SCMSPS - Solução escalável de monitoração da condição para sistemas de bombeamento

Solução escalável de monitoração da condição para sistemas de bombeamento (GuardianAI + FTOptix + LogixEcho + PF755), incorporando implantação de conteúdo web – [Tempo de implantação: 120 minutos]

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Início do Innovation Center

Para que serve isso?

O objetivo deste documento é fornecer orientações sobre como configurar uma aplicação de compartilhamento de carga usando uma configuração de torque follower.

Compartilhamento de carga é um termo usado para descrever um sistema em que vários inversores e motores são acoplados e usados para operar uma carga mecânica.

As seguintes suposições são feitas:

Os inversores e motores são dimensionados adequadamente para a aplicação
Os inversores estão com ajuste de fábrica
Os motores estão equipados com dispositivos de realimentação robustos
Os inversores estão equipados com módulo TLink opcional e placas de realimentação

powerflex-755t-torque-follower-application_Fig 1.png

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O exemplo é baseado em um grande diâmetro de engrenagem principal com dois motores. Os motores são acoplados por meio de rodas dentadas e caixas de engrenagens.

Isso cria uma conexão rígida entre os motores, ideal para uma configuração de torque follower.

O torque follower (também conhecido como master-slave) é um tipo de configuração de compartilhamento de carga quando usamos um inversor mestre em regulação de velocidade e um inversor seguidor em regulagem de torque.

O comando de torque gerado pela malha de velocidade do mestre é transmitido ao inversor seguidor para ser usado como referência de torque.

powerflex-755t-torque-follower-application_Fig 2

Uma configuração de torque follower faz com que dois ou mais motores atuem como 1 grande motor. Veja abaixo o diagrama de blocos do torque follower.

powerflex-755t-torque-follower-application_Fig 3

Neste exemplo, a referência de torque é transferida do inversor mestre para o inversor seguidor via módulo opcional TLink.

powerflex-755t-torque-follower-application_Fig 4

Isso foi útil?
Se você estiver trabalhando com sistemas que envolvem vários motores acoplados a uma única carga, este documento será muito útil para você na configuração de uma estratégia de controle eficiente e eficaz.

Como posso fazer isso funcionar?

Hardware
- Logix 5580-1756-L8SE Control
- PowerFlex 755T Flux Vector Tuning
- TLink (FO Module) - 20-750-TLINK-FOC-5
- Placa de encoder incremental 20-750-ENC-1
Software
- Studio 5000 (V36)
Conhecimento prévio:
- Conhecimento básico de Studio 5000
- Conhecimento básico de PowerFlex 755T.

Documentos de referência

PowerFlex Drives with TotalFORCE control Quick Start, Rockwell Automation Publicação 750-QS100D-EN-P - Janeiro 2023.
PowerFlex Drives with TotalFORCE control Programming Manual, Rockwell Automation Publicação 750-RM100C-EN-P - Agosto 2022.
PowerFlex 755T Flux Vector Tuning Application Technique, Rockwell Automation Publicação 750-AT006D-EN-P - Janeiro 2022.
TLink Option Module User Manual Original Instructions, Rockwell Automation Publicação 750COM-UM100A-EN-P - Junho 2021.

Guia de instalação

Passo 01

Abrir o arquivo Project_PF755_PF755T.ACD, reutilizar as Add-On Instructions e UDT (User-Defined Types).

Configurar o Drive PF755 ou PF755T utilizando os Add-on Profile e o Studio 5000.

Ver vídeo: Como configurar PowerFlex 755TS VFDs com movimento integrado: Parte 2, Configuração online.

Integração dos Drive PF755_PF755T com Studio 5000_Step1
Etapa 02

Abra o arquivo SCMSPS.optix com o FactoryTalk Optix Studio.

Ver link: Open a project.

FactoryTalk Optix Studio_Step2
Etapa 03

Configure o caminho de “comunicação” do controlador ControlLogix ou CompactLogix.

Ver link: Open a project.

FactoryTalk Optix Studio_Rota de “comunicação”_Etapa 3
Etapa 04

Restaure o URL da aplicação FT Analytics GuardianAI.

URL do navegador da Web_FT GuardianAI_Etapa 4
Etapa 05

Crie a aplicação FactoryTalk Optix (FTOptixApplication).

Ver link: Export a FactoryTalk Optix Application to a folder.

Exportar uma aplicação FactoryTalk Optix para uma pasta_Step5
Etapa 06

Ao abrir a aplicação que foi criada previamente com FactoryTalk Optix Studio, as seguintes imagens serão exibidas. (Clique para ampliar)

FTOptixApplication Main View_Step6a

FTOptixApplication Gaurdian AI_Step6b

FTOptixApplication Main View_Step6c

FTOptixApplication Main View_Step6d

FTOptixApplication Main View_Step6e

FTOptixApplication Main View_Step6f

FTOptixApplication Main View_Step6g

SCMSPS - Solución Escalable de Monitoreo de Condición para Sistemas de Bombeo

Versión 1.0 - Marzo de 2025

Etapa 01

Etapas de configuração VDF

1. Ajustes gerais

Neste exemplo, ambos os inversores estão equipados com um módulo 20-750-TLINK-FOC-5 (fibra 5 m) localizado na porta 4 e um cartão 20-750-ENC-1 encoder incremental na porta 5.

Os ajustes a seguir se aplicam a ambos os inversores.

- 0:65 [Pri Mtr Ctrl Mode] = 4 “Induction FV”. Isso seleciona o modo de controle do motor como vetorial de fluxo de indução.
- Insira os parâmetros de dados do motor em 10:400–10:407.
- 10:1000 [Pri Vel Fb Sel] = 5:4 [Encoder Feedback]. Isso seleciona o encoder incremental como fonte de realimentação do motor.
- Insira a resolução do encoder em 5:2 [Encoder PPR].

2. Configuração do inversor mestre

10:30 [PsnVelTrq Mode A] = 1 "Reg Velocidade". Isso seleciona o modo de controle para a regulação de velocidade.

Selecione a fonte de referência de velocidade em 10:1800 [Vel Ref A Sel]

Defina os limites de velocidade e as taxas de rampa de acordo com a aplicação.

10:1392 [Max Speed Fwd]

10:1393 [Max Speed Rev]

10:1915 [VRef Accel Time 1]

10:1917 [Vref Decel Time 1]

10:930 [Direction Mode] = 1 "Bipolar".Isso seleciona que a referência de velocidade pode ser positiva e negativa.

10:2020 [LdObs Mode] = 1 "LdObs Only".

Esta é a configuração recomendada do recurso Load Observer para aplicações em modo de velocidade. Para mais informações sobre o recurso Load Observer, consulte PowerFlex 755T Flux Vector Tuning, publicação 750-AT006.

Defina os limites de torque de saída de acordo com o projeto da máquina, dimensionamento do inversor e do motor. Neste exemplo, −150% a 150%.

10:2083 [Torque Limit Pos] = 150%

10:2084 [Torque Limit Neg] = −150%

3. Configuração do módulo de opção TLink como Master Drive

4:1 [TLink Mode] = 1 “Mode A”. O Master envia 2 palavras sincronizadas com atualizações de 50 mµ.

4:2 [TLink Role] = 0 “Master”. Define o TLink role para o drive, o Master envia dados para os nós.

4:201 [TLink Out Sel 1] = 0 “Trq Ref Out”. Seleciona a saída de referência de torque.

4:202 [TLink Out Sel 2] = 3 “VRef Ramped”. Seleciona a saída de referência de velocidade em rampa.

4. Configuração do inversor escravo

110:30 [PsnVelTrq Mode A] = 2 “Reg. de torque”. Isso seleciona o modo de controle para a regulagem de torque.

10:2000 [Trq Ref A Sel] = 4:203 [TLink In 1]. Isso obtém a referência de torque do mestre.

10:1800 [VRef A Sel] = 4:206 [TLink In 2]. Isso obtém a referência de velocidade em rampa do mestre.

10:2020 [LdObs Mode] = 0 “Desabilitado”. Esta é a configuração recomendada do observador de carga para aplicações em modo de torque.

Defina os limites de torque de saída de acordo com o projeto da máquina, dimensionamento do inversor e do motor. Os valores do inversor escravo são definidos um pouco mais altos, pois os valores de comando são limitados pelo inversor mestre.

10:2083 [Torque Limit Pos] = 155

10:2084 [Torque Limit Neg] = −155 %

5. Configuração do inversor escravo do módulo opcional TLink

4:1 [TLink Mode] = 1 “Modo A”. O escravo recebe 2 palavras sincronizadas com atualizações de 50 mµ.

4:2 [TLink Role] = 0 “Escravo”. Define o papel TLink para o inversor; o escravo consome dados do mestre.

4:3 [TLink Status] = 1 “Tx Active”. Verifique a transmissão de dados pelo mestre (módulo opcional TLink no inversor mestre)

4:3 [TLink Status] = 3 “In Sync”. Verifique se o inversor escravo está sincronizado com o inversor mestre no escravo (módulo opcional TLink no inversor escravo)
Etapa 02

Etapas de ajuste

O ajuste é fundamental ao trabalhar no modo de controle vetorial de fluxo. Usaremos a função Autotune para medir as características do motor. O Autotune é composto por vários testes individuais, cada um destinado a identificar um ou mais parâmetros do motor. Esses testes exigem que as informações da placa de identificação do motor sejam inseridas nos parâmetros do inversor. Podemos executar todos os testes no parâmetro 10:910 [Autotune].

Estas são as etapas recomendadas:

1- Insira os parâmetros de dados do motor em 10:400–10:407.

2 - Execute 10:910 [Autotune] = 1 “Direction”. Isso permite determinar se o motor gira na direção desejada. Também permite verificar se a contagem de realimentação do encoder aumenta em valor para um comando de velocidade de avanço.

3 - Meça os parâmetros elétricos do motor:

Defina 10:510[MtrParam C/U Sel] = 1 “User Entered”

Execute 10:910 [Autotune] = 3 “Rotate MtrID” para medir os parâmetros elétricos do motor. Ele inicia o movimento e gira a carga. Para obter a medida mais precisa da corrente de fluxo do motor, desconecte a carga para este teste.

Se não puder iniciar o movimento para girar a carga, execute 10:910 [Autotune] = 2 “Static MtrID” para medir os parâmetros elétricos do motor.

4 - Defina a largura de banda do regulador de corrente 10:445 [VCL CReg BW]

125 quando 10:425 [PWM Frequency] = 1.33 kHz

250 quando 10:425 [PWM Frequency] = 2 kHz

375 quando 10:425 [PWM Frequency] = 4 kHz

5 - Execute 10:910 [Autotune] = 4 “InertiaMotor” para medir a inércia do motor. Este teste inicia a rotação momentânea do motor para medir e atualizar 10:900 [Motor Inertia].

Este teste é apenas uma opção se a carga puder ser desconectada para executar o teste. Se a carga não puder ser desconectada, você deve inserir o valor manualmente em 10:900 [Motor Inertia].

6 - No inversor mestre, execute 10:910 [Autotune] = 5 “Inertia Total”. Este teste inicia a rotação momentânea do motor e da carga para medir a inércia total e calcular 10:901 [Load Ratio]. Após selecionar este valor, você deve emitir um comando de partida para iniciar o teste. Realize este teste com a carga conectada ao motor.

10:900 [Motor Inertia] e 10:901 [Load Ratio] são usados para calcular o torque scaler Kj, um parâmetro interno que compensa os efeitos da inércia e afeta o ajuste geral. Load Ratio também é usado para calcular os ganhos do controlador.

Como a aplicação será controlada por 2 motores de compartilhamento de carga, a Load Ratio do inversor mestre medida durante o teste pode ser dividida por 2.

7 - No inversor mestre, execute 10:910 [Autotune] = 6 “BW Calc”. O teste de cálculo da largura de banda calcula os ganhos da malha de controle e os limites dinâmicos.

8 - Execute o inversor mestre e ajuste a largura de banda do sistema em 10:906 [System BW] se necessário. Diminuir a largura de banda do sistema estabiliza o sistema e aumentá-la melhora o desempenho. Normalmente, um ganho alto resulta em um tempo de resposta mais rápido, mas um ganho excessivo causa instabilidade no sistema.

Para mais informações sobre ajuste, consulte PowerFlex 755T Flux Vector Tuning, publicação 750-AT006.
Etapa 03

Verificações de sinal e etapas de operação

1. Verificações de sinais

Acione o motor mestre (somente) até a velocidade nominal. Master Drive: Verifique10:2087 [Trq Ref Limited]durante a aceleração.

2. Operação

Para iniciar a aplicação de seguidor de torque

Inicie o inversor seguidor primeiro. Como o inversor mestre não está em operação, o inversor seguidor não está recebendo nenhuma referência de torque. Nesta etapa, o motor está fluxado e pronto para operar.

Quando o inversor escravo estiver em operação, acione o inversor mestre. O regulador de velocidade do inversor mestre gera um comando de torque que é utilizado no inversor mestre e transferido para o inversor seguidor. Ambos os inversores e o motor dividirão igualmente a carga e atuarão como um só.

Para parar a aplicação do triturador seguidor de torque

Pare primeiro o inversor mestre. O inversor mestre irá reduzir sua velocidade e enviar um comando de torque negativo para o inversor escravo para auxiliar. Os valores do comando de torque podem ser limitados pelo regulador de barramento, reduzindo a quantidade de energia regenerativa.

Pare o inversor seguidor assim que o inversor mestre não estiver mais ativo. Consulte a palavra de status do inversor via a interfaces de comunicação ou via10:354 [Motor Side Sts 1] bit 1 [Active].

Quando um inversor está com falha

Se o inversor mestre estiver com falha, o seguidor não receberá nenhuma referência de torque. Nessa condição, o inversor escravo praticamente irá parar por inércia. Neste estágio, há duas opções:

A falha pode ser eliminada e o inversor mestre pode ser reiniciado; a velocidade será imediatamente captada pelo encoder do motor (não é necessário ativação de partida com motor em movimento).

O inversor escravo pode ser parado. Para garantir que o inversor escravo pare com uma rampa de desaceleração controlada, verifique se o bit 1 [Torq Mode stop]de 10:40 [Motor Cfg Options]está definido.

- Se o inversor escravo estiver com falha, o inversor mestre estará assumindo toda a carga. Ele pode atingir o limite de corrente e potencialmente travar. O inversor pode então desarmar por sobrecarga do motor. O inversor mestre pode ser parado.
Step 04

Carregar o programa Logix no controlador Etapas

1 - No software de desenvolvimento Studio 5000, abrimos o programa “Torque_Follower_with_TLink”. A imagem a seguir é exibida, onde o controlador, uma placa analógica e uma digital, bem como a placa Ethernet onde os inversores PowerFlex 755TS farão parte da rede, já estão adicionados.

2 - Na barra de menu, clique em “comunicação” e escolha “download” nas opções que aparecem, depois clique novamente no botão na janela que se abre, conforme mostrado na imagem a seguir.

3 - Esperamos que o programa seja baixado para o controlador

4 - Finalmente, clicamos no botão Yes na janela que aparece após o programa ser carregado no controlador, para mudar o controller mode para “Remote Run”