การทดสอบการใช้งานมอเตอร์อุตสาหกรรมที่คล่องตัวและง่ายดายสามารถยกระดับความยั่งยืนและประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างไร

กระบวนการที่คล่องตัวเป็นจุดเด่นของโรงงานอุตสาหกรรม 4.0 และการดำเนินงานด้านลอจิสติกส์ มีการใช้งานที่หลากหลายที่ต้องใช้มอเตอร์และไดรฟ์ปรับความเร็วรอบ (VSD) ที่มีพิกัด 0.12 กิโลวัตต์ (kW) ถึง 30 kW (0.16 แรงม้า (hp) ถึง 40 แรงม้า)

VSD สำหรับการใช้งานเหล่านี้ต้องติดตั้งง่ายและได้รับการจัดอันดับสำหรับการใช้งานตั้งแต่ -10°C ถึง +60°C ไดรฟ์ขนาดใหญ่ควรมีตัวสับเบรกในตัว และการใช้งานบางอย่างจำเป็นต้องสอดคล้องกับมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMC) หมวดหมู่ C1 ของ EN 61800-3 VSD ต้องใช้งานง่าย ทำงานในช่วงแรงดันไฟฟ้าหลักที่กว้าง และปรับให้เข้ากับแรงดันไฟฟ้าหลักที่ไม่เสถียรโดยอัตโนมัติ เพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานจะไม่หยุดชะงัก

มีการใช้งานจำนวนมากทำให้ลำดับการเคลื่อนไหวอย่างง่ายเป็นแบบอัตโนมัติ และไม่ต้องใช้ตัวควบคุมลอจิกแบบตั้งโปรแกรมได้ แต่สามารถใช้งานได้โดยใช้มาโครที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าหรืออุปกรณ์อย่างง่าย เช่น ตัวโหลดพารามิเตอร์ แผงตัวดำเนินการพื้นฐาน (BOP) หรือโมดูลการเข้าถึงอัจฉริยะ

สุดท้ายนี้ VSD เหล่านี้จำเป็นต้องประหยัดในการใช้งานและมีฟังก์ชันประหยัดพลังงานในตัว เช่น การลดฟลักซ์อัตโนมัติภายใต้สภาวะการทำงานที่กำหนดไว้ ตลอดจนความสามารถในการตรวจสอบและแสดงการใช้พลังงานแบบเรียลไทม์

บทความนี้เริ่มต้นด้วยภาพรวมของ SINAMICS V20 ตระกูล VSD จาก Siemens และคุณสมบัติที่ช่วยให้พวกเขาเพิ่มความยั่งยืนและประสิทธิภาพการทำงาน จากนั้นจะเจาะลึกว่ามาโครและอุปกรณ์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า เช่น ตัวโหลดพารามิเตอร์ BOP หรือโมดูลการเข้าถึงอัจฉริยะ สามารถรองรับการทดสอบการทำงานที่คล่องตัว การทำงานที่มีประสิทธิภาพ และการบำรุงรักษาอย่างต่อเนื่องได้อย่างไร

ไดรฟ์ SINAMICS V20 สามารถใช้งานได้นอกกรอบโดยไม่ต้องเพิ่มโมดูลหรือตัวควบคุมภายนอก BOP แบบรวมรองรับการทดสอบการใช้งานที่ไซต์งาน นอกจากนี้ อินเทอร์เฟซอนุกรมสากลยังสามารถใช้เพื่อเชื่อมต่อกับตัวควบคุมลอจิกโปรแกรมได้ (PLC) SIMATIC ของ Siemens สำหรับการทำงานที่ซับซ้อน อินเทอร์เฟซ Modbus สามารถเชื่อมต่อกับ PLC ของบริษัทอื่นและอุปกรณ์อื่น ๆ ได้

สำหรับหน่วยที่มีพิกัดกำลังมากกว่า 10 แรงม้า สามารถเชื่อมต่อตัวต้านทานเบรกเข้ากับตัวสับเบรกได้โดยตรง และบางรุ่นสอดคล้องกับหมวด EMC C1 ของ EN 61800‑3 ไดรฟ์ SINAMICS V20 ได้รับการระบุไว้สำหรับการใช้งานตั้งแต่ -10°C ถึง +60°C และมีจำหน่ายในระดับกำลังตั้งแต่ 0.12 kW ถึง 30 kW ตัวอย่าง ได้แก่ (รูปที่ 1):

• รุ่น 6SL32105BB175UV1 0.75 kW ทำงานจาก 230 V_AC พลังงานเฟสเดียว
• รุ่น 6SL32105BB230UV1 3 kW ยังทำงานจาก 230 V_AC พลังงานเฟสเดียว
• รุ่น 6SL32105BE322CV0 22 kW ทำงานจาก 400 V_AC ไฟสามเฟส

รูปที่ 1: ตัวอย่างของไดรฟ์ SINAMICS V20, 0.75 kW (ซ้าย) และ 22 kW (ขวา) (ไม่ปรับขนาด) (แหล่งที่มาภาพ: DigiKey)

โหมดการควบคุมแบบรวมในไดรฟ์ SINAMICS ประกอบด้วยสเกลาร์โวลต์ต่อเฮิรตซ์ (V/f), หลายจุด V/f ที่ตั้งโปรแกรมได้, V²/f ที่ปรับฟลักซ์โดยอัตโนมัติเพื่อประหยัดพลังงาน และการควบคุมกระแสฟลักซ์ (FCC) ที่ปรับเอาต์พุตของไดรฟ์โดยอัตโนมัติ เพื่อโหลด

โหมดวิ่งต่อเนื่องจะปรับโดยอัตโนมัติเพื่อชดเชยกำลังไฟหลักที่ไม่เสถียร (รูปที่ 2) ในโหมดนี้ ความผันผวนของแรงดันไฟฟ้าในสายจะได้รับการชดเชยภายใน ความเร็วมอเตอร์จะลดลงโดยอัตโนมัติเพื่อป้องกันการปิดเครื่องโดยไม่ได้กำหนดเวลา และข้อความแสดงข้อผิดพลาดจะถูกส่งหากจำเป็น สิ่งนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานระบบอัตโนมัติในอาคาร เช่น ปั๊มและพัดลมในโรงงานแปรรูปน้ำหรือน้ำเสีย และระบบทำความร้อนและระบายอากาศ (HVAC)

รูปที่ 2: SINAMICS V20 โหมด Keep Running รองรับการทำงานของมอเตอร์อย่างต่อเนื่อง แม้ในกรณีที่เกิดการรบกวนจากแหล่งจ่ายไฟหลัก (แหล่งที่มาภาพ: Siemens)

เพิ่มประสิทธิภาพสูงสุด

ประสิทธิภาพสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการปรับความเร็วมอเตอร์ให้เหมาะสมกับกระบวนการปัจจุบัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ตัวอย่างเช่น ในกรณีของเครื่องจักรเทอร์โบ เช่น ปั๊ม การทำงานที่ความเร็วแปรผันสามารถประหยัดพลังงานได้มากถึง 60% เมื่อเทียบกับการทำงานที่ความเร็วคงที่

ไดรฟ์ SINAMICS V20 มีโหมดควบคุมเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพลังงาน (ECO) ในตัวเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ ในโหมด ECO ฟลักซ์ของมอเตอร์จะถูกปรับให้เข้ากับจุดการทำงานที่เหมาะสมที่สุดโดยอัตโนมัติ

ไดรฟ์เหล่านี้สามารถตั้งค่าเป็นโหมดไฮเบอร์เนต ซึ่งจะปิดมอเตอร์ในขณะที่ยังคงสถานะปัจจุบันของไดรฟ์ไว้ โหมดไฮเบอร์เนตจะช่วยลดการใช้พลังงานลงอย่างมาก ขณะเดียวกันก็รักษาไดรฟ์ให้อยู่ในสถานะพร้อมที่จะรีสตาร์ทตามความจำเป็นทันที

การใช้ฟังก์ชันการเรียงซ้อนและการปรับสมดุลพลังงานด้านล่างสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานเพิ่มเติมได้:

การเรียงซ้อนสามารถใช้กับปั๊มกำลังสูง พัดลม และคอมเพรสเซอร์ที่ใช้มอเตอร์หลายตัว การเชื่อมต่อเฟสและการตัดการเชื่อมต่อโดยใช้การเรียงซ้อนพลังงานที่ควบคุมบางส่วนหรือทั้งหมดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของระบบโดยรวมได้โดยไม่สูญเสียประสิทธิภาพ

การปรับสมดุลพลังงานโดยใช้ไดรฟ์คู่ช่วยให้สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานผ่านจุดเชื่อมต่อ DC ทั่วไป การแลกเปลี่ยนพลังงานโดยตรงระหว่างอินเวอร์เตอร์สามารถลดการสูญเสียพลังงานโดยรวมของระบบและปรับปรุงประสิทธิภาพได้

BOP บนไดรฟ์ SINAMICS สามารถแสดงการใช้พลังงานแบบเรียลไทม์ ตัวนับการประหยัดพลังงานสามารถคำนวณการใช้พลังงานระหว่างการทำงานของเครื่องจักรเมื่อเทียบกับการทำงานที่ความเร็วคงที่ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานปรับแต่งกระบวนการและปรับปรุงการประหยัดและความยั่งยืนให้ดียิ่งขึ้น

ยกระดับความยั่งยืน

ซีเมนส์ได้เผยแพร่ SINAMICS V20 คำประกาศเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์ด้านสิ่งแวดล้อม (EPD) รวมถึงการประเมินผลกระทบต่อวงจรชีวิต (LCIA) ตามมาตรฐานสากล (ISO) 14021, ฉลากและคำประกาศด้านสิ่งแวดล้อม - คำกล่าวอ้างด้านสิ่งแวดล้อมที่ประกาศด้วยตนเอง - การติดฉลากสิ่งแวดล้อมประเภท II

LCIA นี้อิงตามรุ่น 6SL3210-5BE21-5UV0 แหล่งจ่ายไฟหลัก 1.5 kW และ 3 เฟส 380 V_AC ถึง 480 V_AC โดยพิจารณาถึงผลกระทบของการผลิต การจัดจำหน่าย การดำเนินงาน การเลิกใช้งานเมื่อหมดอายุการใช้งาน และการกำจัดและการรีไซเคิลไดรฟ์ SINAMICS V20 ผลกระทบที่สำคัญที่สุดมาจากการทำงานตลอดอายุการใช้งานโดยประมาณ 15 ปีของไดรฟ์ การวิเคราะห์อ้างอิงจากชั่วโมงการทำงาน 5,000 ชั่วโมงต่อปีและจุดปฏิบัติการ (OP) สามจุด:

• OP1: 20% ของเวลาที่ความเร็ว 100% และแรงบิด 100%
• OP2: 70% ของเวลาที่ความเร็ว 50% และแรงบิด 25%
• OP3: 10% ของเวลาที่ความเร็ว 20% และแรงบิด 25%

การดำเนินงานของไดรฟ์นั้นคาดว่าจะผลิตได้ 1,059.13 กิโลกรัม CO₂ เทียบเท่าในช่วง 15 ปี ในขณะที่การผลิตผลิตได้เพียง 40.6 กิโลกรัม CO₂ เทียบเท่า และการรื้อถอน การกำจัด และการรีไซเคิลได้รับการยกย่องสำหรับการนำการปล่อยก๊าซเรือนกระจกบางส่วนกลับมาซึ่งเทียบเท่ากับ -3.6 กิโลกรัม CO₂

ในการดำเนินงานของอุตสาหกรรม 4.0 การทดสอบการใช้งานที่รวดเร็วและยืดหยุ่นสามารถเป็นส่วนสำคัญในการประหยัดพลังงานและความยั่งยืนสูงสุด ผู้ใช้มีทางเลือกมากมายในการเร่งการทดสอบการใช้งานไดรฟ์ SINAMICS V20 เพื่อรองรับการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว

การมอบหมาย Agile ด้วยมาโคร

ฟังก์ชันการทดสอบการทำงานอย่างรวดเร็วจะเปลี่ยนชุดพารามิเตอร์สี่ชุดพร้อมกัน รวมถึงข้อมูลมอเตอร์ มาโครการเชื่อมต่อ มาโครแอปพลิเคชัน และพารามิเตอร์ที่สำคัญ ข้อมูลมอเตอร์เริ่มต้นด้วยการเลือกพารามิเตอร์ของยุโรปหรืออเมริกาเหนือ (เช่น kW เทียบกับ hp) แรงดันไฟฟ้า กระแสไฟฟ้า กำลัง ความถี่ ประสิทธิภาพ ฯลฯ

มาโครการเชื่อมต่อและแอปพลิเคชันเป็นส่วนสำคัญอย่างยิ่งของการทดสอบการใช้งานแบบ Agile:

• มาโครการเชื่อมต่อประกอบด้วยการระบุ BOP เป็นแหล่งควบคุมเดียวหรือการเปิดใช้งานการควบคุมจากเทอร์มินัล PNP/NPN, ความเร็วคงที่, อินพุตแบบอะนาล็อก, ความถี่คงที่, การควบคุมปุ่มกดภายนอก, ปุ่มกดภายนอกพร้อมเซ็ตพอยต์แบบอะนาล็อก, การควบคุม PID พร้อมการอ้างอิงอินพุตแบบอะนาล็อก, PID ควบคุมด้วยการอ้างอิงค่าคงที่ การควบคุม USS และการควบคุม MODBUS RTU
• ตัวเลือกการใช้งานระดับมหภาค ได้แก่ ปั๊มธรรมดา พัดลม คอมเพรสเซอร์ และสายพานลำเลียง ตัวอย่างเช่น พารามิเตอร์ที่รวมอยู่ในมาโครปั๊มอย่างง่าย ได้แก่ ความถี่ต่ำสุด โหมดควบคุม จุดกำหนดความถี่ยับยั้ง การรีสตาร์ทอัตโนมัติ และเวลาเปลี่ยนความเร็ว

พารามิเตอร์แต่ละตัว เช่น จุดกำหนดความถี่ ความถี่ต่ำสุดและสูงสุด และเวลาเปลี่ยนความเร็วขึ้นและลง สามารถปรับแต่งได้ในระหว่างการทดสอบการใช้งานอย่างรวดเร็ว นอกเหนือจากการเร่งการทดสอบการใช้งานแล้ว การใช้ฟังก์ชันการทดสอบการใช้งานด่วนที่ผสานรวมไว้สามารถขจัดข้อผิดพลาดจากการตั้งค่าพารามิเตอร์ที่ไม่ถูกต้อง ส่งผลให้เวลาในการปรับใช้สั้นลงอีก

การโคลนพารามิเตอร์ไปยังหลาย ๆ ไดรฟ์

เมื่อตั้งค่าพารามิเตอร์เสร็จสิ้นแล้ว ตัวโหลดพารามิเตอร์ สามารถอัพโหลดและดาวน์โหลดชุดพารามิเตอร์ระหว่าง V20 และการ์ด SD ตัวโหลดพารามิเตอร์และการ์ด SD สามารถใช้สำหรับการโคลนชุดพารามิเตอร์ในไดรฟ์หลายตัว สามารถดาวน์โหลดพารามิเตอร์ลงในไดรฟ์ได้ก่อนที่ไดรฟ์จะถูกส่งไปยังโรงงาน ซึ่งจะช่วยเร่งกระบวนการทดสอบการใช้งานโดยรวม และลดความจำเป็นในการสนับสนุนทางเทคนิค

นอกเหนือจากช่องเสียบการ์ด SD แล้ว ตัวโหลดพารามิเตอร์ V20 ยังมีพื้นที่สำหรับแบตเตอรี่หลักขนาด AA สองก้อนที่สามารถจ่ายไฟให้กับไดรฟ์ในระหว่างการดาวน์โหลดพารามิเตอร์โดยไม่ต้องเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลัก ตัวโหลดพารามิเตอร์ V20 ยังมีอินเทอร์เฟซ Micro USB ที่สามารถเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟภายนอก 5 V_DC แหล่งจ่ายไฟทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่หลัก (รูปที่ 3)

รูปที่ 3: ตัวโหลดพารามิเตอร์เสริมสามารถใช้เพื่ออัปโหลดหรือดาวน์โหลดพารามิเตอร์ไดรฟ์ V20 ไปยังการ์ด SD และช่วยให้สามารถคัดลอกพารามิเตอร์ไปยังหลายไดรฟ์ได้อย่างรวดเร็ว (แหล่งที่มาภาพ: Siemens)

BOP ภายนอก

สามารถใช้ BOP ภายนอกที่เป็นอุปกรณ์เสริมสำหรับการควบคุมระยะไกลของอินเวอร์เตอร์ V20 BOP ภายนอก ได้รับการออกแบบให้ติดตั้งที่ด้านนอกของตู้อุปกรณ์และเชื่อมต่อกับโมดูลอินเทอร์เฟซ ที่แนบมากับไดรฟ์ BOP ภายนอกและโมดูลอินเทอร์เฟซรองรับการเชื่อมต่อ RS232 และสามารถเชื่อมต่อได้โดยใช้สายเคเบิลยาวสูงสุด 3 ม.

ด้วยการติดตั้งที่เหมาะสม BOP ภายนอกสามารถจัดระดับการป้องกัน IP54 และ UL/cUL ประเภท 1 ได้ ซึ่งให้การปกป้องบุคลากรจากการเข้าถึงแรงดันไฟฟ้าที่เป็นอันตราย และการป้องกันจากสิ่งแปลกปลอมที่เป็นของแข็ง เช่น สิ่งสกปรกและฝุ่นสำหรับไดรฟ์ V20 BOP ภายนอกจำลองอินเทอร์เฟซ BOP แบบรวมบน V20 (รูปที่ 4)

รูปที่ 4: BOP ภายนอกสามารถควบคุมไดรฟ์ V20 ได้ไกลถึง 3 เมตรและอยู่นอกตู้ควบคุม (แหล่งที่มาภาพ: Siemens)

การควบคุมแบบไร้สาย

เพื่อให้บรรลุถึงความยืดหยุ่นสูงสุดในการทดสอบการใช้งาน ผู้ใช้สามารถหันมาใช้ SINAMICS V20Smart Access โมดูล (รูปที่ 5) โมดูล Smart Access เชื่อมต่อโดยตรงกับด้านหน้าของ V20 และเป็นโมดูลเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่มีการเชื่อมต่อ Wi-Fi ในตัว รองรับการทดสอบการใช้งานบนเว็บและการตรวจสอบไดรฟ์ V20 จากอุปกรณ์ผู้ใช้ เช่น คอมพิวเตอร์แล็ปท็อปที่มีอะแดปเตอร์เครือข่ายไร้สาย แท็บเล็ต หรือสมาร์ทโฟน สามารถใช้ได้กับระบบปฏิบัติการและเว็บเบราว์เซอร์ที่รองรับ HTML5 เช่น Chrome, Internet Explorer (IE) และ Safari

รูปที่ 5: โมดูล Smart Access นี้ให้การเชื่อมต่อ Wi-Fi สำหรับการทดสอบการใช้งาน การควบคุม การตรวจสอบ และการวินิจฉัยไดรฟ์ V20 (แหล่งที่มาภาพ: DigiKey)

SINAMICS V20 Smart Access ช่วยให้เข้าถึงไดรฟ์ได้ง่าย แม้ในพื้นที่ที่เข้าถึงยาก ส่วนต่อประสานกราฟิกกับผู้ใช้ (GUI) ที่ใช้งานง่ายและตัวช่วยทดสอบการใช้งานทำให้ใช้งานง่าย Smart Access รองรับวิซาร์ดการตั้งค่าที่รวดเร็วเช่นเดียวกับ BOP เพื่อการทดสอบการใช้งานที่รวดเร็วและง่ายดาย ซึ่งรวมถึง:

• การป้อนข้อมูลมอเตอร์
• สามารถเปิดใช้งานมาโครการเชื่อมต่อได้
• สามารถเลือกและเปิดใช้งานมาโครของแอปพลิเคชันได้
• สามารถตั้งค่าพารามิเตอร์ที่ใช้กันทั่วไปได้

สามารถกำหนดค่า Smart Access ให้ส่งรหัสข้อผิดพลาดทางอีเมลสำหรับการตรวจสอบระยะไกลได้โดยตรง และมีคุณสมบัติความปลอดภัยมากมายเพื่อควบคุมการเข้าถึงข้อมูลและฟังก์ชันการควบคุม Smart Access มอบฟังก์ชันการทำงานบนเว็บไร้สายที่ครอบคลุม ได้แก่:

• การว่าจ้างอย่างรวดเร็ว
• การกำหนดพารามิเตอร์ของตัวแปลง
• การทำงานของมอเตอร์ในโหมด JOG/HAND
• การตรวจสอบสถานะ V20
• การวินิจฉัยข้อผิดพลาดและการเตือน
• การสำรองและกู้คืนข้อมูล

สรุป

ไดรฟ์ SINAMICS V20 จาก Siemens มุ่งเน้นไปที่ความยั่งยืนและความยืดหยุ่น ด้วยโหมดการทำงานที่หลากหลายและฟังก์ชันประหยัดพลังงาน ไดรฟ์เหล่านี้สามารถเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดในการใช้งานการเคลื่อนไหวอย่างง่ายที่หลากหลายตั้งแต่ 0.12 kW ถึง 30 kW โหมด Keep Running ช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานอย่างต่อเนื่องของโครงสร้างพื้นฐานที่สำคัญ เช่น น้ำเสีย การประมวลผลน้ำ และ HVAC ในระบบอัตโนมัติของอาคาร ความยืดหยุ่นได้รับการสนับสนุนโดยหลายวิธีในการดำเนินการทดสอบการใช้งานอย่างรวดเร็วโดยใช้ BOP ในตัว, BOP ที่อยู่ในระยะไกล, การเชื่อมต่อไร้สายด้วยโมดูล Smart Access รวมถึงมาโครแอปพลิเคชันที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้าและเครื่องมืออื่นๆ