Ponad 100 lat poświęconych postępowi technicznemu - tak najprościej można opisać naszą działalność w zakresie technologii robotycznej i automatyki Yaskawa.
Prąd z kruszywa: falowniki w kamieniołomie Ramsau
Hans Zöchling GmbH z siedzibą w Hainfeld w Austrii zarządza siecią kamieniołomów, szutrowni oraz instalacji do recyklingu i obróbki materiałów sypkich. Rodzinne przedsiębiorstwo rozrosło się w międzyczasie do pokaźnych rozmiarów i obecnie zatrudnia ponad 350 pracowników, oferując także usługi z zakresu przenoszenia materiałów oraz urban mining, czyli procesów odzyskiwania cennych surowców ze zużytych produktów. Te ostatnie z każdym rokiem coraz bardziej zyskują na znaczeniu, umożliwiając np. odzysk metali zgromadzonych w filtrach stosowanych w elektrowniach. Projektowanie i dobór komponentów tego typu systemów firma powierzyła przedsiębiorstwu VIPA Elektronik-Systeme GmbH. Ich budową i serwisowaniem zajmuje się Schmied & Fellmann GmbH – doświadczony integrator specjalizujący się w tworzeniu wysoko zaawansowanych instalacji.
Cel: odzysk energii z zachowaniem pełnej operacyjności przenośnika
Pod koniec 2015 r. VIPA Elektronik-Systeme GmbH stanęła przed wyzwaniem zaprojektowania systemu transportowego, który umożliwiałby przenoszenie materiału z kamieniołomu dolomitu w Haraseck/Ramsau w pobliżu Hainfeld w Austrii do znajdującej się poniżej doliny. Urobek miał być transportowany za pomocą przenośnika taśmowego na odległość kilkuset metrów. Dystans ten wymusiło ukształtowanie terenu: aby nie naruszyć struktury idyllicznego wąwozu, wydobycie prowadzono wysoko, niemal na szczycie góry. Do tej pory kruszywo przewożono ciężarówkami z górnej stacji do silosu magazynowego w dolinie. Metoda ta była droga, nieefektywna energetycznie i obciążająca dla środowiska, a duże nachylenie terenu nie ułatwiało zadania kierowcom, zwłaszcza przy złej pogodzie.
Dlatego transport kołowy zdecydowano się zastąpić przenośnikiem taśmowym. Instalacja składa się z leja zasypowego, do którego wprowadzany jest materiał skalny, przesiewacza wstępnego oraz kruszarki szczękowej, która rozdrabnia go do postaci kruszywa. Poszczególne stacje połączone są przenośnikiem taśmowym, który transportuje materiał do kruszarki, a po rozdrobnieniu dostarcza go do pierwszego silosu. Stamtąd kruszywo trafia na taśmę o długości 138 metrów, a z niej na jeszcze dłuższy, 178-metrowy przenośnik, który transportuje je aż do doliny, pokonując różnicę wysokości rzędu 50 metrów. W ciągu godziny system jest w stanie przenieść w ten sposób 350 do 400 ton materiału.
Wspomniane nachylenie terenu powoduje, że podczas przenoszenia powstają duże ilości energii hamowania. W większości jest ona przekształcana w ciepło; część można jednak odzyskać i zwrócić z powrotem do sieci. Ale jak to zrobić, skoro taśma powinna być napędzana także wówczas, gdy przenośnik pracuje bez obciążenia? Niektórzy producenci układów napędowych proponują w tej sytuacji wyposażyć klasyczny falownik w zawór wejściowy, moduł zwrotu energii do sieci oraz filtr wyższych harmonicznych. W efekcie powstaje rozbudowany układ zajmujący niemal całą szafę sterowniczą – na tyle złożony, że jego budowa i dobór komponentów wymagają ogromnej wiedzy i doświadczenia.
Rozwiązanie: falownik i moduł odzysku energii w jednym
Dlatego firma YASKAWA postanowiła stworzyć prostszą alternatywę i wprowadziła na rynek falownik U1000 typu matrix – rozwiązanie stosowane dotychczas głównie w sieciach średniego napięcia. Urządzenie przekształca prąd trójfazowy o częstotliwości 50 Hz w taki o częstotliwościach od 0 do 400 Hz, dzięki czemu może efektywnie sterować prędkością obrotową napędu. W sytuacji odwrotnej, tj. wówczas, gdy silnik wytwarza energię, napęd zasilany jest normalnym prądem trójfazowym o częstotliwości 50 Hz. Nie ma przy tym konieczności stosowania dodatkowych filtrów sieciowych: udział wyższych harmonicznych w przebiegu prądu nie przekracza 5%, co według ekspertów jest doskonałym wynikiem.
Prosta parametryzacja, kompaktowa konstrukcja łącząca w sobie funkcje falownika i modułu odzysku energii oraz czysty przebieg sinusoidy prądu – to wszystko sprawiło, że inwestor zdecydował się wyposażyć przenośnik w kamieniołomie Haraseck/Ramsau właśnie w falowniki U1000 firmy YASKAWA. „Napędy YASKAWY są bardzo proste i szybkie w parametryzacji”, podkreśla Bernhard Handl, technik automatyk w firmie Schmied & Fellmann. „Dzięki predefiniowanym ustawieniom urządzenie od razu jest gotowe do pracy, a fachowe wsparcie ze strony firmy VIPA Elektronik-Systeme sprawiło, że system został bardzo szybko oddany do użytku”.
Składają się na niego dwa falowniki typu matrix, cztery standardowe przemienniki częstotliwości oraz układ sterowania firmy VIPA (SPEED7 SLIO CPU 015), zintegrowane i skomunikowane w sposób konwencjonalny, tj. przy użyciu cyfrowych i analogowych modułów I/O. Dzięki temu w razie konieczności wymiany komponentów nie ma potrzeby ponownej parametryzacji magistrali. „Do integracji sterowania firmy VIPA z napędami YASKAWY wykorzystujemy gotowe bloki oprogramowania, co pozwala nam na wymianę danych przez dowolną magistralę na zasadzie plug & play”, wyjaśnia Christian Carl, specjalista ds. techniki napędowej w firmie VIPA.
Wszystkie falowniki firmy YASKAWA i system sterowania firmy VIPA wyposażone są w standardzie w protokół ModbusRTU ze złączem RS485 wykorzystywanym do sczytywania i archiwizacji parametrów energii elektrycznej.
System napędowy opracowany dla firmy Hans Zöchling GmbH jest w stanie odzyskać tak duże ilości energii, że można nią z powodzeniem zasilać inne komponenty instalacji. „Zaskoczyło nas, że układy: napędowy i odzysku energii są aż tak kompaktowe i wydajne”, relacjonuje Johann Obermayer, kierownik kamieniołomu. „Po naciśnięciu wyłącznika awaryjnego system natychmiast się zatrzymuje – nawet przy w pełni załadowanej taśmie. Zaś cała energia hamowania powstała w tym procesie trafia z powrotem do sieci”.
