Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 11/2016 vyšlo tiskem
7. 11. 2016. V elektronické verzi na webu od 1. 12. 2016. 

Téma: Rozváděče a rozváděčová technika; Točivé stroje a výkonová elektronika

Hlavní článek
Lithiové trakční akumulátory pro elektromobilitu

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

Sinamics – standard i speciality společnosti Siemens pro řízení pohonů

Ing. Petr Boček, Siemens, s. r. o.
 
Siemens nabízí produktovou skupinu Sinamics, která pokrývá celé výkonové a funkční spektrum frekvenčních i stejnosměrných měničů. Přitom klade důraz na flexibilitu, roz­manitost funkcí a efektivitu návrhu pohonu a jeho uvádění do provozu. Sinamics nastavu­je nové standardy v technice pohonů a nabízí mnoho výhod, z nichž profitují zákazníci jak ve strojních aplikacích, tak i v investičních celcích od techniky budov až po náročné řízení výrobních procesů. Kromě standardizace je výrazným znakem produktové skupiny Sina­mics také doplnění speciálními měniči s jedinečnými funkcemi.
 
Od základního řízení pohonu s jedním motorem, přes koordinované pohony až po víceosé pohony a dynamicky náročné apli­kace řízení polohy (obr. 1). Cenově výhodná rekuperace či plnohodnotný čtyřkvadranto­vý provoz. Nejširší nabídka bezpečnostních funkcí. To vše je Sinamics. V zásadě lze ce­lou produktovou skupinu rozdělit na dvě vel­ké podskupiny s označením Sinamics Sxxx (Special) pro energeticky či dynamicky ná­ročné aplikace a Sinamics Gxxx (General) pro základní aplikace.
 
Kromě nízkonapěťových frekvenčních mě­ničů patří do produktové skupiny Sinamics i vysokonapěťové frekvenční měniče GM150, GL150 a SM150 a dále nabídku ve vysokém napětí doplňuje řada měničů Robicon Perfect Harmony.
 

Minimalizace nákladů a inovační koncepce

 
Ať již pro jednoosé či víceosé aplikace, jednoduchou regulaci rychlosti pohonu v ote­vřené smyčce či zpětnovazební servořízení s velkou dynamickou odezvou: pro celkové snížení nákladů při návrhu, realizaci a pro­vozu regulovaného pohonu nabízí Sinamics díky své modularitě právě žádané funkce a komponenty, přičemž nezatěžuje uživatele nepotřebnými funkcemi a díly. Díky jednot­nosti koncepce celé produktové skupiny se i obsluha a servis daného na míru šitého ře­šení vyznačuje výrazným snížením nákladů na školení personálu a cenu pohotovostních náhradních dílů.
 
Jak pro malé, tak i pro rozsáhlé aplikace platí, že díky moderní elektronice a promyš­lené architektuře měničů je možné např. kon­cipovat pohony jako distribuované jednotky mimo hlavní rozváděče. Moderní součástková základna, větší koncentrace výkonu, a to jak energetického, tak i výpočetního, na menší plo­še polovodiče dává šance na zmenšení rozměrů frekvenčních měničů a souvisejícího chlazení.
 

Standardizace

 
Jednotlivé řady a varianty měničů produkto­vé skupiny Sinamics jsou založeny na společ­né hardwarové i softwarové platformě. Funk­ce, jako řízení pohonu, interface pro uživatele, diagnostika a komunikace s nadřazeným sys­témem, jsou implementovány v různých měni­čích shodným způsobem, čímž se redukuje in­vestice do zaučení obsluhy a údržby a snižuje se počet nezbytných náhradních dílů.
 
Sinamics je navržen pro různé napěťové hladiny, čímž umožňuje použití kdekoliv na světě. Celá produktová skupina je také cer­tifikována podle příslušných mezinárodních norem a předpisů, odpadá tak nutnost recer­tifikace u aplikací určených na export. Snad­něji a levněji se vykonává i servis, dodávka náhradních dílů a technická podpora autori­zovanými středisky Siemens po celém světě.
 

Safety Integrated

 
Sinamics poskytuje širokou škálu certifi­kovaných bezpečnostních funkcí pro zvýšení ochrany osob a zařízení. Tyto funkce vyža­duje praxe řízení strojů, neboť podstatně zvy­šují jejich flexibilitu, snižují prostoje výroby a zvyšují přehlednost instalace jejich elektric­kého vybavení. Všechny bezpečnostní funk­ce jsou certifikovány podle mezinárodních norem (IEC 61508, EN 954-1, ISO 13849-1, popř. IEC 620161).
 

Začlenění do světa TIA

 
Moderním trendem podporujícím motto společnosti Siemens ve světě automatizač­ní techniky, totiž koncepce Plně integrova­né automatizace (TIA – Totally Integrated Automation), je propojení měničů jednou výkonnou komunikační sběrnicí. Řada Si­namics – s výjimkou nejmenšího zástupce, jenž je záměrně koncipován s orientací na nejnižší cenu – podporuje v celé šíři napo­jení na Profinet či Profibus. Důležitá je in­tegrace s řídicími systémy na jedné straně a výkonnými prvky – motory – na straně druhé (obr. 2).
 
Dalším z axiomů TIA je jednotný mana­gement dat v rámci automatizovaného zaří­zení. Sinamics je v tomto smyslu prostřední­kem přenosu údajů mezi motorem se snímači a nadřazenou úrovní řízení. Např. ve strojních aplikacích se servomotory se navíc využívá přenos údajů mezi motory, měniči a snímači pomocí komunikační sběrnice, což umožňu­je výrazně efektivnější sběr dat než jednotli­vé analogové přenosy údajů.
 
Frekvenční měniče Sinamics mohou být i přímo hardwarově integrovány v řídicích systémech tím, že řídicí jednotka měniče je součástí řídicího systému. Univerzální PLC Simatic se propojují s měniči Sinamics uve­denými otevřenými průmyslovými sítěmi a data se přenášejí systémovými funkcemi. Pro rychlou výměnu informací mezi měni­či navzájem za účelem koordinace pohonů je na sběrnici Profinet či Profibus k dispo­zici přímá komunikace mezi měniči bez vli­vu délky operačního cyklu nadřazeného ří­dicího systému.
 
Vedle integrace hardwaru přináší mnoho výhod i integrace vývojového softwaru Sima­tic Step 7 s modulem Drive ES, který nabí­zí rozšířené funkce pro řízení a diagnostiku měničů Sinamics, umožňuje ukládání para­metrů a údajů o nastavení měniče do stejné­ho adresáře, kde je program PLC, a poskytu­je vzdálenou diagnostiku, je-li centrální PLC připojeno k internetu nebo je vybaveno prv­ky Teleservice.
 
Komplexní vývojové prostředí Simotion Scout má v sobě integrován nástroj Starter se všemi jeho funkcemi. Systémové knihov­ny pro ovládání pohonů jsou v něm samo­zřejmostí. Stejně tak Sinumerik SinuCom NC je plně integrován se všemi prostřed­ky pro parametrizaci a diagnostiku podří­zených pohonů.
 

Software Sizer pro návrh pohonů

 
Jedním ze základních rysů produktové skupiny Sinamics je vysoký stupeň standar­dizace inženýrinku.
 
Sizer provází kompletní návrh regulova­ného pohonu s frekvenčními měniči Sina­mics a poskytuje charakteristiky, technické specifikace, montážní a rozměrové výkresy a dále kompletní soupisku potřebného mate­riálu a jeho objednací údaje.
 
Pro nové uživatele je připraven průvodce návrhem pohonu. Software Sizer průběžně kontroluje správnou konfiguraci a varuje před nefunkčními kombinacemi prvků. V každém kroku je k dispozici obsáhlá nápověda, kde je nabídka či volba v daném kroku vysvětlena i s příslušnými fyzikálně-technickými odů­vodněními a závislostmi.
 
Software Sizer je díky uvedeným vlast­nostem vhodný i pro zkušené pohonáře, kteří by jinak návrh pohonu bez problému zvládli výpočtem na papíře. Jeho používání je zdar­ma a výstup z něj je, za předpokladu pou­žití aktuální verze, zárukou bezproblémové kompatibility jednotlivých součástí regulo­vaného pohonu. Sizer je k dispozici v an­gličtině a němčině. Aktuální verzi softwa­ru uživatel vždy najde na webových strán­kách Siemens.
 

Software Starter pro uvádění do provozu

Software Starter poskytuje podporu pro nastavení parametrů měničů, včetně jejich grafické prezentace. Součástí je též funkce importu štítkových dat z motorů a natažení aktuální konfigurace podle skutečného sta­vu hardwaru.
 
Integrované testovací funkce podporu­jí optimální nastavení pohonů a grafická znázornění průběhů veličin umožňují jed­noznačnou diagnostiku a rychlou orienta­ci uživatele. V režimu, kdy je pohon od­pojen od řízení nadřazeným řídicím systé­mem, má uživatel za předpokladu nastavení určitých oprávnění možnost jej ovládat na vlastní zodpovědnost podle potřeby, a od­halit tak stavy, k nimž v automatickém pro­vozu dochází pouze sporadicky. Starter je k dispozici v angličtině, němčině, francouz­štině a italštině.
 
Potud vlastnosti sjednocující celou produk­tovou skupinu Sinamics.
 
Dále jsou zmíněny tři speciální řady měničů, které do skupiny buď patří, nebo ji dlouho­době doplňují, v každém případě však při­nášejí speciální aplikační možnosti a vymy­kají se standardům běžně a plošně nabíze­ným na trhu:
  • Robicon Perfect Harmony,
  • Sinamics DC Master,
  • distribuované měniče.

Robicon Perfect Harmony – specialista pro pohony s napětím 6 kV

 
Produktovou skupinu Sinamics doplňu­je v oblasti vysokého napětí řada měničů (obr. 3) určených pro jednoduché aplikace s jednoduchou instalací a přísnými požadav­ky na provozní spolehlivost, účinnost a malé zkreslení napájecí sítě. Měniče pracují na bázi nízkonapěťových buněk (IGBT) a multipulzní šířkové modulace (Multi-level PWM). Díky této technologii lze dosáhnout nejčastěji po­užívaného napětí motoru 6 kV bez jakýchko­liv přídavných zařízení.
 
Měniče se dodávají do 13,8 kV výstupního napětí. Jsou kon­struovány jako komplety, včet­ně vstupního transformátoru, což umožňuje velmi snadnou instalaci a minimalizuje nároky na zastavěnou plochu. Na vý­stupu mají sinusový tvar prou­du a napětí i bez použití pří­davného filtru, šetří se tak další místo i finance potřebné k in­vestici. Díky technologii mě­niče může mít kabeláž k mo­toru téměř neomezenou délku. Rovněž je možné tento měnič použít pro staré motory a nové motory specifikované pro sí­ťové napájení bez jakýchkoliv omezení nebo dopadů na izo­laci či oteplení motoru.
 
Velmi malé je také zkresle­ní odebíraného proudu a napětí, kterého je dosaženo díky osm­nácti- až šestatřicetipulznímu zapojení vstupního usměrňo­vače, tedy opět bez dalších přídavných prvků. Unikátní patentovaná konstrukce mě­niče umožňuje provoz i při výpadku výkonového prvku – ten je asi do 450 ms by-passo­ván – lze tak pokračovat v pro­vozu bez přerušení procesu.
 
Typické aplikace:
  • úspory energie u pohonů čerpadel, ventilátorů a tur­bokompresorů,
  • použití měničů do nových aplikací i dodatečné vyba­vení starých motorů měniči,
  • mlýny, extrudéry a doprav­níky.
Hlavní výhody:
  • možnost použití se starými motory 6 kV, S. F. 1.0 určenými pro síťový provoz – bez úprav a bez následného rizika poškození vinutí nebo zvýšeného oteplení motoru,
  • velká účinnost a konstantní účiník v celém rozsahu regulace, malé harmonické zkres­lení,
  • možnost by-passu a zálohy výkonových dílů = výrazné navýšení provozní spolehlivosti,
  • redundantní ventilátory a elektronika pro další zvýšení provozní spolehlivosti.

Sinamics DC Master – variabilní systém pro stejnosměrné aplikace

 
Sinamics DC Master (obr. 4) je novou ge­nerací stejnosměrných měničů. Spojuje vý­hody svého předchůdce – měniče Simoreg DC Master s výhodami a novými funkcemi řady Sinamics.
 
Řada měničů Sinamics DC Master tvo­ří velmi variabilní systém pro pohony jed­noduché i náročné. Pro běžné řízení v uza­vřené smyčce jsou vybaveny standardní řídi­cí jednotkou (Standard CUD). Pro aplikace vyžadující velký výpočetní výkon nebo po­užití rozšiřujících rozhraní lze systém dopl­nit o rozšířenou řídicí jednotku (Advanced CUD). Napájení je možné v rozsahu napětí 230 až 950 V (3 AC), ve speciálním prove­dení i jednofázově a pro napětí již od 10 V. Měniče se vyrábějí s budicím můstkem jedno- nebo dvoukvadrantovým, popř. úsporně bez budicího můstku. Jednotlivé měniče je možné řadit až šestkrát paralelně, popř. zapojit dva­náctipulzně nebo redundantně.
 
Stejnosměrné měniče řady Sinamics DC Master kombinují řídicí část a výkonový modul v jednom zařízení, a proto vynika­jí svými kompaktními rozměry, díky nimž jsou kompatibilní i s předchozími modely. Přístroje do 125 A jsou vyvinuty v provede­ní bez ventilátoru, čímž se zvyšuje provozní spolehlivost a snižují se nároky na údržbu. Sinamics DC Master dále vyniká schopnos­tí velké přetížitelnosti, velkou účinností a ti­chým provozem.
 
Řada měničů Sinamics DC Master zahrnuje:
  • vestavný DC měnič pro proudy 15 až 3 000 A, 230 až 950 V,
  • Control Module (CM) určený pro moder­nizaci stávajících zařízení a systémů,
  • skříňové měniče pro jmenovité proudy 3 600 až 5 500 A (v přípravě).
Pro lokální ovládání lze použít víceřádko­vý komfortní grafický, do češtiny přeložený ovládací panel AOP30 či základní numeric­ký ovládací panel BOP. Rozhraní řídicích de­sek CUD a počty digitálních vstupů/výstupů mohou být rozšířeny využitím doplňkových modulů, jako jsou např. TM15 a TM31. Ko­munikace mezi těmito moduly je zajištěna rozhraním Drive CLiQ. Pro komunikaci s ří­dicími systémy vyšší úrovně lze použít stan­dardní konfiguraci s komunikačním rozhra­ním Profibus DP nebo měnič rozšířit o roz­hraní Profinet kartou CBC20.
 
Pomocí Drive Control Charts (DCC) je možné naprogramovat klasické zpětnova­zební řízení. Navíc lze související řídicí úlohy v otevřené/uzavřené smyčce integro­vat přímo do samotného pohonu. Výhodou je zajištění velké flexibility a optimálního přizpůsobení požadavkům na pohon a jeho automatizaci.
 
Typické aplikace:
  • válcovny: válcovací stolice, letmé nůžky, navíječky,
  • papírenské stroje,
  • tiskařské stroje,
  • extrudéry a odstředivky,
  • jeřáby.
Hlavní výhody:
  • kompaktní rozměry kompatibilní se star­šími řadami,
  • dvou- a čtyřkvadrantové provedení, velká přetížitelnost,
  • bezventilátorové provedení do 125 A,
  • tichý provoz, velká účinnost,
  • možnost redundantní konfigurace,
  • volné programování pomocí DCC.

Distribuované pohony, Sinamics G110D

 
Nový frekvenční měnič s vysokým stup­něm krytí IP65, Sinamics G110D (obr. 5), je po měniči Sinamics G120D, oceněném zla­tou medailí MSV 2007, dalším příspěvkem společnosti Siemens k modernímu, a pře­devším flexibilnímu řešení distribuovaných pohonů. Do této skupiny se řadí kromě zmí­něných dvou zástupců z moderní produkto­vé skupiny Sinamics také starší osvědčené produkty, jako jsou měnič do decentrální pe­riferie ET 200S-FC či dvě starší produkto­vé řady – měnič Combimaster CM411 pro montáž na svorkovnici motoru a kompakt­ní servomotor Simodrive Posmo s měničem a převodovkou. Základní podmínkou úspěš­ného použití těchto zařízení je redukce kabe­láže k více pohonům jen na společný silový přívod a ovládání po společné komunikační sběrnici. Sinamics G110 však jde ve výbavě právě pro jednoduché pohony dále a flexibi­litu dopravníkových pohonů zvyšuje ve pro­spěch jejich výrobce i uživatele.
 
Zatímco měnič Sinamics G120D je určen pro náročnější aplikace především v auto­mobilovém průmyslu, a to typicky s využi­tím rekuperace či integrovaných bezpečnost­ních funkcí, měnič Sinamics G110D je navr­žen pro řízení jednoduchých pohonů, čemuž je přizpůsobena i cena těchto měničů na prů­měrné úrovni kolem 70 % ceny odpovídají­cích měničů Sinamics G120D. S ohledem na cenu byla též pro komunikaci místo sběrni­ce Profibus či Profinet (Sinamics G120) nově zvolena sběrnice AS-Interface, tedy otevřená sběrnice s velkou odolností proti elektromag­netickému rušení, poskytující pohodlí dato­vého přenosu spolu s napájením elektroniky měničů a dalších komunikujících zařízení po jedné dvoulince nebo při větším odběru po dvou dvoulinkách. Komunikace prostřednic­tvím AS-Interface dává možnost ovládání, ale také předávání stavových informací do nad­řazeného řídicího systému.
 
Dalšími specifickými elektrickými para­metry je integrace odrušovacího filtru třídy A a brzdného střídače určeného pro spolupráci s moduly brzdných odporníků, provedených stejně jako samotný měnič ve vysokém stupni krytí. Integrováno je i řízení mechanické brzdy. Vodiče k ní, stejně jako silové přívody motoru i signály z čidel teploty motoru, jsou zakonče­ny jedním společným konektorem podle nor­my ISO 23570. Druhý, již jednodušší standar­dizovaný konektor, je použit na síťovém vstupu měniče pro přívod silového napájení. Vstupy a výstupy měniče stejně jako rozhraní AS-In­terface jsou připojeny konektory M12. Stejně jako Sinamics G120D se i Sinamics G110D vyznačuje jednotným půdory­sem a vrtacím schématem pro instalaci měniče, a to v celé řadě výkonů 0,75 až 7,5 kW. Podle výkonů se tedy mění pouze hloubka měniče.
 
Frekvenční měnič Sina­mics G110D navíc v souladu s oblastí svého využití umož­ňuje místní ovládání – klasic­ký otočný vypínač přívodu si­lového napájení s možností zabezpečení proti zapnutí po­užitím visacích zámků, jež si mohou zavěsit technici aktu­álně pracující na dané pohá­něné sekci. Dále je k dispozi­ci zamykatelný spínač ruční­ho řízení měniče pomocí tlačítek pro lokální ovládání pohonu. Oba zmíněné spínače jsou při příslušné výbavě měniče umístěny přímo na jeho těle. Z důvodu ceny měniče však exis­tuje i varianta bez možnosti lokálního ovlá­dání (obr. 6). Měnič je vestavěn v odolném, převážně hliníkovém pouzdru s chlazením žebry podle výkonu bez ventilátoru či s ven­tilátorem, což umožňuje značnou variabilitu montážních poloh měničů, včetně těsné mon­táže měničů vedle sebe.
 
Volitelným příslušenstvím je dále karta MMC s držákem k instalaci dovnitř měniče umožňující rychlou parametrizaci nově insta­lovaného přístroje či stažení konfigurace z bě­žícího měniče – to vše bez nutnosti použití po­čítače. K inteligentnímu operátorskému pane­lu (IOP) v provedení handheld či k PC se lze připojit přes integrované optické rozhraní. IOP (obr. 7) je určen k intuitivní parametrizaci mě­ničů použitím průvodců pro nastavení podle charakteru pohonů s možností grafického sle­dování veličin, použití integrované nápovědy a dalších pokročilých funkcí. K ovládání a na­stavování měničů pomocí počítače se používá jednotný software Starter pro celou produkto­vou skupinu Sinamics. Rovněž pro návrh po­honu je určen jednotný software Sizer.
 
Souběžně s frekvenčním měničem Sina­mics G110D je na trh uváděn produkt s po­dobným těžištěm použití, a to motorový spouštěč Sirius M200D (obr. 8). Analogii lze nalézt především ve vlastnostech přizpů­sobených filozofii distribuovaných pohonů. Jde především o řízení prostřednictvím sběr­nice AS-Interface, vysoký stupeň krytí, při­pojení motoru, silové sítě i vstupů/výstupů stejnými standardizovanými konektory jako u Sinamics G110D. Volitelně je k dispozici opět vypínač silového napájení a uzamykatel­ný přepínač provozu s lokálním či dálkovým ovládáním a k tomu provedení bez reverza­ce či s reverzací a varianty s polovodičovými nebo kontaktními stykači. Veškeré diagnostic­ké údaje o ovládaném pohonu se, stejně jako u měniče Sinamics G110D, i u motorového spouštěče Sirius M200D přenášejí do nad­řazeného řídicího systému prostřednictvím sběrnice AS-Interface.
 

Závěr

 
Produktová skupina Sinamics přesvědču­je uživatele sjednocením základních vlast­ností, na něž se lze spolehnout, komplet­ností nabídky z výkonového i funkčního hlediska a také integrací ve směru k řídicím systémům i k regulovaným pohonům. Pří­stup k řešení pohonů spočívající především v jednotnosti inženýrinku je s výjimkou vy­sokonapěťových měničů Robicon v oblasti regulovaných pohonů jedinečný a současně speciality v nabídce Sinamics odlišují na­bídku společnosti Siemens v oblasti poho­nů od konkurentů.
 
 
Obr. 1. Kompletní produktová skupina Sinamics
Obr. 2. Začlenění do světa TIA
Obr. 3. Robicon Perfect Harmony
Obr. 4. Sinamics DC Master
Obr. 5. Sinamics G110D
Obr. 6. Varianta měniče bez místního ovládání a s odkrytým slotem pro paměťovou kartu
Obr. 7. Inteligentní operátorský panel (IOP)
Obr. 8. Varianty motorového spouštěče Sirius M200D