آشنایی با توابع ایمنی عملکرد درایو زیمنس

در این مقاله به عناوین زیر می پردازیم

توابع ایمنی عملکرد درایو زیمنس

تابع توقف موتور با گشتاور ایمن

تابع امن سازی متوقف شدن 1 (safe stop 1 ss1)

تابع امن سازی متوقف شدن 2 (safe stop 2 ss2)

تابع امن سازی توقف (Safe Operation Stop SOS)

درایوها به صورت گسترده جهت کنترل موتورهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. قابلیت های درایو در راه اندازی و توقف ایمن موتورهای الکتریکی از یک سو و قابلیت کنترل دقیق عملکرد موتور از سوی دیگر سبب گسترش استفاده از درایوها شده است. اهمیت درایوها در اتوماسیون صنعتی سبب شده است تولید کنندگان زیادی در سراسر دنیا اقدام به تولید این تجهیزات کنند. درایو اشنایدر و درایو زیمنس از جمله نمونه های پرطرفدار موجود در بازار هستند.

یکی از قابلیت های عملیاتی درایوهای زیمنس، توابع ایمنی عملکرد است. این قابلیت از وارد آمدن آسیب به بخش های دیگر سیستم و خود موتور پیشگیری می کند. توابع ایمنی تقریبا در همه نمونه های درایو زیمنس قابل تعریف و استفاده است. در ادامه به جزئیات بیشتری در مورد این توابع اشاره خواهیم کرد.

درایو چیست؟

درایوها تجهیزاتی برای راه اندازی و کنترل دقیق عملکرد موتور هستند. درایو از تکنیک تنظیم فرکانس برای کنترل عملکرد موتور الکتریکی استفاده می کنند. عملکرد درایوها به این گونه است که ابتدا ولتاژ AC منبع را به DC تبدیل می کنند. سپس با بهره مندی از تکنیک های کلیدزنی ترانزیستورهای قدرت، یک ولتاژ شبه AC در خروجی تولید می کنند. این ولتاژ قادر است موتور را به چرخش دربیاورد.

نکته مهمی که درباره سیگنال خروجی درایو حائز اهمیت است، قابلیت تنظیم تمام مولفه های آن است. درایو قادر است ولتاژ، فرکانس و جریان سیگنال خروجی را کنترل کند. همین قابلیت سبب توانایی پشتیبانی از توابع ایمنی عملکرد درایو زیمنس شده است.

درایو زیمنس

درایوهای زیمنس به صورت گسترده در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. عملکرد مطمئن و قابل اعتماد، طول عمر بالا، عملکرد مطلوب در شرایط سخت، رنج گسترده توان و قابلیت های فراوان این درایوها سبب استفاده گسترده از آن ها در صنایع مختلف شده است. درایو زیمنس در گذشته تحت عنوان خانواده میکرومستر به بازار عرضه می شد. مهمترین اعضای خانواده میکرومستر عبارت بودند از:

میکرومستر 420
میکرومستر 430
میکرومستر 440

در حال حاضر نمونه های محدودی از این درایوها در بازار موجود است. نسل جدید درایوهای زیمنس، خانواده سینامیکس هستند. این درایوها ضمن حفظ کیفیت و کارایی خانواده میکرومستر، از پروتکل های استاندارد جدید پشتیبانی می کنند. درایو زیمنس سری سینامیکس، پاسخی است به نیازهای روز افزون صنایع برای انتقال داده بین بخش های مختلف و اجرای بهتر فرآیندهای اتوماسیون. این خانواده درایو زیمنس شامل سری های زیر است:

در ادامه به بررسی بیشتر قابلیت های ایمنی این درایوها خواهیم پرداخت.

توابع ایمنی عملکرد درایو زیمنس

با توجه به اهمیت بالای عملکرد ایمن موتورها در حفظ سلامت افراد و تجهیزات، در طراحی درایو زیمنس بر این موضوع تاکید ویژه ای شده است. درایوهای زیمنس توابع ایمنی عملکرد مختلفی دارند که در گروه های زیر قابل دسته بندی است:

1- توابع ایمن سازی توقف درایو

Safe Torque Off (STO)
Safe Stop 1 (SS1)
Safe Stop 2 (SS2)
Safe Operating Stop (SOS)

2- توابع مدیریت امن ترمز

Safe Brake Control (SBC)
Safe Brake Test (SBT) (this diagnostic function exceeds the scope of IEC 61800-5-2)

3- توابع ایمن حرکت درایو

Safely-Limited Speed (SLS)
Safe Speed Monitor (SSM)
Safe Direction (SDI)
Safely-Limited Position (SLP)

تابع توقف موتور با گشتاور ایمن

درایوهای زینامیکس مجهز به تعداد زیادی از توابع ایمنی عملکرد شده اند. توابعی که اگر می خواستیم این عملکرد را در سیستم کنترل موتور داشته باشیم بایستی حجم زیادی از تجهیزات خاص، توابع و رله های سخت افزاری را در تابلو تعبیه می کردیم. این کار علاوه بر تحمیل سیم بندی بیشتر، باعث پیچیده شدن عیب یابی سیستم می شود.

در شکل سمت چپ مدار یک تابع پایه ایمن سازی متوقف شدن درایو را می بینید که با سخت افزار پیاده سازی شده است. در حالیکه در شکل سمت راست پیاده سازی این تابع را در درایو مجهز به STO مشاهده می کنید.

تابع STO از اینکه توان الکتریکی به موتور منتقل شود و گشتاور تولید شود ممانعت می کند. که البته این امر در راه اندازی ناخواسته است.

راهکار ممکن	مثال
انتخاب STO در درایو توقف تولید پالس که درایو به حالت توقف برود	می خواهیم زمانی فقط بتوان در حفاظتی را باز کرد که موتور هیچ گشتاوری نداشته باشد.

جزئیات نحوه عملکرد STO

درایو با توجه به یکی از ورودی خاص خودش که برای امنیت عملکرد درایو تعبیه شده است (چه ورودی های الکتریکی امن شده مثل fail-safe input یا ورودی شبکه امن مثل PROFIsafe انتخاب وضعیت STO را می فهمد. در نتیجه موتور را به وضعیت توقف گشتاور می کشاند. در شکل زیر این نحوه عملکرد نشان داده شده است.

تابع امن سازی متوقف شدن 1(safe stop1 ss1)

این تابع باعث می شود که درایو به سرعت و ایمن متوقف شده و به وضعیت بدون گشتاور برود. اگر در نمودار نحوه عملکرد این درایو دقت کنیم دو مشخصه اصلی دارد: یکی اینکه به سرعت متوقف می شود و دوم این که در نهایت توقف، تابع STO اعمال می شود .

چگونگی عملکرد این تابع

اگر به علتی که در STO نیاز به توقف گشتاور ایمن داشتیم ولی می خواستیم روند توقف سریعتر باشد از این تابع استفاده می شود.

مزیتی که این تابع برای کاربر ایجاد می کند کاهش ریسک خطرهای احتمالی و افزایش بهره وری ماشین است.

تابع امن سازی متوقف شدن 2 (safe stop 2ss2)

این تابع توقف سریع و ایمن موتور را بر عهده دارد و علاوه بر آن تابع SOS را برای موتور فعال می کند. در مقایسه با تابع قبلی (SS1) ، این تابع درایو را در وضعیت آماده به کار و عملیاتی نگه میدارد. در نتیجه موتور می تواند در این تابع، گشتاور سرعت صفر را به وجود بیاورد.

تابع امن سازی توقف (Safe Operation Stop SOS)

در بیان ساده این تابع ماندگار موتور در وضعیت توقف را ایمن و بی خطر می کند و این وضعیت تحت نظارت کامل درایو خواهد بود.

برای اینکه درایو موتور را در این وضعیت حفظ کند بایستی گشتاور کامل را به موتور اعمال کند که با گشتاور مقاوم برابری کند و تداوم توقف موتور را در پی داشته باشد.

تفاوت های ظریفی این تابع با توابع قبلی دارد که برای اطلاع از آن می توانید به مستندات زیمنس مراجعه کنید یا با واحد فنی شرکت پناپ تماس بگیرید.