02.07.2019

ПЧ для низких температур эксплуатации

Частотные преобразователи обычно имеют степень защиты IP20/IP21, иногда они поставляются производителями с высокой степенью защиты IP54 / IP55. Но даже вариант IP55 не может быть установлен на открытом воздухе по причине работы в ограниченном диапазоне температур, максимально: -20…+50 °С.

Инвертор VF-AS3 Toshiba
Частотник VF-AS3 со степенью защиты IP20 Toshiba
Частотник AS3 со степенью защиты IP55 Toshiba
Частотник VF-AS3 со степенью защиты IP55 Toshiba

Если с верхним пределом диапазона +50 °С обычно проблем не возникает, то нижний предел -10…-20 °С подходит далеко не всем заказчикам для наружной установки. Чтобы эксплуатировать частотник в более широком диапазоне температур -60…+50 °С (УХЛ 1), необходимо устанавливать его в отапливаемый шкаф или блок-бокс. Второе решение получается значительно дороже и занимает больше пространства.

Защищенная система вентиляции частного преобразователя наружной установки

Защищенная система вентиляции шкафа с частотным преобразователем

Для экономии места и снижения стоимости защищенного частотного преобразователя, компания СПИК СЗМА применяет металлические оболочки с системой обогрева и вентиляции. Частотный преобразователь во время работы выделяет значительное количество тепла, которое используется для обогрева шкафа помимо имеющегося обогревателя.

В тоже время при высоких температурах +40…+50 °С окружающей среды открывается дополнительный канал охлаждения шкафа, что не позволяет преобразователю частоты перегреться. Такая система климат-контроля разработана компанией СПИК СЗМА и успешно применяется в течение длительного времени у многих заказчиков.

Защищенный частотник IP43
Защищенный частотный преобразователь IP54

Защита от воды и пыли

Установка ПЧ для эксплуатации на открытом воздухе подразумевает защиту от пыли, воды и снега. Конструктивные решения компании СПИК СЗМА обеспечивают требуемую степень защиты частотников и позволяют производить установку ПЧ на удаленных месторождениях.

Применение уникальных конструктивных элементов защиты позволяет обслуживать фильтры ПЧ без их замены.

Контролер для частотного преобразователя

В некоторых случаях требуется более широкий функционал для шкафа с частотным преобразователем. Это может быть контроль давления, расхода, температуры с одновременным управлением задвижками и клапанами. Такие функции выходят за рамки частотника, поэтому здесь нужен контроллер.

Контроллер станции управления насосами
Контроллер станции управления насосами

Установка такого контроллера в защищенный преобразователь частоты также предполагает защиту от воды, обогрев и охлаждение. Тем более если контроллер должен иметь панель оператора для визуализации и широкого управления.

Контроллер для частотного преобразователя
Контроллер для частотного преобразователя

Частотные преобразователи с такими функциями называются станциями управления. Компания СПИК СЗМА выпускает подобные решения на токи до 1800 А при напряжении 380/480 В. Такие автономные станции управления имеют возможность сохранять историю работы ПЧ, конфигурировать параметры ПЧ и подключенных датчиков в удобной визуальной форме.

Кроме того, контроллер позволяет задавать пароли и группы пользователей для защиты от несанкционированного доступа. Журнал аварий и других событий можно всегда посмотреть на экране или переписать на флеш-накопитель.

Компания СПИК СЗМА является единственным партнером компании TOSHIBA на территории России и СНГ. Поэтому для покупки частотных преобразователей и электрических двигателей TOSHIBA, имеющих официальную гарантию, обращайтесь в нашу компанию.

30.05.2019

Управление намоточным станком

Станок по перемотке кабеля, ткани, бумаги, пленки и других полотен не обходится без использования преобразователей частоты. Обычно проблемы, связанные с контролем скорости вращения лентоведущих валиков и управления регулятором натяжения, перекладывают на дорогостоящий контроллер. В этой статье рассматривается частотный преобразователь AS3 Toshiba, способный самостоятельно решать все эти проблемы без использования стороннего контроллера.

Станок по перемотке полотна с регулятором натяжения
Станок по перемотке полотна
Станок по разрезанию полотна на полосы
Станок по разрезанию полотна на полосы

Проблемы перемоточных станков

Натяжение полотна —  это растягивающее усилие, приложенное к полотну или кабелю в направлении его движения. При недостаточно сильном трении между полотном и валиком, положение полотна в поперечном движению направлении и скорость его движения будут неконтролируемыми. При чересчур большом натяжении может происходить растягивание полотна, морщение или его повреждение. В ситуациях, когда требуется контролировать натяжение нескольких лент одновременно (например при ламинировании), натяжение каждой из них должно быть одинаковым. Если это не так, то склеенное полотно будет скручиваться в сторону более натянутой ленты.

Оптимальное натяжение полотна или кабеля определяется опытным путем или по рекомендации завода производителя. На практике сила натяжения составляет 10-25 % предела прочности материала на разрыв.

Регулятор натяжения перемоточного станка с датчиком положения
Измеритель натяжения перемоточного станка

Еще одой проблемой является регулирование натяжения при размотке, намотке и перемотке, т.к. диаметры и массы рулонов в процессе работы машины изменяются.

Требуемое натяжение изначально задается технологом с помощью задания требуемого натяжения в контроллере. В процессе работы система управления должна контролировать натяжение полотна с помощью датчика контроля натяжения и автоматически изменять скорость вращения валиков для обеспечения натяжения. Преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba способен заменить контроллер перемоточного оборудования благодаря встроенному функционалу.

Инвертор VF-AS3 Toshiba
Преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba

Встроенный функционал частотных преобразователей VF-AS3 Toshiba для станков намотки

В преобразователях частоты VF-AS3 Toshiba предусмотрено 2 ПИД-регулятора для управления скоростью вращения валиков по датчику натяжения.

ПИД-регулятор контроля скорости в системах намотки

ПИД-регулятор скорости предназначен для управления скоростью намоточного устройства, для чего требуется очень быстрая реакция. Время ускорения/замедления частотника в этом режиме автоматически устанавливается на самое короткое время. ПИД-регулятор скорости также реагирует намного быстрее обычного ПИД-регулятора процесса, управляя увеличением/уменьшением скорости, которая отделена от времени ускорения/замедления. Фильтр задержки устанавливается на значение обратной связи для стабильной работы регулятора.

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости

В намоточном станке важно регулировать скорость намоточного валика для обеспечения заданного натяжения.

Настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя Toshiba сводится к заданию частоты, при которой будет обеспечиваться заданный уровень натяжения. Иными словами, необходимо преобразовать уровень натяжения в частоту. Для этого нужно настроить следующие параметры:

Тип параметра Параметр Назначение параметра
Величина задания F389 Выбор входа задания PID1:
0: выбирается с помощью FMOd/F207
1: Вход RR
2: Вход RX
3: Вход II
4: Вход AI4 (опция)
5: Вход AI5 (опция)
6 … 11: –
12: С помощью FPId
13,14: –
15: С помощью команд Вверх/Вниз на входных дискретных клеммах
16: Импульсный вход
17: Высокоскоростной импульсный вход (опция)
18,19: –
20: Через встроенный Ethernet
21: Через связь RS485 (порт 1)
22: Через связь RS485 (порт 2)
23: Через опциональный модуль связи
FPId Задание PID1 (Только при [F389]=”12“)
Величина обратной связи F360 Выбор входа обратной связи PID1:
0: –
1: Вход RR
2: Вход RX
3: Вход II
4: Вход AI4 (опция)
5: Вход AI5 (опция)
6 … 16: –
17: Высокоскоростной импульсный вход (опция)
Плюс/Минус характеристика F359 2: ПИД-регулирование скорости (положительная характеристика)
12: ПИД-регулирование скорости (отрицательная характеристика)
Выходной сигнал F374 Диапазон расхождения величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании
Настройка выходной клеммы 144/145 Сигнал о соответствии величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании в пределах заданного [F374] диапазона

Остальные настройки параметров, показанных на схеме выше можно оставить по умолчанию, за исключением:

  • [F362] – пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора
  • [F363] – интегральный коэффициент ПИД-регулятора
  • [F366] – дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора

Контроль позиции измерителя натяжения для перемоточных станков

В станках для перемотки применяется уже два приводных валика и измеритель натяжения полотна плавающего типа. Схематично управление перемоточным станком изображено на иллюстрации ниже. Заданное натяжение здесь обеспечивается разностью скоростей валиков размотки и намотки.

Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка

Инвертор 1 управляет электродвигателем валика размотки.
Инвертор 2 управляет электродвигателем валика намотки. На Инверторе 1 задается требуемая скорость перемотки. Далее сигнал задания скорости передается на Инвертор 2. Т.е. первоначально валики вращаются с одинаковой скоростью. Но потом в действие включается ПИД-контроль, работающий по заданию позиции измерителя натяжения. Таким образом, результирующая скорость второго валика будет изменяться так, чтобы обеспечить заданное натяжение.

На схеме ниже изображена схема ПИД-регулирования процесса перемотки.

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка

Настройка ПИД-регулятора частотного преобразователя Toshiba для второго валика (намотки) сводится к заданию требуемой величины натяжения в единицах измерения частоты. Таким образом, будет происходить постоянная коррекция скорости вращения валика намотки. Для обеспечения этого нужно настроить следующие параметры:

Тип параметра Параметр Назначение параметра
Задание скорости инвертора 2 FMOd Выбор входа задания частоты:
0: –
1: Вход RR
2: Вход RX
3: Вход II
4: Вход AI4 (опция)
5: Вход AI5 (опция)
6 … 9: –
10: Колесо управления 1 (выключить питание и нажать OK для сохранения)
11: Колесо управления 2 (нажать OK для сохранения)
12: Заданная скорость Sr0
13,14: –
15: С помощью команд Вверх/Вниз на входных дискретных клеммах
16: Импульсный вход
17: Высокоскоростной импульсный вход (опция)
18,19: –
20: Через встроенный Ethernet
21: Через связь RS485 (порт 1)
22: Через связь RS485 (порт 2)
23: Через опциональный модуль связи
F207 Аналогично FMOd
Величина обратной связи F360 Выбор входа обратной связи PID1:
0: –
1: Вход RR
2: Вход RX
3: Вход II
4: Вход AI4 (опция)
5: Вход AI5 (опция)
6 … 16: –
17: Высокоскоростной импульсный вход (опция)
Мертвая зона регулирования F388 Допуск, в пределах которого не будет регулирования
Плюс/Минус характеристика F359 4: ПИД-регулирование скорости в режиме измерителя натяжения (положительная характеристика)
14: ПИД-регулирование скорости в режиме измерителя натяжения (отрицательная характеристика)
Выходной сигнал F374 Диапазон расхождения величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании
Настройка выходной клеммы 144/145 Сигнал о соответствии величины задания и величины обратной связи при ПИД-регулировании в пределах заданного [F374] диапазона

Когда нет необходимости корректировать задание по измерителю натяжения, можно сохранить текущее значение ПИД-регулятора с помощью сигнала на входную клемму с настройкой 94/95. Полностью выключить ПИД-регулятор можно с помощью сигнала на входной клемме с настройкой 36. При этом на выходе ПИД-регулятора будет значение 0.

Остальные настройки параметров, показанных на схеме выше, можно оставить по умолчанию, за исключением этих:

[F362] – Пропорциональный коэффициент ПИД-регулятора
[F363] – Интегральный коэффициент ПИД-регулятора
[F366] – Дифференциальный коэффициент ПИД-регулятора

Дополнительно можно задать запрет на обратное вращение с помощью параметра [F311]. Доступные варианты задания: 0 – допускается, 1 – запрет назад, 2 – запрет вперед.

Важно также задать небольшое время разгона ACC и время замедления dEC для быстрого отклика в диапазоне, чтобы не вызвать отключение инвертора.

Автоматизированная линия по производству бумаги

Перемоточный станок в производстве бумаги предполагает использование нескольких приводов с распределением скоростей между двигателями. Причем для для обеспечения контроля натяжения бумаги необходимо синхронно изменять скорость сразу нескольких двигателей. Для этой цели в преобразователе частоты AS3 Toshiba есть специальные функции, которые позволяют обойтись без использования стороннего контроллера.

Управление перемоточным оборудованием с распределением скоростей между приводами
Управление перемоточным оборудованием с распределением скоростей между приводами

Эта функция называется «пропорциональный контроль скорости». Каждый двигатель управляется собственным инвертором. Все инверторы соединены между собой сетью по каналу RS485. В сети есть ведущий (мастер) инверторы и ведомые инверторы, которые получают от мастера задание по сети.

Необходимо задать следующие параметры для ведущего (мастер) инвертора

ПараметрЗначениеОписание
[F826]3Команда задания частоты (3 = ведущий-мастер, передача задания частоты. 100% – это максимальная частота)
[F827]0Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA)
[F820]1Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек)
[F821]1Четность (1 = нечетный)
[CMOd]1Способ запуска (1 = с панели управления)
[FMOd]1Задания частоты (1 = с клеммы аналогового входа RR)
[F825]0.01Время ожидания передачи
[F829]1Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный)

Необходимо задать следующие параметры для ведомых инверторов

ПараметрЗначениеОписание
[F826]0Команда задания частоты (0 = ведомый, останавливается при аварии мастера)
[F827]0Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA)
[F823]1Таймаут соединения (1 = 1 секунда ожидания при потере соединения)
[F820]1Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек, как у мастера)
[F821]1Четность (1 = нечетный, как у мастера)
[CMOd]0Способ запуска (0 = с дискретных клемм, например, запуск с клеммы F или ST)
[FMOd]22Задания частоты (22 = с второго порта RS485)
[F810]1Задание частоты через коммуникацию по сети (1 = с первого порта RS485)
[F811]?Настройте требуемую величину точки 1 (%)
[F812]?Настройте требуемое значение частоты точки 1 (Гц)
[F813]?Настройте требуемую величину точки 2 (%)
[F814]?Настройте требуемое значение частоты точки 2 (Гц)
[F829]1Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный)

Контроль раздачи момента для многоосного транспорта

В транспортном средстве с несколькими приводными колесами или винтами необходимо синхронно контролировать не только скорость, но и момент на валу каждого двигателя. В этом помогает функция контроля раздачи момента в частотном преобразователе AS3 Toshiba. Для этого необходимо объединить частотники в сеть и назначить одного из них мастером, а других ведомыми. Таким образом, каждый двигатель будет управляться собственным частотным преобразователем.

Управление перемоточным оборудованием с распределением скоростей между частотниками
Управление оборудованием с раздачей момента между приводами

Необходимо задать следующие параметры для ведущего (мастер) инвертора

ПараметрЗначениеОписание
[F826]5Команда задания момента (5 = ведущий-мастер, передача задания момента)
[F827]0Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA)
[F820]1Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек)
[F821]1Четность (1 = нечетный)
[CMOd]1Способ запуска (1 = с панели управления)
[FMOd]1Задания частоты (1 = с клеммы аналогового входа RR)
[F825]0.01Время ожидания передачи
[F829]1Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный)

Необходимо задать следующие параметры для ведомых инверторов

ПараметрЗначениеОписание
[F826]0Команда задания частоты (0 = ведомый, останавливается при аварии мастера)
[F827]0Задание протокола коммуникации (0 = протокол TOSHIBA)
[F823]1Таймаут соединения (1 = 1 секунда ожидания при потере соединения)
[F820]1Скорость передачи (1 = 19200 Кб/сек, как у мастера)
[F821]1Четность (1 = нечетный, как у мастера)
[CMOd]0Способ запуска (0 = с дискретных клемм, например, запуск с клеммы F или ST)
[Pt]9Шаблон V/f (9 = Векторное управление 2, скорость-момент или 22 = векторное управление с опцией энкодера, скорость-момент
[F420]22Задание частоты с помощью команды момента (22 = с второго порта RS485)
[F829]1Интерфейс передачи (1 = 4-х проводный)

Распределение нагрузки между двигателями транспортного средства или промышленного оборудования

Функция контроля снижения (Droop control) в частотнике AS3 Toshiba предотвращает концентрацию нагрузки на конкретном двигателе в многодвигательной системе из-за дисбаланса нагрузки, когда несколько преобразователей и двигателей используются для создания общего усилия.

Параметры этой функции позволяют двигателю проскальзывать (понижающая характеристика) в зависимости от момента нагрузки.

Управление оборудованием с равномерным распределением момента между приводами
Управление оборудованием с равномерным распределением момента между приводами

ΔF = νL·Gain1·Gain2

Для настройки диапазона частот мертвой зоны для момента и коэффициента усиления используются следующие параметры

ПараметрНазвание параметраДиапазон настройкиЕдиницы измеренияНастройка по умолчанию
F320Коэффициент понижения *0.0 … 100.0%0.0
F321Частота при 0% коэффициента понижения0.0 …. 320.0Гц10.0
F322Частота при F320 коэффициента понижения 0.0 …. 320.0 Гц100.0
F323Мертвая зона момента понижения0 … 100%10
F324Выходной фильтр понижения0.1 … 200.0рад./сек100.0

* В процессе работы ПЧ это значение можно изменить от 0.1 до 100.0, но задание или изменение на 0.0 (нет понижения) должно производиться только после остановки.

Примеры использования этой функции

Управление равномерным распределением момента между двигателями проходки туннелей
Управление равномерным распределением момента между двигателями щита для проходки туннелей (12 асинхронных двигателей на 75 кВт)

Управление равномерным распределением момента между двигателями тележки
Управление равномерным распределением момента между двигателями тележки (2 асинхронных двигателя 30 кВт, масса тележки 250 тонн)

Управление равномерным распределением момента между двигателями нагнетателей бойлера
Управление равномерным распределением момента между двигателями нагнетателей бойлера

В случае с бойлером, лучшее сгорание получается при поддерживании соотношения воздуха и топлива постоянным. Свойства воздуха изменяются в зависимости от температуры сезона: зимой – тяжелая гравитация, летом – легкая гравитация.

Функция понижения может постоянно автоматически корректировать соотношение топливной смеси без использования датчика.

Частотные преобразователи Toshiba

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач управления станками. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

27.05.2019

Частотный преобразователь напряжения — это электрический прибор, служащий для преобразования напряжения и частоты переменного тока в напряжение с заданной амплитудой и частотой. Он также способен преобразовывать постоянное напряжение в переменное с заданными характеристиками.

Для чего нужен частотный преобразователь?

Этот вопрос задают множество людей, которым впервые понадобилось подключить трехфазный двигатель насоса или вентилятора. Конечно, любой электродвигатель можно напрямую подключить к сети переменного тока через соответствующую защитную аппаратуру (моторный автоматический выключатель или контактор с тепловым реле).

Водяной насос управляемый преобразователем частоты
Насос водяной
Канальный вентилятор управляемый преобразователем частоты
Канальный вентилятор

Рассмотрим процессы, происходящие в электродвигателе в момент прямого пуска с помощью автоматического выключателя или кнопки включения контактора на примере обычного трехфазного асинхронного двигателя.

На статорные обмотки электродвигателя подается переменное напряжение, которое генерирует соответствующее электромагнитное поле этих обмоток. Это поле, направленное в сторону ротора, в свою очередь заставляет генерироваться электрический ток в короткозамкнутых витках ротора. Затем ток в обмотках ротора генерирует ответное магнитное поле, которое и приводит к движению ротора относительно статора. Все эти процессы, возникающие в момент пуска, называются процессом намагничивания статора и ротора.

Управление асинхронным электрическим двигателем с помощью преобразователя частоты
Асинхронный электрический двигатель

Трехфазный электродвигатель сам по себе не нужен: на его валу обязательно присутствует нагрузка (самая простая – в виде лопастей вентилятора). В ситуации с нагруженным конвейером всё сложнее.  Тем не менее, у этой нагрузки есть момент инерции – момент, который необходимо преодолеть двигателю для запуска вращения вала. Таким образом, все эти электромагнитные и механические силы в момент пуска напрямую соотносятся с обычным пусковым током двигателя. Как несложно догадаться, этот ток будет в несколько раз (2-7) больше номинального тока двигателя, который получится в установившемся режиме работы.


Скорость вращения электродвигателя или число оборотов в минуту

Скорость вращения вала как асинхронных, так и синхронных электродвигателей определяется частотой вращения магнитного поля статора. Магнитное поле вращается соответственно подаваемому на обмотки статора переменному току по трем фазам. Именно это «вращение» электрического тока в статоре приводит к вращающемуся магнитному полю и определяется по формуле:

n = (60 • f / p) • (1 – s)

где n – номинальное число оборотов вала асинхронного электродвигателя, p – число пар полюсов (см. на паспортной табличке), s – скольжение (разность скоростей поля ротора и поля статора), f – частота переменного тока (например, 50 Гц). Число пар полюсов статора зависит от конструкции катушек статора. Скольжение зависит от нагрузки на валу электродвигателя. Таким образом, подключив электродвигатель к сети переменного тока, мы получим вращение с постоянной скоростью.

Зачем нужно регулировать скорость и как это делается?

Заданное в паспортной табличке число оборотов двигателя на 1 минуту не всегда устраивает потребителя. Иногда скорость механизма хочется уменьшить, а давление в трубе наоборот поднять. Возникает потребность в изменении частоты вращения вала электродвигателя. Как видно из формулы выше, наиболее простой способ изменения частоты вращения вала электродвигателя –изменить частоту переменного тока f.

Электродвигатель Toshiba 0604XSSB41A-P
Электродвигатель Toshiba 0604XSSB41A-P

Принцип работы частотного преобразователя

Вот тут и приходит на помощь частотный преобразователь. Он, как говорилось в самом начале, позволяет задавать на своем выходе заданные в настройках амплитуду напряжения и частоту переменного тока.

С частотой все понятно, но зачем нужно изменять напряжение?

Дело в том, что для поддержания определенного магнитного поля в обмотках статора требуется изменять не только частоту, но и напряжение. Получается, что частота должна соответствовать определенному напряжению. Этот называется законом скалярного управления U/f (V/f), где U или V – напряжение.

Также существует закон векторного регулирования. Векторное регулирование используется для оборудования, где требуется поддерживать необходимый крутящий момент на валу при низких скоростях электродвигателя, высокое быстродействие и точность регулирования частоты вращения. Векторное управление представляет собой математический аппарат в «мозге» частотного преобразователя, который позволяет точно определять угол поворота ротора по токам фаз двигателя.

Использование частотника позволяет убрать большой пусковой ток, достигая таким образом значительного экономического эффекта при частых пусках и остановках электродвигателя.

Схема частотного преобразователя

Ниже представлена типовая схема частотного преобразователя. Входное сетевое трехфазное или однофазное напряжение подается через опциональный входной фильтр на клеммы диодного моста. Неуправляемый диодный (или управляемый тиристорный) мост преобразует переменное напряжение сети в постоянное пульсирующее напряжение. Для фильтрации пульсаций служит звено постоянного тока из одного или нескольких конденсаторов C.

Схема инвертора преобразователя частоты
Схема преобразователя частоты

Дроссель DCL в звене постоянного тока позволяет дополнительно сгладить пульсации напряжения после диодного моста и выполняет функции снижения гармоник выпрямителя, инжектируемых в питающую сеть.

Транзисторы T1-T6 инвертора с помощью специального алгоритма системы управления генерируют на клеммы электродвигателя 3 пакета импульсов, разнесенных по трем фазам на 120 градусов во времени. Ни рисунке ниже показана только одна фаза: пачка выходных импульсов широтно-импульсной модуляции (ШИМ), проходя через обмотку электродвигателя, сгладится до формы, напоминающей синусоиду.

ШИМ инвертора преобразователя частоты
ШИМ инвертора

Между частотным преобразователем и электродвигателем можно установить дополнительный фильтр, позволяющий значительно улучшить форму выходного напряжения после частотника. Это необходимо для того, чтобы импульсы ШИМ не разрушали изоляцию обмоток двигателя и не вызывали перенапряжения на конце длинного кабеля. Подробнее о выходных фильтрах.

Тормозной прерыватель (Brake Chopper)

На схеме частотного преобразователя можно заметить еще один транзисторный ключ T7. Его назначение – сброс энергии звена постоянного тока при значительном превышении напряжения на конденсаторах. Перенапряжение возникает в том случае, когда частота вращения вала электродвигателя превышает частоту тока на клеммах электродвигателя (например, при торможении). Это часто встречается на кранах или крупных вентиляторах, когда невозможно быстро затормозить вращение.

При наступления события превышения напряжения DC, этот транзисторный ключ T7 замыкается, передавая энергию звена постоянного тока на тормозной резистор. Конечно, резистор при этом может очень сильно нагреться и даже разрушится, но при этом не пострадает наиболее дорогое оборудование — частотный преобразователь.

Тормозной резистор является опциональным оборудованием и подключается к специальным клеммам преобразователя частоты.

КПД частотного преобразователя

Такие важные параметры как КПД частотника и производительность воздушного потока для его охлаждения можно посмотреть в соответствующем столбце следующей таблицы на примере серии VF-AS3 TOSHIBA.

Питающая сеть Допустимая мощность двигателя (kW) Типоразмер частотника Размер корпуса КПД Мощность тепловыделения на радиаторе охлаждения (Вт) *1 Мощность тепловыделения передней части инвертора (Вт) *1 Требуемое значение потока воздушного охлаждения (м³/мин) Площадь стенок закрытой стальной оболочки без вентиляции (м²)
3-фазы 380/480 В 0.75 VFAS3- 4004PC A1 0,89 56 26 0.32 1.13
1.5 4007PC 0,93 79 28 0.45 1.58
2.2 4015PC 0,94 100 30 0.57 2.00
4.0 4022PC 0,96 140 33 0.79 2.80
5.5 4037PC 0,96 192 37 1.09 3.83
7.5 4055PC A2 0,96 233 45 1.32 4.66
11 4075PC 0,97 323 53 1.84 6.47
15 4110PC A3 0,97 455 62 2.58 9.10
18.5 4150PC 0,97 557 70 3.16 11.14
22 4185PC 0,97 603 71 3.42 12.06
30 4220PC A4 0,97 770 94 4.37 15.40
37 4300PC 0,97 939 107 5.33 18.78
45 4370PC 0,97 1101 123 6.25 22.02
55 4450PC A5 0,98 1094 132 6.21 21.88
75 4550PC 0,98 1589 175 9.02 31.78
90 4750PC 0,98 1827 199 10.37 36.54
110 4900PC A6 0,97 2920 309 16.58 58.40
132 4110KPC 0,97 3457 358 19.62 69.13
160 4132KPC 0,97 4013 405 22.78 80.26
220 4160KPC A7 0,97 5404 452 30.68 108.08
250 4220KPC A8 0,97 6279 606 35.64 125.58
280 4250KPC 0,97 6743 769 38.28 134.86
315 4280KPC 0,97 7749 769 43.99 154.98

*1) В таблице приведены данные для нормального (не тяжелого) режима работы преобразователя частоты.


Области применения и экономический эффект использования частотных преобразователей

Сферы применения преобразователей частоты

  • Краны и грузоподъемные машины
    Крановые двигатели работают в старт-стопном режиме и переменной нагрузке. Применение частотных преобразователей позволяет убрать рывки и раскачивание груза при пусках и стопах. Также обеспечивается остановка крана точно в требуемом месте. При этом снижается нагрев электродвигателей и максимальный пусковой момент.
  • Привод нагнетательных вентиляторов в котельных и дымососах
    Общее управление с плавной регулировкой дутьевых и вытяжных вентиляторов позволяет автоматизировать процесс горения и обеспечить максимальный КПД котельных агрегатов.
  • Транспортеры, прокатные станы, конвейеры, лифты
    Частотник позволяет регулировать скорость перемещения транспортного оборудования без рывков и ударов. Это увеличивает срок службы механических узлов и позволяет экономить электроэнергию на старт-стопных режимах по сравнению с прямым пуском.
  • Насосные агрегаты и вентиляторы
    Благодаря встроенным ПИД-регуляторам, частотники позволяют обойтись без задвижек и вентилей, регулирующих давление и расход. Также значительно увеличивается общий КПД линии водо- или воздухоподачи.
  • Перемоточные и намоточные станки
    Современные частотные приводы Toshiba содержат 2 встроенных ПИД-регулятора: контроля скорости намотки и контроля позиции в регуляторе натяжения. Таким образом можно обойтись без использования внешнего контроллера для управления скоростью и натяжением перемоточного станка.
  • Электродвигатели станков с ЧПУ и поворотных механизмов
    Использование частотника вместо коробки передач позволяет плавно увеличивать или уменьшать частоту вращения рабочего органа станка, осуществлять реверс. Встроенное в серию AS3 Toshiba управление несколькими режимами точного позиционирования может быть использовано для построения системы управления без использования контроллера. Таким образом, ПЧ широко используются для станков с ЧПУ и высокоточного промышленного оборудования.

Преимущества частотных преобразователей

  • Экономия электроэнергии
    Использование ПЧ позволяет уменьшить пусковые токи и оптимизировать потребляемую мощность благодаря встроенным алгоритмам управления.
  • Увеличение срока службы электрического оборудования и механизмов
    Плавный пуск и регулировка скорости вращения момента на валу позволяют увеличить межсервисный интервал механизма и увеличить срок эксплуатации электродвигателей.
    Появляется возможность отказаться от редукторов, дросселирующих задвижек для регулирования потока, электромагнитных тормозов и прочей регулирующей аппаратуры, снижающей надежность и увеличивающей энергопотребление оборудования.
  • Отсутствие необходимости проводить техническое обслуживание
    Частотники не нуждающихся в регулярной чистке и смазке, как например, задвижки и редукторы.
  • Возможность удаленного управления и контроля параметров частотного преобразователя и подключенных к нему датчиков
    В частотниках Toshiba реализована возможность подключения удаленных устройств телеметрии и телемеханики. Это позволяет ПЧ встраиваться в системы автоматизации.
  • Широкий диапазон мощностей и типов двигателей
    Линейка ПЧ может применяться для двигателей мощностью от 100 Вт и до нескольких МВт, как на асинхронные, так и на синхронные электродвигатели.
  • Защита электродвигателя от аварий и перегрузок
    Частотные преобразователи содержат в себе защиту от перегрузок, коротких замыканий, обрыва фаз. Функции перезапуска при возобновлении подачи электроэнергии позволяют автоматически запускать двигатель.
  • Замена двигателей постоянного тока
    Ранее для регулирования момента и скорости вращения часто использовались двигатели постоянного тока, скорость вращения которых пропорциональна поданному напряжению. Их стоимость существенно дороже асинхронных двигателей и они подключаются с помощью дорогостоящих промышленных выпрямителей. Замена двигателей постоянного тока на асинхронные двигатели с частотным регулированием существенно уменьшает стоимость решения.

Внедрение частотных преобразователей дает значительный экономический эффект. Снижение затрат достигается за счет сокращения потребления электроэнергии, расходов на ремонт и техническое обслуживание электродвигателей и оборудования. Появляется возможность использования более дешевых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором, а также сокращения других производственных издержек. Средний срок окупаемости частотных преобразователей составляет от 3-х месяцев до 3-х лет.


Частотные преобразователи Toshiba

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba в России и СНГ предлагает купить частотные преобразователи серии VF-AS3 для решения задач регулирования скорости электродвигателя. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты. 

15.05.2019

В частотных преобразователях AS3 Toshiba присутствует 4 встроенных PID-регулятора. PID1 и PID2 являются внутренними регуляторами, PID3 и PID4 — наружными. Внутренние PID-регуляторы позволяют оперировать выходной частотой инвертора. Наружные PID-регуляторы можно свободно использовать для управления заслонками или другой запорно-регулирующей арматурой.

Инвертор VF-AS3 Toshiba
Инвертор VF-AS3 Toshiba
Контроль позиционирования с помощью частотника VF-AS3
Контроль позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3
Регулятор натяжения перемоточного станка с датчиком положения
Измеритель натяжения перемоточного станка с датчиком положения

Внутренние регуляторы PID1 и PID2 настраиваются на любой из 4-х режимов работы:

1.Контроль процесса (температура, давление, расход и т.д.)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора процесса
Схема задания параметров внутреннего PID-регулятора процесса

2.Контроль скорости (для перемоточных станков)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора скорости
Схема задания параметров внутреннего PID-регулятора скорости

3.Контроль позиционирования (для механизмов)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора позиционирования
Схема задания параметров внутреннего PID-регулятора позиционирования

4.Контроль позиции в измерителе натяжения (для перемоточных станков)

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема задания параметров внутреннего PID-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема работы внутреннего ПИД-регулятора натяжения перемоточного станка
Схема работы внутреннего PID-регулятора натяжения перемоточного станка

Внутренние PID-регуляторы

Использование двух PID-регуляторов для поддержания независимых величин

Частотный преобразователь AS3 Toshiba позволяет в процессе работы переключаться между двумя внутренними PID-регуляторами. Принцип работы изображен на схеме ниже.

Переключение между внутренними ПИД-регуляторами Toshiba
Переключение между внутренними PID-регуляторами ПЧ Toshiba

Допустим, требуется поддерживать давление воздуха в системе на уровне 100 кПа, но при этом температура воздуха в системе не должна превышать 38 °С. Для поддержания давления используется регулятор PID1 (основной), для температуры – PID2. В связи с тем, что производится управление одним компрессором, то два PID-регулятора не могут работать одновременно.

В частотнике AS3 Toshiba настраивается значение, при котором должен включиться второй PID-регулятор. Допустим, это должно происходить при превышении температуры 50 °С. Также необходимо задавать гистерезис на переключение регуляторов (диапазон пропуска) для обеспечения стабильности работы. Таким образом, при понижении температуры ниже 38 °С частотник переключит управление на первый PID-регулятор.

Использование двух PID-регуляторов для разных режимов поддержания величины

Рассмотрим возможность переключения между двумя PID-регуляторами, настроенными на разную реакцию изменения величины обратной связи. Оба они работают на один и тот же датчик температуры.

Если значение обратной связи PID1 от датчика температуры быстро возрастает и становится в течение 5 секунд ≥ 55% от задания, привод переключается с регулятора PID1 на PID2. Затем, если значение обратной связи уменьшается и становится в течение 5 секунд ≤ 45% от задания, привод переключается с регулятора PID2 на PID1. Это говорит о том, что регулятор PID2 настроен на более быструю реакцию, чем PID1.

Диаграмма переключения внутренних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba
Диаграмма переключения внутренних PID -регуляторов ПЧ Toshiba

Характерные настройки параметров

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиНастройка по умолчаниюЗадание для примераПримечание
F359Регулятор PID10: Отключено
1: PID-контроль процесса
2: PID-контроль скорости
3: PID-контроль простого позиционирования
4: PID-контроль регулятора натяжения
5…10: –
11: Минус PID-контроль процесса
12: Минус PID-контроль скорости
13: Минус PID-контроль простого позиционирования
14: Минус PID-контроль регулятора натяжения
01PID-контроль процесса
A310Регулятор PID20: Полярность, идентичная регулятору PID1
1: Полярность, реверсивная регулятору PID1
00Полярность, идентичная регулятору PID1
A300Канал переключения PID1/PID20: Отключено
1: Обратная связь PID1
2: Обратная связь PID2
3: Входная клемма
4: Время
01Обратная связь PID1
A301
Уровень переключения PID1/PID2
0 – 200 (%)050Когда значение обратной связи PID1 достигает ≥ 55% ([A301] + [A302]) от установленного значения, происходит переключение на PID2. PID1 активируется, когда значение обратной связи становится ≤ 45% ([A301] – [A302])% от установленного значения.
A302Гистерезис переключения PID1/PID2 0 – 200 (%)05
A303Время переключения с PID1 на PID20: Отключено
1 – 2400 (сек)
00Переключение с PID1 на PID2 по истечении времени [A303] от начала PID1.
A304Время переключения с PID2 на PID10: Отключено
1 – 2400 (сек)
00Переключение с PID2 на PID1 по истечении времени [A304] от начала PID2.

Внешние PID -регуляторы

Для управления оборудованием, не связанным с выходной частотой инвертора в ПЧ AS3 Toshiba, можно воспользоваться двумя независимыми PID-регуляторами PID3 и PID4. В качестве единиц измерения величины задания, величины выхода и величины обратной связи применяются проценты.

Схема двух внешних ПИД-регуляторов ПЧ Toshiba
Схема двух внешних PID-регуляторов ПЧ Toshiba
Схема задания параметров двух внешних ПИД-регуляторов частотников Toshiba
Схема задания параметров двух внешних PID-регуляторов частотников Toshiba

Важно! Выходной сигнал в момент включения внешнего PID-регулятора равен нулю. Когда внешний PID-регулятор выключается, выходной сигнал также становится равен нулю.

Настройки внешних PID-регуляторов PID3 и PID4

ПараметрНазваниеДиапазон настройкиЗначение по умолчанию
A340 | A370PID-регулятор 3 | 40: Отключено
1: Внешний PID-контроль процесса
2: Внешний PID-контроль процесса (связь с входной клеммой)
3…10: –
11: Минус внешний PID-контроль процесса
12: Минус внешний PID-контроль процесса (связь с входной клеммой)
0
A341 | A371Выбор задания PID-регулятора 3 | 40: задается параметром FMOd/F207
1: Клемма RR
2: Клемма RX
3: Клемма II
4: Клемма AI4 (опция)
5…11: –
12: A357 | A387
0
A342 | A372Выбор входа обратной связи PID-регулятора 3 | 40: –
1: Клемма RR
2: Клемма RX
3: Клемма II
4: Клемма AI4 (опция)
0
A344 | A374Пропорциональный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.30
A345 | A375Интегральный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.01 – 100.00.20
A346 | A376Верхний предел изменения PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A347 | A377Нижний предел изменения PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A348 | A378Дифференциальный коэффициент PID-регулятора 3 | 40.00 – 2.550.00
A349 | A379Верхний предел задания PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A350 | A380Нижний предел задания PID-регулятора 3 | 40.0 – A349 | 0.0 – A379 (%)0.0
A351 | A381Время задержки старта PID-регулятора 3 | 40 – 2400 (s)0
A352 | A382Верхний предел выхода PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)100.0
A353 | A383Нижний предел выхода PID-регулятора 3 | 40.0 – 250.0 (%)0.0
A357 | A387Величина задания PID-регулятора 3 | 4A350 – A349 | A380 – A379 (%)0.0

Настройка клемм дискретного входа/выхода ПЧ

КлеммаВнешний регулятор PID3Внешний регулятор PID4Функция
Положительная логикаОтрицательная логикаПоложительная логикаОтрицательная логика
Входная154155156157Включение внешнего PID-регулятора
162163170171Сброс расчетов интегрального и дифференциального коэффициентов внешнего PID-регулятора
164165172173Переключение плюс/минус характеристики [A340] | [A370] внешнего PID-регулятора
Выходная206207210211Регулирование в пределах заданного диапазона изменения [A346]…[A347] | [A376]…[A377] внешнего PID-регулятора
204205208209Внешнее PID-регулирование в процессе работы

Мониторинг параметров работы внешнего PID-регулятора

Мониторинг и клеммы аналогового выхода FM/AM/импульсыФункция
Внешний регулятор PID3Внешний регулятор PID4
Задание параметраРегистр для мониторинга по цифровой сетиЗадание параметраРегистр для мониторинга по цифровой сети
130FD96133FE96Величина задания внешнего PID-регулятора
131FD97134FE97Величина обратной связи внешнего PID-регулятора
132FD98135FE98Выходная величина внешнего PID-регулятора

Примеры использования PID-регуляторов

Преобразователь частоты HVAC

Пример использования как внутренних, так и внешних PID-регуляторов для системы подготовки воздуха:

Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных ПИД-регуляторов частотника AS3 Toshiba
Управление кондиционированием воздуха с помощью встроенных PID-регуляторов частотника AS3 Toshiba

На представленной схеме вентилирования помещения показан процесс охлаждения воздуха с помощью водовоздушного теплообменника. Водяной контур служит для циркуляции холодной воды через теплообменник с помощью насоса.

PID-регуляторы PID1 и PID2 управляют вентилятором для обеспечения заданного расхода и, в критических случаях, для обеспечения заданной температуры воздуха. Например, при больших отрицательных температурах воздуха расходом можно пренебречь, достигая вторым регулятором улучшенного прогрева воздуха за счет более медленного его движения через нагреватель.

PID-регулятор PID3 по аналоговому каналу управляет насосом водяного контура для поддержания заданного давления. PID-регулятор PID4 может управлять другими вспомогательными системами (на схеме не показаны).


Компания СПИК СЗМА, как единственный официальный дилер Toshiba, предлагает купить для решения задач управление насосами, вентиляторами и станками частотники серии VF-AS3 по доступной цене. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

14.05.2019

Последовательная диагностика частотного преобразователя Danfoss

Наш сервисный центр выполняет работы по диагностике и ремонту низковольтных и высоковольтных преобразователей частоты компании Danfoss.

Ремонт частотника VLT Danfoss
Ремонт преобразователя частоты VLT Danfoss
Частотник Danfoss VLT
Частотник Danfoss VLT

Сервисное обслуживание частотника Danfoss
Сервисное обслуживание преобразователя частоты Danfoss
Диагностика ПЧ Danfoss VLT
Диагностика Danfoss VLT

В процессе сервисного обслуживания проверяется исправность электрических компонентов частотника и работа его программного обеспечения. В случае обнаружения проблем производится замена отдельного компонента или целого модуля: печатной платы или пульта управления.

Основные этапы сервисного обслуживания

  • очистка от скопившейся пыли ребер воздушного радиатора охлаждения IGBT транзисторов и диодных/тиристорных модулей
  • проверка работы вентиляторов охлаждения и их замена при наличии недопустимой вибрации при вращении крыльчатки
  • замена теплопроводящей пасты под силовыми приборами ввиду нарушения равномерности ее распределения под полупроводниковыми приборами в процессе термоциклирования преобразователя частоты
  • проверки моментов затяжки болтовых соединений силовых транзисторов и диодных/тиристорных модулей.
  • проверки журнала предупреждений и аварийных отключений ПЧ
  • проверка значения эквивалентного последовательного сопротивления ESR конденсаторов звена постоянного тока DC на соответствие табличным данным производителя
  • тренировка конденсаторов звена постоянного тока при потере номинальных характеристик конденсаторов
  • замена выходных реле при обнаружении недостаточно хорошего качества контактного соединения при замыкании

Проведенное сервисное обслуживание ПЧ Danfoss позволяет значительно продлить срок его эксплуатации. Рекомендуемый срок проверки и тренировки конденсаторов любого привода – каждые 7 лет с момента его выпуска с завода.

Диагностика частотника Danfoss
Диагностика преобразователя частоты Danfoss
08.05.2019

Обзор регулирования работы насосов

Каскадное управление насосами предназначено для точного регулирования расхода воды или поддержания заданного давления на насосной станции. Это наиболее просто реализуется с использованием частотных преобразователей Toshiba серии AS3.

Три режима регулирования работы насосов в серии AS3

Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Каскадное включение насосов с помощью преобразователя частоты Toshiba AS3

Оперирование насосом P0 с помощью инвертора и подключение/отключение дополнительных 9 насосов, подключенных к коммерческой сети питания (параметр [A200] = 1).

Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Каскадное регулирование насосами с помощью преобразователя частоты Toshiba AS3

Регулирование работы до четырех насосов одним инвертором. Подключение/отключение дополнительных насосов, с помощью переключения их режима работы инвертор/коммерческая сеть питания (параметр [A200] = 2)

Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Каскадное управление насосами с помощью преобразователей частоты Toshiba AS3

Регулирование работы с помощью одного ПИД-регулятора до 10 насосов, подключенных к соответствующему инвертору (для каждого насоса). Подключение/отключение дополнительных насосов через связь RS485 (параметр [A200] = 7).


Управление до четырех насосов возможно с помощью трех встроенных выходных реле (клеммы: FLA-FLB-FLC, R1A-R1B, R2A-R2B). Этот режим регулирования доступен для значения параметра [A200] = 1 или 2. Для точного поддержания задания подключается один ПИД-регулятор.

Клеммы для управления работой 4-х насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Клеммы для управления работой 4-х насосов с помощью частотника Toshiba AS3

Управление до 10 насосов возможно с помощью трех встроенных выходных реле (клеммы: FLA-FLB-FLC, R1A-R1B, R2A-R2B) и подключения 2-х опций ETB014Z (каждая добавляет по 3 выходных реле). Для точного поддержания задания подключается один ПИД-регулятор.

Клеммы для управления работой 10 насосов с помощью частотника Toshiba AS3 с опцией ETB014Z
Клеммы для управления работой 10 насосов с помощью частотника Toshiba AS3 с опцией ETB014Z
  • максимальные электрические параметры для контактных групп реле: ~250V-2A (cosφ=1), =30V-2A (резистивная нагрузка), ~250V-1A (cosφ=0.4), =30V-1A (L/R=7 мсек)
  • минимальные электрические параметры для контактных групп реле: =24V-5мА
  • количество циклов: 100000 переключений

Параметры настройки каскадного управления насосами привода Toshiba AS3

Номер параметра Описание параметра Диапазон настройки Значение по умолчанию Доступность параметра
[A200]=1 [A200]=2 [A200]=7
A200 Система управления насосами 0: Отключен
1: Каскадное управление с регулированием одного насоса
2: Каскадное управление с регулированием нескольких насосов одним инвертором
7: Каскадное управление с регулированием нескольких насосов несколькими инверторами по сети
0 Да Да Да
A201 Функция клеммы R4 (B) 210: Всегда отключено
211: Всегда включено
212: Управление насосом
213: Управление насосом (инверсия)
210 Да Да
A202 Функция клеммы R5 (B)
A203 Функция клеммы R6 (B)
A209 Число последовательных насосов 0-9 0 Да
A210 Выбор номера насоса Установите номер насоса, который нужно отключить от системы:
0: Выключено
+1: Насос 1
+2: Насос 2
+4: Насос 3
+8: Насос 4
+16: Насос 5
+32: Насос 6
+64: Насос 7
+128: Насос 8
+256: Насос 9
0 Да Да Да
A211 Очистка кумулятивных данных насоса 10-19: Очистить совокупное время работы насоса от 0 до 9
20-29: Сброс количества пусков насоса от 1 до 9
0 Да Да Да
A212 Порядок переключения насосов 0: Последовательно от первого и дальше
1: По кругу
2: Операция гомогенизации (равномерного распределения) времени работы насосов
0 Да Да Да
A213 Работа подключенного контактором насоса от сети питания во время работы команды OFF
0: Остановка
1: Остановка только после аварии ПЧ
2: Продолжить работу
0 Да Да
A220 Частота обнаружения для добавления следующего насоса 0.0 – UL (Гц) 50 Да Да Да
A221 Время обнаружения для добавления следующего насоса 0.0 – 600.0 (сек) 3,0 Да Да Да
A222 Частота обнаружения для отключения следующего насоса 0.0 – UL (Гц) 0 Да Да Да
A223 Время обнаружения для отключения следующего насоса 0.0 – 600.0 (сек) 3.0 Да Да Да
A224 Задержка переключения насосов 0.0 – 10.0 (сек) 0.5 Да
A225 Переключение на заданное время торможения при добавлении следующего насоса 0.0: задано параметром dEC [0010]
0.1 – 6000 (сек)
10.0 Да
A226 Частота переключения для добавления следующего насоса 0.0 – A220 (Гц) 0.0 Да
A227 Начальная частота ПИД при переключении во время добавления следующего насоса 0.0 – UL (Гц) 0.0 Да
A228 Переключение на заданное время ускорения при отключении следующего насоса 0.0: задано параметром ACC [0009]
0.1 – 6000 (сек)
10.0 Да
A229 Частота переключения при отключении следующего насоса A222 – UL (Гц) 50 Да
A230 Начальная частота ПИД при переключении во время отключения следующего насоса 0.0 – UL (Гц) 50 Да
A231 Зона обнаружения добавления/отключения следующего насоса 0.0: Выключено
0.1 – 50.0 (%)
0.0 Да Да Да

Порядок переключения насосов может быть выбран с помощью параметра [A212] из следующих вариантов

  • управление насосами при задании [A212] = 0: младший номер насоса имеет более высокий приоритет включения, т.е. включается первым, отключается последним (требуется для поддержания надежного резервирования в случае отказа первого насоса)
  • управление насосами при задании [A212] = 1: приоритет включения насоса перемещается по кругу, т.е. включается первым, отключается первым (требуется в режиме циклических процессов на насосных станциях)
  • управление насосами при задании [A212] = 2: насос с наименьшим временем работы имеет более высокий приоритет включения (требуется для равномерного распределения времени жизни между насосами)

Настройка входных клемм и мониторинга времени работы насосов

Номер параметра Тип Функция Значение A200=1 A200=2 A200=7
F1xx Функции входной клеммы Отключение функции заданной выходной клеммы (таким образом и насоса) по сигналу с входной клеммы (отключение заданного насоса задается параметром [A210]) 176/177 Да Да
Переключение насоса по сигналу с входной клеммы в процессе управления (доступно при задании параметра [A212]=1,2) 138/139 Да Да
F7xx Мониторинг Время работы насоса №0 95 Да Да
Время работы насоса №1 96 Да Да Да
Время работы насоса №2 97 Да Да Да
Время работы насоса №3 98 Да Да Да
Время работы насоса №4 99 Да Да Да
Время работы насоса №5 105 Да Да
Время работы насоса №6 106 Да Да
Время работы насоса №7 107 Да Да
Время работы насоса №8 108 Да Да
Время работы насоса №9 109 Да Да

Режим каскадного подключения/отключения до 10 насосов с регулированием первого насоса

В этом режиме каждый насос может подключаться к сети питания и отключаться от нее через магнитный контактор, который управляется релейным выходным сигналом инвертора. Точное регулирование расхода/давления осуществляется с помощью насоса Р0. Добавление или отключение других насосов для увеличения или уменьшения расхода/давления происходит по мере необходимости.

Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Каскадное подключение/отключение насосов с помощью преобразователя частоты Toshiba AS3
Пример каскадного управление 6 насосами
Иллюстрация каскадного подключения/отключения насосов

Настройки релейных выходов для каждого насоса. Параметр [A200] = 1

№ насоса[A210]*
отключение насоса
РелеНастройка релейного выходаПараметр мониторинга времени работы
0Регулирование частотой инвертора95
1+1R1[F133]=21296
2+2R2[F134]=21297
3+4R4A (опция в слот A)[F161]=21298
4+8R5A (опция в слот A)[F162]=21299
5+16R6A (опция в слот A)[F163]=212105
6+32R4B (опция в слот B)[A201]=212106
7+64R5B (опция в слот B)[A202]=212107
8+128R6B (опция в слот B)[A203]=212108
9+256FL (R0)[F132]=212109

* Если вы хотите отсоединить насос от системы, задайте соответствующий номер в параметр A210.

На инверторе имеется 3 релейных выхода. Кроме того, могут быть вставлены в преобразователь 2 опции ETB014Z (расширение ввода / вывода). Каждая опция имеет 3 релейных выходных клеммы, поэтому всего можно использовать до 9 релейных выходных клемм.
  Опция A: ETB014Z в слот A
  Опция B: ETB014Z в слот B

Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов
Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов

[A220: Pump increase detection frequency / Частота обнаружения для добавления следующего насоса]
[A221: Pump increase detection time / Время обнаружения для добавления следующего насоса]

Число насосов увеличивается, если увеличивается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A220] или происходит превышение периода времени [A221].

[A222: Pump decrease detection frequency / Частота обнаружения для отключения следующего насоса]
[A223: Pump decrease detection time / Время обнаружения для отключения следующего насоса]

Число насосов уменьшается, если уменьшается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A222] или происходит уменьшение периода времени [A223].

[A225: Pump increase switching Dec / Переключение на заданное время торможения при добавлении следующего насоса]
[A226: Pump increase switching frequency / Частота переключения для добавления следующего насоса]
[A227: PID start frequency at pump increase switching / Начальная частота ПИД при переключении во время добавления следующего насоса]

Если число насосов требуется увеличить, то насос, управляемый инвертором, тормозится за время [A225]. Затем выходное реле включает дополнительный насос, когда выходная частота станет меньше или равной [A226]. Инвертор перезапускает ПИД-управление, когда выходная частота станет равной [A227] после запуска дополнительного насоса, работающего от коммерческой сети питания.

[A228: Pump decrease switching ACC / Переключение на заданное время ускорения при отключении следующего насоса]
[A229: Pump decrease switching frequency / Частота переключения при отключении следующего насоса]
[A230: PID start frequency at pump decrease switching / Начальная частота ПИД при переключении во время отключения следующего насоса]

Если число насосов требуется уменьшить, то насос, управляемый инвертором, разгоняется за время [A228]. Затем выходное реле отключает дополнительный насос, когда выходная частота станет больше или равной [A229]. Инвертор перезапускает ПИД-управление, когда выходная частота станет равной [A230] после выключения дополнительного насоса, работающего от коммерческой сети питания.

[A231: Pump increase/decrease detection deadband / Зона обнаружения добавления/отключения следующего насоса]
В случае нахождения ПИД-контроля в рамках диапазона [A231] управление добавлением/отключением дополнительных насосов не активируется.

Дополнительно

[A213: Commercial power running pump operation during run command OFF / Работа подключенного контактором насоса от сети питания во время работы команды OFF]
0 = СТОП в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются.
1 = СТОП только при аварии в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора все еще включены после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются.
2 = Продолжить работу в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора все еще включены после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора остаются включенными.

Режим каскадного подключения/отключения до 4-х насосов с регулированием одного из них

В этом режиме каждый насос может подключаться к сети питания и отключаться от нее через магнитный контактор, который управляется релейным выходным сигналом инвертора. Точное регулирование расхода/давления может осуществляться любым насосом помощью дополнительных контакторов. Добавление или отключение других насосов для увеличения или уменьшения расхода/давления происходит по мере необходимости.

Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Схема каскадного управления насосами с помощью преобразователя частоты Toshiba AS3
Пример каскадного управления 4 насосами
Иллюстрация каскадного управления насосами

Настройка релейных выходов для каждого насоса. Параметр [A200] = 2

№ насоса[A210]*
отключение насоса
РелеНастройка релейного выходаПараметр мониторинга времени работы
1 (от инвертора)+1R1[F133]=21296
1 (от сети)+1R1[F134]=21296
2 (от инвертора) +2R4A (опция в слот A) [F161]=212 97
2 (от сети) +2R5A (опция в слот A)[F162]=21297
3 (от инвертора) +4R6A (опция в слот A)[F163]=21298
3 (от сети) +4R4B (опция в слот B)[A201]=21298
4 (от инвертора) +8R5B (опция в слот B)[A202]=21299
4 (от сети) +8R6B (опция в слот B)[A203]=21299

* Если вы хотите отсоединить насос от системы, задайте соответствующий номер в параметр A210.

Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=0
Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=0 (последовательное переключение насосов от младшего)
Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=1
Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=1 (циклическое переключение насосов)
Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=2
Пример каскадного управления 4 насосами при задании A212=2 (равномерное переключение насосов по времени наработки)

Насос 1 работает на ПИД-регуляторе, пока не наступит «условие увеличения количества насосов» из-за увеличения выходной частоты: появляется сигнал «включения нового насоса». В это время насос, управляемый инвертором, переключается на коммерческую сеть питания, а новый насос запускается и управляется инвертором.
И наоборот, если наступает «условие уменьшения количества насосов» из-за уменьшения выходной частоты, то снимается сигнал «включения нового насоса» и отключается насос, подключенный к коммерческой сети питания.

Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов с последовательным регулированием каждого насоса
Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов с последовательным регулированием каждого насоса

[A220: Pump increase detection frequency / Частота обнаружения для добавления следующего насоса]
[A221: Pump increase detection time / Время обнаружения для добавления следующего насоса]

Число насосов увеличивается, если увеличивается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A220] или происходит превышение периода времени [A221].

[A222: Pump decrease detection frequency / Частота обнаружения для отключения следующего насоса]
[A223: Pump decrease detection time / Время обнаружения для отключения следующего насоса]

Число насосов уменьшается, если уменьшается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A222] или происходит уменьшение периода времени [A223].

[A224: Pump switching wait time / Задержка переключения насосов]
Запуск операций задерживается на время [A224], которое задается в соответствии с задержкой включения магнитного контактора.

[A228: Pump decrease switching ACC / Переключение на заданное время ускорения при отключении следующего насоса]
[A229: Pump decrease switching frequency / Частота переключения при отключении следующего насоса]
[A230: PID start frequency at pump decrease switching / Начальная частота ПИД при переключении во время отключения следующего насоса]

Если число насосов требуется уменьшить, то насос, управляемый инвертором, разгоняется за время [A228]. Затем выходное реле отключает дополнительный насос, когда выходная частота станет больше или равной [A229]. Инвертор перезапускает ПИД-управление, когда выходная частота станет равной [A230] после выключения дополнительного насоса, работающего от коммерческой сети питания.

[A231: Pump increase/decrease detection deadband / Зона обнаружения добавления/отключения следующего насоса]
В случае нахождения ПИД-контроля в рамках диапазона [A231] управление добавлением/отключением дополнительных насосов не активируется.

Дополнительно

[A213: Commercial power running pump operation during run command OFF / Работа подключенного контактором насоса от сети питания во время работы команды OFF]
0 = СТОП в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются.
1 = СТОП только при аварии в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора все еще включены после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения и выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора выключаются.
2 = Продолжить работу в случае отключения команды пуска. Инвертор выполняет остановку торможением, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора все еще включены после остановки инвертора.
В случае аварии инвертор принудительно останавливается без учета времени торможения, но выходные релейные клеммы для управления насосом с помощью контактора остаются включенными.

Регулирование работы до 10 насосов, с помощью индивидуальных частотных преобразователей, объединенных цифровой сетью

«Ведущий» инвертор управляет ПИД-контролем и посылает команду частоты на «ведомый» преобразователь. В случае появления «условия увеличения количества насосов» в связи с увеличением выходной частоты, задание частоты для следующего инвертора увеличивается.
Напротив, в случае появления «условия уменьшения количества насосов» в связи с уменьшением выходной частоты, задание частоты для добавленного инвертора уменьшается. Если задание частоты для добавленного инвертора равна нулю, то добавленный инвертор останавливается.

Основные характеристики работы инверторов, объединенных сетью Мастер/Ведомые

  • задается один «Мастер-инвертор» и все остальные как «ведомые инверторы»
  • подключается сеть RS485 между «Мастер-инвертором» и «ведомыми инверторами»
  • отправляется команда частоты от «Мастер-инвертора» каждому «ведомому инвертору» через сеть RS485
Контроль работы насосов с помощью частотника Toshiba AS3
Каскадное управление насосами по цифровой сети с помощью преобразователя частоты Toshiba AS3
Пример подчиненного управления насосами по сети при задании A212=0 и 1
Пример подчиненного управления насосами по сети при задании [A212]=0 и
[A212]=1. Режим [A212]=2 тоже допустим.

Чтобы реализовать эту операцию, каждый номер инвертора должен быть установлен как в таблице ниже. Параметр [A200] = 7

№ насоса[A210]1
отключение насоса
Номер инвертораПримечаниеПараметр мониторинга времени работы
010Мастер95
1+11Подчиненный296
2+22Подчиненный297
3+43Подчиненный298
4+84Подчиненный299
5+165Подчиненный2105
6+326Подчиненный2106
7+647Подчиненный2107
8+1288Подчиненный2108
9+2569Подчиненный2109

1 Если вы хотите отсоединить насос от системы, задайте соответствующий номер в параметр A210.
2 Задайте значение параметра [F802](номер инвертора в сети) для каждого подчиненного насоса, это значение должно быть меньше или равно числу насосов, заданных в параметре [A209].

Настройка параметров сети RS485 для подключения/отключения дополнительных насосов через связь RS485 (параметр [A200] = 7)

ПараметрНазвание параметраДиапазон настройкиЗначение по умолчаниюРекомендуемое значение
F802Номер инвертора0…24700..10
F820Скорость порта RS485 (№2)0: 9600 бит/с
1: 19200 бит/с
2: 38400 бит/с
11
F821Паритет порта RS485 (№2) 0: отключено
1: четный
2: нечетный
11
F823Таймаут порта RS485 (№2) 0.0: Нет
0.1- 100.0 (сек)
0.03
F824Действия после таймаута порта RS485 (№2) 1: Продолжить работу
4: Авария
6: Авария после торможения и остановки
14
F827Протокол порта RS485 (№2) 0: TOSHIBA
1: MODBUS
0
F828Обнаружение таймаута порта RS485 (№2)0: Всегда
1: Команда запуска и команда задания частоты по линии связи доступны.
2: В течении работы по управлению с линии связи
1
F829Тип подключения порта RS485 (№2)0: 2-проводный
1: 4-проводный
00

После настройки параметров порта для каждого инвертора не забудьте перезагрузить инвертор или ненадолго отключить/включить питание.

Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов с регулированием каждого насоса с помощью индивидуальных инверторов, объединенных сетью.
Диаграмма каскадного подключения/отключения насосов с регулированием каждого насоса с помощью индивидуальных инверторов, объединенных сетью.

Приведенные ниже параметры должны быть установлены на «главном» преобразователе. НЕ устанавливайте их на «ведомых» инверторах.

[A209: Number of followers / Число ведомых преобразователей частоты]

[A220: Pump increase detection frequency / Частота обнаружения для добавления следующего насоса]
[A221: Pump increase detection time / Время обнаружения для добавления следующего насоса]

Число насосов увеличивается, если увеличивается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A220] или происходит превышение периода времени [A221].

[A222: Pump decrease detection frequency / Частота обнаружения для отключения следующего насоса]
[A223: Pump decrease detection time / Время обнаружения для отключения следующего насоса]

Число насосов уменьшается, если уменьшается выходная частота ПИД-регулятора или выходная частота [A222] или происходит уменьшение периода времени [A223].

[A224: Pump switching wait time / Задержка переключения насосов]
Запуск операций по включению следующего насоса задерживается на время [A224].

[A231: Pump increase/decrease detection deadband / Зона обнаружения добавления/отключения следующего насоса]
В случае нахождения ПИД-контроля в рамках диапазона [A231] управление добавлением/отключением дополнительных насосов не активируется.

Дополнительно

В случае задания [A200] = 7 не работает параметр [A213: Commercial power running pump operation during run command OFF / Работа подключенного контактором насоса от сети питания во время работы команды OFF] . При этом всегда будет устанавливаться [A213] = 0 (Stop).


Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения задач управление насосам частотники серии VF-AS3. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

06.05.2019

Производство шкафов автоматики

Завод компании СПИК СЗМА предлагает свои услуги по сборке техники электротехнического направления. Наши сборочные участки обладают высокой компетенцией в области производства шкафов автоматики и управления. Современная система маркировки позволяет безошибочно трассировать проводники по кабельным каналам.

Плотную компоновку оборудования внутри шкафа автоматики можно обеспечить за счет применения боковых стенок щита и с помощью дополнительных поворотных монтажных панелей. Современные корпуса VX25 компании Rittal позволяют сделать это на превосходном уровне.

Сборка системы управления
Сборка шкафа системы управления

Производство НКУ

Наше производство НКУ предназначено для станций управления, распределительных щитов, шкафов автоматики с учетом использования на опасных производственных объектах. Высокое качество сборки низковольтных комплектных устройств подтверждается положительными отзывами наших заказчиков, в том числе компанией Bilfinger (для проектов “Северный поток”), а также нефтеперерабатывающими заводами и другими компаниями.

Распределенные системы управления состоят из нескольких электрощитов, в которых выполнено дублирование важных компонентов системы управления и электропитания. Такая избыточность гарантирует безотказную работу на опасных производственных объектах.

Специальные искробезопасные модули в наших шкафах позволяют технике, собранной на нашем заводе, работать вблизи взрывоопасных производственных помещений. За многие годы эксплуатации нашей техники на опасных производствах не было ни одного случая отказа.

Кроме этого, специалисты СПИК СЗМА могут выполнить расчет или провести курс обучения противоаварийной защиты (ПАЗ) и уровня полноты безопасности для удостоверения надежности комплекса НКУ.

29.04.2019

Описание

Встроенная функция ориентирования позволяет останавливать вращение вала электродвигателя в заданном углу поворота. Она позволяет применять частотный преобразователь Toshiba AS3 в системах дозирования, поворотных столах и станках.

Ориентация вала двигателя
Ориентация вала двигателя

Представленная ниже схема иллюстрирует работу ПИД-регулятора для остановки двигателя в заданной позиции.

ПИД регулятор системы позиционирования угла поворота двигателя
ПИД регулятор системы позиционирования угла поворота двигателя

Способы инициализации угла поворота

Для работы функции ориентирования необходимо выбрать способ инициализации угла поворота. Это делается с помощью параметра [A670].

  • если [A670] = 0, то при появлении сигнала на заданном дискретном входе (функция 188/189), текущий угол поворота сохраняется в параметр начальной позиции [A671]
  • если [A670] = 1, то при появлении сигнала фазы Z (см. опцию энкодера), текущий угол поворота сохраняется в параметр начальной позиции [A671]

Внимание! Когда параметр [A675] > [A676] (передаточное число механизма меньше 1), не используйте [A670] = 1 (текущий угол поворота не может быть определен однозначно). Когда задан [A670] = 1, подключите от энкодера сигнал Z-фазы.

Установка важных параметров

Сделайте следующие настройки для включения контроля ориентации:

  1. [F359] = 3. ПИД-регулятор 1 настраивается на простое позиционирование с положительной характеристикой
  2. задайте число импульсов энкодера за один оборот механизма в параметре [F375]
    • если энкодер находится на валу двигателя, то в параметр [F375] вводится число импульсов энкодера
    • если энкодер находится на валу механизма, то в параметр [F375] вводится число «импульсов энкодера, деленное на коэффициент передачи редуктора КПР». Если «число импульсов энкодера/КПР» не является целым числом, то разность углов повороту слишком велика и использование [A670] = 0 для управления ориентацией не может быть выполнено. Для работы нужно использовать настройку [A670] = 1
  3. установите передаточное число редуктора машины в параметрах [A675] (числитель) и [A676] (знаменатель)
    • когда энкодер на валу двигателя, задайте соотношение [A676]/[A675]
    • когда энкодер на валу механизма, задайте параметры [A675] и [A676] отдельно
  4. задайте нужный угол поворота (ориентацию) в параметр [A672]
  5. подайте сигнал начала ориентации на входную клемму (заданную значением 190/191)

Процесс ориентации по углу

  1. подайте сигнал запуска на частотный преобразователь
  2. подайте сигнал на клемму начала ориентирования по углу (заданную значением 190/191)
  3. уменьшите скорость от текущей скорости до скорости ориентации (параметр [A674]) и запустите управление ориентацией, когда скорость ориентации стабилизируется после замедления DEC. Верхний предел частоты во время контроля ориентации составляет ± [A674]
  4. когда управление ориентацией завершено, а текущий угол поворота находится в пределах диапазона завершения ориентации ± [A673], то на выходную клемму (настройка: 118/119) выводится сигнал завершения позиционирования

Важно! Перед подачей сигнала начала ориентации привод должен работать с заданной скоростью и сигнал начала ориентации должен отсутствовать.

Установка коэффициентов ПИД-регуляторов

Можно переключаться между двумя ПИД-регуляторами для управления ориентацией. Первый ПИД-регулятор (коэффициент П: [F362], коэффициент И: [F363], коэффициент Д: [F366]) и второй ПИД-регулятор (коэффициент П: [A314], коэффициент И: [A315], коэффициент Д: [A318]) можно переключать с помощью сигнала переключения PID1/2 на дискретном входе (функция клеммы 116/117).

Переключение позволяет выбрать наилучший режим поиска угла положения в зависимости от разных условий работы.

Таблица основных параметров функции ориентации по углу частотного преобразователя AS3

ПараметрФункцияДиапазон настройкиЗначение по умолчанию
A670Выбор способа инициализации0 – инициализация при появлении сигнала на заданном дискретном входе (функция 188/189)
1 – инициализация при появлении сигнала фазы Z энкодера
0
A671Начальная позиция0.0 – 359.9 (°)0,0
A672Задание позиции угла0.0 – 359.9 (°) 0,0
A673Погрешность угла0.1 – 20.0 (°)1,0
A674Частота процесса ориентации0.1 – 10.00 (Гц)1,0
A675Числитель передаточного соотношения механизма1 – 9999 1000
A676Знаменатель передаточного соотношения механизма 1 – 9999 1000
F362Первый ПИД-регулятор (коэффициент П)0.01 – 100.00.30
F363Первый ПИД-регулятор (коэффициент И) 0.00 – 100.00.20
F366Первый ПИД-регулятор (коэффициент Д) 0.00 – 2.550.00
A314Второй ПИД-регулятор (коэффициент П) 0.01 – 100.00.30
A315Второй ПИД-регулятор (коэффициент И)
0.00 – 100.0
0.20
A318Второй ПИД-регулятор (коэффициент Д)0.00 – 2.550.00

Входные/выходные клеммы, относящиеся к системе позиционирования по углу

Задание клеммыФункцияПримечание
178/179Готов к контролю позиционированияВходная клемма
190/191Старт позиционированияВходная клемма
116/117Сигнал переключения регуляторов PID1/2 Входная клемма
118/119Сигнал завершения позиционированияВыходная клемма
146/147Управление позиционированием в действии (PID1,2 ПИД-контроль)Выходная клемма

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения задач позиционирования частотники серии VF-AS3. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

26.04.2019

Возможности системы позиционирования ПЧ VF-AS3

Преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba позволяет осуществлять контроль положения для таких применений, как управление высокоточными обрабатывающими станками, поворотными столами, складским оборудованием, перемоточными станками.

Контроль позиционирования с помощью частотника VF-AS3
Контроль позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3

Если сравнивать ПЧ VF-AS3 Toshiba и Schneider Electric Altivar ATV930, то в продукции Schneider Electric не найдется приводов с возможностью позиционирования, которые представлены в этом обзоре. У приводов VF-AS3 (в отличии от Altivar) также есть небольшой встроенный ПЛК, возможность подчиненного управления другими 10 частотниками (Master follower control), перераспределение нагрузки на несколько двигателей.

Сравнение Toshiba VF-AS3 и Schneider Electric Altivar ATV930
Сравнение Toshiba VF-AS3 и Schneider Electric Altivar ATV930

Для намоточных и перемоточных станков доступны 2 встроенных ПИД-регулятора для регулирования скорости и контроля позиции регулятора натяжения.

Функция позиционирования имеет несколько важных возможностей работы

  • блокировка вращения вала при остановках (Servo Lock)
  • остановка в нулевом (заданном) положении (Zero positioning)
  • остановка вблизи заданной точки при получении сигнала с датчиков с включением ПИД-регулятора
  • импульсный вход (Pulse train input) для движения по шагам; остановка после отключения командных импульсов
  • от точки к точке (Point to point); остановка в заданных положениях
  • ориентация (Orientation); точная установка угла поворота вала шпинделя и т.п.

Выбор контроля позиционирования

Электродвигатель Привод Функция позиционирования
Датчик Значение параметра Pt [F015] Опция Нулевое положение Импульсный вход От точки к точке Ориентация
Асинхронный Синхронный
Без датчика не поддерживается 6 не требуется Да не поддерживается не поддерживается не поддерживается
Энкодер 10, 11 12 не требуется Да не поддерживается Да не поддерживается
10, 11 12 VEC008Z Да Да Да Да
Резольвер 10, 11 12 VEC010Z Да Да Да Да
Система позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3
Система позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3

Подключение энкодера к частотному преобразователю

Схема подключения энкодера к частотному преобразователю VF-AS3 без опций

На представленной ниже схеме питание энкодера осуществляется от встроенного источника ПЧ. Если используется энкодер на 5 В или 12 В, необходимо предусмотреть соответствующий внешний источник питания.

Схема подключения энкодера к частотнику AS3 Toshiba
Схема подключения энкодера к частотному преобразователю AS3 Toshiba

Нужно помнить об ограничении на скорость обработки входов S4/S5 (максимум 30000 имп./сек). В случае применения 1000-пульсного инкрементального энкодера с 4-х полюсным двигателем, максимальная скорость вращения ротора для этой функции составит 30000 имп. в сек/ {1000 имп. / (4пол./2)} = 60 Гц.

Схема подключения энкодера к частотному преобразователю
VF-AS3 с опцией VEC008Z

Опциональный модуль VEC008Z позволяет подключать инкрементальный энкодер с контрольной точкой (Фаза Z). Доступные варианты питания энкодера (клеммы PGVC и PGCC): 5В, 12 В и 24 В.

Контроль позиционирования с помощью энкодера с импульсного входа частотника
Схема подключения энкодера частотного преобразователя с опцией VEC008Z

Функция блокировки вращения вала Servo lock при остановках двигателя

Как и при работе сервопривода, параметры частотника AS3 позволяют вам управлять двигателем при частоте вращения 0 Гц, просто подавая сигнал работы вперед или назад. Эти параметры используются для удержания остановившегося двигателя. Использование этого функционала возможно только при наличии энкодера на двигателе.

Обязательным условием работы этой функции является задание параметра Pt[F015] = 11 (векторный контроль с обратной связью от энкодера) и задание стартовой частоты в параметре [F240] = 0 (Гц).

Для получения этого режима любой цифровой вход (F110…F124) программируется на число 70(71). Режим SRVL (Servo lock) ON. Лучше назначать эту функцию входу RES [F113], который обычно используется для остановки двигателя.

Имейте в виду, эти параметры не предназначены для контроля положения ротора: когда нагрузка превышает мощность удержания двигателя, он будет вращаться.

Блокировка вращения вала двигателя во время остановки с помощью частотника AS3 Toshiba
Блокировка вращения вала двигателя во время остановки с помощью частотного преобразователя AS3 Toshiba

Для удержания вала двигателя функция блокировки создает стартовое усилие более 150%. При этом снижается уровень тепловой защиты, как и в случае работы на низкой скорости.

Поэтому необходимо тщательно настроить следующие параметры:

  • OLM [F017] — выбор характеристик теплозащиты
  • tHrA [F031] — ток тепловой перегрузки двигателя
  • [F606] — предел частоты снижения перегрузки двигателя
  • [F607] — время перегрузки двигателя

Остановка в строго заданном положении (Zero positioning) с использованием датчиков

Простое позиционирование в заданное датчиком положение с уточнением с помощью ПИД-регулятора в режиме управления с датчиком скорости (энкодером) или без датчика скорости при использовании синхронного двигателя.

Когда параметр Pt [F015] = 10 (контроль с обратной связью от энкодера) или Pt [F015] = 11 (векторный контроль с обратной связью от энкодера) или Pt [F015] = 6 (контроль без обратной связи для синхронных двигателей), то позиционирование осуществляется сигналом на клемме цифрового входа [F110…F124] = 72(73) (SIMP/Simple positioning – Простое позиционирование). Т.е. при достижении датчика, подключенного к клемме с настройкой 72, привод AS3 включит режим приближения к этому датчику.

Позиционирование заканчивается, если номер импульса энкодера находится в пределах значения заданного диапазона отклонения от нуля. Этот диапазон настраивается с помощью параметра [F381] (диапазон завершения простого позиционирования). После остановки позиционирования на выходные клеммы FL_, R1_, R2_ может быть выведен сигнал с помощью назначения числа 118 (119) (Сигнал завершения позиционирования) в соответствующие параметры [F130, F132…F134, F137…F138].

Подключение датчиков к частотному преобразователю AS3 Toshiba для точного позиционирования
Подключение датчиков к частотному преобразователю AS3 Toshiba для точного позиционирования

Важно также настроить ПИД-регулятор на задачу позиционирования. Он настраивается в параметре [F359] = 3 (положительное ПИД-регулирование при позиционировании) или [F359] = 13 (отрицательное ПИД-регулирование при позиционировании). ПИД-регулятор не включается, пока не поступит сигнал с датчика на входную клемму с настройкой 72.

Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора позиционирования
Схема задания параметров внутреннего ПИД-регулятора позиционирования

Типичный процесс позиционирования показан на диаграмме ниже. Кнопка на клемме F привода запускает двигатель с предустановленной скоростью 1, задаваемой от контроллера с помощью запрограммированного входа S1. При достижении датчика S2 запускается пониженная скорость двигателя (контроллер захватывает этот режим), предназначенная для подготовки к точному позиционированию. При достижении датчика S3 запускается процесс позиционирования (контроллер тоже захватывает этот режим), который состоит в том, чтобы с помощью возвратно-поступательных движений вернуть механизм к точке получения сигнала от датчика S3 с заданной погрешностью (диапазон остановки).

Важно! Выполнение поиска положения остановки в высокоскоростном режиме может вызвать отключение по токовой перегрузке, отключение по перенапряжению и т. д. Всегда старайтесь перейти к низкоскоростному режиму и только потом включите сигнал позиционирования.

Простое позиционирование механизма с помощью частотника AS3 Toshiba
Простое позиционирование механизма с помощью частотного преобразователя AS3 Toshiba

Параметры для данного режима

ПараметрОписаниеВозможные значения
Pt [F015] Настройка V/f 6 (контроль без обратной связи для синхронных двигателей)
10 (контроль с обратной связью от энкодера)
11 (векторный контроль с обратной связью от энкодера)
F375Число импульсов на 1 оборот энкодера Например, 1024
F376Выбор типа датчика скоростиС опцией энкодера/резольвера или без опции
F377Обнаружение отключения датчика скорости1 (только для опций энкодера/резольвера)
F379Напряжение питания датчика скорости0 (5 В)
1 (12 В)
2 (24 В)
F381Диапазон завершения простого позиционирования Например, 100 импульсов
F240Частота старта0 Гц (обязательно для этого режима)
F241Частота запуска0 Гц (обязательно для этого режима)
F243Частота останова0 Гц (обязательно для этого режима)

Настройки ПИД-регулятора в основном сводятся к заданию следующих коэффициентов:

  • [F362] — пропорциональный коэффициент
  • [F363] — интегральный коэффициент
  • [F364] — верхний предел изменения ПИД (для стабилизации регулирования)*
  • [F365] — нижний предел изменения ПИД (для стабилизации регулирования)*
  • [F366] — дифференциальный коэффициент

*Отклонение представляет собой текущую позицию, преобразованную в частоту, которая получается по следующей формуле:

Формула для точного позиционирования ПИД-регулятором

Возможные проблемы

Если во время замедления при ПИД-регулировании происходит отключение по перенапряжению, уменьшите значение [F362] (пропорциональный коэффициент усиления PID1). Время замедления станет больше.

Важно! Настройка [dEC] (время замедления 1) недопустима при простом позиционировании ПИД-регулятора.

Импульсный вход для позиционирования механизма по инкрементальному энкодеру или резольверу

Контроль позиционирования с помощью энкодера с импульсного входа частотника
Контроль позиционирования с помощью энкодера с импульсного входа частотного преобразователя

Алгоритм работы

  1. На импульсные входы (S4, S5) со смещением 90° подаются командные импульсы от управляющего устройства. Направление смещения +90° или -90° позволяет задавать направление вращения двигателя.
  2. На входы платы VEC008Z подаются импульсы с энкодера. Но это происходит с задержкой, потому что двигателю вначале необходимо стартовать.
  3. Разница между импульсами энкодера и командными импульсами называется импульсами понижения (droop pulses), которые хранятся в специальном счетчике отклонений частотного преобразователя. Импульсы понижения являются командой установки скорости вращения при управлении положением.
  4. Во время работы с постоянной скоростью в счетчике отклонений присутствует постоянная величина импульсов понижения. По мере того как скорость изменяется, количество импульсов понижения также изменяется.
  5. Когда ввод командного импульса прекращается, импульсы понижения в счетчике уменьшаются, а скорость двигателя замедляется, затем двигатель останавливается.
  6. Поскольку двигатель вращается с задержкой после подачи команды по количеству импульсов понижения, он останавливается немного позже поступления команды останова (прекращения командных импульсов). Это время задержки называется заданным временем останова.
Контроль позиционирования с помощью частотника VF-AS3 и энкодера/резольвера
Контроль позиционирования с помощью частотного преобразователя VF-AS3 и энкодера/резольвера

Настройка параметров частотника

При подключении опции датчика скорости (энкодера/резольвера) необходимо настроить следующие параметры частотного преобразователя:

ПараметрВозможное значениеОписание
[A510]2 или 32 – однофазный импульсный режим управления
3 – двухфазный (квадратурный) импульсный режим управления (2 серии импульсов со смещением)
[F146] / [F147]1/0 или 0/1
1/1
1/0 или 0/1 – для однофазного входа S4 или S5 соответственно
1/1 – для двухфазного входа с помощью клемм S4 и S5
[F114]178(179)Команда готовности к позиционному контролю (PSRDY) для входа S1
[F117]183(183)Функция движения вперед/назад по командным импульсам (PSCMD) для входа S4
[F118]182(183)Функция движения вперед/назад по командным импульсам (PSCMD) для входа S4

Схема подключения внешней аппаратуры к инвертору для движения по управляющим импульсам

Контроль позиционирования с помощью энкодера с импульсного входа ПЧ
Контроль позиционирования с помощью энкодера с импульсного входа ПЧ

На представленной выше схеме движение двигателя по шагам начинается с подачи сигнала на вход S1 (разрешение движения по импульсам) и затем на вход F (пуск). На импульсные входы (S4, S5) со смещением 90° подаются командные импульсы от управляющего устройства. Направление смещения +90° или -90° позволяет задавать направление вращения двигателя.

Для начального разгона двигателя необходимо подавать импульсы достаточно редко. Количество поданных импульсов задает позицию вала двигателя. В процессе торможения также необходимо увеличивать временные промежутки между импульсами.

Отключение сигналов производится в обратной последовательности. После прекращения подачи командных импульсов вначале снимается сигнал с входа F, затем с входа S1.

Отключение функции позиционирования по командным импульсам

Если функция позиционирования по командным импульсам больше не требуется, необходимо выполнить очистку счетчиков импульсов.

Для очистки счетчика импульсов (позиции) задайте параметр [A537] = 0 (для очистки импульсом с OFF на ON на входе S4/S5) или [A537] = 1 (для очистки постоянным сигналом ON на входе S4/S5). Далее задайте для входов S4/S5 параметры [F117] / [F118] = 184(185) для перевода их в режим очистки и подайте соответствующий настроенному параметру [A537] сигнал на входы S4/S5.

От точки к точке. Остановка в заданных позициях

Установите параметры для системы позиционирования, такие как количество импульсов, время разгона/торможения и предварительно установленную скорость работы между точками позиций.

Остановка в заданной позиции
Остановка в заданной позиции

Схема подключения внешней аппаратуры к инвертору для движения по заданным точкам

Контроль позиционирования с помощью энкодера и заданных точек
Контроль позиционирования с помощью энкодера и заданных точек

Функционирование этой схемы хорошо поясняется на представленной ниже временной диаграмме.

Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям
Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям

Вначале запускается контроль позиционирования сигналом на вход S5. Затем запускается двигатель сигналом на вход F. С помощью комбинаций ключей на входах S1 и S2 выбирается нужная позиция, к которой привод должен двигаться. При сигнале на вход S1 движение идет в прямом направлении к позиции 1. При добавлении сигнала S2 движение идет в прямом направлении к позиции 3. При исчезновении сигнала с входа S1 (сигнал S2 остается) движение идет в обратном направлении к позиции 2.

Визуальное отображение работы показано на диаграмме ниже. Для примера взят энкодер на 1024 позиций на 1 оборот. Т.е. 10 оборотов равны значению 10240, 40 оборотов равны значению 40960 и 100 оборотов равны значению 102400.

Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям - подсчет импульсов
Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям – подсчет импульсов

Настройка значений позиций 1, 2, 3 показана на временной диаграмме ниже. Значения задаются в сдвоенных параметрах [A544]+[A545] – позиция 1 (10240 импульсов = 10 оборотов), [A552]+[A553] – позиция 2, [A560]+[A561] – позиция 3. Параметры сдвоены для возможности ввода очень больших чисел – количества импульсов (позиций энкодера). Например, позиция 10240 разбивается на числа 1 и 0240 (по 4 цифры в каждый параметр), незначащие нули перед числом не опускаются.

Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям - задание параметров позиций
Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям – задание параметров позиций

Примечание 1. Задайте корректное время разгона и торможения для режима каждой позиции с помощью параметров [A547]+[A548], [A555]+[A564], [A563]+[A556]. См. ниже.

Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям - задание времени разгона и торможения
Диаграмма работы ПЧ в режиме перехода по позициям – задание времени разгона и торможения

Примечание 2. С помощью параметров [A546], [A554], [A562] доступны настройки разгона/торможения:

Значение параметраРежим работыШаблон разгона/торможенияЗнак
0Команда абсолютного позиционированияЛинейная характеристика Плюс
1Команда абсолютного позиционирования Линейная характеристика Минус
2Команда абсолютного позиционирования S-образная характеристикаПлюс
3Команда абсолютного позиционирования S-образная характеристика Минус
4Команда увеличения позицииЛинейная характеристика Плюс
5Команда увеличения позиции Линейная характеристика Минус
6Команда увеличения позиции S-образная характеристика Плюс
7Команда увеличения позиции S-образная характеристика Минус

В приведенном выше примере программируются только 3 позиции остановки из 7. Задаются они по аналогии с примером выше с помощью следующих параметров:

Номер точки Позиция (число импульсов) Шаблон разгона/торможения Максимальная скорость Время разгона Время торможения Код включения
Верхние 4 цифры Нижние 4 цифры Сигнал S1 Сигнал S2 Сигнал S3
1 A544 A545 A546 Sr1 A547 A548 X
2 A552 A553 A554 Sr2 A555 A556 X
3 A560 A561 A562 Sr3 A563 A564 X X
4 A568 A569 A570 Sr4 A571 A572 X
5 A576 A577 A578 Sr5 A579 A580 X X
6 A584 A585 A586 Sr6 A587 A588 X X
7 A592 A593 A594 Sr7 A595 A596 X X X

Тестовые настройки для 3 позиций остановки для вышестоящего примера

Название параметраЗначениеОписаниеПояснение
Sr150 ГцЗаданная скорость 1Позиция остановки 1
Sr250 ГцЗаданная скорость 2Позиция остановки 2
Sr350 ГцЗаданная скорость 2Позиция остановки 2
F118178Функция входной клеммы S5Команда готовности к позиционному контролю (PSRDY) для входа S5
F3626Коэффициент пропорциональности ПИД-регулятора
F3751024Число импульсов энкодера на 1 оборот
F3761 или 11Использование опции датчика скорости VECxxxZ
F3790 (5 В)Напряжение питания энкодера
F46010Отклик контроля скорости
A5101Режим перемещения по нескольким позициям
A5441Верхние 4 цифры позиции останова 1Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A545240Нижние 4 цифры позиции останова 1Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A5462Шаблон разгона/торможения для 1 позиции2 это шаблон S-кривой
A5470,01 секВремя разгона для 1 позиции
A5480,01 секВремя торможения для 1 позиции
A5524Верхние 4 цифры позиции останова 2 Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A553960Нижние 4 цифры позиции останова 2 Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A5542Шаблон разгона/торможения для 2 позиции
A5550 секВремя разгона для 2 позиции
A5560 секВремя торможения для 2 позиции
A56010Верхние 4 цифры позиции останова 3 Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A5612400Нижние 4 цифры позиции останова 3Позиция задается числом импульсов датчика скорости
A5622Шаблон разгона/торможения для 3 позиции
A5630 секВремя разгона для 3 позиции
A5640 секВремя торможения для 3 позиции

Коэффициент пропорциональности ПИД-регулятора [F362] рассчитывается примерно так: 500 · число пар полюсов двигателя/[F375] (Число импульсов энкодера на 1 оборот)

Если для установления позиции требуется время в процессе управления позиционированием, увеличьте [F362] на 0,1. Если после установления позиции возникает вибрация, уменьшите [F362] на 0,1.

После остановки позиционирования на выходные клеммы FL_, R1_, R2_ может быть выведен сигнал завершения позиционирования при вводе соответствующие параметры [F130, F132…F134, F137…F138] числа 118 (119).

Ориентация. Точная установка угла поворота

Преобразователь частоты VF-AS3 позволяет задать угол поворота вала двигателя.

Ориентация вала двигателя
Ориентация вала двигателя

Привод может регулировать положение остановки (управление ориентацией) с помощью датчика положения (энкодера), прикрепленного к валу машины. Когда включается команда сигнала ориентации во время работы на скорости, то производится торможение до «скорости поиска точки ориентации». После этого рассчитывается «расстояние до ориентационной остановки», и, наконец, финальная остановка в заданном положении. Затем вводится состояние сервоблокировки ориентации.

Ориентация начинается по сигналу поступившему на клемму цифрового входа [F110…F124] = 190(191) (ORTST/Orientation start – старт контроля ориентации).

Подробнее о настройке системы ориентации по заданному углу

Преобразователь частоты вместо контроллера

Обычно функции позиционирования выполняются с помощью специальных модулей ПЛК. Понятно, что это дополнительные затраты как в стоимости, так и в пространстве для размещения в щите управления.

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения задач позиционирования частотники серии VF-AS3. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.

19.04.2019

Функция безопасности, встроенная в преобразователь частоты VF-AS3 Toshiba, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины. Встроенные STO (Safe Torque Off) и дополнительные опциональные функции безопасности SS1 (Safe Stop 1), SOS (Safe Operating Stop), SS2 (Safe Stop 2), SBS (Safe Brake Control), SLS (Safely-Limited Speed), SDI (Safe Direction) обеспечивают следующие преимущества:

  • соответствующие стандартам функции безопасности
  • снижение затрат на дополнительное внешнее защитное оборудование
  • уменьшение затрат на монтаж проводов и требования к пространству

Приводы VF-AS3 Toshiba соответствуют нормативным требованиям стандарта МЭК 61800-5-2 для реализации функции безопасности.

Безопасное отключение крутящего момента (STO), реализованное в частотнике VF-AS3 TOSHIBA
Safe Torque Off (STO)

Функция STO (Safe Torque Off) – Безопасное отключение крутящего момента

Назначение функции – привести двигатель в состояние без крутящего момента, чтобы оно соответствовало требованиям безопасности, поскольку на уровне двигателя крутящий момент отсутствует. Силовые модули преобразователя частоты блокируются и двигатель останавливается (или запрещается запуск двигателя).


Описание

ПОРАЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ ПРИ НЕПРАВИЛЬНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ
Функция безопасности STO (Safe Torque Off) не приводит к электрической изоляции внутреннего содержимого частотного преобразователя. В звене постоянного тока будет присутствовать напряжение.
Отключите сетевое напряжение с помощью соответствующего выключателя для обесточивания ПЧ.
Несоблюдение этих инструкций может привести к летальному исходу или серьезным травмам.

Эта функция переводит машину в безопасное состояние без крутящего момента и/или предотвращает ее случайный запуск. Функция безопасного отключения крутящего момента (функция безопасности STO) может использоваться для эффективной реализации предотвращения неожиданного запуска, делая остановки безопасными, предотвращая подачу питания только на двигатель и сохраняя при этом питание цепей управления главного привода. Принципы и требования предотвращения неожиданного запуска описаны в стандарте EN 1037: 1995 + A1.
Логические входы частотного преобразователя (STOA и STOB) всегда назначены на эту функцию.
Состояние функции безопасности STO может отображаться с панели управления привода или с помощью программного обеспечения для ввода в эксплуатацию.

ВАЖНО! Если задержка между состоянием входов STOA и STOB превышает 1 сек, срабатывает функция безопасности STO и выдается ошибка с кодом ошибки [Ошибка цепи STO] PrF.

Функция безопасности STO определена в разделе 4.2.2.2 стандарта МЭК 61800-5-2 (издание 1.0 2007.07):
Мощность, которая может вызвать вращение (или движение в случае линейного двигателя), не подается на двигатель. PDS (SR) (система силового привода, подходящая для использования в приложениях, связанных с безопасностью) не будет подавать энергию на двигатель, который может генерировать крутящий момент (или усилие, в случае линейного двигателя).

  • ПРИМЕЧАНИЕ 1. Эта функция безопасности соответствует неконтролируемому останову в соответствии с категорией останова 0 в стандарте МЭК 60204–1
  • ПРИМЕЧАНИЕ 2. Эта функция безопасности может использоваться, когда требуется отключение питания для предотвращения неожиданного запуска
  • ПРИМЕЧАНИЕ 3.: В ситуациях, когда присутствуют внешние воздействия (например, падение подвешенных грузов), могут потребоваться дополнительные меры (например, механические тормоза) для предотвращения любой опасности
  • ПРИМЕЧАНИЕ 4. Электронное оборудование и контакторы не обеспечивают достаточной защиты от поражения электрическим током, и могут потребоваться дополнительные меры по изоляции

Обеспечиваемые уровни безопасности

  • уровень полноты безопасности SIL (Safety Integrity Level) в соответствии с МЭК 61508: SIL3
  • уровень производительности PL (Performance Level) в соответствии с ISO-13849: PLe


Обеспечиваемые аварийные операции (по стандарту МЭК 60204-1)

Аварийное отключение

Эта функция требует внешних переключающих компонентов и не может быть реализована с помощью функций привода, таких как безопасное отключение крутящего момента (STO).

Аварийный останов

Аварийный останов должен работать таким образом, чтобы при его активации опасное движение машины прекращалось, и машина не могла запуститься ни при каких обстоятельствах, даже после того, как кнопка аварийного останова отпущена.
Аварийный останов должен функционировать либо как категория останова 0, либо как категория останова 1.
Категория останова 0 означает, что питание двигателя отключается немедленно. Категория останова 0 эквивалентна функции безопасного отключения крутящего момента (STO), определенной стандартом EN 61800-5-2.
В дополнение к требованиям для останова (см. 9.2.5.3 МЭК 60204-1) функция аварийного останова имеет следующие требования:

  • отменяет все другие функции и операции во всех режимах
  • его сброс возможен только при ручном воздействии в том месте, где была подана команда. Сброс команды не должен перезапускать машину, а только разрешать перезапуск
  • в машинном окружении (стандарт МЭК 60204-1 и директива о машинном оборудовании), когда функция безопасности STO используется для управления категорией аварийного останова 0, двигатель не должен запускаться автоматически, если функция безопасности STO сработала и деактивирована (в цикле подачи или сброса питания)
  • если конфигурация привода разрешает автоматический перезапуск машины после отключения функции безопасности STO, необходим дополнительный модуль безопасности (например, модуль Preventa)
  • если использование дополнительного модуля безопасности невозможно, управление приводом должно быть настроено на 2-х или 3-х проводный режим работы частотного преобразователя
Функция безопасности STO, встроенная в частотник VF-AS3, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины
Функция безопасности STO, встроенная в частотный преобразователь VF-AS3, позволяет разрабатывать приложения, ориентированные на защиту человека и машины

Типы двигателей

Функция безопасности STO может использоваться с синхронными и асинхронными двигателями.

Предпосылки для использования функций безопасности

Для правильной работы должны быть выполнены следующие условия:

  • размер двигателя адекватен применению и не работает на пределе своей мощности
  • типоразмер привода правильно выбран для сети электропитания, соединяющих проводников, двигателя и области применения и не работает на пределе своей мощности, как указано в каталоге
  • при необходимости используется дополнительное опциональное оборудование, например, выходной фильтр
  • привод правильно настроен с правильными характеристиками контура скорости и крутящего момента для технологического процесса; профиль опорной частоты применим к контуру управления приводом


Состояние функции безопасности

ЕслиТо
Режим Safe Torque Off (STO) не активенЖелтый светодиод ASF выключен
STO обнаруженСиловой мост блокируется дополнительным оборудованием
На ЖК-дисплее включается отображение STO
Желтый светодиод ASF включен
[Обнаружена ошибка цепи STO]*Силовой мост блокируется
ЖК-дисплей горит постоянно красным светом
Терминал графического дисплея отображает сообщение PrF
Желтый светодиод ASF включен

*Возможные причины: превышение задержки между сигналами STOA и STOB более 1 сек или обнаружение внутренней аппаратной ошибки

Отображение срабатывания функции STO с помощью светодиода ASF на приводе Toshiba AS3
Отображение срабатывания функции STO с помощью светодиода ASF

Технические данные

Электрические параметры

Функция безопасности должна использоваться только в положительной логике (Source): ток поступает на вход.

Входы STOA и STOB и сигнальные входы защищены от обратной полярности внутренними компонентами частотного преобразователя.

Уровни входных сигналовЗначениеЕдиницы измерения
Логический нуль< 5 или обрывВ (постоянного тока)
Логическая единица> 11В (постоянного тока)
Ток при 19 В11 мА
Задержка между сигналами STOA и STOB< 1сек
Время отклика функции безопасности< 10мсек

Сертифицированные архитектуры подключения

ПРИМЕЧАНИЕ. Для сертификации, относящейся к функциональным аспектам, будет рассматриваться только PDS (SR) (Power Drive System suitable for use in safety-related applications: система силового привода, подходящая для использования в приложениях, связанных с безопасностью), а не вся система, в которую она интегрирована, чтобы помочь обеспечить функциональную безопасность двигателя или системы/процесса.

Обеспечиваются три вида безопасности процессов системы

  • безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей
  • безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AF
  • безопасность процесса, связанная с подключением одного электродвигателя и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AV

Функции безопасности PDS (SR) являются частью общей системы. Если качественные и количественные цели, связанные с безопасностью для конечного приложения, требуют некоторых корректировок для обеспечения безопасного использования функций безопасности, интегратор BDM (Basic Drive Module) отвечает за эти дополнительные изменения (например, управление механическим тормозом на мотор).

Кроме того, выходные данные, сгенерированные функциями безопасности (активация реле по умолчанию, логическая команда реле тормоза, коды ошибок или информация на дисплее и т.п.), не считаются связанными с безопасностью данными.

Защищенная изоляция кабеля

Функция безопасности STO активируется через 2 резервных входа. Эти две цепи должны быть проложены соответствующим образом для защиты изоляции кабеля.

Если возможны короткие замыкания и перекрестные прокладки с сигналами, связанными с безопасностью, и если они не обнаруживаются вышестоящими устройствами, требуется установка защищенного кабеля в соответствии с ISO 13849-2.

При использования незащищенного кабеля для двух сигналов (двух каналов) функции безопасности, они могут быть подключены к внешнему напряжению при повреждении кабеля в результате короткого замыкания. В этом случае функция безопасности перестает работать.

Подключайте оба входа STO только с помощью экранированных свитых кабелей с шагом 25 … 50 мм (1 дюйм и 2 дюйма), соединяя экран с землей на каждом конце экранов сигнальных линий нескольких кабелей.

Контуры заземления могут вызвать проблемы в двигателях. В этом случае экран должен быть заземлен только на стороне привода.

Безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей

Схема подключения одного или нескольких двигателей

Эти схемы подключения применимы для конфигурации с одним или несколькими приводами в соответствии с возможностями SIL3 МЭК 61508 , МЭК 60204-1, категория останова 0 без защиты от перебоев питания или снижения напряжения и последующего вращения.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя

На схемах показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей

Безопасность процесса, связанная с подключением одного или нескольких электродвигателей и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AF

Схема подключения одного или нескольких двигателей

Эти схемы подключения применимы для конфигурации с одним или несколькими приводами и с модулем безопасности Preventa XPS-AF в соответствии с ISO 13849-1, категория 3 PLe, МЭК 62061 и 60204-1, категория останова 0.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AF
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AF

На схемах показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей и использовании модуля Preventa XPS-AF
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении нескольких двигателей и использовании модуля Preventa XPS-AF

Безопасность процесса, связанная с подключением одного электродвигателя и использованием модуля безопасности Preventa XPS-AV

Схема подключения одного двигателя

Эта схема подключения применима для конфигурации одного привода с модулем безопасности Preventa XPS AV в соответствии с ISO 13849-1, категория 3 PLe и МЭК 60204-1, категория останова 1.

Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в частотнике VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AV
Схема использования функции Safe Torque Off (STO) в ПЧ VF-AS3 Toshiba при подключении одного двигателя и использовании модуля Preventa XPS-AV

ПРИМЕЧАНИЕ. Эта схема представляет собой конфигурацию проводки с использованием входа DI1, назначенного для работы в прямом направлении.

На схеме показано, что могут использоваться сетевые дроссели (входные фильтры)


Дополнительные опциональные функции безопасности SS1 (Safe Stop 1), SOS (Safe Operating Stop), SS2 (Safe Stop 2), SBS (Safe Brake Control), SLS (Safely-Limited Speed), SDI (Safe Direction)

Функция Safe Stop 1 (SS1) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Stop 1 (SS1) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SS1 заставляет двигатель быстро и безопасно останавливаться и отключаться, чтобы он совсем не вращался после перехода в состояние покоя. Затем активируется функция STO.

Функция Safe Stop 2 (SS2) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Stop 2 (SS2) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SS2 быстро и безопасно отключает двигатель, а затем активирует функцию SOS после остановки.

Функция Safe Operating Stop (SOS) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Operating Stop (SOS) в частотнике VF-AS3 Toshiba

С помощью функции SOS остановленный двигатель приводится в рабочее положение и контролируется системой управления движением.

Функция Safely-Limited Speed (SLS) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safely-Limited Speed (SLS) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SLS гарантирует, что привод не превысит определенный предел скорости.

Функция Safe Direction (SDI) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Direction (SDI) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SDI гарантирует, что привод может вращаться только в выбранном направлении.

Функция Safe Brake Control (SBC) в частотнике VF-AS3 Toshiba
Функция Safe Brake Control (SBC) в частотнике VF-AS3 Toshiba

Функция SBC позволяет безопасно управлять удерживающим тормозом. Функция SBC всегда активируется параллельно с STO.

Преимущества технологии комплексной безопасности

Интеграция технологий безопасности в стандартные концепции автоматизации влечет за собой значительные и устойчивые преимущества для пользователей в целях повышения конкурентоспособности. Производители машин получают выгоду от сокращения аппаратного обеспечения и значительного упрощения проектирования. Результат: значительно более быстрая реализация машин и систем, а также более простая адаптация к новым требованиям

Преимущества для системных операторов: снабжение безопасными и более производительными машинами и системами. Единая интегрированная система технологий безопасности и стандартной автоматизации сокращает время простоя благодаря улучшенной диагностике, а также повышает доступность системы.

Упрощение модификации и модернизации: благодаря гибкому модульному расширению концепции, машины и системы могут быть модернизированы до более передовых технологий.

Дополнительный модуль безопасности в частотнике VF-AS3 Toshiba
Дополнительный модуль безопасности в частотнике VF-AS3 Toshiba

Как установить модуль безопасности в частотный преобразователь AS3 Toshiba

Установка опционального модуля безопасности в частотник VF-AS3 Toshiba
Установка опционального модуля безопасности в частотник VF-AS3 Toshiba

Профилактическое обслуживание

Рекомендуется каждый год проверять функции безопасности

Например, так: откройте защитную дверцу, чтобы проверить, останавливается ли привод в соответствии с настроенной функцией безопасности.

Замена оборудования машины

Примечание. Если вам необходимо заменить какую-либо часть системы, подключенную к частотному преобразователю VF-AS3 (двигатель, аварийный останов и т.д.), необходимо повторить приемочный тест.

Компания СПИК СЗМА как единственный официальный дилер Toshiba предлагает купить для решения ваших задач частотники серии VF-AS3. Вы получаете максимально качественную техническую поддержку и гарантию долгой работы преобразователя частоты.


Обучение функциональной безопасности

Вы можете пройти обучение по безопасности технологических процессов и производств в нашей компании. Таким образом вы получите повышение квалификации по промышленной безопасности.