Инновационные решения в децентрализованном электроприводе.

А.М. Суслов, старший инженер ЗАО "СЕВ-ЕВРОДРАЙФ"

Функциональные модули в производственном оборудовании.
С середины 90-х годов прошлого века децентрализация и децентрализованная приводная техника начинают оказывать заметное влияние на структуру автоматизированного электропривода.
Децентрализация отличается переносом максимального числа компонентов привода на оборудование, последовательным подключением готовых узлов/модулей силовыми и информационными фабрично подготовленными кабелями, снижением затрат на обеспечение электромагнитной совместимости.
В области децентрализованного привода более восьми лет на рынке представлен встраиваемый в клеммную коробку двигателя преобразователь частоты MOVIMOT®, который соответствует требованиям, существующим в автомобильной и пищевой промышленности, а также в отраслях по перемещению грузов.
В настоящее время вводится понятие технологического или функционального модуля, являющегося основой дискретного производственного планирования. При проектировании новых производственных линий оперируют наименьшим элементом, в состав которого входят механический узел, электропривод и система управления. При этом в электропривод интегрируются интеллектуальные функции, которые пользователь может легко адаптировать под свои нужды, изменив параметры и не прибегая к программированию логических контроллеров (ПЛК).
Типичными технологическими модулями являются роликовый конвейер, подъемное устройство, модули EMS (монорельсовая транспортная система), AGV (робокар) и др.
Модульная система построения технологической линии упрощает и удешевляет изменение конфигурации оборудования при модернизации. Выделяют следующие важные свойства функциональных модулей:
• возможность разборки и сборки
любая система разбирается на подсистемы / модули и собирается из них
• понятность
функция каждого модуля должна быть понятна пользователю, ее применение не должно требовать знаний о внутреннем устройстве
• стабильность и защищенность
изменения и неисправности в одном модуле не должны влиять на остальную систему
• идентичность системных ограничений
системные ограничения в механике, питании и управляющей автоматике модуля должны быть идентичны
• стандартная коммуникация между модулями
стандартизованные интерфейсы (например, Ethernet технологии)
• функционально-ориентированный подход
ограничения для модулей соответствуют их функциональности, модуль тестируется и вводится в эксплуатацию независимо от других систем.

Рис.1 Концепция децентрализованной структуры с функциональными модулями

Мехатронная система MOVIGEAR® - новая перспектива управляемого электропривода.
Логическим результатом последних продолжительных разработок и исследований в области децентрализованной техники стала мехатронная приводная система MOVIGEAR®.
MOVIGEAR® состоит из трех узлов, объединенных в один корпус: редуктора, двигателя и преобразователя частоты.
В отличие от стандартной топологии децентрализованной системы, предполагающей подачу силового напряжения, вспомогательного напряжения = 24 В и управляющих сигналов с использованием трех различных кабельных групп, в MOVIGEAR® используется принципиально новая концепция передачи энергии и управляющих сигналов лишь по одному стандартному силовому кабелю. Эта концепция называется Single Line Installation. Разработаны три принципа интеграции MOVIGEAR® в автоматизированную систему управления технологическими линиями:
• MOVIGEAR® SBI (Single Line Basic Installation) - одиночный или групповой привод, простота функций и установки,
• MOVIGEAR® SNI (Single Line Network Installation) - индивидуальное управление с использованием промышленных шин,
• MOVIGEAR® SCI (Single Line Contactless Installation) - индивидуальное управление, бесконтактная передача силового напряжения и управляющих сигналов.
Основным достоинством MOVIGEAR® SBI являются простота интеграции в существующее оборудование и необходимая функциональность.
Рассмотрим основные уникальные характеристики мехатронной системы MOVIGEAR®.

 

Рис.2 Передача энергии и управляющих сигналов по силовому кабелю

Модульность и компактный дизайн
MOVIGEAR® представлен в двух габаритах: MGF.2 (момент на выходе до 200 Нм) и MGF.4 (момент на выходе до 400 Нм).

Рис.3 Два габарита привода MOVIGEAR®

 MOVIGEAR® - привод для навесного монтажа (полый вал со шпонкой или система TorqLOC®) через моментный рычаг или металло-резиновый амортизатор на оборудование.
В каждом габарите уменьшено число передаточных отношений (пять и четыре), но использование встроенной управляющей электроники позволяет получать большое количество выходных скоростей при постоянстве момента.
Привод MOVIGEAR® обладает пусковым моментом в три-четыре раза превышающим длительный момент.

Рис.4 Моментная характеристика привода MOVIGEAR®

Таким образом, можно подобрать оптимально подходящий под нагрузку привод и значительно снизить потребляемую мощность.
MOVIGEAR® имеет компактные размеры и занимает на 20-25% меньше монтажного пространства по сравнению с существующими децентрализованными решениями.
Принимая во внимание компактность и универсальность монтажа (только две монтажные позиции вместо шести) можно сказать, что привод MOVIGEAR® легко вписывается в существующие установки без значительных изменений в конструкции.
MOVIGEAR® - проверенный и готовый к работе модуль, применение которого снижает время ввода в эксплуатацию, а также трудозатраты на локализацию и устранение неисправностей.

Снижение потерь мощности
MOVIGEAR® имеет КПД на 10-25% выше, чем существующие привода, что позволяет снизить потери мощности в среднем на 15-30%.
Этот результат является следствием примененных инновационных решений:
• редуктор с улучшенными характеристиками,
• новая концепция двигателя - КПД достигает класса IEP (Premium),
• новые электронные компоненты и высокоинтеллектуальные режимы управления двигателем.

Малошумность и гигиенический дизайн
При разработке корпуса MOVIGEAR® были приняты во внимание результаты тестов по измерению уровня шума, исходящего от привода. Существующий дизайн корпуса и поверхностей снижает до требуемого минимума все излучения шума.
Крыльчатка двигателя также является источником значительных шумов, поэтому использование в MOVIGEAR® двигателя без вентилятора позволяет существенно снизить уровень шума и вибраций.
Гигиенический дизайн корпуса MOVIGEAR® обеспечивается высокой степенью защиты, гладкой поверхностью, отсутствием крыльчатки охлаждения, применением антикоррозионных обработок и покрытием корпуса специальным составом, предотвращающим прилипание частиц пыли и грязи.
Такой дизайн облегчает очистку поверхностей даже с использованием концентрированных моющих средств, препятствует развитию микробов и бактерий.
Замена управляющей электроники занимает несколько минут и не требует отсоединения силовых проводников. Эти качества делают MOVIGEAR® пригодным к использованию в технологическом оборудовании, установленном в химической и фармацевтической промышленности, на предприятиях по производству напитков и продуктов питания.

Функции MOVIGEAR® SBI:
• вращение направо/налево,
• выбор между низкой и высокой скоростью вращения,
• восемь фиксированных скоростей (четыре пары),
• выбор между двумя темпами разгона и торможения,
• темп быстрой остановки.
Области применения MOVIGEAR® SBI
• замена многоскоростных моторов с соотношением скоростей 1:2, 1:3, 1:4 или 1:6,
• привод с высоким пусковым и опрокидывающим моментом,
• привод с переходом от низкой до высокой скорости вращения,
• привод с мягким и/или определенным поведением при старте,
• групповой привод с реализацией простого синхронного управления.

Рис. 5 Привод MOVIGEAR® SNI
MOVITRANS® - технологический прорыв в передаче энергии.

Известно несколько традиционных способов передачи электроэнергии к движущимся потребителям.
Гибкий кабельный подвод - перемещения на относительно короткие дистанции с небольшими линейными скоростями, необходимо учитывать вес кабелей и их износ, имеется ограничение по использованию при низких температурах.
Токоведущая шина - перемещения на длинные дистанции с небольшими линейными скоростями, характеризуется повышенным износом, высокими затратами на обслуживание, чувствительностью к пыли и грязи, не используется при повышенной влажности.
Компания SEW-EURODRIVE представляет MOVITRANS® - бесконтактную систему передачи энергии от стационарного устройства к одному или нескольким мобильным потребителям. Электромагнитное взаимодействие между устройствами реализуется через воздушный зазор, за счет чего система в целом не подвержена износу и не требует сервисного обслуживания.

Рис.6 Принцип работы MOVITRANS®

Система бесконтактной передачи энергии MOVITRANS® невосприимчива к внешним воздействиям: загрязнения, влажность и температура. В результате независимых измерений было установлено, что величины магнитной индукции в системе MOVITRANS® не превышают ограничений, указанных в нормах BGV B11 "Electromagnetic fields" (06/2001). При использовании плоского модуля съема энергии THM10E значения магнитной индукции уже на расстоянии 200 мм от кабеля значительно ниже нормы. Измерения, сделанные для U-образного модуля съема энергии THM10С, показали, что уже на расстоянии 100 мм от кабеля величина магнитной индукции не превышает нормы.

Рис. 7 Распределение магнитной индукции в системе MOVITRANS®

Отличительные черты MOVITRANS®:
• стандартные модульные компоненты,
• легкое освоение системы, ввод в эксплуатацию и диагностика благодаря унифицированному программному обеспечению MOVITOOLS® TPS SHELL,
• быстрый монтаж системы,
• общий КПД системы MOVITRANS® достигает 80...90%; значения КПД у электромеханических компонентов - электродвигателей и редукторов должны быть как можно выше,
• перемещения мобильного оборудования на длинные дистанции с линейной скоростью более 10 м/с успешно реализуются при использовании системы MOVITRANS®,
• последующее расширение или изменение элементов системы требует минимальных усилий.

    Таблица 1 Сравнение традиционного (контактного) и бесконтактного способов передачи

	Токоведущая шина / Гибкий кабельный подвод	Бесконтактная передача
Принцип действия	прямой контакт через токоприемники и токоведущие шины	индуктивная связь между питающей линией и энергоприемником
Затраты на оборудование	подача питания через шинную систему и токоприемники	подача питания со стационарным преобразователем, питающей линией, энергоприемником и мобильным преобразователем
Окружающая среда и влияние на нее	открытая шинная система, угольная пыль в зоне контакта, необходимы направляющие на переходах	нечувствительность к загрязнению, сырости и температуре, отсутствие узлов с опасным контактным напряжением, отсутствие пыли
Техническое обслуживание	очистка шин, замена щеток	не требуется

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 Технические данные стационарных и мобильных компонентов MOVITRANS®

Стационарные компоненты

TPS питающий модуль, установка в шкафу, IP20 мощность 4 или 16 кВт напряжение 380...500 В ± 10%

TAS преобразующий модуль, установка в шкафу, IP10 мощность 4 или 16 кВт ток 60 или 85 А

TCS компенсирующие конденсаторы, установка в TAS

Мобильные компоненты

TPM преобразующий модуль, IP54 вых. мощность до 3 кВт (2 x THM10E) до 3,2 кВт (4 x THM10С) вых. напряжение 500 В пост.тока доп. вых. напряжение 24 В пост.тока, 2 А

THM10E плоский модуль съема энергии, IP65 мощность 1,5 кВт

THM10C U-образный модуль съема энергии, IP65 мощность 0,8 кВт (в пике 0,9 кВт)

Кабели

Гибридный кабель для подсоединения к TPM

TLS специальный кабель для прокладки трасс, ток 60 или 85 А, сечение 8...42 кв.мм