Uruchamiamy falownik S100

W czasie przygotowań do testów nowej serii falowników S100 firmy LSiS mieliśmy możliwość zapoznania się zarówno z menu programowania falownika, przez panel operatorski jak i częścią hardware udostępnioną użytkownikowi. W poście tym opiszemy część zasilania i podłączania silnika oraz moduł wejść/wyjść falownika.
Po odkręceniu jednego wkręta, wyjęcie zaślepki osłaniającej zaciski wejść/wyjść i demontaż panela nie sprawia żadnego kłopotu.

Interfejsy

Dwa złącza przeznaczone dla użytkownika zwiększają funkcjonalność napędu. Złącze CN1 służy do podłączania opcjonalnych kart sieciowych w standardzie: mojej ulubionej sieci CANopen oraz Ethernet/IP i Profibus-DP. Do wielofunkcyjnego złącza RJ45 oznaczonego jako CN2, podłączyć możemy: graficzny panel operatorski iS7 oraz przez konwerter, komputer z oprogramowaniem DriveView7. Warto korzystać z oprogramowania i to nie tylko aby zapisać backup ustawień ale ze względu na rozszerzone możliwości falownika o któych niedługo napiszemy.

Przełączniki

Cztery miniprzełączniki zapewniają nam konfigurowanie wejść i wyjść analogowych w standardzie napięcie lub prąd, zmianę polaryzacji wejść cyfrowych oraz terminowanie wbudowanej sieci Modbus.

STO

Nowością w falownikch LSiS jest standardowo wbudowany moduł STO (zaciski są fabrycznie połączone tak aby napęd mógł być uruchomiony). Funkcjonalność ta jest zgodna z EN60204-1, kategoria zatrzymania 0 (zatrzymanie niekontrolowane przez blokadę momentu). F, moduł ten wbudowano aby sprostać wymaganiom EN954-1, 3 kategorii bezpieczeństwa i EN61508, SIL2 i EN ISO 13849-1 PLd. Rozłączenie napięcia (SC) z zacisków SA i SB "odcina" napięcie wyjściowe, zatrzymując jednocześnie taktowanie tranzystorów wyjściowych co potwierdzane zostaje komunikatem "SFT" na wyświetlaczu panela.

Zaciski wejść i wyjść

W modelu który otrzymaliśmy do testów znajduje się:
- siedem programowalnych wejść cyfrowych skonfigurowanych jako NPN (P1...P7, NO zamykanie do CM
- dwa wejścia analogowe (V1, I2)
- jedno wyjście analogowe (AO)
- wejście impulsowe TI (0...32 kHz)
- wyjście impulsowe TO (0...32 kHz)
- wyjście tranzystorowe Q1
- wyjście przekaźnikowe ze stykiem przełączającym (A1, B1, C1)
- zaciski STO do podłączania styków przekaźników bezpieczeństwa (SA, SB, SC).

Zaciski znajdują się w trzech rzędach i niestety podłączanie środkowej listwy może przysporzyć nieco problemów, zachowując jednak samodyscyplinę i odpowiednią kolejność połączeń można uniknąć "konfliktów" łączeniowych.

Zaciski silnoprądowe

Jak wspominałem w poście "Nowy falownik LS S100 - pierwsze wrażenia", złącze silnoprądowe znajdujące się w dolnej części falownika - osłonione jest plastikową zaślepką. Po usunięciu tej zaślepki z lewej strony znajdziemy zaciski zasilania falownika w części środkowej zaciski szyny DC, czopera i/lub rezystora hamowania. I w tym miejscu pojawia się zacisk oznaczony literą "N" który wprowadzać może w błąd niedoświadczonego Użytkownika... Zaciski P1 i P2 służą do podłączenia zewnętrznego dławika DC i standardowo połączone są mostkiem. Po prawej stronie znalazły się zaciski śrubowe do podłączania silnika, na wszelki wypadek zasłonięte nalepką z napisem Motor :).

Mam nadzieję że niedługo opiszę nasze testy i wypróbujemy możliwości programowe falownika S100.

Falowniki - sterowanie wektorowe lekarstwo na wszystko ?

Zalet stosowania falowników do sterowania silnikami nie trzeba chyba przedstawiać, wiele osób przekonało się do takich rozwiązań napędowych co pozwala zaoszczędzić nie tylko pieniądze ale również oszczędności pośrednie wynikające między innymi z mniejszego zużycia mechaniki, przekładni czy rzadszą wymianę łożysk a co za tym idzie zmniejszenie przestojów maszyn.
Prawidłowy dobór falowników do aplikacji napędowych stanowi o wydatkach przeznaczonych na inwestycję, niestety wiele osób omamionych przez niezbyt rozgarniętych doradców, dokonuje złego wyboru i mimo zwiększonych wydatków nie osiąga docelowych założeń technicznych i ekonomicznych. Nie będę się tu rozpisywał za bardzo na temat szeroko rozumianej metodyki doboru, bo tym zajmujemy się podczas szkoleń w Akademii Falowników ale pozwolę sobie skreślić kilka słów o nieuzasadnionym zastosowaniu falowników wektorowych do wrzecion szybkoobrotowych.
Właściwy dobór falownika uzależniony jest od zastosowanego silnika, obciążenia oraz zakresu parametrów jego pracy. Silnik wrzeciona szybkoobrotowego pracującego z częstotliwościami 400Hz...1kHz, zasilany z falownika z uruchomionym sterowaniem wektorowym jest obarczony błędnym doborem a parametry napędowe bardzo często ulegają znacznemu pogorszeniu! Sterowanie wektorowe polega na szybkim przeliczaniu olbrzymiej liczby parametrów, model matematyczny wirującego pola, jak i prądy uzwojeń są przedstawiane w obliczeniach jako wektory wirujące w przestrzeni trójwymiarowej, wyniki analizy wektorowej nie mogą być bezpośrednio przełożone do parametrów fizycznych napędu, takich jak prędkość i moment.
Mimo zastosowania w falownikach coraz szybszych procesorów i specjalizowanych procesorów matematycznych, przy dużych prędkościach silnika system nie nadąża w wyliczaniu kolejnych orientacji pola mimo zastosowania transformacji matematycznych Clarke’a i Parka - co nieznacznie upraszcza analizowanie i wyliczanie układu wektorowego. W takim przypadku niekontrolowane w pełni sterowanie wektorowe może mieć zły wpływ na przebieg generowanego napięcia zasilającego silnik co przekłada się na nierówną jego pracę czy nadmierne nagrzewanie się silnika. Bardzo często również szczególnie przy wolniejszych procesorach, nie możemy przeprowadzić prawidłowego biegu identyfikacyjnego z uruchomionym silnikiem - autotuning aktywny.
W zastosowaniu praktycznym okazuje się (analizując w dużym uproszczeniu) że falownik wektorowy sprawdza się w przypadku zmniejszania obrotów silnika lub sterowanie momentem np. przy nawijaniu a do sterowania silnikami szybkoobrotowymi lepiej dobierać falowniki ze sterowaniem skalarnym u/f. Silniki indukcyjne powszechnego użytku mają charakterystykę amplitudowo-częstotliwościową - stały stosunek częstotliwości do napięcia, realizując sterowanie szybkoobrotowym silnikiem należy pamiętać o ustawieniu poprawnej wartości częstotliwości kluczowania tranzystorów mocy falownika. Ustawienie to ma olbrzymi wpływ na zmniejszenie strat w stojanie silnika elektrycznego i zwiększenie efektywności napędu. A dla nas to wszak najważniejsze !

Falownik iS7 precyzyjne sterowanie momentem - przewijanie

Jednym z wielu możliwości jakie posiada falownik iS7 firmy LS, jest sterowanie momentem. Aplikacja odwijania i nawijania blachy ocynkowanej jaką ostatnio wykonywałem, wymagała właśnie precyzyjnego sterowania momentem zarówno od strony naciągu blachy jak i dynamiki reakcji w całym zakresie regulacyjnym urządzenia. Działanie maszyny w dużym uproszczeniu: odwijanie blachy, cięcie wzdłużne na pasy oraz nawijanie.
Ze względu na niewielką grubość oraz sprężystość blachy, regulacja naciągu podczas cięcia musi być praktycznie niezauważalna, wpływa to na jakość cięcia nożami talerzowymi. W sterowaniu wykorzystano sterownik PLC z podłączonym w sieci CANopen kolorowym, dotykowym panelem operatorskim z zaprogramowanymi recepturami cięcia blach wraz z zarządzaniem pozostałymi elementami maszyny w tym także falownikiem. Podczas prób uruchomienia został wyliczony target regulacyjny momentu dla poszczególnych receptur i zapisany w pamięci sterownika który przez wyjście analogowe 4...20mA zarządza falownikiem.
W falowniku wybrano tryb sterowania momentem i zmieniono szereg nastaw dzięki którym uzyskaliśmy bardzo szybką reakcję na stabilną zmianę momentu bez jakichkolwiek odchyłek które miałby wpływ na jakość końcową ciętego produktu. Do zmian parametrów falownika zastosowaliśmy dedykowane oprogramowanie DriveView 7. Jest to przyjazne i proste w obsłudze środowisko do parametryzowania oraz tworzenia backupu nastaw jednego lub wielu falowników pracujących w sieci Modbus lub LBus. Ze względu na dużą liczbę nastaw (dla zwiększenia precyzji działania) jaką posiada falownik iS7, polecam to oprogramowanie (jest bezpłatne i do pobrania z netu). Do połączenia z falownikiem wymagany jest interfejs np. USB-RS485.
Programowanie napędu do powyższej aplikacji trwało około godziny, następnie uruchomiliśmy urządzenie do pracy ciągłej obserwując zachowanie się całości. Wszystkie zaprojektowane funkcje maszyny pracowały bez zarzutu a naciąg blachy charakteryzował się stabilną pracą co powodowało równe cięcie bez skoków i uchybów noży. Dodatkowo zaprogramowaliśmy możliwość ręcznej regulacji momentu przez dedykowany ekran panela operatorskiego.

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 ;)

Falowniki - wektorowy tryb sterowania prędkością czy momentem ?

Układ sterujący falownikiem może realizować różne algorytmy pracy napędu. Algorytmy te należy wybierać na miarę potrzeb układu który napędzamy w taki sposób aby najbardziej efektywnie wykorzystać falownik. W niniejszym poście pominę tryb sterowania skalarnego, który nie jest zbytnio skomplikowany i najczęściej stosowany jest w prostych układach pompowo-wentylatorowych.
Tryb skalarny posiada szereg wad które dyskwalifikują falownik "skalarny" do bardziej zaawansowanych aplikacji napędowych o większych wymaganiach. Tu wkraczają falowniki ze sterowaniem wektorowym. Falownik wektorowy można użyć w aplikacjach sterowania silnikami (wymagana konfiguracja jeden falownik-silnik, bez możliwości pracy wielosilnikowej). Dobry falownik posiadać powinien minimum dwa tryby wektorowe:

• tryb wektorowy prędkości
• tryb wektorowy momentu

Tryb wektorowy prędkości

Tryb ten przeznaczony jest do aplikacji jednosilnikowych wymagających wysokiego momentu rozruchowego, szybkiej regulacji i reakcji na nagłe zapotrzebowanie na moment. W większości maszyn stosowany jest właśnie wektorowy tryb prędkości. Falownik pracuje z normalną regulacją oraz pełną kontrolą momentu obrotowego silnika. Proszę zwrócić uwagę że w trybie tym nie mówimy o regulacji częstotliwości a o regulacji i kontroli prędkości obrotowej silnika. Jest to bardzo często mylone! Dzięki kontroli momentu oraz możliwości wpływania na jego wartość, możliwe jest osiągnięcie wysokiej dynamiki, charakteryzującej się szybkimi reakcjami na zmiany wartości zadanej i porównania z aktualnym obciążeniem silnika a co za tym idzie odpowiedzią układu sterującego. W taki sposób mamy pełną kontrolę nad stanami i dynamiczną pracę.

Tryb wektorowy momentu

Tryb ten stosujemy do aplikacji jednosilnikowych wymagających sterowania wektorowego niezależnego od prędkości. Najczęściej tryb ten wykorzystujemy w układach nawijania lub przewijania np. blachy, papieru czy folii. W urządzeniach nawijających i odwijających istnieje potrzeba kontrolowania naprężenia materiału. Regulację momentu obrotowego i naprężenia nawijanego materiału umożliwia tryb sterowania momentem. Pamiętać przy tym należy że regulujemy moment a nie prędkość!

Tryb wektorowy wymaga większej ilości nastaw niż tryb skalarny, jednocześnie należy przeprowadzić manualny lub automatyczny bieg identyfikacyjny (autotuning) zespołu falownik-silnik. Jest to niezbędne w celu perfekcyjnego dopasowania silnika i falownika.
Doskonałym przykładem urządzenia które posiada wszystkie funkcje sterowania jest falownik SMV Lenze. Falownik ten posiada niżej wymienione tryby sterowania:

stały V/Hz	stały moment do większości lekkich aplikacji napędowych
zmienny V/Hz	do aplikacji pomopowo-wentylatorowych
wzmocniony stały V/Hz	tryb wzmocniony do zastosowań ogólnych
wzmocniony zmienny V/Hz	do aplikacji wielosilnikowych
wektorowy prędkości	aplikacje jednosilnikowe maszynowe
wektorowy momentu	aplikacje nawijania, przewijania etc.

Dzięki wielu możliwością sterowania falownik ten jest uniwersalnym napędem który możemy stosować w wielu aplikacjach napędowych, zarówno w prostym sterowaniu skalarnym jak i wymagających układach z zapotrzebowaniem na duży moment i szybką reakcję na zmiany obciążenia.
Falowniki Lenze można kupić w dobrej cenie w sklepie internetowym, który z czystym sumieniem polecam.
Pozdrawiam serdecznie, Przemek.