Новейшая техника секционных приводов
для бумагоделательных машин В. Каяндер ABB Oy Process Industry, Финляндия
Привод бумагоделательной машины для оптимального производства
Решение привода бумагоделательной машины предоставляет комбинации программных средств с оборудованием для обеспечения высокой производительности на общей платформе АВВ. Внимание сосредоточено на требованиях производителя бумаги устойчивым и надежным путем, с эффективной связью с другими системами процесса.
Представление новых технологий для производства бумаги
PMC800 – новое решение привода бумагоделательной машины, которое включает ряд новых, уникальных технологий управления, приводов, двигателей и приложений. Оно охватывает новые интересные характеристики управления и новые уникальные изделия во всей системе.
Основа приводной системы – многоприводная система ACS800 и система управления для всей линии. Силовая часть приводной системы полностью перестроена. В промышленных приводах ACS800 особое внимание обращено на обслуживание и энергетической эффективности:
Меньше типов модулей, один основной модуль от 250 до 5200 кВА;
Параллельные устройства позволяют резервировать работу;
Конструкция стеллажного типа со штекерными соединениями для быстрого обслуживания;
Более высокая эффективность на современной технологии IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором);
Усовершенствованная самодиагностика;
Охлаждение с собственным регулированием – увеличение срока службы силовых блоков;
Заниженный уровень шума;
Малые габариты – шкафы размером половины размера ACS600.
В системе PMC800 предоставляем также серию высокопроизводительных двигателей серии M3. Двигатели М3, разработанные для более низкого повышения температуры и увеличенного срока службы компонентов, имеют лучший общий КПД. Специальное применение корпуса двигателя М3 – это двигатель прямого привода с постоянными магнитами, что дает также возможность сокращения механических приводов (редукторов) и, вместе с программным обеспечением прямого регулирования момента (DTC) двигателя с постоянными магнитами, обеспечивает отличное регулирование без датчика скорости.
В системе используются усовершенствованные инструменты и функциональные возможности. Графический интерфейс позволяет отображать на экране элементы применения, как, например, регулировки секций, с показанием только необходимой информации, что существенно повышает удобство навигации в программном обеспечении.
В системе привода также предусмотрены отличные возможности подключения к системам автоматизации и управления машины посредством стандартных интерфейсов ОРС и полевой шины. Для защиты инвестиций в предыдущие поколения привода или управления, система PMC800 имеет широкие возможности связи. При реконструкции существующие хорошо работающие приводы можно использовать и соединить к новой платформе управления вместе с новыми приводами.
Интерфейс оператора АВВ обеспечивает доступ в одной точке не только к управлению и диагностике, но и к инструментам и документации системы. Дистанционный доступ ко всем инструментам через интернет позволяет доступ экспертов центров АВВ или собственных специалистов заказчика.
Д
ля работы на пульте управления машины предусмотрены простые и прочные устройства, специально разработанные для тяжелых условий обрабатывающей промышленности.
Рис. 1. Основные элементы системы привода бумагоделательной машины
Новейшие технологии привода для бумагоделательных машин
Габариты нового привода бумагоделательной машины – половина прежнего.
Многоприводная система основывается на конфигурации общей шины постоянного тока со следующими преимуществами:
Подключение одной линии питания.
Распределенная энергия и торможение между двигателями без тормозного прерывателя или рекуперативного блока питания.
Сниженный линейный ток.
Общее торможение нескольких приводов.
Экономия энергии.
Сокращение затрат на кабели, монтаж и техобслуживание.
Не требует отдельного щита МСС благодаря общему питанию.
Рис. 2. Новая многоприводная система отличается модульностью
Новая система ACS800 отличается модульностью. Для систем больших мощностей применяются те же модули, которые удобно снимать и менять. Каждый модуль представляет собой комплектный трехфазный инвертор, обеспечивая встроенное резервирование, позволяющий работу на частичной нагрузке в случае нарушения одного модуля. Для малых мощностей можно установить несколько блоков в одном шкафу в наклонном положении для улучшения охлаждения и удобства обслуживания.
Характеристики системы PMC800
Система привода PMC800 состоит из вводных секций, приводных блоков, интерфейсов пользователя, прикладных контроллеров и различных специальных цепей, как, например, аварийного останова и запрета неожиданного пуска.
Разработка и пуск системы создают из отдельных устройств производительную и безопасную систему. На стадии проектирования недостаточно знать характеристики компонентов, а каждый процесс имеет свои требования, а также разные стандарты и правила, которые должны быть выполнены.
Для задач предусмотрены разные компоненты с разными характеристиками. Для ввода можно использовать рекуперативную электронику на базе тиристоров или IGBT-транзисторов. Если рекуперативное торможение не требуется, можно использовать простую вводную секцию на диодах. В обоих случаях необходимо иметь знания и опыт по изделиям и процессу, чтобы знать, какой тип лучше использовать с технической и экономической точки зрения.
Новая диодная секция питания имеет полууправляемый полупроводниковый мост, позволяющий автоматическую тиристорную зарядку. Если рекуперативное торможение не требуется, данный тип ввода допускает большую мощность при малых габаритах. Обычно самые большие мощности в бумагоделательной машине имеются в мокрой части, где торможение не применяется, ввиду большого трения (например, сеточной части). Новый диодный ввод имеет некоторые отличительные свойства, включая: один размер модуля на колесиках и со штекерными соединителями и быстроту замены охлаждающего вентилятора.
Рекуперативный блок питания на IGBT-транзисторах тоже является новым. Он основывается на модуле ISU одного размера, с колесиками и штекерными соединителями для удобства обслуживания. С фильтром LCL и прямым регулированием момента (DTC) для приводов он превосходит многоимпульсные диодные выпрямители.
Технология привода для бумагоделательных машин PMC800
Привод бумагоделательной машины PMC800 может включать в себя приводы постоянного тока, традиционные приводы переменного тока, прямые приводы или их комбинацию. Типичное решение в новой бумагоделательной машине – комбинация прямых приводов с двигателями на постоянных магнитах в главных секциях и традиционных, но безредукторных приводов переменного тока во вспомогательных секциях.
Новый прямой привод для бумагоделательных машин
Решение прямого привода для бумагоделательных машин драматически сокращает потребность элементов механического привода, благодаря подключению двигателя прямо к секции буммашины, несмотря на низкую рабочую скорость вращения. Прямой привод основывается на низкоскоростном радиальном потоке двигателя с ротором с постоянными магнитами. Двигатель с постоянными магнитами может обеспечить большую мощность при меньших габаритах. Оборудование инвертора одинаковое с обычным приводом переменного тока. Программное обеспечение управления инвертором разработано для двигателей с постоянными магнитами, и новое синхронное прямое регулирование момента дает возможность работы без тахометра в бумагоделательных машинах. Предусмотрено и воздушное и водяное охлаждение для высокой плотности энергии.
Благодаря большей степени эксплуатации при отсутствии замен тахометра, лучшей управляемости двигателя и лучшей работы, ввиду отсутствия резонансов вала и люфтов редуктора, прямой привод воздействует на срок работы двигателя и расходы, потому что сокращается обслуживание редуктора, снижаются шум и потери. Новая технология значительно улучшает общий КПД буммашины.
Основные преимущества, связанные с прямым приводом:
Снижение расходов проектирования и монтажа ввиду сокращения количества механических частей привода.
Улучшение работы буммашины благодаря синхронному приводу с точным регулированием и без редукторных зазоров.
Более высокая степень эксплуатации буммашины благодаря меньшему количеству механических частей и отсутствию импульсных датчиков.
Снижение эксплуатационных расходов в результате более простой системы с меньшим количеством компонентов.
Снижение расходов энергии благодаря отсутствию потерь по редуктору.
Рис. 3. Одно важное преимущество прямого привода –
он требует меньше пространства на стороне БДМ
Элементы, из которых состоит система прямого привода
Прямой привод PMC800 – это не только двигатель с постоянными магнитами или инвертор со специальным программным обеспечением, а система, которая включает в себя двигатель, привод, управление и проектирование, начиная с расчета размеров всех компонентов до пусконаладочных работ и обучения специалистов пользователя.
Выбор лучших компонентов для каждого отдельного случая и учет диапазона скоростей и требуемой мощности во всех ситуациях – это сложная задача, как и оптимизация системы в целом и поставка запасных частей.
Ряд свойств прямого механического соединения и двигателя с постоянными магнитами необходимо учитывать на стадии проектирования. Для создания надежной и безопасной системы требуется знание конструкции и физики машины, связанные с приводом и двигателем с постоянными магнитами.
Некоторые дополнительные параметры привода необходимо учесть по сравнению с традиционным приводом переменного тока. Следует обратить внимание на прямую цепочку мощности и низкий коэффициент затухания.
Контроль системы PMC800 с помощью инструментов обслуживания
В навигаторе приводной системы (Drive System Navigator) имеется документация системы.
Во многих случаях обслуживания важно получить быструю и точную информация. Например, в следующих часто возникающих ситуациях:
Какие меры безопасности надо соблюдать при производстве обслуживания на буммашине?
Где находить тип инвертора и тип двигателя конкретной приводной секции?
Рекомендуемые интервалы смазки подшипников двигателей?
В навигаторе системы привода используется технология Aspect ObjectsTM фирмы АВВ, которая предоставляет информацию, связанную с объектами секционного привода, как, например, с двигателем, инвертором, приводной секцией и системой управления. Данный инструмент обеспечивает обслуживающему персоналу удобный доступ к информации секционного привода:
Инструкции по безопасности.
Данные инверторов и двигателей.
Инструкции по эксплуатации.
Инструкции по обслуживанию и поиску неисправностей.
Инструкции по монтажу.
Габаритные чертежи.
Чертежи оборудования.
Описание прикладных программ и схем посредством Control Builder.
Параметры привода, регистраторы и контроль через DriveWindow.
Наряду с просматриванием и отображением различной информации, от навигатора приводной системы можно запускать другие наладочные и программные инструменты.
Доступ к параметрам привода для производства обслуживания и настройки
С надлежащей конфигурацией навигационный инструмент со структурной документацией обеспечивает оператору быстрое нахождение нужной информации. Инструмент DriveWindow можно использовать от навигатора приводной системы для дальнейшего получения информации о приводе.
Он предоставляет обслуживающему персоналу возможность посмотреть графические представления текущих данных измерения и управления привода и дает дополнительную информацию для поиска неисправностей и обслуживания.
Анализ состояния системы привода в режиме онлайн для оператора
Надежные отчеты и прогрессивная диагностика – обязательные функции в системе для принятия решения. Анализатор приводной системы для буммашин не только инструмент для сбора информации, трендов и контроля, но и инструмент для сохранения и быстрой обработки данных измерений в режиме онлайн для оптимизации и улучшения работы приводного процесса.
Инструмент допускает подробное слежение состояния привода и всех изменений процесса, которые влияют на работу привода. Данный инструмент для анализа предусмотрен для функций предоставления операторам информации или инструкций о работе системы.
Рис. 4. Анализ приводной системы в режиме онлайн
для обнаружения нежелательных изменений в процессе
Основные особенности анализатора приводной системы:
Отображение большого количества данных измерений с обработкой данных (ЗУПВ)
в режиме онлайн для оператора;
Быстрое обнаружение и отображение неуправляемых изменений в процессе;
Долгосрочные тренды и контроль приводной системы для дальнейшего анализа в режиме оффлайн;
Предопределенные и конфигурируемые рецепты для удобного контроля;
Может быть достигнута более высокая степень эксплуатации машины.
Инструмент не оказывает управляющих воздействий на систему привода, так что его можно безопасно использовать, например, для дистанционного контроля и наблюдения буммашины.
Работа привода бумагоделательной машины
Системы контроля
Традиционные дисплеи для оператора, включая списки аварийных сигналов, графику процесса, кнопки управления и отображение трендов. Для буммашин предусмотрен специфический пакет отображения информации PMC800, который включает в себя следующие графические представления процесса:
Отображение машины со стороны для общего вида и контроля разных секций машины.
Отображение привода для представления каждой единицы привода с конкретными деталями регулирования.
Отображение состояния вводной секции для контроля питания линии.
Отображение уставки диаметра рулона для регулировок после обслуживания или замены вала.
Отображение памяти рецептов для выбора новой установки привода для определенных рецептов продукции.
Отображение анализа обрыва полотна для регистрации деталей привода.
Отображения на пульте управления для производственных и отделочных машин
Графические панели управления G2000 и G2010 обеспечивают эффективный и удобный интерфейс пользователя для приводов бумагоделательных и отделочных машин. Разработанные для тяжелых условий панели G2000 и G2010 можно монтировать в коробке или в пульте около машины.
На панели можно отображать алфавитноцифровую и графическую информацию с быстрым реагированием. G2000 и G2010 поддерживают шрифты пользователей, включая языки с графическими шрифтами, например китайский.
Панель G2000 – компактное и экономное решение для удобного пользования. Предусмотрено управление для всех секций и приводов, включая обработку заданий и тренды. Количество главных секций, управляемых от одной панели – как правило четыре в буммашинах и шесть в ПРС.
Рис. 5. Графическая панель управления G2010
G2010 охватывает свойства панели управления, приближая ее к системе диспетчерского управления. Имеется также визуализация с графическим видом со стороны машины и с трендами.
Разработка системы для привода бумагоделательной машины
Постройка прикладной программы PMC800
Основное требование для эффективного управления приводом бумагоделательной машины – разделение требований обработки данных от различных функций управления и задач процесса. На практике это означает точную иерархию и приоритетность при передаче разных команд управления и защиты.
Первоначальные параметры проектирования интеграции системы включают программные характеристики (свойства управления) и производительность оборудования. С увеличением количества различных задач и скорости выполнения, требования к обработке данных в бумажной промышленности растут. Типичные функции, связанные с управлением привода и двигателя выполняются на плате управления двигателем (RMIO), которая может обрабатывать программные задачи на уровне миллисекунд. На уровне управления приводом и секцией высокоскоростные контроллеры приложения (AC800) выполняют необходимые задачи на уровне, начиная с десятков миллисекунд.
Прикладное программное обеспечение PMC800 охватывает все функции управления для осуществления хорошо координированного регулирования секционного привода и обеспечения оптимальной обработки полотна. Функции управления главными приводами:
Общие управления на уровне машины;
Управления на уровне секции;
Интерфейс с оборудованием оператора;
Логика управления приводом с разными режимами работы;
Быстрая обработка цепочки заданного значения скорости и момента;
Контуры регулирования натяжения полотна;
Связь приводов;
Усовершенствованная индикация и диагностика состояния;
Безопасность и защита привода.
В дополнение к главным функциям управления приводами требуются также специфические свойства управления, которые в основном связаны с характеристиками новых бумагоделательных и отделочных маши, например:
Адаптивный компенсатор нагрузки;
Компенсация натяжения;
Регулирование распределения нагрузки с компенсацией потерь.
Рис. 6. Архитектура прикладного программного обеспечения PMC800
Усовершенствованный комплект инструментов для управления и контроля системы
Инструменты разработки основаны на Windows и удобны в использовании. В виде расширения к стандарту МЭК PMC800 имеет эффективный редактор диаграмм модуля управления для четкого и визуального программирования функциональных блоков.
ABB Control Builder, вместе с библиотеками функциональных блоков и модулей управления PMC800, создают иерархическую структуру для всего системного программного обеспечения. Это позволяет быструю разработку, пусконаладку и настройку конкретного решения привода буммашины.
Ориентированное на объект программирование также допускает модификацию определения объекта информационного или другого типа, с воздействием на несколько объектов одновременно.
Новые функции проектирования для привода бумагоделательной машины
Программное обеспечение управления для PMC800
Решение управления включает в себя обширную библиотеку готовых к пользованию объектов процесса и элементов управления для приводов и других необходимых устройств процесса. Приложения PMC800 основываются на программном обеспечении, специально разработанном для управления приводом буммашины, включая библиотеку специфических функций. Данные элементы создают ядро разработанной фирмой АВВ системы в проектах клиентов для разных процессов производства бумаги. Решение PMC800 также поддерживает разработку определяемых пользователем элементов управления.
Рис. 7. Прикладное программное обеспечение и программирование PMC800
Один из основных элементов – сервер OPC для среды Windows 2000/XP, который обеспечивает доступ промышленного стандарта ко всем необходимым данным управления и контроля производства.
Для выполнения операций/действий возможно определить разные допуски. Допуск определяет уровень разрешения, который пользователю нужен для выполнения операций/действий. Примеры уровней разрешения: читать, конфигурировать и работать. Осуществление изменения диаметра рулона, например, может требовать разрешения "Работать". Разный уровень разрешения может быть предусмотрен для каждого атрибута объекта управления, с распределением прав доступа до определенных операций на объекте.
Возможности связи PMC800
Высокопроизводительное управление и вводы/выводы позволяют интеграцию PMC800 на высоком уровне с устройствами и другими системами. Каждый модуль центрального процессора имеет два порта Ethernet для связи с другими контроллерами и для интерактивной связи с операторами, инженерами и системами более высокого уровня. Ряд модулей связи и ввода/вывода можно добавить к системе PMC800 при необходимости. Например:
Дополнительные порты RS-232-C, допускающие подключение еще большего количества систем и устройств третьей стороны;
Интерфейсы Profibus DP, DP-V1 для подключения местной панели G2000;
Интерфейс приводов ABB для полной интеграции с приводами;
Модули ввода/вывода семейства S800 I/O для прямого ввода/вывода.
Данные опции связи и расширения создают из PMC800 открытое и масштабируемое применение для любого привода буммашины.
Оптическая связь для приводов
Для управления процессом решение привода буммашины необходимо разрабатывать с характеристиками, подходящими для очень требовательного динамического управления.
Основные требования для управления приводной системы:
Быстрая обработка данных в цепочке команд управления,
Высокая мощность передачи данных всей приводной системы,
Надежная связь без помех от окружающих систем.
PMC800 эффективно обменивается информацией с инверторами АВВ посредством модуля CI858 DriveBus. В модуле оптическая связь для приводов с протоколом DDCS. Модуль связи специально разработан для секционных приводов. Протокол обеспечивает быструю и надежную связь между AC800 и промышленными приводами ABB.
Предусмотрена также возможность подключения специальных модулей ввода/вывода, как например, модулей импульсных датчиков и модулей контроля и т. д. к модулю CI858. |
