Un système de convoyeur en cascade typique.

Contrôle intelligent du convoyeur à l’aide de VFD et de capteurs

En un coup d’oeil:

  • À quoi ressemble un simple système de convoyeur en cascade?
  • Comment intégrer un système de convoyage en utilisant uniquement les capacités numériques des variateurs de fréquence (VFD) modernes.
  • Simplification du cercle d’automatisation pour un système de convoyage utilisant uniquement des capteurs et des VFD.

Du transport de plateaux de nourriture à travers votre ligne quotidienne de cafétéria à l’alimentation en charbon des centrales thermiques supercritiques du monde, presque toutes les industries dépendent de convoyeurs en cascade. Dans les environnements les plus complexes, ces systèmes fonctionnent de manière harmonieuse dans plusieurs systèmes en cascade pour livrer le matériel du point A au point B de manière coordonnée. Dans ces cas, cependant, si une bande transporteuse dans les convoyeurs en cascade s’arrête, les convoyeurs d’alimentation s’arrêtent automatiquement afin d’éviter les empilements de matière.

Dans ces systèmes en cascade, le mécanisme de sécurité pour désactiver le variateur alimentant les convoyeurs est similaire à un arrêt d’urgence. Cette caractéristique est très importante lorsqu’elle est utilisée en combinaison avec des mesures de maintenance préventive dans l’usine ou le processus où ces convoyeurs fonctionnent en continu (24/7). Les systèmes de contrôle et d’automatisation peuvent aller d’un simple système de manutention de matériaux à un système très compliqué conçu pour répondre à de multiples combinaisons de convoyeurs.

Pour les grands systèmes de manutention comme ceux des centrales thermiques, où l’interface homme-machine est requise pour sélectionner manuellement ou automatiquement les chemins, un système de contrôle distribué ou une commande logique programmable (PLC) doit généralement être utilisé.

Cependant, dans des systèmes simples tels que le système de convoyage dans une carrière de concasseur de pierres ou une grande cafétéria, seuls les VFD et les capteurs numériques peuvent être câblés et programmés pour effectuer l’opération en cascade, par opposition à l’utilisation d’un API. Cette approche offre des avantages, notamment une réduction des coûts d’ingénierie, de mise en service et de dépannage pour mettre en œuvre un système de convoyage en cascade entièrement intégré.

À quoi ressemble un système de convoyeur en cascade simple

Un système de convoyeur en cascade simple ressemblera à celui illustré dans la figure ci-dessous. Certes, avec les convoyeurs, il y aurait des cordons de traction, des interrupteurs à vitesse nulle, des capteurs de proximité, des capteurs photo et des capteurs de vibrations. Les vannes ou volets de dérivation font également partie du système de convoyeur pour détourner le matériau sur le convoyeur pour le livrer au bon point de livraison. Un moteur à induction à courant alternatif contrôlé par un VFD fait fonctionner chaque convoyeur A à E.

À l’ère non numérique, tous les capteurs étaient câblés à une logique de contacteur de contrôle. Les VFD numériques d’aujourd’hui permettent le câblage direct des capteurs aux VFD, et dans certains systèmes plus avancés, ces capteurs peuvent être connectés directement à un API.

Un système de convoyeur en cascade typique.

Fonctionnement d’un système de convoyeur typique

L’aspect le plus important de tout processus est la sécurité. Tous les capteurs de sécurité du système de convoyeur (tels que les cordons de traction ou les boutons d’arrêt d’urgence) doivent être vérifiés pour s’assurer que le système est prêt. Ensuite, les portes de dérivation à l’entrée et à la sortie du convoyeur sont placées dans la direction pour régler le trajet de transport pour le système.

En fonction du nombre de capteurs installés et de la fidélité globale du système de convoyage, la commande marche / arrêt est donnée manuellement à chaque convoyeur. Sinon, le système peut recevoir une commande de démarrage / arrêt au niveau du système, puis les capteurs démarreront et arrêteront les convoyeurs individuels du système.

Une fois que le système de convoyeur en cascade reçoit la commande «start», le convoyeur qui démarre en premier sera le dernier à s’arrêter lorsque la commande d’arrêt du système est émise. Un visuel de cette logique peut être représenté en utilisant Fig. 1 et est décrit dans les étapes ci-dessous:

Quand le commande de démarrage est émis, le système de convoyeur suivra la séquence de démarrage suivante:

  1. Le convoyeur A est le premier à démarrer;
  2. Ensuite, le convoyeur B commencera à fonctionner après que le convoyeur A ait commencé à fonctionner;
  3. Ensuite, le convoyeur C commencera à fonctionner après que le convoyeur B ait commencé à fonctionner;
  4. Ensuite, le convoyeur D commencera à fonctionner après que le convoyeur C ait commencé à fonctionner;
  5. Alors le convoyeur E est le dernier à démarrer.

Quand le commande d’arrêt est émis, le système de convoyeur suivra la séquence d’arrêt suivante:

  1. Le premier convoyeur à s’arrêter est le convoyeur E;
  2. Ensuite, le convoyeur D s’arrêtera après l’arrêt du convoyeur E;
  3. Ensuite, le convoyeur C s’arrêtera après l’arrêt du convoyeur D;
  4. Ensuite, le convoyeur B s’arrêtera après l’arrêt du convoyeur C;
  5. Ensuite, le convoyeur A sera le dernier à s’arrêter.

Cette même logique s’applique lorsque l’un des capteurs du convoyeur dans le chemin en cascade communique un problème tel qu’un défaut de moteur. Par conséquent, si le convoyeur C se déclenche sur un défaut, les convoyeurs D et E devront être arrêtés afin que le matériau ne s’entasse pas sur le convoyeur arrêté C.Dans un système plus complexe, les utilisateurs peuvent choisir de détourner le matériau vers un chemin différent plutôt que arrêt des convoyeurs D et E.

Comme démontré dans le modèle ci-dessus, l’intégrité des capteurs est essentielle pour maintenir l’efficacité des systèmes de convoyeurs en cascade. Le type de capteur le plus courant sur les bandes transporteuses est un interrupteur à vitesse nulle. Cette solution fournit un véritable retour d’information sur l’état du mouvement de la bande transporteuse.

Par exemple, ces capteurs devraient être efficaces dans les situations où un moteur à induction à courant alternatif pourrait être en mouvement parce que le VFD fournit une tension au moteur, mais la courroie / chaîne du convoyeur pourrait être arrêtée parce qu’elle est cassée. Dans la figure ci-dessus, si le commutateur de vitesse nulle du convoyeur C se déclenche, les moteurs des convoyeurs C, D et E doivent être arrêtés pour éviter l’empilement de matière.

L’objectif de mise en œuvre des commandes de détection par interrupteur à vitesse nulle est d’assurer une détection précise après que l’entraînement du convoyeur a commencé à fonctionner à une certaine fréquence, mais pas tant que l’entraînement du convoyeur n’a pas commencé à se déplacer. Ceci est important, car si un capteur indique une vitesse nulle avant que le convoyeur ne commence à fonctionner, le convoyeur ne démarrera jamais.

Avant la numérisation des VFD actuels, les API étaient un must pour mettre en œuvre la commande numérique pour un système de convoyeur en cascade simple. Avant les API, la commande de relais câblée était utilisée. Suite à l’avancement offert par les commandes numériques VFD, la plupart des fonctions de commande requises pour un système de convoyeur simple peuvent être réalisées en intégrant les capteurs au VFD et le câblage d’interconnexion entre les VFD.

Cette approche basée sur VFD peut aider à améliorer le retour sur investissement, car elle est capable d’atteindre les mêmes performances sans le coût supplémentaire de l’intégration des VFD et des capteurs et de la programmation des API.

Intégration d’un système de convoyeur à l’aide de VFD numériques

Pour montrer comment intégrer un système de convoyeur à l’aide de VFD numériques, examinons à nouveau le système de la figure au dessus.

Commande de démarrage. Cinq VFD, un pour chaque moteur de convoyeur illustré, sont câblés les uns aux autres sur la carte de commande du VFD. Le retour de marche du convoyeur A est câblé au convoyeur B, le convoyeur B est câblé au convoyeur C, le convoyeur C est câblé au convoyeur D et le convoyeur D est câblé au convoyeur E. La commande de démarrage du système est émise au convoyeur A uniquement et le retour de marche signal câblé entre les convoyeurs de démarrage du convoyeur B; B commence C; C commence D; et D commence E. C’est ainsi que les commandes VFD démarrent les cinq convoyeurs.

Contrôle de référence de vitesse de convoyage. L’entrée de référence de vitesse du système principal est uniquement envoyée au VFD du convoyeur A. Les VFD des convoyeurs A, B, C et D alimentent ensuite le signal de commande de vitesse en amont dans des convoyeurs en cascade, c’est-à-dire A B C E. La modification de la référence de vitesse sur le convoyeur A modifie ensuite la vitesse des convoyeurs en amont qui acheminent le matériau dans le convoyeur A.

Commande d’arrêt / défaut. Cinq VFD, un pour chaque moteur de convoyeur illustré ci-dessus, sont câblés les uns aux autres sur la carte de commande du VFD. La butée du convoyeur E est câblée au convoyeur D, le convoyeur D est câblé au convoyeur C, le convoyeur C est câblé au convoyeur B, le convoyeur B est câblé au convoyeur A. La commande d’arrêt est envoyée au convoyeur E et le retour d’arrêt au convoyeur D arrête le convoyeur D, D s’arrête C, C arrête la rétroaction s’arrête B, B s’arrête A. C’est ainsi que les commandes VFD arrête les cinq convoyeurs. Similaire à une commande «stop», le défaut sur un convoyeur suit la même séquence d’arrêt, à nouveau réalisée par le câblage d’interconnexion VFD.

Interface de capteur. Au fur et à mesure que la fidélité du système augmente, les utilisateurs ajoutent de plus en plus de capteurs au système de convoyage. Commençons par le commutateur à vitesse nulle. Le commutateur de chaque convoyeur est câblé à son défaut externe d’entraînement spécifique. Autrement dit, si le commutateur se déclenche, il mettra en défaut le VFD auquel il est câblé et les VFD suivants dans la chaîne s’arrêteront en raison de la logique d’arrêt. Le moyen simple de contourner le commutateur de vitesse nulle lorsque le variateur ne fonctionne pas est d’utiliser le relais VFD pour superviser la fréquence du variateur au-dessus de l’endroit où le convoyeur se déplace déjà.

Une fois que le relais de supervision s’ouvre au-dessus du point de consigne de fréquence de vitesse préréglé, il commence à surveiller l’entrée de vitesse nulle sur le même canal où le relais de supervision a été connecté pour le contournement initial de la détection de vitesse nulle. Encore une fois, un contrôle simple est obtenu en utilisant la commande numérique VFD sans API.

Image 1Ranbir (Ron) Ghotra

Le cordon de traction des convoyeurs peut être câblé en série au STO des entraînements. C’est le mode le plus sûr pour mettre un arrêt d’urgence sur les moteurs en marche des VFD. Tout cela est réalisé uniquement par les VFD.

Incorporer d’autres verrouillages de commande

D’autres verrouillages, tels que des capteurs de proximité, peuvent être connectés aux VFD pour un démarrage et un arrêt plus intelligents des convoyeurs en détectant le matériau sur la bande. Au lieu de faire fonctionner les convoyeurs en continu et de consommer de l’énergie, le capteur de proximité ou le capteur de courant de l’entraînement détectera la charge se déplaçant sur la bande, et la présence d’une charge détectée par le VFD déclenchera une commande de démarrage vers le convoyeur VFD suivant dans le chemin.

Prenons l’exemple du système illustré dans la figure du haut: la détection intelligente serait le capteur ou l’algorithme VFD détectant la charge sur le convoyeur E. Dès que la charge sur le convoyeur E augmente au-dessus d’un niveau prédéfini, la commande de démarrage vers le convoyeur D est donné par VFD E, et ainsi de suite, jusqu’à ce que le dernier convoyeur du trajet démarre. Une logique similaire s’applique à l’arrêt des convoyeurs. Si la charge tombe en dessous du seuil, il y a une indication que la charge n’est pas transportée, de sorte que le VFD dans le chemin en cascade peut être arrêté automatiquement pour économiser l’énergie.

Gestion de la maintenance. Les capteurs dotés de capacités de surveillance des vibrations peuvent être câblés directement au VFD pour générer un avertissement et mettre le système en panne pour éviter tout dommage. L’envoi de l’état de santé de l’équipement tel que la température, la charge ou la vitesse à l’utilisateur à l’aide d’une application téléphonique basée sur l’IoT, sans avoir besoin d’un système d’automatisation complet, élimine le besoin d’une IHM haute fidélité ou SCADA.

Comme résumé ci-dessus, la commande unique de démarrage / arrêt du système de convoyeur à capteur permet de mettre en œuvre un système de transport intelligent. Tous les défauts et les trajets sont interverrouillés dans le système de convoyeur en cascade pour empêcher l’empilement du matériau en raison du déclenchement d’un convoyeur sur le chemin. Dans le même temps, les VFD surveillent en permanence le courant de charge et conseillent à l’utilisateur s’il faut faire fonctionner le convoyeur en continu, sans gaspiller l’énergie ni l’arrêter. Comme tous les VFD sont numériques et activés pour l’Internet des objets (IoT), toutes les données sont constamment partagées avec les parties prenantes qui gèrent la production et le côté commercial de l’entreprise.

Lecteurs Eaton PowerXL DG1Series.Lecteurs Eaton PowerXL DG1Series.Eaton

Pour faire une analogie, le système IoT aide les équipes de maintenance et commerciales à exécuter des analyses de la même manière que QuickBooks sert les équipes financières. Cette fonction d’analyse de données basée sur l’IoT peut aider les utilisateurs à optimiser leurs processus en introduisant des données numériques directement à partir de capteurs directement dans un portail qui est visible à distance presque n’importe où.

En résumé, les VFD numériques intelligents d’aujourd’hui peuvent très facilement faire le travail d’un petit API tout en prenant en charge la connexion IoT qui permet aux utilisateurs de surveiller les systèmes de transport à distance. Cette capacité améliore non seulement le retour sur investissement en équipement et en main-d’œuvre, mais peut également améliorer l’intelligence d’affaires globale en termes de production, de maintenance et de gestion de la sécurité en fournissant les données précises et exploitables nécessaires pour améliorer les processus.

Ranbir (Ron) Ghotra, PMP, est ingénieur d’application de gamme de produits chez Eaton. Il a 20 ans d’expérience mondiale dans la conception, l’ingénierie, la mise en service et la gestion de projets de contrôle et d’automatisation. Il possède également des compétences efficaces en résolution de problèmes dans une grande variété d’industries, du résidentiel à l’aérospatiale. Ron est certifié en tant que professionnel de la gestion de projet (PMP); il a un Bachelor of Science diplôme en génie électrique du NIT Rourkela, Inde et un Master of Business Administration de la Katz Business School de l’Université de Pittsburgh.

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