Przetwornica częstotliwości: Instalacja w szafie sterowniczej czy zdecentralizowana w miejscu eksploatacji?
Przetwornice częstotliwości umożliwiają elastyczną regulację prędkości obrotowej i dlatego są niezbędnym elementem zautomatyzowanych rozwiązań produkcyjnych. Przetwornice częstotliwości mogą być instalowane zarówno w szafie sterowniczej, jak i bezpośrednio na silniku lub w jego pobliżu. Jaka jest różnica między obiema strategiami? Jakie są zalety decentralizacji? Jaka koncepcja napędu jest odpowiednia dla danego zastosowania? Odpowiedzi, rozwiązania i perspektywy.
Jedna uwaga na samym początku: Zwykle nie ma jednego właściwego rozwiązania – zbyt wiele czynników odgrywa rolę w wyborze koncepcji napędu. Instalacja w szafie sterowniczej, wersja zdecentralizowana w miejscu eksploatacji czy połączenie obu rozwiązań? Każda strategia ma swoje zalety i wady. Dlatego w wielu przypadkach jest to kwestia rozważenia, gdzie umieścić przetwornice częstotliwości. Oczywiście istnieje wiele różnych kryteriów, które mogą pomóc w procesie podejmowania decyzji. W tym wpisie na blogu przedstawimy szereg różnych opcji i pokażemy, co należy uwzględniać, gdy chodzi o przetwornice częstotliwości. Nasi eksperci w dziedzinie elektroniki napędowej chętnie pomogą w dowolnym momencie. Skontaktuj się z nami!
Gdzie umieścić przetwornicę częstotliwości?
Zazwyczaj istnieją różnice między zdecentralizowanymi przetwornicami częstotliwości i przetwornicami w szafie sterowniczej ze względu na wyposażenie, działanie i wydajność. Podczas gdy urządzenia w szafie sterowniczej oferują pełen zakres funkcji, to przetwornice zdecentralizowane są często prostszymi, okrojonymi wersjami o mniejszym zakresie funkcji. NORD DRIVESYSTEMS przyjmuje inne podejście. W przeciwieństwie do powszechnej praktyki rynkowej firma specjalizująca się w napędach z północnych Niemiec stosuje taką samą koncepcję platformy dla urządzeń w szafach sterowniczych i rozwiązań zdecentralizowanych. W rezultacie przetwornice mają taką samą wydajność i zakres funkcji niezależnie od miejsca instalacji.
Jednak zakres mocy przetwornicy częstotliwości nie jest jedynym kryterium decyzyjnym za lub przeciw instalacji w szafie sterowniczej. Takie aspekty jak struktura instalacji, środowisko instalacji, wymagania dotyczące efektywności, wymagania konserwacyjne i możliwości dopasowania również mają znaczenie i powinny być uwzględnione w rozważaniach. Często decyzja jest podyktowana kosztami. Jednak ostatecznie to wymagania aplikacji powinny zawsze determinować koncepcję napędu.
Ważne czynniki przy wyborze przetwornicy częstotliwości:
- Zastosowanie
- Branża
- Struktura instalacji
- Moce silników
- Zakres funkcji
- Warunki otoczenia
- Koszty konserwacji
- Elastyczność
Wersja klasyczna: Przetwornica w szafie sterowniczej
Tradycyjnie wszystkie elektryczne i elektroniczne komponenty systemu, a więc także przetwornice częstotliwości, są umieszczone w szafie sterowniczej. Chroni to zarówno wrażliwą elektronikę znajdującą się wewnątrz, jak i zewnętrzne środowisko produkcyjne. Zanieczyszczenia, pył, ciepło, wilgoć i wpływy elektromagnetyczne nie mogą przeniknąć, a emisje elektromagnetyczne, niebezpieczne napięcia lub potencjalne pożary nie mogą wydostać się na zewnątrz.
Ogólnie rzecz biorąc, elektronika napędowa znajduje się w szafie sterowniczej w 80% wszystkich zastosowań. Taka architektura sterowania dominuje przede wszystkim w budowie maszyn. W większości przypadków przestrzenne oddzielenie silnika i techniki sterowania ma podłoże historyczne, ale w niektórych zastosowaniach jest również korzystne, zwłaszcza w przypadku dużej mocy i ekstremalnych warunków otoczenia. Chociaż zdecentralizowane systemy napędowe są typowe dla obszarów zagrożonych wybuchem strefy 22 (wybuchowe pyły), to z drugiej strony wybuchowe gazy, mgły i pary wymagają tak zaawansowanych środków ochronnych, że decentralizacja jest wprawdzie technicznie możliwa, ale byłaby ekonomicznie nieopłacalna. Obszary wrażliwe, takie jak przemysł przetwórczy, branża chemiczna i lakierowanie, w większości przypadków wykorzystują instalację w szafie sterowniczej. W niektórych zastosowaniach może również istnieć potrzeba centralnego dostępu do przetwornic częstotliwości.
W przypadku poniższych wymagań instalacja w szafie sterowniczej jest sensowna:
- Duże moce
- Ekstremalne warunki otoczenia, takie jak wybuchowe gazy, mgły i pary
- Wysokie wymagania higieniczne
- Konieczny centralny dostęp do przetwornicy częstotliwości
Przyszłość należy do zdecentralizowanych przetwornic częstotliwości
W wielu miejscach szafa sterownicza jest nadal uważana za idealne miejsce do umieszczenia przetwornic częstotliwości, ale nie ma pewności, czy tak pozostanie w przyszłości. W związku z zaobserwowaniem rosnącego znaczenia koncepcji systemowej popularne stają się zdecentralizowane koncepcje automatyzacji. Wszędzie tam, gdzie to możliwe, użytkownicy sięgają po rozwiązania rozproszone w miejscu eksploatacji ze względu na zmianę w kierunku modułowych instalacji produkcyjnych i rosnące zapotrzebowanie na kompaktowe, łatwe w serwisowaniu i ekonomiczne napędy. Europa jest liderem, ale USA i Azja również podążają za tym trendem. Przede wszystkim takie branże jak intralogistyka, technika transportu, przemysł spożywczy, technika lotniskowa i przemysł opakowań coraz częściej polegają na zdecentralizowanych koncepcjach z przetwornicami częstotliwości montowanymi na silniku lub w jego pobliżu. Nie jest to zaskakujące, ponieważ specyficzne zalety zdecentralizowanej techniki napędowej są szczególnie widoczne w rozległych systemach, a także w systemach modułowych i mobilnych.
Dzięki decentralizacji zadania napędowe są rozdzielane na poszczególne, inteligentne komponenty w miejscu eksploatacji. Są one instalowane tam, gdzie są potrzebne, tzn. na silniku lub w jego pobliżu. Decentralizacja techniki napędowej ma miejsce głównie w zakresie małych i średnich mocy i umożliwia projektowanie systemu, składającego się z niezależnych wysp produkcyjnych, które w dużej mierze samodzielnie regulują własne procesy. Odciąża to nadrzędny system sterowania i zmniejsza złożoność systemu. Dla użytkownika oznacza to szybsze uruchomienie oraz uproszczone procesy konserwacji i utrzymania. Dzięki modułowej koncepcji system pozostaje tak elastyczny, jak to tylko możliwe, ponieważ zmiany w architekturze systemu są możliwe w dowolnym momencie bez większych zmian strukturalnych. W rezultacie oznacza to niższe koszty i większą efektywność.
Zalety decentralizacji
Zdecentralizowana koncepcja automatyzacji sprawia, że budowa szaf sterowniczych jest tańsza i mniej skomplikowana. Gdy przetwornice częstotliwości są instalowane bezpośrednio w miejscu eksploatacji, w szafie sterowniczej potrzeba mniej miejsca. Oznacza to, że szafa sterownicza może być mniejsza lub, w niektórych przypadkach, nawet całkowicie niepotrzebna. Ponieważ przetwornica częstotliwości nie jest już dodatkowym źródłem ciepła w szafie sterowniczej, zmniejszają się również koszty klimatyzacji. To z kolei ma pozytywny wpływ na bilans energetyczny.
Ponadto dzięki przestrzennej bliskości silnika i przetwornicy częstotliwości zarówno koszty okablowania, jak i okablowanie między szafą i napędem w miejscu eksploatacji są zredukowane do minimum. Zaletą zdecentralizowanych rozwiązań jest to, że są często wykonane jako wtykowe. To dodatkowo upraszcza instalację. Nie są potrzebne żadne kable lub tylko bardzo krótkie, które dzięki optymalnym właściwościom EMC przetwornic częstotliwości montowanych na silnikach niekoniecznie muszą być ekranowane. Chociaż nie można obejść się bez ekranowanych kabli podczas instalacji w pobliżu silnika, mogą być one bardzo krótkie i dlatego jest to rozwiązanie opłacalne. Ponieważ przetwornice częstotliwości są montowane bezpośrednio na silniku lub w jego pobliżu, możliwe jest również uruchomienie w pobliżu silnika. Ponieważ przyłącza zasilania i systemu magistralowego są zwykle wtykowe i przekazują niezmieniony sygnał, instalację można przeprowadzić szybko i łatwo w przeciwieństwie do okablowania dwupunktowego w kształcie gwiazdy w szafie sterowniczej. Zmniejsza to koszty.
Zalety zdecentralizowanej przetwornicy częstotliwości
- Szafa sterownicza może być mniejsza
- Minimalne koszty okablowania
- Łatwa konserwacja
- Szybkie uruchomienie dzięki wstępnej konfiguracji w zakładzie
- Zmiany i rozszerzenia projektu systemu możliwe w dowolnym momencie
- Mniejsze koszty projektowania systemu
- Redukcja złożoności systemu
- Zwiększenie efektywności całego systemu napędowego
- Możliwość integracji ze wszystkimi architekturami automatyzacji
Pionier innowacyjnej techniki przetwornic
Od ponad 40 lat firma NORD DRIVESYSTEMS opracowuje i produkuje elektroniczną technikę napędową, co czyni ją jednym z pionierów innowacyjnej techniki przetwornic. Asortyment obejmuje rozruszniki silników, przetwornice częstotliwości i zdecentralizowaną elektronikę napędową, jak np. przetwornice częstotliwości o mocy do 22 kW i rozruszniki silników o mocy do 7,5 kW, a także przetwornice częstotliwości do instalacji w szafach sterowniczych o mocy do 160 kW i odznacza się przede wszystkim skalowalnymi funkcjami, wysoką jakością regulacji oraz prostą instalacją i obsługą. Różne klasy mocy, możliwości montażu i moduły komunikacyjne gwarantują integrację ze wszystkimi architekturami sterowania.
NORD produkuje wszystkie przetwornice częstotliwości we własnym zakładzie w miejscowości Aurich (Dolna Saksonia) we Fryzji Wschodniej. Zautomatyzowana i elastyczna struktura produkcji jest technicznie najnowocześniejsza i umożliwia realizację zamówień o każdej wielkości. Dzięki elastycznej produkcji możliwe są nawet partie o małej wielkości. W 2022 roku hale fabryczne opuściło 185 000 urządzeń, a tendencja jest rosnąca. Przede wszystkim wzrosło zapotrzebowanie na elektronikę napędową skonfigurowaną do indywidualnych potrzeb klienta. Aby optymalnie sprostać rosnącemu popytowi, firma NORD zainwestowała w zakład w zeszłym roku 2,5 miliona oraz zwiększyła powierzchnię produkcyjną do 7000 m2 i zdolność produkcyjną do 400 000 urządzeń.
Przetwornice częstotliwości firmy NORD: skalowalne, wydajne, zorientowane na przyszłość
Niezależnie od tego, czy chodzi o przetwornicę częstotliwości do instalacji w szafie sterowniczej, czy o wersję zdecentralizowaną do stosowania w miejscu eksploatacji, dzięki rodzinie produktów NORDAC firma NORD DRIVESYSTEMS oferuje elektroniczną technikę napędową do niemal każdego zastosowania. Kompatybilność całej rodziny produktów zapewnia porównywalny zakres funkcji, jednolitą obsługę i wspólne opcje dla wszystkich przetwornic częstotliwości NORD. Urządzenia są skalowalne pod względem funkcji i wyposażenia, dzięki czemu można je elastycznie dostosować do każdego zastosowania. Można je szybko zainstalować, łatwo obsługiwać i są kompatybilne ze wszystkimi dostępnymi na rynku systemami magistralowymi i sterownikami. Przydatne cechy, takie jak funkcjonalność PLC dla funkcji związanych z napędem, funkcja oszczędzania energii dla zakresu obciążenia częściowego, sterowanie pozycjonowaniem POSICON, zintegrowany czoper hamowania do pracy 4-kwadrantowej, bezpieczeństwo funkcjonalne z STO i SS1 oraz Profisafe również do zadań bezpieczeństwa funkcjonalnego związanych z ruchem gwarantują duże korzyści. Przetwornice częstotliwości pracują w pętli otwartej lub zamkniętej i są przeznaczone do pracy z silnikami asynchronicznymi i synchronicznymi. Precyzyjne sterowanie wektorem prądu pozwala osiągnąć optymalny moment obrotowy w szerokim zakresie obciążeń i prędkości obrotowych. Ponadto mogą one przejmować wiele funkcji, a także sterować nimi samodzielnie, umożliwiając motoreduktorowi wykonywanie np. funkcji mechanizmu podnoszenia, zadań pozycjonowania, sterowania procesami, piłami latającymi i synchronizacji z innymi silnikami. Modułowa zasada konstrukcja sprawia, że wiele rozszerzeń i opcji jest dostępnych dzięki technologii Plug and Play. NORD oferuje innowacyjne rozwiązania dla środowisk Ex z ATEX 3D.
Przetwornice częstotliwości firmy NORD dysponują funkcją monitorowania stanu dla systemów konserwacji predykcyjnej i są dobrze wyposażone do pracy w standardzie IIoT i Przemysł 4.0. Zintegrowany sterownik PLC może przetwarzać dane z podłączonych czujników i aktuatorów, inicjować sterowanie procesami i komunikować się z innymi komponentami systemu. Okresowe lub ciągłe rejestrowanie danych dotyczących napędu i stanu pozwala na wczesne wykrywanie i unikanie niedopuszczalnych stanów roboczych. W ten sposób można znacznie ograniczyć nieplanowane przestoje, a konserwacja zależna od stanu (konserwacja predykcyjna) zastępuje konserwację zależną od czasu. Przestoje maszyn i systemu można zaplanować.
Przetwornice częstotliwości do każdego zadania napędowego:
- Zintegrowany sterownik PLC
- Moduł pozycjonowania POSICON
- Funkcja mechanizmu podnoszenia
- Wbudowany czoper hamowania i rezystor hamowania
- Praca w pętli zamkniętej z enkoderem przyrostowym i/lub enkoderem absolutnym
- Bezpieczeństwo funkcjonalne
- Funkcja oszczędzania energii dla częściowego zakresu obciążenia
- Obsługa wszystkich popularnych dialektów magistrali polowej i Ethernetu
- Eksploatacja silników synchronicznych i asynchronicznych
- Stopień ochrony IP55 / IP66
- Wszystkie istotne międzynarodowe certyfikaty do użytku na całym świecie
Zdecentralizowane przetwornice częstotliwości w połączeniu z przetwornicami do instalacji w szafie sterowniczej
Przetwornica do instalacji w szafie sterowniczej czy zdecentralizowana przetwornica częstotliwości? Pytanie sugeruje, że są to dwie przeciwstawne strategie, które kategorycznie się wykluczają. W żadnym wypadku tak nie jest. Wręcz przeciwnie. Połączenie obu koncepcji napędów jest w wielu przypadkach rozsądnym rozwiązaniem. Instalacje napełniające w przemyśle napojów są dobrym przykładem takich mieszanych koncepcji, tzn. współistnienia szafy sterowniczej i techniki zdecentralizowanej. Tam, gdzie praca odbywa się bezpośrednio z produktem i muszą być spełnione odpowiednie standardy higieny, może być zalecane rozwiązanie z szafą sterowniczą. Jednak w przypadku przenośników taśmowych między poszczególnymi stacjami lepszym wyborem są zazwyczaj rozwiązania zdecentralizowane. Dzięki koncepcji platformy firma NORD DRIVESYSTEMS jest w stanie zapewnić również dla tych wymagań odpowiednie rozwiązania napędowe z kombinacją szafy sterowniczej i zdecentralizowanych przetwornic częstotliwości. Nie ma różnic między przetwornicami do instalacji w szafie sterowniczej i zdecentralizowanymi urządzeniami w miejscu eksploatacji pod względem wydajności, komunikacji, obsługi i parametryzacji.
