Концепцията за електрически задвижки Schiebel на 3 нива
- Детайли
Тъй като процесните системи почти никога не се нуждаят само от един тип и размер изпълнителен механизъм, а често от няколко десетки различни, концепцията 3level предлага изключителни предимства при избора на задвижки и резервни части и високо ниво на прозрачност при избора на задвижка. (фиг.1)
От една страна мотото е „една основна задвижка за всичко“, която по отношение на хардуера да пасва на всички компоненти. От друга страна, да има възможност на по-късен момент да може да бъде отключена почти всяка една функция в софтуера.
За да илюстрира това, SCHIEBEL дава пример от автомобилната индустрия: днес там е обичайно да се дефинира един и същ двигател в софтуера за 90, 110 или 150 к.с. За да може тази гъвкавост да се използва и при електрическите изпълнителни механизми, SCHIEBEL отдава голямо значение на максималната гъвкавост при проектирането на серията CM (фиг. 2).
Тази гъвкавост се дължи на последователната модулна структура. Така че, ако са необходими надстройки на място, това не е проблем, благодарение на концепцията 3level, и за разлика от много конкуренти на пазара, това засяга не само софтуера, но и хардуера. Стандартизираните интерфейси към механичните и електрическите компоненти правят лесно надграждането.
Стъпка 1
Първият етап от концепцията на 3 нива е свързан с определяне на: Какъв медиум ще бъде транспортиран? За какви температури трябва да е предвиден изпълнителния механизъм? Изисква ли се защита от експлозия или от корозия? Накратко: Важни са външните влияния, които въздействат върху изпълнителния механизъм.
По отношение на температурата, серията CM е с широки възможности. Задвижките, които са в постоянна нормална експлоатация, могат да се използват в температурни диапазони дори до +60 оC, а задвижки с функция „отворено/затворено“ и в зависимост от приложението, могат да се използват и при по-високи температури.
Поради голямото търсене, тези задвижки представляват интерес особено в зони със студен климат, като например петролните и газови райони на Сибир или Аляска. Към момента CM задвижките са сертифицирани като стандарт за температури от -40 оC, но SCHIEBEL планира да го разшири в близко бъдеще до -50 оC. Всички тестове в този нискотемпературен диапазон вече имат положителни резултати и сертифицирането ще бъде завършено съвсем скоро.
Ако за конкретно приложение се изисква ЕХ защита, то SCHIEBEL не прави никакви компромиси и в това направление. Ако трябва да се транспортират експлозивни газове, SCHIEBEL винаги доставя CM задвижката с подходящия ATEX сертификат. Гарантирана е максимална сигурност в системата. И тази сигурност е много търсена: около 80 процента от всички CM задвижвания напускат производствената база във Виена с взривозащитената версия. Между другото, това важи за целия работен температурен диапазон от -40 до +60 оC, както и до -50 C.
По отношение на защитата от корозия SCHIEBEL предлага различни стандартни варианти до C5. Решаващ фактор тук е дебелината и качеството на грунда и различните слоеве. За да може да гарантира всички параметри в тази област и да контролира процеса през цялото време, SCHIEBEL прави вътрешно антикорозионното покритие. Компанията също така съобщава за постоянно нарастващо търсене на антикорозионно изпълнение, което е достатъчна причина да инвестира непрекъснато в процеса.
Още две точки са дефинирани в стъпка 1 от концепцията на 3 нива:
- С какво захранване трябва да работи изпълнителния механизъм?
- Трябва ли задвижката да бъде интегрирана в BUS система и ако да, коя?
И тук серията CM предлага максимална гъвкавост: Когато става въпрос за доставка на електрическа енергия, SCHIEBEL може да покрие всички системи напрежения, използвани в световен мащаб в процесната технология, и то само с три различни версии. Не са необходими адаптации от потребителя.
Фиг. 1
Електрически зедвижки от серия CM
Серията CM се предлага с изходящ въртящ момент от 7 до 125 Nm. Основната механична структура и на трите размера от серията CM е идентична, функциите, интерфейсите и т.н. остават същите. Задвижките CM са изключително компактни, така че изискват само необходимото пространство за монтаж. Характеризират се с огромна гъвкавост по отношение на скоростта на настройка. Налично е съотношение на оборотите повече от 1 на 50 . Това се постига чрез постоянно възбуден безчетков DC мотор (безчетков DC мотор) в комбинация с честотен преобразувател.
В сравнение с други решения с асинхронни мотори, BLDC моторът е много по-подходящ за използване в задвижката поради своята характеристика на въртящ момент/скорост. Дори при режим на работа само „отворено/затворено“ честотна модулация в комбинация с BLDC мотор, дава значително предимство по отношение на дълигия живот на задвижката. Динамичните и в същото време плавни движения, защитават механиката и осигуряват стабилна и безопасна употреба в дългосрочен план.
Изискванията за цифровизация също са взети изцяло предвид: всички необходими интерфейси към (интернет базирани) BUS системи са на разположение. В допълнение, задвижките от серията CM предлагат реално управление от място. Това предлага максимална гъвкавост по време на пускане в експлоатация, обслужване и поддръжка.
Диапазонът варира от 110 V променлив ток до 480 V трифазен ток, с честота 50 или 60 Hz.Това означава, че производителят оптимално покрива нарастващата интернационалност на много проекти. И за да могат да се осигурят приложения в много отдалечени места, като например прерията на Тексас, има и третият вариант за захранване, а именно 24 VDC.
Високата степен на гъвкавост се отнася и за свързването към Feldbus системи. По принцип двоичното и аналоговото управление на задвижките могат да бъдат изпълнени като стандарт. Серията CM поддържа както серийни BUS системи, като Profibus или Modbus RTU, така и интернет базирани BUS системи, като Modbus TCP или Profinet, които също позволяват параметризиране от всяка точка на света.
Това представлява интерес за много потребители, които са инсталирали системите си в трудно достъпни райони, например в отдалечени планински райони (хидроелектрически централи) или дълги тунели, и които следователно разчитат на дистанционна диагностика и дистанционна поддръжка чрез TCP/IP. Интегрирана е и максимална гъвкавост, когато става въпрос за автоматизация.
Стъпка 2 - решението за размера
В центъра на тази стъпка от концепцията 3 нива е решението за мощността или въртящия момент. Само с три големини, CM03, CM06 и CM12, SCHIEBEL покрива широк диапазон на въртящ момент, който се простира съответно до 32, 64 и 125 Nm. Приложенията от малки до големи могат лесно да бъдат внедрени, тъй като и трите типа са базирани на една и съща технология и контрол.
Благодарение на най-новата технология на мотора BLDC, SCHIEBEL успява да поддържа консумацията на енергия много ниска, дори при относително високи въртящи моменти. Технологията позволява широк диапазон от регулируеми изходни скорости, вариращи от 1 rpm до почти 80 rpm. Това прави серията CM идеална за всички видове приложения, независимо дали се изисква бързо или много бавно задействане. Това е оптималната основа за Стъпка 3.
Фиг. 2
Безопасната технология – Fail-Safe
Всички размери на задвижките CM от SCHIEBEL могат по избор да бъдат оборудвани с функцията за безопасност, която гарантира безопасно затваряне в случай на повреда, дори ако захранването с електрическа енергия отпадне. Електрическите задвижващи механизми имат недостатъка, че повреда в енергийното захранване също води до повреда в задвижката, което обикновено остава в последната позиция. Функцията за безопасност компенсира това, като в случай на повреда надеждно затваря чисто механично.
Безопасният ход се съхранява с помощта на механична пружина. Ако захранването и респ. електрическата задвижка се повредят, пружината поема тази функция. Тази опция съчетава електрическа задвижваща технология с регулирана, механична сила но пружината: пружината се използва в допълнение към задвижката, ако е необходимо, което има предимството, че скоростта на затваряне може да бъде значително ускорена.
Ако задвижката се нуждае от 10 секунди, за да затвори само електрически, то с паралелно включен пружинен ефект може да се постигне време за затваряне от само 1 секунда. Тази функция се използва навсякъде, където се изисква много прецизен контрол, но и да се гарантира и бързо затваряне в случай на повреда. Тази функция със сигурност може да се реализира с помощта на по-скъпи хидравлични изпълнителни механизми, но със серията CM на SCHIEBEL предимството на чисто електрическата задвижка е неоспоримо: използва се съществуваща електрическа енергия, а всички хидравлични агрегати и захранващи линии с всичките им недостатъци (скъпо подсигуряване, чувствителност към течове и др.) се елиминират.
Фиг. 3 – задвижка с Fail-Safe функция
Стъпка 3 – решение за компонентите
След като са определени стъпки 1 и 2 от концепцията на 3 нива, трябва да се определи типът на движение. Задвижките CM винаги са проектирани за чисто въртеливо движение. Това обаче не е достатъчно за много приложения. Фактът, че задвижките могат да бъдат адаптирани бързо и гъвкаво към съответното приложение, се дължи на техния модулен дизайн.
Ако арматура или шибър изискват линейно движение, наличен е линеен модул за лесен монтаж, който съответно преобразува въртеливото движение. Или въртеливото движение може да бъде променено в завъртане на 90 градуса с помощта на редуктор. Ако чистото въртеливо движение е достатъчно, въртящият момент може да се увеличи при необходимост, като се използва отделен редуктор.
Освен това в Стъпка 3 се решава дали опцията Fail-Safe (възможна за линейни и въртящи движения) трябва да бъде интегрирана (Фиг. 3). Тази функция гарантира безопасно отваряне или затваряне в случай на повреда, дори ако захранването отпадне
Заключение
Ако се вгледате внимателно в концепциите на 3 нива става ясно: „пирамидата за избор“ е последователна и ясна. Тs не води до изключително широка диверсификация, което в крайна сметка води до много различни задвижки, подходящи само за много тясно дефинирана област на приложение. Ако сега си направите правилните изводи, става ясно: складирането на резервни части е повече от лесно.
Докато по-рано в някои случаи клиентът трябваше да разполага с 20 или повече вида различни задвижки, за да поддържа работния режим, то сега благодарение на концепцията на 3 нива често са достатъчни само една или две.
Това е пряк резултат от модулния, идентичен дизайн във всички размери, което позволява максимална гъвкавост по отношение на функционалността. Пример: В производствена компания има налична задвижка като резервна част, която е проектирана само за режим „отворено/затворено“. Налага се да има и задвижка за регулираща арматура. Решението е повече от просто: в софтуера се активира функцията за управление, което означава, че задвижката може да се използва без никакви ограничения. Но SCHIEBEL отива една крачка напред: благодарение на стандартизираните, съвместими с нормите присъединявания, CM задвижките могат да се монтират и на редуктори от чужди производители.
Това дава предимството, в случай на неизправност или като част от планирана модернизация, съществуващите системи бързо и лесно да могат да бъдат преоборудвани с електрически CM задвижки от SCHIEBEL, за да могат клиентите да се възползват от усъвършенстваната, безопасна технология, от последващи надстройки, гъвкава интеграция в автоматизационните системи и оптимизиран запас от резервни части.