Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 12/2016 vyšlo tiskem
7. 12. 2016. V elektronické verzi na webu od 6. 1. 2017. 

Téma: Měření, měřicí přístroje a měřicí technika; Zkušebnictví a diagnostika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu (2. část – dokončení)

Aktuality

Svítící fasáda FEL ČVUT nabídne veřejnosti interaktivní program s názvem Creative Colours of FEL Dne 13. prosince v 16.30 hodin se v pražských Dejvicích veřejnosti představí interaktivní…

Fakulta elektrotechnická je na špici excelentního výzkumu na ČVUT Expertní panely Rady vlády pro výzkum, vývoj, inovace (RVVI) vybraly ve II. pilíři…

Švýcaři v referendu odmítli uzavřít jaderné elektrárny dříve V referendu hlasovalo 45 procent obyvatel, z toho 54,2 procent voličů řeklo návrhu na…

Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. 11. 2016 den otevřených dveří Fakulta elektrotechnická ČVUT v Praze pořádá 25. listopadu od 8.30 hodin Den otevřených…

Calliope mini – multifunkční deska Calliope mini poskytuje kreativní možnosti pro každého. A nezáleží na tom, zda jde o…

Ocenění v soutěži České hlavičky získal za elektromagnetický urychlovač student FEL ČVUT Student programu Elektronika a komunikace Fakulty elektrotechnické ČVUT v Praze Vojtěch…

Více aktualit

Aplikace stejnosměrných měničů Siemens Simoreg DC Master v hutním provozu

číslo 6/2003

Téma: Elektrické pohony a výkonová elektronika

Aplikace stejnosměrných měničů Siemens Simoreg DC Master v hutním provozu

Ing. Jaroslav Butor, JNS elektrotechnika s. r. o.

Společnost JNS elektrotechnika s. r. o. se zabývá průmyslovou automatizací již jedenáct let. Během tohoto období jsme realizovali množství aplikací v oblasti automatizace výrobních procesů. Rozhodli jsme se proto přiblížit některá naše technická řešení širší odborné veřejnosti prostřednictvím série článků, které budou postupně publikovány v časopisech AUTOMA a ELEKTRO.

Obr. 1.

Řada stejnosměrných měničů Simoreg DC Master (obr. 1) je moderním digitálním pohonářským produktem firmy Siemens, který svou aplikační variabilitou a výkonností umožňuje pokrýt široký sortiment zákaznických potřeb všech odvětví průmyslu.

Měnič Siemens Simoreg DC Master řady 6RA70 představuje stejnosměrné měniče v jednokvadrantovém (1Q) nebo čtyřkvadrantovém (4Q) zapojení pro trojfázové vstupní jmenovité napájecí napětí od 400 do 830 V AC a proudy od 15 do 2 000 A. Paralelním řazením stejných měničů lze dále zvětšovat výstupní stejnosměrný proud sestavy. Výhody měničů Simoreg DC Master jsou zejména tyto:

  • kompletní a uživatelsky rozsáhlá programově přístupná základní regulační struktura pro regulaci stejnosměrného pohonu, obsahující obvody variantního generování žádané hodnoty, zpětnovazební smyčky pro regulaci otáček, kotevního proudu, budicího proudu a EMS (ems – elektromotorická síla, napětí kotvy motoru, indukované ve vinutí rotoru jeho pohybem v magnetickém poli buzení motoru), obvody momentového a proudového omezení, diagnostiku,

  • rozsáhlá stavebnice přídavných řídicích modulů a karet (options) – zejména rozšířující moduly pro čidla a sběr signálů (interface) komunikační karty a volně programovatelné jednotky pro rozsáhlejší technologické aplikace ve třech úrovních vybavení I/O a výkonnosti procesoru,

  • velmi rozsáhlý sortiment volně programovatelných procesních a logických softwarových (SW) bloků nad základní strukturou měniče, umožňující ve stejném hardwaru (HW) vytvářet nadstavbové technologické regulační smyčky a logická schémata podle potřeb aplikace, a to bez nároku na další HW,

  • integrovaný HW a SW pro omezený digitální záznam procesních dat, umožňující pomocí podpůrného programu (Drive Monitor) zobrazit v grafickém režimu regulační průběhy formou digitálního osciloskopu na obrazovce PC, včetně základních ovládacích a měřicích možností takového osciloskopu, jako je např. pretrigger, kurzory, grafická prezentace křivek, tisk, ukládání do souboru atd.

Možnosti HW i SW této stavebnice dovolují realizovat jakékoliv pohony, od jednoduchých po nejsložitější. Samozřejmostí je programovací a servisní podpora SW pomocí PC a programu Siemens Drive Monitor.

Obr. 2. Obr. 3.

Možnosti stejnosměrných měničů řady Simoreg DC Master 6RA70 představíme na dvou následujících aplikacích v hutních provozech.

První aplikace se týká generální opravy pohonů válcovací stolice Kvarto II válcovny plechů za studena ve společnosti Válcovny plechu, a. s. (obr. 2). Typová řada měničů 6RA70 dokázala pokrýt celou potřebu nového napájení stávajících stejnosměrných motorů pro válcovny (Škoda) od úrovně napětí 220 až 800 V a pro proudy až do 2 000 A. Mezi zajímavosti této aplikace patří např. konfigurace měničů pro hlavní pohon stolice, skládající se ze dvou dvoumotorů s celkovým výkonem 4 × 960 kW (obr. 3), napájených a regulovaných sestavou osmi měničů typu 6RA70. Dvoumotor horního válce je napájen dvojicí měničů 4Q 3 × 830 V AC/1 900 A DC, v systému proudového master-slave; dvoumotor dolního válce je zapojen obdobně. Dolní válec je otáčkově řídicí (master), horní válec je otáčkově řízený (slave). Sestavu čtyř kotevních měničů doplňují čtyři měniče 1Q 3 × 400 V AC/60 A DC pro napájení jednotlivých buzení (obr. 4). U obou navíječek je použito sériové zapojení kotev dvou stejnosměrných motorů pracujících do společné mechanické zátěže. Měnič se vstupním napětím 3 × 800 V AC tak napájí oba motory, každý s parametry 750 kW/400 V.

Obr. 4.

Problém zajištění vhodných zdrojů napětí 3 × 800 V AC, 50 Hz pro hlavní pohony byl vyřešen úpravou stávajících transformátorů na zapojení sekundárních vinutí dvou transformátorů do série pro dosažení uvedeného napětí. Tím byl vyřešen časový požadavek z hlediska termínu realizace opravy a bylo dosaženo značných finančních úspor.

Zvláštností této aplikace také bylo řešení silových i ovládacích návazností na obvody stávajícího bezpečnostního stejnosměrného odporového brzdění, které zákazník požadoval zachovat.

Uvedená aplikace měničů Simoreg využívá velkou část HW a SW options stavebnice měniče, včetně technologických karet T300 s aplikačním SW pro úlohy navíječky a úhlové synchronizace a včetně komunikací standardu Profibus s nadřazenými řídicími systémy Simatic a Simadyn, rovněž firmy Siemens.

Další zajímavou hutní aplikací je náhrada zastaralého neregulovaného usměrňovače a opotřebovaného odporového spouštění a zastavování stejnosměrného motoru 1,84 MW/530 V u hlavního pohonu poutní stolice tratě Velký Mannesmann ve válcovně trub v Ostravě–Vítkovicích (obr. 5). Díky možnostem typové řady měničů 6RA70 bylo možné realizovat aplikační sestavu napájecího měniče s výstupem 530 V DC/3 000 A ve dvanáctipulsním zapojení a využívající sestavu tří měničů 6RA70, včetně nového napájecího třívinuťového transformátoru 2,3 MVA Siemens Geafol. Napájení kotevního obvodu zajišťují dva měniče 1Q, 3 × 575 V AC/1 600 A DC, zapojené proudově jako master-slave, a jeden měnič 4Q 3 × 575 V AC/60 A DC pro obvod buzení. Bylo nutné vyřešit napájení kompaundního elektromotoru Siemens z počátku dvacátého století s integrovaným velkým setrvačníkem na hřídeli o hmotnosti 65t a průměru 8m (obr. 6 – vlastní setrvačník, v pozadí za motorem, není vzhledem k jeho velikosti vidět), včetně vhodného způsobu brzdění pohonu. Toto bylo z cenových důvodů realizováno čtyřkvadrantovým provedením měničové sestavy s reverzací v buzení.

Kompaudní stejnosměrný motor byl původně napájen z neregulovaného stejnosměrného zdroje 530 V. K rozběhu a zastavování motoru byl využit olejem chlazený odporník a přepínač jeho odporových stupňů, rovněž originální výrobky Siemens. Správná reakce pohonu na mechanické přetížení byla zajištěna přibuzováním motoru sériovým kompaudním vinutím s následným poklesem otáček. Jednoduchost napájecích obvodů a dožívající stav elektrického zařízení pohonu dovolovaly v reálném provozu dosáhnout otáček maximálně asi 70 min–1. Nutnost nahradit dožívající a poruchový odporový spouštěč i neregulovaný napájecí usměrňovač motoru vedly k instalování moderních stejnosměrných měničů Siemens, které umožňují provoz s otáčkami až 80 min–1 (maximální konstrukční rychlost motoru včetně setrvačníku), s lepší stabilitou otáček při válcování a s rekuperací do napájecí sítě při brzdění.

Obr. 5. Obr. 6.

Naprosto specifický charakter mechanického zatěžování pohonu válcovacími rázy s přihlédnutím k setrvačníku pohonu a sériovému vinutí v kotvě motoru kladou velké nároky na seřízení regulace pohonu i na kvalitu použitých prvků nacházejících se ve fyzické blízkosti pohonu, s důrazem na odolnost proti mechanickým otřesům.

Velké možnosti volně programovatelných bloků SW měničů této řady, které jsou velmi výhodné právě pro technologické regulační a řídicí nadstavby nad základní regulační strukturou měniče, dovolily vytvořit specifickou aplikaci umožňující při nižší ceně měničové sestavy s reverzací v buzení zajistit rychlé zpomalení či zastavení motoru s tímto setrvačníkem.

Díky možnostem sériového komunikačního propojení zvaného peer-to-peer bylo možné všechny tři měniče propojit „do kruhu„ v jeden výkonný regulační, řídicí a diagnostický systém aplikační měničové sestavy dvanáctipulsního výkonového usměrňovače 530 V/3 000 A DC bez nutnosti použít PLC.

JNS elektrotechnika s. r. o.
Místecká 801
739 21 Paskov
tel.: 558 440 222, servis tel.: 558 440 244
fax: 558 440 200
e-mail: jns@jns.cz
http://www.jns.cz


Klíčová slova:

  • řídicí slovo, stavové slovo – šestnáctibitová slova, jejichž jednotlivé bity mají individuální význam; šestnáct bitů řídicího slova zadává základní logické řídicí povely měniči (např. hodnota bitu 0. zadává měniči povel „ZAPNI„), šestnáct bitů stavového slova definuje aktuální provozní logický stav měniče (např. hodnota bitu s označením 2. hlásí „Je chod měniče„),

  • přídavný rozšiřující modul (option) – přídavná karta (objednávaná navíc za příplatek), napojitelná většinou na vnitřní sběrnici základní řídicí karty měniče, včetně výměny dat se základní kartou a umožňující buď rozšířit vstupy a výstupy systému nebo v některých případech naprogramovat specifické technologické programové funkce pohonu (v těchto případech mají karty samostatný procesor),

  • pretrigger – režim zastavení záznamu průběžného měření regulovaných signálů pohonu v paměti měniče tak, že lze zobrazit i křivky průběhů těchto signálů i před dosažením zastavovací události (podmínky); obdoba je pretrigger u digitálních osciloskopů,

  • stolice kvarto – válcovací stolice využívající pro válcování celkem čtyři válce (dva opěrné a dva hnané pracovní),

  • režim master-slave – režim funkce dvou pohonů svázaných určitým způsobem (většinou mechanickou vazbou), kdy jeden motor a měnič jsou vedoucí (master) a druhý motor a měnič jsou podřízené (slave) a řídí se povely nadřazeného řídicího (master) pohonu,

  • peer-to-peer – jednoduchá sériová komunikace mezi digitálními měniči, používající se zejména na předávání regulačních signálů mezi měniči (např. měnič master zasílá telegramem žádost o kotevní proud v digitální formě do měniče slave),

  • sběr signálů – všechny vstupní i výstupní obvody (analogové i binární) řídicích karet měničů mohou být v případě propojení měničů sériovou linkou vyšší úrovně na nadřazený řídicí systém (ŘS) využity současně jako periferní sběrné stanice distribuovaného ŘS, většinou na bázi PLC (Programmable Logic Controler – programovatelný automat), takže řídicí obvody měničů se stávají nedílnou součástí distribuovaného (prostorově „rozloženého“) řídicího systému.