Aktuální vydání

celé číslo

02

2021

Systémy pro řízení vodárenských sítí a ČOV

Hladinoměry

celé číslo

Řízení 728 os v cyklu 400 μs

Článek navazuje na příspěvek o rekordu v synchronizaci hnaných os, který byl uveřejněn v časopisu Automa č. 1/2012 na str. 17. Čtenáři se nyní blíže seznámí s uspořádáním pohonů ve stroji na postupné vytahování plastových fólií a jejich řízením pomocí měničů frekvence a napájecích zdrojů ACOPOS, které jsou synchronizovány pomocí protokolu Powerlink.

Na linkách LISIM®, které vyrábí společnost Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG, protahuje více než 700 svorek plastovou fólii strojem a současně ji v podélném i v příčném směru natahuje. Svorky jsou uváděny do pohybu magnetickým polem – podobně jako vagony vlaků jezdících na magnetickém polštáři. Potřebné pohyblivé magnetické pole vytvářejí lineární motory se 728 vinutími. Pro řízení tohoto pohybu se před nedávnem začaly používat pohony řady ACOPOS od firmy B&R, synchronizované pomocí protokolu Powerlink. S přechodem na techniku společnosti B&R dokázal výrobce strojů z oblasti Chiemgau snížit náklady na pohony, významně zkrátit dobu cyklu, zjednodušit údržbu hardwaru a softwaru a nahradit firemní řešení pohonů a sběrnice existujícím hotovým výrobkem.

Stovky svorek se v systému pro současné natahování s lineárním motorem LISIM pohybují po prstencových drahách umístěných proti sobě rychlostí až 6,6 m/s. Uchopí plastovou fólii vyrobenou v protlačovacím lisu a na tvarovacím válci za levý i pravý okraj a rostoucí rychlostí ji protahují strojem, čímž ji natahují v podélné ose. Vodicí dráhy nejsou paralelní – vzdálenost mezi nimi se postupně zvětšuje. Tím je fólie bez rizika vzniku trhlin natahována i v příčném směru. Během natahování prochází fólie pecí. Vysoká teplota mění molekulární strukturu a trvale fixuje fyzické vlastnosti fólie, např. smrštitelnost, které byly ovlivněny při natahování. Po dokončení procesu natahování svorky fólii uvolní a vracejí se na začátek stroje. Speciální rám poté dopraví fólii k odříznutí nepoužitelných okrajů a k navinutí.

Systém pohání pouze určitý počet svorek. Stovky dalších nepoháněných svorek vylepšují rozložení síly a zabraňují prohýbání fólie při natahování. Poháněné svorky jsou sekundární stranou (rotorem) lineárního motoru, a proto mají na trakčních plochách permanentní magnety. Primární prvky (statory s vinutím) jsou symetricky rozmístěny nad permanentními magnety a pod nimi na trakčních plochách. Vinutí jsou na dráze rozmístěna v zónách o různé délce tak, aby se v každé zóně v každém okamžiku nacházela pouze jediná poháněná svorka. Rozdělení lineárního motoru vylepšuje rozložení sil.

728 samostatně ovládaných vinutí

Každou zónu samostatně ovládá příslušný měnič frekvence. Nový systém LISIM firmy Brückner využívá pohony od firmy B&R: 728 zón rozmístěných podél stroje dlouhého přibližně 65 m napájí 384 jednoosých a dvouosých měničů frekvence a čtrnáct napájecích zdrojů řady ACOPOS, synchronizovaných pomocí protokolu Powerlink. V delších zónách musí být k dispozici větší výkon, a proto je nutné používat různé typy pohonů se jmenovitým proudem od 2,6 do 22 A a výkonem 5 kW.

„Princip stroje fungujícího s lineárními motory jsme vynalezli už před více než patnácti lety, ale je stále na vrcholu toho, co lze nabídnout. Navíc prožívá renesanci, protože rychle roste poptávka po fóliích se speciálními vlastnostmi pro balení a pro použití v zobrazovacích panelech. Doposud používaná technika pohonů však stárne,“ komentuje přechod na techniku B&R Ing. Günter Oedl, technický vedoucí firmy Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG pro automatizaci a vývoj. „Navíc byla vyvinuta speciálně pro nás a využívá firemní sběrnici – další vývoj by tedy byl obtížný a drahý.“ 

Přesná synchronizace s použitím protokolu Powerlink

„Protokol Powerlink umožňuje přesnou synchronizaci stovek síťových uzlů a současně nabízí výbornou průchodnost dat. Dokázali jsme významně zkrátit cykly – nyní je doba cyklu pouhých 400 μs. Současně se podařilo přesunout velké části softwaru ze samotných pohonů k ústřední řídicí jednotce pohonů,“ vysvětluje Günter Oedl. „To významně zjednodušilo servis a údržbu softwaru.“

Všech 398 modulů ACOPOS (napájecí moduly i měniče) je synchronizovaně řízeno pomocí dvanácti průmyslových počítačů řady APC810. V každém z nich jsou tři karty Powerlink ovládající až třináct modulů. Prostřednictvím další karty Powerlink komunikují průmyslové počítače mezi sebou a také s již zmíněným počítačem APC810, na kterém pracuje software pro řízení pohybu společnosti Brückner. Systém řízení výroby, ovládající např. pec, je k tomuto průmyslovému počítači od B&R připojen přes rozhraní Profibus.

Díky krátkému cyklu a minimálnímu rozptylu časování (jitter) sběrnice Powerlink může firma Brückner umístit zóny velmi blízko sebe. Manažer vývoje elektrických technologií to potvrzuje: „Jednotlivé zóny jsou rozmístěny velmi homogenně. Nejistota synchronizace je mnohem menší než jedna milisekunda, tak jak to zařízení vyžaduje.“

Výhodou pro výrobce strojů je i skutečnost, že sběrnice Powerlink není firemní, ale jde o otevřený systém, který podporuje mnoho výrobců. Proto je k dispozici mnoho podpůrných nástrojů, mezi nimi i profesionální diagnostické nástroje.

Úspora energie i místa

Šíře nabídky výrobků řady ACOPOS na manažery společnosti Brückner velmi zapůsobila. Zaujala je také možnost řídit dvě osy nebo vinutí jediným měničem frekvence, uvedl Günter Oedl. „Místo 728 měničů frekvence nám jich ke splnění potřebných úkonů stačí 398. To výrazně snižuje náklady a šetří místo.“

Zvláštní pozornost manažeři firmy Brückner věnovali chlazení. „Při chlazení vzduchem riskujete, že někdo včas nevymění zanesený filtr nebo v horším případě filtr odstraní a nevloží nový,“ varuje vedoucí technik firmy Brückner. „Proto jsme chtěli využít přímé chlazení metodou cold plate. Společnost B&R k tomuto požadavku přistupovala již od prvních debat velmi ochotně a vyvinula ideální řešení.“ I později velmi zodpovědně zvažovala požadavky na servis: celý systém pohonu replikovala ve vlastním technologickém středisku v Eggelsbergu a zpřístupnila ho pro vývojové aktivity.

Tyto i další technické parametry měničů frekvence ACOPOS přispěly k rozhodnutí použít pohony B&R. Při montáži zařízení není třeba použít teplovodivou pastu. „Výměnu měniče frekvence při servisním zásahu lze nyní zvládnout za půl hodiny, a nikoliv za hodinu jako doposud,“ říká Günter Oedl.

To ale nestačí. U pohonů s chlazením metodou cold plate je teplo z rozváděče mnohem efektivněji přenášeno pomocí vody nebo oleje. Lze se tedy vyhnout teplotním špičkám a velkému kolísání teplotya tím se prodlužuje životnost elektroniky. Jestliže je chladicí médium odvedeno do chladicího systému, dosáhne se oproti konvenčnímu chlazení větší celkové efektivity.

Řízení se zavřenou smyčkou bez čidel přispívá k větší efektivitě a odolnosti

Plánovaný přechod z regulace vinutí s otevřenou smyčkou k regulaci s uzavřenou smyčkou vede k úsporám energie. Firma Brückner se však musí spoléhat na řízení bez snímačů polohy, protože snímače nelze namontovat v blízkosti pece. Při bezsnímačové regulaci pohonů s uzavřenou smyčkou se místo nákladných a choulostivých snímačů polohy pro uzavření zpětné vazby využívá měření proudů a napětí na vinutích motoru. „Díky bezsnímačové zpětnovazební regulaci dokážeme snížit příkon každého systému o 100 až 150 kW,“ uvádí Günter Oedl. Dalším přínosem tohoto způsobu řízení je mnohem větší tlumení. Stroje se zpětnovazební bezsnímačovou regulací jsou proto odolnější proti poruchám, jako jsou odchylky v procesu, nebo natržení fólie. „Výhody bezsnímačové regulace s uzavřenou smyčkou jsou nasnadě. Proto vítáme skutečnost, že od společnosti B&R v budoucnosti získáme ideální řešení,“ říká vedoucí technik firmy Brückner.

(B+R automatizace, spol. s r. o.)

Obr. 1.Svorky jsou řízeny 398 moduly řady ACOPOS přesně synchronizovanými pomocí protokolu Powerlink

Obr. 2. V rozvaděči linky LISIM je 398 pohonů řady  ACOPOS, které synchronizovaně řídí je dvanáct průmyslových počítačů řady APC810.