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新世代变频器━数位化、强固性、高整合能力
[作者 詹川宏]   2019年11月13日 星期三 浏览人次: [1380]

变频器在公共工程的应用虽然普及,市面上也有多个非专用或专用的品牌及系列,但以过去十馀年来尚未见到跨世代突破的产品或功能。一如既往,西门子秉持着为使用者创造价值的理念,在今年推出全新空调、水处理专用的新世代变频器SINAMICS G120X系列。



图一
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什麽是「新世代」?相较於过去的传统使用,新世代必须具备的是「数位化」及不可或缺的高「整合性」及「强固性」,以此三大特色完美符合公共工程之专门需求,例如给水和污水处理、暖通空调 (HVAC)、楼宇建筑、地铁隧道通风等基础设施领域,以及水泥、化工、食品饮料等工业环境。


数位化━智慧操作及未来性

现在我们正面临人数有史以来最大的数位化浪潮,西门子在数位化企业方面专注於人工智慧 (AI)、边缘运算等技术整合。而在工业方面,西门子更是早已着手於工业中从头到尾的整段价值键打造数位化,西门子的思维是:「把自己假设成客户,我会想要买品质可靠、简单好用、节能增效的产品,希??新买的设备能够帮助生产尽快回本,甚至是带来额外的价值。而一个好的变频器能带来价值,一定是准备好了迈向数位化。」



图二
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那西门子如何逐步建构数位化?可总结为三个维度:驱动产品数据接囗、连接设备、工业云平台。以G120X系列为例,已经不再依赖PLC,而仅需通过一无线模组就可以直接与公司内网或是西门子工业云开放式物联网作业系统MindSphere相连,并做数据监视、收集、分析。MindSphere上已有现成的App对从变频器、驱动系统及机器设备中采集的运行数据进行评估,实现状态资讯可视化和分析,让工程师可随时随地以手机、平板、电脑即时取得有价值的数据,进而实现流程和维护过程的优化。



图三
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另外,为无线操作及调机而生的智慧无线模组也是市场的新趋势,如智慧无线模组示意图,西门子不仅推出此一数位化配件,让工程师或操作者可在最长距离50米的范围内,以手机、平板、电脑直接操控、调机、试?,其超简单人性化之操作介面让操作者可立即上手,无需看操作手册或花时间熟悉。



图四
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西门子积极打造数位化,让流程管理及制造业都可以为此极为动态的市场达到更好的掌控,进而创造出更大的弹性及更高的生产力。


强固性━高防护及专用功能

以强固性来说,变频器要能为公共工程的空调、水处理提供高防护及专用的功能。


在高防护方面,要能在硬体、抗EMC、抗环境都能达到高标准。其中一次侧的DC电抗器是应用端常需要的配件;而可支援马达线的长度在一些应用,例如大楼空调是额外的重要,在符合IEC 61800-3 的二类环境下,在不加装额外配件应该要能支援到至少150米的屏敝马达线长或至少200米的非屏敝线;为了能够有效提高变频器耐朝湿、油气、化学腐蚀气体,以?少故障或整个设备停机,延长变频器的寿命,3C3等级的电路板涂层也是建议的选项。


至於安全性早已受欧美市场的高度重视,并在多项应用为必要条件,也是近年国际及台湾业界的趋势,安全完整性等级(Safety Integrity Level,简称SIL)等级越高的设备表示其安全可靠越高,硬体故障裕度也会提高,以确保在部份设备故障时不会有安全性问题,以G120X符合的的SIL 3等级来说就只有SIL 2的要求失效概率(PFD)的10%,更只有SIL 1等级的1%。


既然说到强固,那在运行时的环境温度当然要能耐受高温,一般来说,要能耐受到摄氏50度,而G120X依型号不同最高可在摄氏55至 60度下运转;最後体积要能做到越小越好,还能支援密集并排安装在控制盘内,才能缩小控制盘的体积及达到更简易的配置。



图五
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在专用功能方面,除了更优异的风机、水泵控制,有许多功能已可直接由变频器来做简易控制而不需再另外加装PLC。而G120X内建多达约18项专用以及节能功能,例如侦测出经常发生的气穴水泵叶片穿孔的气穴侦测功能,减少水??对水管伤害的缓注水功能,可持续冲洗水管内淤积的清淤功能,故障自动重启、直接接通旋转中马达、高阶多泵控制、自动PID控制、清堵、防共振、双加速、冷凝保护、侦测堵转、障碍物、空转、实时时钟、火灾模式。并带有节能功能如节能模式、Bypass、睡眠、电源接触器模式、节能计算、流量计等。其马力范围含盖0.75kW至630kW,可说已涵盖所有低压市场风机和泵的功率需求。


高度整合能力━通讯及自动化软体

从更简易的工程规划、更短的时程,到後续变频器完整的自我诊断及建议解决方式,甚至到结合资产管理的完整资料库建立的趋势,业界一直不断在寻找下一世代的解决方案,而G120X的强大整合能力就提供了更智慧的解决方案,可支援西门子的DCS做多项整合,以降低工程规划人力、成本并减短时程;当产品出现异常时,使用者不需到现场,在中控室就可看到变频器完整的自我诊断及建议解决方式;其整合资产管理功能更可建立厂房所有变频器的完整使用历史记录。


PCS7是西门子的DCS系?,基於过程自动化,从感测器、执行器到控制器,再到上位机,自下而上形成完整的全集成自动化架构,可以应用於所有工业领域包括过程工业、制造工业、混合工业以及工业所涉及的所有制造和过程自动化。


G120X的高整合能力可直接与PCS7整合,从变频器到控制器到图控可实现远端叁数指派与调试,且有免费的图库与程式库可使用,不需特别编程,如此可在较低的工程规划人力、成本及较短时程,就能从中控室或人机监控资料视觉化图控并记录长期的运转数据,完整的变频器运转与警报历史资料库也可同时建立,包含每台变频器独立的操作记录、警报记录、过去几年由哪一位人员更换过什麽零件等完整的维护记录,最後还可透过网路远端连线监视并操控变频器。


另一项整合是工业通讯,在现今数位代的工业时代,工业通讯已是装置、设备间不可或缺的一环,工业应用的主流通讯Profinet、Profibus及大楼应用的主流通讯BACnet都是市场所需。


其中以Profinet来说,通讯速率较传统Modbus快上近10倍并有灵活的网络拓扑,且可在线扫描连接的设备与断点诊断、自动分配IP地址和设备名称,及其他多项优势如抗EMC、一网到底、数据通道、数据优先、支援256节点、IT 应用等,使其成为最适合建构数位化的通讯,而西门子新时代变频器G120X对以上通讯及EtherNet IP、Modbus都可内建或支援。


加值的新世代变频器


图六
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总结来说,一个新世代的变频器应具有上述所提的三点,数位化━智慧操作及未来性;强固性━高防护及专用功能;强大的整合能力━通讯及自动化软体,「价值」不仅是西门子对自家产品的理念,也是西门子空调、水处理专用变频器SINAMICS G120X能为使用者的设备及系统带来的最大加值。


(本文作者詹川宏为台湾西门子数位工业驱动暨马达处产品??理)


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