Tytuł Aplikacji: Układy wielonapędowe z przetwornicami Danfoss FC 302 sterowanymi poprzez magistralę Profibus.

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: Układy wielonapędowe z przetwornicami Danfoss FC 302 sterowanymi poprzez magistralę Profibus. Stosowanie układów napędowych o regulowanej wydajności staje się dziś standardem w automatyce przemysłowej. Podyktowane jest to względami zarówno ekonomicznymi (optymalizacja zużycia energii) jak i możliwościami jakie oferują obecne przetwornice częstotliwości. W artykule przytoczono sterowanie złożonym procesem technologicznym w przemyśle przetwórstwa mleka, który musi być prowadzony precyzyjnie, a wszelkie awarie musza być szczegółowo diagnozowane. Popularność komunikacyjnych sieci polowych w obecnych rozwiązaniach sterowania procesów przemysłowych powoduje, iż projektanci większych systemów coraz częściej stosują urządzenia wykonawcze jak falowniki, siłowniki zaworów, przetworniki pomiarowe wyposażone w moduł komunikacyjny. Upraszcza to znacząco okablowanie obiektowe, zmniejsza liczbę wejść/wyjść analogowych i cyfrowych w sterowniku, oraz daje łatwość obsługi z poziomu interfejsu operatora HMI. Uprasza także diagnostykę usterek i prowadzenie działań serwisowych. Wśród różnorodnych zastosowań falowników przez firmę Schulz Infoprod, ciekawą aplikacją jest system sterowania procesem wytwarzania mleka w proszku. Złożoność technologii procesu wymaga zastosowania szybkiego i wydajnego sterownika, przyjaznego systemu HMI, jak również niezawodnych regulowanych układów napędowych. System oparty jest o sterownik Siemens S7-400, rozproszoną sieć modułów RIO firmy Siemens, system SCADA Wonderware Platform, oraz 54 sztuki falowników Danfoss FC302 z modułami komunikacyjnymi Profibus, rozmieszczonych w kilku polach szafy sterowniczej, szafach lokalnych oraz jako samodzielne jednostki napędów o mocach powyżej 45kW.

2 Jednym z głównych założeń dla projektantów systemu sterowania była duża elastyczność sterowania napędami i minimalizacja połączeń kablowych. Stąd zapadła decyzja o sterowaniu falownikami poprzez magistralę Profibus, oraz pozostałymi elementami obiektowymi poprzez magistralę ASI. Falowniki (o mocach mniejszych niż 45kW) zostały zamontowane w zespole szaf sterowania napędów (MCC), falowniki o mocy większej niż 45kW umieszczone zostały zamontowane poza szafami MCC - na obiekcie w pobliżu urządzeń technologicznych. Falowniki Danfoss FC 302, dzięki swojej modułowości i wielu dostępnym opcjom dają duże możliwości sterowania, a większość funkcji falownika dostępna jest poprzez magistralę Profibus. W omawianym rozwiązaniu zastosowano w falownikach moduł Profibus DP V0/V1 typu MCA101, oraz moduł MCB107 - zasilania 24VDC back-up. Moduł MCB107 zainstalowany w falowniku daje nam możliwość komunikacji z falownikiem po odłączeniu jego zasilania sieciowego. Tak więc, w sytuacji, gdy nastąpi odłącznie falownika - np. wyłączenie napędu wyłącznikiem remontowym lub nastąpi zadziałanie zabezpieczenia sieciowego falownika, operator ma nadal komunikację z falownikiem i możliwość zdalnego zdiagnozowania przyczyny wyłączenia, oraz wykonania restartu urządzenia po przywróceniu zasilania do falownika. MODUŁ MCA101 obsługuje dwa profile słowa sterującego Profibus: - profil PROFIdrive, który jest przyjętym przez organizację PROFIBUS specjalną wersją protokołu komunikacji Profibus dla układów napędowych z przemiennikami, - profil Danfoss FC, który został opracowany specjalnie dla falowników Danfoss. Szczegółowy opis programowania transmisji sterownik PLC falownik tj. wybór rodzaju danych/parametrów wymienianych pomiędzy PLC a falownikiem ( wybór typu PPO), tworzenie ramki zapytania (CTW) i odczyt ramki odpowiedzi (STW) z falownika jest zawarty w instrukcji modułu MCA101. Instrukcja zawiera też przykłady fragmentów programów napisanych w języku STEP 7 dla sterowników Siemens. Programista w łatwy sposób może przesłać wartość zadaną obrotów, poszczególne komendy do falownika i odczytać aktualny jego status. Opisany sposób komunikacji z falownikami dotyczy całej rodziny falowników: FC100, FC200 i FC 300. Falowniki serii FC 100 stosowane są do aplikacji wentylacyjnych HVAC, serii FC 200 stosowane do aplikacji pompowych, serii FC 300 do aplikacji stało-momentowych i aplikacji specjalnych. Dla każdego typu falownika producent udostępnia na swoich stronach internetowych pliki GSD, potrzebne do konfiguracji sprzętowej sieci Profibus. Układy napędowe z falownikami obsługują różne urządzenia technologiczne, często o specyficznych wymogach, co do parametrów regulacji. Istnieje nieraz potrzeba, aby wybrane parametry falownika były zmieniane zależnie od wymogów danej fazy procesu. Oprócz możliwości zmiany nastaw, użytkownik powinien mieć możliwość zmiany parametrów falownika poprzez magistralę Profibus. Profil Profidrive daje możliwość zmiany parametrów falownika w dwóch specjalnych trybach: DPV0, oraz DPV1 Master klasy 1 (np. sterownik PLC) i Master klasy 2 (np. komputer PC). Generalnie, bez wnikania w szczegóły programowania, oba tryby pozwalają na dostęp do parametrów falownika i ich zmianę. Tryb DPV1 daje większe możliwości, zwłaszcza możliwość komunikacji zarówno cyklicznej jak i

3 acyklicznej, co pozwala na ciągły dostęp i zmianę większości parametrów falownika zarówno z poziomu urządzenia Master klasy 1 i Master klasy 2. W opisywanym systemie sterowania proszkownią mleka, główna szafa napędowa MCC zawierała 27 falowników FC 302 o łącznej mocy 272kW, druga szafa napędowa zawierała 27 falowników o łącznej mocy 946 kw. W szafach napędów umieszczono także moduły wejść/wyjść ET200S, przekaźniki interfejsowe, oraz niezbędny osprzęt elektryczny. Jednym z ograniczeń sieci Profibus jest maksymalny rozmiar segmentu sieci obejmujący maksymalnie do 31 jednostek typu slave. Jeśli struktura zawiera więcej niż 31 jednostek wymagany jest dla kolejnego segmentu wzmacniacz (repeater). Jedna sieć Profibus z jednym urządzeniem Master może maksymalnie objąć 121 falowników plus 3 repeatery. W zależności od prędkości transmisji (187,5kBaud do 12MBaud), maksymalna łączna długość jednego segmentu sieci Profibus z 31 falownikami może wynieść odpowiednio m (przy 187,5KBaud) i 100m (przy 12 Mbaud). Tak więc, w opisanym systemie z 54 falownikami utworzono 2 segmenty sieci Profibus Bardzo przydatnym narzędziem jest program oferowany przez firmę Danfoss MCT -10. Ułatwia on i znacznie przyspiesza konfigurację i parametryzację falowników z notebooka, szczególnie przy ich większej ilości połączonych magistralą Profibus. W najprostszej konfiguracji, program MCT-10 może komunikować się z pojedynczym falownikiem przez port USB. Kolejna konfiguracja to komunikacja z siecią falowników połączonych interfejsem RS 485. Jeśli chcemy połączyć się z siecią falowników połączonych magistralą Profibus -konieczna jest karta Profibus (np. CP5511 firmy Siemens), zainstalowana w notebooku. Rys.1. Przykładowy ekran programu MCT-10 - konfiguracja 27 falowników FC302

4 Program umożliwia przygotowanie parametrów wszystkich falowników i jeśli mają wpisane wcześniej adresy Profibus, parametryzację przez sieć wszystkich falowników. Jest wygodnym narzędziem do uruchamiania i monitorowania pracy poszczególnych napędów. Oprócz szybkiej parametryzacji (parametry wybranego falownika można zmieniać on-line) pozwala na przeglądanie aktualnych alarmów, ostrzeżeń i rejestru błędów wybranego falownika maks. do 200 alarmów i ostrzeżeń. Są one aktualizowane w każdym cyklu zapisu/odczytu danych z falownika. Program MCT-10 umożliwia także monitorowanie bieżących parametrów wybranego napędu. Służy do tego funkcja Scope Folder, w której można zdefiniować maks. 6 kanałów rejestracji parametrów (np. prąd napędu, napięcie DC, wartość zadaną Profibus, itp.). Istnieją dwa tryby rejestracji parametrów: tryb PC Polling Chanel oraz tryb Drive Real Time Channel. W pierwszym trybie możemy rejestrować parametry od umownego czasu 0:00:00 startu rejestracji, w drugim - możemy rejestrować od momentu wybranego zdarzenia. Jeśli chcemy rejestrować parametry w przypadku wystąpienia konkretnego zdarzenia np. przekroczenia ograniczenia prądowego, stosujemy tryb Drive Real Time Channel, w którym można zdefiniować sposób wyzwalania rejestracji przy wystąpieniu tego zdarzenia. Rys. 2 Ekran rejestracji Scope Folder w trybie PC Polling z wybranymi 6 parametrami falownika.

5 Wszystkie falowniki Danfoss rodziny FC mają wbudowany moduł programowy SLC (sekwencyjny sterownik zdarzeń). Prosty edytor typu graf przejść (będący modułem programu MCT-10) przejść pozwala na definicje zachowania się falownika przy wystąpieniu określonego warunku logicznego, wyniku operacji porównania, osiągnięcia stanu licznika, itp. Dowolne zdarzenie zdefiniowane w module SLC może generować opisany wcześniej start rejestracji wybranych parametrów falownika w archiwum Scope Folder. Program Scope Folder umożliwia także eksport zarejestrowanych danych do pliku Excel w celu dalszej ich obróbki. W trakcie projektowania szaf napędowych MCC ważnym aspektem był ich system chłodzenia. Pomieszczenie rozdzielni, w którym umieszczone są szafy jest klimatyzowane i zapewnia odpowiednie parametry powietrza chłodzącego. Dla zapewnienia cyrkulacji powietrza chłodzącego w szafie, każde z pól szafy wyposażono w wentylatory nawiewne oraz kratki wywiewne. (Fot.1). Sumaryczny wymagany przepływ powietrza chłodzącego falowniki został zapewniony przez dobór wentylatorów o odpowiedniej wydajności. Wszystkie jednostki FC302 wyposażono dodatkowo w lokalne panele LCP, co jednak nie było konieczne, ze względu na pełną diagnostykę falowników prowadzoną magistralą Profibus z poziomu systemu sterowania. Oczywiście wymagało to pewnych nakładów pracy ze strony programistów sterownika PLC w tym przypadku Siemens S Fot. 1 Widok jednego z pól rozdzielnicy napędów oraz elewacji szafy.

6 Podczas uruchamiania systemu czas inżyniera rozruchu spędzony przy testowaniu i ustawianiu napędów okazał się znacznie krótszy niż w podobnej wielkości aplikacjach z tradycyjnym sterowaniem analogowo-cyfrowym, rozruch przebiegał bardzo sprawnie, a wszystkie kolejne konfiguracje falowników zostały na bieżąco dokumentowane w odpowiednich plikach archiwum serwisowego. Artykuł przygotowany przez: Schulz Infoprod Spółka z o.o. ul. Metalowa 3 PL Poznań telefon: fax: info@schulz-infoprod.pl