Not-Halt-Prüfungen von Wickelantrieben mit DSD

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1 Not-Halt-Prüfungen von Wickelantrieben mit DSD Die vollständige Berechnung aller auftretenden Not-Halt-Szenarien ist für Wickelantriebe von besonderer Wichtigkeit, da bei diesen Anwendungen oftmals große kinetische Energien gespeichert sind. Da der geringste dynamische Drehmomentbedarf mit linearen Profilen benötigt wird, sollte die Auslegung für den Not-Halt auch hiermit erfolgen. Der DSD V4.0 beinhaltet derzeit noch keine umfassende Not-Halt-Prüfung, er liefert nur den Drehmomentbedarf für die eingegebene Not-Halt- Zeit von max. Anlagengeschwindigkeit in den Stillstand, bei Zugkraft = 0 N und mit linearer Bremsrampe. Die nachfolgend beschriebenen Prüfen ermöglichen eine umfassende Not-Halt-Prüfung als Workaround. Im der DSD-Bedienoberfläche (GUI) und im DSD-Protokoll erscheint folgende Hinweis: DSD berechnet den Drehmomentbedarf für Nothalt und stellt diesen im durchmesserabhängigen M- Diagramm des Motors dar. Die Berechnung basiert auf der Nothalt-Zeit, einem linearem Bewegungsprofil und Zugkraft =0 (Materialriss). Es erfolgt keine thermischen Prüfung der Antriebskomponenten und keine Auslegung von Bremskreisen. 1) So rechnet DSD dynamische Betriebsphasen für Aufwickler Bei der Antriebsauslegung verarbeitet DSD die dynamischen Betriebsphasen mit den eingegebenen Hoch- und Ablaufzeiten (t acc / t dec ) unter folgenden Bedingungen: - Start bei minimalem Durchmesser (d = d min ) und Beschleunigung auf die maximale Geschwindigkeit mit der eingegebenen Hochlaufzeit t acc. - Stopp bei maximalem Durchmesser (d = d max ) und Verzögerung von der maximalen Geschwindigkeit bis auf Stillstand mit der eingegebenen Ablaufzeit t dec. 2) So rechnet DSD dynamische Betriebsphasen für Abwickler Bei der Antriebsauslegung verarbeitet DSD die dynamischen Betriebsphasen mit den eingegebenen Hoch- und Ablaufzeiten (t acc / t dec ) unter folgenden Bedingungen: - Start bei maximalen Durchmesser (d = d max ) und Beschleunigung auf die maximale Geschwindigkeit mit der eingegebenen Hochlaufzeit t acc. - Stopp bei minimalen Durchmesser (d = d min ) und Verzögerung von der maximalen Geschwindigkeit bis auf Stillstand mit der eingegebenen Ablaufzeit t dec. Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

2 3) Es gibt unterschiedliche Not-Halt-Szenarien In Not-Halt-Situationen unter worst-case-bedingungen (Materialriss bei Aufwickler, bzw. max. Zugkraft bei Abwickler, maximales Trägheitsmoment) muss der Wickler in der geforderten Not-Halt- Zeit stoppen können. Folgende Not-Halt-Szenarien können grundsätzlich bei jedem Antrieb auftreten. Wegen der teilweise großen gespeicherten kinetischen Energien müssen Sie bei Wickelantrieben die möglichen Not-Halt- Szenarien in jedem Fall noch zusätzlich berechnen. Die Ergebnisse sind mit dem Kunden zu besprechen und ins Angebot mit aufzunehmen. - Not-Halt 1: Elektrische Bremsung über Motor und Umrichter (Standardfall) - Not-Halt 2: Kombinierte Bremsung (Elektrische Bremsung über Motor und Umrichter mit zusätzlicher Unterstützung durch elektromechanische oder hydraulische Bremse) - Not-Halt 3: Mechanische Bremsung über elektromechanische oder hydraulische Bremse (ohne Elektrische Bremsung Ausfall Netz oder Umrichter) 4) DSD berechnet den Drehmomentbedarf bei Not-Halt DSD berechnet den Drehmomentbedarf für Not-Halt und stellt diesen im durchmesserabhängigen Drehmoment-Diagramm des Motors dar (Bild 4.2). Die Berechnung basiert auf der eingegebenen Nothalt-Zeit t ES (Bild 4.1), einem linearem Bewegungsprofil und Zugkraft =0 (Materialriss). Diese Berechnung liefert bereits eine grobe Orientierung, ob der Drehmomentbedarf vom normalen Wickelbetrieb stark abweicht oder nicht. Per DSD erfolgen keine Prüfungen der Antriebskomponenten und keine Auslegung von Bremskreisen. Generell ist anzumerken, dass dies als Prüfung nicht ausreichend ist. Wir empfehlen in jedem Fall die Not-Halt-Szenarien mit dem Kunden zu klären (siehe auch Punkt 3) und dazu noch ergänzende Berechnungen / Prüfungen durchzuführen und die Ergebnisse ins Kundenangebot aufzunehmen. Der Application-Tuner kann bei Zusatzprüfungen unterstützen (siehe Punkt 5/6). Bild 4.1: Eingabe der gewünschten Not-Halt-Zeit t ES Bild 4.2: Drehmomentbedarf (schwarze Kurve) für Not-Halt im Motorkennfeld (Auf- und Abwickler) Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

3 5) Prüfung min. möglicher Not-Halt-Zeit (Not-Halt 1) für Aufwickler (per Application-Tuner) Eine Prüfung der minimalen Not-Halt-Zeit unter Berücksichtigung der Auslastung aller Antriebskomponenten kann per Application-Tuner wie folgt vorgenommen werden: - Vollständige DSD-Wickler-Auslegung (DSD-Projekt) erstellen und speichern - Application Tuner aufrufen (Bild 5.1) - Motion-Designer im Application-Tuner aktivieren (Bild 5.2) und Parameter eingeben (Bild 5.3) - Gewünschte Zeit für Not-Halt im Eingabefeld Ablaufzeit t dec eingeben - Für Zugkräfte (F max_dmin ; F max_dmax ; F min_dmin ) sehr kleinen Wert eingeben (z. B. 0,01 N; nicht Null) der worst case für Aufwickler ist bei Zugkraft = Null - Form Bewegungsprofil linear vorwählen (geringster Drehmomentbedarf) - Schaltfläche Übernehmen betätigen - Im Application-Tuner den Reiter Motor aktivieren (Bild 5.4) und Ergebnis im Motorkennfeld beobachten und beurteilen. Der M-Bedarf (blaue Kurve) muss unterhalb der Grenzkurve (rote Kurve) des Motor-Umrichter-Systems bleiben. - Wenn erforderlich, Parameter für Not-Halt-Zeit iterativ verändern bis gewünschte oder min. mögliche Not-Halt-Zeit erreicht wird und das Antriebssystem mit allen seinen Komponenten dies auch noch ohne Überlastung erbringen kann. - Wenn zur Abführung der Bremsleistung ein Bremswiderstand erforderlich ist und dieser im Masterprojekt (Appl.-Tuner) noch nicht ausgewählt wurde, meldet dies der Application-Tuner und schlägt einen passenden Widerstand vor, der dann auszuwählen ist. - Wenn minimal mögliche Not-Halt-Zeit gefunden, DSD-Projekt unter neuen Dateinamen speichern. - Das DSD-Protokoll vom Not-Halt-Projekt der Auslegungsdokumentation beifügen. - Die elektromechanische Motorbremse ist in Abstimmung mit den benötigten Not-Halt-Szenarien zusätzlich noch zu prüfen (DSD führt Prüfung als Haltebremse durch) Bild 5.1: Application-Tuner für Not-Halt-Prüfung nutzen Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

4 Bild 5.2: Motion-Designer im Application-Tuner aufrufen Bild 5.3: Eingaben im Appl.-Tuner für Not-Halt (t ES kann ignoriert werden); es kann auch mit einer Zugkraft gerechnet werden wobei die Zugkraft und beim Bremsen unterstützt. Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

5 Bild 5.4: Diagramme im Appl.-Tuner für Not-Halt: linkes Diagramm normaler Aufwickelbetrieb; rechtes Diagramm Not-Halt Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

6 6) Eingeschränkte Prüfung min. möglicher Not-Halt-Zeit (Not-Halt 1) für Abwickler mit Zugkraft Null (per Application-Tuner) Diese Prüfung für Abwickler unterscheidet sich im Vergleich zum Aufwickler. Sie ist nur eingeschränkt möglich und zwar für den Fall mit Zugkraft = Null (Materialriss). Das ist aber nicht der worst case, dieser tritt bei max. Zugkraft auf. - Um Antriebskomponenten zu per Appl.-Tuner zu prüfen, muss Not-Halt-Zeit als Beschleunigungszeit eingegeben werden (Grund, siehe Punkt 2). Eine Prüfung der minimalen Not-Halt-Zeit unter Berücksichtigung der Auslastung aller Antriebskomponenten kann unter den o. g. Bedingungen per Application-Tuner wie folgt vorgenommen werden: - Vollständige DSD-Wickler-Auslegung (DSD-Projekt) erstellen und speichern - Application Tuner aufrufen (Bild 6.1) - Motion-Designer im Application-Tuner aktivieren (Bild 6.2) und Parameter eingeben (Bild 6.3) - Gewünschte Zeit für Not-Halt im Eingabefeld Hochlaufzeit t acc eingeben - Für Zugkräfte (F max_dmin ; F max_dmax ; F min_dmin ) sehr kleinen Wert eingeben (z. B. 0,01 N; nicht Null) - Form Bewegungsprofil linear vorwählen (geringster Drehmomentbedarf) - Schaltfläche Übernehmen betätigen - Im Application-Tuner den Reiter Motor aktivieren (Bild 6.4) und Ergebnis im Motorkennfeld beobachten und beurteilen. Der M-Bedarf (blaue Kurve) muss unterhalb der Grenzkurve (rote Kurve) des Motor-Umrichter-Systems bleiben. - Wenn erforderlich, Parameter für Not-Halt-Zeit iterativ verändern bis gewünschte oder min. mögliche Not-Halt-Zeit erreicht wird und das Antriebssystem mit allen seinen Komponenten die auch noch ohne Überlastung erbringen kann. Sollte noch eine Auslegung des Bremswiderstandes erforderlich sein (wenn das z. B. im DSD- Masterprojekt noch nicht erfolgte), so muss das über eine separate Auslegung mit dem DSD-Modell Allgemeiner Antrieb vorgenommen werden. Dazu sind folgende Daten aus dem Abwickler-Projekt zu übertragen - Drehzahlen und Bremszeiten vom worst case Fall (max. Durchmesser) - max. Trägheitsmoment - alle Antriebskomponenten Damit kann nun eine Auslegung des Bremswiderstands vorgenommen werden. - Die elektromechanische Motorbremse ist in Abstimmung mit den benötigten Not-Halt-Szenarien zusätzlich noch zu prüfen (DSD führt Prüfung als Haltebremse durch) - Alle auslegungsrelevanten Protokolle vom Not-Halt der Auslegungsdokumentation beifügen. Bild 6.1: Application-Tuner für Not-Halt-Prüfung nutzen Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

7 Bild 6.2: Motion-Designer im Application-Tuner Bild 6.3: Eingaben im Appl.-Tuner für Not-Halt (t ES kann ignoriert werden); es kann auch mit einer Zugkraft gerechnet werden wobei die Zugkraft und beim Bremsen unterstützt. Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum:

8 Bild 6.4: Diagramme im Appl.-Tuner für Not-Halt: linkes Diagramm normaler Abwickelbetrieb; rechtes Diagramm Not-Halt (Drehmomentrichtung ist in Wirklichkeit positiv sein; reicht aber zur Beurteilung der Auslastung aus) Not_Halt_Berechnung_Wickler_ Autor: KH Weber Datum: