Producenci nieustannie poszukują nowych sposobów zwiększenia produktywności, uproszczenia procesów oraz podniesienia zysków. Inżynierowie mogą odgrywać ważną rolę w tych dążeniach, pomagając w doborze i wdrażaniu systemów sterowania, które redukują koszty, oszczędzają czas oraz wspomagają przepływ informacji pomiędzy systemami automatyki. Jednakże, pomimo ogromnej liczby dostępnych opcji, łatwo przeoczyć jeden z kluczowych elementów sukcesu: wykorzystanie postępu technologicznego w celu zintegrowania inteligentnych urządzeń, sieci na poziomie urządzeń (device level networks) oraz oprogramowania z systemami sterowania silnikami.
Do tej pory centra sterowania silnikami (ang. Motor Control Center – MCC) składały się tylko z elementów elektromechanicznych, których elementem łączeniowym były przewody. Podczas gdy te komponenty pozostają nadal głównym elementem wykonawczym systemów, to postęp w technologii pamięci masowych dał wynik w postaci bardziej inteligentnych, programowalnych urządzeń, które potrafią więcej niż tylko włączyć i wyłączyć silnik. Dzisiejsze centra sterowania silnikami monitorują prąd silnika i jego pojemność cieplną, pełnią funkcje zabezpieczeniowe oraz zapewniają szczegółową diagnostykę w celu uniknięcia przestojów.
Projekty inteligentnych systemów sterowania silnikami wiążą się z kilkoma problemami, które mogą powstać na poziomie sieci urządzeń. Problemy te wiążą się z konfiguracją i zarządzaniem danymi. Zalicza się do nich:
- problemy z niezawodnością i elastycznością związane z typowymi układami typu daisy-chain (połączenia szeregowe aparatów), takimi jak dodawanie nowych jednostek lub przypadkowe przerwy w szeregu, które mają wpływ na jednostki umieszczone za nimi i ich możliwe wyłączenia,
- potencjalne uszkodzenia magistrali komunikacyjnych i kabli sieciowych w kanałach kablowych powstających podczas wciągania i instalowania innych kabli,
- powiązanie danych sterowania silnikiem z systemem kontroli zakładu oraz sortowaniem ogromnej ilości danych dostępnych w sieci w celu znalezienia tych właściwych.
Kompletny system
Inteligentne centrum sterowania integruje trzy główne elementy systemu – komunikację, osprzęt i oprogramowanie – w celu rozwiązania tych zagadnień. Podczas gdy wcześniejsze wersje centrów sterowania silnikami z sieciami komunikacji składały się z kombinacji tych elementów, to dzisiejsze rozwiązania stanowią zharmonizowany projekt integrujący te trzy elementy w jedno spójne rozwiązanie.
Standardowa instalacja systemu MCC wymaga dużej ilości oprzewodowania, dokumentacji i testów wykonanych w miejscu instalacji. Przetestowane i skonfigurowane wcześniej inteligentne centrum sterowania silnikami przyjeżdża gotowe do instalacji. Kable komunikacyjne są instalowane i testowane u producenta systemu, a okna dialogowe przychodzą wstępnie skonfigurowane. Dodatkowo inteligentne urządzenia mają wstępnie zaprogramowaną prędkość transmisji, numery węzłów, prądy wyłączeń i inne nastawy.
Możliwości sieci komunikacyjnej znajdują się w sercu inteligentnego centrum sterowania pracą silników. Sieć zastępuje tradycyjne oprzewodowanie pojedynczym kablem komunikacyjnym. Najlepiej, jeśli wszystkie jednostki są wyposażone w wejścia monitorujące urządzenia, takie jak rozłączniki, styczniki, przekaźniki nadprądowe lub urządzenia sterujące. Dodatkowo moduł monitorowania sieci lub urządzenie pośredniczące łączy centrum sterowania silnikami z systemem zarządzania zakładem oraz zbiera i wysyła dane z urządzenia do centrum sterowania silnikami.
Rodzaj centrum sterowania, jaki wybierasz do swojego zastosowania, może mieć znaczący wpływ na koszty, czas instalacji oraz zdolności monitoringu. Dlatego ważne jest, aby dokładnie dobrać kluczowe komponenty inteligentnego systemu MCC.
Sprawdzona, otwarta sieć komunikacyjna – Rozwój w kierunku otwartych sieci (przeciwnie do sieci firmowych) ma zrozumiałe i dobrze udokumentowane zalety. Sieć powinna być akceptowana przez duże grono dostawców i użytkowników, zapewniać dobrą wydajność, koszt jednego węzła powinien być niewysoki.
Zoptymalizowana konstrukcja – Tradycyjne podejście do prowadzenia kabli sieciowych w centrach MCC polega na prowadzeniu w kierunkach pionowym lub poziomym. Chociaż to sprawdzony sposób, to warto rozważyć więcej opcji:
- magistrale i linie odpływowe chronione za osłonami – ten sposób pomaga uniknąć potencjalnych uszkodzeń kabli komunikacyjnych podczas instalacji i konserwacji,
- niezależne, łatwe w obsłudze złącza typu easy connect w kablach odpływowych – taka konfiguracja zapewnia niezależne, łatwo dostępne porty w celu ułatwienia instalacji, dostępu, wymiany i dodawania nowych modułów wtykowych typu plug-in; taka konfiguracja jest preferowana w połączeniach szeregowych (daisy-chain), w których przenoszenie lub dodawanie jednostek MCC oznacza przerwanie łańcucha i unieruchomienie jednostek znajdujących się za łączem,
- wstępna konfiguracja oprogramowania – w celu zintegrowania inteligentnych elementów MCC oraz dostarczenia użytecznych informacji w czasie rzeczywistym przy minimalnym nakładzie pracy i pieniędzy, inteligentne centra sterowania silnikami powinny przychodzić wyposażone ze wstępnie skonfigurowanym oprogramowaniem do nadzoru. Oprogramowanie zapewnia okna dialogowe dla modułów MCC i powiązanych z nimi urządzeń. Eliminuje także potrzebę tworzenia kosztownych, wykonywanych na potrzeby danej aplikacji, ekranów MCC stanowiących interfejs dla operatora, ustępując w ten sposób miejsca rozwiązaniom typu plug-and-play.
Łatwa instalacja
Tradycyjnie systemy MCC były dostarczane bez wewnętrznego oprzewodowania, w związku z czym wymagały dużo pracy na miejscu, tworzenia dużej ilości dokumentacji, testowania i integracji systemu. Obecnie inteligentne systemy MCC przyjeżdżają gotowe do instalacji, przetestowane i wstępnie skonfigurowane, co znacząco skraca czas uruchomienia.
Innym krytycznym aspektem dla wydajnego uruchomienia i rozwiązywania problemów jest szczegółowa dokumentacja, która często jest niekompletna lub pomieszana. W przypadku centrów sterowania silnikami użytkownicy mają dostęp do elektronicznej dokumentacji na tym samym komputerze, który obsługuje oprogramowanie monitorujące. Pozwala to na przegląd stanu systemu MCC w czasie rzeczywistym, jak również na przeglądanie rysunków w wersji CAD, dokumentacji techniczno-ruchowej oraz informacji o częściach zapasowych dla danych jednostek MCC.
Inteligentny układ MCC dostarcza użytkownikom ważne informacje potrzebne do zminimalizowania lub zapobiegania przestojom. Zdalny dostęp do danych sterowania silnikiem daje także szanse na zredukowanie zagrożenia kontaktem z wysokim napięciem i poprawia bezpieczeństwo personelu podczas uruchamiania i usuwania awarii. Taka informacja zawiera ostrzeżenia o nienormalnym działaniu, identyfikację przyczyn wyłączenia, automatyczne zapisywanie zdarzeń i dokumentację elektroniczną.
Co dostajemy w nagrodę?
Inteligentne systemy MCC mogą zapewnić znaczne oszczędności w formie zredukowanego czasu projektu, skróconej instalacji, uruchomienia i tworzenia dokumentacji. Oszczędności powstają także w wyniku znacznej redukcji w okablowaniu. Użytkownicy w szczególności wymagają mniejszej liczby kabli i kanałów, mniej elementów łączeniowych, takich jak skrzynki zaciskowe, modułów kontroli I/O i przekaźników pośredniczących.
Do innych zalet zalicza się skrócenie czasu prac projektowych, planowania i uruchomienia. Użytkownicy inteligentnych centrów MCC odnotowują zmniejszenie kosztów instalacji do 15% w stosunku do tradycyjnych systemów MCC. Dodatkowo użytkownicy mogą uzyskać oszczędności na kosztach operacyjnych poprzez lepszą diagnostykę, która pozwala na szybsze usuwanie problemów, co z kolei skraca czas przestojów.
Ponieważ możliwości inteligentnych urządzeń stale rosną, systemy MCC zapewniają obsłudze możliwość uzyskiwania korzyści z zaawansowanych technologii wykorzystywanych w systemach sterowania. Inżynierowie zbierają dobre plony z powodu redukcji ogólnych kosztów zakładu poprzez ulepszenie diagnostyki, zwiększenie niezawodności systemu, elastyczności projektu i uproszczonego okablowania.
Keith Blodorn jest kierownikiem produktu w firmie Rockwell Automation.
Autor: Keith Blodorn
