Výrobková informace INSUM. Nová generace inteligentních rozváděčů. Rozváděče nízkého napětí

Transkript

1 Výrobková informace INSUM Nová generace inteligentních rozváděčů Rozváděče nízkého napětí

2 2

3 1.0 INSUM nová tvář řídícího systému Co je na tomto systému nového? Zkratky 4.0 Související dokumentace 5.0 Přehled výrobků Blokové schéma 5.2 Rozhraní na jednotlivé součásti systému INSUM O sběrnici LON Fieldbus 6.0 Součásti systému INSUM 6.1 Hlavní propojovací jednotka 6.2 Napájecí modul 6.3 Směrovače (routery) 6.4 Mezisíťové počítače (gateways) Systémový hodinový signál 6.6 Rozhraní MMI Operátorská stanice INSUM 6.8 Motorová řídicí jednotka (MCU) Funkce INSUM Ochranné funkce Ochrana proti tepelnému přetížení Ochrana proti výpadku fáze Ochrana proti podtížení Ochrana proti chodu naprázdno Ochrana proti zablokování rotoru Ochranná funkce "kontrola stykače" Rozšíření funkce ochrany proti tepelnému přetížení Ochrana proti zemnímu spojení Ochrana proti nevyváženosti fázových proudů Ochrana proti podtížení na bázi detekce účiníku Ochrana proti zablokování motoru na principu sledování otáček motoru Ochrana proti příliš vysoké teplotě motoru Ochrana proti podpětí Ochrana daná omezeným počtem rozběhů motoru 7.2 Dohlížecí funkce Hlavní vypínač ve zkušební poloze Nouzové zastavení Režim externího vypnutí Režim vypnutí hlavního vypínače Dohlížecí časovač stykače Režim vlastního sledování Spínací cykly stykače Počet provozních hodin motoru 7.3 Přídavné funkce Seskupování motorů Časová synchronizace Zabezpečení proti poruše Řízení přístupu 8.0 Rozhraní na procesní řídicí systém Rozhraní LON 8.2 Mezisíťový počítač LON-MODBUS RTU 8.3 LON- Profibus DP Gateway 3

4 INSUM - nová tvář rozváděčů 1.0 INSUM Řídící systém INSUM byl uveden na trh v roce Od té doby je tento druh řídícího systému přijímán celosvětově s mimořádnou odezvou. Je to NEUVĚŘITELNÉ. Tento řídící systém mimo jiné podpořil další výzkum a vývoj tím, že je orientován na uspokojení rostoucích potřeb zákazníků a současně odpovídá trvalému úsilí firemní skupiny ABB, zaměřenému na poskytování nejlepší současné a budoucí technologie. Výsledkem je nová generace řídícího systému INSUM, která představuje vrchol sběrnicové technologie pro provozní použití, poskytuje rozličnou možnost výběru rozhraní pro procesní řídicí systémy (Process Control Systems), kompaktní provedení silových modulů, které je ceněno především z hlediska investic.

5 Při konstrukci tohoto řídícího systému byla převzata sběrnicová technologie "field bus", která tvoří páteř interní komunikace. Po pečlivém prostudování technologie "field bus" byla jako komunikační médium mezi konstrukčními součástmi řídícího systému INSUM zvolena sběrnice LON (Local Operating Network). Technologické výhody poskytované sběrnicí LON splňují očekávání kladená na systémy ABB, z hlediska komunikační spolehlivosti a odpovídající doby odezvy. Sběrnice LON, která představuje jednu z koncepcí pro řízení distribuovaných inteligentních systémů v síti, se stala logickým výběrem pro tento systém. Jednou z hlavních myšlenek použití LON je vzájemná operační propojitelnost (interoperabilita), která znamená, že zákazník může libovolně spojovat jednotlivé konstrukční prvky systému, bez nutnosti nákladného přizpůsobení. 2.0 Co je na tomto systému nového? Interní komunikace založená na operační sběrnicí LON, sběrnicová technologie Field Bus, charakterizovaná decentralizovanou inteligencí, nezávislostí na síťovém médiu a podporující různé síťové topologie. 128 motorovým spouštěčům přes jediný mezisíťový počítač (gateway). Výběrová možnost Reliable Redundancy (redundance pro zvýšenou spolehlivost) Moderní rozhraní MMI (Man Machine Interface) "Rozhraní Člověk - Stroj" Vysoce výkonná operátorská stanice (Operator Station) INSUM, s rozhraním na stejnou sběrnice LON, s funkcemi stanovení trendu (Trending) a protokolování jevů (Event Logging). Kompaktní, modulární a vylepšené motorové řídicí jednotky (Motor Control Units) 3.0 Zkratky FU MCU PR FMU MMI INSUM OS MCP LON NV CA CAT PCS/DCS PLC SCADA Field Unit = provozní jednotka Motor Control Unit = motorová řídicí jednotka Programmable Release = programovatelná spoušť Feeder Monitoring Unit = monitorovací jednotka distribučních vývodů Man Machine Interface = rozhraní člověk-stroj INSUM Operator Station = operátorská stanice INSUM Manual Control Panel = manuální řídicí panel Local Operating Network = síť LON LON Network Variable = síťová proměnná LON Control Access = řízení přístupu Control Access Table = tabulka řízení přístupu Process Control System = procesní řídicí systém Programmable Logic Controllers = programovatelná logická řídicí jednotka Supervisory Control and Data Acquisition = řízení s dohledem a sběr dat 5 Rozhraní na DCS systém je LON Field Bus. Alternativním komunikačním rozhraním je mezisíťový počítač (gateway). Podporovanými a disponibilními mezisíťovými počítači jsou Profibus DP a Modbus RTU. Mezisíťové počítače Industrial Ethernet a Profibus DPE jsou součástí zřetězeného systému. Vylepšený Modbus RTU Gateway. Pružná konfigurace adres MODBUS tak, aby přístup byl pouze pro požadovanou informaci. Pružné a bezpečné řízení přístupu. Unikátní způsob řízení různých operačních řídicích režimů (Operating Control Modes), eliminující tradiční místní/dálkové a další řídicí režimy, vyžadující pevné vodičové připojení. Alarmy a jevy s přidělenými přesnými časovými příznaky. Logické sekvencování pro soubor motorů, které pak fungují jako "skupina" (Group). Celkem 128 motorů napojených na vzdálenou řídicí jednotku. To znamená, že distribuovaný počítačový systém (DCS) má zajištěn přístup až ke 4.0 Související dokumentace Viz následující dokumentace, kde jsou uvedeny podrobnější informace: INSUM Technická informace INSUM LON Interface INSUM Modbus RTU Gateway INSUM Profibus DP Gateway INSUM Manuál rozhraní MMI Manuál INSUM Manuál operačního systému OS INSUM Vazby LON (LON Bindings) MNS návod na montáž, údržbu a uvádění rozváděčového systému do provozu (Erection & Commissioning)

6 6 5.0 Přehled výrobků Řídící systém INSUM v sobě zahrnuje spínací a řídicí zařízení, propojené na procesní řídicí systémy. Je využito mikroprocesorové řídicí technologie, která poskytuje optimální ochranu a řízení motorů a rozváděčů. INSUM představuje inteligentní systém pro: motorová řídicí centra ABB MNS V distribuční rozváděče ABB MNS V. Inteligentní motorové řídicí jednotky, připojené přes rozhraní Field Bus, poskytují nejen účinnou a spolehlivou ochranu, nýbrž také včas předem informují o možném vypnutí systému, s cílem zabránit jeho výpadku. Podle aplikace jsou k dispozici různé provozní jednotky (Field Units): motorové řídicí moduly (MCU Motor Control Units), monitorovací jednotky distribučních vývodů (FMU Feeder Monitoring Units) a programovatelné spouště (PR Programmable Release). Jedna hlavní propojovací jednotka (backplane unit) v rámci INSUM může obsluhovat až 128 provozních jednotek. Řídicí jednotky je možno kaskádovat. Motorové řídicí moduly (MCU) řídí střídavé synchronní jedno-nebo trojfázové motory. Motorové řídicí moduly představují standardní zařízení, která je možno snadno konfigurovat tak, aby vyhovovala téměř všem typům a velikostem motoru. Jističe ABB jako např. SACE Isomax & E-max je také možno řídit a konfigurovat pomocí programovatelných spouští (PR) v rámci INSUM. Díky kompaktním inteligentním provozním zařízením se podařilo eliminovat všechny klasické ochrany s velkými nároky na instalační místo a dát systém INSUM součastnou tvářnost. Rozhraní MMI a operační systém INSUM OS slouží jako konfigurační, operační a diagnostický nástroj systému INSUM. Rozhraní MMI je tvořeno kompaktní jednotkou, která se instaluje do předních dveří skříně viz obrázek vlevo. Operační systém INSUM OS je program fungující na osobním počítači, s rozšířeným souborem funkcí. Obě tyto jednotky mohou obsluhovat 128 provozních jednotek připojených k hlavní propojovací jednotce (backplane unit). 5.1 Blokové schéma Následující obrázek ukazuje zjednodušenou blokovou strukturu systému INSUM. Zjednodušená struktura systému INSUM

7 5.2 Rozhraní na jednotlivé součásti systému INSUM Sběrnice LON se používá pro komunikaci mezi systémovými komponenty INSUM. Propojovací jednotka (backplane) pracuje na sběrnici LON rychlostí 1250 kb/s a umožňuje dílčí síťování pomocí směrovačů (router). Podporovat je možno až 4 dílčí podružné sítě. Každá dílčí síť může podporovat až 32 provozních jednotek, přenosovou rychlostí 78 kb/s. Propojovací jednotka (backplane) vytváří fyzické spojení na všechny komponenty INSUM. Mezisíťové počítače (gateways), rozhraní MMI a INSUM OS jsou přímo připojeny na hlavní sběrnici. Tato hlavní sběrnice také zajišťuje přímé komunikační rozhraní na systém PCS, který podporuje rozhraní LON. Provozní jednotky (FU) v dílčích sítích jsou připojeny na hlavní sběrnici pomocí směrovačů (router). Rozčleněním na dílčí sítě (subnetting) v rámci sítě LON se přispívá k optimalizaci zatížení sítě pomocí lokalizace provozu. Různé přenosové rychlosti na hlavní sběrnici a v dílčích sítích umožňují přizpůsobení vzdálenosti, zpracovatelské kapacity a výkonové spotřeby. Koncepce sběrnice LON s distribuovanou inteligencí a s řízením pomocí jevů byla použita pro vytvoření rovnocenné komunikace mezi jednotlivými součástmi systému INSUM. Tím se umožní, že všechny součásti systému INSUM komunikují navzájem přímo, bez dovolení z masteru. U systémů řízených jevy se po sběrnici posílají pouze data, u nichž došlo ke změně. Digitální údaje jsou posílány na sběrnici pouze tehdy, jestliže se změní jejich binární hodnota. Analogová data jsou odesílána tehdy, jestliže jejich hodnota se změní o více než činí šířka pásma necitlivosti. 6.0 Součásti systému INSUM Systém INSUM obsahuje níže uvedené součásti. Fyzický vzhled propojovací jednotky (backplane) s mezisíťovým počítačem (gateway), směrovači (routers) a napájecím zdrojem je uvedena na obrázku níže. směrovač mezisíťový počítač 24 V DC napájecí modul (součást volitelného příslušenství) Propojovací jednotka s připojenými zařízeními filtrace/ochrana přípojky na dílčí síť přípojky na periferní počítačový systém páteřní část sítě LON s přenosovou rychlostí 1250 kb/s 5.3 O sběrnici LON Fieldbus Zkratka LON znamená Local Operating Network = lokálně provozovaná síť. Jedná se produkt firmy Echelon Corporation a je na trhu od roku 1988, kde se rychle rozšiřuje. Pro implementaci používá sběrnice LON procesor Neuron Chip, protokol LonTalk a technologii LonWorks. Zabudované charakteristické funkce sběrnice LON jsou tyto: podpora všech sedmi vrstev síťového modelu ISO OSI koncepce je dána distribuovanou inteligencí po sběrnici hlášení řízení jevy (event driven messaging) tři procesory na jediném čipu Neuron aplikační procesor, síťový procesor a procesor MAC (Media Access Control) síťovým rozhraním je Neuron Chip. Sběrnice podporuje řadu komunikačních médií a různé topologie (architekturu) sítě. standardizované typy dat a cílů přispívají k interoperabilitě podpora pro autodokumentaci zajištění redundance podpora "multi-masteru". 6.1 (Hlavní) propojovací jednotka Hlavní propojovací jednotka vytváří fyzické připojení na součásti INSUM. Základní provedení propojovací jednotky je tvořeno standardními deskami a zakončovací deskou (termination plate). Podle požadavku je možno přidat rozšiřovací desku (extension plate). Kritéria výběru propojovací jednotky jsou popsána v kapitole "Informace pro objednávání". 6.2 Napájecí modul Zařízení připojená přímo na propojovací jednotku jsou napájena ze zdroje 24 V ss. Těchto 24 V ss je možno odebrat přímo ze standardní napájecí jednotky, která se připojuje přímo do propojovací jednotky, nebo z externího zdroje. 6.3 Směrovače (routers) Směrovače neboli routery v rámci INSUM umožňují přenos hlášení mezi hlavní sítí a dílčími sítěmi. Jeden router může obsluhovat 32 provozních jednotek a 32 manuálních ovládacích panelů (Manual Control Panels).

8 datový klíč výstražná indikace chybová indikace výpis vypnutí (vybavení systému) klávesa výchozí polohy výpis výstrah Kódovací kolečko 8 zobrazovací modul z kapalných krystalů funkční klávesy zadávací tlačítko výstupní tlačítko (změny) Dva routery v kombinaci dohromady tvoří kompaktní a cenově výhodnou jednotku, která se nazývá dvojitý router (double router). Na jednu propojovací jednotku je možno připojit tyto dva routery v kombinaci a propojovat tak 128 provozních jednotek (Field Units) a 128 manuálních ovládacích panelů (Manual Control Panels). LED indikační diody slouží pro externí diagnostiku jednotky. Blikající žluté LED indikují probíhající komunikaci na příslušné dílčí síti (subnet) a "servisní LED" indikuje různý chybový stav na jednotce. 6.4 Mezisíťové počítače (gateways) Zajišťují komunikaci s PCS, PLC, systémy SCADA nebo dalšími systémy, které nemají rozhraní na sběrnici LON. INSUM nabízí gateway typu Profibus DP a Modbus RTU. Další gateway jsou ve vývoji a měly by podporovat různé další systémy (Ethernet a jiné). Na jedné propojovací jednotce je možno mít dva mezisíťové počítače. Další rozšíření je možno realizovat zapojením propojovacích jednotek do kaskády. K dispozici je také diagnostika pro přední stranu systému. Tato diagnostika obsahuje komunikaci na externí systém DCS a interní sběrnici LON, diagnostiku stavu centrální aritmetické jednotky (CPU) a sledování aktivace napájení. Kromě toho je zde nulovací (Reset) tlačítko, které inicializuje jednotku a port Com pro download firmwaru. 6.5 Systémový hodinový signál Pro přesné přidělení časových příznaků k jevům používá INSUM globální polohovací systém (GPS Global Positioning System).

9 6.6 Rozhraní MMI (Man Machine Interface) MMI představuje kompaktní jednotku, která se používá jako víceúčelový nástroj pro konfiguraci (Configuration), provoz (Operation) a diagnostiku (Diagnostics). Kódovací kolečko na jednotce MMI zajišťuje rychlý pohyb v různých menu. Provoz pomocí menu se provádí pouze třemi klávesami, díky jejich uživatelsky příznivému a kontextově orientovanému uspořádání. Jednotka je chráněna proti neoprávněnému přístupu. Datový klíč (Data Key) obsahuje přístupovou úroveň pro uživatele. Tento "datový klíč" však neomezuje prohlížení informace uživatelem. Klávesa "Home Key" uvádí uživatele do základního menu. Kromě toho jsou zde ještě další dvě klávesy "Escape" a "Enter". Klávesa "Escape" se používá pro přechod zpět do předcházejícího menu, klávesa "Enter" slouží pro potvrzení výběru. Výkonný 6 řádkový LCD displej s 20 znaky a zadním podsvitem zobrazuje příslušnou informaci podle zvoleného výběru. Na jednotce se také nachází LED diody "Warning" (= výstraha) a "Fault" (= porucha), kterými se indikuje nový nebo dosud nepotvrzený alarmový stav. Ve vyšší úrovni menu se provádí listování všemi existujícími výstrahami nebo poruchami. Klávesy na jedno stlačení jsou vybveny příslušnými LED indikačními diodami. Pro lepší uživatelské využití jsou všechny klávesy inteligentně označeny tak, aby znázornily vždy určitou konkrétní funkci, nikoliv popisný text. Například klávesa "Home Key" je označena znakem výchozí polohy (Home Sign), výpisem výstražných hlášení (List Warnings) a výpisem alarmů (List Alarm). Klávesy jsou také označeny otazníkem (?) viz obr. na str. 8. Nad nimi je díky zabudované dvojjazyčnosti možnost zobrazovat hlášení v národním jazyce. Aby se usnadnilo ovládání MMI pomocí kláves a současně aby nedošlo k náhodnému stlačení kláves a tedy aby nedošlo k narušení funkce přístroje, byl zvolen poněkud jiný přístup. Pro ovládání kláves, jejichž funkce nemá za následek vyslání dat na provozní sběrnici, tzn. pro ovládání interních povelů MMI stačí jediné stlačení těchto kláves. Operace, při kterých je vysláno hlášení prostřednictvím provozní sběrnice, fungují na principu "napřed navol a pak provozuj". To znamená, že např. pro spuštění a zastavení motoru je třeba příslušné tlačítko stlačit dvakrát. 6.7 Operátorská stanice INSUM Pod označením INSUM OS se rozumí operátorský staniční software, který umožňuje pružné počítačové řízení funkce systému INSUM. INSUM OS umožňuje provádět konfiguraci/nastavování systému a slouží jako údržbový nástroj souběžně se systémem PCS (Process Control System). Program může fungovat pod operačním prostředím Windows NT, na standardních PC s interfejsovou kartou LON. INSUM OS představuje vysoce výkonný a uživatelsky příznivý nástroj pro konfiguraci, řízení a monitorování systému INSUM. V následujícím textu uvádíme specifické a vylepšené funkce, které jsou podporovány systémem INSUM OS. Parametrizace (Parametrisation): Několik způsobů pro rychlou konfiguraci parametrů různých zařízení, pomocí on-line šablon nebo kalkulačních tabulek připravených předem a později importovaných do INSUM OS. Kontextuální senzitivní nápověda (Help) pro uživatele, pomáhající uživateli správně nastavit políčka parametrů. Další funkce jako např. "horizontální parametrizace" (Horizontal Parametring), usnadňující kolektivní konfiguraci/modifikaci souboru parametrů určité skupiny zařízení. Kompletní bezpečnost pomocí "identifikační a autorizační" (Authentification and Authorization) kontroly. Kromě toho v přístroji je uchováván "změnový protokol" (Change Log) o parametrizačních činnostech, jehož pomocí se dokáže vystopovat, kdo co a kdy změnil. Indikace (Annunciation): Indikace alarmů, jevů, hlášení a měřených hodnot atd. v reálném čase, spolu s funkcemi, jako např. "horizontální indikace" (Horizontal Annunciation), která podporuje zobrazování předem vybraných parametrů na obrazovce pro skupinu zařízení. V pořadí poslední alarmy a jevy jsou zobrazovány na spodní straně obrazovky. Jednoduchý pohyb a volba zařízení a parametrů pro indikaci. Určování trendů (Trending): Podpora trendů vytvářených v reálném čase (online) a historických trendů. Protokolování jevů (Events Logging): Všechny jevy z provozních zařízení je možno kvůli pozdější analýze zaznamenat spolu s časovým příznakem. Provoz (Operation): Provozní zařízení je možno ovládat pohodlně pomocí INSUM OS. I v tomto případě se používá metody "napřed navol a pak provozuj", podobně jako u MMI. 9

10 10 Uživatel může v kterémkoliv okamžiku zkontrolovat svá přístupová práva a povolené operace. Obrazovka "specifická pro typ pohonu", která umožňuje uživatelsky příznivé ovládání příslušných zařízení. Povely a tlačítka na obrazovce pro dané zařízení jsou specifická pro typ zvoleného zařízení. Systémový stav (System Status): Možnost dynamického kreslení slepého schémat rozváděče, podle skutečného rozložení přístrojů. Na této obrazovce je možno provádět rychlé sledování všech provozních zařízení. Profil uživatele a povolení přístupu (User Profiles and Access Authorization): Systémový administrátor definuje uživatele a jejich přístupová práva. Existují následující různé typy uživatelů: "read only" (pouze ke čtení) "read and operation" (čtení a ovládání) "read and parametring" (čtení a nastavování parametrů) "read, operation and parametring" (čtení, ovládání a nastavování parametrů) Typ inicializace závisí na uzlu a na různých uživatelích. Dálkový přístup (Remote Access): Uživatel se může přihlásit (navázat spojení, provést incializaci) do INSUM OS z kteréhokoliv dalšího počítače na stejné síti LON. Nápověda (Help): Existují dva typy nápovědy provozní (Operation) a systémová (System). Provozní nápověda poskytuje technickou pomoc týkající se operací INSUM. Systémová nápověda uvádí informaci o používání programu INSUM OS a jeho různých funkcí. Rozhraní (Interfaces): Hodnoty parametrů z tabulek Excelu nebo Accessu je možno zavádět přímo do programu INSUM OS. Podpora národních jazyků (Native Language Support): Další výkonná funkce systému, která dále přispívá ke "zdomácnění" systému. Systém je možno zákaznicky specificky nastavit tak, aby se hlásil v jazyce příslušného uživatele. V současnosti jsou jazyky založeny na znacích používaných angličtinou, s některými dalšími speciálními znaky navíc. Další vlastnosti (Other Features): Zálohování dat pro protokoly jevů a historická data, bez nutnosti ukončení provozu systému. Možnost konfigurování barev pro ON-OFF, podle různých zvyklostí jednotlivých zemí. Kompletní systém INSUM OS. Zobrazení a interní datová struktura je kompatibilní s "rokem 2000". 6.8 Motorová řídicí jednotka (MCU Motor Control Unit) Srdcem systému řízení motoru pomocí INSUM je motorová řídicí jednotka MCU. Jedna MCU je schopna ovládat jeden motor. Jednotky MCU jsou vhodným způsobem umístěny v modulech motorových spouštěčů. Zabudovaný proudový snímač v MCU sleduje výpočet a přesnost měření proudů, do velikosti 63A. U motorů s vyšším jmenovitým proudem je možno použít vhodný transformátor proudu. Jednotky MCU jsou rozděleny na dvě verze, jedna cenově levná a druhá "kompatibilní danému řešení" zákazníka. MCU1 je jednoduchá řídící jednotka motoru, zajišťující ochranu motoru, řízení a monitorování. Hodí se pro standardní aplikace. MCU2 je vysoce dokonalá řídící jednotka motoru, založená na MCU1. Navíc je tato jednotka vybavená rozsáhlými řídicími, ochrannými a monitorovacími funkcemi, plus některými funkcemi vázanými na řízení procesu. Používá se pro složitější a náročnější požadavky. Mikroprocesorová motorová řídicí jednotka MCU se zabudovaným proudovým snímačem. Montážní základna

11 11 Typy motorů podporované jednotkami MCU: MCU1: motor pro přímé připojení na síť (DOL - Direct On Line) reverzační motor pro přímé připojení na síť (REV Reversing Direct On Line) motor pro přímé připojení na síť, s jednotkou dálkového ovládání (DOL RCU). RCU je typ pohonu, kde stykač je přímo řízen spínačem RCU. U pohonů typu RCU provádí řídicí jednotka MCU start a stop motoru pomocí impulzů rozběhových a zastavovacích výstupních relé. Délka impulzu je 150 ms. MCU2: motor pro přímé připojení na síť (DOL Direct On Line) reverzační motor pro přímé připojení na síť (REV Reversing Direct On Line) motor pro přímé připojení na síť, s jednotkou dálkového ovládání (DOL RCU). RCU reverzace motor hvězda - trojúhelník, bez reverzace motor hvězda - trojúhelník, s reverzací dvourychlostní pohony dvourychlostní reverzace ovládače elektromagnetický pohon jako jednofázové přímé připojení (DOL), s normálními nebo západkově blokovanými stykači spouštění přes autotransformátor používá se pro rozběh sníženým napětím, hlavně tam, kde v důsledku velkých záběrných proudů může dojít k velkým úbytkům napětí. plynulý rozběh/zastavení v aplikacích, kde je třeba mít vyhrazenu vlastní prodlevu při rozběhové a doběhové sekvenci. Po uplynuté této prodlevy je nutno deaktivovat ochranu proti nedostatečné zátěži nebo ochranu proti chodu naprázdno.

12 Funkce INSUM Funkce INSUM je z širokého pohledu možno roztřídit do tří hlavních kategorií: ochranné funkce dohlížecí funkce přídavné funkce Tyto funkce jsou konfigurovatelné a jsou realizovány na úrovni provozních jednotek (FU). Postup konfigurování provozních jednotek se nazývá "parametrizace". Motorové řídicí jednotky (MCU) musí být konfigurovány podle údajů výrobce k příslušnému motoru a podle požadavků aplikace Ochrana proti výpadku fáze (Phase Loss Protection) Tato ochrana provádí trvalé monitorování poměru mezi minimálním fázovým proudem a maximálním fázovým proudem ve všech třech fázích. Při dosažení předem definované alarmové úrovně pro ztrátu fáze, dojde k vyslání předběžné výstrahy pro příslušnou fázi a hlášení "Phase Loss Alarm 1P2/3". Jakmile je dosaženo předem definované vybavovací úrovně, nastane aktivace časovače prodlevy pro vybavení (trip delay timer) a pokud vybavovací podmínky přetrvávají po nastavenou dobu prodlevy, inině, avšak motor ještě nevypne, dokud nedojde k překročení vybavovací úrovně pro předem nastavenou dobu prodlevy pro vybavení. Předem je třeba parametrizovat "Alarm Level" (= alarmovou úroveň) a "Trip Level" (= vybavovací úroveň). Pokud přijaté nápravné opatření je schopno obnovit normální podmínky na motoru ještě před uplynutím prodlevy pro vybavení (trip delay time), nedojde k vypnutí motoru. Předvýstraha upozorní obsluhu na nutnost provedení určité činnosti, která zabrání vzniku případné 7.1 Ochranné funkce Motorové ochranné funkce zabezpečují motor proti nežádoucím procesům nebo mechanickým situacím. Požadované motorové ochranné funkce je možno předem parametrizovat. Základní metoda přístupu spočívá v tom, že je třeba generovat včasné výstrahy při dosažení předem nastavené alarmové úrovhavárie. Pokud dojde k vypnutí (vybavení) motoru v důsledku aktivace některé z ochranných funkcí, je možno návrat do původního stavu provést různými způsoby, podle požadavků konkrétní aplikace. Motor je možno konfigurovat na některý z následujících režimů vybavení vypnutého stavu (trip reset mode): Automatický návrat do původního stavu před vybavením (Auto Trip Reset) Dálkový návrat do původního stavu před vybavením (Remote Trip Reset) Místní návrat do původního stavu před vybavením (Local Trip Reset) Dálkové & místní vynulování (Remote & Local Trip Reset) Algoritmus v motorové řídicí jednotce provede odpovídající úkon, příp. generuje hlášení o různých alarmových situacích. Ochranné funkce jsou konfigurovatelné a mohou být aktivovány či deaktivovány podle požadavku. Je také možné maskovat vznik určitých alarmů nebo jevů, které jsou pak hlášeny do maskovací tabulky alarmů a jevů, avšak daná funkce stále může být aktivní. Motorová řídicí jednotky MCU1 provádí standardní ochranné funkce. U jednotky MCU2 jsou k dispozici kromě standardní ochrany ještě další složitější a modernější ochranné funkce. Standardní ochranné funkce u MCU: Ochrana proti tepelnému přetížení (Thermal Overload Protection) Podle požadavků normy IEC na tepelné relé dojde k aktivaci MCU, která vypne stykač. Třídu vybavení t6-krát je možno navolit v rozsahu 5-40 sekund. Při dosažení nastavených teplotních podmínek vyšle MCU výstražné hlášení "TOL Alarm". MCU vypočítává dobu "Time to Trip" (doba do vybavení) a "Time to Reset" (doba pro nastavení do původního stavu). Navíc je vysláno hlášení "TOL Reset Level Reached" (= nulovací hladina TOL dosažena). Na každý povel před tímto stavem bude vyslána alarmová odezva "Start up Inhibit Trip".

13 cializuje MCU samotné vybavení na stykači a vyšle hlášení "Phase Loss Trip" (= vybavení v důsledku ztráty fáze) Ochrana proti podtížení (Underload Protection) Funkce ochrany proti podtížení slouží pro indikaci chodu motoru pod jmenovitou kapacitou, tedy "mrhání" výkonem stroje. Motorová řídicí jednotka MCU diagnostikuje tuto situaci a inicializuje "ochranu proti příliš nízké zátěži". Motorová řídicí jednotka MCU monitoruje maximální fázový proud (I Lmax ) měřeného trojfázového proudu a pokud tento proud poklesne pod stanovenou alarmovou úroveň, inicializuje výstražné hlášení "U/L Alarm". Pokud I Lmax je menší než vybavovací úroveň, následuje vypnutí motoru a po uplynutí prodlevy pro vybavení ochrany vyslání hlášení "U/L Trip" Ochrana proti chodu naprázdno (No Load Protection) Motorová řídicí jednotka MCU chrání motor proti chodu naprázdno, k němuž může dojít v důsledku náhlé ztráty zátěže v poháněném procesu. Tato funkce využívá maximální měřený fázový proud (I L max. ). Motorová řídicí jednotka MCU monitoruje maximální fázový proud (I Lmax ) měřených tří fází. Pokud hodnota proudu poklesne pod alarmovou úroveň, je vysláno alarmové hlášení "N/L Alarm" a následuje vypnutí motoru. Po uplynutí nastavené prodlevy pro vybavení je vysláno hlášení "N/L Trip" Ochrana proti zablokování rotoru (Stall Protection) Motorová řídicí jednotka MCU chrání motor proti zablokování, k němuž může dojít v důsledku mechanického záseku nebo ucpání procesní linky. Funkce ochrany proti zablokování rotoru se aktivuje pouze po uplynutí rozběhové doby motoru. Jakmile proud tekoucí motorem dosáhne předem parametricky zadanou alarmovou úroveň, MCU generuje předvýstrahu "Stall Alarm" (alarm zablokování rotoru). Pokud tento stav řpetrvává po dobu delší než je nastavená prodleva pro vybavení v důsledku zablokování rotoru (stall trip delay), je vyslán alarm "Stall Trip" a stykač vypne napájení motoru Ochranná funkce "kontrola stykače" (Contactor Supervision Protection) Motorová řídicí jednotka MCU sleduje přepínání kontaktů stykače. Po uplynutí předem definované doby pro přepnutí stykače dochází k aktivaci této funkce. Funkce kontroly stykače cyklicky kontroluje stav pomocných kontaktů stykače. Při zjištění rozdílu mezi stanoveným stavem a skutečným stavem pomocných kontaktů je generována pro příslušný stykač předvýstraha "Feedback Alarm". Při zjištění rozdílu mezi jmenovitým stavem a skutečným stavem měření proudu je vyslán alarm "Feedback Trip" a stykač vypíná.

14 14 Přídavné funkce MCU Rozšířená funkce ochrany proti tepelnému přetížení Motorová řídicí jednotka MCU2 je vybavena několika dalšími rozšířenými funkcemi, které se využívají u určitých aplikací. Po vybavení v důsledku tepelného přetížení (TOL Temperature Overload) je k dispozici určitý speciální nulovací režim, který se nazývá "Automatic Restart after TOL Trip". Při aktivaci tohoto režimu se jednou vypnutý motor v důsledku přetížení po zchládnutí znovu automaticky rozběhne. Opakovaný rozběh motoru proběhne stejným směrem a stejnými otáčkami jako před vypnutím. V některých aplikacích je výhodné krátkodobě potlačit ochranu TOL (ochrana proti tepelnému přetížení) z důvodu zachování funkčnosti řízeného procesu. Pokud je vyslán po vzniku alarmu TOL povel "TOL Bypass", může teplotní zátěž motoru narůst až na 200 % hodnoty před vypnutím motoru Ochrana proti zemnímu spojení (Earth Fault Protection) Ochrana proti zemnímu spojení chrání motor proti vzniku tohoto stavu. Zemní porucha je zjišťována buď měřením fázového proudu, nebo jako signál na výstupu diferenciálního transformátoru proudu. Pokud proud tekoucí do země při zemní poruše dosáhne předem parametricky zadanou alarmovou úroveň, generuje motorová řídicí jednotka MCU předvýstrahu "Earth Fault Alarm". Pokud tento stav přetrvává po dobu delší, než je předem parametricky zadaná prodleva pro vybavení, dojde ke generaci alarmu "Earth Fault Trip" (= vybavení v důsledku zemní poruchy) a stykač motoru vypíná Ochrana proti nevyváženosti fázových proudů (Phase Current Unbalance Protection) Motorová řídicí jednotka chrání motor proti proudové nevyváženosti, k níž může dojít při narušení kontaktů stykače, nevyváženosti v napájecí síti, uvolněných spojích nebo při interní poruše v motoru. Při dosažení předem parametricky zadané alarmové hodnoty proudového převodu (1-I Lmin /I Lmax ) vyšle motorová řídicí jednotka MCU předvýstrahu "Phase Unbalance Alarm" operátorovi. Pokud tento stav trvá déle než doba prodlevy pro vybavení, dochází k vypnutí motoru a vyslání hlášení "Phase Unbalance Trip" (= došlo k vypnutí v důsledku nevyváženosti) Ochrana proti podtížení na bázi detekce účiníku cos φ Motorová řídicí jednotka chrání motor proti příliš nízké zátěži, na principu detekce účiníku. Sledování účiníku je založeno na sledování průchodu proudu a napětí nulou, ve fázi L1. Jakmile se hodnota cos φ dostane pod předem parametricky nastavenou alarmovou hodnotu "Underload cos φ alarm", je generována výstraha

15 "U/L cos φ alarm". Pokud hodnota účiníku i nadále zůstává pod předem parametricky zadanou vybavovací úrovní, po dobu delší než je prodlevy pro vybavení (underload cos φ trip delay), MCU2 vypne motor a vyšle hlášení "U/L cos φ trip" Ochrana proti zablokování rotoru na principu sledování otáček motoru Motorová řídicí jednotka MCU2 chrání motor proti zablokování rotoru. Zablokovaný rotor je detekován snímačem otáček. MCU2 porovnává otáčky motoru s předem parametricky zadanou alarmovou a vybavovací úrovní. Jakmile otáčky poklesnou pod úroveň pro vyslání alarmu (locked alarm level), je vyslána předvýstraha "Locked Alarm". Pokud tento stav trvá déle než nastavená prodleva pro tento ochranný režim, stykač vypne motor a je vyslán alarm "Locked Trip" Ochrana proti příliš vysoké teplotě mtoru (Motor Temperature Protection) MCU2 chrání motor proti příliš vysoké teplotě. Teplotu motoru měří snímač s kladným teplotním koeficientem (PTC). Odpor vstupu PTC snímače je porovnáván s předem parametricky nastavenou alarmovou úrovní PTC a vybavovací úrovní. Jakmile odpor na vstupu PTC překročí tuto nastavenou alarmovou úroveň PTC, je vyslána předvýstraha "PTC Alarm". Při nárůstu odporu nad tuto vybavovací úroveň dojde k vypnutí stykače motoru a vyslání alarmu "PTC Trip". Je možné inicializovat také režim automatického opakovaného rozběhu motoru po vybavení v důsledku aktivace PTC snímače Ochrana proti podpětí (Undervoltage Protection) Motorová řídicí jednotka MCU2 chrání motor proti podpětí. Funkce podpěťové ochrany využívá maximálního měřeného síťového napětí (U Lmax ). Jednotka MCU2 porovnává hodnotu U Lmax s předem parametricky nastavenou alarmovou a vybavovací úrovní. Jakmile U Lmax poklesne pod alarmovou úroveň pro podpětí, je vyslána předvýstraha "Undervoltage Alarm". Jestliže U Lmax zůstává pod touto vybavovací úrovní po dobu delší než nastavená prodleva pro tento případ (undervoltage trip delay), vypne stykač motoru a je vyslán alarm "Undervoltage Trip" Ochrana daná omezeným počtem rozběhů motoru (Start Limitation Protection) Jednotku MCU2 je možno parametrizovat na omezený počet rozběhů motoru během určitého časového intervalu. Pokud aktivujeme pouze jediný rozběh motoru, je hned po prvním rozběhu vyslán alarm "Start Limitation". Pokud počet rozběhů motoru dosáhne maximální povolený počet během určité časové doby, motor se zastaví a je vysláno alarmové hlášení "Start Limitation Trip". Další rozběh motoru již pak nelze provést. 7.2 Dohlížecí funkce Kromě ochranných funkcí provádí INSUM trvalý dohled nad dalšími vybavovacími funkcemi a sleduje údaje získané z údržby motoru. Tato funkce je prováděna funkčními jednotkami FU Hlavní vypínač ve zkušební poloze Pokud hlavní vypínač přepneme do polohy "Test Position", je vysláno jevové hlášení "Main Switch in Test Position". V poloze "Test Position" monitoruje jednotka MCU stav na vstupu a výstupu a fázové proudy. Všechny ochranné funkce založené na měření proudu jsou v takovém případě deaktivovány, aby bylo umožněno zkoušení řídicích obvodů bez nutnosti mít motor v chodu. Při zjištění nějakého proudu v kterékoliv fázi je vyslán alarm "Test Mode Failure Trip" a následuje vypnutí (vybavení; trip) stykače Nouzové zastavení (Emergency Stop) Při aktivaci režimu nouzového zastavení dojde po vypnutí stykače k vyslání alarmu "EM-Stop Activated". Po uvolnění tlačítka "Em Stop" nedojde k rozběhu motoru. 15

16 Režim externího vypnutí (External Trip) Při aktivaci externího vybavovacího vstupu (external trip input) dochází po vypnutí stykače k vyslání alarmu "External Trip" Režim vypnutí hlavního vypínače (Main Switch Trip) Při aktivaci vstupu hlavního vypínače (main switch input) dochází po vypnutí stykače ke generování alarmu "Main Switch OFF" (= hlavní vypínač vypnut) Dohlížecí časovač stykače (Contactor Watchdog) Motorová řídicí jednotka MCU má v obvodu ovládacího napětí zabudováno sledovací relé. Toto relé vypíná v okamžiku, kdy nadřazený procesor zjistí nějakou poruchu na stykači. Ovládací napětí se pak ze stykačů odpojí Režim vlastního sledování (Self Supervision) Motorová řídicí jednotka MCU obsahuje kontrolní časovací obvod, který dohlíží nad chováním hlavního procesoru. Tento režim slouží jako ochrana proti poruše funkce hostitelského (hlavního; host) procesoru Spínací cykly stykače Motorová řídicí jednotka MCU sleduje obsah počitadla spínacích cyklů stykače a při překročení předem definovaného počtu spínacích cyklů vyšle alarm "Maintenance Kx." Počet motorových hodin Motorová řídicí jednotka MCU sleduje obsah počitadla motorových hodin a při překročení předem definovaného mezního počtu generuje alarm "Maintenance Hours Run". 7.3 Přídavné funkce Systém INSUM obsahuje několik specifických funkcí, které usnadňují ovládání rozváděče Seskupování motorů (Motor Grouping) Tato funkce se používá hlavně pro usnadnění systému řízení procesu a pro eliminaci některých rutinních úkolů. Tato funkce umožňuje vytvořit spřažení souboru motorů tak, aby tyto motory sledovaly předem definovanou logickou sekvenci, nazývanou obecně "skupina" (angl. Group). Tato skupina je za normálních okolností řízena povelem pro skupinový start/stop, avšak povoleny jsou i start/stop povely pro jednotlivé motory ve skupině. Aktuální stav skupiny je indikován v příslušné stavové informaci, jako např. Group Stopped (skupina zastavena), Group Starting (skupina se spouští), Group Running (skupina v chodu) atd Časová synchronizace (Time Synchronization) Alarmy a jevy generované motorovou řídicí jednotkou dostávají přesný časový příznak ze systému naprosto přesného synchronizovaného času Funkce "zabezpečení proti poruše" (Failsafe) Jednou z důležitých vlastností podporovaných INSUMem je funkce "failsafe". Při této funkci je sledována ztráta komunikace s procesním řídicím systémem (Process Control System) nebo porucha interní komunikace (Internal Communication). Pokud dojde ke zjištění poruchy u jednoho tohoto systému, aktivuje MCU předem parametricky zadanou funkci, tzn. No Operation (žádný další provoz), Start Motor Direction 1 (rozběh motoru ve směru 1), Start Motor Direction 2 (rozběh motoru ve směru 2) nebo Stop Motor (zastavení motoru). Tím se zabrání kompletnímu výpadku celého provozu Řízení přístupu (Control Access Authority CA) Jednou ze specifických funkcí systému INSUM je "Control Access Authority", která sleduje činnost funkčních jednotek FU z neautorizovaných řídicích stanic. Příslušná funkční jednotka FU vyšle tabulku "Control Access Table CAT", v níž je uložena hierarchie mezi všemi stanicemi. Maximální počet kategorií stanic je 16. Funkční jednotka také udržuje přídavné políčko "CA-owner" (vlastník CA), do něhož je ukládán kód řídicí stanice mající CA (řízený přístup). Funkční jednotka může pak přijímat pouze povely od této řídicí stanice. FU vyhodnocuje příslušný řídicí povel podle zdrojové adresy takového řídicího povelu a podle nastaveného stavu v políčku "CA Owner". Pouze

17 tehdy, když povel a CA patří ke stejné stanici, je takový povel předán dále do motoru. Tím se zajistí dokonalá bezpečnost při práci s ovládacími povely. Aby dostala přístup k ovládání (CA) a aby tedy mohla určitá stanice ovládat FU, musí stanice s nízkou prioritou v CAT vyslat dotaz na stanici s vyšší prioritou. 8.0 Rozhraní na procesní řídicí systém Komunikační rozhraní směrem k procesnímu řídicímu systému nabízí několik možností. Implementovaná komunikační rozhraní jsou Profibus DP a Modbus RTU. Protokol LON Talk, používaný pro interní komunikaci, může být použit také pro externí komunikaci. V budoucnu budou k dispozici i další rozhraní. Rozhraní Ethernet field bus je nabízeno od druhého kvartálu roku Dalším implementovaným rozhraním by měl být Profibus DP-E. 8.1 Rozhraní LON Komunikace s procesním řídicím systémem PCS v rámci sítě LON probíhá po LON Standard Network Variable Types (SNVTs), které zajišťují dokonalou kompatibilitu s výrobky dalších výrobců. Přenášená data je možno rozdělit na několik níže uvedených tříd: procesní data: stavové signály, měřené hodnoty a spínací povely alarmy a jevy opatřené časovými příznaky data související s časovou synchronizací. Přenosová rychlost dat může být 1,25 MB nebo 78 kb/s, s možností redundance. Komunikace probíhá buď po zkrouceném metalickém páru vodičů, optickém vlákně nebo silovém vedení. 8.2 Mezisíťový počítač LON-MODBUS RTU Jedná se o nejjednodušší, nejsnadnější a vylepšené rozhraní, implementované v systému INSUM. U tohoto systému je možno zajistit si přístup z INSUMu pouze k požadované informaci. Struktura sběrnice MODBUS je poměrně pružná a konfigurovatelná. Pružnost daná konfigurovatelností požadované informace z INSUM minimalizuje zatížení sběrnice a pomáhá optimalizovat dobu odezvy. Mezisíťový počítač Modbus gateway provádí propojení interní sběrnice LON field s protokolem Modbus RTU. Strana LON pracuje se standardními síťovými typy proměnných (Standard Network Variable Types SNVTs). K dispozici je také software na bázi PC tzv. PoCT který generuje mapovací popisy mezi datovými objekty LON a stranou ModBus gateway. Konfigurační nástroj PoCT Konfigurační software PoCT pracuje pod MS Windows NT a MS Windows 95. Slouží k mapování dat ze stranyinsum LON a PCS MODBUS a je implementován v MS Visual Basicu. PoCT usnadňuje interaktivní definici mapovacích síťových proměnných (Network Variables NV) v síti LON s registrem Modbus Register. Vytváří výstupní soubor, založený na vstupní databázi a na uživatelském vstupu, který je pak možno zavést do uzlu gateway node. 8.3 LON Profibus DP Gateway Současný Profibus DP Gateway, implementovaný v INSUM, podporuje zpracování 48 provozních jednotek na jeden Profibus Gateway. Zpracování všech 128 provozních jednotek s komplexními funkcemi bude k dispozici u Profibus DP-E Gateway. 17

18 18 Poznámky:

19 19

20 ABB ELSYNN s.r.o. Rozváděče pro NN Heršpická BRNO Česká republika Telefon: petr.tesar@cz.abb.com Fax: petr.koenig@cz.abb.com