Aktuální vydání

celé číslo

04

2024

Průmyslové roboty a automatizace výrobních a montážních linek

celé číslo

Jak vybrat správný měnič frekvence ABB?

Měniče frekvence Microdrive a programovatelné automaty (PLC) jsou stavební kameny mnoha projektů průmyslové automatizace. Víte ale, jak je správně vybrat?

 
Při výběru vhodného měniče frekvence z řady ABB Microdrive (ACS55, ACS150, ACS310, ACS355, ACS320; obr. 1) pro řízení otáček elektromotorů je jednoznačně třeba vzít v úvahu všechna základní hlediska, kterými jsou typ úlohy a místo instalace a také legislativní požadavky a bezpečnost. Je žádoucí, aby se již ve fázi nabídky podařilo zvolit správný produkt, protože správný výběr může později ušetřit spoustu času a peněz. Jednotlivé typy širokého sortimentu řady Microdrive mají své technické vlastnosti navrženy tak, aby uspokojily konkrétní potřeby většiny uživatelů. Veškeré informace lze
snadno najít v přehledném katalogu.
 

Napájecí síť

Prvním kritériem pro výběr měniče frekvence je napájecí napětí, které je k dispozici, a to i s ohledem na požadované výkony (např. jednofázové 230 V nebo třífázové 400 V). Některé typy měničů frekvence umožňují vzájemné propojení stejnosměrných meziobvodů několika měničů a vzájemné využití energie v době, kdy pohony brzdí nebo se rozjíždějí. Příkladem je měnič ACS355. Důležité je také posouzení vlivu vybraného měniče frekvence na napájecí síť. Je třeba zkontrolovat vybavení správným druhem filtru s ohledem na instalaci v průmyslovém prostředí nebo v obytných zónách.
 

Motor

Nejčastěji bývá připojen asynchronní motor, který se vyskytuje v běžných průmyslových zařízeních i v komerčních a průmyslových budovách. Některé měniče však také mohou regulovat otáčky motorů s permanentními magnety nebo synchronních reluktančních motorů. Důležité parametry pro vypracovávání návrhu měniče jsou napětí, výkon, proud a otáčky a jsou uvedeny na štítku motoru. Nezbytné je též zkontrolovat délku kabelů mezi měničem frekvence a motorem a popř. přidat na výstup měniče filtr du/dt.
 

Dynamika, přesnost řízení a dimenzování pohonu

Vzhledem k typu úlohy a požadované odezvě na změnu otáček nebo momentu je možné zvolit skalární nebo vektorové řízení měniče frekvence a také vybavení motoru snímačem otáček a měniče frekvence modulem pro jeho připojení. Dimenzování pohonu, tedy měniče frekvence i motoru, potom závisí na druhu poháněného zařízení. Například ventilátory a čerpadla mají kvadratickou zatěžovací charakteristiku; pro konstantní zátěžné momenty je třeba určit požadovaný rozsah regulace otáček, dobu přetížení a to, jak často se přetížení opakuje.
 

Řízení technologických procesů

Častým požadavkem je možnost pohon regulovat pomocí PID regulátoru a také možnost nastavení parametrů pomocí speciálních programů nebo maker pro dané úlohy (řízení ventilátorů, čerpadel, cyklů strojních zařízení apod.). Z tohoto hlediska se jednotlivé měniče frekvence liší a je třeba vybrat ten správný.
 

Návaznost na další celky

Rozměry, hmotnost a zástavbový prostor včetně potřebného volného prostoru kolem měniče jsou další důležitá hlediska výběru měniče. Rovněž je třeba určit požadovaný počet analogových a digitálních vstupů a výstupů a požadované rozhraní na provozní sběrnici.
 

Uživatelské rozhraní

Existuje několik způsobů, jak konfigurovat a nastavit měnič frekvence. Nejčastěji je používán ovládací panel, který také umožňuje kopírovat nastavené sady parametrů z jednoho měniče do druhého. Sady parametrů lze také u některých typů měničů nastavovat, ukládat a monitorovat prostřednictvím PC a speciálního softwaru. Zajímavá je i možnost parametrizovat měnič pomocí funkce FlashDrop: měnič při parametrizaci nemusí být připojen na napájecí napětí, tedy nemusí být instalován na místě. Tak je možné parametry měniče nastavit už u dodavatele a zákazníkovi jej dodat připravený k provozu.
 

Provozní podmínky

Vždy je třeba zkontrolovat maximální a minimální teplotu okolí. Tabulkové hodnoty jsou většinou uvedeny do provozní teploty okolí +40 °C; nad +40 °C, přibližně do +50 °C, je až na výjimky třeba uvažovat se zmenšením proudu o 1 % na 1 °C. Podle toho, zda se v místě instalace vyskytuje prach, nebo dokonce vodivý prach, zvýšená vlhkost apod., je třeba zvolit správný druh krytí IP. Odolnost lze zvýšit použitím lakovaných desek měniče frekvence apod.
 
Pro snížení hladiny emitovaného hluku je možné zvýšit spínací frekvenci. Tady je ovšem třeba počítat se zvýšením teploty v měniči.
 
Dalšími faktory ovlivňujícími výběr měniče jsou povětrnostní podmínky a nadmořská výška místa instalace.
 

Měniče frekvence ABB Microdrive

 

ACS55

Měnič frekvence ACS55 může být snadno integrován do existujících instalací. Nahradí tak stykače nebo softstartéry. Díky minimálním rozměrům je vhodný i pro všechny nové instalace tam, kde je třeba jen regulovat otáčky. Dokonce i uživatelé, kteří nemají žádné zkušenosti s měniči frekvence, snadno měnič nastaví pomocí trimrů a přepínačů DIP. Standardem je integrovaný filtr EMC pro 1. prostředí (obytné zóny).
 

ACS150

Měnič frekvence ACS150 je měnič, který díky svým funkcím umožňuje regulovat otáčky běžných asynchronních motorů. Ovládací panel je součástí modulu měniče stejně jako nastavovací potenciometr. K dispozici je také PID regulátor, brzdný chopper a funkce FlashDrop.
 

ACS310

Měnič frekvence ACS310 je speciálně určen pro úlohy s kvadratickou zatěžovací charakteristikou a má integrovaný speciální software pro inteligentní řízení ventilátorů a čerpadel včetně PID regulace tlaku, průtoku nebo dalších externích veličin a počítání úspor energie. Zabudováno je také rozhraní pro Modbus EIA-485.
 

ACS320

Měnič frekvence ACS320 je měnič určený pro HVAC, a proto má i možnost připojení do systémů řízení technických zařízení budov protokolem BacNet.
 

ACS355

Měnič frekvence ACS355 vyniká snadnou instalací, jednoduchým nastavením parametrů a navíc má i funkci bezpečného odpojení momentu (STO – Safe Torque-Off), možnost sekvenčního programování až šestnácti po sobě následujících stavů a řízení otáček a momentu motorů s permanentními magnety. Volitelným příslušenstvím jsou moduly pro komunikaci po sběrnici Foundation Fieldbus. Do výkonu 7,5 kW je dostupný i s krytím IP66, IP67 nebo IP69K. Měnič ACS355 ve spojení s PLC AC500 od ABB vytváří funkční celek, který splňuje náročné požadavky automatizace strojních zařízení.
 

Měniče ACSM1, Microflex a Motiflex pro náročnější úlohy

Kromě možnosti vybírat z nabídky měničů frekvence Microdrive je možné sáhnout po měničích ACSM1 (obr. 2). Vyráběny jsou jako moduly určené k zabudování do rozváděče, přičemž u vyšších výkonů je mimo základní vzduchové chlazení nabízeno také bezventilátorové provedení (cold-plate) a vodní chlazení. Obecně umožňují řízení asynchronních motorů i synchronních motorů s permanentními magnety do 355 kW. Zpracovávají signály běžně používaných zpětnovazebních snímačů (inkrementálních, absolutních i rezolverů). Ve standardním provedení mají odporové brzdění, ale na objednávku lze dodat i měniče s rekuperačním brzděním. Uplatnění nacházejí především u servopohonů, kde je od nich vyžadována velká dynamika, přesnost regulace polohy a v některých případech i složitější programová logika uvnitř pohonu. Z hlediska softwaru existují dvě základní verze, a sice Speed & Torque (řídí motor v otáčkové nebo momentové smyčce) a Motion (navíc umožňuje i polohové a synchronní řízení – sledování polohy podle jiného pohonu nebo snímače). Třetí varianta softwaru se nazývá Lift a obsahuje specifické funkce pro řízení pohonu výtahů a komunikaci s jejich příslušenstvím.
 
Nabídku doplňují specializované servoměniče Microflex a Motiflex, které jsou programovatelné, umožňují realizovat polohování přímo v měniči a lze je použít rovněž s rotačními a lineárními střídavými servomotory.
 
Měnič Microflex e150 získal již v roce 2013 v USA ocenění Engineering Choice Awards amerického časopisu Control Engineering. Je vybaven univerzálním rozhraním pro snímač polohy a komunikačními sběrnicemi EtherCAT, Modbus/TCP a EtherNet/ /IP. Programuje se pomocí vestavěného portu USB a disponuje nejen rozšířenou sadou funkcí Advanced MINT včetně bezpečného odpojení momentu STO, která splňuje požadavky normy na úroveň funkční bezpečnosti SIL 3. Dodáván je ve třech výkonových variantách pro nominální proud 3, 6 nebo 9 A s přetížitelností 200 %.
 

Řízení polohy a pohybu

Pro úlohy řízení pohybu dodává ABB specializované programovatelné řídicí jednotky NextMove nebo klasická modulární PLC řady AC500.
 
Řídicí jednotky NextMove jsou výkonné regulátory polohy. Programují se pomocí jazyka MINT, velmi podobného jazyku Basic. Programovací nástroj MINT a komponenty ActiveX pro integraci do zákaznických aplikací a HMI jsou volně ke stažení. Podporováno je mnoho různých typů regulace polohy a pohybu, včetně trapezoidálního, S-rampy, lineární nebo kruhové interpolace, funkce elektronické vačky, elektronické převodovky nebo letmých nůžek. Podle potřeby je lze rozšířit o decentralizované vstupy a výstupy.
 

NextMove e100

NextMove e100 je plně digitální řídicí jednotka se sběrnicí Ethernet Powerlink, určená pro montáž na panel rozváděče. Zvládne řízení až šestnácti interpolovaných os, lze ji řetězit s dalšími jednotkami NextMove a měniči MicroFlex e100 a MotiFlex e150 a doplnit ji I/O jednotkami, zobrazovacím panelem nebo komunikačním rozhraním Ethernet, CANopen, USB a RS-232/485. Pro externí regulační smyčky má čtyři rychlé vstupy pro snímače polohy. Dodávána je i ve zjednodušené podobě jako zásuvná karta pro měniče MotiFlex e100 a umožňuje řízení dvou až pěti os prostřednictvím digitální komunikace s dalšími řízenými měniči. Obsahuje i dvojici rychlých vstupů pro snímače polohy.
 

NextMove ESB-2

NextMove ESB-2 je digitální řídicí jednotka simulující analogový styl řízení pohybu. Montuje se na panel rozváděče. Umožňuje řídit až osm os – čtyři se servomotory a čtyři s krokovými motory. Má čtyři rychlé vstupy pro snímače polohy a možnost rozšířit počet připojených I/O prostřednictvím rozhraní CANopen. Pro připojení zobrazovacího panelu a sítě LAN je určeno ethernetové rozhraní. Dále je k dispozici port USB a RS-232/485.
 

NextMove PCI-2

NextMove PCI-2 je řídicí jednotka v podobě karty PCI. Umožňuje řídit až osm os (čtyři servomotory a čtyři krokové motory). K dispozici jsou rozhraní USB, RS-232/485 a CANopen pro rozšíření o I/O. Je to výhodná varianta pro osazení přímo do průmyslového PC.
 

NextMove ES

NextMove ES je varianta ve formátu EuroCard pro zástavbu do 19" rámu, např. společně s měniči EuroFlex. Tím vznikne kompaktní systém pro řízení až šesti os (dvou servomotorů a čtyř krokových motorů). Jednotka má integrované rozhraní USB, sériové rozhraní RS-232/485, čtyři rychlé vstupy a sběrnici CANopen.
 

AC500

AC500 je klasické PLC určené k montáži na lištu DIN. Je vhodné zejména pro rozsáhlejší projekty vyžadující pružně zpracovat množství I/O signálů, obsloužit několik komunikačních protokolů a k tomu poskytovat data pro vizualizaci. Stále častěji je ke spojení s měniči frekvence nebo servopohony a PLC používána místo diskrétních I/O signálů průmyslová komunikační sběrnice (Profibus, Profinet, EtherCAT apod.; obr. 3). Pro komunikaci po sběrnici a parametrizaci měničů řad ACS355 a ACSM1 v kombinaci s AC500 je určen softwarový nástroj Drive Manager. Díky němu je možné nejen nastavovat, ale i v reálném čase testovat, zálohovat a porovnávat parametry různých pohonů.
 
Pro podporu programování polohování nebo koordinovaného řízení pohybu s měniči ACS355, ACSM1, MultiFlex a MotiFlex je určena knihovna PS552-MC-E Motion Control. Využívá standard PLCopen, část 2 a 4, a je vhodná pro všechny druhy řízení pohybu od jednoduchých úloh a polohování u malých strojů až po složité projekty do 120 koordinovaných os nebo složité výrobní linky s použitím různých typů pohonů nebo jejich skupin. Implementováno je i programování složitých prostorových pohybů pro skupinové osy a kinematické transformace pohybových os s převodem souřadnic mezi různými souřadnicovými soustavami nejen pro jednotlivé pohony, ale i pro jejich skupiny.
 
Letošní novinkou pro levné přímé řízení servomotorů nebo krokových motorů je modul PTO FM562. Má integrovaný generátor profilu pohybu a obsluhuje dvě osy pomocí digitálních vstupů pro snímače polohy a pulzních výstupů RS-422 pro měniče. Maximální frekvence je 250 kHz. Ovládání je možné volbou směru a rychlosti otáčení nebo směru a pulzních počtu pulzů. Díky kompatibilitě s knihovnou PS552-MC-E lze realizovat i velmi složité algoritmy a k tomu použít nejen levné procesorové jednotky AC500-eCo, ale v podstatě jakékoliv měniče Microdrive, i bez komunikačních rozhraní.
Obr. 1. Skupina měničů ABB Microdrive
Obr. 2. Měniče ACSM1
Obr. 3. PLC a měniče frekvence mohou být propojeny jedinou sběrnicí a programovány v jednotném prostředí