Sterowniki Silników - Naprawa i Programowanie Napędów

Czym są sterowniki silników?

Sterowniki silników to elektronika mocy, która precyzyjnie kontroluje prędkość, moment obrotowy i pozycję silników elektrycznych. Dzielą się na dwie główne kategorie:

• Falowniki (VFD - Variable Frequency Drive) - Sterowanie prędkością silników AC, głównie w pompach, wentylatorach, przenośnikach
• Serwonapędy - Precyzyjne sterowanie pozycją i momentem, używane w maszynach CNC, robotach przemysłowych, opakowaniarkach

Nasze usługi serwisowe

1. Naprawa falowników i serwonapędów

Obsługujemy wszystkie główne marki:

• ABB - ACS880, ACS580, ACS550, ACS355
• Siemens - Sinamics G120, G120C, S120, V90
• Allen-Bradley - PowerFlex 525, 753, Kinetix 5500/5700
• Schneider Electric - Altivar ATV320, ATV630, Lexium
• Danfoss - VLT Micro, AQUA, HVAC
• Mitsubishi - FR-A800, FR-F800, MR-JE
• Yaskawa - V1000, A1000, Sigma-7

Najczęstsze usterki i ich przyczyny

A) Spalony mostek IGBT

Objawy: Falownik nie startuje, komunikat "OC" (overcurrent) lub "SCF" (short circuit fault)

Przyczyny:

• Spalony mostek IGBT
• Zwarcie w silniku lub kablu silnikowym (najczęściej izolacja przewodów)
• Zbyt szybkie przyspieszenie (prąd rozruchowy > Imax)
• Uszkodzony enkoder (serwo próbowało "dogonić" pozycję z maksymalnym momentem)

Naprawa: Wymiana modułu IGBT (700W-5kW: 2000-4000 zł, 10-50kW: 5000-15000 zł). Często musimy wymienić też drivery (gate drivers) i kondensatory DC-link.

B) Problem z enkoderem

Objawy: "Following error", serwo nie trzyma pozycji, wibracje, hałas

Przyczyny:

• Uszkodzony enkoder (zużyte łożysko, brudny dysk optyczny)
• Zakłócenia EMI na kablu enkodera (kabel zbyt długi lub biegnie równolegle z kablem mocy)
• Rozregulowanie (złe parametry PID w serwo)

Naprawa: Wymiana enkodera (1500-4000 zł) lub re-tuning serwomechanizmu (auto-tuning w Siemens Starter, TIA Portal).

C) Przegrzewanie

Objawy: Alarm "OH" (overheat), falownik wyłącza się po kilku minutach pracy

Przyczyny:

• Zatkany radiator (kurz, brud)
• Uszkodzony wentylator chłodzenia
• Zbyt wysoka temperatura otoczenia > 40°C bez odpowiedniego deratingu)
• Przeciążenie (falownik za mały do danego silnika)

Naprawa: Czyszczenie radiatora sprężonym powietrzem, wymiana wentylatora (150-500 zł), instalacja dodatkowego chłodzenia (klimatyzacja szafy).

2. Programowanie i konfiguracja

Oferujemy pełne wsparcie w zakresie software sterowników:

Parametryzacja falowników

• Tryb sterowania: Skalarny (V/f) vs wektorowy (FOC) - dobór do aplikacji
• Rampy przyspieszeń/hamowania: Optymalizacja pod kątem czasu cyklu i zużycia energii
• Zabezpieczenia: Nadprąd, podnapięcie/nadnapięcie DC-link, przegrzanie
• PID regulator: Dla aplikacji z sprzężeniem zwrotnym (ciśnienie, przepływ, temperatura)

Tuning serwonapędów

Precyzyjne dostrojenie pętli regulacji (P, I, D, feedforward) dla optymalnej dynamiki i stabilności. Używamy narzędzi:

• Siemens TIA Portal + Startdrive - Auto-tuning + oscyloskop wirtualny
• Allen-Bradley Studio 5000 + Motion Analyzer
• Mitsubishi GX Works3 + MR Configurator2

Komunikacja Fieldbus

Integrujemy napędy z nadrzędnymi systemami PLC/SCADA:

• Profinet (Siemens ecosystem) - Cyclic I/O + acyclic diagnostics
• EtherNet/IP (Rockwell/Allen-Bradley) - CIP Motion for coordinated motion control
• EtherCAT (Beckhoff, TwinCAT) - Ultra-low latency < 100μs, ideal for multi-axis sync
• Modbus RTU/TCP - Universal, works with any PLC
• CANopen - Compact machines, mobile equipment

3. Modernizacja starych napędów

Czy Twoja maszyna ma 20-letni falownik Danfoss VLT 5000, który nie ma części zamiennych? Możemy go wymienić na nowoczesny ATV320 z adapterem, który emuluje stare I/O. Korzyści:

• Niezawodność (nowe urządzenie z gwarancją 2-5 lat)
• Oszczędność energii (nowe falowniki mają sprawność 97-98% vs 92-94% starych)
• Diagnostyka (Ethernet, web server, alarmy SMS)
• Brak konieczności zmiany okablowania (adapter I/O)

Sterowanie silnikami - podstawy techniczne

Falowniki - V/f vs FOC (Field-Oriented Control)

V/f (skalarny):

• Prosty, tani, niezawodny
• Dobry dla wentylatorów, pomp (stałe obciążenie)
• Moment obrotowy spada przy niskich prędkościach

FOC (wektorowy):

• Precyzyjne sterowanie momentem i prędkością
• Pełny moment od 0 RPM (start pod obciążeniem)
• Wyższe koszty (potrzebny enkoder lub sensorless estimation)
• Idealny dla maszyn CNC, ekstruderów, pras

Serwonapędy - zamknięta pętla regulacji

Serwo to układ z enkoderem, który precyzyjnie kontroluje pozycję/prędkość:

• Rozdzielczość: Enkodery 16-bit (65536 impulsów/obr) do 22-bit (4 miliony imp/obr) dla ultra-precyzji
• Czas reakcji: Current loop @ 8-16kHz, velocity loop @ 2-4kHz, position loop @ 500Hz-2kHz
• Dokładność: ± 0.01mm dla ballscrew pitch 10mm/rev

Case Study: Wymiana napędu głównego w tokarce CNC

Problem: Tokarka CNC DMG CTX 310 (rocznik 2005) miała uszkodzony serwonapęd wrzeciona głównego Siemens 611D. Nowy napęd z autoryzowanego serwisu: 85 000 zł + 8 tygodni dostawy.

Rozwiązanie: Wymieniliśmy stary 611D na nowoczesny Siemens S120 Combi (1PM6 silnik + CU320-2 kontroler). Musieliśmy:

• Zaprojektować adapter mechaniczny (silnik ma inny flansze)
• Przeprogramować PLC (Siemens 840D sl) - nowe adresy Profinet
• Wykonać auto-tuning moment of inertia
• Zoptymalizować parametry P/I dla wrzeciona (minimalizacja overshootu przy pozycjonowaniu C-axis)

Rezultat:

• Koszt: 38 000 zł (hardware) + 12 000 zł (robocizna, programowanie) = 50 000 zł total
• Oszczędność: 35 000 zł (41%)
• Czas realizacji: 3 tygodnie (vs 8 tygodni)
• Bonus: Nowy napęd ma lepszą dynamikę (przyspieszenie 3000 RPM/s vs 2000 RPM/s starego)

Najczęstsze błędy przy eksploatacji napędów

1. Brak filtrów EMC - Falownik generuje zakłócenia, które niszczą enkodery i PLC. Zawsze montuj filtry dv/dt na wyjściu silnikowym.
2. Zbyt długie kable silnikowe - Powyżej 50m konieczne są dławiki wyjściowe (output reactors)
3. Brak rezystorów hamujących - Przy hamowaniu energia wraca do DC-link, napięcie rośnie → "DC overvoltage fault"
4. Nieprawidłowe uziemienie - Prądy wyrównawcze płyną przez łożyska silnika → erozja łożysk

Ile to kosztuje?

• Diagnostyka: 300-800 zł
• Naprawa prosta (wentylator, zasilacz 24V): 800-2000 zł
• Wymiana modułu IGBT: 2500-8000 zł (zależnie od mocy)
• Kompleksowa naprawa (IGBT + drivery + kondensatory): 5000-20000 zł
• Programowanie i tuning: 1500-5000 zł (1-3 dni pracy)
• Modernizacja (wymiana starego napędu na nowy): 15000-80000 zł