sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmät - puvjun/sk/sklu1_051213.docx · web viewsähkökäytöt...

Vaasan Ammattikorkeakoulu 04/12/13 1Sähkö- ja automaatiotekniikka / J. Nieminen__________________________________________________________________________________

Vaasan AmmattikorkeakouluSähkötekniikan osasto

Käyttöjen ohjaussovellukset

Juha Nieminen

Vaasa 2013

__________________________________________________________________________________Sähkökäytöt – Sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmät/tt/file_convert/5e380de427a89a7ea23cd9d3/document.docx


Kurssin nimi: Käyttöjen ohjaussovellukset, ISTS2302

Laajuus: 4 OP

Luentoja, 8x4h Lu/Ha + 4x5h LaHarjoituksia,Labroja:

Liittyy: Säädetyt sähkökäytöt moduuliin

Tavoite: Opiskelija perehtyy sähkökäyttöjen ohjelma- ja valvomo-toteutuksiin syventäen moottorikäyttöjen säädössä opittuja perusteita.

Opiskelija kykenee määrittelemään ja toteuttamaan sähkökäyttöihin perustuvia sovelluksia.

Opiskelija perehtyy todellisiin sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmiin laboratorio-olosuhteissa

Sisältö Valvomoasemien kytkeminen sähkökäyttöön ja niiden soveltaminen järjestelmän ohjaukseen.

Ohjaussovellusten suunnittelu ja toteutus mm. seuraavilla alueilla:

Lohko-ohjelmointi rullain- ja nosturikäyttöihin.

Taajuusmuuttajien ohjelmointi ja väyläliityntöjen soveltaminen.

Tyyppipiirien suunnittelu sähkökäytöille.

Sovellukset pyritään valitsemaan niin, että kokonaisuutta voidaan täydentää opintojakson laboratorio-osuudessa, jossa opittua asiaa sovelletaan käytännön sähkökäyttöjen ohjaukseen.



Kurssissa läpikäytävät laboraatiot ja niiden sisältämät aihepiirit ovat:

Säätöjen ja pumppuautomatiikan toteuttaminen taajuusmuuttajilla Vacon parametrointi Pumppu- ja puhallinautomatiikka Säädin S7-Paneli

Rullain S7-lohkot Drive-sovellutuksiin S7-Paneli SystemDrive sovellus Liikennöinti System Drive - PLC S7-Säädin

Paikoitus taajuusmuuttajalla S7 paikoitusyksikkö Liikennöinti S7 - Tamu S7-Paneli

Simocoden soveltaminen murskeasemassa Simocode Liikennöinti Simocode - PLC S7 sekvenssi S7-Paneli

Taajuusmuuttajan sovellutusohjelmointi IEC61311-3 Vacon sovellusohjelmointi Panelirajapinta Nopeus- ja momenttisäätö Multipurpose sovellus Moottorisäädön rajapinta



Tunnit: Tunteja on viikkotasolla käytettävissä seuraavasti:

VK49-51: Aloitus, Kelain, Kelain, Simocode, VK2-3: Hissi, Paikoitus, Tamu ohjelmointi, Pumppukäytöt, VK4-5: Labra, Labra, Labra, Labra, Reservi, Koe

Toteutus: Kurssi koostuu sekä teoria- että harjoitustunneista.

Teoriatunneilla läpikäytyjä asioita sovelletaan ja demonstroidaan harjoitustunneilla PC-luokassa ja laboratoriossa.

Arviointi: Kurssin suoritus edellyttää kokeen, laboraatioiden ja projektityön suorittamista hyväksytysti. Kunkin osuus arvosanasta on 1/3.



1. Sähkökäyttöjen sijoittuminen automaatiossa

1.1 Automaation osa-alueet

Sähkökäytöt ovat automaation yksi osa-alue. Ne pitävät sisällään sovellutuskohtaisen osan, jolla käyttö sovitetaan ympäristöönsä. Tämä sovitus tehdään tyypillisesti erillisenä tai taajuusmuuttajan sisällä olevalla ohjelmoitavalla logiikalla. Sähkökäyttöjen sijoittumista automaatiossa havainnollistaa oheinen kuva.


RATAOHJUSPAIKKASÄÄTÖ

MM

PLCPLC

SERVO-OHJAIN

M

M

KONEAUTOMAATIO

PLC(PROSESSI)

PLC(PROSESSI)

PLC(KÄYTTÖ)

MM

M

TAAJUUSMUUTTAJAT

PROSESSIAUTOMAATIO

SÄHKÖNJAKELUN AUTOMAATIO

MM

MM

TAAJUUSMUUTTAJATM

M

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM

MM


Automaatio voidaan jakaa luonteensa mukaan kolmeen osa-alueeseen:- Koneautomaatio: Paikkasäätö, rataohjaus- Prosessiautomaatio: Taajuusohjaus, nopeus- ja momenttisäätö- Sähköasema-automaatio: Ei sähkökäyttöihin liittyviä sovellutuksia

Koneautomaatio Koneautomaatiossa moottorikäytöt ovat luonteeltaan servokäyttöjä tai suoria kontaktoriohjauksia. Moottorikäytöjä ohjaavat ohjelmoitavat logiikat ja NC-koneet. Sevomoottoreiden paikkasäädöltä vaaditaan tarkkuutta. Siksi ne varustetaankin omalla servo-ohjainkortilla, joka huolehtii paikkasäädöstä. Rataohjaus on tyypillinen sovellutus. Esimerkkeinä koneautomaation sovellutuksista ovat X-Y -koordinaattipöytä ja työstökonekeskus.

Prosessi- Prosessiautomaatiossa käytöt ovat taajuusmuuttajalla ohjattuja/säädettyjä automaatio oikosulkumoottoreita tai suoria kontaktoriohjauksia. Kehittyneissä

taajuusmuuttajissa on itsessään ohjelmoitava logiikka sisällä. Siten ne voidaan kytkeä suoraan väylään kiinni tavallisen logiikan rinnalle. Käyttöjen kokonaisuutta hoitaa sitten vielä yksi yhteinen logiikka. Esimerkkeinä prosessiautomaation moottorikäyttöjen sovellutuksista ovat vesilaitosten pumppaukset, sahojen käytöt sekä paperikoneet.

Sähkönjakelu Sähkönjakelun automaatiossa käytöillä ei sovellutuksia juurikaan ole.

Seuraavalla sivulla on ohjausjärjestelmän kaaviokuva kuvattuna sähkökäyttöjen kannalta.


KESKITIN

LAITEOHJAIMET

KESKUSVALVOMO


1.2 Käyttöjen tyypit

Sähkökäytöt voidaan rakenteensa perusteella jakaa kolmeen pääryhmään.

Erilliskäytöt Kontaktoriohjattu sähkökäyttö on sovellutuksena kaikista yleisin ja yksinkertaisin. Moottoriin syötetään teho suoraan kolmivaiheisesta sähköverkosta. Moottorin sovellutuskohtainen osuus toteutetaan erillisenä logiikalla tai releistyksellä. Ohessa kuva tyypillisestä erilliskäytöstä.

Erilliskäyttö voidaan toteuttaa myös taajuusmuuttajalla, joka syöttää yhtä tai useampaa moottoria. Moottorien pyörimisnopeuksien ero riippuu vain kuormituksesta. Sovellutuskohtainen logiikka toteutetaan yleensä taajuusmuuttajan itsensä sisältämillä logiikkatoiminnoilla. Tyypillisiä tapauksia ovat pumppu- ja puhallinkäytöt. Jarrutus edellyttää katkojaa tai verkkovaihtosuuntaajaa.



Ryhmä- Ryhmäkäyttö muodostuu useasta erilliskäytöstä. Niillä voi olla yhteinenkäytöt syöttöyksikkö ja kullakin ryhmällä oma vaihtosuuntaajansa. Eri käyttöryhmät

ovat loogisesti toisiinsa kytkettyinä. Kytkennän luonne määrää minkälaista ohjausta edellytetään. Osassa tapauksista tullaan toimeen pelkällä ryhmäkohtaisella paikallisohjauksella. Toisaalta sovellus voi edellyttää toiminnan synkronoimista automaattiohjauksella niin, että ryhmät toteuttavat tarkasti niille asetetut_tehtävät.

Tyypillistä ryhmäkäyttöä edustaa nosturi:Siinä kome moottoria vastaa liikeistä: taakan nosto pystysuoraan, sen liikutus puomilla vaasasuoraan ja itse nosturin siirtäminen. Työn nopeuttamiseksi kaikki moottorit toimivat samanaikaisesti. Ympäristön esteiden vuoksi voi syntyä nosturin toiminnan kannalta kiellettyjä alueita. Kiihdytys ja jarrutustilanteet voivat vaatia heilahduksen kompensointia.

Kuvattu nosturikäyttö ja muut erilliskäyttösovellutukset saattavat edellyttää vaativaakin laskentaa ja loogista päättelyä.Sovellutuskohtainen logiikka toteutetaan yleensä logiikalla, joka on käyttöryhmille yhteinen.



Linja - Linjakäyttö vastaa verkossa olevien laitteiden kannalta ryhmäkäyttöä.käytöt Erona on se, että käyttöryhmät ovat radan kautta mekaanisesti toisiinsa

kytkettyinä. Tämä asettaa eri käyttöryhmien säädöt toisistaan riippuviksi ja edellyttää ryhmiltä yhteistä ohjauslogiikkaa. Niinpä ohjaustoteutukset jaetaankin suuntaajakohtaiseen ja käytölle yhteiseen osaan.

Linjakäyttösovellutusten vaativuus tulee nopean momentti- ja nopeussäädön hallinnasta sekä käyttö- ja ryhmäkohtaisista ohjauksista/lukituksista.

Kokonaisuuden hallitsemiseksi vaaditaan lisäksi laajaa informaation keräystä ja viemistä valvomoon. Tyypillisiä linjakäyttöjä ovat paperi- ja metalliteollisuuden monimoottorikäytöt.



1.3 Sähkökäytön osat

Sähkökäyttö toimii energiamuuntimena sähköverkon ja työkoneen välillä. Tällöin se yleensä on säädettävä käyttö, jossa on moottori, staattinen muuttaja säätäjineen, kytkentä-, suojaus-, ja ohjauslaitteet, kaapelit, jäähdytyslaitteet ja mekaaninen välitys. Sille asetettavat yleiset vaatimukset ovat: kustannuksiltaan edullinen laitos, joka hoitaa annetun tehtävän luotettavasti ja turvallisesti.

Prosessin ohjaus Prosessin ohjaus vastaa siitä, että sähkökäyttö toimii tarkoituksenmukaisesti (PLC) ympäristönsä kokonaisuuden osana.

- Prosessin kuvauksesta johdettu sekvenssi. Esim:- Aseta käyttö ryöminnälle- Nosta nopeus 100 m/min

Käytön ohjaus Käytön ohjaus huolehtii siitä, että prosessin ohjauksen antamat käskyt(PLC tai tamu) toteutetaan itse käytön kannalta parhaalla mahdollisella tavalla.

- Käyttöön liittyvä sovellutus. Esim.o Ratakireyden säätöo Momenttiohjeen laskenta – halkaisijan, kiihtyvyyden ja

ratakireyden funktiona

Moottorin ohjaus Moottorin ohjaus vastaa käytön dynaamisesta ohjauksesta(tamu) Sisältää siten nopeus- ja momenttisäädön silmukat. Taajuusmuuttajan ydin.

Alkaa moottorin rajapinnasta- Rajapinnan läpi mm. Start/Stop, Taajuus-, Nopeus-, Momenttiohje

Suuntaajan ohjaus Suuntaajan ohjaus vastaa kytkinten oikea-aikaisesta ohjauksesta.(tamu) Avaa kytkimet moottorinohjaukselta tulevien komentojen mukaisesti

- Esim. käytettävät kytkimet ja niiden käyttöaika


HaluttuProsessi-suure

Prosessin ohjaus

StartT, n

Käytön ohjaus

U

Moottorin ohjaus

Suuntaajan ohjaus

U, I

M


Esimerkkikuvat taajuusmuuttajan käytön- ja moottorinohjauksen rajapinnasta:

Käytönohjauksen toteutusta taajuusmuuttajassa:

Ote moottorinohjauksen rajapintaparametreistä:



2. Erilaiset koneet

Sähkökäyttöjen nopeussäädön tultua tehoelektroniikan kehittyessä yhä helpommaksi on siirrytty ns. monimoottorikäyttöihin, joissa jokaisella telalla on oma moottorinsa ja sillä oma taajuusmuuttajansa. Usein ryhmiä toisiinsa sitovana mekaanisena tekijänä on vain niiden välillä oleva rata. Keskeistä on radan kireyden hallinta, siihen vaikuttavat häiriötekijät ja mahdolliset säädön parannusmahdollisuudet.

Radan kireyden hallinnassa on oleellista kireyden pysyminen mahdollisimman vakiona. Ratakireyden ohjearvoa voidaan tietenkin muuttaa, mutta kun se pidetään samana ei kireys saisi huojua eikä siinä saisi esiintyä piikkejä Pahimmillaan kireyden heilahdus johtaa radan katkeamiseen ja tuotannon pysähtymiseen. Jos kireys pääsee liian pieneksi, voi rataan syntyä ryppyjä.

Säätämällä radan telojen asento sopivaksi saadaan rata kulkemaan suoraan. Telojen asennon vaikutus riippuu kuitenkin ratakireydestä. Jos kireys vaihtelee, syntyy rataan sivuttaista heilahtelua. Sivuttaissiirtymät näkyvät rullien päissä.

Ratakireyden vaihtelu vaikuttaa syntyvän rullan kireysprofiiliin Keskiörullan kovuus riippuu pelkästään ratakireydestä ennen rullainta. Epätasainen rullan kireysprofiili vaikeuttaa myöhemmin tapahtuvaa aukirullausta.

Paperikoneella ratakireyden vaihtelu aiheuttaa paperiin pysyviä epäsäännöllisiä muodonmuutoksia. Paperin venyminen epätasaisesti aiheuttaa vaihtelua paperin paksuuteen ja neliöpainoon. Ts. paperin laatu huononee, kun ratakireys ei pysy vakiona.



2.1 Paperikone

Paperikone valmistaa paperia massasta, jossa on kuituja, täyteaineita, vettä ja paljon eri kemikaaleja. Massan leviäminen paperin muotoon tapahtuu viiralla, jonka päälle se ruiskutetaan perälaatikosta. Viiralla massasta imetään suurin osa vedestä pois. Massa irrotetaan viirasta pick-up -telalla, josta rata joutuu puristimeen. Puristimen jälkeen paperikoneen tehtävä on lähinnä kuivata paperi ja estää sen ei-toivotut muodonmuutokset kuivumisen aikana. Koneessa saattaa olla mukana paperia mekaanisesti muokkaavia osia, kuten konekalanteri tai päällystysasema, jossa paperin pintaan lisätään täyteainetta. Normaalissa paperikoneessa on 30-40 sähkökäyttöä pyörittämässä teloja. Telat vetävät viiraa, puristin- ja kuivaushuopia sekä itse paperia. Kuvassa 2.1 on kaavakuva paperikoneesta, jossa on kaksi viiraa (ylä- ja alaviira), yksinippinen konekalanteri

Kuva 2.1 Paperikone



2.2 Päällystyskone

Päällystyskoneen tehtävänä on päällystää valmista paperia jollakin sen pintaa parantavalla massalla. Päällystyskoneeseen kuuluu yleensä kaksi asemaa yksi paperin yläpuolelta ja toinen alapuolta varten. Päällystysaseman jälkeen paperia täytyy kuivata, ja suurin osa päällystyskoneen ryhmistä onkin ohjausteloja, jotka kuljettavat paperia leiju- ja infrakuivainten läpi. Koska paperi on jo paperikoneella rullattu, täytyy se purkaa päällystyskoneella aukirullaimessa ja rullata uudelleen koneen lopussa. Mikäli lähtörullan vaihto tehdään täydessä vauhdissa, käytetään ns. lentävää liimausta, jossa aukirullaimia on kaksi. Lentävässä liimauksessa uusi rulla kiihdytetään oikeaan nopeuteen, liimataan rata uuteen rullaan, katkaistaan vanhasta rullasta purkautuva paperi ja pysäytetään vanha rulla mahdollisimman nopeasti.

Kuva 2.2 Päällystyskone

Lentävä liimaus asettaa jarrugeneraattorien ohjaukselle ja säädölle korkeita vaatimuksia. Rullan vaihto on tapahduttava juuri oikealla hetkellä ja vaihdon aiheuttama kireyshäiriö on pidettävä mahdollisimman pienenä.



2.3 Välirullain

Välirullaimella puretaan paperi- tai päällystyskoneelta tullut konerulla ja rullataan se uudelleen. Tarkoituksena voi olla paperin paikkaus, huonon konerullan parantaminen tai rullakoon muuttaminen. Välirullaimessa on reuna- nauhaleikkuri, joilla paperin reunasta voidaan leikata kapea kaistale pois ja tasoittaa rullan päätyjä. Rullaimen pope-sylinteri toimii koneen nopeuden määräävänä pääryhmänä.

Kuva 2.3 Välirullain



2.4 Superkalanteri

Superkalanteria käytetään paperin mekaaniseen jalostukseen. Paperia kiillotetaan puristamalla sitä kalanteritelojen välissä. Superkalanterissa telat on koottu päällekkäin korkeaksi pinoksi. Superkalanterissa käsitellään paperi- tai päällystyskoneelta tullutta koneen levyistä paperia. Rullaus tapahtuu tampuuriraudalle yleensä keskiövetoisella rullaimella. Pope-rullaimen sijasta voidaan käyttää keskiörullainta, koska kalanteriteloja käyttävä ryhmä on pitävä ryhmä ja voi siten toimia koneen nopeuden määräävänä pääryhmänä.

Kuva 2.4 Superkalanteri



2.5 Kantotelaleikkuri

Kantotela- ja kaksoisleikkuri ovat pituusleikkureita. Pituusleikkurin tehtävänä on leikata paperikoneen levyisistä konerullista kapeampia ja pienempiä asiakasrullia. Kantotelaleikkurissa asiakasrullat rullataan kantotelojen ja painotelan välissä Aukirullaimen jälkeen sijaitsevat terämoottorien pyörittämät terät, joilla paperi leikataan halutun levyisiksi rulliksi. Asiakasrullia ei voida pyörittää niiden keskiöstä, koska ne ovat vieri vieressä. Ne saavat vedon kantotelojen pinnasta. Syntyvän rullan tiukkuus riippuu paperiradan kireydestä ennen rullausta sekä kantotelojen momenttien suhteesta. Kun etukantotelan vetoa kasvatetaan suhteessa takakantotelaan, tulee rullasta tiukempi.

Kuva 2.5 Kantotelaleikkuri



2.6 Kaksoisleikkuri

Kaksoisleikkurissa rullainosan muodostaa suuri rullaussylinteri, jonka kummallekin puolelle asiakasrullat tehdään siten, että joka toinen rullista on toisella puolella ja joka toinen toisella. Tällöin rullien väliin jää tilaa keskiövetolaitteelle, jolla rullaa voidaan pyörittää sen keskiöstä käsin. Asiakasrullien tiukkuus on helpommin hallittavissa keskiövedon ansiosta. Rullaussylinteri toimii koneen nopeuden määräävänä pääryhmänä.

Kuva 2.6 Kaksoisleikkuri



2.7 Erilaiset käyttöryhmät

2.7.1 Aukirullain

Aukirullaimen tehtävänä on nimensä mukaisesti rullata rulla uudelleen auki jatkojalostusta varten. Aukirullainta kutsutaan usein myös jarrugeneraattoriksi, koska normaalin käynnin aikana aukirullain toimii generaattorina jarruttaen radan kulkua ja pitäen sitä siten sopivan kireällä. Jarrugeneraattorin toimintajakso koostuu kiihdytyksestä yleensä moottorina, tasaisesta ajosta generaattorina ja hidastuksesta generaattorina, jolloin teho on suurin.

Jarrugeneraattorit ovat aina keskiövetoisia. Rullan tampuurirauta tai joissakin tapauksissa pahvinen hylsy kytketään moottorin tai vaihdelaatikon akseliin kytkyllä. Koska käyttö on keskiövetoinen, vaikuttaa rullan halkaisija moottorin pyörimisnopeuteen. Suurimman ja pienimmän ajettavan rullan halkaisijoiden suhde, ns. rullaussuhde, voi olla 5:l. Laaja kierrosnopeusalue asettaa käytölle erityisiä vaatimuksia. Koska pienillä rullilla myös tarvittava momentti on pienempi, käytetään yleensä magnetoinnin säätöä ja kentänheikennystä pieninä rullan halkaisijoilla. Käytön teho generaattorina on usein paljon suurempi kuin sen teho moottorina

2.7.2 Rullain

Rullausasema voi olla keskiövetoinen tai rullan pinnasta vetävä. Rullan pinnasta vetävä pope-rullain on yleisempi ja yksinkertaisempi, koska rullan halkaisija ei vaikuta moottorin pyörimisnopeuteen eikä tarvita kytkyä rullan ja voimasiirtoakselin välillä. Myös uuden tyhjän tampuurin vaihto täyttyneen tilalle käy helpommin rullan pinnalta vetävissä rullaimissa. Pope-rullainta käytetäänkin jatkuvaa tuotantoa ajavissa koneissa, kuten paperi- ja päällystyskoneissa.

Myös koneissa, joissa rullain on koneen nopeuden määräävä pääryhmä, käytetään pope-rullainta. Pope-rullaimessa moottori on kytketty pope-sylinteriin, joka painetaan rullaa vasten. Kuvassa 2.4 s.7 esitettiin pope-rullaimella syntyvän irullan kireyden muodostus nippiintulojännityksen ja nipin aiheuttaman lisäjännityksen summana.

Rullan akselilta, tampuuriraudalta tai hylsyltä vetävää rullainta kutsutaan keskiörullaimeksi. Keskiörullain ei voi toimia nopeussäädettynä pääryhmänä, koska rullan halkaisija vaikuttaa sen pyörimisnopeuteen. Keskiörullainta voidaan käyttää koneissa, joissa tuotanto pysäytetään rullan vaihdon ajaksi tai erikoisjärjestelyillä myös jatkuvaa tuotantoa ajavissa koneissa, mikäli rullain toimii pope-rullaimena rullan vaihdon ajan. Keskiörullain soveltuu pope-rullainta paremmin erittäin pehmeän tai liukkaan materiaalin rullaukseen.



2.7.3 Kalanteri

Kalanteri muodostuu toisiaan vasten pyörivistä teloista, joiden välistä paperi johdetaan. Teloja täytyy siis olla vähintään kaksi, mutta niitä saattaa olla enemmänkin. Kalanteri jalostaa paperia mekaanisesti puristamalla sitä telojen välisessä nipissä. Kalantereissa käyttöjen välinen mekaaninen yhteys ei ole kiinteä, vaan se saattaa katketa esim. nipin avaamisen seurauksena. Kalanteritelojen käyttöjen ohjaus täytyy sopeuttaa muuttuviin mekaanisiin tilanteisiin. Kuvassa 3.10 on esitetty em. käyttöryhmien periaate.

Kuva 2.7 Keskiövetoinen aukirullain, kalanter ja pope-rullain.



3. SÄÄTÖMENETELMÄT

3.1 Nopeussäätö

Suurissa koneissa, joissa on paljon ryhmiä, kuten paperi- ja päällystyskoneissa, useimmat ryhmät ovat nopeussäädettyjä. Ne saavat nopeusohjeensa ohjearvoketjusta. Ohjearvoketju tarkoittaa käyttöryhmiä ohjaavassa ohjelmassa niiden laskutoimitusten ketjua, joilla kunkin ryhmän nopeusohje määrätään. Esimerkki ohjearvoketjusta on kuvassa 4.7.

Kuva 3.1 Ohjearvoketju

Kuvassa 3.1 ryhmien välillä on suhteellinen nopeuseron asettelu ja lisäksi yksi kireyssäätäjä, jonka lähtö summataan ketjuun. Oleellista ohjearvoketjussa on, että johonkin ryhmään tehty nopeuseron muutos edelliseen ryhmään nähden vaikuttaa myös kaikkiin sitä seuraaviin käyttöryhmiin. Ohjearvoketju siirtää nopeusohjeen ryhmältä toiselle korjattuna asetellulla ryhmien välisellä nopeuserolla niin, että koneen fyysinen rakenne ja ryhmien järjestys paperin kannalta tulee otettua huomioon. Asetellessaan ns. vetoja paperikoneen käyttöhenkilöstö asettelee ryhmien välisiä nopeuseroja siten, että haluttu paperin kireys ja ryhmien välinen kuormituksen jako syntyy.

Varsinainen nopeussäätäjä sijaitsee ryhmäsäätäjässä, joka saa nopeusohjeensa esim. 100 ms välein. Nopeuden oloarvon säätäjä laskee moottoriin kiinnitetyn pulssitakometrin antamien pulssien perusteella. Yleensä käytetään takometreja, jotka antavat 1024 pulssia moottorin kierrosta kohti.



Nopeussäädetyn ryhmän ohjauksessa ei yleensä oteta huomioon nopeuden muuttuessa hitausmomentin vaatimaa momentin tarvetta. Jatkuvaa tuotantoa ajavissa koneissa ajonopeutta muutetaan niin hitaasti, ettei tästä ole haittaa. Koneissa, joissa ryhmien pysäyttäminen ja uudelleen kiihdyttäminen kuuluu normaaliin ajoon, ovat kiihdytys ja hidastusnopeudet niin suuria, että puhdasta nopeussäätöä harvoin käytetään

Nopeussäätöön voidaan lisätä niin sanottu kuormitusjousto, joka pienentää nopeusohjetta virran kasvaessa. Jousto, ikäänkuin pilaa nopeussäädön ja antaa nopeuden laskea kuormituksen kasvaessa. Menetelmä on kuitenkin hyvin käyttökelpoinen, koska kuormituksen aiheuttamaa nopeuden alenemaa voidaan asetella ja muuttaa ajotilanteen mukaan. Kuormitusjoustoa käytetään tilanteissa, joissa jonkin ryhmän on sopeutettava nopeutensa jonkin toisen ryhmän nopeuteen. Tällaisia ovat esimerkiksi toisiaan vasten painuvat kalanteritelat. Virtasuhdeohjaukseen ei voida siirtyä ennenkuin ollaan varmoja telojen välisestä pidosta. Jäykkä nopeussäätö aiheuttaisi helposti toisen telan toiminnan moottorina ja toisen generaattorina, jos nopeuksien skaalauksissa olisi pienikin epätarkkuus. Nipin sulkeutuessa syntyisi helposti nykäisy, joka saattaisi johtaa ratakatkoon. Kuormitusjoustoa voidaan verrata säätämättömään oikosulkumoottorikäyttöön, jonka kuormituksesta riippuvaa jättämää voidaan asetella. Kuvassa 3.2 on esitetty kuormitusjouston periaate.

Kuva 3.2 Kuormitusjousto

3.2 Kireyssäätö



3.2.1 Kireyden mittaus

Kireyden säätöön tarvittava paperiradan kireyden oloarvo saadaan mittaamalla paperin jännitystä yleensä

välillisesti. Kun paperirataa poikkeutetaan sen tasoa vastaan kohtisuorasti, tarvitaan tähän tietty paperin

koneen suuntaisesta jännityksestä riippuva voima. Mittaamalla tätä voimaa saadaan kireys selville.

Mittausmenetelmiä on useampia. Yleisin käytetty menetelmä on tela, joka on kiinnitetty voima-antureihin.

Tela asennetetaan niin, että paperi joutuu tekemään sen kohdalla mutkan, ja voima-anturi mittaa paperin

telaan aiheuttamaa kuormitusta tietyssä voima-anturille ominaisessa suunnassa. Toinen mahdollisuus on

poikkeuttaa paperirataa tasolla, jossa on paineilmasuuttimia, ja mitata putkistoon syntyvää painetta tietyllä

ilman vakio virtaamalla. Kuvassa 3.3 on esimerkki voima-antureiden sijoituksesta ja paperin jännityksen

aiheuttamasta voimasta niihin. Anturiin kohdistuvasta voimasta ja siten myös paperin kireydestä riippuva

signaali siirretään jänniteviestinä ohjaustietokoneelle.

Kuva 3.3 Kireyden mittaus

3.2.2 Kireyssäätö

Kireyssäätöä käytetään korjaavana säätönä yhdistettynä joko nopeussäätöön tai momenttiohjaukseen. Kireyssäätäjän lähtö summataan nopeusohjeeseen tai laskettuun momenttiohjeeseen. Nopeusohjeeseen lisätyn kireyssäädön periaate on kuvassa 3.4



Kuva 3.4 kireyssäätö

Normaalin toiminnan aikana säätäjän lähtö pysyttelee lähellä nollaa. Säätäjän lähdön rajoituksella voidaan estää liiallinen momentin kasvu esimerkiksi ratakatkotilanteissa, ennen kuin katko on havaittu ja tieto katkosta tullut säätöohjelmalle.

Nopeusohjeeseen lisättyä kireyssäätöä pidetään parempana kuin momenttiohjeeseen lisättyä. Perusteluna esitetään värähtelevän systeemin jakamista pienempiin osiin, kun kireyden säätö ei ole sisimpänä säätösilmukkana. Nopeussäädön käytössä rullainkäytöissä tulee ongelmaksi rullan säteen tarkka laskeminen nopeusohjetta muodostettaessa. Muissa ryhmissä kuin rullaimissa kireyssäätö lisätään nopeusohjeeseen.



3.2.3 Momenttiohjaus

Tarvittavan momentin laskentaan perustuvaa momenttiohjausta käytetään ryhmissä, joissa hitausmomentin merkitys on suuri ja sen hitausmomentin suuruus vaihtelee rullan koon muuttuessa. Tällaisia käyttöryhmiä ovat auki- ja kiinnirullaimet. Laskentaan jää kuitenkin epätarkkuutta, koska kaikkia vaikuttavia tekijöitä ei tunneta. Mm. kitkan vaikutus on vaikeasti etukäteen tiedettävissä ja se muuttuu olosuhteiden mukaan. Momenttiohjausta tarkennetaan usein lisäämällä siihen kireyssäätö, jonka lähtö summataan laskettuun momenttiohjeeseen. Momenttiohjauksen periaate on esitetty kuvassa 3.5.

Kuva 3.5 Kireyssäätäjällä korjattu momenttiohjaus.

Momenttiohjauksessa otetaan huomioon haluttu radan kireys (kireyden ohjearvo), hitausmomentin vaikutus nopeuden muutoksissa sekä kokeellisesti määrätty kitkan __________________________________________________________________________________Sähkökäytöt – Sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmät/tt/file_convert/5e380de427a89a7ea23cd9d3/document.docx


vaikutus. Keskiövetoisen aukirullaimen momenttiohje lasketaan seuraavasti, kun positiivinen momentti vastaa moottorikäyttöä, ja käytetään kuvan 3.6 merkintöjä.

Kuva 3.6 Momenttiohjeen muodostuminen

Varsinkin kitkojen vaikutuksen laskeminen on karkea yksinkertaistus todellisesta tilanteesta, ja niiden oikeiden arvojen löytäminen käytännössä on vaikeaa.



3.2.4 Virtasuhdeohjaus

Virtasuhdeohjautus tarkoittaa sitä että käyttöryhmän virtaohje lasketaan jonkintoisen ryhmän virtaohjeesta jollakin tietyllä kertoimella. Tällöin virrat pysyvättoisiinsa nähden samassa suhteessa. Virtasuhdeohjattua ryhmää kutsutaanorjaryhmäksi ja sitä ryhmää, jonka virrasta orjan virtaohje lasketaan,isäntäryhmäksi. Isäntä- ja orjaryhmän periaate on esitetty kuvassa 4.17.

Kuva 3.7 Virtasuhdeohjauksen periaate

Virtasuhdeohjausta käytetään silloin, kun ryhmät ovat mekaanisesti toisissaankiinni, ja niiden välinen kuormituksen jako on tärkeää. Tällaisia käyttöryhmiä on mm. kalantereissa ja puristimissa. Mikäli mekaaninen yhteys häviää, täytyy huolehtia siitä, ettei virtasuhdeohjauksella normaalisti käytetty ryhmä pääse ryntäämään, vaan siirtyy



nopeussäädölle. Säädön muuttuminen nopeussäädöltä virtasuhdeohjaukseksi ja päinvastoin vaatii harkittua ajoitusta, jotta se ei aiheuttaisi häiriötä koneen toiminnalle.

4. RULLAIN - Technobothnia

Rullain muodostuu aukirullaimesta ja kiinnirullaimesta. Aukirullain nimensä mukaisesti pyörittää rullaa auki, ja kiinnirullain kiinni muodostaen uuden rullan. Kiinnirullainta pyöritetään nopeusohjattuna, jotta saadaan aikaan haluttu ratanopeus. Alkuvaihetta lukuun ottamatta aukirullain toimii yleensä momenttiohjattuna generaattorina, joka pyrkii jarruttamaan radan kulkua aiheuttaen siihen näin halutun ratakireyden.

Ohessa muutamia rullainkäyttöjä.

Pituusleikkuri – Leikkaa radan pituussuunnassa soiroiksi. Vetävä pää voidaan toteuttaa Pope-sylinterillä (alkuperäinen kuva) tai sitten kantoteloilla (lisätty vaihtoehto käsin)

Kommentit: X



Superkalanteri – Vedetään paperirata kumitelojen läpi, jolloin paperin pinta saa kiillon.

Kommentit:

1. Piirrä periaatteeliset kuvaajat aukirullaimen nopeudelle ja momentille, kun käyttö käynnistetään ryöminnälle asetetaan nopeusero ratanopeuteen nähden ratakireys syntyy käyttö kiihdytetään ajonopeuteen käyttö jarrutetaan nollanopeuteen

2. Laske syntyvä momentti kiihdytyksessä ja ajon aikana aukirullaimelle (alussa ja lopussa)Käytön parametrit:Ratakireys rullauksen alussa 1 kNRatakireys rullauksen lopussa 0,2 kN – Rullaan saadaan aikaiseksi kovuusprofiili säteen suunnassaKonerullan alkusäde 0,8 mHylsyn säde 0,05 mRatanopeus 800 m/minMoottorin hitausmassa 2,56 kgm2

Konerullan hitausmassa 1570 kgm2

Välityssyhde (Vaihde); 3,22

Pään pujotuksen jälkeen käyttö kiihtyy täyteen nopeuteen 90 sekunnissa. Voidaan olettaa, että säde ei muutu kiihdytyksen aikana. (Vast -3,1N; -156N; -248N)

Aukirullaimelle suunniteltu moottori on 75 kW 980 r/min. Momenttisäädön tarkkuudeksi vaaditaan 5 % ratakireydestä. Mikä on vaadittu säädön tarkkuus suhteessa moottorin nimellismomenttiin? Miten säädön tarkkuutta voitaisiin parantaa? (Vast 0,02 %)



4.1 Rullain Technobothniassa

Rullain Technobothniassa on hyvin pelkistetty. Se koostuu kahdesta kelasta (aukirullain ja kiinnirullain) ja niitä pyörittävistä moottoreista, sekä ratanopeuden ja ratakireyden mittauksesta. Suurimmaksi ratanopeudeksi on ohjelmallisesti asetettu 200m/min ja ratakireydeksi 200N.

Kuva1. Tehchnobothnian rullain.



Ratakireyden määrittämiseksi nauha kulkee erillisen telan alta, joka on akseliltaan kiinnitetty Under-Pillow-Block (UPB) –tyyppiseen voima-anturiin. Nauhaa vedettäessä keskitela pyrkii nousemaan ylöspäin nauhan vetokireyteen verrannollisesti, jolloin UPB-anturi mittaa vetävän voiman. Anturi on kalibroitu antamaan jänniteviestin 0…10V ratakireyden ollessa 0…200N. Ratakireysmittauksen periaate esitetty kuvassa 2.

Kuva 2. Ratakireyden mittaus.

Kireyden lisäksi mitataan myös ratanopeutta kahdella kuvan 3 mukaisella anturilla. Antureita on kaksi, jotta saadaan mitattua nopeus molempiin suuntiin rullattaessa. Ohjauspaneelin kytkimellä voidaan valita kumpaa anturia käytetään. Anturit on kalibroitu antamaan jänniteviesti 0…10V ratanopeuden ollessa 0…200m/min.__________________________________________________________________________________Sähkökäytöt – Sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmät/tt/file_convert/5e380de427a89a7ea23cd9d3/document.docx


Kuva 3. Ratanopeusanturi



5. Laitteisto - Techobothnia

Rullaimen käyttöön tarvittava laitteisto koostuu auki- ja kiinnirullaimia pyörittävistä moottoreista, moottoreita ohjaavista taajuusmuuttajista, sekä logiikasta. PC:llä voidaan tehdä muutoksia logiikkaan ja taajuusmuuttajien asetuksiin, sekä ohjata prosessia käyttäen InTouch –valvomosovellusta.

5.1 Logiikka

Ohjaavana logiikkana työssä on käytetty Siemenssin Simatic S7-300 sarjaa. Logiikka koostuu erillisistä korteista, joita voidaan liittää yhteen tarvittavien toimintojen mukaan. Kuvassa 4 käytössä olleet kortit (kuva hardwarekonfiguraatiosta). Keskusyksiköksi on valittu 315F-2 PN/DP sen sisältämien ethernet- ja PROFIBUS -liitäntöjen ansiosta. Ethernetväylän kautta logiikka on kytketty ohjelmointitietokoneeseen, jolloin saavutetaan huomattavasti suurempi tiedonsiirtonopeus MPI-väylään verrattuna.

Kuva 4. Logiikan hardwarekonfiguraatio.



5.2 Taajuusmuuttajat

Moottoreita ohjataan kahdella Vaconin NXP-sarjan taajuusmuuttajalla. Taajuusmuuttajat on kytketty logiikkaan PROFIBUS –väylän kautta. Taajuusmuuttajiin on lisätty erilliset ohjauskortit kenttäväyläohjausta ja moottorin takometrisignaalia varten. PROFIBUS-DP –optiokortti OPT-C5 on liitetty taajuusmuuttajan korttipaikkaan E, ja enkooderikortti OPT-A5 korttipaikkaan C.

5.2.1 Parametrit

Ennen käyttöä taajuusmuuttajalle ilmoitetaan sen tarvitsemat tiedot moottorista ja sen ohjaustavasta muuttamalla tarvittavia parametreja. Esimerkkinä parametreista kuvassa 5 moottorin kilpiarvot. Parametreja voidaan muuttaa joko suoraan taajuusmuuttajan näyttöpaneelilta, tai yhdistämällä taajuusmuuttaja tietokoneeseen ja käyttämällä NCDrive –nimistä ohjelmaa.

Kuva 5. Moottorin kilpiarvot syötettynä taajuusmuuttajalle NCDrive –ohjelmalla.

5.2.2 Kenttäväyläohjaus

Yhteydenpito logiikan ja taajuusmuuttajien välillä tapahtuu kenttäväylän kautta. Kenttäväyläohjaus otetaan taajuusmuuttajalta käyttöön valitsemalla parametrille P 2.6.1 ohjauspaikaksi kenttäväylän. Lisäksi taajuusmuuttajan Profibus DP –optiokortin Slave-osoite ja PPO-tyyppi muutettiin vastaamaan logiikalle syötettyjä arvoja. Käyttötilaksi valittiin ohikytketty (2 / ByPass), jolloin prosessidata-kentän tieto siirtyy sovellusrajapintaan käsittelemättömänä. /1/

Kuva 6. Taajuusmuuttajan PROFIBUS-DP –optiokortin määrittelyt.

PPO –tyypin ollessa PPO 5, väyläliikennöinnissä on käytössä ohjaus- ja tilasanojen lisäksi prosessitietosanat 1-8. Sanoille määräytyvät osoitteet voidaan määritellä logiikan hardwarekonfiguraatiosta. Esimerkiksi Slave-osoitteen 6 taajuusmuuttajalle on tulo- ja lähtösanojen osoitteisto määritelty alkamaan arvosta 264. Tällöin taajuusmuuttajan ohjaussanaa vastaa logiikalla osoite PQW264, ja esimerkiksi prosessitietoa IN6 osoite PQW278.



Kuva 7. Eri PPO –tyyppien sisällöt.

Kuva 8. Taajuusmuuttajan osoiteväli logiikalla.

Prosessitietoihin voidaan vapaasti konfiguroida halutut signaalit tai ohjattavat parametrit taajuusmuuttajan data mapping –toiminnon kautta. Esimerkiksi momenttiohjauksen valitsemiseksi prosessitietosanaan IN6 on määritelty kyseistä toimintoa vastaava ID-numero 1278.

Kuva 9. Data mapping –välilehden sisältö.



5.3 Käyttöliittymä

5.3.1 Pääsivu

Rullaimen käyttöliittymän pääsivu voisi olla esimerkiksi alla olevan kaltainen.

5.3.2 Väyläliikenteen ohjaus ja seuranta

Taajuusmuuttajien ohjaus väylän kautta on takoituksella jätetty irti muusta rullainsovellutuksesta, jotta myös tämä rajapinta tulisi esille.



5.3.3 Mittaukset ja Parametrointi

Toiminnan seurannassa ja parametrionnissa tarvittavat arvot voidaan koota omille näytöilleen. Näytöt on jaettava useammalle sivulle jos näytön koko on pieni.



5.3.4 Mittaukset ja Parametrointi

Ohjelman toiminnan seurantaan voi tehdä omia näyttöjä tarpeen mukaan sekä panelille, että logiikalle.

5.3.5 Esimerkit panelinäytöistä

Ohessa on esitetty minkälaiset Siemens 177B panelille tehdyt näytöt voisivat esimerkiksi olla,



Ohjelman periaatteellinen lohkokaavio

Oheinen lohkokaavio esittää S7-ohjelmaosuuden pääkohdat. Vertaa kaaviota ABB:n vakiosovellutukseen.

FC10 - Speed_Guideline1 - Web speed reference selection



FC11 - Speed_Guideline2 - Web speed reference is converted to speed reference for unwinder and winder drives.



FC36 - Unwinder_Diameter - Unwinder diameter calculation



FC47 - Winder_Diameter - Winder diameter calculation



FC37 - Reel_Tension_FC - Web tension reference selectionFC39 – Tension - Tension reference



FC40 – F_PIC - Web tension PI-controller



FC38 - Unwinder_Torque - Calculation of torque reference for unwinder drive



Ohessa on esitetty minimiversio rullainkäytön ohjelmasta. Siitä on karsittu kaikki ylimääräinen hienous pois – myös itse kireyssäätö.

FC10 - Speed_Guideline1 - Web speed reference selection



FC11 - Speed_Guideline2 - Web speed reference is converted to speed reference for unwinder and winder drives.



FC36 - Unwinder_Diameter - Unwinder diameter calculation



FC47 - Winder_Diameter - Winder diameter calculation



FC37 - Reel_Tension_FC - Web tension reference selectionFC39 – Tension - Tension reference



FC40 – F_PIC - Web tension PI-controller

FC38 - Unwinder_Torque - Calculation of torque reference for unwinder drive



SÄÄDETYT KÄYTÖT – PERUSTOIMINTOJEN TOTEUTTAMINEN

HARJOITUSTEN TARKOITUS

Tässä työssä tutustutaan - Erilaisiin perustoimintoihin, joita Engineered Drives tyypillisesti sisältävät- Taajuusmuuttajien hieman syvällisempään parametrointiin- Vacon taajuusmuuttajan ohjelmointiin

1. Teräkäyttö

Selvitä kokeilemalla I/O-rajapinnan toiminta.

Läpikäydyssä rullainesimerkissä oli sivulla 41 toteutettu teräkäyttö.

- Mieti, miten kyseinen sovellutus on tarkoitettu toimivaksi. Kirjoita siitä muutaman rivi ylös.

- Toteuta kyseinen teräkäyttö Vacon- taajuusmuuttajalla Multipurpose sovellutuksesta lähtien. Käytetään ohjauksiin I/O- rajapintaa. Lähtöarvot: Maksimi ratanopeus 1000 m/min, Terän halkaisija 0,25 m, leikkausnopeus 200m/min(nopeusero), minimi syöttötaajuus 5 hz. Vihje: sovellus hoituu parametroinnilla.

Ratkaisuja: Toimintaperiaate; Teräkäyttö toimii suoraan taajuusohjeella. Terän pintanopeus pitää olla hieman isompi kuin ratanopeus, jotta terä oikeasti leikkaisi. Terälle voidaan asettaa minimitaajuus – Toimii hallitusti myös pienillä ratanopeuksilla.

Aseta minimitaajuus 5Hz. Ota taajuusohjeeksi jännite- ja virtapotentiometrien tulo- P2.1.11 AI1+AI2, Aseta P2.2.2.7 AI1 Ref Scale Max arvoon, jota leikkausnopeus edellyttää ( määrittää paljonko AI1:n 10V tuo lisänopeutta minimitaajuuden päälle, manuaali esitti asian vähän väärin)



2. Käytön ohjaus - Taajuusmuuttajan sovellutus

Tässä harjoituksessa tutustutaan:- Uuden sovellutuksen luonti- Sovellutusohjelman muuttaminen- Uuden sovellutuksen tallentaminen taajuusmuuttajaan- Sovellutusohjelman liityntärajapinnat: paneli, väylä, moottorinohjaus- Ohjelman toiminnan seuraaminen On Line-tilassa

Koska kokonaisuuden hahmottaminen on tässä harjoituksessa etusijalla, on tehtäväksiannon oltava mahdollisimman yksinkertainen:

- Lisää multipurpose sovellutusohjelmaan ominaisuus, jolla voidaan estää suunnanvaihto.

Nuotit:- Tee uusi Multipurpose sovellutus, johon teet muutokset- Muuta ohjelmaversiot vastaamaan taajuusmuuttajaasi, jos tarpeen- Suorita käännös ennen muutoksia, jolla varmistat lähtötilanteen toimivuuden - Etsi ohjelmasta paikka, jossa suunnanvaihto tehdään- Lisää parametri (Tyyppi Boolean) ja logiikkapiiri, jolla esto tehdään



Valmistelu:

Hae kotisivulta kansio Multip_Alkupaketti.

Kopioi sieltä firmwarehakemisto NXP_xxxxx ja kirjastohakemisto xxxlibxxx omalle koneellesi hakemistorakenteeseen kuten alla on kuvattu.

Uuden projektin luonti.

Tee uusi hakemisto omaa sovellustasi varten:

Käydään hakemassa kotisivun alkupaketista tiedostot *.mdb ja *.zwt omaan Vacon_testaus/Har1 - hakemistoon:

Muuta tiedostojen nimeksi Har1.

Käynnistä ohjelma NC1131-3



Avaa oma sovellutuksesi:

Huomaa vaihtaa tiedostopäätteeksi *zwt.

Huom! Kirjastoa ei päivitetä. Vastataan NO.

Ohjelmalle pitää kertoa, mihin taajuusmuuttajatyyppiin ja mihin sen ohjelmaversioon ollaan sovellusta tekemässä. Tiedot tarvitaan, jotta käännösvaiheessa syntyvä alaladattava binäärikoodi olisi kyseiseen taajuusmuuttajaversioon sopiva. Firmware määrittää rajapinnan käytönohjauksen ja moottorinohjauksen välillä.



Talleta projekti. Tällöin syntyy hakemistoon joukko tarpeellisia tiedostoja, jotka mm. zip tiedostosta tuli purettua.

Käännetään ohjelma taajuusmuuttajaan ladattavaksi binäärikoodiksi.



Käännöksen etenemistä voi seurata oikeassa alakulmassa olevasta ikkunasta. Lopputuloksena pitäisi tulla virheetön käännös:

Jos edellä oleva ikkuna ei ole valmiiksi näkyvissä, niin sen saa poimittua valikosta:

Sovellutushakemistoon syntyi nyt tiedostoja, joista *.vcn on binäärikoodin sisältävä tiedosto.

Alaslatauksen voi tehdä kahdella eri tavalla. Joko suoraan ohjelmasta:



Tai erillisestä download ohjelmasta, jota käytetään silloin, kun kyseessä ei ole sähkökäyttöjen engineering henkilöstö – ohjelmointityökalua ei ole käytössä.

Valitaan aplication välilehti, haetaan alasladeattava sovellutus ja ”download”.

Jatkokysymykseen lisätäänkö ohjelma taajuusmuuttajassa jo oleviin ohjelmiin vai korvataanko ohjelmat kokonaan, on syytä vastata, että korvataan kokonaan. (Nykyisellä sovellutuskirjolla muisti on jo täysi, eikä lisää mahdu).

Tiedoston lataus tapahtuu tietokoneen COM-portista (oletus com1). Vacon:issa voi käyttää joko panelin alla olevaa porttia tai erillistä sarjaliikennekorttia.

Suorita nyt ohjelman alaslataus.

Nyt tiedämme, että ainakin ennen sovellutuksen varsinasta muuttamista, sen päivitysmenettely oli hoidettavissa ilman ongelmia.



Ajetaan Cross Reference-lista, joka näyttää, missä kohdin ohjelmaa kutakin muuttujaa on käytetty.

Lista ilmestyy ruudun oikeaan alalaitaan.

Poimi listasta Reverse aliohjelmassa _21_Motor_Control – Double click.

Lisää ohjelmaan sopivaan kohtaan uusi toimilohko.

Editoi ohjelma:



Yhdistä lohkot:

Lisää muuttujat:

Kytke tai siirrä hiirellä parametri paikalleen.

Lisää säiliö omille muuttujille.



Lopputulos:

Talleta globaalit muuttujat tänne. (Globaali – muuttuja on kaikkien aliohjelmien luettavissa/kirjoitettavissa. Local – muuttuja on olemassa vain yhdelle aliohjelmalle)

Lisää EnableReverse – muuttuja.



Properties luukusta asetetaan tyyppi Boolean:iksi.



Kytke muuttuja.

Talleta

Käännä

Tarkista käännöksen virheettömyys.



Nyt sinulla on perustiedot siitä, kuinka Vacon taajuusmuuttajan sovelltukseen voi tehdä muutoksia. Jotta voisi vapaasti lisätä taajuusmuuttajaan uusia ominaisuuksia, on lisäksi tiedettävä:

Miten käytetään rajapintamuuttujia hyväksiMiten lisätään omia aliohjelmiaMiten muuttujat viedään panelilla käsiteltäviksi

Perehdytään rajapintamuuttujiin seuraamalla ohjelman kulkua.

Selvitetään, mistä Reverse muuttuja saa alkunsa.Ota cross reference listasta 321Start_Selection. Write osoittaa, että kyseinen aliohjelma antaa sille arvon.

Päädytään lohkoon:

Valittu Control Place siis päättää, mkä Reverse signaali on aktiivinen.

Edetään edelleen Tarkastelemalla muutamasta eri ohjauspaikasta tulevaa Reverse, komentoa.

Valitaan cross referencen kautta FieldBus reverse.

Päädytään kohtaan:



Siis poimitaan FBFixedControWord sanasta bitti numero 1. Katsotaan, mistä FBFixedControWord saa arvon.

Koska se esiintyy CrossReference-listassa vain Read muuttujana, ei se saa sovellutusohjelmassa mitään kautta arvoa. Sen on siis oltava rajapintamuuttuja.

Ohjelmassa rajapintamuuttujat on ryhmitelty aiheen muakisesti:

Tarkastellaan ryhmää Fieldbus:



Kyseisen sanan bitti numero 1 oli odotetusti sellainen, joka määrittää suunnan – direction.

(Tarkkaavainen lukija huomaa Speed Referencen kohdalla ristiriidan: väylän kautta annetaan nopeusohje –10000 - +10000. Ohjeen etumerkki kääntää suunnan. Tämä johtuu siitä, että väyläkortti jo itsesään muuttaa väylältä tulevat profidrive määrittelyn mukaisen datarakenteen Vacon:in määrittelyiksi. Vaconin mukainen määrittely talletetaan rajapintaan. Tähän sitten sovellutusohjelma tarttuu kiinni. Jos väylän määrittelyiksi valitaan Profidriven sijaan ByPass, niin muunnosta ei tehdä ja väylälle kirjoitettaan jo logiikan päässä suoraan Vacon-määrittelyiden mukaisesti.)

Nyt tiedämme, kuinka saamme väyläsignaalit käsittelyyn.



Tarkastellaan vastaavalla tavalla Local Reverse.

Jatko riippuu parametroidusta Start/Stop logiikasta. Jos esim on valittu tapa 0, niin reverse määräytyy DIN1 ja DIN2 kautta.

DIN1 löytyy rajapintamuuttujista HW_IO



Nyt tiedämme kuinka ohjelmssa saamme I/O-signaalit käsittelyyn.On line tilan seurannan voit tehdä Global_Variables ryhmän kautta.

Tarkastellaan panel reverse vastaavalla tavalla.

Kun MenuIndex1 on eri suuri kuin 3, niin hypätään ohjelmarivien yli.

Panelin reverse request menee move:lla siirrettynä eteenpäin.Panel_reverse_request on parametri , johon panelista vaikutetaan suunnanvaihtokomennolla.. Se löytyy Global parametreistä.

Menu Index1 esiintyy vain Read-parametrina. Se on siten rajapintamuuttuja.

Nyt teidämme periaatteen, jolla kykenemme käsittelemään panelin rajapintaa.

Menemme vielä motor control reverse kohtaan. Siinä vaikutetaan muuttujaan FreqRef.



Tämä kohta ohjelmassa on ainut paikka, jossa siihen kirjoitetaan. Sen on siis oltava rajapintamuuttuja.

Tarkastellaan siten rajapintaa MotorControl

Sieltä etsitty parametri löytyykin.

Nyt tiedämme, kuinka moottorinohjaukseen vaikutetaan.

Siten liityntä sovellutusohjelmastamme kaikkiin rajapintoihin on tiedossamme: KenttäväyläI/OPaneliMoottorinohjaus

Nyt voit siirtyä tehtävissä eteenpäin, joissa toteutetaan joitakin tyypillisiä sähkökäyttöjen ohjauksia.



3. Kuormitusjousto -

Läpikäydyssä rullainesimerkissä oli sivulla 41-42 sovellettu kuormitusjoustoa. Sen toteutus oli esitetty Vacon:in linjakäyttösovellutuksen lohkokaaviossa.

- Mieti, miten kuormitusjousto on tarkoitettu toimivaksi. Kirjoita siitä muutaman rivi ylös.

Kuormitusjoustolla voidaan jakaa kuorma useamman käytön kesken. Nopeusharhautuksella voidaan määrittää kumpi (mikä) käytöistä ryhtyy orjaksi. Harhautuksen jälkeen orjan ottama momenttiohje (Kuorma) esim. kasvaa. Kasvava kuorma puolestaan pienentää nopeusohjetta. Kasvanut kuorma kompensoi nopeusharhautuksen. Näin annetun nopeuden ei tarvitse olla tarkallen ratanopeuden suuruinen ja silti säätäjille löytyy tasapainopiste.

- Toteuta kuormitusjousto ohjelmoimalla se Vacon taajuusmuuttajaan.

Ratkaisuja:

- Lisätään kuormitusjousto-ominaisuus aiemepaan ohjelmaan.

- Etsi ohjelmasta momentin oloarvo, joka tulee rajapinnasta moottorin säätölohkolta. (Motor Torque)

- Etsi ohjelmasta Speed Reference, joka menee rajapinnasta moottorin säätölohkolle. (FreqRef)

- Lisää nopeusohjeeseen momentin oloarvo kerrottuna vakiolla (Droop_Pros). Vakiolla asetellaan kuormitusjouston määrää. Tee niin, että droop toiminto aktivoidaan parametrillä (Sel_Droop, bitti)

Mieti, miten kertolasku ykköstä pienemmillä luvuilla voidaan tehdä, kun vain kokonaisluvut ovat käytössä.



Ohessa on esimerkkiratkaisu. Hahmota sen toiminta itsellesi.

Seuraavilla sivuilla on yksityiskohtaiset ohjeet tehtävän suorittamiseksi.

Alustus Liikkeelle lähdetään Multiputpose sovelluksesta.

Tee hakemisto nimellä Droop ja kopioi sinne tiedostot ASFIFF06.zwt ja .mdb. Nimeä ne Droop.zwt ja Droop.mdb.



Säilö Tee säilö tämän ohjelman parametreille:



Muuttujat

Lisätään muuttujat ohjelmaan: Hiiren oikea korva

Huomaa laittaa kaikki Global ja valita tallennuspaikaksi juuri luotu Droop.

Parametrimäärittelyt tallettuvat nyt sekä paikallisesti:

Että globaalisti:



Lisää tarvittavat lohkot

Hiiren oikeasta korvasta

Tee tilaa uusille lohkoille Worksheet:llä. Esim valitsemall kaikki lohkot <cntrl> All ja sitten normaaliin tapaan hiirellä raahaamalla.

Tee ohjelmointi oheisen mallin mukaisesti. Kytkennät voit tehdä Raahamlla parametrin ja lohkon kytkentäpisteet päällekkäin



valitsemalla connector työkalun ja vetää kytkentänarun haluttujen pisteiden välille.

Kytkentä muualle ohjelmaan tehdään nimen perusteella. Esim. MotorTorqueFiltered:

Lisää parametri entiseen tapaan, nyt vain valitset Global ja Global_Variables. Silloin pääset valitsemaan kaikista aiemmin ohjelmaan määritellyistä parametreistä, jotka on aikanaan tehty Global määrittelyllä.

Huomaa kytkentänaruja tehdessäsi, että 90-asteen mutkan saat aina hiirtä napsauttamalla.



Ohjelman testaus labrassa

Aseta perusparametrit NCDrivelle vastaamaan kytketyn moottorin arvoja.Laita kuitenkin max virraksi moottorin nimellisvirta – moottori ei pääse ylikuumenemaan testauksessa.

Jos käytössä on salkkutaajuusmuuttaja, niin laita vihekatkovalvonta pois. Salkkuunhan menee vain yksi vaihe, joten se päätyisi muuten vikatilaan.

Aseta säätötavaksi motor control open loop.

Jätä aluksi taajuuden muutosnopeus oletusarvoiksi eli. 3s.

Jätä aluksi käynnistysmuoto ramping.

Kuten yllä olevasta kuvasta voidaan todeta, ei käyttö pysty nostamaan taajuutta: laskee momentin väärin. Jakaa syntyvän virran väärin momenttia ja vuota muodostaviin komponentteihin. Tulee momenttirajalle.

Laitetaan lentävä läynnistys päälle.

Nyt käynnistys tapahtuu moottorin taajuuteen.



Panelille voi ottaa encoder taajuuden. Momentti vaihtaa suuntaansa encoder taajuuden kohdalla.

Voit vaihtaa taajuuden muutoksen 1 sekuntiin, jolloin saat reunakohdan paremmin esille.

Nyt myös negatiiven momentti tulee kokonaisuudessaan hyödynnettyä.



Huomaa, että momentin ääriarvojen välillä on ”säätyvä alue”. Tämä johtuu siitä, että todellista nopeutta ei tiedetä. Vaan moottorimalli arvioi sen syntyvän virran (momentin) ja ilmoitetun nimellisen jättämän perusteella. Momentin kasavessa nousee estimaatti moottorin nopeudesta. Ilmiö siis vastaa seuraavaksi tarkasteltavaa kuormitusjoustoa.

Laitetaan seuraavaksi moottori nopeussäädetyksi niin, että takometri on käytössä.

Nyt mitään tasapainopistettä ei löydy, vaan säätäjä on aina jomassa kummassa laidassa.

Edellä olevilla parametrillä momenttia rajoittavaksi tekijäksi tulee ilmeisesti välipiirin jännite. Salkussa oleva yksivaiheyöttö ei kykenen ylläpitämään jännitettä ja toisaalta katkoja ei kykene syöttämään enempää tehoa vastrukseen.

Tämän voi huomata tarkastelemalla parametria.

(ei yllä olevassa kuvassa vielä mukana).

Laita myös momenttiraja tulemaan AI2:ta.

Momenttiraja on hyvä laittaa sataan, niin analogiatulo AI2 alkaa toimia siitä (20 mA=100%, oletusarvo 300%)

Huomaa, että momenttisäädössä on jo oletusarvona nopeusrajana nopeusohje (freq ref))



Momenttiraja on hyvä laittaa sataan, niin analogiatulo AI2 alkaa toimia siitä (20 mA=100%)

Laita kone käymään noin 600 rpm:ää. Mikä on nopeusmuuutos kuormituslaitteessa, kun vacon ajaa -5 Nm – 5 Nm.

Laita droop pros 30. Mikä on nyt nopeusmuutos vastaavalla momenttivälillä.

Yllä testattavasta toiminapisteestä kuva.

4. Painotela

Läpikäydyssä rullainesimerkissä oli sivulla 41 toteutettu painotelan käyttö.

- Mieti, miten kyseinen sovellutus on tarkoitettu toimivaksi. Kirjoita siitä muutaman rivi ylös.

- Painotelaa ajetaan nopeussäädettynä. Painotela on normaalisti sidottu mekaanisesti ratanopeuteen. Siten sen nopeussäätäjä pyrkii ajautumaan laitaan.

- Nopeusharhautuksella ylöspäin varmistetaan ajautuminen nimenomaan ylälaitaan. Käyttöä ajetaan momenttirajaa vastaan. Rullan hyppiessä mekaaninen kytkentä katoaa, mutta käyttö kiihtyy vain nopeusharhautuksen verran.

- Nopeusharhautus otetaan käyttöön vasta kun taajuus on noin 10 hz, jolloin ilman takoa laskettu momentti on tarkka.

- Toteuta kyseinen käyttö Vacon- taajuusmuuttajalla Multipurpose sovellutuksesta lähtien. Käytetään ohjauksiin I/O - rajapintaa. Lähtöarvot: Maksimi ratanopeus 2000 m/min, sallittu ylinopeus 10%, painotela siirtyy normaaliajoon nopeuden ollessa 200m/min ja siirtyy ryöminnälle nopeuden tippuessa alle 50 m/min.

Ratkaisuja:Aseta moottori nopeussäädetyksi parametrilla P2.6.1. Nyt moottorin säätö huolehtii jättämän kompensoinnista. Taajuusohje muuttuu siten nopeusohjeeksi.



Mene Motor Control- aliohjelmaan ja selvitä kuinka FreqRef-muodostuu.

Aseta nopeusohje tulemaan kanavasta AI2 (P2.1.11,311_Ref_Selection Local Ref Source=1; sourceSel5).

Mene Motor Control- aliohjelmaan ja selvitä kuinka MotorControlMode -muodostuu.

Mene Motor Control- aliohjelmaan ja selvitä kuinka ” Torq_ContSpeed_Lim –vaikuttaa ohjelmaan. Vertaa parametria muuttujaan P2.10.7. Mistä määräytyy momenttiraja nopussäädössä?

Mene 318_AI_Ref aliohjelmaan ja tutustu kuinka TorqueLim muodostuu (voit käyttää apuna Cros reference listaa). Aseta valintaparametri Sel_free_ai_signal_5 ykköseksi (P2.2.6.5 )– valitsee kanavan AI1 momenttia rajoittavaksi signaaliksi. Kokeile toiminta. Mieti miten testaat? Mitä signaaleita ota ruudulle toiminnan todentamiseksi.

Lisää ohjelmaan sivu painotela ja kytke se AI_Ref sivuun parametrin nohje kautta.



Ohje testaukseen: Testataan toiminta ensin, kun säätötavaksi on valittu Open Loop Speed Control, P2.6.1 Motor Control Mode=1.

Aseta kuormituslaitteisto moottoriksi samaan suuntaan kuin taajuusmuuttajakin on. Hae tasapainopiste juuri ennen nopeuslisäystä – momentti vaihtelee nollan molemmin puolin. Tee nopeuslisäys. Kokeile momenttirajan toimintaa. Pudota kuormituslaitteisto pois ja tarkastele nopeuden muutosta.

NCDriven trendi-ikkunassa voi olla: AI1, frequency reference, Output frequeny, Motor speed, Motor Torque

Momenttiraja ei toimi kunnolla taajuudella 5 hz (taajuus juuri ennen nopeuden lisäystä). Ilman takoa skalaarisäädettynä taajuus on liian pieni. Nopeuslisäyksen jälkeen taajuus nousee lähelle 10 HZ, jossa momenttiraja jo toimii.Juuri tämän vuoksi käyttö on ajettava pienillä nopeuksilla nopeusohjattuna. Kun taajuutta on riittävästi voidaan mennä momenttirajasäätöön.

Testataan toiminta ensin, kun säätötavaksi on valittu Close Loop Speed Control, P2.6.1 Motor Control Mode=3.

Aseta kuormituslaitteisto momenttisäädetyksi. Näytä, että kuorman pudotus ei nyt juuri nopeutta muuta, kun valittuna on Close loop control. Nollasta nimelliseen saman tien ja päinvastoin.

Aseta kuormituslaitteisto moottoriksi samaan suuntaan kuin taajuusmuuttajakin on. Näytä, että tasapainopistettä on mahdoton löytää nyt. Säätö ajaa aina laitaan.



Osoita nyt nopeusharhautuksen toiminta mittauksin.

(Exstraa, ei liity varsinaisesti tehtävään: Aseta Motor control mode closed loop momenttisäädölle (moodi 4) ja valitse momenttireferenssiksi AI1 ( muista ottaa AI1 pois momenttirajan määrityksestä).

Aseta kuormituslaitteisto nolla nopeudelle ja kytke milliamppeerilähetin päälle ja pois. Katso miten kuromituslaitteiston akseli käyttäytyy.)


sähkökäyttöjen ohjausjärjestelmät - puvjun/sk/sklu1_051213.docx · web viewsähkökäytöt...

Documents