Pokračujeme v díle těch,
kteří byli první.

Aktuální vydání

Číslo 6/2017 vyšlo
tiskem 7. 6. 2017. V elektronické verzi na webu od 26. 6. 2017. 

Zdůrazněné téma: Točivé el. stroje; Pohony a výkonová elektronika; Měniče frekvence; Elektromobilita

Hlavní článek
Použití programovatelných logických obvodů v elektrických pohonech
Stejnosměrné elektrické stroje s permanentními magnety

Aktuality

Startuje hlasování veřejnosti o vítězích 9. ročníku ekologické soutěže E.ON Energy Globe V Praze byly 20. 6. 2017 slavnostně představeny nominované projekty 9. ročníku prestižní…

Nejnovější monopost týmu ČVUT eForce FEE Prague Formula se představil na Václavském náměstí Dne 16. června se v dolní části Václavského náměstí prezentoval tým Fakulty…

IQRF Summit 2017 svědkem reálných IoT aplikací Akce zaměřená na reálná řešení v oblasti chytrých měst, budov, domácností, transportu,…

Konference Internet a Technologie 17 Sdružení CZ.NIC, správce české národní domény, si Vás dovoluje pozvat na již tradiční…

Alza.cz se chystá revolučně ovlivnit prodej elektromobilů Jako první e-shop je totiž zalistuje do své stálé nabídky. První upoutávkou na tento…

Projekt studentů FEL ČVUT v Praze míří na celosvětové finále Microsoft Imagine Studentský startup XGLU, zabývající se vývojem bezbateriového glukometru, vybojoval…

Více aktualit

Stroje bez PLC

číslo 7/2002

Inovace, technologie, projekty

Stroje bez PLC

Dipl. Ing. Ulrich Gude,
marketing společnosti Lenze GmbH & Co. KG, Hameln, Gross Berkel

Požadavky na specifické přizpůsobení stroje, krátké doby uvádění do provozu, kterých se dosáhne pomocí předem testovaných modulů, a minimální doby přípravy při změně výrobků nutí dnešní konstruktéry strojů k modulární decentralizované konstrukci stroje. Tzv. inteligentní regulátory pohonu zde hrají hlavní roli. Nejenže se starají o decentralizovanou přeměnu energie v jednotlivých modulech, ale také odlehčují centrální řídicí jednotku PLC tím, že přebírají řídicí funkce a speciální funkce pro vykonávání pohybů. U menších strojů může měnič zcela nahradit PLC.

Obr. 1.

Společnost Lenze nedávno představila servoměnič 9300 Servo PLC, který byl v průběhu času v mnoha strojích použit.

Měnič 9300 Servo PLC (obr. 1) je možné bez dodatečného hardwaru programovat jako PLC podle normy IEC 1131-3. Norma IEC 1131-3 se ve světě řídicích jednotek PLC prosadila jako norma programovacích jazyků. To pro uživatele znamená, že se nemusejí učit nové jazyky, ale mohou programovat ve známých jazycích.

Měnič 9300 podporuje pět jazyků určených normou:

  • seznam příkazů,
  • kontaktové schéma,
  • jazyk funkčních bloků,
  • strukturovaný text,
  • jazyk vývojových diagramů.
Obr. 2.

Dnes stejně jako dříve však nikdo neočekává, že se programátor PLC vypořádá s celou technikou pohonů. Může sáhnout po předem konfigurovaných funkcích, které už jsou známy u standardních servoměničů firmy Lenze, v nichž je již „vyregulována“ souhra mezi měničem a motorem. Ty mohou být v případě potřeby vloženy do vlastního programu PLC; tím se uspoří nákladný čas na jeho vývoj. Programátor se tak může koncentrovat na zcela specifické řídicí funkce, typické pro daný stroj (obr. 2).

Aby mohly být tyto funkce v měniči frekvence včas zpracovány, je v něm použit multitaskingový (víceúkolový) operační systém, který nyní umožňuje kromě regulace servomotoru převzít při různých dílčích úlohách (tasks) také funkci PLC. Kromě cyklických úloh může uživatel programovat i časově řízené a událostmi řízené úlohy, které reagují na změnu stavu digitálních vstupů nebo reagují na booleovské proměnné (součást matematické logiky založená na aplikaci algebraických metod na studium logických objektů – pozn. red.). S tímto systémem se 9300 Servo PLC svými funkcemi vyrovná konvenčním jednotkám PLC, a v mnoha případech je dokonce překonává.

Na příkladu zde uvedených hydraulických rázových nůžek (obr. 3) je ukázáno, že použitím 9300 Servo PLC tento systém odsouvá jiné systémy rázových nůžek do pozadí.

Obr. 3.

Princip pohonu
U hydraulických rázových nůžek je nosník nože poháněn dvěma hydraulickými válci, které jsou napájeny hydraulickým agregátem. Ten byl dosud poháněn standardním trojfázovým motorem s pevnými otáčkami 1 500 min–1 o jmenovitém výkonu 11 kW.

Hydraulické čerpadlo nové koncepce se pohání dynamickým servomotorem. Oproti konvenčnímu řešení zmíněný princip poskytuje množství výhod. Významné jsou dvě vlastnosti servomotoru: po krátkou dobu může dodávat několikanásobek jmenovitého výkonu; může dosáhnout otáček, které leží vysoko nad jmenovitými otáčkami. S využitím charakteristiky servopohonu může být hydraulické zařízení dimenzováno nově a levněji.

U rázových nůžek jsou určující dvě věci: špičkové zatížení nože při stříhání plechu a rychlost nosníku nože při zpětném pohybu. Zatížení nože je možné pokrýt několikanásobkem jmenovitého momentu servomotoru. Velká rychlost při zpětném pohybu při malé zátěži je umožněna provozem čerpadla s otáčkami vysoko nad jmenovitými otáčkami servomotoru. Proto také stačí levnější čerpadlo s relativně menším čerpacím objemem. Tak s malým čerpadlem a kompaktním servomotorem vznikne hydraulický agregát s velkou hustotou výkonu.

Redukování spotřeby energie
Protože konvenční hydraulický agregát je poháněn trvale, spotřebovává energii také při chodu naprázdno. U nového servohydraulického agregátu je možné průměrnou spotřebu energie velmi snížit, protože čerpadlo je poháněno jen tehdy, když skutečně potřebuje dodávat tlakový olej. Takto je možné – oproti konvenčním hydraulickým agregátům – uspořit ztrátový výkon asi 1,5 kW při chodu naprázdno.

Snížení hluku
K tomu, aby byl nosník nože spouštěn a zvedán, musí být hydraulický olej veden přes ventily. Protože tyto spínací pochody probíhají pod plným tlakem hydraulického oleje, vznikají tlakové špičky v hydraulickém systému, které způsobují hluk. Jestliže se použijí tzv. proporcionální ventily, je možné tento efekt vyloučit – tyto ventily jsou ale bohužel velmi drahé.

Při použití servohydraulického agregátu lze instalovat levnější ventily a spínat je při stojícím servomotoru, tedy bez tlaku. Až potom vytvoří dynamický servomotor velmi rychle potřebný tlak v hydraulickém systému, a to bez hluku.

Úspora PLC
Pro řízení systému složeného z ventilů a servomotoru je však potřebná jednotka PLC, která jednak spíná hydraulické ventily a jednak řídí servoměnič. Zde má Servo PLC oproti běžnému PLC rozhodující výhodu: tato jednotka je již integrována servoměniči. Tak je možné dosud používané jednotky PLC ušetřit, čímž je zvýšení nákladů na servopohon oproti dřívějším neregulovaným pohonům opět vyrovnáno.

Měření bez snímačů
Servo PLC poskytuje ještě další výhody, které jsou v této aplikaci využity: když servoměnič a PLC tvoří jednu jednotku, jako zde v Servo PLC, může program PLC využívat všechna data pohonu. V případě rázových nůžek mohou být určité senzory zbytečné, protože je možné použít motor jako snímač.

Tak je např. pohyb při stříhání řízen bez použití snímače na noži. Dráha se vypočítává z matematického modelu hydraulického systému. Vstupními veličinami při tom je počet otáček čerpadla (tzn. servomotor) a tlak oleje (tzn. točivý moment servomotoru).

Přitom se do výpočtu zahrnuje typický únik u hydraulického čerpadla, který během provozu čerpadla protéká z vysokotlaké strany zpět na nízkotlakou stranu, a proto ve skutečnosti nemůže být využit. Tento ztrátový objem se odečítá od teoretického čerpaného objemu. Dále se v matematickém modelu započítává stlačitelnost oleje, protože objem je nepřímo úměrný tlaku v systému.

Při konstrukci těchto inovovaných rázových nůžek bylo použitím 9300 Servo PLC docíleno značných výhod:

  • nižší spotřeba energie,
  • zjednodušený hydraulický systém,
  • snížený hluk,
  • harmonický pohyb nože.

Uvedená zlepšení rázových nůžek přesahují dosavadní systém tak, že nový typ byl nyní přihlášen k patentování.

Popsaný příklad velmi zřetelně ukazuje, jaké trendy se v budoucnosti budou na trhu prosazovat. Inteligentní pohony stále více přebírají úkoly PLC. Při aplikaci 9300 Servo PLC firmy Lenze lze na stroji postrádat malé jednotky PLC, protože všechny funkce PLC nyní mohou být zpracovány v servoměniči, a to s použitím obvyklých jazyků pro programování PLC.

Lenze, s. r. o.
Central Trade Park D1
396 01 Humpolec
tel.: 0367/50 71 11
fax: 0367/50 73 99
e-mail: lenze@lenze.cz
http://www.lenze.com