Zamiana sygnału prądowego 4...20mA na sygnał napięciowy

Czasami spotykam się (w starszych modelach falowników) z "konfliktem" połączenia różnego rodzaju przetworników np. ciśnienia, z wyjściem analogowym 0(4)...20mA i wejściem analogowym w falowniku w standardzie napięciowym (0...10V).
Prostym i dość niezawodnym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie rezystora 510 Ohm co pozwoli nam przetworzyć sygnał prądowy na napięciowy.
Uzyskamy to mierząc spadek napięcia na rezystorze 510Ω, będącym obciążeniem przetwornika. Spadek napięcia jest proporcjonalny do wielkości przepływającego prądu w przybliżonej zależności: 1mA = ~ 0.5V. W obliczeniach bardziej precyzyjnych należy uwzględnić rezystancję wewnętrzną wejścia analogowego falownika. Charakterystyczne punkty przetwarzania to:
1mA ~ 0,5V
4mA ~ 1,9V
10mA ~ 4,9V
20mA ~ 9,8V
W falownikach z programowalnym zakresem napięciowym można wybrać poziom 2...10V i w ten sposób uzyskać kontrolę utracenia minimalnego poziomu sygnału 2V, co pomoże nam w wykrywaniu uszkodzenia przetwornika lub utraceniu połączenia z nim, np. przy uszkodzeniu kabla zasilającego przetwornik. Musimy pamiętać przy tym że przełożenie prąd/napięcie w takim układzie jest przybliżone i zależne od rezystancji wewnętrznej wejścia analogowego w falowniku oraz jego rozdzielczości.
Pozdrawiam serdecznie, Przemek.

Falowniki smv - sterowanie momentem

Falowniki wektorowe zadomowiły się na naszym rynku i przez ostatnie lata można było zaobserwować duże zainteresowanie naszych Klientów i wykorzystanie ich w wielu różnorakich aplikacjach napędowych. Jednak najczęściej uruchamiane jest wektorowe sterowanie prędkością które jest zaimplementowane w jednosilnikowych aplikacjach, wymagających wysokiego momentu rozruchowego i szybkiej regulacji obrotami silnika. Falowniki smv firmy Lenze mimo swojej prostoty posiadają dość duże możliwości sterowania wektorowego prędkościowego jak i momentowego. To skłoniło mnie do zastosowania ich w linii technologicznej - przewijania drutu wraz częścią prostowania, odmierzania i cięcia drutu zbrojeniowego. Silniki odwijania i przewijania drutu są zasilane z falownika smv o mocy 5,5 kW. Idea i realizacja napędu jest bardzo prosta, po wybraniu trybu sterowania momentem i wprowadzeniu do falownika podstawowych danych z tabliczki silnika, została przeprowadzona autokalibracja falownik-silnik i aplikacja jest gotowa do pracy. Oczywiście pamiętać należy o ustawieniach czasu reakcji napędu oraz ograniczeniu minimalnej i maksymalnej częstotliwości.
Zasada działania od strony użytkownika jest bardzo prosta: przez wejście analogowe zadawana jest wartość momentu z jakim chcemy pracować (w tym wypadku ustalony moment = naciąg przewijanego drutu), drut nie może być rozciągany oraz niedopuszczalny jest jego "zwis". W opisywanej aplikacji wartość momentu była zapisywana w poszczególnych recepturach panela operatorskiego ale nic nie stoi na przeszkodzie aby do wejścia analogowego falownika podłączony był potencjometr czy zadajnik napięciowy lub prądowy. Dodatkowo wyjście analogowe falownika podłączone zostało do sterownika PLC, wyjście to zostało zaprogramowane jako % aktualnego momentu falownika). Dane te są również wyświetlane na panelu linii technologicznej a zaprogramowane stany ponadnormatywne, zatrzymują w łagodny i szybki sposób całość urządzenia.
Takie rozwiązanie pozwala na równomierną pracę przewijania, prostowania i cięcie drutu zbrojeniowego. Zastosowanie falownika smv zmniejszyło koszty sterowania i znacznie ułatwiło projekt wykonawczy maszyny i jej rozruch. Programowanie falownika wraz z określeniem momentu dla różnych przekrojów drutu nie trwało dłużej niż 40 minut. Prototyp urządzenia jest w fazie testów od kilkunastu dni i jak na razie nie zgłoszono żadnych uchybień działania w stosunku do założeń projektowych.
Pozdrawiam, Przemek.

Metody zadawania częstotliwości falownika przez wejścia analogowe

Temat łączenia zarówno wejść analogowych jak i cyfrowych falownika wraca co jakiś czas w rozmowach z nowymi Klientami. Postaram się w tym poście pokazać jak należy łączyć wejścia analogowe z różnego rodzaju urządzeniami które mogą być zadajnikami częstotliwości wyjściowej falownika.
Obecnie produkowane falowniki mają przynajmniej jedno uniwersalne wejście analogowe obsługujące dwa podstawowe standardy poziomów analogówych używanych w automatyce przemysłowej. Pierwszy z nich to standard napięciowy poziomu 0...10V, standard ten pozwala na zadawanie częstotliwości np. przez potencjometr. Drugi to standard prądowy z poziomem 0...20mA (rzadko obecnie używany) lub 4...20mA inaczej nazywany pętlą prądową. Pętla 4...20mA ma tę przewagę nad 0...20mA że urządzenie (w tym przypadku falownik) może wykrywać przerwę w obwodzie np. przetwornika ciśnienia lub jego uszkodzenie. Prosto mówiąc falownik "wie" że minimum na wejściu prądowym to 4mA, jeśli pętla zostanie przerwana - prąd zmaleje do zera i falownik powinien odpowiednio zareagować. Niesłychanie pomocne może to być w przypadku zastosowania regulatora PID gdzie może zaistnieć sytuacja uszkodzenia przetwornika czy przerwanie jego obwodu i falownik mógłby wówczas pracować cały czas z częstotliwością maksymalną !

Na rysunku przedstawiam podstawowe możliwości zastosowania wejść analogowych.

1 - Regulacja potencjometrem zewnętrznym (wejście napięciowe)
2 - Regulacja z zadajnika lub sterownika PLC (wejście napięciowe)
3 - Regulacja z zadajnika, czujnika, etc.. (wejście prądowe aktywne)
4 - Regulacja z zadajnika, czujnika, etc.. (wejście prądowe pasywne).

1 - Najprostsza regulacja to zastosowanie potencjometru obrotowego o odpowiedniej wartości (sprawdzić w instrukcji falownika jaka wartość!). Po podłączeniu skrajnych zacisków potencjometru do zasilania napięcia referencyjnego +10V a z drugiej strony do "masy" falownika (oznaczenia mogą być różne: COM, CM, GND...) suwak potencjomtera łączymy z wejściem analogowym napięciowym. Jeśli falownik został zaprogramowany na zakres częstotliwości 0...50Hz to odpowiednio poziom napięcia na wejściu analogowym IA, będzie przekładany na częstotliwość wyjściową 0V=0Hz, 10V=50Hz.

2 - Bardzo podobnie podłączamy do wejścia IA - napięciowego podłączamy zewnętrzne urządzenie w postaci np. przetwornik ciśnienia, wyjście napięciowe (AO) sterownika PLC, zadajnik napięciowy, etc.. Istotne jest przy tym połączenie napięcia odniesienia (zazwyczaj minus zasilacza) do "masy" falownika.

3 - Urządzenia z wyjściem prądowym aktywnym łączymy identycznie jak napięciowe do wejścia analogowego, prądowego falownika.

4 - Bardzo często spotykamy urządzenia z wyjściem analogowym prądowym które wymagają zewnętrznego zasilania, są to urządzenie posiadające wyjście pasywne. W takim przypadku albo wykorzystujemy zewnętrzny zasilacz lub możemy wykorzystać napięcie falownika (np. falownik iG5A - zacisk 24) pamiętać należy o tym że napięcie z falownika ma zazwyczaj niezbyt dużą wydajność prądową.

Konfiguracja wejścia napięciowe - prądowe

W zależności od: typu, producenta, budowy falownika - możemy spotkać się z różnymi metodami konfiguracji wejść analogowych.

Na rysunku przedstawione są dwa rozwiązania z którymi można się często spotkać. Pierwszy z nich do wbudowany w falowniku przełącznik, U - oznacza konfigurację napięciową, I - konfigurację pętli prądowej. Inną metodą konfiguracji wejść analogowych, są zworki w postaci złączek lub wyjmowanych małych wtyczek które przekładamy do odpowiednich pinów gniazd.
Oczywiście możemy też spotkać falowniki w których konfigurację wejść określamy programowo w takim przypadku należy tylko w dokonać zmian w odpowiednim parametrze falownika.
Wszystkie wejścia analogowe należy łączyć z urządzeniami przewodami ekranowanymi !
Pozdrawiam, Przemek.

Falowniki łączenie ekranów kabli sygnałowych

Często popełnianym błędem zarówno przy projektowaniu jak i montażu szafy napędowej czy podłączaniu kabli jest nieprawidłowe prowadzenie kabli sygnalizacyjnych oraz łączenie ich ekranów.
Musimy zdawać sobie sprawę że mamy do czynienia ze stroną "brudną" która wprowadza zakłócenia oraz ze stroną "czystą" do której nie możemy wprowadzać zakłóceń. Strona brudna powinna być zamknięta w obudowie metalowej (szafa) i zawiera: falownik, dławik sieciowy, filtr przeciw zakłóceniowy i ewentualnie: czoper, rezystor hamowania, dławiki i/lub filtry silnikowe.
Tak zbudowany układ napędowy możemy porównać do klatki Faradaya i im bardziej zapewnimy jej szczelność tym mniej będziemy mieli problemów z zakłóceniami jakie generują falowniki i ich osprzęt. Prawidłowa zawartość szafy z falownikiem zależy od zastosowanego napędu (wbudowane filtry czy dławiki sieciowe).
Do tak zbudowanej szafie musimy jednak wprowadzić kable zasilające, silnikowe i sterownicze.
Wszystkie kable i przewody powinny być ekranowane i zgodne z wytycznymi EMC (żyły skręcane, parowane). W celu wprowadzenia kabli niestety musimy klatkę Faradaya rozszczelnić... na szczęście mamy całą gamę dławików i przepustów kablowych które ją uszczelnią i nie pozwolą na emisję zakłóceń. Łączenie i wprowadzanie kabli silnoprądowych (zasilanie i kable silnikowe) zostawię do opisania w przyszłości a poniżej opiszę jak prowadzić kable sterownicze i sygnałowe.
Wprowadzanie-wyprowadzanie kabli do szafy napędowej
Ekrany kabli silnikowych powinny mieć dookólny (360 stopni) kontakt z przepustami (dławikami) kablowymi w szafie. Uziemianie w.cz powinno być wykonane wszędzie tam gdzie kable są wyprowadzane lub wprowadzane do szafy napędowej. Można wykorzystywać również specjalne przepusty wielokablowe z dociskiem z gumy przewodzącej, pamiętać przy tym należy że przepusty te nie mogą być obciążane mechanicznie i przy wprowadzaniu grubszych kabli, należy je wzmocnić np. uchwytem lub wspornikiem.
Prowadzenie kabli sterowniczych
Ekranowane przewody sygnałowe i sterownicze, powinny być prowadzone jak najdalej od kabli zasilających i silnikowych. Część przewodów pozbawiona ekranu powinna być jak najkrótsza i skręcona parami a uziemianie ekranu krótkim odcinkiem do zacisku PE lub specjalnych zacisków uziemiających. Izolacja zewnętrzna kabla powinna być zdejmowana tylko na odcinku przepustu kablowego. Płyta montażowa falownika odgrywa rolę centralnego punktu dla wspólnego uziemienia i podłączenia ekranu w maszynie albo urządzeniu.
Uziemianie i łączenie ekranów
Ekrany kabli sterowniczych (sygnalizacyjnych) łączymy po obu stronach w taki sposób aby odsłonięte żyły były jak najkrótsze.
Ekrany przewodów sygnałowych (sygnały analogowe), zawsze uziemiamy przy najbardziej zakłócanym końcu.

W tym tygodniu polecam Falowniki LG z bezpłatną dostawą ze sklepu internetowego w którym sie zaopatruje.
pozdrawiam
Przemek

Wejścia analogowe w falownikach

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 ;)