Falowniki w wentylacji wymuszonej

Wśród wielu aplikacji napędowych z wykorzystaniem falowników najczęstsze ich zastosowanie to wentylacja i przepompownie. Od kilku lat montujemy nasze szafki napędowe do wysokościowców w Warszawie. Ze względu na ilość poziomów mieszkalnych nie można tu wykorzystać wentylacji grawitacyjnej i zastosowano tu kilkanaście wentylatorów małej mocy w pionach kuchennych i łazienkowych. Ponieważ coraz więcej takich bloków mieszkalnych przekształca się we Wspólnoty Mieszkańców a Ci patrzą na wydatki jakie muszą ponieść w związku z eksploatacją budynków i wszelkie oszczędności są mile widziane.
Specjalnie dla Wspólnot opracowaliśmy szafę napędową która ogranicza zużycie energii elektrycznej oraz zmniejsza straty ciepła które w okresie zimowym jest w nadmiarze "wyciągane" przez wentylatory. W aplikacji tej wykorzystaliśmy dwa falowniki Lenze smv, układ obejściowy oraz przekaźnik programowalny NEED firmy Relpol. Zasada działania układu sterowania jest bardzo prosta: wykorzystując kalendarz systemowy przekaźnika programowalnego wprowadzamy pracę na trzech różnych częstotliwościach w zależności od dnia tygodnia i godziny. System posiada wbudowane sterowanie automatyczne oraz ręczne a w przypadku awarii falownika samoczynnie przełącza się na układ obejściowy i generuje sygnał o zakłóceniu, powiadamiając konserwatora o wystąpieniu awarii. W kilku przypadkach zastosowaliśmy powiadamianie o zdarzeniach przez wysyłanie odpowiednich komunikatów sms z modemu GSM. Całość inwestycji wprowadza oszczędności zużycia energii elektrycznej w zakresie 30...50% w zależności od pory roku i temperatur wewnątrz i na zewnątrz budynku. Wszelkie ustawienia mogą być przeprowadzane za pomocą klawiatury przekaźnika NEED, na jego mini ekranie wyświetlany jest również stan pracy układu napędowego oraz stany awaryjne.
Pozdrawiam Przemek

Falowniki ze sterowaniem sekwencyjnym

Producenci falowników prześcigają się w zachęcaniu nas do korzystania z ich napędów i rozszerzają możliwości sterowania za pomocą wbudowanych funkcji lub dodatkowych kart. Bardzo ciekawą alternatywą jest zaimplementowania sterowania sekwencyjnego które pojawiło się w zmodernizowanym falowniku smv Lenze.
Miałem pod koniec ubiegłego roku możliwość wykorzystania sekwencera w maszynie do wyginania drutu. W normalnym układzie musiałbym zastosować kilka przekaźników elektromagnetycznych lub mały przekaźnik programowalny. Dzięki funkcji sterowania sekwencyjnego mogłem bez problemu uruchomić sterowanie wyginarką, praktycznie bez żadnych elementów zewnętrznych. Identyczne sterowanie można również wykonać przy pomocy karty PLC wbudowanej np. w falownik iS7 firmy LG (LSiS).
Funkcja sekwencera zawiera 16 kroków, każdy krok może mieć indywidualnie definiowane czasy ramp, czas trwania oraz częstotliwość wyjściową. Sekwencer ma do wyboru 3 tryby pracy definiujące w jaki sposób napęd przechodzi pomiędzy poszczególnymi krokami:
- przejście czasowe,
Start w kroku którego numer został zdefiniowany w parametrach jako początkowy. Napęd automatycznie przechodzi przez każdy krok. Czas pozostawania trwania kroku jest zdeterminowany wartością ustawioną w parametrze: czas w bieżącym kroku.
- przejście od wejścia cyfrowego,
Start w kroku którego numer został zdefiniowany w parametrach jako początkowy. Napęd przechodzi do następnego kroku po wystąpieniu narastającego zbocza na wejściu cyfrowym o najwyższym priorytecie z przypisanych do funkcji wyzwalany krok 24
- przejście czasowe lub od wejścia cyfrowego.
Start w kroku którego numer został zdefiniowany w parametrach jako początkowy. Napęd automatycznie przechodzi przez każdy krok. Czas pozostawania trwania kroku jest zdeterminowany wartością ustawionąw parametrze Czas w bieżącym kroku, jednakże po wystąpieniu narastajcego zbocza na wejściu cyfrowym o najwyższym priorytecie z przypisanych do funkcji wyzwalany krok 24 napęd przejdzie do realizacji następnego w kolejności kroku.

Ważne przy tym jest że dostęp do wszystkich elementów programowych sekwencera jest bezpośrednio z klawiatury falownika i nie musimy podłączać laptopa z oprogramowaniem w celu parametryzacji sterowania. Wykorzystując sam falownik smv i minimalną ilość elementów zewnętrznych można zbudować całkiem skomplikowany system sterowania co jest niebagatelną wartością w czasach poszukiwania dobrego, markowego sprzętu z jak najniższym budżetem.
Na zakupy falowników smv Lenze zapraszam do zaprzyjaźnionego sklepu internetowego, zawsze można tam uzyskać fajne ceny. Więc polecam !
Pozdrawiam Przemek !

Falowniki w technice teatralnej

W większości przypadków falowniki kojarzą nam się w zastosowaniach przemysłowych lub z przepompowniami wszelakiej maści mediów. Dziś przedstawię aplikację napędową zastosowaną w technice sceny - napęd sztankiet. W sumie do zaprojektowania mieliśmy 7 sztankiet technicznych oraz dwa mosty oświetleniowe.
W chwili zaproszenia nas do rozmów mających rozwiązać problem napędowy okazało się że mechanika napędu sztankiet jest już zrealizowana i zamontowana i jak to zwykle bywa są z ową mechaniką problemy... W tym konkretnym przypadku dobrane i zastosowane przekładnie nie są w wykonaniu samohamownym co niestety stwarza zagrożenie samo-opadania obciążonej sztankiety (np. przez sprzęt oświetleniowy). Do rozwiązania mieliśmy dwa problemy: dobór silników oraz realizacja systemu sterowania. Pierwszy problem został szybko usunięty przez zamówienie silników elektrycznych z fabrycznie zamontowanymi podwójnymi hamulcami elektromagnetycznymi.
Projekt wstępny został zrealizowany w oparciu o falowniki wektorowe smv oraz przekaźniki programowalne NEED firmy Relpol. Algorytm pracy falownika został połączony z algorytmem sterowania w taki sposób aby po zwolnieniu hamulca elektromagnetycznego falownik napędzał z określoną częstotliwością silnik napędu sztankiety a po otrzymaniu polecenia stop - silnik wyhamowywał - następnie przy częstotliwości 1 Hz falownik uruchamiał hamowanie prądem stałym a następnie wyłączone zostaje zasilanie hamulca elektromagnetycznego. Zastosowane falowniki wektorowe smv Lenze mają bardzo proste menu programowania i posiadają wszystkie, wymagane możliwości sterowania do projektowanego przez nas napędu. Wszystkie elementy stykowe związane ze zwalnianiem hamulca elektromagnetycznego zostały odpowiednio wyliczone i dobrane w taki sposób aby unikać "sklejenia" styków a w przypadku wystąpienia takiej awarii następuje natychmiastowe wyłączenie napięcia sterującego uaktywnionym hamulcem elektromagnetycznym. Całość systemu pracuje bezawaryjnie co daje nam satysfakcję z prawidłowego doboru falowników jak i wdrożonego projektu systemu sterowania i zabezpieczeń. W przyszłości postaram się opisać zastosowanie falowników w napędzie zapadni teatralnych i sceny obrotowej.

Pozdrawiam, życząc Szczęśliwego Nowego Roku !
Przemek

Falowniki zza biurka

Przeczytałem ostatnio artykuł-zestawienie dotyczące falowników i jako praktyk z krwi i kości jestem trochę zaskoczony. Jaki inny świat reprezentują redaktorzy i inżynierowie sprzedaży zza swoich biurek.
Dowiedziałem się z owego artykułu że "protoplastą falowników jest softstart" hmmm... zapewne tak jak rower jest protoplastą samochodu, mimo usilnych starań nadal nie wiem co autor miał na myśli stosując określenie "silniki skokowe". Być może wynika to z dziwolągowatego tłumacza Google Translate lub istnieją takowe niszowe silniki i ja o tym nic nie wiem.
Nie jestem w końcu stworzony do pisania gładkich słówek, staram się jedynie łopatologicznie pisać o napędach w miarę jasno, aczkolwiek chylę czoła nad zestawieniem i próbie przedstawienia firm wzajemnie konkurujących na rynku i ich asortymentu a myślę że nie jest to łatwe. Głos zabrali przedstawiciele: Lenze, Astor, Simlogic, SEW, Yaskawa, Eldar. Zabrakło mi przedstawicieli firm których falowniki są najczęściej kupowane bo cokolwiek byśmy nie mówili o jakości i możliwościach technicznych falowników ich cena jest w 90% przypadków kryterium podstawowym. Przedstawienie "popularności" firm napędowych (przynajmniej pierwsza piątka) zupełnie nie zgadza się z danymi jakimi dysponuję na podstawie zarówno montażu jaki i rozmów z zaprzyjaźnionymi fachowcami w całej Polsce na temat stosowanych przez nich falowników poszczególnych firm. Czyżby coś się zmieniło ? Wątpię...

Zgadzam się z opisywanymi trendami rozwojowymi w technice napędowej: oszczędność energii, implementacja sterowników PLC, zwiększone możliwości sieciowe - takie obserwacje i sygnały zwrotne z rynku mam i ja. W moich kręgach (przemysłowych) falowniki używane są głównie w napędach maszyn, transportu technologicznego, ważeniu, podawaniu itp. w mniejszym lecz równie ważnym stopniu do napędu pomp czy wentylatorów przemysłowych. Aplikacje HVAC które są opisywane w artykule są realizowane przez firmy które specjalizują się w nich i dużej wiedzy na ten temat nie mam, ale nie chce mi się wierzyć że najwięcej falowników poszczególne firmy sprzedają do tych aplikacji. W końcu ilość dużych inwestycji w Polsce jest ograniczona... no ale kto wie ?
Tak czy siak falowniki zza biurka wyglądają nieco inaczej niż w naszych rękach podczas montażu w przeróżnych warunkach a może jest jednak odwrotnie ?
Zapraszam do Akademii Falowników na porcje informacji technicznych, rozwijajmy ją wspólnie!

Falowniki do ciężkich zadań

No i już po urlopie...I jak to zwykle bywa, głowa jeszcze nad morzem a praca trafia się nie pozbawiona problemów...
Często ostatnio mam do czynienia z "wrednymi" aplikacjami i to nie z ciężkimi rozruchami ale z ciężką pracą po przeprowadzeniu rozruchu i zadaniu odpowiedniej częstotliwości.
Przykłady można by mnożyć: silniki dużych pomp hydraulicznych bez zbiorników wyrównawczych, duże wibratory czy zbijakowe maszyny do produkcji śrub.
W rozmowie z Inwestorem trudno czasem wytłumaczyć dlaczego zastosowany falownik musi mieć większą "moc" niż zastosowany w maszynie silnik. No bo jak ? Zacząć od teorii budowy falowników, od prawa Ohma ???
Z ciężkim rozruchem w dzisiejszych czasach w miarę łatwo można sobie poradzić ale w maszynach która cyklicznie jest przeciążana z czasem cyklu jedna czy dwie sekundy, sprawa nie jest już taka prosta. I nie chodzi tu o rodzaj czy tryb pracy falownika - głównym celem jest zapewnienie silnikowi odpowiedniego "zapasu" prądu. Przykładem jest maszyna którą ostatnio modernizowałem. Silnik 2850 obrotów o mocy 30 kW, napędza przez koła pasowe maszynę z dodatkowym magazynem energii w postaci koło zamachowego. Maszyna leciwa ale jak to zwykle bywa mechanika w doskonałym stanie. Po przeprowadzeniu wstępnego rozruchu, całość podczas pracy "na luzie" silnik pobierał około 16 A przy częstotliwości 43 Hz. Podczas pracy okazało się że zapotrzebowanie na "prąd" to około 85-90 A !
Zastosowany falownik (który miał Inwestor) to moc 37 kW, dlaczego taki ? Bo Ktoś mu tak dobrał, sprzedał i powiedział że wszystko będzie dobrze jak się da większy (!sic). Nic dodać nic ująć...
Po przeprowadzeniu stosownych pomiarów zarówno w chwilowej pracy (zanim nie nastąpił błąd przeciążenia falownika) z falownikiem jak i z zasilaniem bezpośrednio z sieci, dobrałem falownik 8200 vector o prądzie znamionowym 89 A. I w sumie nie tylko o "vector" tu chodzi, bardziej trzeba patrzeć przy tego rodzaju obciążeniach na falownik jako źródło prądu dla silnika. Pomocne tu jest koło zamachowe które trochę "wygładza" zapotrzebowanie na moment aczkolwiek po utracie energii trzeba ją jakoś uzupełnić. Po sparemetryzowaniu falownika i uruchomieniu okazało się że falownik chwilami nieznacznie przekracza prąd znamionowy falownika ale bez wpływu na jego bezawaryjną pracę...

Falowniki - równoległe łączenie silników

Czasami zachodzi potrzeba podłączenia kilku silników do jednego falownika, najczęściej wykorzystywane metody to: praca ze stałą ilością silników i praca ze zmienną ilością silników. Przy tego rodzaju łączeniach należy przestrzegać kilku podstawowych zasad które umożliwiają bezawaryjną pracę.

Zasady programowania falownika i podłączenia

- tryb pracy falownika U/f (skalarny)
- hamowanie: wybieg (lub rampa)
- suma geometryczna prądów poszczególnych silników nie może być większa niż znamionowy prąd wyjściowy falownika
- poszczególne silniki muszą posiadać swoje zabezpieczenia (zalecane wyłączniki silnikowe)

Praca ze stałą ilością silników

W takim przypadku nie musimy łączyć poszczególnych silników przez styczniki, wystarczy podłączyć odpływ każdego silnika przez wyłącznik silnikowy ustawiony na znamionowy prąd silnika. Obwody pomocnicze zabezpieczających wyłączników silnikowych należy podłączyć do sterowania falownika (obwód zezwolenia na pracę falownika lub jako "zewnętrzny błąd" tak aby wyzwolenie wyłącznika spowodowało wyłączenie falownika.

Praca ze zmienną ilością silników

Poszczególne silniki łączymy przez stycznik i wyłącznik silnikowy. Obwody pomocnicze wyłączników podłączamy do sterowania falownika jw. Styczniki powinny posiadać styki pomocnicze a system sterowania pracą falownika powinien być tak podłączony aby każdorazowe włączenie odpowiedniej kombinacji styczników uruchamiało falownik a wyłącznie styczników unieruchamiało napęd. Wszystkie łączenia styczników powinny odbywać się przy unieruchomionym falowniku (STOP).

Praca z hamowaniem według rampy czasowej.

W tym przypadku należy najpierw wyhamować silniki falownikiem a dopiero po uzyskaniu informacji z falownika (z wyjścia cyfrowego lub przekaźnikowego) o częstotliwości = 0 Hz, można odłączyć styczniki silników lub dokonać połączenia innej ich kombinacji.

Sterowanie falownikiem za pomocą 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

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 ;)

Podstawowe sposoby sterowania falownikiem

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