راهنمای تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله با استفاده از BOP

در این مقاله، به بررسی فرآیند تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله پرداخته ایم. توضیحات این راهنما برای Control Unit مدل CU240B-2 بیان شده است. اغلب داده های بیان شده برای نمونه های مختلف کنترل یونیت یکسان است. اما توصیه می شود از تطبیق داده ها اطمینان حاصل کنید.

در این راهنما نحوه کمیسیونینگ درایو با BOP-2 (برای عملیات سریع و تست میدانی) بیان شده است. با راه اندازی درایو G120 زیمنس همراه من باشید.

مروری بر درایو G120 زیمنس

درایو فرکانس متغیر کاربرد زیادی در صنایع مختلف دارد. همین موضوع سبب عرضه انواع مختلفی از این درایو به بازار شده است. درایو زیمنس به عنوان یکی از برندهای معتبر موجود در بازار، تنوع بالایی در زمینه درایو دارد.

درایو G120 زیمنس یک درایو ماژولار است که برای کنترل سرعت و گشتاور موتور در کاربردهای صنعتی مختلف طراحی شده است. ساختار این درایو متشکل از بخش های زیر است:

• ماژول قدرت یا Power Module (ضروری)
• ماژول کنترل یا Control Module (ضروری)
• پنل اپراتوری (اختیاری)

لازم به ذکر است ماژول قدرت و ماژول کنترل انواع مختلفی دارند و متناسب با نیازهای کاربری انتخاب می شوند. تنظیمات نرم افزاری روی ماژول کنترل انجام می شود. در این مقاله تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله روی ماژول CU240B-2 بررسی می شود.

این درایو عضوی از خانواده درایو سینامیکس زیمنس است. خانواده SINAMICS محصولات متنوعی دارد که با توجه به نیازهای پروژه انتخاب می‌شوند:

• SINAMICS G120: طراحی ماژولار و مناسب برای کاربردهای عمومی صنعتی، با انعطاف‌پذیری بالا در انتخاب ماژول ها و پارامترهای عملیاتی.
• درایو G120C زیمنس: مدل کامپکت‌ و مناسب نصب سریع‌ در تابلوهای کوچک.
• SINAMICS G120X: مخصوص کنترل عملکرد پمپ‌ و فن‌، با قابلیت‌های بهینه‌شده برای سیستم‌های آب‌وفاضلاب.
• درایو V20 زیمنس: یک محصول اقتصادی برای کاربردهای ساده و بدون نیاز به پیچیدگی زیاد.
• SINAMICS S120:  برای کاربردهای پرفورمنس بالا و چندمحوره، با قابلیت دینامیکی بسیار بالا.
• سروو درایو V90 زیمنس: به صورت ویژه برای کنترل سروو موتور طراحی شده است.

معماری G120 و نقش Control Unit

 Control Unit درایو G120 مسئول مدیریت منطق کنترلی، ارتباطات، I/Oها و پارامترهای سیستم است. در این راهنما برای تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله، از CU240B-2 استفاده می‌کنیم. این کنترلر برای کاربردهای نوار نقاله مناسب است.

• مد کنترلی Vector Control و V/f : برای کنترل نوار نقاله معمولاً از پروفایلVector Control  به دلیل پایداری بهتر استفاده می‌شود.
• کنترل پذیری بالا: این یونیت از منابع مختلف فرمان از جمله ورودی های کنترلی یا  PLC فرمان می پذیرد.
• مقیاس‌دهی مرجع سرعت: امکان تنظیم دقیق مقیاس و نوع سیگنال‌های کنترل سرعت برای جلوگیری از نوسان یا سرعت غیرعادی وجود دارد.

فرآیند کمیسیونینگ این ماژول به دو روش قابل انجام است:

1. استفاده از BOP-2: این روش برای عملیات سریع و تست‌های میدانی مناسب است
2. انجام تنظیمات در TIA Portal: از این روش برای عملیات مهندسی و مستندسازی استفاده می شود

تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله

قبل از انجام فرآیند تنظیمات لازم است برخی اطلاعات عملیاتی را گردآوری کنید. جدول زیر لیست اطلاعات مورد نیاز قبل از شروع فرآیند کمیسیونینگ را نشان می دهد:

هشدار ایمنی مطابق با استاندارد IEC 60204  

در تمام مراحل تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله رعایت نکات ایمنی الزامی است. کار روی درایو، کابل‌های قدرت، موتور و مکانیزم نوار نقاله می‌تواند باعث آسیب جدی جانی/مالی شود. قبل از هرگونه سیم‌بندی، تست یا کمیسیونینگ موارد زیر را بررسی و از انجام آن اطمینان حاصل کنید:

1. برق را قطع کنید و قفل/برچسب عدم وصل برق بدون هماهنگی (LOTO) را نصب کنید.
2. زمان تخلیه انرژی ذخیره‌شده در خازن‌ها را مطابق منوال مرجع رعایت کنید.
3. صحت اتصال ارت و مسیر برگشت جریان خطا را بررسی کنید؛ ضعف ارت می‌تواند ریسک شوک و نویز کنترلی را افزایش دهد.
4. محدوده خطر حرکت مکانیکی نوار نقاله را ایمن‌سازی کنید (گارد، علائم هشدار، منع دسترسی).
5. اولین تست‌ها را بدون بار انجام دهید. در این مرحله دسترسی واقعی به توقف اضطراری و امکان قطع فوری تغذیه ضروری است.

علاوه بر نکات عمومی که در راه اندازی درایو باید مورد توجه قرار بگیرند، کنترل ریسک در کمیسیونینگ نوار نقاله نیز باید مورد توجه قرار بگیرد.

مهمترین ریسک در کنترل نوار نقاله، «حرکت غیرمنتظره» و «ضربه مکانیکی در شروع/توقف» است. بنابراین در کل مقاله این سه اصل ثابت را دنبال می‌کنیم:

• اصل ۱: تست مرحله‌ای
• اصل ۲: فرمان در هر لحظه تنها باید از یک منبع صادر شود
• اصل ۳: مدیریت انرژی مکانیکی

تذکر مهم:
این مقاله جایگزین Manual رسمی زیمنس نیست. این مقاله براساس منوال مرجع ( Operating Instructions – SINAMICS G120 (CU240B-2/CU240E-2), Edition 10/2020) نگارش شده است. مسئولیت نهایی انتخاب‌ تجهیزات، تطبیق با استانداردها، طراحی مدارهای حفاظتی/ایمنی و اجرای تست‌های سایت، با مهندس ناظر پروژه و رویه‌های HSE است.

پیش‌نیازهای تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله

در بخش قبل به برخی از پیش نیازهای راه اندازی درایو اشاره کردیم. در این مرحله لازم است پیش نیازهای عملیاتی درایو را تعیین کنید. این مرحله بسته به نوع کاربری درایو و نیازهای پروژه می تواند دستخوش تغییر شود.

پیش نیازهایی که برای کنترل نوار نقاله با درایو G120 زیمنس باید گردآوری کنید عبارتند از:

1. تعریف سناریوی عملکرد نوار نقاله

قبل از شروع کمیسیونینگ به سوالات زیر پاسخ دهید:

• شروع حرکت نرم و بدون ضربه است یا تند؟
• توقف نوار نقاله به صورت آزاد است یا کنترل‌شده؟
• بار روی نوار نقاله ثابت است یا متغیر؟
• اینرسی زیاد است یا کم؟
• حرکت موتور همواره در یک‌جهت است یا نیاز به Reverse دارید؟
• شرایط مجاز برای شروع حرکت چیست؟

2. تعیین مرجع صدور فرمان راه اندازی

• برای نوار نقاله های ساده عموما فرمان از طریق ترمینال های کنترلی صادر می شود.
• در پروژه‌های صنعتی عموما فرمان راه اندازی و توقف نوار نقاله توسط پی ال سی صادر می شود.

سخت‌افزار و سیم‌بندی  CU240B-2

برای جلوگیری از Start ناخواسته موتور و اشتباهات سیم‌بندی، توصیه می شود سیگنالRun Enable  را از Start/Stop  جدا کنید. با این کار در صورت بروز هرگونه اختلال، مانند نویز یا اشتباه در منطق  PLC، از حرکت ناخواسته درایو جلوگیری می‌شود.

Run Enable باید از یک ورودی دیجیتال مطمئن به‌عنوان اینترلاک استفاده کند.

سناریوی مختلف سیم‌بندی

برای تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله لازم است درایو، موتور و مدار کنترل از طریق سیم بندی به هم متصل شوند. در این پروژه بسته به مرجع فرمان راه اندازی موتور، دو سناریوی مختلف برای سیم بندی وجود دارد:

سناریو اول: صدور فرمان از طریق ترمینال  (Stand-alone)

•  یک ورودی دیجیتال برای Run Enable (اینترلاک) استفاده می شود.
• یک ورودی دیجیتال برای Start/Stop (کلید/شستی) به کار گرفته می شود.
• یک ورودی دیجیتال برای Fault Reset (شستی لحظه‌ای) در نظر بگیرید.
• با اتصال یک پتانسیومتر به ورودی آنالوگ ولتاژی یا جریانی درایو، Speed Setpoint را کنترل کنید.

سناریو دوم:کنترل درایو توسط  PLC

• عملکردهایRun Enable ،Start/Stop  و  Fault Resetبا اتصال خروجی‌های دیجیتال PLC به ورودی‌های دیجیتال  CU240B-2کنترل می شود.
• برای تنظیمSpeed Setpoint  بسته به معماری پروژه از خروجی آنالوگ PLC یا شبکه استفاده می شود.

نکات کلیدی سیم‌بندی برای پایداری و کاهش نویز

انجام صحیح سیم بندی نقش موثری در کاهش نویز سیستم دارد. با توجه به وجود نویز زیاد در محیط صنعتی، مدیریت این چالش بسیار ضروری است. جهت تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله رعایت نکات زیر در فرآیند سیم بندی الزامی است:

• کابل‌های قدرت موتور و کابل‌های سیگنال را از مسیر جدا ببرید. عبور موازی کابل ها در فواصل طولانی، نویز را افزایش می‌دهد.
• شیلد کابل‌های سیگنال را طبق رویه تابلو و منوال مرجع زمین کنید. زمین‌کردن اشتباه می‌تواند بدتر از کابل بدون شیلد عمل کند.
• ورودی‌های دیجیتال را «شناور» رها نکنید. ورودی شناور یکی از علت‌های رایج Start ناخواسته است.
• اگر از ورودی آنالوگ به عنوان مرجع سرعت استفاده می کنید، مقیاس و نوع سیگنال را از ابتدا مشخص کنید.

ترفند مهندسی: قبل از اتصال موتور به درایو، با مانیتورینگ وضعیت ورودی‌ها (DI) و خروجی‌ها (DO) از صدور فرمان صحیح توسط کلیدها یا پی ال سی اطمینان حاصل کنید. این کار بسیاری از خطاهای سیم‌بندی را حذف می‌کند.

تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله با BOP-2

در این بخش به منظور پرهیز از اطاله کلام تنها به نام بردن از مراحل عملیاتی اکتفا می کنیم. در صورت ابهام در هریک از بخش ها، اکیدا توصیه می کنیم به منوال درایو مراجعه کنید. لازم به ذکر است تفاوت فیرم ور می تواند تغییراتی را در فرآیند راه اندازی درایو ایجاد کند.

به منظور تنظیم درایو G120 با پنل کاربری، مراحل زیر را انجام دهید:

گام اول: آماده‌سازی و جلوگیری از حرکت ناخواسته

• منبع فرمان را روی فقط یک مورد تنظیم کنید) ترمینال یاPLC )

• Run Enable  را در حالت امن نگه دارید (مثلاً اینترلاک باز باشد) تا در طول انجام تنظیمات، نوار نقاله حرکت نکند.
• موتور را موقتا از درایو جدا کنید یا تست را بدون بار انجام دهید.

 نکته کاربردی: اگر در این مرحله درایو Ready نمی‌شود، سراغ بخش عیب‌یابی نروید. اول ورودی‌های اینترلاک، خطاهای فعال و وضعیت تغذیه را بررسی کنید.

گام دوم: ورود به  Quick Commissioning

در اغلب پروژه‌ها، تنظیم درایو با BOP-2 از مسیر فعال کردن حالت Quick Commissioning شروع می‌شود.

تذکر: نام دقیق منوها و ترتیب نمایش آن ها ممکن است در نسخه های مختلف فیرم‌ور متفاوت باشد.

گام سوم: ثبت اطلاعت پلاک موتور

درایو براساس داده های وارد شده توسط کاربر، عملکرد موتور را بهینه می کند. بنابراین وارد کردن دقیق اطلاعات موتور ضروری است. این داده‌ها پایه محاسبات حفاظتی و رفتار کنترلی هستند. داده های عملیاتی موتور شامل موارد زیر است:

• ولتاژ
• جریان
• توان
• فرکانس
• سرعت

ورود اطلاعات موتور به صورت نادرست می تواند منجر به وقوع خطاهای زیر شود:

• در زمان راه اندازی درایو Trip بدهد (Overcurrent/Overload)
• درایو داغ کند
• عملکرد سیستم در بار واقعی ناپایدار شود

گام دوم: انتخاب مد کنترلی درایو G120 برای نوار نقاله

• طبق داده های درج شده در منوال زیمنس بهترین انتخاب برای کنترل نوار نقاله، مد کنترل برداری یا  Vector Controlاست.
• در پروژه های ساده که به تنظیمات حداقلی نیاز دارند می توان از مد  V/fنیز استفاده کرد.

گام پنجم: تعیین منبع فرمان و مرجع سرعت

یکی از مراحل مهم تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله، سیم بندی پروژه است. براساس تصمیمات اتخاذ شده در مرحله سیم بندی، تنظیمات زیر را روی درایو اعمال ‌کنید:

• تثبیت منبع صدور فرمان برای درایو (از طریق ترمینال های کنترلی درایو یا (PLC
• مرجع سرعت درایو را روی AI یا PLC و شبکه تنظیم کنید
• سیگنال‌های Run Enable / Start / Reset را مطابق سیم‌بندی تعریف کنید

نکته کاربردی: قبل از راه اندازی موتور، وضعیت ورودی‌ها را روی BOP-2 مانیتور کنید. جهت اطمینان خاطر با کلید یاPLC  وضعیت ورودی ها را تغییر دهید تا مطمئن شوید درایو اطلاعاتی که شما می‌خواهید را دریافت می کند.

گام ششم: تعریف RAMP و محدودیت‌ها

در مراحل تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله، تعریفRamp  و محدودیت‌ها اهمیت بسیار بالایی دارد. تنظیمات درست در این مرحله تضمین کننده حرکت نرم، عدم وارد آمدن ضربه یا شوک مکانیکی و عدم Trip  درایو در فرآیند کنترل موتور است.

در این مرحله پارامترهای زیر را با توجه به نیازهای پروژه تعیین کنید:

•  Ramp-Up / Ramp-Down: تعریف درست این پارامترها نقش موثری در جلوگیری از ضربه زدن نوار نقاله (شروع و توقف ناگهانی) دارد.
• تعیین حداقل/حداکثر سرعت: به منظور جلوگیری از صدور فرمان‌های ناخواسته یا عملکرد نوار نقاله با سرعت‌های خطرناک.
• تعیین محدودیت جریان/گشتاور: این پارامترها به منظور کنترل رفتار نوار نقاله در زمان گیرکردن یا اضافه بار ضروری است.

تنظیمات اختصاصی نوار نقاله (Conveyor-Specific Tuning) در درایو G120

کیفیت تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله را تنظیم دقیق سه پارامتر تعیین می‌کند:

• Ramp: شتاب/کاهش سرعت
• Limits: ایمن‌سازی سرعت/رفتار
• محدودیت‌های حفاظتی: برای مواجهه با گیرکردن یا بار ناگهانی

در این بخش بدون ریزشدن در جزئیات خسته‌کننده، دستورکار عملی تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله با BOP-2  را بررسی می کنیم.

 .1 الگوی تصمیم‌گیری سریع برای Ramp

• در کاربردهایی که نوار اینرسی بالایی دارد یا تجهیزات مکانیکی حساس در پروژه وجود دارد، نرم تر شدن Ramp توصیه می شود.
• در کاربردهایی که محصول روی نوار سر می‌خورد/می‌ریزد باید شیب راه اندازی و توقف نرم‌تر و تغییرات سرعت کمتر باشد
• اگر نیاز به توقف دقیق دارید شیب کاهش سرعت باید کنترل‌ شده باشد. توقف سریع سبب وارد شدن ضربات تند به نوار نقاله می شود.

ترفند عملیاتی: شیب راه اندازی و توقف موتور را یک‌باره زیاد نکنید. ابتدا شیب را کاملا نرم تنظیم کنید. چنانچه چرخه تولید کند شد، شیب را به صورت مرحله‌ای افزایش دهید و در هر مرحله یک تست کوتاه بگیرید.

2. تنظیم محدودیت‌های کاربردی

محدودیت های عملیاتی درایو را با دقت بالا تنظیم کنید:

• حداقل سرعت: این پارامتر از حرکت‌های کند ناخواسته یا شرایطی که خنک‌کاری/بارگذاری نامناسب دارند پیشگیری می کند.
• حداکثر سرعت: این پارامتر ریسک مکانیکی و ایمنی سیستم را کاهش می دهد.
• محدودیت جریان/گشتاور: به منظور کنترل رفتار موتور (نوار نقاله) در زمان گیرکردن یا افزایش بار، با تنظیم دقیق محدودیت ها از ورود سیستم به وضعیت مخرب پیشگیری کنید.

نکته مهم: سخت گیری زیاد در تعیین محدودیت‌ها سبب می شود در هر بار استارت درایو  Tripکند. هدف از تعیین محدودیت ها، کنترل رفتار موتور در شرایط غیرعادی است و نه سخت‌گیری دائمی.

جدول تنظیمات کلیدی درایو G120 برای نوار نقاله

هریک از پارامترها با شماره مشخصی در منوال درایو معرفی می شوند. به بیان دیگر اغلب پارامترها به صورت عددی تعریف می شوند. با توجه به تغییر فیرم­ور درایو و امکان تفاوت شماره پارامترها، در اینجا به بیان عنوان پارامترها می پردازیم.

جدول زیر خلاصه ای از نتیجه تنظیم صحیح یا نامناسب هر پارامتر عملیاتی را نشان می دهد:

پارامترهای عملیاتی را با نام های زیر در منوال پیدا کنید:

• Ramp_Up
• Ramp_Dn
• Min_Speed
• Max_Speed
• Current/Torque_Limit
• Setpoint_Scaling

جمع بندی

درایو G120 زیمنس از جمله محصولات محبوب موجود در بازار ایران است. عملکرد مطمئن و قابلیت اعتماد بالا سبب استفاده گسترده از این درایو در بازار ایران شده است. G120 در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.

از جمله کاربردهای مهم این درایو می توان به کنترل نوار نقاله اشاره کرد. درایو G120 می تواند عملکرد نرم و مطمئن نوار نقاله را تضمین کند. باید توجه داشت که اطمینان از عملکرد مطمئن درایو در گرو انجام صحیح تنظیمات است.

درایو G120 به کمک پنل کاربری و همچنین از طریق تیا پرتال قابل تنظیم است. با رعایت نکات بیان شده در این مقاله، تنظیم درایو G120 برای نوار نقاله با دقت عملیاتی بالا انجام می شود.