Decentralizovaná automatizační technika

Decentralizovaná automatizační technika

Ing. Hynek Václavík, Danfoss s. r. o.

Trend přechodu k decentralizované automatizační technice se v posledních letech razantně zrychlil díky tomu, že byly uvedeny na trh měniče frekvence v kombinaci s asynchronními motory nebo s motorovými převodovkami, které šetří místo a náklady a optimalizují spotřebu energie.

Firma Danfoss, průkopník techniky měničů frekvence, ve spolupráci s velkoodběrateli, kteří byli ochotni inovovat, a s výrobcem motorových převodovek Bauer, který se v roce 1999 připojil ke koncernu, vyvinula širokou paletu decentralizovaného řešení pohonů, jehož výhody jsou v následujícím textu objasněny.

Všechny aplikace mají společné rysy: snížení nákladů na montáž a kabeláž, úsporu skříňových rozváděčů a energie, nižší emise elektromagnetického rušení, odlehčení nadřazeným řídicím systémům, lepší servis a téměř neomezenou schopnost napojení komunikačních sběrnic.

Kompletní výrobní sortiment firmy Danfoss dovoluje nabídnout pro každou aplikaci technicky i ekonomicky optimální řešení pohonu.

Motory s měniči frekvence řídí pásové dopravníky

Na dopravníku projde nápojovou plnicí linkou více než 100 000 skleněných nebo plastových lahví za hodinu v režimu Start-Stop, částečně v třísměnném provozu. Při projektování bylo nutné splnit tato kritéria:

• jednoduché nastavení parametrů pomocí PC softwaru, komunikační sběrnice a displeje,
• úspora místa pro skříňový rozváděč a úspora energie,
• snížení nákladů na montáž a kabeláž,
• montáž na převodovku jiného výrobce.

Tyto požadavky byly splněny kombinací centralizovaného a decentralizovaného konceptu pohonů. Měniče frekvence pro pohon strojů byly umístěny centrálně do rozváděče. Pro dopravníky lahví (obr. 1) bylo zvoleno decentralizované řešení s motory opatřenými měniči FCM 300. To je dnes v mnoha investičních oblastech běžný model kombinace. Konstrukce decentralizovaných pohonů musí vyhovovat náročnému provozu v nápojářském průmyslu, s vysokým stupněm krytí motoru i elektroniky (IP66). Flexibilní montáž na libovolnou převodovku díky normované přírubě IEC a jednoduchá výměna elektroniky v případě poruchy jsou dalšími přednostmi tohoto konceptu. Propojením všech pohonů sběrnicí Profibus DP se dosáhne lepšího komfortu řízení a sníží se náklady na kabeláž. Pokud se motor s měničem ovládá řídicím slovem, jsou řídicí svorky k dispozici pro jiné úkoly a mohou být použity jako decentralizované vstupy a výstupy. Tak je možné pro řízení toku materiálu na dopravníku využít digitální vstup motoru s měničem frekvence jako vypínací signál při nahromadění lahví nebo přes analogový vstup zjišťovat velikost procesní veličiny a po sběrnici ji přenést na řídicí systém. Pro omezení výluk v případě poruchy na minimum je motor s měničem konstruován tak, aby bylo možné část s měničem oddělit několika pohyby rukou.

Elektronické zařízení je na skříni motoru připevněno třemi šrouby, k elektrickému připojení k motoru jsou využity zásuvné kontakty. K odpojení sběrnice a odpojení ze sítě stačí uvolnit šrouby.

Pohony s měniči pro automatizovanou logistiku

Ve skladování a zpracování kávy nastal u firmy Multiterminal v italském Vado Ligure historický obrat díky přímé komunikaci se zákazníky a novým kritériím při automatizaci výrobních linek. Jádrem automatizované logistické struktury pro zpracování a mísení zelených kávových zrn je inovované řešení 42 pohonů řady Bauer EtaSolution se dvěma měniči frekvence Danfoss VLT 5000. Integrovaný systém řízení a ovládání National Instrument umožňuje zákazníkům objednávat kávové směsi přímo v logistickém systému, bez dalších mezistupňů. Zásobník se přitom uvede do chodu přímo a požadované množství se vyrobí bez jakýchkoliv dalších mezikroků. Požadavkem bylo, aby celkové zpracování, dávkování a mísení různých druhů kávy byly řízeny a ovládány přes sběrnicovou síť. Na základě těchto podmínek zvolil Multiterminal jako partnera firmu Danfoss s jejím programem pohonů s měniči frekvence. Řešení sestávalo z motorů řady EtaSolution s integrovanými měniči frekvence (obr. 2). Optimální způsob, jak přesně řídit dávkování na 42 pásových dopravníků v závodě, spočíval v jejich propojení sběrnicí Profibus s lokálně decentralizovanými řídicími systémy, které pak podávají hlášení na úrovni řízení. Hmotnost každé dávky na jednotlivých pásových dopravnících se vypočítá na základě hustoty (měrné hmotnosti) kávy a dopravovaného objemu. Řízením tloušťky vrstvy kávy se dopraví určené množství ze sila na centrální dopravník a odtud se káva přepraví k pytlování.

Propojení všech 42 motorů EtaSolution se sběrnicí Profibus nevyžadovalo žádný speciální hardware a nezpůsobilo problémy při konfigurování s VLT Dialog Software. Motory EtaSolution přesně vykonaly požadavek obsluhy. Horizontální uspořádání zařízení umožnilo snížit náklady na instalaci o 50 %.

Sila v závodě obsahují 4 200 t různých druhů kávy, kterou lze mísit a pytlovat s flexibilitou, jež umožňuje zpracovat množství od 10 do 10 000 pytlů, každý o hmotnosti 600 kg.

Systém je transparentní a firmy skupiny Pacorini mohou sledovat výrobu každého ze závodů v Terstu, New Orleansu a Vado Ligure.

Decentralizované měniče frekvence optimalizují chod balicích strojů

Švýcarská firma SIG allCap AG, výrobce plastových uzávěrů a uzavíracích systémů, vyvinula nový systém plnění a uzavírání kartonových obalů s džusy, mlékem, omáčkami nebo polévkami ACB 15. Nový uzávěr combibloc umožňuje pohodlně otvírat, nalévat a opětovně uzavřít kartonový obal, přičemž až do vyprázdnění obalu podrží aroma obsažené tekutiny a zabrání jejímu vylití při protřepání.

V uzavíracím zařízení je použito až sedm decentralizovaných řízených měničů frekvence Danfoss FCD 300, propojených sběrnicí Profibus (obr. 3). Uzavírací zařízení stojí za plnicím strojem ve směru plnění a jeho účelem je nasadit na obal nalévací uzávěr combibloc. Volně ložené uzávěry, přiváděné k přední straně stroje, se dopravují ve vnitřním zásobníku a z něj postupují do třídičky. Ta je přivádí správně roztříděné k předávacímu místu. Řídicí systém ovládá a kontroluje funkci přístroje. Stroj je obsluhován přes řídicí panel, který světelným hlášením signalizuje poruchy i provozní poměry.

Firma SIG allCap instaluje ve svých plnicích linkách pohony, které se provozují a programují přes rozhraní Profibus. Vlivem pozitivních zkušeností s kompaktními měniči frekvence VLT 2800 v předcházejících strojích a kvůli kritickému nedostatku prostoru ve skříňovém rozváděči byla vybrána decentralizovaná řada měničů frekvence Danfoss FCD 300. Problém spočíval v tom, že výstavba pohonných stanic vyžadovala tři nové, samostatně řízené pohony, pro které se v rozváděči už nenašlo místo. Kromě měniče frekvence FCD 311 pro hlavní pohon je zde (podle konfigurace) pět až sedm měničů typu FCD 303, FCD 305 a FCD 307 pro pohon pásového dopravníku, výškového nastavení štítků, tvarovací stanice, třídicích talířů a třídicí jímky a také pro pohon zásobníku uzávěrů combibloc. Systém může opatřit uzávěry až 15 000 obalů za hodinu a má celkový jmenovitý příkon 15 kV·A při napájení z elektrorozvodné sítě 230 V/400 V.

Decentralizovaný softstartér pro plynulý rozběh a doběh

V nedávné době byl uveden na trh decentralizovaný softstartér DMS 300, který nabízí cenově příznivé řešení v rozsahu výkonů od 0,18 do 3 kW (obr. 4). Zajišťuje plynulost při startu a vypnutí motoru v obou směrech otáčení a umožňuje připojit mechanickou brzdu. Doby rozběhu lze nastavit spínačem DIP. Softstartér je možné namontovat blízko motoru nebo přímo na standardní asynchronní motor nebo pohon s měničem. Skládá se z pevné instalační části, spojené s elektronickou částí zásuvnými konektory, které zjednodušují připojení i údržbu. Dvojité bezšroubové pružinové svorky s tzv. T-funkcí umožňují připojení smyčkováním. DMS 300, který je koncipován jako univerzální motorový spínač, dovoluje připojit jednoduché pohony do decentralizovaných instalačních soustav a motory napájené ze sítě dovoluje ovládat přes komunikační sběrnici. Softstartér se nastavuje přes rozhraní ASi nebo binárními vstupy a výstupy. Instalace bezpečnostního vypínače je volitelná. Krytí IP66 poskytuje ochranu před vlhkostí a prachem. Hladký povrch s dobrou možností čištění zabraňuje hromadění nečistot. Speciální lakování účinně chrání před agresivním prostředím. Elektronická tepelná ochrana ETR nebo použití termistorů zabraňuje přehřátí motoru. Dvě signalizační diody viditelné zvenčí ukazují provozní stav zařízení a usnadňují hledání poruchy.