Nowy system zarządzania pracą napędów SIMOCODE pro V z interfejsem komunikacyjnym w standardzie Modbus RTU

Napędy elektryczne o stałej prędkości obrotowej zdają się nieodzowną częścią wielu sektorów przemysłu. Branże ropy naftowej i gazu, chemiczne i petrochemiczne nierzadko opierają działanie swoich instalacji o trójfazowe silniki asynchroniczne niskiego napięcia sterowane bezpośrednio z poziomu nadrzędnego systemu sterowania.

Z tego typu sprawdzonych i ekonomicznych rozwiązań korzystają także przedsiębiorstwa w przemyśle stalowym, górniczym, cementowym oraz w branży wodnej i ściekowej. System zarządzania pracą napędów SIMOCODE pro produkcji firmy Siemens stosowany jest w wielu instalacjach przeznaczonych do wyżej wymienionych gałęzi przemysłu.

Zwykle jest on wybierany z myślą o pełnym wykorzystaniu przyjaznych dla użytkownika opcji udostępnianych w formie różnorodnych funkcji sterujących, a także w celu zwiększenia dostępności maszyn i instalacji, za sprawą wbudowanych funkcji ochronnych i diagnostycznych. Zastosowanie SIMOCODE pro w instalacji podwyższa jakość procesu oraz minimalizuje różnego rodzaju ryzyko.

Firma Siemens wyposażyła modułowy system zarządzania pracą napędów SIMOCODE pro V w kolejny interfejs komunikacyjny - Modbus RTU. Ten szeroko stosowany protokół komunikacyjny ma kilka zalet, które stawiają go ponad szeregiem innych dostępnych rozwiązań. Stosowanie tego protokołu daje dobre rezultaty dzięki prostej budowie, szybkiej integracji z systemami automatyki, ale przede wszystkim dzięki dostępności modułów komunikacyjnych z dwoma interfejsami. Dzięki tej zalecie sieci Modbus w topologii pierścieniowej pozwalają na łatwe tworzenie redundantnych struktur. To podejście w połączeniu z SIMOCODE pro skutkuje podwyższeniem niezawodności pracujących urządzeń, prowadząc do zwiększenia dostępności maszyn i instalacji.

PROSTE STEROWANIE PRACĄ NAPĘDÓW Z KOMUNIKACJĄ MODBUS RTU

Fot. 1. Modułowy system zarządzania pracą napędów SIMOCODE pro V jest idealny do przemysłu naftowego i gazowego, w których protokół Modbus RTU jest mocno rozpowszechniony

Omawiane urządzenie wspiera typowe dla protokołu Modbus prędkości transmisji danych wynoszące 9,6/19,2/57,6 kb/s oraz typowe dla Modbus RTU kody funkcyjne. Znane z wcześniejszych wersji SIMOCODE pro V moduły przekładników prądowych, panele operatorskie oraz moduły rozszerzające mogą być także używane z nową wersją systemu. Własność ta sprawia, że system wyposażony w komunikację Modbus jest równie elastyczny pod względem rozbudowy i poszerzania funkcjonalności, jak jego odpowiedniki z protokołem Profibus DP oraz Profinet.

Jednym z możliwych powodów zastosowania SIMOCODE pro V Modbus RTU może być prosta realizacja sterowania pracą napędu. Dzięki niemu czasochłonne oprzewodowanie odgałęzień silnikowych w układzie rozruchu bezpośredniego, nawrotnego, gwiazdy-trójkąt bądź softstartu przeszło już do historii. Jednocześnie umożliwia on realizację pełnej i wielofunkcyjnej, elektronicznej ochrony silnika, redukując konieczność stosowania dodatkowych urządzeń pomiarowych i ochronnych w szafie sterowniczej.

Parametryzacja systemu może być zrealizowana za pomocą metody "przeciągnij i upuść", która dostępna jest w edytorze graficznym oprogramowania SIMOCODE ES V13. Oprogramowanie to zostało zaimplementowane wewnątrz platformy inżynierskiej TIA Portal, dzięki czemu ma ono interfejs podobny do innych programów z tejże platformy oraz pozwala na zbudowanie jednolitej bazy danych o wszystkich wykorzystywanych urządzeniach wewnątrz jednego projektu.

MODUŁOWA BUDOWA ZWIĘKSZAJĄCA ELASTYCZNOŚĆ

Fot. 2. Jednostka podstawowa SIMOCODE pro V Modbus RTU może zostać rozbudowana o różnorodne moduły rozszerzające

Zastosowanie SIMOCODE pro V - czy to w wersji z komunikacją Modbus RTU, Profibus DP, czy Profinet - zwykle jest skutkiem decyzji o wykorzystaniu systemu zdolnego do komunikacji. Decydującym czynnikiem wpływającym na ten wybór jest fakt, że system zarządzania pracą napędów z funkcją komunikacji rejestruje oraz przesyła szczegółowe dane ruchowe, serwisowe i diagnostyczne.

Dla przykładu, dołączany do jednostki podstawowej moduł przekładników prądowych z pomiarem napięcia umożliwia pomiar wartości prądu w maksymalnym zakresie do 820 A oraz wartości napięcia w zakresie do 690 V. Pomiary te umożliwiają wyznaczenie wartości mocy oraz pobieranej energii, które mogą zostać wykorzystane w procesie zarządzania energią, zwiększając przejrzystość procesu.

Nowa jednostka podstawowa SIMOCODE pro V z interfejsem komunikacyjnym Modbus RTU, podobnie do pozostałych jednostek, dostępna jest w dwóch wersjach zróżnicowanych pod względem napięcia zasilającego: 24 V_DC oraz 100-240 V_AC/DC. Ma ona cztery binarne wejścia, trzy wyjścia przekaźnikowe oraz możliwość rozbudowy do maksymalnie 12 wejść i 7 wyjść z pomocą opcjonalnych modułów cyfrowych.

Modułowa rozszerzalność jest już typową cechą tego wszechstronnego systemu - rodzaj oraz liczba binarnych wejść i wyjść przekaźnikowych może być stopniowo zwiększana. W praktyce umożliwia to dołączenie do systemu kolejnych wejść i wyjść dla dodatkowych sygnałów procesowych, jeżeli tylko zajdzie taka potrzeba.

Moduły cyfrowe mogą być także wykorzystane w celu dołożenia wejść binarnych zasilanych zewnętrznym napięciem bądź do poszerzenia systemu o bistabilne wyjścia przekaźnikowe - wyjścia te zachowują swój stan logiczny nawet w przypadku zaniku napięcia zasilającego.

Poza standardowymi komponentami wykorzystywanymi w automatyce, nowy system SIMOCODE pro może zostać rozszerzony o dodatkowy moduł cyfrowy typu Safety, do realizacji tzw. lokalnego wyłączenia awaryjnego (MC-F Local). Konfiguracja realizowanych przez ten moduł funkcji bezpieczeństwa odbywa się za pomocą przełączników umieszczonych na frontowej części jego obudowy, a wszelkiego rodzaju sygnały z czujników bezpieczeństwa, bądź ze sterownikowych wyjść typu Fail-Safe doprowadzane są na jego odpowiednie wejścia.

PRECYZYJNY POMIAR PRĄDU ZIEMNOZWARCIOWEGO ORAZ TEMPERATURY NAPĘDU

Fot. 3. Standard komunikacyjny Modbus używany jest powszechnie w branży wodociągowo-kanalizacyjnej

Modułowa budowa systemu SIMOCODE pro jest bez wątpienia jedną z jego największych zalet. Dla przykładu warto wspomnieć, że oprócz realizowanej przez jednostkę podstawową tzw. wewnętrznej ochrony ziemnozwarciowej, możliwa jest także bardziej precyzyjna kontrola doziemień bazująca na pomiarach prądu z zewnętrznego przekładnika ziemnozwarciowego 3UL23, który wpięty do modułu ziemnozwarciowego daje możliwość kontroli z dokładnością ±7,5 procent. Dzięki temu monitorowanie przekroczenia zdefiniowanych wartości granicznych odbywa się przy zmniejszonym ryzyku zatrzymania pracy napędu z powodu błędów pomiarowych.

Już w samym systemie zarządzania pracą napędów wartości graniczne prądu ziemnozwarciowego dla ostrzeżenia oraz wyzwolenia napędu mogą być dowolnie definiowane w niezwykle szerokim zakresie od 30mA do 40 A. Decyzją osoby dokonującej parametryzacji SIMOCODE pro jest także wybór reakcji systemu w sytuacji przekroczenia zdefiniowanych wartości granicznych.

System może wymusić zatrzymanie napędu natychmiastowo po wykryciu przekroczenia ustawionej wartości progowej bądź może wymagać utrzymywania się stanu przekroczenia przez dłuższy czas (działanie ze zwłoką). System SIMOCODE pro realizuje ciągłą samokontrolę poprawności działa nie tylko jednostki podstawowej, ale także omawianego modułu rozszerzającego wraz z jego przekładnikiem ziemnozwarciowym. W przypadku modułu ziemnozwarciowego kontroli podlega m.in. zwarcie w obwodzie bądź uszkodzenie samego przekładnika ziemnozwarciowego.

Dla systemu SIMOCODE pro V dostępne są także moduły rozszerzające do realizacji pomiaru temperatury, dzięki którym możliwa jest jeszcze bardziej precyzyjna reprezentacja aktualnego stanu napędu. W związku z tym ochrona termistorowa realizowana przez samą jednostkę podstawową może być rozszerzona przez zastosowanie modułu temperaturowego, do którego można dołączyć maksymalnie trzy czujniki temperatury (np. Pt100, Pt1000).

Z pomocą tego modułu można dokonywać pomiaru temperatury indywidualnych uzwojeń silnika bądź mechanicznych elementów takich jak łożyska, przekładnie, lub samych płynów chłodzących. Zalety tych pomiarów ujawniają się w przypadku obsługi czy serwisu systemu i prowadzą do zwiększenia dostępności urządzeń oraz instalacji, jak również mogą one być bazą informacyjną dla rozbudowanego systemu kontrolującego zużycie urządzeń w instalacji.

UPROSZCZONA INŻYNIERIA ORAZ POŁĄCZENIE Z SYSTEMEM KONTROLI PROCESU

Łatwa integracja z przemysłowym systemem sterowania oraz z zastosowaną w nim topologią połączeń jest jednym z kryteriów decydujących o wyborze nowoczesnego systemu zarządzania pracą napędów. SIMOCODE pro z komunikacją Modbus poszerza zakres możliwych zastosowań. Dzięki kompaktowej budowie i niewielkim rozmiarom system może zostać wdrożony wewnątrz Motor Control Centers (MCSs) (rozdzielnic-stycznikowni), także wykonanych w technice wysuwnej. Pewnego rodzaju uzupełnieniem dla jednostki podstawowej jest opcjonalny panel operatorski, który w wygodny sposób może zostać zamontowany w przedniej części MCC.

Z wykorzystaniem komunikacji Modbus niektóre parametry, takie jak charakterystyki wyzwolenia, prąd znamionowy silnika, wartości graniczne prądu i inne, mogą być zmieniane w sposób zdalny w czasie pracy napędu. Oprócz tego SIMOCODE pro udostępnia szereg wyczerpujących informacji diagnostycznych, które w każdej chwili dostępne są do pobrania.

W przeciwieństwie do wersji systemu z interfejsem Profibus lub Profinet, gdzie parametryzacja mogła odbywać się z centralnego miejsca, konfiguracja SIMOCODE pro V Modbus RTU za pomocą SIMOCODE ES może odbywać się tylko z poziomu lokalnego poprzez bezpośrednie połączenie programatora z jednostką podstawową z użyciem odpowiedniego interfejsu systemowego. Niemniej jednak w obu przypadkach korzystanie z platformy TIA Portal daje możliwość przystępnej obsługi urządzenia.

Aparatura łączeniowa oraz Motor Control Centers mogą być parametryzowane i uruchamiane w szybki i przejrzysty sposób dzięki edytorowi graficznemu, będącemu elementem oprogramowania SIMOCODE ES V13 w TIA Portal. Wiele funkcji kontrolnych oraz algorytmów sterowania zaimplementowanych jest w formie gotowych, wbudowanych funkcji sterujących, uwzględniających najczęstsze przypadki użycia.

Jedną z praktycznych zalet, niezwykle cenioną przez użytkowników, jest możliwość graficznej parametryzacji z wykorzystaniem metody "przeciągnij i upuść". Umożliwia ona tworzenie zwartej dokumentacji wszystkich zdefiniowanych parametrów a nawet pozwala na graficzną reprezentację systemu wraz z aktualnymi stanami sygnałów w czasie rzeczywistym oraz w czasie pracy napędu.

Omawiany system SIMOCODE pro realizuje szeroką diagnostykę w formie rejestracji aktualnego stanu napędu oraz udostępnia szereg ważnych informacji, takich jak: błędy, alarmy, ostrzeżenia, czas pracy napędu, liczba rozruchów napędu, historia błędów, a nawet przebiegi czasowe wartości pomiarowych. W razie potrzeby SIMOCODE pro może być także w łatwy sposób integrowany z systemem sterowania procesem Simatic PCS 7, bądź z narzędziem Simatic PDM, które umożliwia integrację urządzeń wielu producentów.

INTELIGENTNE I PEŁNE MOŻLIWOŚCI URZĄDZENIE DO WYDAJNEJ PRACY INSTALACJI

Budowa urządzeń przeznaczonych do zarządzania pracą napędów SIMOCODE pro oparta jest o sprawdzoną technologię oraz zdolność do komunikacji. Zakres oferowanych przez firmę Siemens urządzeń został rozszerzony o nową wersję jednostki podstawowej, wspierającą komunikację w standardzie Modbus RTU. Urządzenie to dostarcza wszystkich niezbędnych danych do prawidłowego funkcjonowania instalacji oraz przebiegu procesu.

Jego szeroka funkcjonalność oraz dostępność wyczerpujących danych sprawia, że jest ono niezastąpionym elementem Motor Control Center wewnątrz przemysłu procesowego. Urządzenie to posiada wiele certyfikatów i pozwoleń, takich jak m.in. UL, CSA oraz CCC, co poszerza zakres jego zastosowań. Co więcej, system ten posiada certyfikat dopuszczający go do realizacji ochrony napedów pracujących w strefach zagrożonych wybuchem EEx e oraz EEx d.

Dokumentacja związana z systemem SIMOCODE pro, zawierająca certyfikaty, instrukcje obsługi a także dane CAx, dostępna jest do pobrania ze stron internetowych producenta, łącznie ze wsparciem inżynierii opartym na modelu "Planning Efficiency". Podsumowując, SIMOCODE pro V Modbus RTU, wyróżniające się elastycznością w każdym aspekcie oraz zdolnością komunikacji z innymi urządzeniami, godne jest nosić miano nowoczesnego systemu zarządzania pracą napędów.

Stefan Bömoser
Dariusz Ways
Siemens
www.siemens.pl