Inteligentne zarządzanie pracą silników - ułatwia obsługę oraz skraca czas prac serwisowych przy rozdzielnicach w przemyśle procesowym

| Automaticon 2015

Rola silników elektrycznych w przemyśle procesowym jest porównywalna do roli kończyn żywego organizmu. Urządzenia te muszą stale pracować, aby umożliwić produkcję wysokiej jakości produktów końcowych cechujących się pożądanymi właściwościami technicznymi, chemicznymi oraz fizycznymi. Wymagania stawiane w tym środowisku są coraz bardziej wygórowane, co także ma wpływ na obszar elektrotechniki w zakresie rozdzielnic niskiego napięcia. Podczas gdy do niedawna standardem były konwencjonalne odgałęzienia silnikowe, w dzisiejszych czasach coraz większą popularność zyskują systemy inteligentnego zarządzania silnikami.

Inteligentne zarządzanie pracą silników - ułatwia obsługę oraz skraca czas prac serwisowych przy rozdzielnicach w przemyśle procesowym

Właściwy przebieg produkcji w większości przypadków uzależniony jest od ciągłej pracy instalacji, ponieważ tylko przy zachowaniu ściśle określonych procesów produkcyjnych można uzyskać wymagane właściwości fizyczne, chemiczne i techniczne zarówno materiałów, jak i produktów końcowych. Krótkotrwałe zakłócenia lub przerwy, które w sposób znikomy wpływają na wypadkowy przebieg pracy i jakość produkcji w branży dyskretnej lub przetwórczej, mają jednak wyraźnie negatywne skutki w przemyśle procesowym.

Właśnie z tego powodu systemy umożliwiające łatwą pod względem zarządzania eksploatację oraz szybki serwis instalacji stają się coraz bardziej popularne, a dobrze zaprojektowane rozdzielnice Motor Control Center są powszechnie wykorzystywane, zwłaszcza w przemyśle procesowym. Zaletą tych rozwiązań jest to, że indywidualne odgałęzienia silnikowe, które sterują działaniem napędów elektrycznych pomp, wentylatorów, kompresorów, mieszadeł i innych urządzeń, często zaprojektowane są w sposób ustandaryzowany i w razie potrzeby mogą być szybko wymienione, naprawione bądź przystosowane do nowej technologii pojawiającej się w instalacji. Czynności te mogą być wykonywane jeszcze szybciej przy wykorzystaniu opcjonalnych modułów wysuwnych, dostępnych w konstrukcjach mechanicznych rozdzielnic niskiego napięcia - między innymi w rozdzielnicy typu Sivacon S8 firmy Siemens.

CORAZ CZĘSTSZE WYKORZYSTANIE WYSUWNYCH INTELIGENTNYCH ROZWIĄZAŃ

W przeszłości do tak ustandaryzowanych odgałęzień i modułów wysuwnych często wybierano proste systemy łączeniowe, lecz aktualnie można zaobserwować zauważalną tendencję do wykorzystywania tzw. inteligentnych MCC. Wcześniej do kontroli, sterowania i ochrony napędów wykorzystywano wzajemne połączenie indywidualnych, czysto mechanicznych urządzeń, natomiast dzisiaj dostępny jest szereg kompaktowych, półprzewodnikowych jednostek o wysokim stopniu funkcjonalności. Dobrym przykładem współczesnych urządzeń jest nowy system zarządzania pracą napędów Simocode pro S firmy Siemens, który wprowadzony został na rynek pod koniec 2013 roku.

System ten nie musi być wykorzystywany jedynie w prostych implementacjach inteligentnego zarządzania napędami. Dla przykładu, Simocode pro S ma wbudowany interfejs do komunikacji z nadrzędnym sterownikiem z wykorzystaniem standardu komunikacyjnego Profibus DP. Zalety stosowania rozwiązań komunikacyjnych są oczywiste: urządzenia zajmują zdecydowanie mniej przestrzeni w szafie sterowniczej, są znacznie bardziej elastyczne w zastosowaniach, pozwalają zredukować koszty projektowania oraz dostarczają szereg różnorodnych komunikatów diagnostycznych.

Dzięki temu obsługa rozdzielnicy staje się znacznie prostsza, a czas prac serwisowych o wiele krótszy. To innowacyjne rozwiązanie wpisuje się w tendencje związane ze stosowaniem inteligentnych rozdzielnic MCC, a także poszerza koncepcję inteligentnego zarządzania napędami, którą firma Siemens rozwija w ramach swojego programu już od ponad 25 lat.

ROZWIĄZANIE MODUŁOWE DO REALIZACJI ROZRUCHU I ZARZĄDZANIA PRACĄ NAPĘDÓW

Fot. 1. Rozdzielnica wysuwna Sivacon S8

Co właściwie sprawia, że nowe urządzenia są tak atrakcyjne dla przemysłu procesowego? Odpowiedź na to pytanie tkwi w samej koncepcji modułowego układu rozruchowego, ponieważ pozwala on na wprowadzenie w rozdzielnicach funkcji kontrolnych, sterujących i ochronnych w ekonomiczny sposób.

Już sama jednostka podstawowa, której obudowa ma szerokość 22,5 mm, zapewnia pełną, elektroniczną ochronę silnika dzięki wbudowanej funkcji elektronicznego przekaźnika przeciążeniowego, a także funkcjom sterującym pracą napędu w układzie rozruchu bezpośredniego lub nawrotnego. W zakresie możliwości jednostki podstawowej Simocode pro S mieści się także kontrolowanie wartości granicznych prądu, wewnętrzna kontrola zwarcia doziemnego, monitorowanie czasu postoju i wiele innych funkcji.

Zarządzanie pracą napędu może zostać zrealizowane w łatwy sposób poprzez wykorzystanie czterech wejść oraz dwóch wyjść jednostki podstawowej. Urządzenie dostarcza szczegółowe dane ruchowe, serwisowe i diagnostyczne niezbędne do zapewnienia niezawodnego sterowania pracą instalacji. Jak już wspomniano wcześniej, otwarta komunikacja w standardzie Profibus umożliwia łatwe zintegrowanie urządzeń z nadrzędnym systemem sterowania.

Zalety, takie jak zredukowane zapotrzebowanie na przestrzeń w szafie sterowniczej, łatwe projektowanie i ekonomiczność układu rozruchowego, ułatwiają użytkownikom podjęcie decyzji o zastosowaniu w swoich rozwiązaniach inteligentnego zarządzania napędem zamiast konwencjonalnych systemów wysuwnych MCC.

WCZESNE WYKRYCIE ZWARĆ DOZIEMNYCH

W systemie Simocode pro S dostępny jest także komponent będący modułem multifunkcyjnym, który stanowi opcjonalne uzupełnienie jednostki podstawowej o cztery dodatkowe wejścia cyfrowe oraz dwa wyjścia przekaźnikowe. To niedrogie rozszerzenie podwaja liczbę dostępnych wejść i wyjść, ma dodatkowe przyłącza do podpięcia czujnika temperatury oraz umożliwia realizację zewnętrznej kontroli ziemnozwarciowej, sprawiając, że pierwsze kroki z nowoczesnym zarządzaniem napędami stają się jeszcze łatwiejsze.

Jak wiadomo, wiele procesów produkcyjnych wymaga ciągłości pracy instalacji, i to zazwyczaj w trudnym, przemysłowym środowisku. Skrajne temperatury, wilgotność i agresywne warunki środowiskowe często prowadzą do powstawania zwarć doziemnych zarówno w sieciach z izolowanym, jak i uziemionym punktem zerowym transformatora.

Niezwłoczne wykrycie, zlokalizowanie i usunięcie takich zakłóceń podnosi dyspozycyjność instalacji. To właśnie jest powodem, dla którego firma Siemens zdecydowała się zaoferować funkcję zewnętrznego wykrywania zwarć doziemnych nawet w podstawowej wersji jednostki kompaktowego systemu zarządzania pracą silników.

Moduł multifunkcyjny został wykonany w obudowie, której szerokość wynosi zaledwie 22,5 mm, a jego połączenie z jednostką podstawową odbywa się za pomocą specjalnych kabli systemowych o różnej długości. Jego zastosowanie daje użytkownikowi możliwość realizacji zewnętrznego wykrywania nawet niewielkich zwarć doziemnych, co będzie opcjonalnym rozszerzeniem znacznie mniej dokładnej wewnętrznej kontroli, realizowanej standardowo przez jednostkę podstawową. Szeroki zakres wykrywanych prądów różnicowych - od 30 mA do 40 A, stwarza możliwość stosowania tego rozwiązania w wielu różnorodnych aplikacjach. Daje to szanse wczesnego wykrycia nawet niewielkich wartości prądu ziemnozwarciowego.

WERSJA NISKOKOSZTOWA DO ZASTOSOWAŃ UNIWERSALNYCH

Rys. 1. Moduł inicjujący

W przypadku potrzeby użycia bardziej rozbudowanych funkcji sterujących, które pozwolą realizować np. łagodny rozruch pomp (układ gwiazda-trójkąt, sterowanie soft startem), istnieje możliwość uzyskania w konfiguracji dodatkowych dwóch wyjść sterujących poprzez zastosowanie modułu multifunkcyjnego.

Warto także wspomnieć o dostępności napięć 24 VDC oraz 110-240 VAC/DC do wysterowania dodatkowych wejść cyfrowych w module multifunkcyjnym. Dzisiejsze układy rozruchowe stosowane do zarządzania pracą napędów powinny charakteryzować się dużą elastycznością, ponieważ muszą umożliwić sterowanie urządzeniami pracującymi w trudnych warunkach środowiskowych. Reasumując: ochrona, sterowanie i diagnostyka napędów wirujących ze stałą prędkością obrotową i o prądach znamionowych do 630 A mogą być zrealizowane na bazie niskokosztowych, kompaktowych rozwiązań.

Nowy system zarządzania pracą napędów oferuje wyjątkowo przyjazny interfejs użytkownika. To wszystko za sprawą prostych i przejrzystych narzędzi projektowych dających możliwość tworzenia odgałęzień silnikowych w sposób prostszy niż dotychczas. Interfejs ten zapewnia również znacznie łatwiejszą obsługę i diagnostykę. Przykładowo, obecnie dostępny jest nowy komponent nazywany modułem inicjującym, który zapewnia automatyczne przypisanie parametrów do miejsca zainstalowania urządzenia. Moduł ten jest zamontowany w części stałej rozdzielnicy wysuwnej.

Największa korzyść z tego rozwiązania jest jasna: jeśli zaistnieje konieczność wymiany modułów wysuwnych, np. w przypadku modyfikacji bądź pojawienia się błędów, jedynym obowiązkiem użytkownika jest wsunięcie nowego modułu w miejsce starego. Jak tylko zaciski części stałej i modułu wysuwnego zostaną połączone, zestaw parametrów wraz z danymi adresowymi zostaną wczytane z modułu inicjującego do jednostki podstawowej Simocode pro. Od tego momentu całe odgałęzienie silnikowe jest ponownie gotowe do pracy i proces produkcyjny może być kontynuowany.

DOSTĘPNOŚĆ I SZEROKI OBSZAR ZASTOSOWANIA JAKO TECHNICZNA WARTOŚĆ DODANA

Dzięki dostępności kompleksowych narzędzi diagnostycznych, informacje o zakłóceniach powstałych w obrębie odgałęzienia mogą być szybko i precyzyjnie przekazywane do dyspozytorni za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej. Powyżej opisana funkcjonalność szybkiej wymiany modułów wysuwnych, możliwa do wykonania przez personel utrzymania ruchu, w pewnych sytuacjach może całkowicie wyeliminować powstawanie przestojów w pracy instalacji oraz konieczność zatrzymywania biegu procesów technologicznych. "Smart Motor Control Centers" oferują wyjątkowo interesujące rozwiązanie, jednocześnie łączące w sobie atuty techniczne oraz ekonomiczne.

Ponadto oferowany system posiada również dopuszczenie do ochrony termistorowej silników pracujących w strefie zagrożonej wybuchem EEx e oraz EEx d zgodnie z dyrektywą ATEX 94/9/EU (ochrona napędów). Jest to warunkiem koniecznym do stosowania w wielu aplikacjach procesowych w przemyśle. Dostępność wielu lokalnych certyfikatów, takich jak UL, CSA czy CCC, zapewnia możliwość globalnego zastosowania tego systemu.

Integracja funkcjonalna jest kluczowym elementem stwarzającym możliwości stosowania tego typu rozwiązań w szerokim spektrum aplikacji przemysłowych i jednocześnie oferuje wiele korzyści związanych z zastosowaniem systemu zarządzania pracą napędów. Nowa jednostka zawiera wydzielone funkcje ochronne, sterujące oraz kontrolne do zastosowań w standardowych aplikacjach, jak również zintegrowany interfejs komunikacyjny Profibus.

W ramach funkcji ochronnych dostępne są nastawialne klasy wyzwalania w zakresie od Class 5 do 40, pomiar wartości prądu oraz termistorowa ochrona silnika. Jednostka Simocode pro V, jako urządzenie o wyższym stopniu zaawansowania, zapewnia dodatkowo możliwość pomiaru napięcia, mocy oraz zużytej energii, jak również realizację bezpiecznego wyłączenia napędu oraz dysponuje alternatywnym standardem komunikacyjnym Profinet.

CIĄGŁA INFORMACJA O PRACY CAŁEJ INSTALACJI NA POZIOMIE DYSPOZYTORNI

Fot. 2. Stacja operatorska

Bez względu na to, czy korzystasz z podstawowego, czy rozszerzonego systemu, cała inżynieria procesowa czerpie zyski z rozwoju opisywanych tutaj nowoczesnych systemów zarządzania pracą silników. Możliwe jest osiągnięcie znaczącego wzrostu funkcjonalności bez widocznego zwiększenia kosztów.

Podczas gdy konwencjonalne odgałęzienia silnikowe zazwyczaj wymieniają z systemem sterowania jedynie dane ruchowe, elektroniczne systemy zarządzania napędami stać na więcej. Przykładowo umożliwiają one zbieranie danych statystycznych na temat pracy napędu bądź zrealizowanie wizualizacji przyczyn wyzwolenia napędu. Dzięki temu wszystkie informacje dotyczące pracy instalacji dostępne są na poziomie dyspozytorni.

Integracja systemu zarządzania napędem staje się jeszcze prostsza z użyciem oprogramowania Simocode ES służącego do uruchamiania, sterowania oraz diagnostyki systemu. Inteligentne odgałęzienia w MCC mogą być parametryzowane i diagnozowane nie tylko z poziomu opcjonalnego panelu operatorskiego lub przenośnych programatorów, ale także w sposób wygodny z centralnego miejsca za pośrednictwem magistrali komunikacyjnej.

Niejednokrotnie w przeszłości zdarzało się, że podczas uruchomienia pojawiała się konieczność wprowadzania czasochłonnych zmian w konfiguracji obwodów sterowniczych, dziś natomiast można tego dokonać w prosty sposób z poziomu komputera. Oprogramowanie Simocode ES dostępne jest zarówno w wersji samodzielnej, jak i zintegrowanej z nowym środowiskiem inżynierskim TIA Portal firmy Siemens.

ŁATWY POCZĄTEK Z NOWOCZESNYM SPOSOBEM ZARZĄDZANIA NAPĘDAMI

Na przykładzie nowego systemu Simocode pro S firma Siemens pokazuje, jak łatwo w dzisiejszych czasach postawić pierwsze kroki w nowoczesnym zarządzaniu pracą napędów. Opisane wcześniej zalety potwierdzają wysoką jakość tych urządzeń i pokazują ich funkcjonalność. Okazuje się, że panująca tendencja do wykorzystywania inteligentnych MCC wnosi wiele korzyści do przemysłu procesowego.

Stosowanie takich odgałęzień silnikowych do zarządzania napędami pomp, wentylatorów, kompresorów bądź innych urządzeń technologicznych przynosi wiele korzyści i upraszcza projektowanie. Potrzeba zastosowania algorytmu bardziej skomplikowanego niż prosta ochrona przeciążeniowa sprawia, że system Simocode pro S staje się nową, ekonomiczną alternatywą.

Daniela Gabel
Siemens AG
Dariusz Ways
Siemens Sp. z o.o. DF CP BD

www.siemens.pl/simocode