Transcript PM Sectional Drive System 제어개념 및 이해

Sectional Drive System
2012.02.21 (목)
한국펄프 종이공학회
제지공장 전기,계장분야 전문가 양성과정
발표자 : 이 승우
목차
1. 가변속 구동의 목적
2. Drive 의 기본원리 (Scalar & Vector Control)
3. Single Drive 와 Sectional Drive 의 구분
4. Sectional Drive 제어의 종류
5. Sectional Drive with Control IT
6. Sectional Drive with System Integration (DCS, QCS)
7. Drive 의 최근 기술 소개
8. Drive System Navigator
가변속 모터 구동의 목적


제어성의 향상

정밀/최적의 속도/토오크 운전 : 품질 향상

원격제어, 컴퓨터 제어 : 자동화
전력 절감



최적 속도 운전으로 전력 소모 감소 : 팬, 펌프
설비비,보수비 절감

기동/충격 전류 방지 : 전원의 설비비/보수비 절감

부드러운 기동/정지 : 동력전달장치/부하의 기계적 손상 방지

저속운전 : 기계 마모 감소
생산성 향상

라인 속도의 상승 : 생산성 향상
Drive 란?
N
120  f
rpm
P

Drive
- AC Drive : 인버터
- DC Drive : 컨버터

인버터란?
전기적으로 DC(직류)를 AC(교류)
로 변환하는 장치이며, 상용
전원으로부터 공급된 전력을
입력으로 받아 인버터 내에서
전압과 주파수를 가변 시켜
전동기에 공급함으로써
전동기의 속도를 제어하는
장치입니다.
AC Drive의 기본 원리
Uline
정류부
Rectifier
UDC
필터부/평활부
Energy Storage
L
Line
L1
L2
L3
Uout
Motor
+
C
역변환부
Inverter
V1
V3
Ud
-
V4
V6
Monitoring
Control
V5
Control Electronics
Control/Monitoring/Communication
V2
U1
V1
W1
M3
Pulse Width Modulation = PWM
U2
ULine
=
ULine
Ud
Ud
=
U2 at 1/2 fmax
M3
U2 at fmax
스칼라 제어 = Volts/Hertz 제어
약계자 범위
U = 일정
정토오크 범위
U/f = 일정
또는 변경 가능
U
= ca. 1/f
UN
N = constant
U = 전압
f = 주파수
= 자속
I = 전류
R = 고정자 저항
= (f/fN)2
IR-comp
0
fN
f
벡터 제어
Flux vector control
U
Speed
control
Torque
control
Modulator
f
AC
T
U
= ca. 1/f
UN
N = constant
= (f/fN)2
0
fN
f
Sectional Drive 란 무엇인가?
AC
Common DC Bus
Control
Control
AMC
AMC
AMC
AMC
Inverter
Inverter
Inverter
Inverter
Diode or
Thyristor
Supply
Unit
AMC
AMC
AMC
AMC
Inverter Inverter Inverter Inverter
AC
Single Drive:
Sectional Drive:
• 개별 Input Power 사용
• 하나의 AC Input power 및 AC/DC 변환장치
를 공통으로 사용
• 독립된 Inverter 사용
• Cable 및 Panel 설치 비용 감소
• 적용사례 : Fan Pump
• Single Drive 보다 부품 수 감소
• 고효율 인버터 적용 가능
• Inverter 공통의 회생 제동 시스템
• 전압강하에 강하며 안정된 DC Power 를 사용
Main structure of Sectional Drive
Drive Section(s)
Supply Section
Control Section(s)
TCP/IP
~
Inverter
module
DCU
1 L 1242 rpm I
SPEED 1242 rpm
CURRENT 76 A
TORQUE 86 %
I/O
Inverter
module
DCU
1 L 1242 rpm I
SPEED 1242 rpm
CURRENT 76 A
TORQUE 86 %
I/O
Inverter
module
DCU
1 L 1242 rpm I
SPEED 1242 rpm
CURRENT 76 A
TORQUE 86 %
I/O
I/O
Diode
or
Thyristor
supply
module
DCU
1 L 1242 rpm I
SPEED 1242 rpm
CURRENT 76 A
TORQUE 86 %
Inverter
module
24 VDC
~
=
~
AC
Drive Ware
Sectional Drive 특징

Wide power range 1.5 ~ 5600 Kw, 380 ~ 690V,

IGBT Power Module 사용

Single Drive와 Multi Drive 동일한 부품 사용

Coated Board 사용 : 표준(Standard)

Proper Motor Protection : output filter(dt/du) 내장

Pulse Generator 고장 시에도 계속 운전

유지보수 편의성을 고려하여 인출형 Type 으로 설계

Redundancy (여분, 대리기능성) 운전 가능

수냉식 (Water cooled) 냉각 가능

IGBT + Gate Card 의 일체형
Sectional Drive 구성

Product structure

Supply unit DSU: D4 ( 400 mm,
(example )
type D3/D4 )

Fuse cabinet unit ( 400 mm )

Auxiliary control unit ( 400 mm )
.
Redundancy (여분, 대리기능성)

기존 방식과 다른 병렬 드라이브

병렬 연결된 모듈 사용해 여분
(Redundancy) 이 가능함

각 모듈은 완벽한 삼상 인버터

만약 하나의 모듈이 고장이 나더라도
운전 가능

보다 높은 유효성 및 향상된 가동성을
제공

기존 모터 사용가능

운전가능
Pulp and Paper Drive System
Sectional Drive 제어의 종류

연동운전 (Sectional operation) 에 따른 Drive 및 제어종류
1. Master Drive : Speed Control
Tension Control
(Size Press, Calender, Coater part)
Torque Control (Reel part)
2. Follower Drive : Current (Torque) Control
Speed Control (Paper roll, Expander)
Drive 제어의 종류
1. Master Drive

Speed Control : 속도조절 (Draw) 가능, 후단에 연결된 Drive 속도에
영향을 줌 (Speed ref chain)

Tension Control : Load cell 이 별도 필요하며 장력의 변화에 따라
자동으로 속도 (Auto Draw) 조절이 됨.

Torque Control : 일정 Torque (힘) 을 유지하면서 운전 됨. (Reel)
Act Torque 값이 Setpoint 값의 20% 이하일때는
자동으로 Speed Control 로 전환됨.
Drive 제어의 종류
2. Follower Drive

Speed Control : 속도조절 (Draw) 가능, 후단에 연결된 Drive 속도에
영향을 주지 않음.
Speed Control Helper Drive 또는 Fanpump Drive 는
Speed feed back (PG) 를 사용하지 않음.

Current (Torque) Control : 부하 분담 (Load Share)
Motor 용량을 기준으로 기준 Load share 값이 정해짐.
Load share 값을 올리면 Master 의 부하값이 내려갈뿐
Follower Drive 속도에는 변화가 없음.
Drive 제어의 종류
2. Follower Drive

Current (Torque) Control : 부하 분담 (Load Share)
예) M = 500kW, F1 = 250kW, F2 = 250kW 일때
기본적인 Load share 값은 M = 50%, F1 = 25%, F2 = 25% 이며
전체 100%가 기준입니다.
운전중에 F1 의 값을 35% (+10%) 로 올렸을때는 F2 의 값은 변화가
없고 Master 의 부하분담값이 40% (-10%) 으로 다운됩니다.

Torque control mode : Minimum / Max / ADD / Torque
Drive 제어의 종류
3. Speed Scale 계산 공식

Maximum Speed (ex 2,000 m/min) X Gear Value
Pi (3.14) X Roll Diameter / 1000

계산된 값이 모터 회전수 (rpm) 임. 예) 1,800 rpm

모터가 1,800 rpm 으로 운전될때 Roll 의 선속이 2,000 m/min 가 됩니다.
ControlIT AC 800M Hardware

1개의 Controller 가 Drive 36 개까지 제어
가능

상위 시스템 (DCS) 과 같은 Hardware

Redundancy system 가능

TCP/IP 통신 기본
(Profibus 또는 Modbus 통신 가능)

1500 개의 I/O Point 연결 가능

Memory Stick 에 의한 Download 기능

Drive 최근 정지 (Last stop) 원인 인식 및
표시 가능
- 운전자에 의한 정지 (Operator)
- Drive 고장에 의한 정지 (Fault)
- 외부 Interlock 에 의한 정지 (External)
Sectional Drive System 통신 Network
Basic Configuration
Process
Control
Drives
Tools
1. TCP/IP
System
Control
ABB
Local
Control
3. Drive-bus
2. TCP/IP 또는
Profi-bus
Motor
Control
Inverter
Motor
Control
Inverter
1. Ethernet (TCP/IP) 통신
▶ Drive control system
및 상위 시스템
2. Profi-bus 통신
▶ Drive 와 Local Panel
3. Drive-bus 통신
▶ Drive Control 및 Drive
(Optical cable 사용)
Sectional Drive System with Controller
Basic Configuration
Operate
IT
Process Portal A
Workstations
Client/Server Network (TCP/IP)
Engineering IT
Drive IT
Engineering
Workplace
- Drive Tools
- Control Builder
Control Network (TCP/IP)
AC 800
AC 800
Operate
IT
PP Panel or
G2000
Domain
Server
Aspect &
Connectivity
Server(s)
Profibus DP
Control IT
S800 I/O
ABB
DriveBus
Drive
IT
ACS800
MultiDrive
S800 I/O
DriveBus
RMIO
RMIO
RMIO
RMIO
Motor
Control
Motor
Control
Motor
Control
Motor
Control
Inverter
Inverter
Inverter
Inverter
Serial links to MCS:
- Profibus DP
- Modbus
- 3964R
Sectional Drives, status, diagnostic, trends

Event list status displays
shows

Changed draw
set value display

Start/Stop time display

Alarm status/lists

Fault status/lists

Common interlocks

Communication status

Trending

Postion of Emergency stop
buttons (optional)
System Integration
Drives/OCS/QCS Control Integration
Process Portal
Clients
Client/Server Network (TCP/IP)
OCS/QCS
Servers
Drives
Servers
ControlNetwork (TCP/IP)
AC800
Profibus
G2000
S800 I/O
ABB
AMC
AMC
Motor
Control
Motor
Control
Inverter
Inverter
AC800
AC800
S800 I/O
S800 I/O
확장형 Operator Workplace
Extended Operator Workplace (EOW)
확장형 Operator Workplace
1. Cooling fan Control (Option)
No control mode
Run & Stop mode
Controlled mode
-> Cooling fan 수명 연장 및 소음 간소화
2. Fan Replace Alarm 기능 : 운전 시간 계산기준
-> 교체 시기를 사전에 알려줌.
3. Parameter Download 기능의 간편화 – Memory Unit
4. Panel (Cabinet) Temperature Monitoring and Trend by Drive
Drive Unit 하부에 별도 온도센서를 설치하여 감시가능
Drive Unit 내부 자체 온도 감지기능은 그대로 유지
5. Alarm 기능의 기능의 다각화 – 핸드폰 문자 메시지 / E-mail 기능
6. 순간정전 대비 강화 시스템 구축
7. 원격지원 (Internet Network)
8. Drive System Navigator
- Drawing, Circuit Diagram
- Manuals (Hardware & Service)
- Part List
- PLC Program
- Drive Tools
One Package
원격지원 서비스
Delivery limit
Customer head quarter
ABB Office
ABB “Babysitter”
PCDuo-program
Office
VPN server sw
Remote
Drive Tools
VPN client sw
ABB “office” Network
PM-line MultiDrive control
Customer site
Fixed IP address
Cisco
Customer Wan
Cisco
VPNC
VPNC
FW
FW
Internet
Site Network
Password
PM-line MultiDrive
Maintenance-PC
PCDuo-program
Control network
(AC800)
AC800 Controllers
Access to specific IP address
Password
Opening of PCDuo -program (customer)
Secur ID
Drive System Navigator

Based on ABB Aspect
Integrator Platform, like
the Process Portal

Contains the system
documentation and tools

Installation,
maintenance and
service manuals

Part lists

Electrical drawings

Programming tool (incl.
Application software
documents)

Drive Tools
Drive System Navigator : Circuit diagram.
Drive System Navigator : Manuals (Adobe Acrobat)
Drive System Navigator : Control Builder
Drive System Navigator : Drive Tools