Falowniki wektorowe. Nr 5 (181) Rok XVI Maj miesięcznik naukowo- -techniczny. Sterowanie kilkoma silnikami jednocześnie

Transkrypt

1 miesięcznik naukowo- -techniczny Nr 5 (181) Rok XVI Maj 2014 ISSN Indeks 36018X Cena: 10,80 zł (w tym 8% VAT) napędy l automatyka przemysłowa l energoelektronika l aparatura kontrolno-pomiarowa l mechatronika l systemy zasilające układy zabezpieczeń l hydraulika l pneumatyka l robotyka l systemy transportowe l utrzymanie ruchu Falowniki wektorowe autotuning sterowanie wektorowe wbudowany potencjometr regulator PID sterowanie w pętli zamkniętej (np. analog, enkoder) Modbus programowalne wejścia i wyjścia cyfrowe wyciągany panel sterujący Sterowanie kilkoma silnikami jednocześnie Szczegóły na stronie xx info@multiprojekt.pl tel

2 Napędy serwo oraz falowniki w ofercie firmy Multiprojekt Krzysztof Kalinowski, Michał Zych Falowniki wektorowe Micno serii KE300 w ofercie firmy Multiprojekt Shenzhen Micno Electric Co. jest przedsiębiorstwem zajmującym się produkcją, sprzedażą i obsługą napędów elektrycznych automatyki przemysłowej. Jednym z najnowszych rozwiązań firmy w zakresie sterowania silnikami są wysoko wydajne falowniki serii KE300. Micno KE300 jest serią wysoko wydajnych jedno- oraz trójfazowych falowników, o mocach od 0,4 do 630 kw. Falowniki wykorzystują m.in. sterowanie wektorowe, zapewniając wysoki moment obrotowy nawet przy bardzo niskich częstotliwościach. Zintegrowany interfejs RS485, obsługujący protokół Modbus RTU, znacząco ułatwia komunikację z innymi urządzeniami. Istnieje możliwość montażu przedniego panelu falownika poza jego obudową i połączenia go z napędem kablem RJ45. Stwarza to opcję wyprowadzenia frontu falownika np. na szafę sterowniczą maszyny. Seria KE300 posiada również programowalne, wielofunkcyjne wejścia i wyjścia cyfrowe oraz analogowe. Napędy Micno mogą być stosowane w wielu gałęziach przemysłu. Obecnie najczęściej spotykane są w systemach pomp i wentylatorów, w maszynach do obróbki drewna i metali oraz wielu innych. Zasilanie Falowniki Micno z serii KE300 zasilane są z jednej fazy 230 V AC lub z trzech faz 400 V AC. Wersje urządzeń z zasilaniem jednofazowym dostępne są w przedziale mocy od 0,4 kw do 2,2 kw, natomiast kolejne zasilane napięciem trójfazowym występują w zakresie mocy od 0,75 kw do 630 kw. Tryby sterowania Seria KE300 posiada dwa tryby sterowania. Ich wybór możliwy jest z poziomu menu urządzenia poprzez zmianę jednego parametru. Dostępne opcje sterowania to: skalarne i wektorowe. Pierwsze z nich, nazwane w instrukcji V/f control, jest odpowiednie dla aplikacji ogólnego przeznaczenia, takich jak sterowanie pompami, wentylatorami itp. W trybie kontrolowania skalarnego jeden falownik może sterować kilkoma silnikami (więcej na ten temat w artykule poniżej). Sterowanie wektorowe (ang. sensorless vector control) jest powszechnie stosowane w aplikacjach, w których wymagane jest zachowanie dużego momentu obrotowego przy małych prędkościach, wysokiej precyzji przy dużych prędkościach oraz uzyskiwanie szybkiej i dynamicznej odpowiedzi maszyny. W trybie pracy sterowania wektorowego falowniki Micno charakteryzują się szybką odpowiedzią na zadane przebiegi. Czas reakcji nie przekracza 20 ms. Metody sterowania częstotliwością Zmiana częstotliwości może odbywać się na kilka sposobów. Do jej zadawania może służyć klawiatura falownika umieszczona na froncie urządzenia, potencjometr znajdujący się na klawiaturze, dwa wejścia analogowe, do których można podłączyć nadrzędne urządzenie sterujące czy potencjometr zewnętrzny. Dodatkowo regulacja częstotliwości może odbywać się poprzez funkcję szybkich impulsów, proste funkcje PLC, regulator PID czy komunikację z wykorzystaniem portu RS485 i protokołu Modbus. Wybrane falowniki Micno z serii KE300 w ofercie firmy Multiprojekt Wewnętrzny regulator PID Dzięki obsłudze funkcji PID możliwa jest praca falownika w trybie zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego. Regulacja PID jest powszechnie stosowana w procesach automatycznego sterowania, związanych z przepływem, ciśnieniem lub temperaturą. Podczas pracy obliczana jest różnica pomiędzy wartością zadaną a wartością rzeczywistą na wyjściu układu. Po otrzymaniu tych danych falownik przetwarza je w taki sposób, by różnica wartości zadanej i rzeczywistej dążyła do zera. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest utrzymywanie ciśnienia, przepływu czy innego parametru na zadanym, stałym poziomie. Programowalne wejścia oraz wyjścia cyfrowe i analogowe Falowniki Micno KE300 wyposażone są (modele powyżej 1,5 kw) w siedem wejść cyfrowych, jedno wejście do szybkich impulsów oraz dwa wejścia analogowe. Pierwsze z wejść analogowych ma zakres od 10 do 10 V. Drugie można wysterować w zakresie od 0 do 10 V lub prądowo: od 0 lub 4 ma do 20 ma. Mniejsze napędy, czyli do 1,5 kw, posiadają pięć wejść cyfrowych, jedno analogowe oraz jedno wejście do szybkich impulsów. Z kolei wyjścia falowników Micno to: jedno programowalne wyjście do szybkich impulsów, dwa wyjścia przekaźnikowe oraz dwa wyjścia analogowe. Należy jednak pamiętać, że również w tym przypadku liczba wyjść falowników o mocy do 1,5 kw jest mniejsza. Ich stan wynosi odpowiednio: jedno programowalne wyjście do szybkich impulsów, jedno wyjście przekaźnikowe oraz jedno wyjście analogowe. RS485 z protokołem Modbus RTU Dzięki wbudowanemu portowi komunikacyjnemu RS485 napędy KE Nr 5 Maj 2014 r.

3 mają możliwość komunikacji z innymi urządzeniami za pomocą zaimplementowanego protokołu Modbus RTU. Pozwala to na połączenie urządzenia z komputerem PC lub sterownikiem PLC. Po nawiązaniu łączności użytkownik może sterować silnikiem, sprawdzać parametry falownika i modyfikować je według potrzeb. Wszystko to w oparciu o port RS485 i otwarty protokół komunikacyjny. Podstawowe funkcje PLC Napędy KE300 umożliwiają wykorzystanie szesnastu predefiniowanych komend ruchu. Dzięki temu można realizować w urządzeniu proste funkcje PLC. Po wykonaniu pełnego cyklu pracy falownik może w dalszym ciągu w pętli powtarzać zadany cykl. Może też powrócić do częstotliwości sprzed wykonywania cyklu lub się zatrzymać. Za pośrednictwem funkcji PLC użytkownik może ustawić częstotliwość, czas zatrzymania, kierunek obrotów, a także wartości przyspieszania i hamowania. Poszczególne komendy ruchu wybierane są poprzez odpowiednią sekwencję stanów wejść falownika. Tabela 1. Najważniejsze parametry techniczne falowników Micno KE300 Parametry we/wy Sterowanie Terminal wejść/wyjść Opis Napięcie wejściowe 1 AC 220~240 V ±15%, 3 AC 380~460 V ±15% Częstotliwość wejściowa Napięcie wyjściowe Częstotliwość wyjściowa Metoda Zadawanie częstotliwości Moment początkowy Rozdzielczość Przyspieszanie/hamowanie Czas przyspieszania/hamowania Funkcja JOG Podstawowe funkcje PLC PID Automatyczna regulacja napięcia Wejścia analogowe Wejścia cyfrowe Wyjścia analogowe Wyjścia cyfrowe Port komunikacyjny 47~63 Hz 0~napięcie wejściowe Sterowanie skalarne: 0~3000 Hz, Sterowanie wektorowe: 0~300 Hz Skalarne/wektorowe Panel sterujący, wejście analogowe, port szeregowy, terminal cyfrowy Sterowanie skalarne: 1 Hz 150%, Sterowanie wektorowe: 0,5 Hz 150% Sterowanie analogowe: 0,05% max. częstotliwości Sterowanie cyfrowe: 0,01 Hz Liniowe, krzywa S 0,1~3600 s 0~maks. częstotliwość wyjściowa; sterowanie z klawiatury i terminalu 16 kroków; możliwość nastawy czasu kroku, czasu przyspieszenia/hamowania, kierunku obrotu PID analogowe, PID cyfrowe Utrzymuje stałe napięcie wyjściowe podczas wahania napięcia wejściowego 2 programowalne wejścia: 10~10 V lub 0/4~20 ma 8 programowalnych wejść, w tym 1 do szybkich impulsów 2 programowalne wyjścia: 0~10 V lub 0/4~20 ma Programowalne wyjście tranzystorowe (otwarty kolektor lub wyjście dla szybkich impulsów); 2 programowalne wyjścia przekaźnikowe RS485, obsługa protokołu Modbus-RTU Fixed length Dostępna w urządzeniach funkcja fixed length znajduje zastosowanie w przemyśle papierniczym, tekstylnym, metalowym oraz w aplikacjach drukowania, pakowania, obróbki drzewnej i wielu innych. Polega na zintegrowanej pracy falownika, sterownika PLC i enkodera. Użytkownik może zadeklarować dystans (impulsy z enkodera), o jaki ma zostać zrealizowany posuw detalu w aplikacji. Sterowanie wieloma silnikami Falowniki KE300 w dwóch przypadkach mają możliwość sterowania wieloma silnikami. Oba warianty wymagają kontroli U/f. W pierwszym z nich do falownika podłączonych jest kilka silników sterowanych w tym samym czasie. W drugim równocześnie podłączone silniki kontrolowane są pojedynczo (przełączane są sprzętowo przez użytkownika). Łagodny rozruch silnika Nowa technologia sterowania SVC (sensorless vector control), czyli sterowane wektorowe zapewnia łagodny rozruch silnika. Już od częstotliwości 0 Hz wyjściowy moment obrotowy utrzymywany jest na bardzo wysokim poziomie, dochodzącym do 150% momentu znamionowego. Dodatkowo funkcja ta ogranicza wpływ zakłóceń na pracę układu, poprawia zdolności adaptacyjne oraz równoważy rozkład obciążenia, gdy jeden ładunek jest napędzany przez kilka silników. Ochrona przed przeciążeniami mechanicznymi maszyny i prądowymi falownika Seria KE300 ma wbudowaną funkcję służącą do kontroli momentu obrotowego. Kiedy moment obrotowy generowany przez silnik osiągnie ustaloną wartość, częstotliwość wyjściowa może zostać skorygowana w celu niedopuszczenia do wystąpienia przeciążeń. Pomaga to w ochronie maszyny przed uszkodzeniami. Falowniki Micno wyposażone są w funkcję szybkiego ograniczenia prądu. Zapobiega to przeciążeniom prądowym, jakie mogą się pojawić na urządzeniu, lub wystąpieniem zakłóceń. Napęd może znacząco zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia przeciążeń prądowych, chroniąc w ten sposób i siebie, i urządzenie, na którym pracuje. Autotuning Dzięki wbudowanej funkcji autotuningu falownik potrafi w bardzo precyzyjny sposób identyfikować parametry silnika. Wymaga to wpisania podstawowych parametrów silnika, takich jak: typ i moc silnika, napięcie, prąd zasilania, częstotliwość i prędkość znamionowa. Wszystkie te parametry podawane są na tabliczce znamionowej. Falownik przez wykonanie funkcji autotuningu oblicza bardziej zaawansowane parametry, takie jak: rezystancja wirnika i stojana, dane dotyczące indukcyjności oraz prąd przy braku obciążenia. W efekcie uzyskiwana jest jeszcze lepsza kontrola nad silnikiem. Utrzymywanie stałego poziomu napięcia Następną zaletą Micno jest funkcja utrzymująca napięcie wyjściowe na stałym poziomie. Kiedy napięcie wejściowe ulega wahaniom, falownik Micno automatycznie utrzymuje je na wyjściu na Nr 5 Maj 2014 r. 17

4 stałym poziomie. Funkcja ta w sposób efektywny rozwiązuje problem małych oscylacji napięcia dla dużych silników. W aplikacjach, które stawiają wymagania wysokiej precyzji ruchu, dużej dynamiki, możliwości przeciążania silników, a także stałego sprzężenia zwrotnego podczas ruchu, napędy falownikowe ustępują miejsca rozwiązaniom opartym na serwosilnikach i serwonapędach. Firma Multiprojekt, jako wyłączny dystrybutor na terenie Polski falowników Micno, posiada również w swojej ofercie serwonapędy firmy Estun. Dzięki temu odbiorcy mogą zaopatrzyć się w sprzęt dostosowany do aktualnych potrzeb u jednego, sprawdzonego dostawcy. Serwonapędy i serwosilniki Estun w ofercie firmy Multiprojekt Tabela 2. Najważniejsze parametry techniczne serwonapędów Estun Seria ProNet-E ProNet Moc 0,2 5,0 kw 0,2 15,0 kw Napięcie zasilania Serwonapędy firmy Estun dynamika i precyzja dla aplikacji Firma Estun Automation Technology Co. Ltd. specjalizuje się w produkcji obrotowych serwonapędów z bezszczotkowymi silnikami synchronicznymi. Serwonapędy Estun znalazły zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Wąska specjalizacja firmy sprzyja produkcji wyrobów o najwyższej jakości i parametrach technicznych spełniających wysokie wymagania klientów przy zachowaniu korzystnej ceny. Firma Estun Automation Technology Co. Ltd. z siedzibą w Nanjing powstała w 1993 roku. Aktualnie zatrudnia ok. 700 osób zajmujących się konstruowaniem oraz produkcją serwonapędów. Produkty wykonywane są zgodnie z normą ISO Od 2011 r. na polskim rynku serwonapędy Estun znajdują zastosowanie w różnego rodzaju aplikacjach, począwszy od modernizacji prostych maszyn i urządzeń (etykieciarki, pakowarki, windy, taśmociągi) po skomplikowane maszyny (obrabiarki CNC, roboty), w których stosowanych jest kilka lub nawet kilkadziesiąt niezależnych osi serwo. W 2013 roku Multiprojekt odnotował 55-procentowy wzrost sprzedaży napędów firmy Estun. Wynik ten to efekt zadowolenia klientów, którzy cenią sobie łatwość konfigurowania napędów i silników do danej aplikacji oraz ich bezawaryjność. W tym roku firma Multiprojekt otrzymała wyróżnienie od firmy Estun Automation za największy wzrost sprzedaży serwonapędów w 2013 roku wśród dystrybutorów w Europie. Serwonapędy W swojej ofercie firma Multiprojekt posiada dwie serie serwonapędów Estun. Są to odpowiednio ProNet i ProNet-E, które różnią się między sobą rodzajem obsługiwanego sprzężenia zwrotnego. Moc oferowanych serwonapędów zawiera się w przedziale od 0,2 kw do 15 kw. W zależności od potrzeb klienta istnieje możliwość trzykrotnego chwilowego przeciążenia napędu. Dodatkową funkcją zabezpieczającą napęd przed długim przeciążeniem jest samoistne odłączenie zasilania silnika po pojawieniu się alarmu, co chroni go przed uszkodzeniem V AC ( 1,5 kw) V AC ( 2,0 kw) Sprzężenie zwrotne Enkoder inkrementalny (2500 imp/obr) Enkodery absolutne 17-bitowe, resolwer Sterowanie Kontrola pozycji, prędkości i momentu Kontrola pozycji, prędkości i momentu, (moduł rozszerzeń) Zadawanie pozycji protokołem komunikacyjnym (wbudowany 16-pozycyjny indekser) Interfejs RS-485, CAN RS485, CAN, ETHERNET Protokół Modbus, CANopen Tabela 3. Najważniejsze parametry techniczne serwosilników Estun Modbus, CANopen, Profibus-DP, EtherCAT, Ethernet Powerlink Seria EMJ EMG EML EMB Napięcie zasilania 230 V AC 230/400 V AC 230/400 V AC 400 V AC Moc znamionowa 0,2 1,0 kw 1,0 5,0 kw 1,0 4,0 kw 7,5 15,0 kw Moment znamionowy Prędkość znamionowa Sprzężenie zwrotne (Pronet-E) Sprzężenie zwrotne (Pronet) Obudowa 0,64 3,18 Nm 4,78 23,9 Nm 9,5 38,2 Nm 47,8 95,5 Nm 3000 obr/min 2000 obr/min 1000 obr/min 1500 obr/min Enkoder inkrementalny (2500 imp/obr) Enkoder absolutny 17-bitowy 1-obr Enkoder absolutny 17-bitowy wieloobrotowy Resolwer Całkowicie zamknięta z własnym chłodzeniem IP65 IP65 IP65 IP44 Wbudowany radiator i wentylator serwonapędu zabezpiecza podzespoły wewnętrzne. Przykładem jest rezystor hamujący, chroniący przed przegrzaniem i uszkodzeniami szyny napięcia DC urządzenia. W zależności od wersji, sterowniki wykorzystują komunikację taką jak Modbus i CANopen, łącząc się przez interfejsy RS-485 i CAN. Na życzenie klienta serwonapęd może być wyposażony w moduł rozszerzający możliwości komunikacyjne. Do obsługiwanych protokołów zalicza się EtherCat, Profibus- -DP i Ethernet Powerlink. Dodatkowo istnieje możliwość wykorzystania wbudowanego 16-pozycyjnego indeksera, co w połączeniu z funkcją bazowania serwonapędu daje możliwość zastosowania prostego sterownika PLC lub jego całkowite wyeliminowanie. Ma to bezpośrednie przełożenie na obniżenie kosztów całej aplikacji. Indekser daje użytkownikowi możliwość takiego zaprogramowania serwonapędu, aby wykorzystywał działanie programu w pętli lub w trybie przechodzenia z punktu do punktu za pomocą sygnałów cyfrowych podawanych do odpowiedniego wejścia 18 Nr 5 Maj 2014 r.

5 Tabela 4. Oferta promocyjna zestawów (serwonapęd + silnik) 400 W i 1000 W Sterowniki serii Pronet-E impulsowe sterowanie pozycją, analogowe ±10 V prędkością i momentem, pozycjonowanie przez Modbus, CANopen, enkoder inkrementalny 2500 imp/obr, autotuning czasu rzeczywistego Rozmiar kołnierza Moc znamionowa Moment znamionowy Prędkość znamionowa Zasilanie Cena netto USD (zestaw) Napęd Silnik Pronet-E-04A EMJ- -04APB W 60 mm 1,27 Nm 3000 obr/min V AC 550 USD Zestaw serwo 1000 W: ProNet-E 10 i EMJ-10APB-22 Napęd Pronet-E-10A 1000 W Silnik EMJ-10APB mm 3,18 Nm 3000 obr/min V AC Każdy zestaw zawiera serwonapęd, serwosilnik, komplet 5-metrowych kabli, konektory komunikacyjne oraz niezbędne oprogramowanie 680 USD napędu. Tryb ten pozwala na kontrolę i zmianę parametrów przyspieszenia, hamowania, prędkości, czasu przestoju oraz odcinka ruchu. Dodatkową funkcją, jaką dają nam obie serie ProNet i ProNet-E, jest możliwość wyboru trybu sterowania. Do dyspozycji mamy sterowanie pozycją oraz kontrolą prędkości i momentu. Sterowanie pozycją odbywa się przy pomocy sygnałów krok/kierunek z opcją wejść różnicowych ±5 V lub wejść Open Collector, natomiast sterowaniem analogowym ±10 V sprawujemy kontrolę nad prędkością i momentem. Silniki serwo Oferta firmy zawiera również cztery serie silników (EMJ, EMG, EML i EMB) przeznaczonych dla napędów od 200 W do 15 kw, o momentach znamionowych od 0,64 Nm do 95 Nm. Każdą serię silników charakteryzuje inna maksymalna prędkość obrotowa, moment oraz wielkość kołnierza. Wchodząca w skład oferty szeroka gama silników umożliwia dobranie urządzenia do niemal każdej aplikacji. Wymiary silników są standaryzowane, co pozwala na ich podłączenie do wielu typów przekładni, które są odpowiednio dobierane i dostarczane klientowi. Istnieje możliwość wyboru sprzężenia zwrotnego dla tego samego silnika. Przykładowo: silnik może być wyposażony w enkoder inkrementalny o rozdzielczości 2500 imp/obr lub w enkoder absolutny jedno- czy też wieloobrotowy o rozdzielczości 17-bitów lub w resolwer. W zależności od zapotrzebowania istnieje możliwość wyboru uszczelnienia, wykończenia wałka (z wpustem lub bez) oraz wyposażenie silnika w hamulec (luzownik). EtherCat Protokół EtherCAT, wspierający serię napędów ProNet, posiada ogromną przewagę nad standardową komunikacją Modbus i CANopen. Zapewnia bardzo szybką komunikację i precyzyjne sterowanie synchroniczne wielu osi w czasie rzeczywistym. Maksymalna odległość między urządzeniami dla poprawnej komunikacji sięga do 100 metrów. Przy pomocy protokołu EtherCAT użytkownik może dokonać bazowania napędu, sterowania trybem pozycji, prędkości, interpolacji oraz cyklicznym synchronicznym trybem pozycji. Bezpłatne oprogramowanie narzędziowe ESView Przy zakupie zestawów Estun dostarczamy bezpłatne niezbędne oprogramowanie narzędziowe ESView. Program ten pozwala między innymi na: odczyt i ustawianie parametrów serwa; odczyt aktualnych stanów wejść i wyjść; zapis zdarzeń oraz statusu systemu; szybkie i wygodne programowanie serwonapędu; generowanie krzywych przebiegu najważniejszych stanów bieżących napędu. Aktualne zestawy promocyjne Podążając za dużym zainteresowaniem zestawami 0,4 kw i 1 kw, które znalazły swoje zastosowanie w wielu aplikacjach, firma Multiprojekt przygotowała dla nowych i stałych klientów promocyjne ceny na powyższe zestawy, w skład których wchodzą: serwonapęd, serwosilnik, komplet 5-metrowych kabli i niezbędne konektory. Dzięki temu mają Państwo okazję poznać możliwości serwonapędów Estun bez dużych nakładów finansowych. Szczegóły promocji znajdują się na stronie w zakładce Promocje oraz w tabeli 4. Zachęcamy Państwa do skorzystania z doświadczenia firmy Multiprojekt w dziedzinie serwonapędów i serwosilników. Firma świadczy pomoc techniczną w doborze napędu i przy jego eksploatacji. W Polsce oficjalnym dystrybutorem falowników Micno oraz serwonapędów Estun jest firma Multiprojekt, która w swojej ofercie posiada również sterowniki PLC FATEK, panele operatorskie HMI Weintek oraz wiele innych urządzeń z zakresu automatyki przemysłowej i mechaniki precyzyjnej. Aby zapewnić kompleksowe rozwiązania dla swoich klientów, Multiprojekt ściśle współpracuje ze sprawdzonymi firmami integratorskimi. Oprócz bogatej oferty, proponuje również doradztwo techniczne w zakresie sprzedawanych produktów. Dodatkowo klienci mają zapewnioną kompleksową obsługę od momentu szkolenia personelu firmy, poprzez pomoc w odpowiednim doborze sprzętu, dostawy podzespołów, aż po wsparcie techniczne przy uruchomieniu. Szczegóły oferty znajdują się na stronie internetowej Krzysztof Kalinowski, Michał Zych Multiprojekt ul. Fabryczna 20 A Kraków tel info@multiprojekt.pl Nr 5 Maj 2014 r. 19