Jaro 2007 přináší novinky ve všech oblastech
regulovaných pohonů. V tomto textu se zaměříme
na nové přírůstky produktových řad
a nové užitné vlastnosti z oblasti pohonů pro
strojní celky, které byly představeny na nedávném
veletrhu v Hannoveru. Vše směřuje ke
skutečně kompletní nabídce pohonů a řízení
strojů z nejrůznějších technologických oblastí.
Nabídka pokrývá řešení pro všechny stupně
náročnosti pohonů a jejich řízení – od nejjednodušších
low-cost aplikací až po dynamicky
či energeticky nejnáročnější aplikace. Současně
se zefektivňuje a automatizuje inženýring
pohonů a jejich diagnostika.
NOVINKY STANDARDNÍCH FREKVENČNÍCH
MĚNIČŮ
Vedle tradičních řad standardních frekvenčních
měničů Micromaster se stále více rozšiřuje nabídka
měničů Sinamics G120 a G120D. Jde o modulární
frekvenční měnič s kompletní nabídkou
bezpečnostních funkcí, komunikací Profibus/Profinet,
robustní výstavbou a možností rekuperace
energie zpět do elektrické sítě.
? Modularita umožňuje optimální kombinaci
vlastností řídicí jednotky měniče s výkonovým
blokem, a to především z hlediska celkové ceny
regulovaného pohonu.
? Bezpečnostní funkce předurčují měnič do
strojních aplikací, kde platná legislativa zakotvuje
požadavky na bezpečnost mechanických celků,
jíž lze dosáhnout buď klasickými spínacími prvky
s nízkou flexibilitou, nebo efektivními elektronickými
certifikovanými funkcemi typu safety integrated.
? V závislosti na typu řídicí jednotky vestavěné
komunikace typu Profibus či Profinet integrují
frekvenční měniče do koncepce Plně integrované
automatizace (Totally Integrated Automation
– TIA) společnosti Siemens. Diagnostika, parametrizace,
archivace hodnot z mnoha měničů
současně, komunikace mezi měniči navzájem
v rychlém cyklu neovlivněném nadřazeným řídicím
systémem - to je jen stručný výčet přínosů
komunikace.
? Robustní výstavba s odděleným konvekčním
chlazením elektroniky od chlazení výkonových
bloků všemi obvyklými způsoby zajišťuje dlouhodobou
spolehlivou funkci měniče.
? Rekuperace energie do sítě přináší i do oblasti
tzv. standardních frekvenčních měničů eliminaci
brzdných odporníků, a tím i redukci prostorových
nároků pohonu, odstranění problémů s krytím
odporníků apod.
Výkonový rozsah 0,37 až 90 kW a napěťové
třídy v rozsahu 380 až 690 V, vektorové, FCC
či U/f řízení, variabilní počet vstupů a výstupů
- to jsou charakteristiky, které spolu s výše uvedenými
vlastnostmi předurčují frekvenční měnič
Sinamics G120 pro použití v automobilovém, textilním,
tiskařském či chemickém průmyslu, a dále
obecně v náročnějších strojních aplikacích, na
dopravníkových systémech apod.
Zcela čerstvou novinkou je frekvenční měnič
Sinamics G120D. Jde o další příspěvek do oblasti
distribuovaných pohonů, kterou z pohledu
frekvenčních měničů započal měnič v decentrální
periferii ET 200S-FC. Aplikace těchto
měničů jsou především na dopravníkových systémech.
Díky krytí IP65 je lze montovat přímo
na dopravníky bez nutnosti instalace do rozváděčové
skříně, rekuperace elegantně řeší problémy
s brzděním větších setrvačných hmot a šetří
energii, bezpečnostní funkce snižují náklady na
řešení bezpečnosti celých automatizovaných
výrobních linek a komunikační schopnosti měniče
usnadňují uvádění do provozu a umožňují
efektivní sběr dat.
NOVINKY V OBLASTI DYNAMICKY
NÁROČNÝCH POHONŮ
Tato oblast není v pojetí společnosti Siemens
čistě produktová. Svým zákazníkům Siemens
na tomto poli nabízí i kompletní řešení strukturovaná
dle technologií, do nichž dané strojní
aplikace patří. O to více platí, že celá nabídka
zaznamenává časté inovace směřující k uživatelsky
přívětivým systémům, s důrazem na
šetření celkových nákladů na aplikaci. Z principu
dražší produkty musí mít vlastnosti, které
uspoří náklady ve stádiu návrhu řešení stroje,
detailního projektování, montáže i uvádění do
provozu.
Z hlediska produktových řad zde vévodí řada
frekvenčních měničů Sinamics S120 a řídicí systém
Simotion, určený pro náročnější strojní aplikace.
Alternativou pro obráběcí stroje, jíž se aktuální
novinky týkají, je Sinumerik solution line.
Obráběcí stroje a řešení pro ně jsou však doménou
jiných veletrhů, nežli je strojírenský veletrh
v Hannoveru. Ani tento článek se proto dané specifické
tematice nevěnuje.
Sinamics S120 vstupuje u příležitosti veletrhu
v Hannoveru do verze 2.5 a Simotion do verze 4.1.
Tyto verze přinášejí celou řadu větších či menších
vylepšení a detailní informace o nich jsou k dispozici
na níže uvedených kontaktech. Pro účely
tohoto článku jsme vybrali následující inovace:
? Grafické projektování pohonových funkcí pro
Simotion a Sinamics
? Podpora 2D a 3D interpolace přímo v runtime
Simotion
? Přínosy sítě Profinet pro Simotion / Sinamics S120
? Rozšířené bezpečnostní funkce v měniči Sinamics
S120
GRAFICKÉ PROJEKTOVÁNÍ POHONOVÝCH
FUNKCÍ PRO SIMOTION A SINAMICS
Drive Control Chart (DCC) je nové komplexní
graficky orientované programování technologických
funkcí pro řídicí systém Simotion a pro řadu
frekvenčních měničů Sinamics S120. Pomocí
DCC jsou graficky propojovány a parametrizovány
multiinstanční funkční bloky ze standardní
knihovny.
Přitom jsou přehledně zobrazovány technologické
regulační struktury, a uživatel tak
získává nové možnosti jednoduchého přizpůsobení
řídicího systému Simotion a měniče
Sinamics S120 specifickým funkcím stroje.
DCC nemá žádné omezení, co se týká počtu
použitých funkcí a jednou vytvořené struktury
lze jednoduše vyvolat a znovu použít. Testovací
a diagnostické funkce dovolují ověření
odezvy programu, nebo v případě chyby identifikaci
její příčiny.
Knihovna funkčních bloků obsahuje velký
výběr řídicích, výpočetních a logických bloků,
a rovněž mnoho řídicích a regulačních funkcí.
Pro propojení, vyhodnocení a získání binárních
signálů jsou k dispozici všechny běžné logické
funkce, například AND, XOR, časovače, klopný
obvod RS nebo čítač. Pro sledování a vyhodnocení
numerických hodnot jsou k dispozici různé
výpočetní funkce, jako generování absolutní hodnoty,
dělení a určování minima a maxima. Vedle
regulace pohonu mohou být snadno navrženy
navíječky, PI-regulátory, generátory rampy nebo
náhodné generátory.
Drive Control Chart nabízí pro řadu měničů
Sinamics S120 uživatelsky jednoduchou základnu
pro řešení úloh týkajících se pohonu přímo
v měniči, což odstraní potřebu nadřazené řídicí
jednotky a navíc zpracování přímo v pohonu vede
ke zvýšení celkového výkonu stroje.
PODPORA 2D A 3D INTERPOLACE PŘÍMO
V RUNTIME SIMOTION
Interpolační funkce přímo v runtime řídicí jednotky
Simotion V4.1 nahradí interpolace doposud
aplikačně řešené vačkami. Funkčnost nezávisí
na použité platformě Simotion a nabízí vedle
lineární i kruhovou interpolaci, a také interpolaci
polynomem. Všechny způsoby interpolace jsou
použitelné jak v rovině, tak i v prostoru. Interpolovány
mohou být až tři osy a další osa může být
udržována v synchronním pohybu. Interpolaci lze
naprogramovat buď v jazyku ST (strukturovaný
text) nebo v MCC (Motion Control Chart).
Hlavní oblastí využití interpolace je manipulace
s výrobky. Proto byly doplněny různé transformace
pro běžnou kinematiku, jako je portál, robot
SCARA, článkové rameno a kladková nebo delta-
kinematika. Pro jednoduchou realizaci manipulátorů
je možné použít nově dodávaný aplikační
program, jenž umožňuje nejen krokování, ale
i vytvoření pohybového programu. K interpolaci
na strojích pro opracování materiálu jsou samozřejmě
nadále určeny řídicí systémy Sinumerik
a Sinumerik solution line.
Přínosy sítě Profinet pro Simotion / Sinamics S120
Verze 4.1 řídicího systému Simotion umožňuje
navzájem synchronizovat elektrické a hydraulické
pohony. Nově je možné současně nastavit řídicí
jednotky do režimu kontroleru i podřízené stanice
na jediném rozhraní v síti Profinet. Řídicí systém
Simotion V4.1 ve spojení se sítí Profinet umožňuje
díky vzájemné komunikaci mezi kontrolery
rozložit osovou synchronizaci mezi více řídicích
jednotek. Řídicí jednotka podporuje i automatické
rozpoznání topologie v síti Profinet.
S rostoucím výkonem řídicího systému
Simotion P založeného na PC a novou vysokorychlostní
periferií Simatic ET 200S je nyní
dosahováno v izochronní komunikací IRT (Isochronous
Real-Time) časů cyklu kolem 250 ?s.
To je základem pro vysoce dynamické regulační
obvody, jež jsou potřebné například pro hydraulická
zařízení s polohovou a tlakovou regulací.
S řídicím systémem Simotion V4.1 je tedy možné
vzájemně synchronizovat vedle elektrických
i hydraulické pohony. Díky tomu lze vybudovat
například společná automatizační řešení pro
potřeby automobilového průmyslu, jako je řízení
dopravníků a lisovací linky, s jedním řídicím
systémem. Systém Simotion V4.1 zde zajišťuje
synchronizaci jak elektrických pohonů navíjecích
zařízení, řezaček a podávacích válců, tak i hydraulických
pohonů (např. hlubokotažných lisů).
V nové verzi řídicího systému Simotion je možné
ve stejném okamžiku nastavit kontroler do režimu
řídicí jednotky i podřízené stanice na jediné síti
Profinet. Na jedné straně přitom probíhá vstupněvýstupní
komunikace přes Profinet v režimu podřízené
stanice s libovolným nadřazeným řídicím
systémem, např. Simatic-S7. Na druhé straně pracuje
systém Simotion zároveň jako kontroler na síti
Profinet a řídí lokálně přiřazené pohony a periferní
moduly v režimu podřízených stanic.
Přes IRT komunikaci mezi kontrolery lze navíc
realizovat distribuovanou osovou synchronizaci
mezi několika jednotkami Simotion. Díky flexibilnímu
výběru mezi režimem řídicí jednotky
a podřízené stanice mohou být úlohy, jako např.
centrální logika stroje a řízení pohybu, odděleny
a snadno realizovány jako modulární řešení.
Automatickým rozpoznáním topologie v síti Profinet
podporuje systém Simotion rozšířené funkce pro
modifikaci modulárních strojních koncepcí. Podle
umístění v síti může systém Simotion sám rozpoznat
svoji adresu a funkce, a to bez dalších indikátorů
závislých na poloze. To umožňuje flexibilní modifikaci
stroje připojením, resp. odpojením modulů
stroje systémem Simotion. Tak může být stávající
konfigurace přizpůsobena nové úloze a požadavkům
trhu, aniž by bylo nutno použít programovací
zařízení pro vytvoření nového projektu.
S novou funkcí „Redundant Sync Master“ nabízí
Profinet možnost zvýšení spolehlivosti v modulárních
aplikacích typu Motion Control. Využitím
IRT komunikace mezi řídicími jednotkami může
být se systémem Simotion vytvořena distribuovaná
osová synchronizace mezi několika kontrolery.
Přitom musí řídicí jednotka v režimu master určit
taktování ostatním řídicím jednotkám. V případě
výpadku stanice master nebo pokud bude kvůli
změně nastavení stroje tento vypnut, může další
řídicí jednotka Simotion převzít roli stanice
master, aniž by byl ztracen cyklus stávající IRT
sítě. Takto mohou stroje dále pracovat se zbývajícími
moduly bez přerušení.
ROZŠÍŘENÉ BEZPEČNOSTNÍ FUNKCE
V MĚNIČI SINAMICS S120
Sinamics S120 získává v nové verzi V2.5
doplňkové bezpečnostní funkce. Ty podporují
jednoduché a standardům vyhovující zavádění
inovačních bezpečnostních konceptů. Bezpečnostní
funkce Safe Stop 2, Safe Operating Stop,
Safe Brake Ramp, Safely Limited Speed a Safe
Speed Monitor doplňují již dříve integrované
základní bezpečnostní funkce.
Při aktivaci základních bezpečnostních funkcí Safe
Torque Off, Safe Stop 1 a Safe Brake Control dojde
ke spolehlivému odpojení přívodu energie do motoru.
Oproti tomu rozšířené bezpečnostní funkce umožňují
spolehlivé monitorování pohonů za provozu nebo
pokud nastane dočasná výjimečná situace, jako například
rozšiřování konfigurace nebo údržba.
Protože polohová regulace v běžných případech
zůstává aktivní, může po ukončení výjimečné
situace okamžitě pokračovat provoz pohonů.
Díky tomu, že i údržbu lze provádět v bezpečném
režimu, zkracují se časy prostojů stroje nebo zařízení.
Bezpečnostní funkce jsou řízeny buď přes
bezpečnostní vstupy na novém terminálovém
modulu TM54F nebo přes Profibus s protokolem
Profisafe, pokud je pohon integrován do celkové
automatizační sítě.
ZÁVĚR
Všechny uvedené novinky jsou podporovány
příslušnými softwarovými prostředky. Jedním
z atributů produktové skupiny Sinamics je známé
sjednocení inženýringu do softwarů Sizer (návrh
celého pohonu) a Starter (podpora uvádění do provozu).
Vývojovým prostředím řídicího systému
pohonů Simotion je software Simotion Scout. Ve
verzích 2.5, resp. 4.1 pochopitelně tyto prostředky
doznávají všech potřebných inovací pro podporu
uvedených novinek.
Simotion Scout mimo jiné nově podporuje nezávislé
programování jednotlivých funkčních celků
(např. výrobní linky) a následné propojení dohodnutých
vstupů/výstupů definovaných „blackboxů“.
Významně se též rozšiřují možnosti zabudovaného
web-serveru v systému Simotion.
Vše, co je v tomto článku uvedeno, podporuje
snižování celkových nákladů při projektování
a stavbě strojů i celých výrobních linek, jejich
uvádění do provozu i následném užívání s důrazem
na efektivní řízení kvality ve výrobě. To je
samozřejmě cílovým ukazatelem úspěchu uživatele
i jeho dodavatele – výrobce strojů a výrobních
linek. Společnost Siemens se inovacemi produktů
pro řízení strojů soustředí právě na tyto pro
zákazníka kritické faktory.
Ing. Petr Boček , Siemens, s.r.o.