3. Inrichting van het project
3.2. Definitiefase
3.2.5. Resultaten
3.2.5.1. Functionele- en niet functionele eisen
Voor de Ward- Leonard installatie gelden diverse functionele en niet functionele eisen. Deze zijn beschreven in dit hoofdstuk.
Toegepaste spanningen binnen de installatie:
Type spanning Beschrijving Waarde
Voedingsspanning 3 fase + aarde 400 VAC
Stuurspanning Fase + nul 230 VAC
Stuurstroom 230 VAC Fase = rood / nul = lichtblauw Stuurstroom 24 VDC Donkerblauw
Noodstop
Nadat de noodstop bediend is, moet de installatie uitgeschakeld worden. Als de noodstop na bediening hersteld wordt, mag de installatie niet automatisch herstarten. De installatie zal door middel van de “kraan in” drukknop opnieuw ingeschakeld kunnen worden. Bij een noodstop worden de lijn contactoren afgeschakeld en zo is de voedingsspanning (400 VAC, 50 Hz) van de regelaars onderbroken. Door de noodstop te bedienen zal ook het vrijgave contact in de regelaars verbroken worden.
Bediening, signalering & display
De bediening van de Ward- Leonard installatie van de testopstelling bestaat uit een groene drukknop met signaleringslamp om de installatie in te schakelen. De drukknop om de installatie uit te schakelen is rood en
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 3
de noodstoppen bestaan uit een rode draaiknop die bekrachtigd blijft (Normally Closed contact) na bediening. De noodstoppen zijn voorzien van een gele omranding zodat deze duidelijk opvallen in geval van nood.
De bediening van de installatie vindt plaats door middel van het HMI paneel. Nadat de kraan ingeschakeld is, kunnen hierop diverse instellingen aangepast worden. Zo kan bij de sleepring anker motor de rotorweerstand ingesteld worden. Dit kan handmatig, of als de selectieknop “Auto” bediend is, wordt dit automatisch uitgevoerd. De weerstanden worden dan na bepaalde tijd automatisch ingeschakeld. Met de weerstanden 1 – 3 kan de rotorweerstand gevarieerd worden van 10 Ω, 5 Ω, 3,33 Ω, 2,5 Ω en 0 Ω.
De bedieningsknoppen en controller zijn voorzien van duidelijk bijschrift in Nederlandse taal en zijn gecodeerd volgens de standaard TES coderingswijze. De drukknop “kraan in” is een combinatie met een groene signaleringslamp. Deze zal gaan knipperen zodra de installatie ingeschakeld is.
De status van de installatie wordt grafisch weergegeven op het HMI paneel. Als de installatie ingeschakeld is, zal is weergegeven worden welke weerstand er ingeschakeld is en welke stroom er loopt bij de rotor van de a- synchrone motor. De status van de gelijkstroomgenerator (GG) en gelijkstroommotor (GM) worden grafisch weergegeven in de vorm van een generator-/ motor symbool dat diverse kleuren kan aannemen. Zo wordt het gelijkstroom motor symbool rood als de installatie ingeschakeld is maar nog niet gestart is en groen als de installatie gestart is. Als de installatie gestart is worden de ankers van de GG en GM aan elkaar gekoppeld (in serie). De gelijkstroom generator zal oranje kleuren als het veld van deze generator nog niet bekrachtigd wordt.
Na een referentiesignaal en een richtingscontact vanuit de controller, zal het veld van de GG aangestuurd worden zodat deze zal gaan draaien. Doordat de snelheid van de GG nu geregeld kan worden, zal de GM waar de belasting aan zit evenredig geregeld worden met de snelheid van de GG. Dit komt doordat de ankers in serie staan en het veld van de GM constant is.
Beveiligingen
Spanningsvoerende/ draaiende onderdelen
De spanningsvoerende delen zijn, evenals de draaiende onderdelen van de installatie, voorzien van lexaan afschermkappen voor de veiligheid van de gebruiker.
Automaten/ smeltveiligheden
De automaten zijn voorzien van een thermische en magnetische beveiliging. De magnetische beveiliging wordt aangesproken wanneer de overstroom te groot wordt, bijvoorbeeld door kortsluiting. Hierdoor volgt een snelle afschakeling.
De thermische beveiliging zal aangesproken worden bij langdurig een hoge stroom. Zo wordt er in de automaat een bimetaal opgewarmd die na een bepaalde tijd de automaat afschakelt. Dit gebeurd na een langere tijd van overspanning. Bij de keuze van de automaten is er rekening gehouden met de tijd van belasting en de grootte van de stroom. Hieruit volgt een keuze van de karakteristiek welke kan bestaan uit:
B- karakteristiek: 3 á 5 keer de nominale stroom
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 4
C- karakteristiek: 5 á 10 keer de nominale stroom D- karakteristiek: 10 á 14 keer de nominale stroom
Normen & voorschriften
Om de testopstelling te laten voldoen aan de nationale en internationale veiligheid wat betreft de elektrotechnische installaties, zijn er diverse NEN normen gewaarborgd. (O.a. NEN 1010, NEN 3140 en de NEN-EN 50110).
Binnen de NEN 1010 zijn de veiligheidsbepalingen voor laagspanningsinstallaties vastgelegd. De NEN 3140 beschrijft de bedrijfsvoering van elektrische installaties. Dit is een aanvulling van de NEN 1010. In de NEN-EN 50110 zijn de algemene en nationale bepalingen beschreven waaraan een elektrische installatie moet voldoen.
Toerentalbewaking
Bij de testopstelling is de a- synchrone motor die het tegen koppel levert als zijnde de last, voorzien van een encoder. Dit type is van Siemens met productcode 1XP8001-1, 1024 pulsen. Met de encoder is het mogelijk het toerental weer te geven op het HMI paneel.
Coderingen
De coderingen die gebruikt worden zijn gebaseerd op de standaard TES codering. Dit houdt in dat het onderdeel gecodeerd wordt aan de hand van de pagina en de kolom waarop dit onderdeel opgetekend is.
Als er een relais op pagina 100 is getekend in kolom 6, wordt de codering 100K6.
Elektrische schema’s
De elektrische schema’s van de testopstelling zijn reeds getekend in EPLAN 5.70. Als er aanpassingen gedaan worden, zal ik het tekeningenpakket omzetten en aanpassen naar de EPLAN P8 versie. De indeling van de schema’s zal berusten op het principe dat gehanteerd wordt bij TES.
Hardware componenten
Bij de testopstelling zijn hoofdzakelijk Siemens onderdelen gebruikt. De beveiligingsautomaten, relais en contactoren zijn van Siemens maar ook de regelaars en bijbehorende sturing zoals de CU-320 en de S7-300 PLC.
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 5
Hieronder staan de hardwarecomponenten met type beschreven in tabelvorm.
Onderdeel Type Functie
CU-320 6SL3040-0MA00-0AA1 Besturing van de frequentieregelaar Line Module 6SL3130-1TE21-6AA3 ERE unit voor de DC bus
Motor Module 6SL3120-1TE21-0AA3 Frequentieregelaar voor de a- synchrone motor aan te sturen
Simoreg DC 6RA7013-6DV62-0-Z Regeling van het veld van de gelijkstroomgenerator en bekrachtiging van het veld van de gelijkstroommotor
Tabel 3.2.1: toegepaste hardware voor aansturing van de motoren
Motoren & generator
Onderdeel Type Eigenschappen
Aandrijvende motor Sleepring anker Vermogen P = 2,2 kW
Spanning U1 = 380 VAC, U2 = 75 VAC
Tabel 3.2.2: toegepaste generator & diverse motoren
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 6
3.2.5.2. Randvoorwaarden
Voor mijn afstudeer opdracht gelden diverse randvoorwaarden, de succesfactoren voor het project. Aan de randvoorwaarden moet ik voldoen om het project succesvol af te ronden.
De cursus realiseren kan gemakkelijker met ondersteuning van de Ward- Leonard testopstelling, deze moet dus beschikbaar blijven
Het uiteindelijke cursusdocument moet inzicht verschaffen in de werking van de Ward Leonard installatie
Er moet goed en duidelijk gecommuniceerd worden tussen mij, de uitvoerder en de opdrachtgever De mogelijkheid om de werkzaamheden uit te kunnen voeren moet aanwezig zijn
Hier moet tijd en ruimte voor gereserveerd worden
Controle vindt plaats door de opdrachtgever nadat ik een fase heb afgerond De eisen en wensen van de opdrachtgever moeten gehandhaafd worden De evaluatie van elke fase moet duidelijk beschreven worden
3.2.5.3. Eisen & wensen opdrachtgever
Het bedrijf waar het afstudeerproject uitgevoerd wordt is TES Industrial Systems, met als opdrachtgever de bedrijfsbegeleider, Gerard Schets. De bestaande testopstelling van TES beschikt over een Ward Leonard installatie en deze zal gebruikt worden voor onderbouwing / bewijsvoering van de onderdelen welke behandeld worden in de cursus. Deze opstelling is reeds samengesteld onder projectnummer P0284.10, met installatienummer I0284.10. De uitbreidingen en resultaten worden vermeldt onder projectnummer P0284.20. De eventuele aanpassingen en of toevoegingen worden uitgevoerd onder installatienummer I0284.10.
Alle behaalde resultaten worden schriftelijk vastgesteld in een Word document en zodra dit uitgegeven wordt zal dit in PDF worden omgezet. Als er een hoofdstuk is afgerond, zal deze ter controle en goedkeur voorgelegd worden aan dhr. Schets.
De afstudeeropdracht bestaat uit het samenstellen van een cursus van de Ward Leonard. Het analyseren van de hardware van de Ward Leonard installatie moet als eerste gebeuren. Hieronder wordt verstaan dat de technische werking beschreven wordt van de sleepring anker motor (SRA), de gelijkstroomgenerator (GG), de gelijkstroommotor (GM) en de draaistroommotor. Deze analyse bevat algemene formules die altijd van toepassing zijn bij het betreffende onderdeel. De algemene formules zullen uitgewerkt worden met de gegevens van de typeplaatjes die op de motoren/ generator staan van de testopstelling en de gemeten waarden.
Ter verduidelijking van de berekeningen worden er vervangingschema’s getekend en onderbouwd.
Per motor en generator worden de belangrijkste eigenschappen beschreven welke aangetoond worden door formules. Er worden alleen relevante formules gebruikt die in relatie gebracht kunnen worden met de analyse van de Ward Leonard.
Zodra alle motoren en generator apart geanalyseerd zijn, wordt het verband tussen de machines betreffende de Ward Leonard installatie onderzocht. Met andere woorden; welke invloed heeft een bepaalde verandering van de waarden op de rest van de installatie?
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 7
Onderdelen die behandeld worden in de opdracht:
Invloed overschakelen van weerstandswaarde bij de sleepring anker motor Andere aandrijvende motor toepassen (bijvoorbeeld een dieselmotor) Stroom door het veld van de GG veranderen
Veld van de GM uitschakelen of verzwakken
Gelijkstroommotor een andere draairichting toekennen
Draaistroommotor simuleert dat er “met de last naar beneden gegaan wordt”
Verhouding van het toerental van de GM en het geleverde koppel Belasting aan de as van GM
Beveiligingen/ begrenzingen bij klassieke en moderne aansturing van de W-L Manier van regelen bij klassieke en moderne aansturing van de W-L
Andere manieren om de snelheid te regelen Principe vier- kwadranten bedrijf
Alle resultaten worden samengevoegd in een document welke als basis gebruikt wordt om de cursus mee op te stellen. In de cursus komen de belangrijkste eigenschappen naar voren van de W-L installatie met een uitleg en een rekenvoorbeeld volgens de gegevens van de testopstelling.
Er zullen aanpassingen gedaan worden in de software en HMI paneel als het de cursus duidelijker maakt. Als er bepaalde zaken weergeven moeten worden op het display of als er extra functionaliteiten geïntegreerd moeten worden zal zorg gedragen worden voor deze uitbreiding. Er zal in de PLC software dan ook aanpassingen verricht moeten worden.
Het cursusdocument zal bestaan uit een beschrijving van de technische werking van de Ward Leonard installatie. Hierin worden bovenstaande onderwerpen beschreven. De testopstelling wordt gebruikt als ondersteuning en verduidelijking.
Er zal tevens een beschrijving toegevoegd worden om de Ward Leonard aan te sluiten.
De afstudeer opdracht zal uitgevoerd worden op dinsdag en woensdag op de zaak van TES Industrial Systems. De rest van de week zal ik mijn huidige functie uitoefenen als hardware engineer/ tekenaar. De tijd die gecalculeerd is voor de diverse fasen is beschreven in hoofdstuk 8. “Tijd & planning”. Hierin zijn de hoofdactiviteiten beschreven met de uiterlijke opleverdatum. Met de opleverdatum wordt bedoelt dat het betreffende document in PDF formaat uitgegeven wordt aan dhr. Frank Arnouts, mijn begeleider binnen Avans Hogeschool.
De kwaliteit van mijn werk zal gecontroleerd worden door mijzelf en door Gerard Schets. Als er iets niet correct beschreven is of als er iets onduidelijk beschreven is, zal dit aangepast worden.
Om de twee weken zal er een evaluatie plaatsvinden tussen mijn opdrachtgever Gerard Schets en mij voor een bespreking van de resultaten.
3.2.5.4. Technische eisen
De cursus van de Ward- Leonard installatie moet informatief zijn voor de afdeling engineering zodat wanneer er een ombouw plaats vindt van een bestaande Ward- Leonard, er sneller gehandeld kan worden.
In de cursus zal ik diverse formules beschrijven en uitwerken welke altijd van toepassing zijn bij deze installatie. Zo zal de sleepring anker motor (SA-motor), gelijkstroomgenerator, gelijkstroommotor en de a-
Hoofdstuk:Inrichting van het project
1 8
synchrone draaistroommotor (frequentiegeregeld) besproken worden. Hierbij zal de werking uitgelegd worden en deze zal met diverse formules onderbouwd worden. Hierbij maak ik gebruik van technische illustraties aangevuld met grafieken.
In de cursus zal beschreven worden wat de verschillen zijn van een modern gestuurde W-L, dus met een regelaar, en de klassieke W-L waar het veld van de generator geregeld wordt met weerstanden.
Er komen diverse eigenschappen van de installatie aan bod, zoals begrenzing van de stroom toerental beheersing, veldverzwakking, veldregeling, enz.. De informatieve cursus zal aangevuld worden met een praktisch gedeelte om de ondervindingen te onderbouwen en te bewijzen.