Do Projektu iAutomatyka dołączyli:

Publikacja zgłoszona do 🎁 Konkursu iAutomatyka

Czy sterowanie układem napędowym za pomocą PLC musi być skomplikowane? – Podstawy obsługi przemiennika Synamics V20

844 wyświetleń, autor: Karol Jagiełło i Kajetan Szczurowski.

Około 2/3 energii elektrycznej wykorzystywanej w przemyśle jest używane do zasilania silników elektrycznych. Spośród tych maszyn prym wiodą silniki indukcyjne trójfazowe. Ich popularność wynika z prostoty konstrukcji i niskiej ceny. W przypadku aplikacji wymagających stałej prędkości obrotowej działanie jest proste – instalujemy silnik, podłączamy go do zasilania i gotowe. Problem pojawia się, gdy prędkość trzeba zmieniać w trakcie pracy napędu.

Istnieje kilka strategii sterowania prędkością obrotową silnika indukcyjnego, mają swoje wady i zalety, jednak da się znaleźć wśród nich najlepszą (najwydajniejszą) – modyfikację częstotliwości zasilania prądu lub napięcia.

W samym sterowaniu częstotliwościowym rozróżniamy kilka metod. Podstawowy podział to: skalarne i wektorowe. W dużym skrócie wektorowe są lepsze. Charakteryzują się lepszą dynamiką i dokładnością. Dzieje się tak, ponieważ metody skalarne, w przeciwieństwie do wektorowych, bazują na równaniach matematycznych prawdziwych tylko w stanie ustalonym (stąd wynikają gorsze parametry dynamiczne). Metody wektorowe są lepsze, ale mniej popularne, ponieważ wymagają droższych układów sterowania i sprzężeń zwrotnych od prędkości (i kilku innych zmiennych procesowych, zależnie od rodzaju „wektorówki”).

Hot News!
Dawid Wróblewski – DWI motion organizuje szkolenia z podstaw falowników we wrześniu, w 4 miastach – Warszawa, Kraków, Wrocław, Gdańsk. Jeśli chcesz najpierw poznać teorię napędów, a następnie skonfigurować i uruchomić przemiennik częstotliwości w praktyce, to te szkolenie jest dla Ciebie.
Zobacz agendę szkolenia

Tak naprawdę, oprócz aplikacji wymagających dużej dokładności (np. w robotach albo obrabiarkach) nie ma potrzeby stosowania drogiego sterowania wektorowego, a więc większość przemysłu korzysta ze sterowania skalarnego.

CIEKAWOSTKA: często, nawet pośród ludzi znających się na temacie, można zauważyć mylenie falownika z przemiennikiem częstotliwości, takie nazewnictwo jest nawet powszechnie akceptowane. Jest to jednak znaczne uproszczenie, falownik to układ przetwarzający napięcie stałe na przemienne o zadanej częstotliwości. Falowniki wymagają zatem zasilania DC. Przemienniki częstotliwości są zasilane „z gniazdka” (z sieci 230V lub 400V), a więc napięciem przemiennym. Przemienniki składają się z trzech części: prostownika (AC -> DC), filtra wyprostowanego napięcia i falownika przekształcającego na linii DC -> AC.

Sterowanie poprzez zmianę częstotliwości odbywa się przez układ zwany przemiennikiem częstotliwości. Dlatego, aby umieć programować zmianę prędkości silnika indukcyjnego, należy potrafić programować przemienniki. W przypadku przemysłowych przemienników można głównie spotkać dwie drogi komunikacji linii PLC – przemiennik: wejścia/wyjścia analogowe i cyfrowe (w takim przypadku programuje się głównie wyjścia sterownika, aby ten przesyłał sygnały sterownicze do układu przemiennika) oraz sieć przemysłową (np. Profinet albo Modbus; w takiej sytuacji najczęściej konfiguruje się bloki programowe udostępnione przez producenta przemiennika).

W tym poradniku zajmiemy się przemiennikiem Sinamics V20 firmy Siemens. Pokażemy, jak podłączyć go do PLC i jak wykorzystać go do zadawania prędkości obrotowej silnika.

Sprzęt i połączenie

Do przygotowaniu tego tekstu korzystamy z następującego zestawu: sterownik S7-1214C DC/DC/DC jako główna jednostka sterująca, moduł CM 1241 RS422/485 do komunikacji, przemienik Sinamics V20 i silnik indukcyjny trójfazowy małej mocy.

Połączenie całego układu wygląda następująco: moduł należy zainstalować do PLC za pomocą bocznego wejścia rozszerzeń, do wyjścia modułu trzeba dołączyć przewód zgodny ze standardem RS 485, na drugim końcu linii komunikacyjnej należy połączyć dwa przewody do wejść przekształtnika odpowiadających za komunikację RS.

Powyżej opisaliśmy połączenie sygnałowe. Czas na przewody zasilające. Aby zasilić nasz silnik, należy pociągnąć przewody zasilające z wyjść U, V, W przemiennika do złączy zasilania silnika (najczęściej można je znaleźć pod górną klapą silnika).

Po takim połączeniu układ jest gotowy do pracy. Możemy zatem udać się do części związanej z oprogramowaniem.

Protokół USS

Do komunikacji sterownika z przemiennikiem stosujemy USS. Jest to protokół komunikacyjny bazujący na magistrali szeregowej służący do komunikacji master – slave. Najważniejszą zaletą tego rozwiązania jest łatwość połączenia (wystarczy przewód RS 485 w konfiguracji Point – to – Point) i programowania (gotowe funkcje dostępne w środowisku TIA PORTAL).

Tak naprawdę, dzięki temu protokołowi całe sterowanie możemy zamknąć w dwóch instrukcjach (oczywiście mówimy tu o wersji najbardziej podstawowej bez chociażby pomiarów wartości zmiennych procesowych).

Hot News!
Dawid Wróblewski – DWI motion organizuje szkolenia z podstaw falowników we wrześniu, w 4 miastach – Warszawa, Kraków, Wrocław, Gdańsk. Jeśli chcesz najpierw poznać teorię napędów, a następnie skonfigurować i uruchomić przemiennik częstotliwości w praktyce, to te szkolenie jest dla Ciebie.
Zobacz agendę szkolenia

Przygotowanie przemiennika

Zanim zaczniemy programować, należy skonfigurować nasz przemiennik, czyli trzeba ustawić w jego programie parametry używanego przez nas silnika. W tej części przygotowania należy wprowadzić dane znamionowe (dostępne na tabliczce znamionowej maszyny) do odpowiednich sekcji przemiennika. Dane należy wpisywać zgodnie z poniższą tabelą (zacytowaną z dokumentacji technicznej udostępnionej przez firmę Siemens [2]):

W celu pokazania, gdzie edytuje się dane w przemienniku, przygotowaliśmy krótki film pokazujący, gdzie ukrywa się kilka z nich.

No dobrze, co widać na filmie? Do opcji przechodzimy za pomocą przycisku M. Zaczynamy od przejścia do parametru P100, czyli wyboru częstotliwości. Wybraliśmy częstotliwość Europejską (50 Hz). Dalej przechodzi do P304, gdzie wybieramy in0 (w tym przemienniku parametry mają swoje podparemetry, w tabelce numer parametru jest zapisany w nawiasie kwadratowym, na ekranie przemiennika jest podany jako in). 304[0] to wybór napięcia znamionowego silnika (na filmie widać, że ustawiono 230V, jednak nasz silnik został podłączony w gwiazdę, więc – zgodnie z tabliczką znamionową – wartością ustawioną powinno być 400V). Kolejny parametr to P305[0], gdzie wybiera się prąd znamionowy (znowu, na filmie jest pokazana wartość dla podłączenia w trójkąt, dla podłączenia w gwiazdę zmieniliśmy ten parametr na 0.49A). Ostatni pokazany parametr to P307[0] – moc znamionowa. Na końcu filmu pokazaliśmy, że aby wyjść z opcji parametryzacji, należy przytrzymać przycisk M.

Po skończeniu wstępnej konfiguracji przemiennika, możemy zacząć programować sterownik.

Program w TIA Portal

Programowanie rozpoczynamy od dodania urządzenia do projektu w TIA Portal. Wykorzystujemy do tego najłatwiejszą opcję, czyli dodanie sterownika Unspecified (nieokreślonego) i wyszukanie go w sieci. Po znalezieniu naszego PLC TIA Portal automatycznie wykrywa dołączony moduł komunikacyjny.

Gdy urządzenie zostanie wykryte przez TIA Portal, możemy zająć się tworzeniem kodu programu. Sterowanie za pośrednictwem USS wymaga dwóch instrukcji. Pierwsza z nich to otwarcie portu komunikacyjnego. Za pomocą instrukcji USS_PORT ustanawiamy połączenie, za pomocą którego będziemy mogli wysyłać informacje po USS.

Blok funkcyjny USS_PORT musi zostać poprawnie skonfigurowany, aby sterowanie silnikiem odbywało się bez przeszkód. Do wejścia PORT musimy wprowadzić ID odpowiedniego portu komunikacji PtP. W tym celu należy dobrać port z listy, wybieramy port widoczny na poniższym rysunku.

Hot News!
Dawid Wróblewski – DWI motion organizuje szkolenia z podstaw falowników we wrześniu, w 4 miastach – Warszawa, Kraków, Wrocław, Gdańsk. Jeśli chcesz najpierw poznać teorię napędów, a następnie skonfigurować i uruchomić przemiennik częstotliwości w praktyce, to te szkolenie jest dla Ciebie.
Zobacz agendę szkolenia

Kolejnym parametrem jest ustawienie szybkości przesyłania informacji (Baud rate). Ten parametr trzeba uważnie ustalić, wybierając tą samą szybkość, którą wpisaliśmy do falownika. Aby wszystko działało poprawnie, tą samą wartość tego samego parametru trzeba ustawić w Properties modułu komunikacji RS (to ważne, robimy to w Properies modułu a nie w Properties całego sterownika).

Następnie możemy przejść do drugiego networka, w którym znajduje się blok USS_DRV. Za jego pomocą jesteśmy w stanie uruchamiać silnik, odłączać go od zasilania i zadawać wartość prędkości obrotowej. Blok ma naprawdę dużo wyjść i wejść, ale do prostego sterowania wystarczy nam tylko kilka. RUN to uruchomienie napędu. DIR to kierunek wirowania (prawo lub lewo, albo inaczej – zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie). SPEED_SP to zadana wartość prędkości w procentach (wpisaliśmy tu wartość 80.0, a więc zadaliśmy 80%, co przekłada się na 40 Hz, ponieważ prędkość wirowania wirnika jest zależna od częstotliwości zasilania).

Powyższe dwa networki to wszystko, co jest potrzebne do wysterowania silnika przez PLC. Dodaliśmy jeszcze od siebie prostą obsługę przycisków START i STOP. Wybraliśmy do tego dwa przyciski typu NC. Naciśnięcie jednego wywołuje uruchomienie silnika, wciśnięcie drugiego zatrzymanie. Warto tu zwrócić uwagę na fakt, że cewka resetująca, znajduje się poniżej cewki ustawiającej, dzięki temu wyłączenie ma tu priorytet względem włączenia. Ma to szczególne znaczenie przy awariach.

Podsumowanie i źródła

Uruchomienie napędu indukcyjnego za pomocą protokołu USS jest naprawdę proste. W tym artykule umieściliśmy tylko podstawy sterowania, USS potrafi o wiele więcej. Do tematyki na pewno powrócimy, ponieważ umiejętność obsługi napędów elektrycznych, jest bardzo potrzebna w dzisiejszych warunkach przemysłowych.

źródła:

[1]www.elektrotechnikautomatyk.pl

[2] industry.siemens.com

[3] cache.industry.siemens.com

Ocena artykułu zgłoszonego do Konkursu iAutomatyka 4.0 pisz artykuły, zdobywaj punkty, wymieniaj je na nagrody.

Kryterium 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Punkty (0-2) 2 1 2 2 2 1 2 0 2 1
Suma zdobytych punktów: 15

Newsletter

Zapisz się i jako pierwszy otrzymuj nowości!

Zapoznałem się i akceptuję klauzulę informacyjną.
17 lipca 2020 / Kategoria: ,
  • Autor: Karol Jagiełło i Kajetan Szczurowski
  • Studenci Politechniki Wrocławskiej, członkowie Stowarzyszenia Naukowego Studentów Automatyk, a przede wszystkim młode wilki świata automatyki przemysłowej.
  • Liczba punktów: 12/52 (pozostało / zdobyte)
  • Profil Autora

Reklama

NAJNOWSZE PUBLIKACJE OD UŻYTKOWNIKÓW I FIRM

>KLIKNIJ<

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

Klimatyzacja szaf sterowniczych i mistrzostwo oszczędności

>KLIKNIJ<

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

TwinSAFE – miniporadnik dla początkujących

>KLIKNIJ<

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

Technologia cyfrowego bliźniaka – szybsze uruchomienie maszyny

>KLIKNIJ<

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

Szkolenie z podstaw techniki napędowej i falowników z DWI MOTION – relacja

>KLIKNIJ<

Automatyka przemysłowa

Automatyka przemysłowa

>KLIKNIJ<

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

Kryzys koronawirusa szansą dla Twojej firmy. Poznaj zalety robotyzacji

>KLIKNIJ<

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

Nowy poziom techniki przemieszczeń liniowych

>KLIKNIJ<

RENEX Group dystrybutorem JBC

RENEX Group dystrybutorem JBC

>KLIKNIJ<

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy

Ri4Power Rittal – inteligentny system prądowy

>KLIKNIJ<

Testuj oprogramowanie SCADA w chmurze

Testuj oprogramowanie SCADA w chmurze

>KLIKNIJ<

Ostatnie terminy szkoleń stacjonarnych z PLC za 1500 zł!

Ostatnie terminy szkoleń stacjonarnych z PLC za 1500 zł!

>KLIKNIJ<

Palma z adresem IP, czyli jak technologia może wpływać na komfort naszego odpoczynku

Palma z adresem IP, czyli jak technologia może wpływać na komfort naszego odpoczynku

>KLIKNIJ<

Zobacz jak maksymalna elastyczność zwiększy wydajność automatyzacji. Niezależnie sterowane nośniki obrabianych przedmiotów

Zobacz jak maksymalna elastyczność zwiększy wydajność automatyzacji. Niezależnie sterowane nośniki obrabianych przedmiotów

>KLIKNIJ<

Certyfikowane pomiary dla aplikacji HRC

Certyfikowane pomiary dla aplikacji HRC

>KLIKNIJ<

Jak dobrać falownik w 5 krokach? Blog DWI motion!

Jak dobrać falownik w 5 krokach? Blog DWI motion!

>KLIKNIJ<

5G w firmie Rittal – nowy standard telefonii komórkowej wkracza do działu produkcji

5G w firmie Rittal – nowy standard telefonii komórkowej wkracza do działu produkcji

>KLIKNIJ<

Oprogramowanie do modelowania układów automatyki i urządzeń

Oprogramowanie do modelowania układów automatyki i urządzeń

>KLIKNIJ<

Własne bloki funkcyjne w easyE4 – przyspiesz swoją pracę

Własne bloki funkcyjne w easyE4 – przyspiesz swoją pracę

>KLIKNIJ<

Jak sterować PLC za pomocą telefonu? Web serwer w sterownikach S7

Jak sterować PLC za pomocą telefonu? Web serwer w sterownikach S7

>KLIKNIJ<

Podstawy safety w TIA PORTAL

Podstawy safety w TIA PORTAL





MOŻESZ SIĘ TYM ZAINTERESOWAĆ

  • Przeznaczony do pracy na wolnym powietrzu EMC / ekranowany Zakres zastosowania Budowa instalacji przemysłowychBudowa maszynTechnika grzewcza i klimatyzacyjnaElektrownie Dla przemiennika częstotliwości zasilającego 3 – fazowe silniki A...
  • Rozwiązania wizyjne nadają się idealnie do zautomatyzowanych zadań kontrolnych i pomiarowych. Kamery wizyjne 2D i 3D firmy SICK sprawdzają się w ogromnej ilości aplikacji, polegających na pomiarze, lokalizacji, kontroli i identyfikacji. Nas...
  • Selektor napędów Panasonic umożliwia przeglądanie napędów z serii MINAS, wyszukiwanie ich w prosty sposób, a nawet porównywanie ze sobą. Dzięki wyszukiwaniu po słowach kluczowych i przy użyciu funkcji filtrowania, potrzeba zaledwie sekund a...
  • Systemy RFID są ekonomiczne, uniwersalne i zapewniają niezawodność procesów, np. w intralogistyce. Zadania związane z identyfikacją stały się teraz łatwiejsze, szczególnie gdy potrzebna jest duża liczba punktów identyfikacji, dzięki  głowic...
  • PR200 to uniwersalne i łatwe w obsłudze urządzenie zaprojektowane w plastikowej obudowie do montażu na szynie DIN jako alternatywa dla PLC. Przekaźnik jest dostępny w kilku wersjach dla napięcia stałego i przemiennego. Jest wyposażony w cyf...
  • Seria FX-100 Czujniki z serii FX-100 to najlepsze rozwiązanie pod względem stosunku jakości do ceny. Wyposażone są w funkcje szybkiego uczenia, co pozwala użytkownikom w szybki i prosty sposób przystosować czujnik do pracy z nieskomplikowan...