spowoduje zmianę kierunku wirowania silnika w taki sposób że silnik wyhamuje do zera (zgodnie z rampą czasową) i zacznie wirować w przeciwnym kierunku. Otwarcie łącznika (1-4) spowoduje wyłączenie napędu.

Sterowanie trzy-przewodowe (rys. 2)

Jest to odzwierciedlenie systemu sterowania stycznika "z podtrzymaniem" z tym że owo "podtrzymanie" odbywa się w logice falownika. Potrzebujemy trzy przyciski z samopowrotem: STOP ze stykiem normalnie zwartym (NC), oraz dwa przyciski FWD (do przodu-prawe obroty) i REV (do tyłu-lewe obroty) ze stykami normalnie otwartymi (NO). W chwili naciśnięcia przycisku FWD zostaje uruchomiony silnik z obrotami w prawo i silnik pracuje do momentu naciśnięcia przycisku STOP. Identycznie falownik zareaguje po naciśnięciu przycisku REV gdzie silnik będzie obracał się w przeciwnym kierunku. Naciśnięcie przycisku REV podczas pracy z obrotami w prawo (i na odwrót) nie powoduje reakcji falownika.

Sterowanie dwoma stykami (rys. 3)

W sterowaniu tym możemy wykorzystać przełączniki lub styki przekaźnika czy styki pomocnicze styczników mocy do sterowania falownikiem. Zamknięcie poszczególnych styków RUN/FWD spowoduje obroty w prawo falownika a RUN/REV obroty w lewo. Ten sposób jest bardzo popularny w automatyce stykowej (przekaźnikowej) oraz po trochę innym podłączeniu do sterowania wyjściami przekaźników programowalnych bądź sterowników PLC. Sposoby sterowania napięciowe wykorzystywane w PLC opiszę następny, razem wraz z opisem sterowania falownikiem poprzez sieć.

Oczywiście przypominam że opisane sposoby sterowania tym falownikiem możemy zrealizować samodzielnie kupując w sklepie internetowym falownik smv. ;)

pozdrawiam Przemek

piątek, 18 maja 2012

Wejścia analogowe w falownikach

zadajnik do falownika
Część użytkowników końcowych ma dziwną mentalność utwierdzoną przez niektórych handlowców z firm "falownikowych" że klawiatura falownika może służyć do obsługi falownika. Oczywiście mści się to po pewnym czasie i klawiatura membranowa "dziurawi" się i przestaje działać. Problem polega na tym że klawiatura ta zazwyczaj nie nadaje się do ciągłej obsługi, po to falownik zawiera wiele wejść i wyjść cyfrowych do sterowania napędem poprzez bardziej wytrzymałe elementy w postaci przycisków czy przełączników nie wspominając o sterowaniu przez sterowniki nadrzędne lub przekaźniki programowalne. Największą zaletą falownika jest prosta regulacja obrotów silnika za pomocą zwykłego potencjometru. Potencjometry te są wbudowane w falownik lub podłączane do jego wejścia analogowego.

Wejście analogowe z zakresu 0...10V może być wykorzystane jako wejście potencjometru lub wejście dla zewnętrznego sygnału analogowego o tym samym poziomie napięciowym. I w takim wejściu nie ma nic niezwykłego, prócz tego że jest ono dość wrażliwe na zakłócenia zewnętrzne i nie nadaje się do zbyt rozległych instalacji zadajników.

Drugim standardem wejść analogowych jest wejście prądowe (lub pętla prądowa jak kto woli) z zakresu 0(4)...20 mA. Standard ten jest o wiele bardziej odporny na zakłócenia zewnętrzne i jest częściej stosowany w automatyce. Dlaczego mamy dwie opcje prądowe tj. 0...20 mA i 4...20 mA ?
W momencie opracowania standardu prądowego, zadowolono się faktem odporności na zakłócenia przy pełnej funkcjonalności sposobu przesyłania wartości analogowej, zabrakło jednak metody zabezpieczenia się przed otwarciem pętli prądowej co na przykład we współpracy z falownikiem może skutkować niekontrolowanym zwiększeniem do maksimum prędkości obrotowej urządzenia ! Nie muszę pisać że jest to bardzo niebezpieczne i może zagrażać życiu ludzkiemu. Dlatego opracowano a w zasadzie zmieniono ten standard do poziomu 4...20 mA. Co przez to zyskaliśmy ?

Wejście analogowe 4...20 mA ma tę zaletę że oprócz normalnego sposobu przekazywania wartości analogowej, można w bardzo łatwy sposób diagnozować na wypadek przerwania pętli prądowej czyli np. utraty połączenia z zadajnikiem, przetwornikiem czy czujnikiem. W jaki sposób jest to realizowane ? Dość prosto, otóż falownik powinien wykrywać spadek prądu poniżej 4 mA ! Zakładając że minimalna wartość prądu w obwodzie musi wynosić 4 mA to jest bardzo proste zadanie, niestety nie wszystkie falowniki to potrafią, a szkoda - ponieważ jest to bardzo przydatna funkcja zabezpieczająca.

Polecam przy okazji zadajnik ZAD-1 do falownika który posiada funkcję startu w prawo, stopu i start w lewo oraz zadawanie przez potencjometr wartości analogowej z zarówno z zakresu napięciowego jak i prądowego. Zadajnik jest w pełni programowalny i posiada skalowane w sposób dowolny wyświetlacze zarówno wartości zadanej (np. w obrotach lub procentach) jak i odczyt wartości bieżącej z wyjścia analogowego falownika (np. częstotliwość wyjściowa lub moment).
Zadajnik ten można kupić w internetowym sklepie z falownikami, gorąco polecam !

Pozdrawiam Przemek ;)