Użycie funkcji STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift

Transkrypt

1 Nota aplikacyjna AN-Lift2-0001v140EN_pl Użycie funkcji STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift Typ falownika FRENIC-Lift (LM2A) Wersja oprogramowania L2S1_ (lub późniejsza) Wymagane dodatki Brak Powiązane dokumentacje EN 81-20:2014 EN 81-1:1998+A3:2009 EN ISO :2008+AC:2009 EN IEC to -7:2010 EN Autor David Bedford Do użycia Publiczne, web Data 26/06/2015 Wersja Język Angielski Tłumaczenie Tłumaczenie na język polski wykonane przez firmę Amtek - przedstawiciela firmy Fuji Electric w PL, CZ, SK), tłumaczył DSY, sprawdził TSL 1. Wstęp. Dokument opisuje użycie funkcji bezpieczeństwa STO falownika FRENIC-Lift w systemach sterowania napędem dźwigowym. 2. Streszczenie. Standard EN 81-20:2014 (poprzednio EN 81-1:1998+A3:2009) wymaga, aby w systemach dźwigowych były użyte dwa niezależne styczniki w celu przerwania dopływu energii do silnika. Kiedy używany jest falownik, oba styczniki montowane są pomiędzy falownikiem, a silnikiem. Jeżeli styki styczników zostaną otwarte/zamknięte podczas pracy falownika, tj. podczas podawania napięcia (prądu) na wyjście falownika, może powstać łuk elektryczny który redukuję żywotność łączników jak i tranzystorów wyjściowych falownika. Kolejnym istotnym punktem jest weryfikacja stanu łączników. Wedle normy EN 81-20:2014, system dźwigu musi weryfikować rzeczywisty stan styków przy każdej zmianie kierunku jazdy. Taka weryfikacja będzie przeprowadzana przez sterownik dźwigu (sterownik bezpieczeństwa) lub przez dedykowany system bezpieczeństwa (jeśli do kontroli falownika służy zwykły sterownik PLC), ale nie przez sam falownik Użycie dwóch styczników na wyjściu falownika jest bardzo prostym i łatwym w zrozumieniu sposobem działania, ale posiada słabe punkty: Wymagana jest odpowiednia sekwencja w celu uniknięcia uszkodzenia stycznika lub tranzystorów IGBT falownika Żywotność (liczba zwarć/rozwarć) styczników jest limitowana. Jest źródłem hałasu przy każdym zwarciu/rozwarciu styczników Sprawdzenie stanu łączników musi odbywać się przynajmniej przy każdym zmianie kierunku jazdy dźwigu STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 1

2 Norma EN 81-20:2014 w nawiązaniu do punktów d) i d) pozwala również na zastąpienie dwóch styczników przez elektryczny układ regulacji prędkości napędu. Funkcja bezpieczeństwa STO we FRENIC-Lift spełnia wymogi wyżej wymienionych punktów normy EN 81-20:2014 i w związku z tym, może zostać użyta zamiast dwóch styczników do przerwania dopływu energii do silnika spełniając wymagania punktów a) i a). 3. Użycie funkcji FRENIC-Lift STO FS w aplikacjach dźwigowych. FRENIC-Lift posiada standardowo wbudowany system bezpieczeństwa STO. Funkcja STO FS jest w stanie bezpiecznie przerwać dopływ prądu, a tym samym zapewnić brak możliwości wygenerowania momentu obrotowego na wale silnika. Funkcja FRENIC-Lift STO FS spełnia następujące warunki bezpieczeństwa: SIL 3 HFT=1 według EN/IEC i IEC X. PL e według EN ISO Może zastąpić dwa styczniki pomiędzy falownikiem a silnikiem, które są wymagane wedle punktu d) i d) normy EN 81-20:2014 Uwagi: funkcja STO nie zapewnia izolacji galwanicznej. Z tego powodu falownik musi zostać odłączony od zasilania AC przed manipulacjami w połączeniach elektrycznych pomiędzy falownikiem, a silnikiem. funkcja STO nie zapewnia kontroli hamowania i kontroli zatrzymania. W związku z tym w aplikacjach dźwigowych (i wszelkich aplikacjach transportu pionowego), należy zapewnić załączenie hamulca przed lub w tym samym czasie kiedy funkcja STO FS staje się aktywna. Funkcja STO staje się nieaktywna (falownik ma możliwość dostarczenia prądu do silnika) jeśli oba wejścia logiczne EN1 i EN2 są aktywne (+24 VDC podłączone). Jeżeli któreś z wejść logicznych EN1/EN2 stanie się nieaktywne, falownik przerwie przepływ prądu do silnika. W wypadku wykrycia rozbieżności stanów wejść logicznych EN1/EN2 na czas dłuższy niż 50ms, system bezpieczeństwa przerywa pracę falownika i generuje alarm. Wywołany alarm można skasować tylko poprzez całkowite odłączenie falownika (blok mocy, sterownik) od zasilania. Rysunek 1 pokazuje podłączenie falownika z systemem dźwigu. Dwa niezależne sygnały muszą być podłączone do wejść logicznych EN1/EN2 w celu zapewnienia nienaruszalnego poziomu bezpieczeństwa (wymagana jest odporność systemu na błędy i awarie, z ang. fault tolerant). Sygnały te muszą mieć oddzielne przewody elektryczne zainstalowane w oddzielnych płaszczach izolacyjnych, poza tym konieczne jest zastosowanie niezależnych ekranów dla każdego z przewodów. Pancerz przewodu lub osłony musi być uziemiony (0V). Sygnały EN1/EN2 są doprowadzone przez obwód bezpieczeństwa lub sterownik bezpieczeństwa. Oba rozwiązania muszą być zgodne z odpowiednimi wymaganiami normy EN 81-20: 2014, które nie znajdują się w zakresie niniejszego dokumentu. Opcjonalnie, sprzężenie zwrotne może być podłączone do sterownika dźwigu w celu sygnalizacji stanu obwodu STO i/lub poprawnego funkcjonowania (nie wykryto usterek). Podłączenie sprzężenia zwrotnego jest opcjonalne, ponieważ FRENIC-Lift sam przeprowadza diagnostykę STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 2

3 powiązanych z funkcją STO FS układów w celu spełnienia wymagań punktu normy EN 81-20:2014. silnik 3-faz TERM1 EN1 CM EN2 CM PLC RM2.1 RM1.1 Sterownik/Obwód bezpieczeństwa zgodny z: EN81-1:1998+A3:2009 O1 O2 RM1 RM2 EN1: dwustanowe wejście 1 funkcji STO FS falownika EN2: dwustanowe wejście 2 funkcji STO FS falownika PLC: Wspólne zasilanie (+24 VDC) wejść/wyjść dwustanowych falownika CM: Wspólna masa (+0 VDC) wejść/wyjść dwustanowych falownika RM1: Przekaźnik 1 do aktywacji dwustanowego wejścia EN1 RM2: Przekaźnik 2 do aktywacji dwustanowego wejścia EN2 RM1.1: Styk NO 1 przekaźnika RM1 RM2.1: Styk NO 1 przekaźnika RM2 O1: Sygnał 1 z obwodu bezpieczeństwa (lub sterownika bezpieczeństwa) zgodny z normą EN 81-20:2014 O2: Sygnał 2 z obwodu bezpieczeństwa (lub sterownika bezpieczeństwa) zgodny z normą EN 81-20:2014 Rys.1 Połączenie wejść STO falownika FRENIC-Lift Na rysunku 1, pokazany jest przykład użycia przekaźników. Jedyny wymóg dla zapewnienia bezpieczeństwa to zgodność przekaźników z istotnymi wymaganiami zawartymi w normie EN Rysunek 2 pokazuje przykład sekwencji aktywacji wejść dwustanowych EN1 i EN2 (wyłączenie funkcji STO). Na początku, wyjścia sterownika dźwigu zgodne z normą EN 81-20:2014 aktywują się. Po ich aktywacji, odpowiednie przekaźniki zamykają styki NO. Styki zwierają obwód pomiędzy zaciskami PLC i wejściami dwustanowymi EN1 i EN2 po stronie falownika, dezaktywując funkcję STO FS (STO_OUT_1/2). Od tego momentu driver y bramek IGBT stają się aktywne. Co więcej, w tym samym czasie komenda RUN (praca) staje się aktywna (podanie FWD lub REV), timer L85 zaczyna odliczać; po upłynięciu wyznaczonego czasu, falownik zaczyna podawać napięcie (prąd) na obwód wyjściowy. L85 jest timer em opóźniającym, który zapewnia czas na zamknięcie głównych styczników zanim falownik zacznie podawać napięcie. W przypadku użycia funkcji STO FS, L85 może być ustawiony na 0.00 s (brak zainstalowanych styczników) STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 3

4 Z drugiej strony, jeśli funkcja SCC jest używana tzn. przekaźnik mocy lub mini stycznik jest zainstalowany w obwodzie zwierania uzwojeń silnika w czasie postoju, należy rozważyć użycie dodatkowego timer a opóźniającego L121. Dodatkowe opóźnienie daje pewność, że przekaźnik lub mini stycznik są w pełni otwarte zanim napięcie zostanie podane na wyjście. Czas t3 zacznie upływać po zakończeniu odliczania przez L121 lub L85, jeżeli oba timer y są różne od 0, t3 zacznie odliczanie po zakończeniu dłuższego z nich. O1: Sygnał 1 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 O2: Sygnał 2 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 RM1.1: Styk NO 1 przekaźnika RM1 RM2.1: Styk NO 1 przekaźnika RM2 STO_OUT_1: Sygnał aktywacyjny 1 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) STO_OUT_2: Sygnał aktywacyjny 2 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) FWD/REV: Komenda RUN za pomocą terminali FWD/REV Iout: Wskazanie podawania napięcia na wyjście przez falownik t1: Czas reakcji styków przekaźnika RM1 i RM2 t2: Czas reakcji funkcji STO FS (20 ms) t3: Timer opóźniający L85 lub L121 zależnie od użycia Rys. 2. Wykres czasu dla sekwencji aktywacyjnej wejść dwustanowych EN1 i EN2 STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 4

5 Rysunek 3 pokazuje przykład sekwencji aktywacji funkcji STO FS. Na początku, wyjścia sterownika dźwigu zgodne z EN 81-20:2014, są dezaktywowane (np. z powodu rozwarcia obwodu bezpieczeństwa). Gdy wyjścia te przestają być aktywne, odpowiednie przekaźniki otwierają styki NO. Styki te rozwierają obwód pomiędzy zaciskiem PLC a wejściami dwustanowymi EN1 i EN2 falownika, aktywując funkcję STO FS (STO_OUT_1/2). Od tego momentu driver y bramek IGBT są dezaktywowane. O1: Sygnał 1 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 O2: Sygnał 2 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 RM1.1: Styk NO 1 przekaźnika RM1 RM2.1: Styk NO 1 przekaźnika RM2 STO_OUT_1: Sygnał aktywacyjny 1 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) STO_OUT_2: Sygnał aktywacyjny 2 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) FWD/REV: Komenda RUN za pomocą terminali FWD/REV Iout: Wskazanie podawania napięcia na wyjście przez falownik t1: Czas reakcji przekaźników RM1 i RM2 t2: Czas reakcji funkcji STO FS (50ms) t3: Czas minimalny STO ON (warunek: t3+t4 > 2 s)*1 t4: Czas reakcji styków przekaźnika RM1 i RM2 UWAGA *1: Minimalny czas 2 sekund musi być zapewniony raz na godzinę. Więcej informacji w Rozdziale 4. Rys. 3. Wykres czasu gdy obwód bezpieczeństwa jest przerwany Rysunek 4. pokazuje przykład rozbieżności pomiędzy sygnałami na wejściach dwustanowych EN1 i EN2. Sekwencja startowa jest identyczna jak ta opisywana na rys.2. Podczas operacji, sygnał EN1 jest wyłączony z losowego powodu (np. uszkodzenie obwodu sterującego). Ponieważ, rozbieżność jest utrzymana na dłużej niż 50ms (czas reakcji bezpieczeństwa), funkcja STO wyłącza driver y bramek IGBT (przerywa prąd silnika) i wyzwala alarm ECF. Ponieważ falownik wyzwala alarm ECF, obwód bezpieczeństwa (lub sterownik bezpieczeństwa) wyłącza sygnały wyjściowe O1 i O2, tym samym sterownik dźwigu wyłącza komendę RUN. STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 5

6 O1: Sygnał 1 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 O2: Sygnał 2 z obwodu lub sterownika bezpieczeństwa zgodnego z EN 81-20:2014 RM1.1: Styk NO 1 przekaźnika RM1 RM2.1: Styk NO 1 przekaźnika RM2 STO_OUT_1: Sygnał aktywacyjny 1 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) STO_OUT_2: Sygnał aktywacyjny 2 driver ów bramek IGBT (funkcja STO FS) FWD/REV: Komenda RUN za pomocą terminali FWD/REV Iout: Wskazanie podawania napięcia na wyjście przez falownik t1: Czas reakcji przekaźnika RM1 i RM2 t2: Czas reakcji funkcji STO FS (20ms) t3: Timer opóźniający L85 lub L121 zależnie od użycia Rys. 4. Wykres czasu gdy istnieje rozbieżność pomiędzy wejściami dwustanowymi EN1 i EN2 4. Wymagania do poprawnego działania Obwód STO FRENIC-Lift wymaga samodiagnostyki przynajmniej 1 raz na godzinę. W celu wykonania diagnostyki, funkcja STO musi być aktywna. W związku z tym należy aktywować funkcję STO (wyłączenie obu EN1/EN2 na co najmniej 2 sekundy) przynajmniej 1 raz na godzinę. Kiedy sygnały EN1 i EN2 są wyłączone, diagnoza jest nieustannie wykonywana. Dlatego też, rekomenduje się utrzymanie sygnałów EN1 i EN2 wyłączonych podczas postoju dźwigu. Jeśli używamy trybu czuwania S2 (całkowite wyłączenie zasilania falownika), diagnostyka funkcji STO zostanie załączona przy włączeniu zasilania. W takim przypadku trzeba wziąć pod uwagę tylko warunek, aby oba wejścia EN1 i EN2 były wyłączone na co najmniej 2 sekundy. Diagnostyka obwodu mocy musi być wykonana przynajmniej raz do roku. W celu wykonania diagnostyki, blok mocy musi być w pełni odłączony od zasilania. Innymi słowy, fazy L1, L2 i L3 (lub fazy L i N w wypadku zasilania jednofazowego) muszą być odłączone. Pomocnicze zasilanie obwodu sterowania może pozostać włączone. STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 6

7 5. Wymagania instalacyjne Elektryczne i elektroniczne obwody FRENIC-Lift zostały zaprojektowane zgodnie z wymogami norm dotyczących przepięć trzeciej kategorii w warunkach zanieczyszczenia 2 poziomu. W związku z tym, aby zapewnić wymagane warunki bezpieczeństwa (elektryczne i funkcjonalne), falownik musi zostać zainstalowany w środowisku o zanieczyszczeniu 2 poziomu. EN/IEC definiuje zanieczyszczenie 2 stopnia jako stan środowiska, gdzie normalnie występują tylko zanieczyszczenia nieprzewodzące energii elektrycznej. Czasami może pojawić się tymczasowe przewodzenie spowodowane kondensacją, jeśli system napędowy (PDS) nie pracuje. Sygnały które aktywują EN1 i EN2 muszą mieć swoje oddzielne przewody elektryczne zainstalowane w różnych kanałach, jak również konieczne jest zastosowanie niezależnych kabli ekranowanych. Pancerz przewodu lub osłony musi być uziemiony (0V). 6. Wnioski Główne zagadnienia opisane w tym dokumencie: - EN 81-20:2014 wymaga przerwania przepływu prądu pomiędzy falownikiem a silnikiem przez dwa niezależne styczniki tak jak jest to stwierdzone w punktach a) i a). - Użycie dwóch styczników na wyjściu falownika jest bardzo prostym i łatwym w zrozumieniu sposobem działania, ale posiada słabe punkty: o Wymagana jest odpowiednia sekwencja w celu uniknięcia uszkodzenia stycznika lub tranzystorów IGBT falownika o Żywotność styczników jest limitowana. Liczba możliwych zwarć/rozwarć jest limitowana o Jest źródłem hałasu przy każdym zwarciu/rozwarciu styczników o Sprawdzenie stanu łączników musi odbywać się przynajmniej przy każdym zmianie kierunku jazdy dźwigu - Funkcja bezpieczeństwa STO FRENIC-Lift spełnia wymogi punktów d) i d) normy EN 81-20:2014 i w związku z tym, może zostać użyta zamiast dwóch styczników do przerwania dopływu mocy do silnika spełniając wymagania punktu a) i a). STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 7

8 7. Odniesienia. [1] EN 81-1:1998+A3:2009. Przepisy bezpieczeństwa dotyczące budowy i instalowania dźwigów -- Część 1: Dźwigi elektryczne [2] EN 81-20:2014. Przepisy bezpieczeństwa dotyczące budowy i instalowania dźwigów -- Dźwigi przeznaczone do transportu osób i towarów -- Część 20: Dźwigi osobowe i dźwigi towarowo-osobowe [3] EN ISO :2008+AC:2009. Bezpieczeństwo maszyn -- Elementy systemów sterowania związane z bezpieczeństwem -- Część 1: Ogólne zasady projektowania [4] EN Elektryczne układy napędowe mocy o regulowanej prędkości Wymagania dotyczące bezpieczeństwa -- Funkcjonalne [5] IEC to -7:2010. Bezpieczeństwo funkcjonalne elektrycznych/elektronicznych/programowalnych elektronicznych systemów związanych z bezpieczeństwem Części 1 to 7 [6] EN Elektromechaniczne przekaźniki pośredniczące -- Część 1: Wymagania ogólne i wymagania dotyczące bezpieczeństwa 8. Historia zmian Wersja Wprowadzone zmiany Data Napisał Sprawdził Zatwierdził First version 07/04/2014 D. Bedford Figures from 1 to 4 are added. Additional explanations about sequence are added. Small mistakes are corrected 23/04/2014 J. Alonso Figure 1 is modified 25/04/2014 J. Alonso Added chapter Operation /04/2014 D. Bedford requirements. Small changes. Figures 2, 3 and 4 are modified. Some text is added on chapter 4. 05/05/2014 J. Alonso D. Bedford J. Català Some text is modified. 14/08/2014 J. Alonso D. Bedford J. Català Modifications after checking by Y. Nakato 18/11/2014 D. Bedford Modifications and small corrections 23/12/2014 J. Alonso D.Bedford Figure 1 is modified (new terminals distribution). Some text is added in Chapter 4. Small corrections. 22/01/2015 J. Alonso D.Bedford J. Català Standards updated with EN81-20:2014. Installation requirements are modified. Pollution degree 2 description is added. 26/06/2015 J. Alonso D. Bedford J. Català STO w aplikacjach dźwigowych z FRENIC-Lift (AN-Lift v140 EN_pl) str. 8