SYTRONIX - Rexroth 4EE Automation solution. Napęd pompy silnikiem z regulowaną prędkością obrotową Sytronix FcP, DFE, SvP

Transkrypt

1 SYTRONIX - Rexroth 4EE Automation solution Napęd pompy silnikiem z regulowaną prędkością obrotową Sytronix FcP, DFE, SvP 1

2 SYTRONIX główne cele zgodność z aktami prawnymi Od 2015 obowiązuje: Napędy elektryczne o zapotrzebowaniu 7,5 375 kw, będące w ruchu ciągłym (operation mode S1), będą musiały spełniać klasę sprawności energetycznej IE3 w klasycznym układzie hydraulicznym ze stałą prędkością napędu pompy. Alternatywa: Silniki elektryczne spełniające klasę sprawności energetycznej IE1, mogą być wykorzystane w napędach hydraulicznych ze zmienną prędkością napędu pompy. SYTRONIX Regulacje prawne i uwarunkowania ekonomiczne wymuszają zastępowanie klasycznych układów hydraulicznych układami SYTRONIX. 2 Bearbeitung, Weitergabe 2 sowie für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen.

3 SYTRONIX Możliwość oszczędności energii Wysokie straty spowodowane grzaniem silnika elektrycznego pracującego ciągle na wysokich obrotach Wysokie straty za zaworze przelewowym, nastawionym cały czas na maksymalne ciśnienie Wysokie straty spowodowane dławieniem na zaworze dławiącym lub na rozdzielaczu proporcjonalnym Wysokie straty związane z przeciekami wewnętrznymi pompy pracującej ciągle na maksymalnych obrotach Dodatkowe straty energii jeśli w układzie jest stosowana chłodnica Używając klasycznego rozwiązania nie ma możliwości oszczędzania energii Klasyczne rozwiązanie stała prędkość napędu pompy 3

4 SYTRONIX Efektywność energetyczna Zmienno-obrotowy napęd pompy SYTRONIX Nie ma strat spowodowanych dławieniem: na regulatorze przepływu i na zaworze przelewowym 40-70% redukcja prędkości w czasie ruchów z częściowymi obciążeniami Ograniczenie grzania się silnika elektrycznego dzięki redukcji średniego obciążenia w całym cyklu Redukcja strat na przeciekach ze względu na obniżenie przeciętnej prędkości obrotowej Znaczna redukcja emisji hałasu Zwykle nie stosujemy chłodnicy Oszczędność energii do 80% w porównaniu z klasycznym napędem. 4

5 SYTRONIX odmiany systemu Sytronix zmienno obrotowy napęd pompy PODSTAWOWE KONFIGURACJE SYSTEMU* Sytronix FcP Sytronix DFE Sytronix SvP NAPĘD DO STEROWANIA CIŚNIENIEM LUB PRZEPŁYWEM. MOC ZNAMIONOWA < 90 kw NAPĘD DO STEROWANIA CIŚNIENIEM I PRZEPŁYWEM. MOC ZNAMIONOWA < 315 kw NAPĘD DO STEROWANIA OSIAMI: CIŚNIENIEM I PRZEPŁYWEM; SIŁĄ I PRĘDKOŚCIĄ; POZYCJONOWANIEM. MOC ZNAMIONOWA < 80 kw DOBRA DYNAMIKA WYSOKA DYNAMIKA I WYSOKA MOC NAPĘDU WYSOKA DYNAMIKA WYSOKA DOKŁANOŚĆ * MOZLIWOŚĆ DOSTOSOWANIA DO POTRZEB KLIENTA. 5

6 SYTRONIX - Funkcje FcP Podstawowy układ sterowania Właściwości FcP Typowe zastosowaie: Dobra dynamika Dobra dokładność Efektywność energetyczna Obrabiarki Funkcje sterowania: Sterow. ciśnieniem Sterow. przepływem Sterow. siłą Sterow. prędkością Pozycjonowanie Pierwsza ćwiartka ciśnienie 1 przepływ 3~ 3~ System M P U Układ stałego ciśnienia (w obrębie pojedynczego przedziału cyklu): Proste funkcje układu. Sterowana wartość ciśnienia przy zadanym natężeniu przepływu. Sterowanie natężeniem przepływu przy zadanym ciśnieniu. 6

7 SYTRONIX FcP Opis układu Wydajność pompy hydraulicznej jest proporcjonalna do prędkości obrotowej.. 2 silnika elektrycznego. Rozdzielacz 3 steruje kierunkiem przepływu oleju (kierunkiem pracy siłownika 4 ). Elektroniczny układ sterowania 5 wysyła wartość zadaną ciśnienia do kontrolera (falownika) 6. Przetwornik ciśnienia 7 przekazuje wartość ciśnienia do wewnętrznego układu sterowania falownika. Wewnętrzny regulator PID falownika porównuje wartość zadaną z aktualną i odpowiednio dostosowuje prędkość obrotową silnika poprzez zmianę częstotliwości na falowniku

8 Sytronix FcP FcP 5020 komponenty Falownik Rexroth EFC Wyposażenie Analog PROFIBUS Silnik elektryczny Pmax = 90 kw + Elementy sprzęgające Rexroth EFC 5610 Pompy PGF1/2/3 1,7 40 cm³/obr max 250 bar PGH2,3,4,5 + HM20-2X, przewody, dławiki sieciowe, filtry, itp. Zespół pompowo-silnikowy MOT-FC A10VZO-EZ4 A4VZO-EZ MPES2 8

9 SYTRONIX Funkcje DFE zaawansowany układ sterowania energy on demand b.dobra dynamika Właściwości b.dobra dokładność Sterow. ciśnieniem Sterow. przepływem Sterow. siłą efektywność energetyczna Funkcje sterowania: Sterow. prędkością Pozycjonowanie 2 ćwiartki sterowania 2 ciśnienie 1 przepływ 3~ 3~ n CMD DFE System M Możliwe 2 niezależne osie sterowane P U Typowe zastosowania: Wtryskarki do tworzyw szt. Sterowanie dwuosiowe Zaawansowane wymagania. Sterowane ciśnienie i natężenie przepływy. Maszyny papiernicze Układ stałego ciśnienia (w obrębie pojedynczego cyklu): Proste funkcje układu. Sterowanie ciśnieniem. 9

10 SYTRONIX DFE Opis układu Pompa osiowo-tłokowa ze zmienną wydajnością 1 jest napędzana silnikiem elektrycznym 2 o regulowanej prędkości obrotowej. Pompa ma regulowany kąt wychylenia tarczy (sterownik DFE). Rozdzielacz 3 steruje kierunkiem przepływu oleju (kierunkiem pracy siłownika). Elektroniczny układ sterowania 4 wysyła wartość zadaną natężenia przepływu do kontrolera falownika 5 do elektronicznego sterownika pompy. Przekaźnik ciśnienia 6 odczytuje oraz przekazuje aktualną wartość do kontrolera falownika. Na podstawie porównania zadanej oraz rzeczywistej wartości ciśnienia roboczego regulator falownika przelicza i optymalizuje prędkość obrotową silnika, zmienia częstotliwości prądu WY na falowniku

11 Sytronix DFE - Funkcjonalność Sterowanie kątem wychylenia tarczy w czasie rzeczywistym Wychylenie tarczy Praca cykliczna: kąt wychylenia = 90% (najwyższa sprawność). Praca w trybie niecyklicznym (parametry pracy niezdefiniowane): kąt wychylenia oscyluje w przedziale 70 80%. Pozostała rezerwa wykorzystywana do szybkiego zaspokojenia zwiększonego zapotrzebowania tzw. pików. Przy gwałtownym wzroście wydajności Q [L/min], przyrost kąta wychylenia tarczy wyprzedza o 10% przyrost prędkości obrotowej. PRZYROST Q [L/min] 11

12 Sytronix DFE DFE 7010 komponenty IndraDrive C Power section Control section Wyposażenie Basic Analog Basic CANopen Basic SERCOSIII HCS CSH HM20-2X, przewody, dławiki sieciowe, filtry itp. Silnik asynchroniczny Pmax= 315 kw Elementy sprzęgające Pompy: SYDFEn-3X lub SYHDFEn-1X Zespół pompowo-silnikowy + + MPES2 MOT-FC 12

13 SYTRONIX Funkcje SvP Najbardziej zaawansowany układ sterownia Właściwości SvP Typowe zastosowania Doskonała dynamika Zoptym. dokładność efektywność energetyczna Wtryskarki do metali Control functions Sterow. ciśnieniem Sterow. przepływem Sterow. siłą System Dwie osie sterowane Zaawansowane wymagania. Sterowane ciśnienie oraz natężeniem przepływu. Sterow. prędkością U P Prasy Pozycjonowanie 4 ćwiartki sterowania 2 3 ciśnienie 1 4 przepływ SG 3~ 3~ n M s Dwie osie sterowane Zaawansowane wymagania. Sterowanie siłą Sterowanie prędkością Pozycjonowanie 13

14 SYTRONIX SvP 7010 Opis układu Wydajność pompy zębatej 1 jest proporcjonalna do prędkości wyjściowej serwomotoru 2. Kierunek ruchu tłoka jest sterowany przez zwykły rozdzielacz 3. Jednostka sterująca 4 wysyła żądaną wartość natężenia przepływu oleju, ciśnienia roboczego i pozycji siłownika do kontrolera serwonapędu 5. Przekaźnik ciśnienia 6 oraz encoder pozycji 7 odczytują i przekazują aktualne wartości do kontrolera serwonapędu. Kontroler serwonapędu porównuje żądaną i aktualną wartość a następnie dostosowuje prędkość silnika do właściwej wartości 8. 14

15 Sytronix SvP SvP 7010 komponenty Power section IndraDrive C Control section Wyposażenie Basic Analog Basic CANopen Basic SERCOSIII HCS CSH HM20-2X, przewody, dławiki sieciowe, filtry, itp. Servo motor MSK silnik synchroniczny Pmax = 80 kw + Elementy sprzęgające (opcjonalnie) Pompa PGH-2,3,4,5 5,2 250 cm³/obr max 350 bar + Zespół pompowo-silnikowy MPA01 montaż bezpośredni MPAS1 montaż standardowy 15

16 SYTRONIX odmiany systemu Obszary zastosowania Właściwości napęd hydr. z obiegiem zamkniętym (np. dynamiczne pozycjonowanie) Moc znamionowa napędu > 1,5 kw 80 kw 90 kw 315 kw * SvP Sterowanie osiami napęd hydr, z obiegiem otwartym kilka obwodów hydr. w maszynie jeden obwód hydr. w maszynie DFE system stałego ciśnienia napęd hydrauliczny z obiegiem otwartym FcP * Wyższe moce napędu na zapytanie 16

17 Sytronix odmiany systemu Przegląd aplikacji Obrabiarki Przemysł drzewny i papierniczy Metalurgia Prasy Maszyny odlewnicze Maszyny do tworzyw sztucznych Sytronix Sytronix Sytronix Sytronix FcP FcP FcP FcP Basic Dynamics Basic Dynamics Basic Dynamics Basic Dynamics Sytronix Sytronix Sytronix SvP SvP SvP High Dynamics High Dynamics High Dynamics Sytronix Sytronix Sytronix Sytronix Sytronix DFE DFE DFE DFE DFE High Dynamics & High Dynamics & High Dynamics & High Dynamics & High Dynamics & High Power High Power High Power High Power High Power 17

18 SYTRONIX Obniżenie emisji hałasu 18

19 SYTRONIX - oszczędne zapotrzebowanie na energię elektryczną Klasyczne rozwiązanie P EL M 3~ p Q Zużycie energii 100% Zmienna wydajność pompy P EL M 3~ p Q Zużycie energii 60% Zmienna prędkość pompy P EL M 3~ p Q Zużycie energii 20% 19

20 SYTRONIX FcP Aplikacje Zasilacz hydrauliczny układu OUPN obrabiarki CNC Dane charakterystyczne: Agregat 5,5 kw Ciśnienie robocze 100 bar Max przepływ 32L/min Standardowy czas trwania cyklu 45s Wymagania: Wzrost efektywności energetycznej Redukcja emisji hałasu Zwarta konstrukcja Intuicyjna budowa łatwa do uruchomienia Zoptymalizowany koszt napędu Zastosowano: Compact HY-agregat z FcP SYTRONIX system ze stałą wartością zadaną ciśnienia. 20

21 SYTRONIX FcP Aplikacje Agregat układu OUPN obrabiarki CNC struktura Schemat hydrauliczny Charakterystyka teoretyczna 21

22 SYTRONIX FcP Aplikacje Agregat hydr. układu OUPN Wykres zużycia energii elektrycznej [W]: dla tradycyjnego układu hydraulicznego dla układu SYTRONIX FcP

23 SYTRONIX FcP Aplikacje Agregat hydr. układu OUPN obrabiarki CNC korzyści: Standardowy agregat hydr. FcP rozwiązanie FcP - korzyści Jednostki Poziom hałasu (bez ruchu organów roboczych) db(a) Poziom hałasu (uśredniony) db(a) Zużycie energii w cyklu pracy 3,7 2,2-40% kw Zużycie energii w trakcie ruchów pomocniczych i jałowych 2,3 0,7-70% kw Nagrzewanie oleju 1,3 0,2-85% kw Czas potrzebny na stabilizację termiczną Nie możliwa stabilizacja bez chłodnicy T = 45 C t = 8-9h Bez chłodnicy lub ze znacznie mniejszą chłodnicą 23

24 SYTRONIX FcP Aplikacje Zasilacz hydrauliczny układu OUPN obrabiarki CNC Dotychczasowe rozwiązanie agregatu: Standardowy agregat ze stałą prędkością silnika elektrycznego 5,5 kw Z chłodnicą wbudowaną w uchwyt pompy. Czas trwania cyklu 45s. Zużycie energii 3,7 kw Rozwiązanie z systemem Rexroth SYTRONIX: Regulowana prędkość napędu pompy Zintegrowane sterowanie stałego ciśnienia Zużycie energii 2,2 kw Energy System Design Efficient Components Energy on Demand Oszczędności 6750 kwh/rok 945 /rok CO 2 40 % -ograniczenie emisjii 4,1 t/rok Hałas 82 / 72 db(a) (Stare rozwiązanie) (Peak / Ø) 72 / 62 db(a) (Rexroth SYTRONIX) 10 db * Energy mix, Germany according to GEMIS Version 4.2 reference year 2004: 0,613 kg CO 2 /kwh ** Price 0,14 /KWh incl. 3,592 ct/kwh EEG-Umlage 24

25 napędy agregat osie SYTRONIX SvP Aplikacje Prasa krawędziowa Dane charakterystyczne maszyny: wielkość 135 ton czas trwania cyklu: 15 s Wymagania Sterowanie obu siłowników jednym napędem hydraulicznym SvP z pompą ze sterowaniem prędkością obrotową Sterowanie siłą Sterowanie prędkością Pozycjonowanie Wykorzystanie istniejących siłowników Pompy hydrauliczne Komponenty mechaniczne (sprzęgło) Silniki elektryczne servo Sterownik servo Wyposażenie elektr.(chłodnica, dławiki) blok zaworowy - opcjonalnie - zbiornik oleju i orurowanie - cylindry 25

26 SYTRONIX SvP Aplikacje Prasa krawędziowa Rozwiązanie standardowe HMI PLC (Cybelec) Blok Steuerblock sterujący Agregat Aggregate hydr. Blok Control Steuerblock sterujący U x x U Sicherheitssteuerung Blok Safety control zabezpieczający (Lazer Safe) Steuerblock Blok Control sterujący block mit Sicherheitsfunktionalität With z funkcją safety bezpieczeństwa functionality Steuerblock Blok Control sterujący mit Sicherheitsfunktionalität With z funkcją safety bezpieczeństwa functionality 26

27 SYTRONIX SvP Aplikacje Prasa krawędziowa Rozwiązanie SYTRONIX HMI PLC (Cybelec) U x Servo-naped SvP-Antrieb DvP-Antrieb DriveSvP Steuerblock Blok Control sterujący mit Sicherheitsfunktionalität With z funkcją safety bezpieczeństwa functionality Servo-napęd SvP-Antrieb DvP-Antrieb DriveSvP Steuerblock Blok Control sterujący mit Sicherheitsfunktionalität With z funkcją safety bezpieczeństwa functionality Synchroniczny synchronous silnik servomotor MSK MSK Kontroler cyfrowy servo HCS02 Digital servo drive controller HCS02 Pompa osiowo-tłokowa A10 (cztery ćwiartki sterowania) axial piston pump A10 Blok (4-quadrants) sterowania z zaworami przełączającymi i bezpieczeństwa Control block w/ switching and safety valves Sicherheitssteuerung Blok Safety control zabezpieczający (Lazer Safe) x U 27

28 SYTRONIX SvP Aplikacje Prasa krawędziowa Dokładność pozycjonowania Wcześniejsze rozwiązanie SvP System A10 (6ccm) Szybkie opuszczanie Szybkie podnoszenie Faza przemiany plastycznej Faza formowania (powiększenie w żądanej pozycji) (powiększenie w żądanej pozycji) 28

29 P[kW] / E[Wh] x [mm] P[kW] / E[Wh] x [mm] SYTRONIX SvP Aplikacje Prasa krawędziowa Zużycie energii Poprzednie rozwiązanie axis position energy power SvP System A10 (6ccm) axis position power energy t [s] Maksymalne zapotrzebowanie: na moc 19 kw 22 kw Całkowite zużycie energii w 1 cyklu: 32,6 Wh 19,2 Wh Moc w trybie czuwania: 1,85 kw 0,55 kw Uśredniona oszczędność energii wynosi 43% t [s] 29

30 Rexroth Sytronix Aplikacje Optymalizacja pracy krawędziowej Napęd przed modernizacją Jeden centralny zespół napędowy z pompą o stałej objętości Dwa bloki sterujące Zużycie energii kwh/rok Prasa krawędziowa Sytronix SvP 7010 Rozwiazanie z systemm Rexroth Sytronix Dwa napędy Sytronix SvP 7000 Napęd o zmiennych obrotach Bezzaworowe sterowanie osiami Serwosilniki wysokiej sprawności Zużycie energii kwh/rok Projekt systemu energii Efektywne komponenty Energia na żądanie Oszczędności kwh/rok Ograniczenie emisji CO 2 43 % 15,1 t Hałas 87,6 / 74,6 db(a) (stare rozwiązanie) (Piki / Ø) 76,3 / 67,6 db(a) (Rexroth Sytronix) 11 db 30

31 SYTRONIX - podsumowanie Regulowana prędkość napędu pompy Sytronix Efektywność energetyczna Energia na życzenie Ograniczenie kosztów eksploatacji Intuicyjna technologia Redukcja emisji hałasu Wykonanie dopasowane do wymagań Redukcja kosztów izolacji akustycznej 31