Regulované pohony s měniči frekvence ABB vzdálené tisíce kilometrů

Ing. Daniel Borkovec, jednatel společnosti BSW, spol. s r. o.

Ing. Naděžda Pavelková, produktová a marketingová manažerka ABB s. r. o.

 

 

Společnost BSW, spol. s r. o., se od sa­mého vzniku před více než deseti lety zabý­vá komplexní dodávkou průmyslových řídi­cích systémů (PLC – Programmable Logic Controller), jejich vizualizací, měřením a re­gulací a elektrickými pohony. Konečná do­dávka zahrnuje vypracování studie, technic­kou dokumentaci, řídicí, popř. vizualizační software, výrobu, montáž, uvedení do pro­vozu a následné poskytování servisu. Velký objem zakázek směřuje do oblasti tepelných izolací, a to kamenné (minerální) a skleněné vlny či polystyrenu.

 

Společnost realizovala řízení nové linky na výrobu desek z kamenné vlny (obr. 1), kte­rá se vyrábí tavením čediče na lávu v kupu­lové peci s teplotou vyšší než 1 200 °C. Láva natéká na rotující kotouče, které ji pomocí ventilátoru rozvlákní na jemnou vatu; tato se dále nafoukává na velký rotující buben s dí­rami, ve kterém se udržuje konstantní pod­tlak. Tento podtlak vatu zachycuje a udržuje na bubnu. Odtud se pak již spojitý koberec vaty dostává na dopravní systém a dvěma ký­vajícími dopravníky (tzv. pendlem) je přepra­vena na sekundární dopravní systém. Zde do­chází k dalšímu nahuštění více vrstev koberce na sebe, k mechanickému stlačení (kompre­si) a následnému vysušení v polymerizační komoře (vata v sobě totiž obsahuje vodu), ochlazení a k mechanickému dělení jak po­délnému, tak příčnému (na požadovanou dél­ku). Rovněž pro snížení rychlosti výrobní lin­ky je možné dělení horizontální, tj. že se např. vyrobí koberec výšky 10 cm, který se hori­zontálně rozřezává na dva koberce s výškou 5 cm. Takto již nařezané desky se v manipu­lačním zařízení nastohují do balíků a zaba­lí do polyetylénové fólie v balicím zařízení.

 

Právě v souvislosti s touto linkou byla společnost postavena před rozhodnutí, zda použít pro řízení podtlaku bubnu dvěma ven­tilátory vzduchové klapky a jejich spouštění zajišťovat dvěma softstartéry, jak to navrho­val zákazník, který s tímto řešením měl zku­šenost u předchozí starší linky.

 

V tomto případě by však byla použita ztrá­tová, tudíž neefektivní regulace. Proto byl zá­kazníkovi předložen návrh regulace měniči frekvence, kde jsou vstupní náklady sice vyš­ší, ale provoz je efektivní. Měniče frekvence navíc mají náběhovou rampu výhodnější než softstartér. Mohou rozbíhat motor déle, čímž se zároveň šetří mechanická část, a provozo­vatel se tak vyhne proudovým špičkám a vel­kému krátkodobému odběru, jehož důsledkem mohou být i vysoké pokuty u dodavatele elek­trické energie. Navíc byla zákazníkovi vypra­cována kalkulace, podle které vyšla návratnost investice asi za jeden rok. Pro její výpočet byl použit program FanSave firmy ABB (obr. 2), který po zadání vstupních parametrů porovnává úspory, které vzniknou použitím regulace mě­niči frekvence místo klasického způsobu regu­lace – v tomto případě klapkou. Zároveň byla vyčíslena návratnost investice a redukce CO₂. Motory ventilátorů mají výkon 200 kW (obr. 3).

 

Jako vhodný typ měniče frekvence byl zvolen přístroj ACS 800 od společnosti ABB (obr. 4), a to zejména pro jeho vysokou úroveň kva­lity a spolehlivosti, přimě­řenou cenu a celosvětový servis. Další jeho přednos­tí je princip řízení, který je použit u tohoto typu měni­če. Jde o unikátní systém přímého řízení momentu DTC (Direct Torque Con­trol). DTC nabízí extrém­ně rychlou momentovou odezvu (pod 2 ms) a velmi rychlou reverzaci. Moment vykazuje značnou lineari­tu v celém rozsahu otáček, včetně nulových. Přesnost otáček je velmi dobrá v ce­lém otáčkovém rozsahu, a to i bez nutnosti po­užít zpětnovazební čidlo otáček. Při použití čidla otáček se pohon rovná pohonu stejno­směrnému (statická chyba otáček je 0,01 %), a splňuje tak maximální požadavky jak na dynamiku, tak přesnost. Dalšími přednostmi DTC jsou možnost překlenutí krátkodobých výpadků napájecího napětí, letmý start, potla­čení momentových rázů, snížení hladiny hlu­ku, optimalizace magnetického toku moto­ru, brzdění tokem, disponibilita maximálního momentu i v nulových otáčkách. Všechny tyto přednosti byly ověřeny v mnoha aplikacích ve všech průmyslových odvětvích.

 

Měniče jsou řízeny přes Profibus DP s vy­užitím standardních bloků společnosti BSW (obr. 5), které umožňují snímat veškerá data měniče, včetně hlášení případné chyby. Toto je velká výhoda zejména v tomto případě, je-li využívána dálková správa přes internet, protože linka je vzdálena tisíce kilometrů a je vyžadován velmi rychlý servis. Při případ­ném hodinovém zastavení linky jde o velké finanční ztráty. Výhodou tohoto řešení je rov­něž snížení hlučnosti motorů i jejich prodlou­žená životnost, protože motory běží na men­ších, nikoliv nominálních hodnotách.

 

Dálkový servis je možný také přes tele­fonní linku; zde je ovšem nevýhodou malá rychlost. S výhodou lze v současné době po­užít dobře rozvinutou technologii internetu, kterou ve svých aplikacích využívá společ­nost BSW. Nezbytností však je řešení říze­ní tak, aby bylo možné přistupovat do řídicí­ho systému, k pohonům, popř. i k vizualizaci přes ethernet. Pro zachování vysoké úrovně bezpečnosti zde bylo použito připojení přes VPN (Virtual Private Network, virtuální pri­vátní síť), kterou spravuje zákazník, a tudíž si může sám určit, zda a kdy bude dálkový přístup umožněn. Tato skutečnost dále zvy­šuje bezpečnost systému a jistotu zákazníka, že do jeho zařízení nikdo nebude zasahovat bez jeho vědomí. Řídicí systém a vizualiza­ce využívá komunikaci přes ethernet, na řídi­cí systém jsou potom napojeny pohony s mě­niči frekvence ABB přes síť Profibus DP. Po přihlášení do VPN se připojený počítač tváří jako by byl součástí ethernetové sítě zákazní­ka, a tudíž je možné přistupovat ke všem řídi­cím systémům a pohonům, které jsou řízeny měničem frekvence ACS 800 od firmy ABB napojeným na síť Profibus DP.

 

Komunikaci zprostředkovává aplikace, popř. soubor bloků vyvinutých společnos­tí BSW, který umožňuje číst, popř. i změnit kterýkoliv parametr měniče. Toto je důleži­té zejména u parametrů, které nelze přená­šet přes slova PZD, jako jsou např. varování nebo chyby měniče. Nastane-li tedy chyba měniče, bude odesláno hlášení o této událos­ti operátorovi, a to včetně textu k vizualiza­ci. Operátor se tak může s touto chybou buď vypořádat sám, nebo následně předat ozná­mení programátorovi či technikovi pohonů dodavatelské firmy, který je připojen přes síť VPN. Ten tuto chybu diagnostikuje a navrh­ne řešení. To může vést v případě chybného měniče i k jeho výměně. Potom postačí, když zákazník pohon vymění (v ideálním případě ho má ve skladu náhradních dílů), na základě pokynů technika BSW na něm nastaví základ­ní parametry sítě Profibus DP a o vše ostatní se již postará technik pohonů: nastaví para­metry motoru, rozběhové a doběhové rampy, identifikační běh motoru apod.

 

Takto navržená a vyvinutá aplikace může ušetřit finanční prostředky jak zákazníkovi, který neztratí zisk při stojící výrobní techno­logii, tak dodavateli, který ušetří náklady na cestu k zákazníkovi.

 

Závěrem lze konstatovat, že se měniče frekvence firmy ABB osvědčily také svou spolehlivostí, takže toto řešení zákazník zpět­ně ocenil. Proto byl tento systém použit na několika dalších zakázkách takovýchto vý­robních linek např. v Rusku a v Bělorusku. Tento systém se pochopitelně dá aplikovat i na jiná zařízení podobného typu. Příkladem mohou být aplikace společnosti BSW v tep­lárnách v České republice.

 

Další informace mohou zájemci získat na internetové adrese:

http://www.abb.cz

http://www.bsw.cz

 

Obr. 1. Linka na výrobu desek z kamenné vlny

Obr. 2. Výpočet úspor s měniči frekvence v pro­gramu FanSave