Синхронизация и позиционирование в преобразователях частоты компании Danfoss

В промышленности широко используются синхронизация и позиционирование.В статье рассматривается применение контроллера MCO 305 преобразователей частоты VLT Automation Drive FC 302.

В промышленности широко используются синхронизация и позиционирование. Наиболее часто они встречаются, например, в процессах механической обработки, резания, упаковки, пакетирования на поддонах, покраски или сварки. Их часто используют для обеспечения плавного подъёма и опускания крупногабаритных конструкций. На рынке имеется множество сервоприводов, решающих подобные задачи, но большинство из них предназначено для  процессов, в которых используются двигатели мощностью до нескольких киловатт. Контроллер MCO 305 рассчитан для работы с преобразователями частоты серии VLT AutomationDrive FC 302 , так что его можно использовать для синхронизации двигателей в сколь угодно больших диапазонах мощностей. Благодаря использованию контроллера МСО 305 с преобразователем частоты Danfoss удается синхронизировать друг с другом  стандартные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором. Это особенно полезно в тех случаях, когда производственный процесс протекает с использованием в качестве приводов двигателей и преобразователей частоты  FC 302, а также в том случае, когда в процессе модернизации необходимо их синхронизировать. В новых системах можно также использовать двигатель на постоянных магнитах, которым можно управлять с помощью преобразователя частоты FC 302 компании Danfoss, что, несомненно, увеличит динамику данной системы. Однако зачастую в этом нет необходимости, поскольку преобразователь частоты FC 302 со встраиваемым контроллером MCO 305, управляющим обычными асинхронными двигателями, очень хорошо справляется с синхронизацией и позиционированием приводов.

Контроллер перемещения SyncPos, установленный в преобразователях частоты FC 302 компании Danfoss, расширяет возможности классической двигательной установки, представляющей собой электродвигатель, управляемый преобразователем частоты с дополнительными функциями регулирования положения или синхронизации между узлами привода, механически не связанных друг с другом.

Типичная система синхронизации и позиционирования состоит из ведущего узла привода - преобразователя частоты, управляющего асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором и с инкрементным датчиком положения на его валу, и ведомого привода - преобразователя частоты FC 302, снабженного встроенным контроллером перемещения SyncPos и комплектом двигатель + кодовый датчик положения.

Классическое управление двигателем с короткозамкнутым ротором в открытом контуре управления позволяет очень точно контролировать поведение привода во всем диапазоне скоростей вращения и крутящих моментов, развиваемых на валу двигателя. Осуществление контроля перемещения с помощью функции SyncPos контроллера MCO 305, установленного в преобразователе частоты, еще больше расширяет эти возможности. Такой контроль требует подавать сигнал обратной связи в виде импульсов кодового датчика положения, но учитывая количество новых функций, которые мы при этом получаем, его использование оказывается оправданным. Возможность свободного программирования позволяет вам интегрировать несколько алгоритмов управления в автономной приводной системе, тем самым устраняя необходимость использования внешнего программируемого логического контроллера (ПЛК).

Для программирования контроллера SyncPos используют программное обеспечение  APOS, поставляемое вместе с пакетом MCT10, предназначенным для параметризации преобразователей частоты Danfoss. Программное обеспечение APOS написано на широкоизвестном языке Basic, что позволяет вам свободно менять конфигурацию устройства, чтобы  удовлетворять потребности пользователя. Язык APOS позволяет также производить вычисления, сравнения, условные и безусловные переходы в программном обеспечении. Он позволяет также использовать подпрограммы. APOS также имеет возможность определять прерывания, которые могут быть активированы в исполняемой программе. Язык программного обеспечения APOS, как и другие широкоизвестные языки программирования, обеспечивает поддержку для практически всех общих элементов:

- неподвижных элементов,

- переменных элементов,

- элементов массива,

- арифметических операторов,

- логических операторов,

- операторов сравнения.

Основным преимуществом использования контроллера перемещения MCO 305 является возможность позиционировать вал двигателя или любой другой элемент машины, перемещение которого связано с положением вала, в линейном режиме или в другом режиме, обеспечивающем безопасное функционирование. Сигнал из датчика, расположенного на валу двигателя или на элементе машины, положение которого Вы хотите задать, подают на вход контроллера перемещения, встроенного в преобразователь частоты, работающего в качестве ведомого привода. Он отмечает текущее заданное положение. Задание требуемого положения для ведомого привода производят соответствующими командами программы APOS. Это решение позволяет достичь высокой точности позиционирования при обеспечении высокой динамичности и скорости перемещения в требуемое положение.

Еще одним преимуществом использования МСО 305 в преобразователях частоты является возможность обеспечить синхронизацию скоростей между ведущим и ведомым приводами.

В этой конфигурации осуществляется синхронизация и по скорости, и по положению. Команду синхронизации выполняют с помощью команд APOS. Ее можно подавать в любой регулятор скорости, и ее можно свободно менять в процессе управления. Тем самым обеспечивается большое преимущество данной конфигурации при использовании в упаковочных линиях любого типа, где быстрое изменение скорости, заданной для конкретных компонентов системы, обеспечивает быструю адаптацию процесса к другой продукции или к другому используемому материалу. И такая синхронизация является гораздо более эффективной в случае внесения всевозможных изменений в механическую конфигурацию.

Синхронизация в виртуальной ведущей системе, в отличие от классической конфигурации в системе «ведущий – ведомый», где сигнал из ведущего датчика является также сигналом, задающим  скорость / положение для ведомой системы, заключается в том, что имеется один общий ведущий сигнал, который задает скорость (или/и) положение для нескольких ведомых приводов. Эта конфигурация обладает тем преимуществом,  что в каждый ведомый привод поступает один и тот же общий сигнал, задающий их положение. Таким образом, все команды поступают к ведомым приводам  одновременно, независимо от их количества, обеспечивая одновременный запуск всех приводов. Благодаря такому решению отсутствует разница между скоростями отдельных узлов привода. Тем самым значительно повышается точность и скорость синхронизации.

Пример использования 1 – линия по производству мучных кондитерских изделий, г. Тангермюнде, Германия.

Система для вырезания теста.

По заказу Wolverine Proctor, английской компании, специализирующейся на производственных линиях для пищевой промышленности, мы разработали систему синхронизации и позиционирования для резки и укладки слоев теста на ленточный транспортер печи, установленной на заводе в Берлине. Задача заключалась в осуществлении синхронизации приводов машинного оборудования для производства мучных кондитерских изделий таким образом, чтобы полоски теста, которые можно увидеть на рисунке, имели одинаковую ширину и находились на одинаковом расстоянии друг от друга.

              

Рис. 1. Общий вид всей производственной линии                     Рис.2. Преобразователи FC302 с платами SyncPos 

Задача была выполнена с использованием преобразователей частоты FC302 компании Danfoss, в которые были установлены платы контроллеров MCO 305. Эти пре-образователи были оснащены инкрементными датчиками положения.

                     

Рис. 3. Общий вид машинного оборудования                                    Рис. 4. Процесс разрезания массы на полоски

для производства мучных кондитерских изделий

 

Пример использования 2 –  линия по производству краски – Фабрика по производству лаков и красок Снежка, Польша, пос. Любзина.

Система размещения контейнеров.

Цель проекта заключалась в том, чтобы автоматизировать процесс позиционирования контейнеров с краской различного размера. Необходимо было разработать такую систему, которая гарантировала бы такое размещение контейнеров с краской в процессе установки на поддон, чтобы все контейнеры на поддоне были повернуты этикеткой в одну и ту же сторону.

                    

Рис. 1. Общий вид производственной линии Рис. 2. Поддон с контейнерами

             для установки контейнеров на поддон

Система позиционирования была разработана на основе асинхронного двигателя с датчиком положения и преобразователя частоты FC 302 компании Danfoss, оборудованного программируемым контроллером синхронизации и позиционирования MCO 305.

Рис.3. Линия погрузки на поддоны с системой позиционирования 

Сигнал обратной связи для позиционирования поступает из видеосенсора, предназначенного для распознавания графического изображения – логотипа компании «Снежка». Связь между преобразователем частоты FC 302 и устройством управления Sie-mens S7-300 осуществляют с помощью шины Profibus, по которой в преобразователь частоты передают информацию о скорости, зависящей от размера, устанавливаемого на поддон контейнера, требуемого его положения на поддоне и управляющих команд, таких как  START или  STOP. Алгоритм позиционирования реализуется одним лишь преобразователем частоты FC 302. Благодаря этому удается резко ускорить позиционирование, повысить его точность и облегчить работу ведущего контроллера. Обеспеченная таким путем динамика процесса привела к требуемому повышению производительности линии по установке контейнеров на поддоны.

Приведенное выше краткое описание двух примеров применения в совершенно разных отраслях промышленности показывает, насколько широко можно использовать данный контроллер перемещения MCO 305. Его широко используют в производстве строительных материалов, теплоизоляции, материалов для дорожного покрытия, в птицеводстве, в производстве и резке труб, а также в производстве автомобилей, успешно заменяя несравненно более дорогостоящие сервоприводы. Кроме того, как было сказано в начале, можно использовать эти решения в существующих двигательных установках, используя асинхронные двигатели неограниченной мощности. Это значительно повышает привлекательность самого преобразователя частоты FC 302 в качестве устройства, способного превратиться в сервомеханизм, который может одновременно и синхронизировать, и позиционировать приводы на основе традиционных асинхронных двигателей, а также в качестве приводов управления, оснащенных двигателями на постоянных магнитах, имеющими более высокую эффективность, особенно при нагрузке ниже номинальной.

Яромир Турлей 

Компания Control-service

Адрес: ул. полк. Домбка, 17

30-832 Краков 

Тел .: (+48) 12 269 75 80

Факс .: (+48) 12 269 75 81

www.control-service.pl

info@control-service.pl