Frekvenční měnič nové generace FRENIC-Ace od Fuji Electric

Čtyři úrovně zatížitelnosti, výkonné funkce PLC, bezpečnostní funkce v SIL3 a vestavěné rozhraní CAN Open jsou hlavními příspěvky k optimalizaci řízení a pohonu s měničem FRENIC-Ace.

Úvod

Frekvenční měnič FRENIC-Ace (obr. 1) je novinkou od firmy Fuji Electric spojující PLC funkcionalitu a měnič do jednoho zařízení. Je to nový perspektivní design měniče vytvořený na základě letitých zkušeností japonského výrobce pod zásadním vlivem požadavků evropských zákazníků na funkční vlastnosti měniče pro použití ve strojních aplikacích.
Připomeňme, že také pro jiné specifické oblasti nasazení má značka Fuji Electric v portfoliu další řady frekvenčních měničů se speciálními funkcemi:

• FRENIC-AQUA s designem a mnoha výkonnými funkcemi pro řízení čerpadel
• FRENIC-HVAC s funkcemi pro řízení ventilátorů, kompresorů, chladicích soustav apod.
• FRENIC-Lift – přístroj šitý na míru výrobcům rozvaděčů pro výtahy

Kromě toho jsou k dispozici řady měničů pro obecné nasazení (General Purpose): FVR-Micro, FRENIC-Mini, FRENIC-MEGA a FRENIC-VG. Více informací o všech těchto řadách měničů i o další technice Fuji Electric naleznete na www.amtek.cz/fuji. Také v oblasti vysokonapěťových měničů má Fuji Electric dlouholeté zkušenosti korunované nabídkou měniče FRENIC4600FM5e se sinusovým výstupem (obr. 2).

FRENIC-Ace a čtyři úrovně přetížitelnosti

Přetížení u motorů je umožněno tím, že typické omezení výkonu motoru je dáno jeho chlazením. Jelikož tepelné děje jsou výrazně pomalejší než děje mechanické, je možné po krátkou dobu přetížit motor. Díky tomu lze obvykle použít motor, který pro danou aplikaci vychází menší a tudíž i levnější.
Také u frekvenčních měničů je možné výstup dočasně přetížit, což může být vhodné pro zvolení měniče nižšího výkonu. Ve výkonovém spektru různých výrobců se objevují většinou jedna nebo dvě úrovně přetížení, zatímco FRENIC-Ace s dimenzováním výkonu ve čtyřech úrovních – ND/HD/HND/HHD – umožňuje optimálně zvolit pro danou aplikaci měnič s potřebným přetížením a cyklem zatížení. Díky tomu může měnič dimenzovaný na určitý výkon napájet motor s výkonem až o dva řády vyšším, což má samozřejmě vliv na snížení ceny pohonu. Třídám přetížitelnosti ND/HD/HND/HHD odpovídá maximální přetížitelnost od 120% do 200%.

PLC funkce

Další zásadní vlastností s přímým vlivem na cenu aplikace – typicky na jednoduchých strojích s regulovaným pohonem – je integrace PLC funkcí. Nejde přitom pouze o jednoduchou logiku v měniči, nýbrž o kapacitu až 200 bloků výpočtů s analogovými i digitálními hodnotami.
Oproti konkurenčním měničům nebo i ve srovnání s měničem Fuji Electric, řady FRENIC-AQUA/HVAC, kde se funkce PLC omezují na doplňkové výpočty či logiku k řízení pohonu a jeho nejbližšího okolí, u měniče FRENIC-Ace se jedná o funkcionalitu, která svým rozsahem nahradí možnosti inteligentních relé či malých PLC. Programování těchto funkcí je komfortní díky samostatnému grafickému vývojovému prostředí Visual Customizer, v němž se pracuje intuitivním způsobem „drag & drop“. Hlavní okno vývojového prostředí zachycuje snímek obrazovky (obr. 3).
Podobně jako u frekvenčních měničů FRENIC-AQUA/HVAC však lze i u měniče FRENIC-Ace pracovat s uživatelskými funkcemi prostřednictvím externího grafického ovládacího panelu (obr. 6). Programovými kroky lze listovat, kontrolovat stav jejich vstupů a výstupů a případně bloky i editovat bez připojeného PC.
Pro základní práci s měničem FRENIC-Ace je, stejně jako pro ostatní řady měničů, k dispozici kompaktní, ale výkonné prostředí FRENIC Loader pro PC, jímž lze upravovat parametry měniče, tvořit jejich sady a archivy, porovnávat konfigurace, na integrovaném záznamníku průběhu hodnot zvolených veličin lze jako na paměťovém osciloskopu analyzovat chování jak v ustálených stavech, tak při přechodových dějích apod. Oba uvedené softwarové nástroje jsou pro všechny zákazníky zdarma ke stažení na webu, takže uživatel má volnou ruku, jak raději s průmyslovou technikou pracuje.
Frekvenční měnič je vybaven řídicí svorkovnicí, která sdružuje analogové a digitální vstupy a výstupy. Vstupům a výstupům mohou být přiřazeny různé veličiny: otáčky, frekvence, provozní veličiny pro PID (teplota), alarmy, uživatelsky definované vstupy atd. Pro plnohodnotnější využití integrovaného PLC je počet vstupů a výstupů měniče koncipován jako rozšiřitelný pomocí volitelné karty I/O. Tu lze do měniče doplnit již od nejmenších výkonů měniče, takže v extrémním případě lze přístroj použít jako malé PLC s přídavnou funkcí řízení pohonu.

Příkladem aplikace, kde může být logika měniče využita, je navíjení nitě - viz ilustrace, na obr. 4 z níž je patrné schéma navíjení nitě. Závislost frekvence výstupu měniče na čase je uvedena v grafu na obr. 5, na němž je vidět současné využití binárních vstupů/výstupů a analogového výstupu. Program byl v tomto případě zpracováván v intervalu 10 ms. Pro správnou funkci navíjení musí být rychlost motoru zvyšována a snižována podle předem stanoveného algoritmu, což FRENIC-Ace úspěšně v této aplikaci plní bez použití nadřazeného řídicího systému.
Je jen na uživateli, resp. tvůrci aplikace, aby pomocí PLC funkcí využil plný potenciál měniče FRENIC-Ace pro vytvoření inteligentních zařízení, která poměrem cena/výkon překonají konkurenci na trhu.

Řízení různých typů motorů

Měnič je schopen řídit asynchronní motor ve skalárním (U/f) i vektorovém režimu a také synchronní motor bez zpětné otáčkové vazby. Dynamické vektorové řízení umožňuje navíc regulaci a omezení momentu pohonu. Výhodou řízení bez zpětné otáčkové vazby je pochopitelně opět snížení ceny pohonu. Nevýhodou řízení bez snímání otáček je nižší přesnost regulace otáček při proměnlivém zatížení pohonu. Pro aplikace, kde jsou vysoké nároky na kvalitu regulace otáček, je vhodné použít senzor otáček - enkodér. Pro jeho připojení k měniči nabízí Fuji Electric rozšiřovací s napěťovou úrovní 5 V či 12 V (TTL/HTL).

Uživatelské rozhraní

Měnič je vybaven odnímatelným ovládacím panelem, který může být s měničem propojen po RS-485 prostřednictvím běžného UTP kabelu s konektory RJ45. To umožňuje panel namontovat například na dveře rozvaděče. A k dispozici není jen standardní miniaturní panel, nýbrž také větší externí panely. Grafický LCD podsvícenýpanel s víceřádkovým zobrazením několika stavových veličin a možností zobrazení PLC funkcí a také řádkový panel s USB rozhraním pro snadné připojení k výše zmíněnému prostředí FREBNIC Loader či k vývojovému prostředí pro PLC funkce (Visual Customizer). Měniče je možné připojit k hostiteli po RS-485 sběrnici. Výhodou tohoto připojení je, že k počítači přes převodník, např. USB/RS-485, může být současně připojeno až 31 měničů.  

Komunikace, rozšíření, bezpečnostní funkce

V základním vybavení měniče je kromě dvou rozhraní RS-485 také CAN Open, což opět snižuje náklady na automatizaci stroje, protože přes velmi rozšířené rozhraní CAN Open lze připojit cenově velmi výhodné periferie, typicky další panely (HMI) nebo kontrolery. Jako rozšiřující karty jsou pak k dispozici rozhraní pro další obvyklé průmyslové sítě (Profibus, ProfiNet-RT, DeviceNet, CC-Link, Ethernet/IP,  ).
Z hlediska bezpečnosti je v měniči integrována funkce STO (Safe Torque Off) v kategorii SIL3 (Pl=e), což umožňuje v dnešní době standardní použití s certifikovanou integrovanou bezpečností na strojích.

Závěr

Výkonový rozsah od 0,1 do 220 kW (ND), jednofázové či třífázové napájení a krytí IP20 řadí frekvenční měnič FRENIC-Ace do kategorie univerzálních přístrojů (General Purpose). Ač se jedná o měnič pro všeobecné použití, dokáže nahradit díky svým výše uvedeným nadstandardním vlastnostem složitější automatizační soustavy, uspořit uživateli peníze a tvůrci aplikace zkrátit čas jejího vývoje. Rozsáhlá certifikace předurčuje tento měnič pro použití ve všech částech světa, i proto vývojáři strojů nemusí mít obavu o návratnost investice do nové generace frekvenčního měniče s japonskou kvalitou a evropským důvtipem.

AMTEK, spol. s r. o.
Vídeňská 125, 619 00 Brno
Tel.: +420 547 125 555
E-mail: Tato e-mailová adresa je chráněna před spamboty. Pro její zobrazení musíte mít povolen Javascript.
www.amtek.cz/fuji