Technika napędowa – scentralizowana czy zdecentralizowana?
Centralizacja i decentralizacja napędów to bardzo interesujące zagadnienie, które stało się klasycznym tematem badawczym w mechatronice, w szczególności w technice napędowej. Jest też problemem w kontekście nieustającego, a być może w ogóle nierozstrzygniętego, sporu o przewadze jednego rozwiązania nad drugim.
Różnice w kosztach instalacji napędu scentralizowanego i zdecentralizowanego (*koszty według cennika z 1 września 2016 r.; **szafa sterownicza wraz z wyposażeniem wymaganym dla falownika zgodnie z DTR; pozostałe elementy sterowania zainstalowane zostały w istniejących już szafach w sterowniku inwestora)
W wielu branżach dochodzi do zderzenia dwóch przeciwstawnych tendencji. Z jednej strony chodzi o zachowanie sterowania centralnego, gdyż zapewnia ono unifikację rozwiązania technicznego, a tym samym wyrównuje różnice w zależnych od siebie procesach technologicznych. Z drugiej strony panuje przekonanie, że pożądane byłoby stopniowe powiększanie zakresu decentralizacji napędów ze względu na niższe koszty.
W scentralizowanej technice napędowej przemienniki częstotliwości są instalowane w szafach sterowniczych oddalonych od silników elektrycznych. Takie rozwiązanie wymusza zaprojektowanie i budowę pełnej infrastruktury technicznej składającej się z wielu elementów, takich jak:
- szafy sterownicze dobrane nie tylko pod względem gabarytów zastosowanych urządzeń, lecz także strat ciepła (głównie strat ciepła przemienników częstotliwości, które muszą zostać prawidłowo odprowadzone z szafy sterowniczej),
- ekranowane okablowanie zasilające, prowadzone między przemiennikiem częstotliwości a silnikiem elektrycznym, które wraz ze wzrostem odległości między centralną szafą sterowniczą a silnikiem wymusza stosowanie dodatkowych elementów redukujących zakłócenia (dławiki silnikowe),
- filtry przeciwzakłóceniowe i dławiki redukujące zakłócenia generowane przez przemienniki częstotliwości, które mogą negatywnie wpływać na pracę pozostałych elementów automatyki zainstalowanych w szafie sterującej,
- inne elementy wymagane przez aplikację.
Scentralizowana technika napędowa
Scentralizowana technika napędowa jest obecnie szeroko stosowana w przemyśle. Jednak biorąc pod uwagę czasochłonność wykonania projektu, wysoki koszt budowy pełnej infrastruktury oraz późniejsze koszty eksploatacji, alternatywą dla tego rozwiązania staje się zdecentralizowana technika napędowa.
W zdecentralizowanym układzie napędowym przemienniki częstotliwości instalowane są jak najbliżej silnika elektrycznego albo bezpośrednio na nim (EURA EM-30) lub na obudowie maszyny (EURA EP-66), bez konieczności instalacji tych przemienników w osobnych pomieszczeniach (sterowniach) lub szafach sterowniczych.
W zdecentralizowanej technice napędowej optymalizację kosztów uzyskuje się w dwóch etapach. Pierwszy z nich to projektowanie i budowa układu. Na tym etapie optymalizujemy koszty produkcji maszyny, ograniczając długość przewodów łączących dwa podstawowe elementy układu napędowego: silnik i przemiennik częstotliwości. Trzeba pamiętać, że koszty okablowania rosną wraz z długością i przekrojem przewodów, a przy znacznych odległościach – także wraz z koniecznością zastosowania dodatkowych elementów redukujących zakłócenia (jak filtry i dławiki). Montując przemiennik częstotliwości bezpośrednio na silniku lub obudowie maszyny, niwelujemy dodatkowo koszty związane z zakupem szafy sterowniczej. Drugi etap to użytkowanie maszyny. Prosta instalacja przekładająca się na niższy koszt identyfikacji problemów z układem napędowym, szybka diagnostyka napędu oraz kompaktowa budowa – to elementy wpływające na niższy koszt eksploatacji.
Zdecentralizowana technika napędowa
Dla zobrazowania różnicy w kosztach instalacji napędu scentralizowanego i zdecentralizowanego posłużmy się przykładem instalacji wentylatora promieniowego stosowanego do transportu pneumatycznego trocin i wiórów drzewnych. Inwestor wymagał, aby wydajność transportu była automatycznie regulowana w zależności od potrzeb procesu technologicznego. Dobrany został agregat wentylatora promieniowego wyposażony w silnik asynchroniczny o mocy znamionowej 15 kW. Na potrzeby tej aplikacji przygotowano kalkulację kosztów zastosowania napędu scentralizowanego, gdzie pełna automatyka oraz przemiennik częstotliwości miały zostać zainstalowane w sterowni oddalonej od wentylatora o 75 m. Jednak inżynierowie z firmy HF Inverter przygotowali alternatywne rozwiązanie – zaproponowali napęd zdecentralizowany i przemiennik częstotliwości EM-30 zainstalowany bezpośrednio na silniku agregatu wentylatora promieniowego. Należy zaznaczyć, iż agregat ten będzie usytuowany na zewnątrz hali produkcyjnej i pomimo zastosowania ochrony biernej (instalacja pod zadaszeniem) może być narażony na zmienne warunki atmosferyczne (opady, różnice temperatury).
Różnica w kosztach instalacji napędu scentralizowanego i zdecentralizowanego została przedstawiona w tabeli – wynosi ona 906 euro na korzyść tego ostatniego rozwiązania. Inwestor zdecydował się na zastosowanie napędu zdecentralizowanego, pomimo iż była to pierwsza taka instalacja w jego zakładzie. Koncepcja zdecentralizowanego układu napędowego jest rozwiązaniem bardziej elastycznym i przekłada się zarówno na niższy koszt wyprodukowania maszyny, jak i jej eksploatacji. Podejmując decyzję o kolejnej inwestycji, warto już na etapie planowania przeprowadzić wstępną kalkulację wyboru pomiędzy scentralizowaną i zdecentralizowaną techniką napędową, i już na tym etapie inżynierowie oraz doradcy techniczno-handlowi firmy HF Inverter Polska służą pomocą.
HF INVERTER POLSKA s.c.
ul. M. Skłodowskiej-Curie 101E
87-100 Toruń
tel. 56 653 99 16, 56 623 73 16
fax 56 623 73 17
e-mail: biuro@hfinverter.pl
www.hfinverter.pl
source: Automatyka 12/2016