Lze přepínat sítě, aby nedošlo k výpadku napájení u CNC strojů?

[Zdeněk Dančák]

Existuje nějaký "přepínač",   který zajistí bezpečné galvanické oddělení dvou sítí 3x400V a současně je dostatečně rychlý, aby během přepnutí sítí CNC stroje a PC nezaznamenaly výpadek napájení a ani to nezpůsobilo přetížení elektroniky? V našem případě máme ve firmě dvě sítě 3x400V ze dvou různých traf, k nám odjištěno 3x250A a 3x80A.

Myslel jsem, že by automatický přepínač sítí ABB TruOne (OXB250E3X3QB) dokázal vyřešit naší situaci, ale technik mi sdělil, že i když k přepnutí dojde v momentu, kdy jsou ještě obě sítě funkční, tak je doba bez napájení okolo 50ms, což prý většina CNC strojů a PC nedokáže tolerovat. Pokud přepínač přepíná až nastane výpadek napájení aktivní sítě, pak se reálně doba bez proudu prodlouží na cca 300ms, protože to musí elektronika nejdříve vyhodnotit a až potom vykoná povel pro přepnutí kontaktů. Navíc mám obavu, zda velmi krátké přerušení nezpůsobí přetížení citlivé elektroniky.

Nám by částečně pomohlo, pokud by přepínač zvládl alespoň plánované přepnutí, když jsou obě sítě funkční a pouze se chceme přepnout na jiný zdroj.

Jak dlouhý výpadek jsou obecně ochotny tolerovat CNC stroje, tak aby se neresetovaly a nezpůsobovalo to přetížení elektroniky, máte to někdo vyzkoušené, nebo je na to norma?
 
Případně existuje něco, co umí síť 3x400V s odběrem 3x120A podržet po dobu cca 1-2sec?
Instalaci baterií se spíše chceme vyhnout kvůli potřebě budování nových požárních úseků a s tím souvisejících problémů.

[Martin Kurka]

Kvalita sítě v průmyslu je normovaná, ale přes palec, měly by všechny prvky vydržet výpadek 20msec, nebo je tam možný pokles napětí na tuším 50% po dobu tuším 60msec.

Ono rychlé přepnutí sítí v průmyslu je velice ošidné, dobíhající motory drží pár desetin až sekund AC napětí ale samozřejmě s nižší než synchronní frekvencí. Když rychle (50msec) připojíte i původně správně synchronní síť, je pro nižší padající frekvenci nezanedbatelný proudový náraz, často vedoucí k výpadku jištění.

Když je výpadek AC sítě v řádu desetin sekundy (takové to blik-blik),  je to  v průmyslu velmi ošidné, některé spotřebiče vypadnou, některé ne a tím se dostanou zejména výrobní linky do nedefinovaných stavů a technologie drsně zhavaruje. Ono stačí když u jediného stroje nějaké relé a stykače odpadnou a některé ještě ne.

A když vám například zastaví jeden dopravník a ten před ním ne a najednou máte za minutu na přesypu  tunovou hromádku materiálu, pak vás tahle problematika během házení lopatou začne hodně zajímat.

Kdysi jsme dělali pro testy serverů testovací zařízení, které umělo rozpojit a připojit AC napájení na  řízených 20-50msec a mohu říci že u samotných PC zdrojů byly výsledky velmi rozmanité a jen potvrdily zkušenost, že krátké bliknutí v síti umí být likvidační jak pro hardware, tak pro běžící software.
(Ale krásně se s tím dal měřit stav vstupního elektrolytické ho kondenzátoru v PC zdroji a stav rozumné výkonové rezervy zdroje.)

Zkrátka proto v průmyslu se sítě přepínají s pauzou v řádu sekund, spíš desítek sekund. Pak si nemusíte lámat hlavu se soufázovosti záložního zdroje, víte že všechny stroje jsou během pauzy zastavené a jejich nový rozběh nedovolí běžné povinné ochrany proti samočinnému rozběhu po ztrátě napětí atd.

Kvalitní řídící systémy strojů jsou na takové výpadky často připravené, padající signál Power Good dá povel k zazálohování poloh, mezivýsledků atd, takže nový rozběh stroje je ze známého posledního stavu.
Stejně stroj před novým rozběhem musíte zkontrolovat, vyjmout zmetky, přeseřídit polámaný vercajk, nahřát na technologické teploty, vyčistit zatuhlé trysky s barvou apod.

Kritické stroje se zálohují on-line UPS, ale to je strašně drahé, často vyjde levněji záloha jen řídícího systému, který umí při výpadku sítě výkonové pohony zkrotit pomocí rekuperace z hlavního pohonu (například zatáhne supporty, zastaví tlakování barvy či lepidla apod.) Ale na to musí myslet výrobce stroje. Dost často je to u robotů standard.
 



.

[M S]

Jednemu panovi v CR som staval tester ATX zdrojov. Umoznoval nastavitelne vypnutie napajania 230VAC od 1ms vyssie, s krokom 1ms. Mnoho zdrojov nerozdycha uz jednu chybajucu polvlnu.

Riesenie pre Vas je nasledovne - na bizuteriu ako je ovladacie napatie 230VAC a riadiaci PC/PLC system ak je 230VAC potrebujete online UPS (AC-DC-AC a vzdy aktivna, nie cakajuca na vypadok, nie line-interactive). Staci ju dimenzovat rozumne, vacsinou  kilowatt, dva. Cca 500 EUR. To zaisti, ze nespadne PC/PLC (riadiaci system),  ani ziadny kriticky kontaktor/rele, ktore mozu mat feedback k PLC a to spadne do alarmu a zastavi stroj.

Ak je PLC a rele napajane 24V, tym lepsie. Vymente napajaci zdroj za taky, ktory umoznuje zalozne napajanie z baterie.

Pri CNC je druhy hlavny problem - menice. Problem je softwarovy a hardwarovy.
Hw problem - pri frezovani v plnej zatazi pri kratkodobom vypadku prilis padne napatie na DC strane a menic sa hodi do chyby. Toto je riesitelne relativne jednoducho - potrebujete vacsiu kapacitu na DC buse. Dufam, ze vyrobca CNC stroja bol rozumny a DC bus je zdielany medzi vsetkymi menicmi. To je samozrejmostou pri systeme s jednym zdrojom a servo kartami (Rexroth IndraDrive, Berger Lahr a mnohe ine),  ale casto pouzivane aj pri samostatnych menicoch, staci im poprepajat DC+ a DC-. Ak su pouzite samostatne menice a nie su spojene DC+ a DC- vedenia, je to skoda a je vhodne pozvat pohonara, co sa tomu rozumie. Niektori vyrobcovia robia posilovacie kapacitne moduly, toto potrebujete.
https://www.baumueller.com/en/products/servo-drives/dc-link-module

Softwarovy problem pri pohonoch je taky, ze niektore su konfigurovane tak, ze v momente ako zistia vypadok na primarnej strane, stroj ide do stopu. Tato detekcia vie byt nastavena rozne agresivne. Na mojich strojoch s menicmi od B&R viem napajat vsetky menice z AC strany aj cez DC bus, o vypadku fazy na AC strane som informovany, ale pre moje pouzitie to nie je dovod pre stop alebo estop - menic moze veselo fungovat dalej ziveny AC-DC konverziou cez ine menice.

Ak mate moznost skusat a je pre vas ok podstupit riziko, ze sa nieco nezobudi (hlavne starsia elektronika je sakra citliva na kratke vypnutie a zapnutie, aleob kratke zaputie a vypnutie),  skuste, ktora cast CNC stroja je najviac citliva na vypadok. Ten viete nasimulovat aj rucne, nechajte elektrikara vradit NC tlacitka do obvodu cievky dolezitych stykacov, docasne premostit signaly o vypnuti stykaca (simulujete vypadok elektriny, nie fyzicke odpadnutie stykaca, ktore moje byt signalizovane logike) a skuste na pol sekundy zastrelit PC. PLC. Menice. Len jeden menic.

[M S]

Zo skusenosti - sucha miestnost s <2% vlhkostou pre vyrobu baterii. Absolutne nechcete, aby ta vec zahaprovala a 1) vypadla uplne 2) nezobudila sa po vypadku. Ako pan Kurka hovori, kratke vypadky su najhorsie. Vyrobca s tymto neratal a sekundovy vypadok zhodil vsetky menice pre ventilaciu, ale nechal PLC bezat. PLC je dost hlupo programovane, zisti, ze menic hlasi chybu, zastavi proces a caka, bez moznosti autorestartu. Polsekundovy vypadok je OK. 30 sekundovy vypadok je tiez OK, potom padne aj PLC a po obnove napajania nastartuje kompletne.

Riesenie? Nastavil som menic tak, aby pri vypadku pouzival energiu roztoceneho ventilatora na drzanie sa pri zivote a zaroven, aby vedel spravit rolling start po obnoveni napajania. Samotny menic s 30kW ventilatorom vie zivit seba a 4 dalsie menice cez DC bus skoro minutu, vsetko funguje presne ako ma.

Druha skusenost - chiller pre chladenie vody, 400 kW. Podobny problem, aj ked nema menice len stykace. Kratky vypadok okamzite zastreli riadiacu kartu stykacov a proporcnych ventilov no nie PLC a kedze nejaky genius v CIATe trva na napajani 24VAC, neda sa to poriadne cele zalohovat. Co bolo uplne skvele je, ze toto je len zalozny chiller a lokalna relativne nekvalitna siet sposobovala, ze mikrovypadok jednej alebo len polovice sinusovky zhodila riadiacu kartu. PLC to netusilo (opat, blbe programovanie, ale co uz) az kym tento zalozny chiller nepotreboval startovat. No a vtedy nenastartoval a hodil chybu. Tovaren prisla o studenu vodu hned.

Riesenie, 500 eurova online UPS vradena pred trafo 230VAC/24VAC. Nedotkol som sa ho uz 2 roky a bezi ako svajciarske hodinky.

Nove stroje zakaznikom specifikujem tak, ze maju dualne napajanie a vnutorne pomocne zdroje. Jedno napajanie je zalohovane dieslom. Druhe nie. Pri kratkom vypadku sa nic nedeje. Pri minutovom vypadku docasne padnu ventilacie (okrem Ex pre horlave atmosfery, samozrejme) a elektricke vyhrevy. Pri dlhsom vypadku padnu ventilacie a vyhrevy, stroj pouzije zalozne napajanie na korektne ukoncenie cinnosti (prestane davkovat material, ale prezenie ho este horucou pecou aby nevytvrdol na nespravnom mieste) a nasledne sa korektne uvedie do nuloveho stavu.

Presvedcit vyrobcov vyssie uvedene praktizovat korektne je neprijemna cinnost.