Tytuł Aplikacji: Aplikacja układu napędowego wentylatora 160kW w instalacji proszkowania mleka.

Transkrypt

1 Poniższy artykuł został w pełni przygotowany przez Autoryzowanego Dystrybutora firmy Danfoss i przedstawia rozwiązanie aplikacyjne wykonane w oparciu o produkty z rodziny VLT Firma Danfoss należy do niekwestionowanych liderów branży napędowej. Od lat nazwa VLT określa przetwornice częstotliwości i softstarty o najlepszych parametrach technicznych, najwyższej niezawodności i funkcjonalności. Napędy VLT pracują w aplikacjach na całym świecie, a Danfoss oferuje najbardziej rozległą sieć doświadczonych specjalistów i partnerów z zakresu techniki napędowej. Tytuł Aplikacji: Aplikacja układu napędowego wentylatora 160kW w instalacji proszkowania mleka. Mleko w proszku jest coraz liczniej wykorzystywanym półproduktem w produkcji spożywczej. W związku z tym stanowi znaczący odsetek produkcji zakładów mleczarskich. Proces suszenia mleka jest dosyć skomplikowanym technologicznie, cechuje go również znaczące zapotrzebowanie na czynniki energetyczne. W celu otrzymania produkty finalnego o wysokiej jakości i ściśle określonych parametrach wymagane jest precyzyjne oddziaływanie poprzez układ sterowania w poszczególnych etapach produkcji. Na życzenie zleceniodawcy przedmiotem naszych działań było przeprowadzenie prac modernizacyjnych dotyczących ostatniego etapu procesu technologicznego finalne dosuszanie na wieży dosuszającej. Do wieży poprzez system dysz wtłaczane jest zagęszczone mleko, doprowadzane powietrze o zadanej, regulowanej przez nagrzewnice temperaturze. Wentylator główny 160kW, ma za zadanie wytwarzać wymagane podciśnienie w celu filtracji, osadzania się proszku mlecznego na cyklonach. Zgodnie z wymaganiami technologicznymi dla tej instalacji określającymi parametry finalne poszczególnych odmian mleka w proszku należy precyzyjnie sterować następującymi parametrami: - ilością wprowadzonego mleka zagęszczonego - wartością wytwarzanego podciśnienia przez wentylator główny - temperaturą powietrza Zadaniem postawionym naszej firmie było zapewnienie precyzyjnej regulacji wytwarzanego podciśnienia w wymaganym zakresie. Ważną kwestią było również zmniejszenie wytwarzanego hałasu

2 poprzez wentylator. Istotnym było również, że dla pewnych odmian mleka nie jest wymagana znamionowa wydajność wentylatora. Wentylator był napędzany za pomocą silnika o mocy 160kW, prądzie znamionowym wynoszącym 283A, napięciu zasilającym 3x Vac i prędkości obrotowej 1465 obr./min, wyposażonym w czujniki termistorowe dla każdej z faz uzwojeń. Ze względu na charakter obciążenia jak i wymogi regulacji do napędu silnika dobrano przetwornicę częstotliwości FC102HVAC P200K w wersji obudowy IP00. Przewymiarowanie napędu było konieczne z powodu oczekiwania klienta aby przy pewnych procesach pracować z prędkościami ponadznamionowymi, a więc tym samym i prądami większymi od znamionowych. Przetwornica wraz z układem sterowania została zabudowana w szafie produkcji Rittal o wymiarach 1200x1800x500 mm (szerokość x wysokość x głębokość) w wykonaniu ze stali nierdzewnej posadowionej na cokole o wysokości 200 mm. Rodzaj materiału obudowy wymuszony był wymogami higienicznymi oraz rodzajem medium z jakimi będzie miała styczność np. podczas mycia. W pomieszczeniu w którym miała być posadowiona szafa sterownicza mogło pojawiać się czasowo zapylenie i zawilgocenie. Mając na uwadze warunki środowiskowe oraz konieczność zapewnienia wymaganej sprawności wentylacji mechanicznej zastosowano dedykowany zestaw kanałów wentylacji do Rittal TS mm dla VLT w obudowie D4 - IP00 o numerze katalogowym 176F1823, stąd wybór producenta szafy był oczywisty. Klient zdecydowanie przystał na takie rozwiązanie. Zastosowanie dedykowanego kanału niesie za sobą wiele korzyści: brak kontaktu zanieczyszczonego bądź wilgotnego powietrza z częściami elektroniki napędu wykorzystanie wewnętrznych wentylatorów przetwornicy, więc tym samym ograniczenie kosztów związanych z koniecznością stosowania zewnętrznych wentylatorów i kratek możliwość zwiększenia stopnie szczelności szafy (brak kratek wentylacyjnych) wytwarzane ciepło które należy ewentualnie odprowadzić to jedynie około 5% ciepła całkowitego wydzielanego przez napęd, w tym przypadku to W Pomimo wieku silnika wynoszącym kilkanaście lat zrezygnowano w dodatkowego wyposażenia układu w filtry sinusoidalne czy też du/dt ze względu na deklarację klienta, że kolejnym krokiem będzie wymiana istniejącego silnika na nowy o dużej sprawności.

3 W celu zapewnienia możliwości awaryjnego (bezpośredniego) rozruchu wentylatora zastosowano przełącznik by-passowy produkcji Socomec który jednocześnie może pełnić funkcję rozłącznika. Zgodnie z deklaracją klienta dotyczącą parametrów sieci zasilającej pozwalała ona na awaryjny rozruch bezpośredni. Wobec możliwości rozruchu bezpośredniego należało przewidzieć inne zabezpieczenia dla pracy wentylatora z przetwornicą, a inne dla pracy z rozruchem bezpośrednim. Można to rozwiązać na dwa sposoby: 1. przy jednej podstawie bezpiecznikowej: wymiana wkładek bezpiecznikowych przed przełącznikiem by-passowym, przed wykonaniem rozruchu bezpośredniego 2. montaż dwóch podstaw bezpiecznikowych pod przełączniku by-passowym, dla każdego z toru zasilania niezależnie Biorąc pod uwagę ilość wymaganego (i tym samym ograniczenia pozostawionego wolnego miejsca) w szafie sterowniczej, niezbędne przekroje projektowanych kabli oraz zwiększony koszt dla rozwiązania z opcji nr 2, klient zdecydował się na prostszy wariant nr 1. Tym bardziej, że rozruch bezpośredni wymaga uczestnictwa operatora i ręcznej zmiany położenia dźwigni przełącznika obejściowego.

4 Widok wnętrza szafy sterowniczej. 1. Dedykowane kanały wentylacyjne 2. Wyłącznik/Przełącznik by-passowy

5 3. Wyniesiona listwa zaciskowa wejść i wyjść napędu 4. Wyniesiony panel operatorski W elewacji szafy umieszczono graficzny panel operatorski, lampki kontrolne praca i awaria, grzybkowy wyłącznik bezpieczeństwa i oczywiście dźwignię rozłącznika/przełącznika obejściowego. Sterowanie układem może odbywać się dwuwariantowo: 1. automatycznie: poprzez zarządzanie przez system nadrzędny obsługujący pracę całości linii technologicznej 2. manualnie poprzez lokalny panel operatorski samej przetwornicy W przypadku pracy automatycznej napęd wysterowany jest poprzez zaciski wejściowe: - nr 18, parametr 5-10 zaprogramowany jako start impulsowy - nr 19, parametr 5-11 zaprogramowany jako stop, odwrócony - nr 27, parametr 5-12 zaprogramowany jako wybieg silnika - nr 32, parametr 5-14 zaprogramowany jako programowana wartość zadana bit 0 - nr 33, parametr 5-15 zaprogramowany jako programowana wartość zadana bit 1 Przekaźniki zostały zaprogramowane jako informujące o aktualnym stanie napędu: praca bez ostrzeżeń oraz awaria. Poszczególne wartości zadane (45Hz, 47Hz, 49Hz oraz 52Hz) i związane z nimi wydajności zostały opracowane przez technologa zakładu produkcyjnego w oparciu o wyliczenia i przeprowadzone testy pracy wentylatora z różnymi nastawami napędu, także wydajnościami wyższymi od znamionowych Wystąpiliśmy z propozycją aby dla przypadku pracy manualnej wyposażyć układ w dodatkowy przetwornik ciśnienia i wykorzystać wewnętrzny regulator PID napędu. Jednak wystarczającym okazało się ręczne wymuszanie pracy z ustaloną częstotliwością wyjściową silnika. Podczas uruchomienia układu przeprowadzono procedurę pełnej AMA adaptacji do silnika, która zakończyła się wynikiem pozytywnym. Zaprogramowano dopuszczalny kierunek obrotów oraz wartości graniczne prądu.

6 Bardzo pomocnym okazała się możliwość wykorzystanie parametru nr 4-61 (obejście częstotliwości wyjściowej od ) ustawionego na 44,5Hz i parametru 6-63 (obejście częstotliwości wyjściowej do ) ustawionego na 44,9 Hz. Pozwoliło to na wyłączenia z punktu pracy częstotliwości dla których słyszalny był rezonans mechaniczny. Ponieważ minimalna wymagana wydajność/częstotliwość wyjściowa została ustalona doświadczalnie na poziomie 45Hz nie ma konieczności stosowania obcego chłodzenia silnika wentylatora. Podsumowanie: Dzięki zastosowaniu przetwornicy częstotliwości serii tj. VLT HVAC Drive FC100, umieszczeniu jej w szafie sterowniczej z wentylacją mechaniczną wykorzystującą wbudowane wentylatory napędu i optymalne zaprogramowanie uzyskaliśmy szereg korzyści: ograniczenie zużycia energii elektrycznej, szczególnie dla pracy układu podczas produkcji finalnego produktu w odmianie wymagającej mniejszych wydajności, tj. 45Hz, 47Hz, 49Hz. Daje to wymierne korzyści finansowe, które można przeznaczyć na zakup silnika o podwyższonej sprawności. możliwość pracy ze zmniejszonymi wydajnościami przy jednoczesnym zachowaniu reżimu technologicznego ograniczanie poziomu hałasu zarówno w hali jak i na zewnątrz budynku proszkowni stosowanie rozwiązań ograniczających zużycie czynników energetycznych i związaną z tym możliwość uzyskania dofinansowania projektu. zwiększenie żywotności silnika dzięki łagodnym rozruchom i zatrzymaniom ograniczenie zużycia pasków napędowych poprawa zabezpieczeń silnika przed zwarciem, doziemieniem, przekroczeniem dopuszczalnych wartości prądów np. zwiększony pobór prądu przy tej samej wartości zadanej może oznaczać zabrudzenie filtrów bądź zużycie łożysk silnika, wentylatora pełna diagnostyka i monitoring parametrów pracy silnika

7 zmniejszenie wydatku energetycznego na chłodzenie napędu poprzez wykorzystanie dedykowanych profili do kanałów wentylacyjnych zwiększenie stopnia IP szafy sterowniczej obejście rezonansu mechanicznego możliwość pracy ręcznej z dowolną wartością czyli możliwość kontynuowania pracy linii w przypadku uszkodzenia przetwornika ciśnienia, modułu sterownika. możliwość rozruchu awaryjnego z pominięciem napędu ograniczenie hałasu Artykuł przygotowała firma STAKOL Spółka jawna K.Olucha, A.Staszczak ul. Morwowa Lublin Tel.: (81) Fax: (81) info@stakol.com.pl