MISKOLCI EGYETEM. SIMOTION D435 mozgásvezérlő és SINAMICS S120-as szervohajtás beüzemelése

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

Automatizálási és Infokommunikációs Intézeti Tanszék Ipari automatizálás és kommunikáció szakirány

SIMOTION D435 mozgásvezérlő és SINAMICS S120-as szervohajtás beüzemelése Szakdolgozat

Zwillinger Marcell CATX9Q

Miskolc, 2016

SIMOTION D435 mozgásvezérlő és SINAMICS S120-as szervohajtás beüzemelése

Tartalomjegyzék Bevezetés .......................................................................................................................... 4 Simotion ............................................................................................................................ 6 Frekvenciaváltók alkalmazásának okai ............................................................................ 6 A szervomotor................................................................................................................... 7 Szervohajtások ................................................................................................................ 11 SINAMICS S120-as frekvenciaváltó.............................................................................. 12 SINAMICS S120 modulok ............................................................................................. 16 Vonali szűrő .................................................................................................................... 16 Fojtótekercs ..................................................................................................................... 17 SITOP tápegység ............................................................................................................ 18 Smart Line és Double Motor Moudule ........................................................................... 20 Smart Line Moudul ......................................................................................................... 21 Double Motor Module .................................................................................................... 22 D435 Motion Control unit .............................................................................................. 24 SMC10 szenzor modul.................................................................................................... 27 1FK7 Szervo Motor ........................................................................................................ 28 Kábelek ........................................................................................................................... 29 Az összekötés .................................................................................................................. 31 24 VDC kör ..................................................................................................................... 31 400 VAC kör ................................................................................................................... 32 Drive-CLiQ ..................................................................................................................... 33 A SCOUT ....................................................................................................................... 35 A SCOUT telepítése ....................................................................................................... 36 A vezérlő egység és a frekvenciaváltó felkonfigurálása ................................................. 37 Új projekt létrehozása és beállítása ................................................................................. 38 2


Kommunikáció létrehozása............................................................................................. 40 MPI ................................................................................................................................. 40 Profinet............................................................................................................................ 42 A hardver konfigurálása.................................................................................................. 43 Kapcsolat a rendszerrel ................................................................................................... 45 Gyári beállítások visszaállítása ....................................................................................... 46 Automata konfiguráció ................................................................................................... 48 Feszültségszintek és egyéb paraméterek beállítása ........................................................ 50 Vezérlőpanel és a motor üzemeltetése ............................................................................ 52 Mérőfunkció.................................................................................................................... 54 Automata vezérlő beállítások.......................................................................................... 57 A PROFIBUS HW konfigurációja ................................................................................. 59 Hajtás konfiguráció ......................................................................................................... 61 Tengelyfelvétel ............................................................................................................... 68 A tengely indítása vezérlőpulttal .................................................................................... 72 Fejlesztési lehetőségek .................................................................................................... 75 Összegzés ........................................................................................................................ 76 Summary ......................................................................................................................... 77 Irodalomjegyzék ............................................................................................................. 78 Ábrajegyzék .................................................................................................................... 79 Táblázatjegyzék .............................................................................................................. 82

3


Bevezetés A Miskolci egyetem Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszéken 2009-ben a fejlesztő és a forgalmazó több mint 16 millió forint értékű közös felajánlásával Magyarországon munkaállomással

először

a

felszerelt

Miskolci alkalmazott

Egyetemen

adták

hajtástechnikai

át

az

labort.

öt A

Simotion regionális

tudásközpontban nemcsak hallgatók sajátíthatták el a legújabb automatizálási trendet, hanem

az

iparban dolgozó szakemberek bevonásával

csoportos

képzésekre,

tanfolyamokra is lehetőség nyílt. Információim szerint a hajtástechnikai labort és az ott található eszközöket már nem használják oktatásra. Az Automatizálási és Infokommunikációs Intézeti Tanszéken hiány a frekvenciaváltóval, a mozgásvezérléssel és ezen hajtástechnológiával kapcsolatos elméleti és gyakorlati képzés. Sajnálatos módon, hiszen ez az ág az iparban nélkülözhetetlen. Dr. Trohák Attilának feltett szándéka a későbbiekben az oktatás fejlesztése e területen is. Mikor megkerestem a szakdolgozatom témájának megválasztásával kapcsolatosan, vázolta számomra a terveit, hogy mi lenne, ha a szomszédos tanszékkel kooperálva kölcsönkérnénk egy egységet, majd a tanszékünk egyik laborjában megismerkednék vele, és beüzemelném. Már a komplex feladatom keretein belül foglalkoztam az irodalomkutatással, háttérismeretekkel és elméleti működésével.

2016. október 8-án Dr. Dudás László, az Alkalmazott Informatikai

Intézeti Tanszékvezető aláírásával a kölcsönadás megtörtént, és Huszák Péter tanszéki mérnök rendelkezésemre bocsátotta az egységet. Az idő sürgetett. Minden egyes nap egyre mélyebben merültem bele a témába, gondolataimat rendeztem, minden kitartásomra és elhivatottságomra szükségem volt. Főbb célomnak tekintem az egységgel való közelebbi megismerkedést és a sikeres és biztonságos beüzemelést, valamint egy olyan szakdolgozat megírását, ami impulzusként szolgáltathat és későbbiekben nagy segítséget nyújthat az eszköz oktatásba való bevonásához. A technológiák folyamatos fejlődésével lépést kellett tartani a hajtásoknak és a motoroknak is. A kialakuló különleges konstrukciójú motortípus, a szervomotor besorolása, felépítésének, valamint a fő alkalmazási területeinek az ismertetése.

A

rendszer moduláris felépítésének jellegzetességei, a moduláris elemekből felépülő 4


rendszer részeinek az ismertetése, az ebből fakadó előnyök és a modulok egyéni feladatának a leírása. A mai korban mindenki szeretne kommunikálni mindenkivel, mindenki mindennel és minden mindennel. Ez alapvetően az újgenerációs hajtásokra is igaz. Egy, két vagy több tengelyt egyszerre vezérlő rendszer lehetővé teszi, hogy az egyik motor tudja, milyen sebességgel, sőt az adott pillanatban milyen pozícióban található a másik motor tengelye, ezzel lehetővé téve a hajtástengelyek egymáshoz való alkalmazkodását vagy az egymás közötti összhangban való mozgást, a simulékony kapcsolást, a feszes csévélést és sok-sok, a fejlődő világot kiszolgáló további applikációt. Ahhoz, hogy számítógépünk kommunikálni tudjon a vezérlőegységgel, telepítenünk kell a megfelelő szoftvereket, fejlesztőkörnyezeteket. A jelen, Siemens Zrt. ("Siemens") által fenntartott magyar nyelvű weboldal ("Siemens Weboldal") felhasználó általi bármilyen használata a jelen Felhasználási Feltételek hatálya alá tartozik. A Felhasználási Feltételeket a Siemens saját belátása szerint időről időre aktualizálhatja és módosíthatja, illetve azok egyéb, például a termékek és szolgáltatások vásárlására vonatkozó szerződéses feltételekkel kiegészíthetőek vagy módosíthatók. A különböző szoftvercsomagok legális letöltéséhez, mindenféleképp meg kell felelni és eleget kell tenni a Siemens Weboldalon található feltételeknek.

5


Simotion A SIMOTION egy mozgásvezérlő, ami magában foglalja, és egy egységbe önti a gyártógépek automatizálásával kapcsolatos megoldásainak nagy részét, mind szoftver, mind hardver szempontból. Ez alatt a megoldásokon azt értem, hogy a szokásos logikai és hajtástechnikai feladatok mellet nagymértékben igénylik az integrált mozgás- és technológiai funkciókat is. Hardver oldalon ez azt jelenti, hogy tudja a mozgással kapcsolatos teendőket kezelni (teljesítményelektronika, integrált SINAMICS, ipari környezetnek megfelelő kialakítás, lehetséges ipari kommunikációs kapcsolatok egész tárháza és a tetszőleges bonyolultságú, moduláris felépítésű architektúra, stb.) Szoftver oldalon pedig azt, hogy az automatizáló, szabályzó és mozgásvezérlő függvények összekapcsolásával lényegesebben leegyszerűsödik a mérnöki munkafolyamat. Tehát a SIMOTION rendszerére nagymértékben tekinthetünk úgy, mint egy mozgásvezérlésre specifikált technológiai PLC-re.

Frekvenciaváltók alkalmazásának okai A villamoshajtások mint tudományág annak köszönheti létét, hogy a megtermelt villamos energiának kb. 60 százalékát mechanikai energiává átalakítva használjuk fel. A villamos energia felhasználásának közismert előnyei miatt a villamoshajtások csaknem teljesen kiszorították a másfajta (pl. hidraulikus, pneumatikus, gőzgépes stb.) hajtásokat. A villamoshajtások alatt a villamosgépek, a kapcsolókészülékek, az erősáramú és a vezérlő-szabályozó áramkörök azon rendszerét értjük, amelynek feladata valamely előírt technológiai folyamat teljesítése. A villamoshajtások tulajdonságai és mutatói nagymértékben meghatározzák a munkagép és az általa teljesíthető technológiai folyamat minőségét. A modern iparban szinte mindenhol találkozunk villamosmotorral. Szinte minden mozgó gépet, berendezést villamosmotorok hajtanak. A pneumatikus és hidraulikus rendszerek energiáját is motorok szolgáltatják. Ezek legelterjedtebb fajtája a háromfázisú, váltakozó áramú elektromos hálózatra közvetlenül kapcsolódó, rövidre zárt forgórészű aszinkronmotor. Az iparban használt motorok kb. 90-95 százaléka ilyen. A rövidre zárt forgórészű aszinkron motorok fordulatszámát alapvetően két tényező 6


határozza meg. Az egyik a hálózati váltakozó áram frekvenciája, a másik pedig a motor pólusainak száma, mivel mindkettő állandó. A hálózati frekvencia 50/60Hz, a pólusszám pedig a motor tekercselésétől függ, és könnyen nem megváltoztatható. A probléma ebből adódik: az ilyen típusú motorok fordulatszámát nem lehet egyszerűen megváltoztatni. Bizonyos alkalmazásoknál elengedhetetlen a fordulatszám változtatása. Nagy teljesítményű motorok esetén problémát jelent az indításnál fellépő magas áramfelvétel. Az álló motorra rákapcsolt hálózati feszültség rendkívül nagy áramfelvétellel jár, a motor felpörgéséig a felvett áram a névleges áram tízszerese is lehet. Ez nagy teljesítményű motorok esetén komoly problémát is okozhat. Az ilyen problémák mérséklésére találták ki például a csillag-delta átkapcsolású indítást. A technológiai igények alapján egyre nagyobb kereslet mutatkozik a villanymotorok minél pontosabb és gyorsabb fordulatszám-szabályozására. Fordulatszám-szabályozásra használhatóak DC motorok is, de bonyolult felépítésük és karbantartás-igényességük miatt szerepük – éppen a frekvenciaváltós hajtások miatt – napjainkban folyamatosan csökken.

A szervomotor A szervomotorokra jellemző, hogy szinte csak dinamikus üzemben működnek, az állandósult állapotra rendesen nem is kerül sor. Az aránylag kis teljesítményszinten érkező szabályozó jel hatására a szervomotor kifejti a beavatkozáshoz szükséges – gyakran – tekintélyes nagyságú nyomatékot, a beavatkozás megtörténte (pl. egy szelep elállítása) után azonban szerepe pillanatnyilag megszűnik, ezért a motor megáll. A szervomotorokkal szemben támasztott legfontosabb követelmények az alábbiak: 

Szögsebességüket széles határok között, egyszerű módon, kis szabályozó teljesítménnyel lehessen változtatni.



Forgásirányukat gyakran meg lehessen változtatni.

7




A

szabályozandó

szögsebessége

mennyiség

minél

változásait

gyorsabban

a

motor

kövesse,

tehát

tengelyének a

motor

elektromechanikai időállandója legyen minél kisebb. 

Az ω(M) mechanikai jelleggörbéjük feleljen meg a stabilitás feltételeinek.

Az AC szervomotor tipikusan állandó mágnesen szinkronmotor, melyet úgy alakítanak ki, hogy fordulatszáma, a hajtó- és nyomaték-inercia viszonya és a gyorsítási képessége a szervo alkalmazások igényeinek megfeleljen. A szervomotorokkal szemben támasztott követelmények közül a legfontosabbak: a széles fordulatszám-tartomány (0…6000 fordulat/perc), az extrém alacsony fordulatszámmal való folytonos működés túlmelegedés nélkül, a képesség álló állapotban maximális nyomaték kifejtésére és nagy gyorsulásokra, és végül tudjon rövid ideig a névleges nyomatékának többszörösét is szolgáltatni. A szervomotorok közös jellemzője a tengelyük elfordulását visszajelző visszacsatoló eszköz, amely által zárt hurkú működés valósítható meg. Ez a visszacsatoló eszköz lehet rezolver, forgó inkrementális vagy abszolút jeladó, digitális vagy analóg kimenő jellel – a lényeg, hogy a tengely elfordulási szögéről és a szögsebességről egyértelműen tájékoztasson.

1. ábra

Az állandó mágneses szervomotor felépítése [4]

8


Az

AC

szervomotorok

fordulatszáma

és

nyomatéka

a

megfelelő

szervoerősítőkkel széles tartományban, nagyon jól szabályozható és kézben tartható. Mechanikai kivitelükre jellemző a hengeres vagy négyzetes keresztmetszet, hosszuk az átmérőhöz viszonyítva nagy. A tengelykivezetésnél lévő homlokpajzs általában a felrögzítést szolgáló furatokkal és valamilyen illesztő peremmel (szervoperem) rendelkezik, mely mérete nem egyezik a szabványos IEC motorok peremméretével. A motorok hátsó pajzsa a beépített, vagy utólagosan felszerelt visszacsatoló eszköztől függően nagyon sokféle lehet. A működtető energia hozzávezetést és a visszacsatoló eszköz jeleinek kivezetéseit is sokféleképpen oldják meg. Ez minden esetben két elkülönített kábelen történik, mely kábelek általában árnyékolt kivitelűek. A kábelek a kis teljesítményű motorok esetén beépítettek, nagy motorteljesítményeknél

kapocsléces vagy más oldható csatlakozót tartalmazó

megoldásúak. A szervomotorok többnyire zárt, IP54 védettségi fokozatú házban vannak elhelyezve, de készülnek kifejezetten magas védettségű (IP67, ATEX) és különleges anyagú (rozsdamentes) tokozattal rendelkező változatok is.

2. ábra

Az AC szervomotorok általános kivitelük [4]

A szervomotorok tulajdonságait a motor sebesség-nyomaték jelleggörbéje mutatja meg. A jelleggörbéből az alább felsorolt, fontos paraméterek olvashatóak ki: 

a motor túlmelegedése nélkül folyamatosan kinyerhető névleges nyomatéktartomány, 9




a gyorsításhoz szükséges csúcsnyomaték-tartomány, amelyet a motorok csak rövid ideig képesek szolgáltatni,



a motorfeszültség és a motor maximális fordulatszáma közti összefüggés,



a motoráram és a nyomaték összefüggése.

3. ábra

A

Az AC szervomotorok sebesség-nyomaték jelleggörbéje. [4]

szervomotor

nyomaték-sebesség

jelleggörbéjének

használatát

legegyszerűbben egy példán keresztül érthetjük meg. A példa kedvéért feltételezzük, hogy az alkalmazás 2500/perc fordulatszám mellett folyamatos üzemben 3Nm, a gyorsításkor pedig 8Nm nyomatékigényű. Ha a példa szerinti sebesség-nyomaték ábrába berajzoljuk ezeket az adatokat, láthatjuk, hogy a kívánt fordulatszámhoz szükséges buszfeszültség 160VDC, a folyamatosan szükséges áram 6,5A, a gyorsításhoz szükséges áram pedig 16,5A. A példában szereplő sebesség-nyomaték diagrammal rendelkező motor teljes mértékben megfelel az alkalmazás elvárásainak, mivel a névleges nyomaték a folyamatos terhelhetőségi tartományon belül található és a gyorsítási nyomatékigény is teljesíthető. A feszültség és az áramok ismeretében kiválasztható a megfelelő szervoerősítő is. A szervomotorok mindig szabályozott üzemben működnek. A nyomatékukat, (vagy ezzel arányos áramukat) egy nyomatékszabályozó biztosítja, a szögsebességet egy szögsebesség-szabályozó (fordulatszám-szabályzó) állítja be. Szervo hajtásoknál általában helyzetszabályozásra is szükség van. Ezt egy pozíciószabályozás végzi. 10


A szervo pozícionálható motor, ami „ismeri” az aktuális pozícióját, és a célpozíciót. Feladata, hogy az aktuális pozícióból a kívántra álljon. Impulzus-szélesség modulációval (Pulse Width Modulation – PWM) lehet vezérelni.

4. ábra

Impulzus szélesség moduláció

Ha az impulzus hosszabb a maximumnál (jelen esetben 2,5 msec-nál), vagy rövidebb a minimumnál (ebben az esetben 0,5 msec-nál), a szervomotor túllép a végállásokon, és tönkre mehet.

Szervohajtások Az állandó mágnesű szinkronmotoros szervohajtások: az állandó (permanens) mágnesű szinkronmotorok elterjedését szervohajtásokon a következő két tényező befolyásolta: 

Az állandó mágnesek terén az utóbbi években jelentős haladást sikerült elérni: javult az állandó mágnesek minősége és csökkent a jobb minőségű

állandó

mágnesek

ára.

Ezzel

az

állandó

mágnesű 11


szinkronmotorok árát sikerült elfogadható szintre mérsékelni, de ez az ár jelenleg is többszöröse a aszinkron forgórészű rövidre zárt szervomotor árának. 

Az aszinkron szervomotoros hajtással összehasonlítva azonban a szinkronmotoros szervo hajtás szabályozója sokkal egyszerűbb, ezért üzembiztosabb és kevésbé költséges. Szemben az egyenáramú szervomotorokkal a szinkronmotoros hajtások döntő előnye a nagyobb üzembiztonság, a kevesebb karbantartási igény és a valamivel kisebb indítási időállandó.

5. ábra

Általános szervohajtás tömbvázlata [3]

A vezérelt folyamat határozza meg, hogy milyen hajtásra van szükség: precíz szervomeghajtásra vagy goromba sebességszabályozásra. Szervo alkalmazásokban a hajtások jó reagálási ideje és a sebesség és pozíció alapjelek pontos követése nagyon fontos. Ehhez megfelelő érzékelő szükséges.

SINAMICS S120-as frekvenciaváltó A frekvenciaváltók terjedésével az iparban folyamatosan növekednek a velük szemben támasztott követelmények. A kezdetben motorfordulatszám-szabályozásra létrehozott eszközök a későbbiekben technológiai funkciókat is kaptak, ezzel alkalmassá váltak akár autonóm pozícionálási feladatok megoldására is.

12


6. ábra

SINAMICS S120 vezérlő [8]

A hajtástechnikában felhasznált mechanikai megoldások szoftveres és mechatronikai kiváltásával megjelentek a többtengelyes gépek és gyártósorok. E rendszerekben felhasznált korszerű frekvenciaváltók lehetővé teszik egy-egy alkalmazás paramétereinek gyors átállítását, pl. termékváltáskor, egyszerűsítik a folyamat megjelenítését és diagnosztikáját, illetve csökkentik a rendszerek karbantartási költségeit. A gépészeti megoldás kiváltása viszont többletfeladatot jelent a frekvenciaváltók számára. Az ipari felhasználók részéről ma már alapvető elvárás a frekvenciaváltók

integrálhatósága

egy

meglévő,

centralizált

vezérlőegységgel

rendelkező rendszerbe. Decentralizált esetben pedig az autonóm működéshez szükséges, hogy az eszközök támogassák a hajtásközeli alkalmazások futtatását, tehermentesítve, vagy kiváltva ezzel a központi vezérlőt. A SIEMENS által 1995-ben bevezetett Simovert Masterdrives MC (motion control) és VC (vector control) frekvenciaváltók több mint tíz éven keresztül uralták a high end szervo- és vektorszabályozást alkalmazó piaci szegmensét. A fejlesztés alapelvei között már akkor kiemelt fontosságú volt a modularitás a szoftver és hardver területén egyaránt. A Masterdrives MC és VC, illetve a Simodrive frekvenciaváltók által kijelölt vonalat folytatja a SIEMENS 2004-ben bejelentett új termékcsaládja, a SINAMICS S120 sorozat. Az általános célú (pl. ventilátor, szivattyú, konvejor alkalmazások) SINAMICS G családdal szemben a kisfeszültségű S120 sorozat a rendelkezésre álló technológiai modulokkal, széles termékskálával és kommunikációs 13


lehetőségekkel

bármely

hajtástechnikai

feladatra

hatékony

megoldást

kínál.

Hajtástechnikai rendszerben megkülönböztethetők egy- és többtengelyes alkalmazások, amelyeket integráció és költséghatékonyság szempontjából is érdemes külön kezelni. A SINAMICS S120 család AC/AC kivitelű moduljai egy motor frekvenciaváltós hajtásához szükséges hálózati egyenirányító modult és a kimeneti teljesítmény áramkört tartalmazzák a power modulban, amelyre illeszthető a paramétereket tartalmazó és a szabályozást végző központi egység (control unit). Többtengelyes alkalmazás esetén, az úgynevezett DC/AC kivitelben a hálózati egyenirányítás, a rendszer összteljesítményét figyelembe véve, egy külön egységgel (line modul) történik. Ehhez a köztesköri feszültség sínrendszerén keresztül csatlakoznak a tengelyenként szükséges kimeneti teljesítmény-áramkört tartalmazó motor modulok, továbbá megtalálható a rendszerben a több tengely szabályozását és paramétereit tartalmazó központi egység (control unit). A SINAMICS S120 AC/AC rendszer jelenleg a 0,12–250 kW, míg a DC/AC kivitel az 1,6–4500 kW teljesítménytartományt fedi le. Az „on-board” perifériák, ki- és bemenetek mellett természetesen a rendszerhez illeszthetőek a SINAMICS család nagyszámú opcionális kiegészítői is, a különböző I/O egységektől (digitális, analóg, safety (biztonsági) ki- és bemenetek), a jeladó modulokon keresztül (rezolver, sin/cos enkóder, SSI/EnDat abszolút érték jeladó, inkrementális jeladó), a kommunikációs bővítőkártyákig (CAN, PROFINET). A rendszer komponensei egymás között a SIEMENS valós idejű, hibatűrő átviteli protokollján,

Drive-CLiQ-en

keresztül

kommunikálnak.

A

komponensek

mindegyikének van egy elektronikus adattáblája, amely a központi egységből lekérdezhető. A SIEMENS motorok - a jeladók hagyományos jelátviteli rendszerei helyett - rendelhetők Drive-CLiQ interfésszel is. Ebben az esetben elektronikusan elérhetők a motor és a jeladó paraméterek is. Továbbá külső jelfeldolgozó egység nélkül a motor közvetlenül illeszthető a Drive-CLiQ topológiába, ahol a jeladótól érkező információk átvitele már digitális csatornán történik. Az üzembe helyezést, illetve a későbbi szerviztevékenységet, a komponensek cseréjét is nagyban segíti a rendszer automatikus felismerése és beállítása Drive-CLiQ-en keresztül. A SINAMICS család tökéletesen illeszkedik a SIEMENS által létrehozott TIA (Totally Integrated Automation)

koncepcióba,

amely

az

alkalmazásfejlesztés

folyamatában,

az 14


adatkezelésben, illetve komponensek kommunikációjában is teljes átjárhatóságot tesz lehetővé. Az egy-, illetve többtengelyes feladatokra optimalizált hardveregységek a felhasználói oldalról tekintve mind a fejlesztőkörnyezet, mind az elérhető funkciók szempontjából azonosak. A rendszer konfigurációja során az alkalmazás és a motorok függvényében választhatók a szervo-, illetve vektorszabályozási mód különböző formái, továbbá az U/f vezérlés is. A rendelkezésre álló egyszerű pozícionáló egység, a logikai hálózatok összeállítása és kapcsolása a technológiai blokkokkal, a HMI eszköz és a hajtás közvetlen kommunikációja, a safety funkciók a SINAMICS S120 csak egy-egy lehetősége a sok közül, amelyek segítségével alkalmassá válik komplett pozícionálási feladatok hajtás közeli megoldására, akár fölérendelt vezérlő (PLC) nélkül is. A tengelyek

szinkron

mozgását

igénylő

alkalmazások

(pl.

szerszámgépek,

csomagológépek stb.) esetén a SINAMICS-hoz illeszthető fölérendelt szabályozók, mint a SIMOTION, SINUMERIK, vagy a T-CPU nyújtanak megoldást és elégítik ki a szegmensben felmerülő speciális hajtástechnikai igényeket. A SIEMENS, a SINAMICS S120 bevezetésével, a mozgásvezérlés területen szerzett tapasztalatait és a piac új kihívásait szem előtt tartva lépett tovább az egységesítés és modularitás irányába. A kisfeszültségű SINAMICS S120 frekvenciaváltó moduláris felépítésének, széles

termékskálájának

és

számos

új

funkciójának

köszönhetően

bármely

hajtástechnikai feladatra hatékony megoldást kínál. A szakterület interdiszciplináris jellegéből és a hajtástechnikai fejlesztések egyre növekvő komplexitásából adódóan a feladatok elvégzésében nagy segítséget nyújt a korszerű fejlesztői környezet és a rendszerbe integrált intelligencia, amely a komponensek automatikus felismerésétől a diagnosztikai lehetőségeken keresztül a szabályozókörök optimalizálásáig hatékonyan támogatja a felhasználó munkáját. A SINAMICS S120 képes önálló feladatok ellátására, autonóm működésre is. Elosztott rendszer esetén a frekvenciaváltóba integrált alkalmazáshoz nem szükségszerű a fölérendelt (PLC) vezérlés, mivel ezek a funkciók – logikai hálózatok és technológiai blokkok összekapcsolási lehetőségeivel – már megtalálhatóak a rendszerben, ezáltal széles körben használható, kompakt és megbízható rendszerre bízhatjuk hajtástechnikai feladatainkat.

15


SINAMICS S120 modulok A Sinamics frekvenciaváltók moduláris felépítésűek, az egyes erősáramú, illetve vezérlőköri komponensek funkciónként külön modulban kaptak helyet. Minden egyes modulnak megvan a saját egyéni feladata. Az egyes modulok szabványos méretűek, így egymás

mellé

szerelhetők,

továbbláncolhatjuk

a

kívánt

és

az

egyenköri

komponenseket.

sínen Az

keresztül

egyensín

egyszerűen

terhelhetőségére

természetesen figyelni kell, nem szabad túlterhelni azt!

7. ábra

SINAMICS modul architektúra [8]

Vonali szűrő A vonali szűrő segítségével biztosítjuk a folyamatos túlfeszültség-védelmet az előírt határértékek betartása érdekében. Az eszköz névleges teljesítménye 5 kw (6,5 16


HP), névleges árama pedig 12 A. A teljesítményvesztesége 0,005 kw, így a hatásfoka 99,9 százalék. A vonali szűrő hálózati csatlakozása háromfázisú (L1, L2, L3 /U, V, W), sorkapcsokkal megoldott csatlakozási lehetőség, maximum 10 négyzetmilliméter keresztmetszetű vezetékek használatára van lehetőségünk. Az eszközön PE csatlakozást is alakítottak ki, M6-os csavarral a burkolatra biztonságosan rögzíthető. Geometriai méretek: szélesség - 60 mm, magasság - 285 mm, vastagság - 122 mm. Súlya: 2 kg.

8. ábra Vonali szűrő (6SL3000-06E15-0AA0) [8]

Fojtótekercs A

fojtótekercsek

feladata

korlátozni

az

alacsony

frekvenciájú

felharmonikusokat, a megengedett érték alatt tartani őket. A felharmonikusok jelenléte a villamos rendszerben azt jelenti, hogy az áram és a feszültség torzul és eltér a szinuszos hullámformától. A felharmonikus áramok a hálózatokban keringő áramok, amelyek frekvenciája a hálózati frekvencia egész számú többszöröse. A harmonikus áramokat az elosztórendszerhez kapcsolt nemlineáris terhelések okozzák. A terhelést akkor hívják nemlineárisnak, ha az általa gerjesztett áramnak nem ugyanolyan a hullámformája, mint a tápfeszültségnek. A felharmonikus áramokat generáló nemlineáris terhelések legtöbbje teljesítményelektronikát használ: ilyenek például a frekvenciaváltók, az

17


egyenirányítók, az inverterek stb. Az olyan terhelések, mint a hegesztő berendezések és az ívkemencék szintén generálnak felharmonikusokat.

9. ábra

Fojtótekercs (6SL3000-0CE15-0AA0)

Az eszköz névleges teljesítménye 5 kw (6,5 HP), névleges árama, pedig 14 A. A teljesítményvesztesége 0,062 kw, így a hatásfoka 98,76 százalék. Hálózati csatlakozása 1U1, 1V1, 1W2 / 1U2, 1V2, 1W2, csavaros sorkapcsokkal, 4 négyzetmilliméter keresztmetszetű

vezetékekkel.

PE

csatlakozás,

csavaros

sorkapoccsal,

4

négyzetmilliméter keresztmetszetű vezetékekkel. Külső behatásoktól való védelme nincs, IP 00. Geometriai méretek: szélesség - 90 mm, magasság - 150 mm, vastagság 170 mm. Súlya: 3,7 kg.

SITOP tápegység Ezen SITOP tápegység bemenetére kapcsolható 1 fázis- és egy nulla vezető, vagy két fázisvezető. Kapcsolóüzemű, impulzusos tápegység. Feladata 24 V DC 18


feszültséggel ellátni a vezérlő egységeket. A tápegység a smart line modul és a double motor modul egységeken keresztülfutó egyenáramú sínt táplálja, valamint külön sorba kötve a vezérlő egységet, a szenzor modult. Az eszközök innen „veszik le” a számukra szükséges vezérlő egyenfeszültséget.

10. ábra SITOP tápegység (6EP1 333-3BA00)

A bemeneti feszültségtartománya 120/220-500 VAC, 50/60 Hz. A bemeneti oldal (PE, N(L2), L1) bevezetésére sorkapcsok állnak rendelkezésre. A PE csatlakozása is csavaros sorkapoccsal történik. A kimeneti oldalon levehető a kimeneti egyenirányított 24 V DC feszültség, a kimeneti áramerősség 5A. A tápegység teljesítménye 120 W. Geometriai méretek: szélesség - 160 mm, magasság - 125 mm, vastagsága - 125 mm. Súlya: 2 kg. A külső behatások elleni védelme IP 20. Üzemi hőmérséklete 0…60 °C . Védelmet nyújt a pillanatnyi feszültségkiesés, túlmelegedés, túlfeszültség és zárlat ellen. A kapcsolóüzemű tápegység (angolul: switched-mode power supply, switchingmode power supply, SMPS) egy elektronikus tápegység, ami a kívánt feszültség és áram előállításához, illetve annak állandó és megkívánt értéken tartásához 19


nagyfrekvenciájú kapcsolójelet használ a szabályozás (switching regulator) vagy vezérlés során. A bemenetet egyenirányítják és szűrik, majd tranzisztor segítségével a szabályzásnak vagy vezérlésnek megfelelő kitöltésű négyszögjellel (PWM) egy energiatároló elemet, ami többnyire tekercs, nagyfrekvencián (50 kHz-2 MHz) kapcsolgatnak. A tekercs szolgálhat transzformátorként vagy mint önindukciós elem. A kimenetet szükség szerint ismét szűrik. Előnye a hagyományos váltóáramú tápegységekhez képest, hogy nagyfrekvenciás, sokkal kisebb (és így könnyebb) transzformátort tartalmazhat, egyenáram átalakítására is alkalmas, hatásfoka akár a 99 százalékot is elérheti. Terheléstől függetlenül állandó értéken lehet tartani a kimenet feszültségét vagy áramát, és tudja kezelni a zárlatot. Hátránya a bonyolult kivitelezés, szórt elektromágneses tere nagyobb, amely a híradástechnikai elemek működését zavarhatja.

Smart Line és Double Motor Moudule A frekvenciaváltó bemeneti táplálása háromfázisú. Minden estben ez egyenirányításra kerül és kondenzátorral pufferelve, simítva létrejön a belső egyenáramú feszültség. Ezt az egyenfeszültséget gyors félvezetős (IGBT) kapcsolókkal egy adott algoritmus szerint impulzusszélesség modulációval (PWM) a terhelésre kapcsoljuk több kHz-es jellel. Ennek eredményeként kialakul egy új három fázis. A kimeneti feszültség a táplált motor névleges frekvenciája alatt, egy alsó szakaszban csökkentett értékű a motor védelme érdekében. A kimeneti frekvencia lehet 0-tól névlegesig (50Hz), vagy a fölött, ezzel az adott motort a névleges fordulatához képest gyorsabban is járathatjuk annak tulajdonságait figyelembe véve. Ezen felső tartományban

a

feszültség-növelhetőség

hiánya

miatt

alulgerjesztettség,

nyomatékcsökkenés következik be. A teljesítménykapcsolókat (IGBT) manapság egy sokrétűen programozható mikrocsip vezérli. Ez korlátozott logikai vezérlési feladatokat is elláthat. A készülék minden esetben alkalmas a motor túlterhelés-védelmét is ellátni helyes paraméterezés esetén. Használatával megoldható a motorok lágy indítása, szabályozott gyorsulása, lassulása, egyszerű irányváltása. Működésükből adódóan nagyfrekvenciás zajt termelhet, amit a bemeneti oldalon megfelelően méretezett fojtótekerccsel szűrni kell a hálózattól, kimeneti oldalon ajánlott az árnyékolt kivitelű motorkábel. 20


Smart Line Moudul A hálózat oldali háromfázisú, 5 kW teljesítményű áramirányító IGBT kapcsoló félvezetőket tartalmaz, így képes a hálózatbarát üzemre. A DC sín a készülékek elején található, a készülékek elején végig futó 600 V-os sín érintése ellen műanyag lenyitható burkolat véd, amit csak feszültségmentesítés után szabad kinyitni, megvárva ez egyenköri feszültség megszűnését.

11. ábra Smart Line Module (6SL3130-6AE15-0AA0) és Double Motor Module (6SL3120-2TE130AA0)

A modul névleges teljesítménye 5 kW (6,5 HP), névlegesen felvett áram a DC körből 8,3 A. A regeneratív teljesítménye 6,5 kW S6 40 százalék üzemviszonyú, regeneratív árama 11A. A maximális teljesítmény 10 kW, maximálisan felvett áram a DC körből 16,6 A. A 24 V DC gyűjtősín árama 20 A, kapacitása 200 uF. Hatásfoka 95 százalék. A hálózatból érkező (U1, V1, W1) három fázist egy speciális csatlakozó segítségével

csatlakoztathatjuk,

melyek

vezetéke

2,5-6

négyzetmilliméter

keresztmetszetű lehet. A PE csatlakoztatása M5-ös csavarral történhet. Ez a típus nem rendelkezik Drive-CLiQ csatlakozási lehetőséggel, ez a 16. ábrán, a ház kialakításán 21


látható is. A maximális kábelhossz, beleértve az összes motor tápkábelt és a DC kört is, maximum 350 méter lehet. Geometriai méretek: szélesség - 50 mm, magasság - 380 mm, vastagság - 270 mm. Súlya: 4,7 kg. A Smart Line modul bekötése a következő:

12. ábra Smart Line modul bekötése [8]

Double Motor Module A dupla motor modul lehetővé teszi egyszerre két tengely vezérlését, ez különbözteti meg a Single Motor modultól. A motor modul kommunikál a D435-ös vezérlőegységgel a DRIVE-CLiQ-n keresztül és kap tőle vezérlési információkat. A tengelycsoportban lévő következő DRIVE-CLiQ eszközhöz való csatlakozáshoz szükséges csatlakozóval már beépített módon rendelkezik, így lehetővé téve a többi motor modulfelfűzését a rendszerhez.

22


13. ábra Double Motor Module (6SL3120-2TE13-0AA0) Drive-CLiQ csatlakozási lehetőségei (X200X203)

A dupla motor modul névleges kimeneti árama 3A/3A, maximális kimeneti árama 6A/6A. DC feszültség tartománya 510…750 V, maximális túlfeszültség 820 V. A DC feszültségű gyűjtősínből 0,8 A áramot vesz fel. Hatásfoka 97 százalék, teljesítményveszteség 0,06 kW. A motorok csatlakoztatására két csatlakozó áll rendelkezésre (X1 és X2). A PE csatlakozás M5-ös csavarral rögzíthető a házhoz. Az eszközön található még egy motor fékezésére szolgáló csatlakozó is. A maximális motorteljesítmény kábel 50 méter hosszúságú lehet. Geometriai méretek: szélesség - 50 mm, magasság - 380 mm, vastagság - 270 mm. Súlya: 5,1 kg.

23


A dupla motor modul bekötése:

14. ábra Double Motor Module bekötése. [8]

D435 Motion Control unit Az S120-as modulok információi a D435 vezérlőegységen keresztül futnak és kommunikálnak egymással. Ezen vezérlőegységet szabvány szerint tervezték a többtengelyes alkalmazások elvégzéséhez. Az egységhez kommunikációs kártyákat is el lehet helyezni, hogy további interfészekkel lehessen bővíteni. Az előlapi pajzson többféle kommunikációs csatlakozási lehetőség is helyet kapott PROFIBUS, MPI, 24


RS232, TCP/IP csatlakozók formájában. Az előlapon elhelyezkedő kártyaaljzatba bedugható egy CompactFlash kártya, amely tartalmazza a firmware-t, a paraméteres beállításokat és a gyári licenszkódot is, így a vezérlőegység könnyen, más eszközök nélkül változtatható. A vezérlőegység könnyen felhelyezhető a vonali modul oldalán található konzolra. Ha egy alkalmazás egynél több vezérlőegységet igényel, akkor az egységeket össze kell kötni például PROFIBUS kábel segítségével.

15. ábra D435 Control Unit (6AU1435-0AA00-0AA1)

A hajtás vezérelhető külső egységgel is, erre rendelkezésünkre áll 8 digitális bementet és 8 digitális be-/kimenet is. A vezérlő feszültség -3 V-tól 30 V-ig terjed, az alacsony jelszint -3…5V , a magas jelszint 15…30 V. Az alacsonyról a magas jelre váltás ideje 50 μs, magasról alacsonyra váltás ideje 100 μs. A maximálisan csatlakoztatható vezeték keresztmetszete 0,5 négyzetmilliméter. Az előlapi pajzson található ledek és 7 szegmenses kijelző a vezérlő egység állapotának a visszajelzésére szolgálnak. Található még egy üzemmódválasztó, ami körkörösen állítható.

25


üzemmódválasztó jelentése

LED

0

RUN

RUN

1

STOPU

SU/PF

2

STOP

STOP

3

MRES

Többi pozíció nincs deklarálva 1. táblázat Vezérlő egység üzemmódjai



RUN: A D435-ös egység feldolgozza a felhasználói programot. Megalkotja a be- és kimeneti képet. A technológiai csomagok aktívak ebben az állapotban.



STUPO: A technológiai csomagok aktívak. A teszt- és üzemi funkciókat az egység végrehajtja. A felhasználói program nem aktív.



STOP:

Lehetőség

van

letölteni

a

felhasználói

programot.

A

szervizrendszer aktív, például a kommunikáció. Az be- és kimeneti terület csökkentett módban üzemel. A technológiai csomagok nem aktívak, tehát például tengelymozgatást nem lehet végrehajtani. 

MRES: Teljesen alapállapotba helyezi az eszközt, gyári beállítások visszaállítása.

Az egység teljesítményvesztesége 20W. PE csatlakoztatási lehetőség M5-ös csavarral oldható meg. Geometriai méretek: szélesség - 50 mm, magasság - 270 mm, vastagság - 226 mm. Súlya: 1,5 kg.

26


16. ábra Control Unit bekötése. [8]

SMC10 szenzor modul Az SMC10 szenzor modul Drive-CLiQ-en keresztül kommunikál a D435-ös vezérlőegységgel. A szenzorra akkor van szükség, ha a motor egy Drive-CLiQ interfésszel nem áll kapcsolatban és szükségünk van a motor jeladójára is. A motor jeladójából származó információkat átalakítja olyan típusúvá, amit már fel tud használni a vezérlőegységünk. Támogatja a kétpólusú rezolvereket és a multipólusú rezolvereket egyaránt. A szenzor áramfelvétele 0,3A. Maximálisan csatlakoztatható kábel 2,5 négyzetmilliméter, teljesítményvesztesége kisebb, mint 10W. PE csatlakoztatható M4es csavarral. Geometriai méretek: szélesség - 50 mm, magasság - 150 mm, vastagság 111 mm. Súlya: 0,8 kg. 27


17. ábra SMC10 Szenzor Modul (6SL3055-0AA00-5AA0)

1FK7 Szervo Motor Az 1FK7 egy állandó mágnesű, váltakozó áramú, szinkron, szervomotor. Rendkívül kompakt, optimalizálni lehet, hogy megfeleljen a legtöbb alkalmazás követelményének.

Az

1FK7

motort

kombinálni

lehet

a

SINAMICS

S120

irányítórendszerével, ezzel létrehozva egy nagy funkcionalitású, önálló rendszert. A motorba épített rezolver segítségével figyelemmel tudjuk követni a motor sebességét és pozícióját, valamint vezérelni tudjuk a kiválasztott alkalmazástól függően. A motor külső hűtéssel nem szerelt, a hőleadás a motor felületén történik. Két ipari csatlakozóval rendelkezik, az egyik a tápellátás csatlakoztatásáért felelős, a másik a jelkábel csatlakoztatására szolgál. Az alkalmazása rendkívül széleskörű a szerszámgépektől kezdve a robotokon át a fa, üveg, kerámia, kő megmunkálásig, egészen a különféle csomagoló-, műanyag-, textilipari gépekben széleskörben megtalálhatóak.

28


18. ábra 1FK7 Szervomotor (1FK7022-5AK71-01TG3)

Névleges fordulatszám:

6000 rpm

névleges teljesítmény:

0,4 kW

statikus nyomaték:

0,85 Nm

névleges nyomaték:

0,6 Nm

névleges áram:

1,4 A

pólus párok:

3

rotor pillanatnyi tehetetlensége:

0,28 10-4kgm2

súly:

1,8 kg

külső védelem:

IP64

hűtés:

természeti

zajszennyezés:

55 db

állandó mágnes anyaga:

Ritkaföldfém-mágnes

2. táblázat Motor adatai

Kábelek A rendszer összeállításához három kábeltípus elengedhetetlen. A narancssárga (6FX5002-5CS01-1AB0), 1 méter hosszúságú és mindkét végén speciális csatlakozóval 29


rendelkezik. Az egyik a Dupla motor modulhoz, míg a másik a motorhoz kapcsolódik. A motor felőli végen nagy IP védettséggel rendelkezik, ezzel megfelel az ipari körülményeknek. A kábel feladata a motor tápellátása. A zöld színű kábel (6FX50022CF02-1AB0) is 1 méter hosszúságú. Árnyékolt, jó zavartűrési tulajdonsággal rendelkezik. A motort kapcsolja össze a SMC10-es szenzor modullal. Feladata a motor jeladó jeleinek továbbítása a szenzormodul felé. A másik két kábel egyike a D435-ös vezérlőegységgel, míg a másik a szenzor modullal hivatott összekapcsolni a dupla motor modult. Ezeken a kábeleken keresztül folyik a Drive-CLiQ protokoll alapú kommunikáció. A beüzemelésnél beleestem abba a hibába, hogy sima Ethernet vagy UTP kábellel próbáltam összefűzni az egységeket, azonban a szoftver nem volt hajlandó felismerni a Drive-CLiQ hálózatra felfűzött egységeket, így a konfigurációt nem tudtam végrehajtani. Tehát csak az általam felhasznált (6SL3060-4AD00-0AA0) kábellel tudjuk létrehozni a kommunikációt az egységek között.

19. ábra Felhasznált speciális kábeltípusok (6FX5002-5CS01-1AB0,6FX5002-2CF02-1AB0,6SL30604AD00-0AA0)

30


Az összekötés 24 VDC kör A modulokat egymás mellé helyezve - oldalsó pántjainak segítségével - egymáshoz rögzíteni is lehetséges. Az első teendő a modulok 24 DC feszültséggel való ellátása volt. Ezzel a feszültséggel történik a vezérlés elektronikájának az ellátása. A 24 VDC előállítása a 230 V-os hálózati dugajból táplált SITOP tápegység feladata. Az fázisvezetőt (L1) és a nulla vezetőt (N), valamint a védővezetőt (PE) szükséges csatlakoztatni a tápegységünk bemeneteire. A kapcsolóüzemű tápegység a bemenetre csatlakoztatott hálózati 230 V váltakozó feszültséget már képes átalakítani a számunkra kívánt 24 V egyenfeszültségre. A kimenetén található 2-2, pozitív (+) és negatív (-) csatlakozási lehetőség, ezt kell elvezetni a különböző modulok megfelelő pontjaira. Mind a szenzor modulon, mind a vezérlőegységünkön található egy azonos típusú, speciális, 4 tűs csatlakozó. Ebből két tű felel a pozitív feszültségért (+) és még kettő a negatívért (M). A kettő tűből az egyik a bemenő, míg a másik az elmenő szál. Erre azért van szükség, mert a tetszőleges számú modulok felfűzése sorban történik. A mozgásvezérlő egységen erre szolgál a –X124-es, a szenzor modulon pedig az –X524es csatlakozó. Az SM- és a DB modul 24 V-os szempontból össze van kapcsolva egy közös sínnel. Ezen a sínen keresztül történik az egyenfeszültség elosztása. A sínre egy csatlakozó kapcsolódik, melyet egy csavarral tudunk a műanyag házhoz rögzíteni, ezzel biztosítva a folyamatos kontaktust. Ezen legfelső sínpár áthidalása a két modul között egy piros, műanyaggal burkolt kapoccsal történik, mint ahogy ez a képen is látható.

31


20. ábra Smart Line Module és Double motor modul

Az SM és DB modul hátulján még található két-két (-X21 és -X22) csatlakozó. Az SM–X21 hármas és négyes pontja között egy beépített védelmi funkció található, ami a 400 V-os kör fő megszakítójához csatlakozik. Ha a megszakító vezet, akkor 24 V potenciálkülönbséget bocsájt az SM–X21 hármas és négyes pontja közé. Ha a fő megszakító valami hiba következtében megszakít, akkor megszakítja a hármas és négyes pont közötti kört is, ergo nem engedélyezi a SM modult. Az SM-X22 egyes és négyes bemeneteire is tovább kell vinni a 24 voltot. A DM modul hátulján található kétkét bemeneti pont, melyre hőmérsékletmérést lehet adaptálni (-X21 1-2 és –X22 1-2). A másik két-két pont közé szintén az engedélyező, 24 voltos feszültséget kell szolgáltatni (-X21 3-4, -X22 3-4). Ezzel a SITOP feszültségének szétosztása be is fejeződött, az így megtáplált rendszert már fel tud állni, kommunikálni is képesek vagyunk vele és a beállításokat is el tudjuk végezni, csak a teljesítmény része nem fog működni, tehát a motort még nem tudjuk vezérelni.

400 VAC kör Az eszköznek a teljesítmény része háromfázisú, 400 V-os váltakozó feszültséggel működik. A Informatika épület szinte egész területén megtalálható ezen 32


hálózat dugalja. Általában négy- vagy öttűs csatlakozási kivitelben használatos. Az épületben az öttűs található meg. Tehát a három fázisvezető (L1, L2, L3) a nulla vezető (N) és a védővezető (PE). A három fázis bármely két pontja között körülbelül 400 VAC, míg az általunk nem használt nullavezető és valamelyik fázis között pedig körülbelül 230 VAC mérhető. A 400 voltos, háromfázisú hálózatból egy 5x2,5 milliméter átmérőjű, vastagon szigetelt kábel segítségével jut el az áram a fojtótekercshez, mely csavaros sorkapcsaiba fázishelyesen rögzíteni kell a vezetőket. A fojtótekercs kimeneti oldalán is csavaros sorkapcsokkal történik a rögzítés, majd egy csavarral rögzíthető csatlakozó segítségével kapcsolódik a SM modul teljesítmény részéhez.

21. ábra Smart Line Modul 400 VAC bemeneti csatlakozója (L1, L2, L3)

Drive-CLiQ A Drive-CLiQ a hajtástechnológiában előszeretettel alkalmazott kommunikációs protokoll. Gyors, 100Mbit/sec átviteli sebességet is képes elérni. Ezzel az interfésszel

33


ellátott modulok, rákötve a hálózatra, képesek az egymással való adatcserére, akár valós idejűekre is. PIN 1 2 3 4 5 6 7 8 A B

jel neve TXP TXN RXP

jel típusa kimeneti kimeneti bemeneti

jelentés adat továbbítás + adat továbbítás adat fogadás +

RXN

bemeneti

adat fogadás -

+ (24 V) M(0V)

kimeneti feszültség kiementi feszültség

tápellátás, maximum 450mA föld

3. táblázat Az RJ45-ös csatlakozó lábkiosztása

Az általunk felhasznált SM modul (6SL3130-6AE15-0AA0) hátulján, nem található Drive-CLiQ csatlakozási lehetőség, más változatokon viszont található, azok bekötése elengedhetetlen a kifogástalan működéshez. A mi rendszerünkhöz két kábel elegendő, hiszen egy megy a szenzor modulhoz, a másik pedig a vezérlőegységhez a DM modulból.

34


22. ábra Drive-CLiQ hálózat

A Drive-CLiQ hálózatra nagy szükségünk lesz a következőkben, mikor automatikus konfigurálást fogunk végrehajtani, ami nagyban megkönnyíti a dolgunkat, mert ki tudja olvasni az egyes modulok típusát és fel tudja térképezni az egész hálózatot számunkra. Továbbá feladata elengedhetetlen: 

a hajtáskonfiguráció gyors paraméterezésnél,



a gyors diagnosztika, hiba esetén,



az enkóder jelének gyors továbbítása

A SCOUT A

SINAMICS-szal

ellentétben

SIMOTION

mozgásvezérlő

egység

fejlesztőkörnyezete nem a STARTER, hanem a SCOUT. A SIMOTION a SIMATICkal együtt tartalmazza az összes olyan technikát (PLC, PC-based Control, automatizáló 35


munkaállomás,

decentralizált

perifériák,

megjelenítő

és

felügyeleti

rendszer,

kommunikációs hálózat vagy folyamatirányító munkaállomás), amit egy automatizálási feladat megoldása igényel. Ennek érdekében egyrészt a SIMOTION SCOUT mérnöki fejlesztőeszközt a Simatic-Manager-be integrálták, másrészt követték azt a filozófiát, hogy az azonos mérnöki folyamatok hasonló tevékenységekkel leírhatók legyenek. A dizájn hasonló a megszokott SIEMENS környezethez. Egy keretrendszert képvisel, melyről, ha szükségünk van rá, megnyithatók a Simatic programcsomag egyes részprogramjai is, gondolok itt a Hardware Config-ra és a NetPro-ra, melyek olykor automatikusan megnyílnak, hogy el tudjuk végezni a változtatásokat.

A SCOUT telepítése A program telepítése elég nehezen sikeredett, hiszen találkoztam nem várt problémákkal. Néhány éve foglalkozom PLC programozással és HMI felületek vizualizációjával, ezért pár SIEMENS szoftverternél már megtalálható volt a számítógépemen, mielőtt foglalkozni kezdtem a szakdolgozatom témáját képző eszközével. A SIEMENS weboldalán történő regisztráció után (alaposan elolvasva és elfogadva a felhasználói feltételeket) letöltöttem a SIMOTION SCOUT 4.4-es verzióját. Kicsomagolás után elkezdtem a telepítést. A telepítési procedúra közben hibaüzenet ugrott a képernyőre, mely a következő volt. 

A telepítés megkezdése előtt töröljem a számítógépemen megtalálható SINAMICS STARTER programot, ugyanis a kettő együtt nem használható.



Frissítsem a SIMATIC STEP7-et minimum 5.5-ös verziójú, négyes szervizcsomagra.



Töröljem le a SIMATIC WinCC flexible 2008-at, majd a program telepítése után visszatelepíthetem azt.

A feltételeknek eleget téve a telepítés sikeresen befejeződött. Az ehhez szükséges idő jelentős: effektíven 8 órára volt szükség az elvégzéséhez.

36


A vezérlő egység és a frekvenciaváltó felkonfigurálása A Dr. Trohák Attilával való egyeztetés során arra jutottunk, hogy próbáljam meg ezt a részt „step by step”-szerűen létrehozni, hogy az oktatásban eredményesebben fel lehessen használni. Elég sok próbálkozás ért véget sikertelenül, de ez alatt sikerült megismerkedni a fejlesztőkörnyezet sajátosságaival. Azokra a problémákra, amikbe jómagam is beleütköztem, mindenféleképpen szeretnék kitérni, hiszen az okos ember a más hibájából tanul. Hogyan kezdjük? Elsőször helyezzünk be egy lehetőleg üres 512MB-os SIMOTION CompactFlash kártyát a vezérlőegységbe. Kapcsoljuk be a főkapcsolót, helyezzük legalább 24 VDC feszültség alá a rendszert, ami már elegendő a konfigurálás elkezdéséhez. Állítsuk az üzemmódválasztót a nullás helyzetbe. Várjuk meg, míg a vezérlő elvégzi a teszteket, és feláll. Indítsuk el SIMOTION SCOUT 4.4-es verzióját.

23. ábra SIMOTION SCOUT V4.4 fejlesztőkörnyezet.

37


Új projekt létrehozása és beállítása Első lépésként egy új projektet kell létrehoznunk. A projekt létrehozásához kattintsunk a program jobb felső sarkában található Project fülre, azon belül a New… feliratra. A felugró ablakon

24. ábra Új projekt létrehozása

beállíthatjuk, hogy milyen tárolási helyre szeretnénk menteni a projektünk mappáját, valamint a projektünk nevét is. Az alábbiakat beállítva az OK gombra kattintva az ablak eltűnik, és létrejön az új és üres projektünk. Az ablak baloldalán ezennel meg is jelent egy fa struktúrájú navigációs rész, mely a későbbiekben segítségünkre lesz, és lényegesebben gyorsabban fogunk tudni a fülek között lépkedni, valamint a projekt szerkezeti felépítését is jót szemlélteti.

25. ábra Fa struktúra kialakítása az ablak bal oldalán

38


Az Insert SIMOTION device pontra kettőt kattintva hozhatunk létre új hardverelemet, ami egyesíti a SIMOTION és a SINAMICS funkcióit.

26. ábra SIMOTION eszköz kiválasztása

Itt már az általunk használt eszköz pontos paramétereit kell megadnunk, mert különben későbbiekben problémánk származhat belőle. Az felugró ablakon az eszköz család egyértelműen a SIMOTION, de az eszközt már mi választhatjuk ki. A fület lenyitva három eszköztípust találunk: 

SIMOTION C: A SIMATIC S7300 családdal kompatibilis kivitel (hardverbővítés), integrál jeladóbemenetekkel, illetve digitális és analóg kimenetekkel hidraulikus és léptetőmotorok szabályzásához.



SIMOTION P: PC-bázisú, azaz hajtásvezérlést ipari számítógéppel együtt alkalmazzák.

39




SIMOTION D: Mozgásvezérlő funkciók és a SINAMICS hajtásszoftver egy hardverben. Előnye, hogy a mozgásvezérlő és a szabályozó funkciók közvetlenül a hajtásban futnak.

A mi eszközünk D típusú, azon belül pedig D435 6AU1 435-0AA00-0AA1, 4.1-es verziójú. A SINAMICS verziója pedig V2.5. Az Open HW Config előtti kis kocka ne tartalmazzon pipát, ezzel elérjük, hogy az OK gombra kattintva nem nyílik meg automatikusan a hardverkonfiguráció, hiszen a kommunikációt még nem hoztuk létre a számítógépünk és az eszköz között, ezért nem is tudnánk azt módosítani.

Kommunikáció létrehozása Az általam használt számítógép egy Toshiba C660-2C4 típusú laptop. Ahhoz, hogy be tudjuk állítani és fel tudjuk tölteni a hardverbeállításokat, elsősorban meg kell teremteni a kommunikációs kapcsolatot a PC és vezérlőegység között. Erre több lehetőségünk is van. Használhatjuk a vezérlőegységen megtalálható, kommunikációra alkalmas csatlakozási lehetőségeket: 

Profibus (MPI)



Profinet



RS232



USB

Én két típust is kipróbáltam a felsoroltak között, az Profinet-es és a MPI-os variációt is. Az Options menüpontra kattintva, a Set PG/PC interface… -szel kiválasztjuk az általunk használni kívánt kommunikációs lehetőséget.

MPI Az MPI-os lehetőségnél szükségünk van egy adapterre is,

40


27. ábra SIEMENS SIMATIC S7 PC-USB adapter (6ES7 972-0CB20-0XA0)

mellyel a vezérlőegység –X126-os DP2/MPI Sub-D9-es csatlakozóját kötjük össze a számítógépünk USB pártjával. Ha már létrejött a fizikai kapcsolat a két eszköz között, akkor a Set PG/PC interface… -t megnyitva

28. ábra A kívánt kommunikáció típus kiválasztása.

41


lehetőségünk van az általunk preferált kommunikációs típus kiválasztására, valamint a Properties… gombra kattintva annak tulajdonságait meg is változtathatjuk. OK gombbal el is fogadtatjuk a programmal. Ezennel létre is jött az MPI kommunikáció.

Profinet A Profinetes kommunikáció, a protokolli tulajdonságokon kívül talán annyival egyszerűbb, hogy létrehozásához nem kell adapteres kábel, hanem elég egy egyszerű UTP kábel, két darab RJ45-ös csatlakozóval a végén, ami lényegesen olcsóbb és gyakoribb, mint az adapter. A vezérlő egységen található –X130 IE2/NET csatlakozási lehetőséget fogjuk használni a továbbiakban. Az így létrejött fizikai hálózatot ugyancsak a Set PG/PC interface… -en belül tudjuk beállítani, de van egy egyszerűbb és kézenfekvőbb megoldás is. Ha először létrehozzuk a Profinetes fizikai összeköttetést, és utána választjuk ki a SIMOTION eszközt és az eszközkiválasztó ablak alján található Open HW Config előtti kis kockát bepipáljuk, akkor a szoftver automatikusan meg akarja majd nyitni a hardverbeállítást.

. 29. ábra A D435 vezérlő egység interfész kiválasztása.

42


De előtte létre kell jönnie a kommunikációnak, ezért fel fogja dobni az alábbi ablakot, ahol elvégezzük a megfelelő beállításokat, majdan az OK gombra kattintva el is végzi azt, és meg is nyitja a hardver konfigurációt, majd a D435 megjelenik a projektlistán. Ha nem sikerül létrehozni a kapcsolatot, ellenőrizzük az Assign PG/PC beállításokat!

A hardver konfigurálása Ha mégsem nyitná meg a SIMATIC Hardware Config alprogramot, azt bármikor el tudjuk érni a SCOUT-ban, bal oldalon a fa struktúrában szereplő D435[D435] elemre kattintva.

30. ábra A hardver kinézete.

Láthatjuk, hogy a vezérlő berendezésünk egy integrált PROFIBUS DP protokoll alapján kommunikál a 3-as címen található SINAMICS egységünkkel. Mi jelenleg az X130 IE2/NET Ethernet interfésszel állunk kapcsolatban, ezért duplán kattintva rá elérhetjük a beállításokat.

43


31. ábra Kommunikációs beállítások, IP cím és maszk megadás.

Először az képen látható alsó ablak fog megjelenni számunkra, itt láthatjuk, hogy az Ethernet típusú hálózat kialakult, hiszen egy igen felirat olvasható mellette. Ha a cím nem az általunk definiáltat tartalmazza, azt a Properties… fülön személyre tudjuk szabni. Az Ok gombokra kattintva elmenthetjük a személyes beállításainkat Töltsük rá a modulunkra a konfigurációt, ezt a második menüsoron található kis Download to Module ikonnal tehetjük meg.

44


32. ábra Csomóponti címek kiválasztása.

Válasszuk ki az általunk létrehozott és beállított IP címmel rendelkező célállomást, majd az OK gombra kattintva elkezdi a modulra történő letöltést, ez pár másodpercet vesz igénybe. Eközben a vezérlőegységen található indikátor ledek állapota megváltozik. A letöltés befejeztével a második menüsorban található Save and Compile ikonra kattintva a hardverbeállításokat elmentjük és lefordítjuk a projektbe. Ezzel bezárhatjuk a Hardware Config ablakot.

Kapcsolat a rendszerrel A további lépések elvégzéséhez meg kell várnunk, míg a vezérlőegység feláll a hardver konfiguráció modulra való letöltése után, tehát mikor újra a zöld visszajelző led fog világítani. Jelenleg offline állapotban vagyunk, amit a jobb alsó sarokban jelez is a fejlesztőkörnyezetünk, tehát nem állunk kapcsolatban a célállomással, nincs meg a folyamatos kapcsolat. A feladatunk az lesz, hogy online módba tegyük, tehát folyamatosan működjön az adatcsere, azaz élő, folyamatos kapcsolatot hozzunk létre. Ezt úgy tudjuk megtenni, hogy a menüsoron található Conected to selected target devices ikonra kattintunk. 45


33. ábra Cél eszköz kiválasztása.

A felugró ablakon válasszuk ki a D435-ös vezérlőegységet és az integrált SINAMICS eszközt; fontos hogy a hozzáférési pontnál a S7ONLINE legyen bejelölve. Az OK gombbal létrehozzuk a folyamatos kapcsolatot a számítógépünk és az eszközünk között.

Gyári beállítások visszaállítása Ha már a folyamatos kapcsolat létrejött, akkor célszerű visszaállítani a gyári beállításokra az integrált eszközünket. Azért is jó, ha ezt elvégezzük, mert a memória tartalmazhat olyan korábbi beállítást, ami valamilyen hibát generál, ami a későbbiekben sok problémát okozhat. Tehát mindenféleképpen célszerű elvégezni a gyári beállítások visszaállítását.

46


34. ábra Gyári beállítások visszaállítása.

A projektlistán szereplő SINAMICS_Integratet szövegre jobb klikkel lenyithatjuk a fentebb látható sort, és az itt található Target device, majd a Restore factory settings fülre kattintva elérjük, hogy felugorjon az általunk kívánt ablak.

35. ábra Az eszköz konfigurációjának visszaállítása.

A gyári beállításokat visszaállítja, azonban néhány paramétert nem fog megváltoztatni, ilyen például a busz címek és az átviteli sebesség. A Yes gombra kattintva engedélyt adunk, hogy ténylegesen végrehajtsa az visszaállítást.

47


Automata konfiguráció Az automata konfigurálásnak vannak feltételei, elsősorban az is ide tartozik, hogy a Drive-CLiQ hálózat jól legyen kialakítva, hiszen ezen a hálózaton keresztül fogja lekérni és végrehajtani a megfelelő beállításokat. Valamint az is szükséges, hogy online módban hajtsuk végre, ugyanis szükséges a folyamatos kapcsolat hozzá. Ha ezek a feltételek igazak, elkezdhetjük az automata konfigurációt. A művelet elkezdéséhez kattintsuk a fa struktúrán szereplő, látható elérésű Automatic Configuration fülre.

36. ábra A projektlistán szereplő füllel megnyitható automatikus konfiguráció ablak

Az ez által feldobott ablakon el is indíthatjuk a folyamatot a Start automatic configuration gombra kattintva, ami pár percet is igénybe vehet. Az ablakon nyomon követhetjük a vezérlőegység jelenlegi állapotának változásait.

48


37. ábra A meghajtó objektum típusának konfigurációja.

A folyamatot félbeszakítja egy, a képernyőnkön megjelenő ablak, amin be kell tudnunk állítani a hajtás típusát, ez a jelenlegi helyzetben kétféle lehet, szervo vagy vektor típusú. A mi esetünkben szervo hajtásról és motorról beszélhetünk, tehát azt kell kijelölnünk. A kijelölés pillanatában a lejjebb található rész is átugrik szervóra, nekünk már nem kell átállítani. A mellette látható azonosítási részre kattintva, egy zölden villogó leddel fogjuk tudni azonosítani, melyik fizikai eszköz fogja elvégezni a hajtási teendőket. A mi esetünkben ez az eszköz a DM modul lesz. Az OK gombbal továbbléphetünk, és folytatódik a művelet.

38. ábra Automatikus konfiguráció figyelmeztető ablaka

49


Az automatikusan lezajló folyamat végéhez érve egy figyelmeztető ablak nyílik meg. Ez az ablak figyelmeztet minket, hogy a motorok konfigurálását ne felejtsük elvégezni, ehhez offline módba kell mennünk, és végigfuttatni egy varázslót a kérdéses hajtásokon a további beállítások érdekében. OK gombbal lépjünk tovább. Ezennel be is fejeződött az automata konfiguráció. A projektlistán megjelennek az ez által eredményezett új részek.

Feszültségszintek és egyéb paraméterek beállítása Az újonnan létrejött elemek a projektlistán a Drives fület lenyitva találhatóak Servo_02 és Servo_03 névvel ellátva. Tisztázzuk, hogy a DM modul fizikailag két motor csatlakoztatását teszi számunkra lehetővé. Én a beüzemelés során jelenlegi helyzetben ezen lehetőségek közül csak egyet alkalmaztam. Első lépésként célszerű megtudnunk, hogy melyik hajtáselem felel meg ténylegesen valóságnak, tehát hogy a Servo_02 vagy a Servo_03 hajtásra van kötve a szervo motorunk. Az automata konfiguráció során ezt a Drive-CLiQ-en keresztül térképezte fel és állította be a szoftverünk. Kattintsunk külön-külön a Servo_02 és a Servo_03 elemre és elemezzük az ott látott adatokat.

39. ábra A hajtás teljesítménykomponensének adatai.

Láthatjuk, hogy a teljesítményegység a mi helyzetünkben a DM modul. Tulajdonságai közé tartozik, hogy a névleges árama 3A és a névleges teljesítménye 1,6 kW mind két esetben, hiszen egy adott egységről beszélünk. A különbség az, hogy melyik kivezetést vezérli. A Servo_02 esetén a teljesítményegység típusánál zárójelben szerepel, hogy X2, míg a Servo_03 esetében az, hogy X1. Az X1 és X2 arra utal, hogy a DM modulunk melyik kivezetéséről beszélünk. Feladatunk megtekinteni, hogy melyik kimeneten szeretnénk vezérelni a motort. Jelen pillanatban az X1-es kimenetre van kötve a motor tápellátását szolgáltató narancsszínű kábel, ezért a mi esetünkben 50


mindenféleképpen a Servo_03-as elemmel kell foglalkoznunk, hiszen a Servo_02 fizikailag be sincs kötve. Most már tudjuk, melyik elemmel kell foglalkoznunk és melyik elemet kell paramétereznünk. A paraméterekkel tudjuk beállítani az adott elem tulajdonságait, ott tudjuk személyre szabni azt. A két hajtáselemnek külön-külön van paraméterlistája, amik paraméterei csak az adott elemre vonatkoznak. A továbbiakban a Servo_03 elem paraméterezésével fogunk foglalkozni. A paraméterlista megnyitásához az alábbi módon tudunk eljutni.

40. ábra Servo_03 elem paraméterlistájának megnyitása.

A projektlistán keressük meg a Servo_03 elemet, majd nyissuk le, milyen további részeket tartalmaz. A paraméterlista megnyitásához kattintsunk duplán az Expert list fülre. A képernyőn megjelenik egy 874 sorból álló táblázat, mely alapvetően kétféle elemet tartalmaz. Az r kezdőbetűjű paraméterek értékét csak olvasni tudjuk, ilyen például az r21: aktuális sebesség vagy az r333: a motor névleges nyomatéka. A p kezdőbetűjű paraméterek értékét nem csak olvasni, hanem írni is lehet. Meg tudjuk változtatni a pillanatnyi értéküket. Persze olykor, hogy meg tudjuk változtatni egy adott paraméter értékét, annak feltétele is lehet. Ki szeretnék térni pár olyan – számunkra különös fontosságú – paraméterre, amit muszáj beállítanunk, hogy működtetni tudjuk a motort.

51


paraméter szám paraméter neve beállítási érték p210 hajtás hálózati feszültsége 400 p1244 DC kör felső küszöbértéke 715 p1248 DC kör alsó küszöbértéke 279 p300 motor típus kiválasztása 237 p301 motor kódszám kiválasztása 23726 p1980 pólusok azonosítási technikája 4 p840 BI be/ki1 1 p860 BI hálózati mágneskapcsoló jel Servo_03:r863.1 p864 BI betáplálási művelet Servo_03:r863.0 p10 hajtás üzemi paramétere 0 4. táblázat Megváltoztatandó paraméterek

Célszerű megadni a valósághű adatokat, hogy a szoftver lássa, milyen hardverrel áll szemben. A p300 és p301 nagyon praktikus paraméterezési lehetőséget nyújt számunkra, különben rengeteg katalógusadatot kellene megadni a szervo motorról, melyeket külön paraméterekbe kell rögzíteni. Ehelyett e két paraméter megadásával elvégzi ezeket a paraméterezési feladatokat számunkra a szoftver. Ezeket a beállításokat célszerű elmenteni a projektbe és beletölteni a vezérlőegység processzorába. Ezt úgy tudjuk

elérni,

hogy

a

válasszuk

ki

egy

kattintással

a

projektlistán

a

SINAMICS_Integrated elemet. Ekkor aktívak lesznek a menüsoron található ikonok. A második menüsorban található Load CPU/drive unit to PG ikonra való kattintással tudjuk betölteni a vezérlő processzorába a változtatásokat. Szintén a második sorban található Save project and compile changes ikonra kattintva mentsük a projektet.

Vezérlőpanel és a motor üzemeltetése A beállítási feladatok elvégzése és a paraméterek vezérlőegységre való letöltése után készen áll a rendszer ahhoz, hogy tényleges mechanikai forgó mozgásra kényszerítse szervo motorunkat. Ehhez rendelkezésünkre áll egy vezérlőpanel. A Control panel -t a Servo_3, azon belül Commissioning fület lenyitva találhatjuk meg.

52


41. ábra Vezérlő panel, a motor működésbe hozása előtt.

Így a vezérlési prioritás a Servo_03 lesz. Kattintsuk az Assume control priority! gombra. A felugró ablakon a monitorozási időt állítsuk be 1000 ms-ra és fogadjuk el az OK gombbal. Második lépésben engedélyeznünk kell, ezt az Enabeles bepipálásával végezhetjük el, valamint a show diagnostic area gombbal lenyithatjuk a diagnosztikai területet. Harmadik lépésben adjuk meg a forgási sebességet, ez a motor maximális fordulatszámától ne legyen több (10000 RPM), sőt a névleges forgási sebességet se haladja meg (6000 RPM). A motor stabil rögzítéséről győződjünk meg. Kattintsuk a Drive on zöld gombra a hajtás bekapcsolásához. A motor elkezd forogni. Állítsuk a forgási sebességet 200 RPM-re.

42. ábra Vezérlő panel, a motor működésbe hozása után

Láthatjuk, hogy a forgási sebesség aktuális érteke megegyezik a beállított értékkel. A kimeneti frekvencia 10 Hz, kimeneti feszültség 12,6 Vms. A lenyitható fülek segítségével mást is meg tudunk tekinteni. Ha a SCOUT ablakot bezárjuk, akkor a 53


vezérlés megszűnik és riasztással figyelmeztet minket, amiket nyugtázni szükséges. A további műveletek elvégzéséhez kapcsoljuk ki a vezérlést, ezt a piros gombbal tehetjük meg, valamint a vezérlési prioritást is állítsuk vissza.

Mérőfunkció A szoftverben lehetőségünk van mérések végrehajtására. Ezeket a mérési görbéket, adatokat a későbbiekben széleskörűen fel tudjuk használni. A mérési felületet a második menüsor végén található Measuring function ikon jelzi. Erre az ikonra rákattintva megjelenik a mérőfunkció dialógus.

43. ábra Mérőfunkció dialógus beállítása.

Többfajta mérési típus közül választhatunk, ezek közül természetesen mid-mind másra alkalmas. Én a sebességszabályozás alapjel ugrását szerettem volna megfigyelni, és az ott mért változásokat követni. Ehhez a fent látható értékeket választottam ki. A mérőfunkciótól függően négy csatornát választhatunk ki. A paraméterek beállítása után töltsük át a módosításokat a hajtásra. Ezt a bal oldalon található ikonnal tehetjük meg. Ha az áttöltés befejeződött, indítsuk el a mérést. A vezérlési prioritást beállítjuk és elfogadjuk. A hajtást a zöld gombbal bekapcsoljuk, és a mérést elindítjuk. A mérés automatikusan végrehajtódik rövid időn belül és az értékeket egy grafikonon, az idő függvényében jelzi számunkra.

54


44. ábra Mérési grafikon, nyomaték változásának szemléltetésével.

45. ábra Mérési grafikon, áram változásának szemléltetésével.

A mérések befejeztével minden esetben kapcsoljuk ki a hajtást és a prioritását is állítsuk vissza! Lehetőségünk van az erősítési tényező módosítására is, mellyel a módosított szabályzó értékek jobb válaszokat mutatnak a tranziensek tekintetében. Az erősítési tényezőt a projektlistán a megfelelő hajtás alatti Opern-loop/closed-loop control fület megnyitva, Speed controller-re kattintva találhatjuk.

55


46. ábra Erősítési tényező megváltoztatása.

A megjelenő blokkvázlaton a P gain változót állítsuk 0,002 Nms/rad –ról 0,100 Nms/rad-ra. Ezzel az erősítési tényezőt megváltoztattuk. Új méréseket végezve a már ismert módon a különbség jelentős.

47. ábra 0,002 N ms/rad erősítési tényezőjű mérés.

56


48. ábra 0,100 N ms/rad erősítési tényezőjű mérés.

Automata vezérlő beállítások A szoftver automatikusan elvégzi a beállításokat négy lépésben. Ezáltal a motorunkra hatást fog gyakorolni, amitől furcsa mechanikai mozgásokat végez: remeg, ide-oda mozog. A motor stabil lefogatásáról most se feledkezzünk meg! A művelet megkezdéséhez nyissuk meg az Automatic controller setting ablakot. Az elérési útvonal a megfelelő hajtás, esetünkben a Servo_03 alatti Commissioning fülön belül található.

49. ábra Automata vezérlő beállítás ablak.

A vezérlőbeállítások sorrendje a következő lépéseket tartalmazza: 

A mechanikai rendszer mérése, 1. rész.



A mechanikai rendszer mérése, 2. rész. 57




Jelenlegi szabályozó kör azonosítása.



A fordulatszám-szabályozó beállításainak kiszámolása.

A folyamat során ezt a négy lépést hajtja végre a megfelelő sorrendben. A mérések megkezdéséhez a már megszokott műveleteket kell elvégezni, tehát a hajtás prioritásának kiválasztása, a hajtás indítása a zöld gombbal és a mérésnek az elindítása. A lépéseket pár perc alatt elvégzi, és a befejeztével az összes elem előtt pipa jelenik meg.

50. ábra Beállítások lépéseinek az elvégzése és paraméterezése.

A mérés végeztével, a beállítások kiszámolása után megtörténik a paraméterek beállítása is. Ezt az alatta lévő táblázatban meg is tekinthetjük. Az automata vezérlő beállításokat érvényesítsük a táblázat bal sarkán található Accept values gombbal.

58


51. ábra Beállítások elfogadása.

A felugró ablakot fogadjuk el a Yes gombbal. Az automata vezérlő beállítások érvényesítése

után

a

hajtás

kikapcsolandó.

Ezt

követően

válasszuk

ki

a

SINAMICS_integrated-et , majd a második menüsoron lévő Load CPU/ drive unit to PG ikonnal töltsük rá a vezérlő processzorára a változtatásokat. A rátöltés végeztével mentsük és fordítsuk a projektünket.

A PROFIBUS HW konfigurációja A PROFIBUS egy univerzális ipari kommunikációs rendszer, amit előszeretettel alkalmaznak ott, ahol nagyobb rendszerek jelcseréje zajlik. Alkalmazási területe magában foglalja a nagy átviteli sebességet és egyszerű, olcsó installációt igénylő területeket. Egy vezetőpáras, árnyékolt, sodrott érpárt használ fel. A hálózat topológiája lineáris busz, mindkét végén aktív lezárással, lezárás nélkül csak 1.5 Mbit/sec átvitel valósítható meg. A csatlakozó jellemzően 9 tűs D csatlakozó. Az átviteli sebesség 9.6 kbit/sec és 12 Mbit/sec közötti (A PROFIBUS-DP 12 Mbit/sec-on kb. 1 msec alatt továbbít 512 bit input és 512 bit output adatot 32 állomásra elosztva). A rendszerünkben integrált formában van jelen ez a kommunikációtípus, a vezérlő és a frekvenciaváltó között. Mindenféleképpen konfigurálni kell és meg kell 59


változtatni a hardver-beállításokat. Ezt a SINAMICS_integrated alatt található Communication részen belül lévő Telegram configuration fület megnyitva állíthatjuk be.

52. ábra Telegram beállítás.

A megfelelő elemet kijelölve a jobb oldalon található nyilakkal változtassuk meg az adott sorrendre. Az első sorban található vezérlőegység telegram típusát állítsuk be SIEMENS telegram 390, PZD-2/2-re. A másik két sorban található elemeket pedig SIEMENS telegram 105, PZD-10/10-re. Ne ijedjünk meg, ha még mindig jelen vannak a sorokban a felkiáltójelek. A jobb alul található Set up addresses gombbal a hardver konfigurációba ehhez lesznek igazítva a beállítások. A felugró ablakot fogadjuk el a Yes gombbal.

53. ábra Beállított telegramok, elmentve a hardver konfigurációba.

60


A telegramok be- és kimenetei automatikusan el lesznek címezve, ezeket bármikor meg tudjuk változtatni, de ezek számunkra most megfelelnek. A sorokban a felkiáltójel helyett megjelennek a pipák, több dolgunk ezzel kapcsolatosan nincs.

Hajtás konfiguráció Ahhoz, hogy fel tudjuk venni a tengelyeket, először is részletesebben be kell állítanunk a hajtásadatokat. Kattintsuk a Servo_03 alatti Configuration fülre, majd a megjelenő ablak tetején található Configure DDS… gombra. Egy nyolc lépésből álló folyamatot kell végigvezetnünk, és a számunkra megfelelő adatokat kiválasztani. Nagyon fontos, hogy precíz és a valóságnak megfelelő adatokat szolgáltassunk a szoftver számára.

54. ábra Vezérlés szerkezete.

61


Első teendőnk beállítani a vezérlés szerkezetét. A vezérlés típusának a kiválasztására három variáció van jelen esetben. 

[20] forgási sebesség vezérlés érzékelővel



[21] forgási sebesség vezérlés enkóderrel



[23] nyomatékvezérlés enkóderrel

A mi esetünkben a forgási sebesség vezérlés enkóderrel a megfelelő opció. Majd a Next gombbal tovább is léphetünk.

55. ábra Teljesítmény egység kiválasztása.

Ezen az oldalon a teljesítmény modul adatait kell meghatároznunk, a mi esetünkben fizikailag ez a modul a DM modul. Segít bennünket az egység műanyag pajzsán található adattábla. Lehetőségünk van megadni a teljesítménykomponens nevét, a rákapcsolt feszültségértéket és a teljesítmény-elektronika hűtésének típusát is.

62


56. ábra Teljesítménymodul csatlakozójának kiválasztása.

Nézzük meg, hogy melyik csatlakozási lehetőséghez kapcsolódik a motorunk. A régebbi beállításokban is a DM modul –X1 csatlakozási pontját választottuk ki és a valóságban is azt használjuk. Ha már valamilyen beállítást, konfigurációt elvégeztünk, ne változtassuk meg a szerkezet kialakítását, hiszen mindenféleképpen hibát fog eredményezni.

63


57. ábra Motor típus kiválasztása.

A motor adatainak kiválasztására szintén használjuk a motor házára ragasztott adattáblát. Ha ez a tábla már valamilyen oknál fogva nem található rajta (motor melegedésének következtében nagy valószínűséggel bekövetkezhet), akkor célszerű a katalógusból kikeresett adatokat használni. A mi esetünkben – mint feljebb is elemlítettem – a motor típusa 1FK7022-xAK7x-xxxx.

64


58. ábra Motor féktípusának kiválasztása.

A motorunk nem tartalmaz féket sem beépített, sem másfajta módon. Ezért válasszuk ki a Do not use a motor holding brake opciót. Ezzel beállítjuk, hogy az adott motorunk nem tartalmaz féket.

65


59. ábra Enkóder kiválasztása.

A motor állapotáról szóló információkat a kiválasztott jeltovábbító fogja szolgáltatni. Ehhez célszerű kitölteni az megfelelő beviteli mezőket, majd kattintsuk a Via order no. gombra és felugrik egy ablak, ahol be tudjuk ezt állítani.

60. ábra Rezolver kiválasztása.

66


A motor típusszáma úgy van kialakítva, hogy a végétől számított harmadik elem határozza meg a beépített jeladó típusát, így adott számunkra, melyiket kell kiválasztani.

61. ábra PROFIdrive telegram kiválasztása.

Deklarálni kell a kommunikáció típusát is. Ezt korábban mi állítottuk be, és ezt most is meg kell adnunk. A következő ablakon már beállítási lehetőség nincs, csak egy összegzés, ezt az összegzést ki is tudjuk másolni. Ha dokumentálnunk kell az adott beállításokat, mindenféleképpen célszerű ezt a Copy test to clipboard gombbal végrehajtanunk.

67


Tengelyfelvétel Ahhoz, hogy a vezérlőegységbe programot tudjunk írni a későbbiekben, fel kell vennünk a tengelyt, vagy tengelyeket, és a megfelelő beállításokat végre kell hajtanunk. A tengely felvétele a D435 alatti, AXES mappában található, Inset axis fülre való kattintással történik. Mi jelenleg csak egy tengelyt fogunk felvenni, de ha több tengelyünk van, akkor többször kell ezt a pár lépésből álló műveletet elvégeznünk.

62. ábra A tengely elnevezése és alapbeállítása.

Jelen helyzetben én a tengely nevét a gyári beállításokon hagytam, nem tartottam fontosnak, hogy megváltoztassam. Az ablak bal oldalán található részén lehetőségünk van kiválasztani, milyen technológiát szeretnénk használni. 

Forgási sebesség szabályozás



Pozicionálás



Szinkron műveletek



Pályainterpoláció

Én ezek közül a képen látható kettőt jelöltem ki. Az OK gombbal továbbléphetünk. 68


63. ábra Tengely típusának kiválasztása.

A tengely típusát választhatjuk ki ezen az oldalon. Típusának a Rotary-t válasszuk, hiszen forgó mozgást kell eredményeznünk, és mivel egy elektromos szervomotor áll a rendelkezésünkre, a másik választási lehetőségünk is adott.

69


64. ábra Hajtás hozzárendelése.

Hozzá kell rendelnünk az újonnan létrehozott tengelyt a már meglévő hajtásunkhoz. Jelöljük ki a mi esetünkben a használni kívánt Servo_3 hajtást. Az ablak alján található tulajdonságokat célszerű beállítanunk. Ha a motort már egy meglévő szerkezethez szeretnénk adaptálni, akkor célszerű figyelembe venni a szerkezet tulajdonságait. Ebben az esetben én a gyári adatokat rendeltem hozzá, ugyanis nincs a motorunk kapcsolva semmilyen más egységhez sem.

70


65. ábra Enkóder hozzárendelése.

Rendeljük hozzá a már régebben felvett jeladót és állítsuk be a típusát inkrementális jeladóra, valamint a módot rezolverre. Lépjünk tovább.

66. ábra Enkóder konfigurálása.

A motorba beépített enkóder típusa kétpólusú, tehát egy póluspárú. A felbontást állítsuk 2048-ra. Ez azt jelenti, hogy egy fordulatot ennyi további részre fogja felosztani számunkra, amit a további jelfeldolgozó egységek fognak tudni kezelni.

71


Továbblépve a tengelyfelvétel során létrejövő információknak az összegzésére kerül sor. Itt már további módosítási feladatunk nincs. A projektlistán megjelenik az új tengelyünk ikonja. Töltsük rá a projektet a céleszközre. Jelöljük ki a D435 vezértlőt a projektlistán és kattinstunk a második menüsorban található Load project to target system ikonra.

A tengely indítása vezérlőpulttal A projektlistán immár szereplő tengelyünk fülét lenyitva találjuk meg a Control panel részt. Erre kattintva megjelenik a hajtásvezérléshez használt panelhoz nagyon hasonlító ablak.

67. ábra Tengely vezérlése.

A már ismert módon válasszuk ki a prioritást, majd a közvetlenül alatta található Axis enable gombbal engedélyezzük a tengelyünket. Felugrik egy ablak, amit az alábbi beállítás után engedélyezzünk.

72


68. ábra Tengely engedélyezése.

Az ablak ezután eltűnik, és a tengelyünk engedélyezve lett, ami jelzésre is kerül. Válasszuk ki az engedélyező kapcsoló mellett található speed controlled traversing of the axis gombot.

69. ábra Sebesség specifikáció.

A sebességet 100 fok/s-ban határoztam meg, és pozitív irányt állítottam be a vezérlés számára.

73


70. ábra Tengelyvezérlés indítása.

A beállítások után elindíthatjuk a vezérlést a zöld, Start motion gombbal. Megfigyelhetjük, ahogyan a jeladónk folyamatosan küldi az információt a motorunk állapotáról. A szervomotorunk folyamatosan gyorsul a megadott értékkel, míg el nem éri a kijelölt sebességet. Ezen a beállítások után hozhatjuk létre a kívánt felhasználói programot, mellyel tényleges automatizálási, irányítási feladatokat láthat el a mozgásvezérlő egységünk. A programot írhatjuk magas programozói tudást igénylő szöveges nyelven (ST), vagy akár a hajtásokra specifikált folyamatábrás (MCC) nyelven is.

71. ábra MCC nyelv bemutatására írt példaprogramom.

74


Fejlesztési lehetőségek Ha az Alkalmazott Informatikai Intézeti Tanszék hajlandó továbbiakban is ezen a téren együttműködni az Automatizálási és Infokommunikációs Intézeti Tanszékkel, akkor rengeteg lehetőség lesz ezen eszköz fejlesztésére, melyeken keresztül a diákok megismerhetik a rendszer teljes egészét. Nemcsak az oktatásba való bevonására gondolok, hanem arra is, hogy a leendő végzős hallgatók számára ez további téma is lehet, és új szakdolgozatok születhetnek meg a Miskolci Egyetemen mozgásvezérlő rendszerével kapcsolatosan. A rendszer továbbfejlesztésével kapcsolatosan még rengeteg gondolat kavarog a fejemben. Célszerű lenne egy HMI-vel kiegészített – esetlegesen fölérendelt PLC-vel kiegészített – kezelőfelületet-vizualizáló rendszert létrehozni, mely PROFIBUS-on kommunikálva a ráírt MCC program segítségével komplex rendszert alkotna. Ezen rendszerben jelen lenne a PLC, a HMI, az ipari kommunikáció és a tanszéken jelenleg nagy hiányt mutató villamos hajtás. Egy a már oktatásba bevont és jó működő DCS rendszerbe is bele lehetne integrálni a frekvenciaváltót egy szivattyúra kötve, és ezen keresztül áramoltatni és szabályoztatni benne a vizet. További rengeteg lehetőséget is nyújt ez a hajtás, aminek továbbfejlesztésében csak a kreativitás szabhat határt.

75


Összegzés A Miskolci Egyetem villamosmérnöki oktatási tematikájában hiánytéma a frekvenciaváltó és a hajtástechnika, ezért a szakdolgozatom írása alatt rengeteg háttérmunkára

volt

szükségem

ahhoz,

hogy

megismerkedhessek

a

rendszer

kialakulásának előzményeivel, hardver- és szoftverszerkezetével, valamint felhasználási területeivel. Noha a fejlesztő másfajta frekvenciaváltójával már volt dolgom, ez egy komplexebb és minden tekintetben okosabb rendszernek minősül. A beüzemelés során tanulságos problémák merültek fel. Amikor elakadtam, napokig elemeztem a problémát, töprengtem, miért nem működik, és mi lehet a megoldás. Néhány alkalommal eközben segítségemre volt a Siemens Weboldalon található fórum. Kérdéseimre rendszerint gyors választ is kaptam, és ezúton is köszönöm a támogató, konstruktív hozzászólásokat. A projekt keretein belül főbb célomnak tekintettem az egységgel való közelebbi megismerkedést, a sikeres és biztonságos beüzemelést, valamint egy olyan szakdolgozat megírását, ami impulzust szolgáltathat és a későbbiekben nagy segítséget nyújthat az eszköz oktatásba való bevonásához. A beüzemelést sikeresnek tekintem és reménykedek benne, hogy a későbbiekben hasznát tudják venni az általam előkészített rendszernek és esetleges továbbfejlesztéseket hajtanak végre rajta a hozzám hasonló, a mérnöki szakma iránt elhivatott hallgatók. Mérnökhallgatóként feltett szándékom az egyetemen elsajátított ismeretanyagot ipari környezetben szerzett tapasztalattal bővíteni, majd az így megszerzett komplex szakmai tudást a jövőben Magyarországon kamatoztatni.

76


Summary The subject of frequency converter and the drive technology are absence topics of the educational frame of the University of Miskolc, so I had a lot of background work to get acquainted with the antecedent of the system conception, software and hardware structure and it’s application. Although I have already worked with a different kind of frequency converter of the developer, the current system is much more complex and intelligent. In the course of the set-up,instructive problems came up. When I got stucked, I just analized the problem for days, thinking of what could be the problem and the solution. Sometimes the Siemens website forum could help, usually with quick answers for my questions, so hereby I would like to thank them for the supporting and constructive comments. My goals with this project were to become better-acquainted with the unit,to make a safe and successful set-up, and to write a thesis which can stimulate and assist the involvement of this device to the education. I think the set-up was successful and I hope that other students with professional calling for the engineering -like me- can make a use of the system I prepared, perhaps accomplishing developments on it. As an engineering student, my intention is to broaden the learning which I got in the university with industrial experiences, then utilize this complex professional knowledge in Hungary.

77


Irodalomjegyzék 

[1] Dr. Halász Sándor Automatizál Villamos Hajtások I. Tankönyvkiadó, Budapest, 1989



[2] Dr. Halász Sándor Villamos Hajtások, Egyetemi tankönyv, 1993



[3] Dr. Mádai Ferenc Villamos Hajtások, Miskolci Egyetem ElektrotechnikaiElektronikai Tanszék, 2014



[4] Zsuffa Attila Villamos hajtások és mozgásvezérlők, Magyar Elektronika, 2007



[5] Gyenge Zoltán, Jombik Péter SINAMICS S120, Gápipari Tudományos Egyesület,2009



[6] SIEMENS SIMOTION D4x5 Commissioning and Hardware Installation Manual, 2014.04.



[7] SIEMENS SIMOTION D4x5 Manual 2007.03



[8] Siemens Sinamics S120 Servo Control Drive System, 2004. 04.

78


Ábrajegyzék 1. ábra Az állandó mágneses szervomotor felépítése [4] ................................................. 8 2. ábra Az AC szervomotorok általános kivitelük [4] .................................................... 9 3. ábra Az AC szervomotorok sebesség-nyomaték jelleggörbéje. [4] .......................... 10 4. ábra Impulzus szélesség moduláció ........................................................................... 11 5. ábra Általános szervohajtás tömbvázlata [3] ............................................................ 12 6. ábra SINAMICS S120 vezérlő [8] ............................................................................ 13 7. ábra SINAMICS modul architektúra [8] ................................................................... 16 8. ábra Vonali szűrő (6SL3000-06E15-0AA0) [8] ........................................................ 17 9. ábra Fojtótekercs (6SL3000-0CE15-0AA0) ............................................................. 18 10. ábra SITOP tápegység (6EP1 333-3BA00) ............................................................. 19 11. ábra Smart Line Module és Double Motor Module .................................................. 21 12. ábra Smart Line modul bekötése [8] ....................................................................... 22 13. ábra Double Motor Module Drive-CLiQ csatlakozási lehetőségei (X200-X203) ... 23 14. ábra Double Motor Module bekötése. [8] ................................................................ 24 15. ábra D435 Control Unit (6AU1435-0AA00-0AA1) ................................................ 25 16. ábra Control Unit bekötése. [8] ................................................................................ 27 17. ábra SMC10 Szenzor Modul (6SL3055-0AA00-5AA0) ......................................... 28 18. ábra 1FK7 Szervomotor (1FK7022-5AK71-01TG3) .............................................. 29 19. ábra Felhasznált speciális kábeltípusok ................................................................... 30 20. ábra Smart Line Module és Double motor modul .................................................... 32 21. ábra Smart Line Modul 400 VAC bemeneti csatlakozója (L1, L2, L3) .................. 33

79


22. ábra Drive-CLiQ hálózat .......................................................................................... 34 23. ábra SIMOTION SCOUT V4.4 fejlesztőkörnyezet. ................................................ 37 24. ábra Új projekt létrehozása ....................................................................................... 37 25. ábra Fa struktúra kialakítása az ablak bal oldalán .................................................... 38 26. ábra SIMOTION eszköz kiválasztása ....................................................................... 38 27. ábra SIEMENS SIMATIC S7 PC-USB adapter (6ES7 972-0CB20-0XA0) ........... 40 28. ábra A kívánt kommunikáció típus kiválasztása. ..................................................... 41 29. ábra A D435 vezérlő egység interfész kiválasztása. ................................................ 42 30. ábra A hardver kinézete. .......................................................................................... 43 31. ábra Kommunikációs beállítások, IP cím és maszk megadás. ................................. 43 32. ábra Csomóponti címek kiválasztása. ...................................................................... 44 33. ábra Cél eszköz kiválasztása. ................................................................................... 45 34. ábra Gyári beállítások visszaállítása. ....................................................................... 46 35. ábra Az eszköz konfigurációjának visszaállítása. .................................................... 46 36. ábra A projektlistán szereplő füllel megnyitható automatikus konfiguráció ablak .. 47 37. ábra A meghajtó objektum típusának konfigurációja. ............................................. 48 38. ábra Automatikus konfiguráció figyelmeztető ablaka .............................................. 48 39. ábra A hajtás teljesítménykomponensének adatai. .................................................. 49 40. ábra Servo_03 elem paraméterlistájának megnyitása. ............................................. 50 41. ábra Vezérlő panel, a motor működésbe hozása előtt. ............................................. 52 42. ábra Vezérlő panel, a motor működésbe hozása után ............................................... 52 43. ábra Mérőfunkció dialógus beállítása. ..................................................................... 53 44. ábra Mérési grafikon, nyomaték változásának szemléltetésével. ............................ 54 80


45. ábra Mérési grafikon, áram változásának szemléltetésével. .................................... 54 46. ábra Erősítési tényező megváltoztatása. .................................................................. 55 47. ábra 0,002 N ms/rad erősítési tényezőjű mérés. ...................................................... 55 48. ábra 0,100 N ms/rad erősítési tényezőjű mérés. ...................................................... 56 49. ábra Automata vezérlő beállítás ablak. .................................................................... 56 50. ábra Beállítások lépéseinek az elvégzése és paraméterezése. .................................. 57 51. ábra Beállítások elfogadása. .................................................................................... 58 52. ábra Telegram beállítás. ........................................................................................... 59 53. ábra Beállított telegramok, elmentve a hardver konfigurációba. ............................. 59 54. ábra Vezérlés szerkezete. ......................................................................................... 60 55. ábra Teljesítmény egység kiválasztása. ................................................................... 61 56. ábra Teljesítménymodul csatlakozójának kiválasztása. ........................................... 62 57. ábra Motor típus kiválasztása. ................................................................................. 63 58. ábra Motor féktípusának kiválasztása. ..................................................................... 64 59. ábra Enkóder kiválasztása. ....................................................................................... 65 60. ábra Rezolver kiválasztása. ...................................................................................... 65 61. ábra PROFIdrive telegram kiválasztása. .................................................................. 66 62. ábra A tengely elnevezése és alapbeállítása. ........................................................... 67 63. ábra Tengely típusának kiválasztása. ....................................................................... 68 64. ábra Hajtás hozzárendelése. ..................................................................................... 69 65. ábra Enkóder hozzárendelése. .................................................................................. 70 66. ábra Enkóder konfigurálása. .................................................................................... 70 67. ábra Tengely vezérlése. ............................................................................................ 71 81


68. ábra Tengely engedélyezése. ................................................................................... 72 69. ábra Sebesség specifikáció. ...................................................................................... 72 70. ábra Tengelyvezérlés indítása. ................................................................................. 73 71. ábra MCC nyelv bemutatására írt példaprogramom. ............................................... 73

Táblázatjegyzék 1. táblázat Vezérlő egység üzemmódjai ......................................................................... 26 2. táblázat Motor adatai. ................................................................................................. 29 3. táblázat Az RJ45-ös csatlakozó lábkiosztása .............................................................. 34 4. táblázat Megváltoztatandó paraméterek ..................................................................... 51

82

MISKOLCI EGYETEM. SIMOTION D435 mozgásvezérlő és SINAMICS S120-as szervohajtás beüzemelése

Recommend Documents