24 V-os vezérlő áramkörök megbízható védelme
Szakértői vélemények a 24 V-os vezérlő áramkörök megbízható táplálásáról és védelméről
A feladat egyre inkább a középpontba kerül
A kérdéseket Andreas Gees helyettes tette fel. Főszerkesztő Elektro AUTOMATION
Elektro AUTOMATION: Az iparban a digitalizálás előrelépés. Az elektronikus vezérlőket, érzékelőket és hajtásokat, gyakran 24 vagy 48 V feszültséggel, egyre inkább használják. A működéshez elengedhetetlen a megbízható áramellátás. A kapcsolóüzemű tápegységek vezérlőszekrényben történő használatából eredő problémát azonban a felelősök a gyakorlatban teljesen ismerik?
Erich Fischer (E-T-A): Sok elektromos tervező és végfelhasználó most egyre inkább erre a feladatra összpontosít. A gyártási rendszerek üzembiztonsága és rendelkezésre állása nagyban függ a felhasznált alkatrészek zavartalan kölcsönhatásától. A rendszer szervizelésének és karbantartásának korai integrációja fontos szerepet játszik a gépek és rendszerek értékláncában. A tervezési szakaszban már biztosítja a 24 VDC vezérlőfeszültség stabilitását. Mert energia nélkül a digitalizálás mellőzik. A robusztus túlterhelési viselkedésű tápegység és a 24 V DC áramkörök szelektív, elektronikus védelmének jól összehangolt kombinációja növeli a gépek és rendszerek biztonságát és üzemidejét.
Florian Holzmann (Murrelektronik): A normatív előírások kevés mozgásteret hagynak: biztosítják, hogy a rendszereket részletes üzembe helyezés előtt ellenőrizzék. A gyakorlatban izgalmas követelmény az a kérdés, hogy a kapcsolt üzemmódú tápegységekből fakadó elektromágneses hatások (kulcsszó EMC) negatív hatással vannak-e az adatkommunikációra. Itt, a Murrelektroniknál azon a véleményen vagyunk, hogy nagyon fontos az áramellátó rendszerek egészének figyelembe vétele és tökéletes összehangolása. Ezért jól átgondolt portfólióval dolgozunk: megbízható puffermodulok és hatékony szűrők vannak ugyanolyan kialakításban a kapcsolt üzemmódú tápegységek számára. Egy másik lehetőség, amelyre egyre nagyobb az igény a vásárlói megbeszélések során, az áramellátás áthelyezése az ipari területre. Erre kínálunk IP67 megoldásokat, amelyek egyre növekszenek.
Karsten Kronsbein (Siemens): A múltban használt transzformátorokkal ellentétben a kapcsolt üzemmódú tápegységek korlátozzák kimeneti áramukat az önvédelem érdekében. A hagyományos miniatűr megszakítókkal az elektronikus áramkorlátozás problémákhoz vezethet, különösen rövidzárlat esetén. Mert itt lép életbe a gyors elektromágneses felszabadulás jellemzője, amely az egyenáram névleges áramának 14-szeresét igényli, amelyet az áramellátás nem feltétlenül képes leadni. A Sitop PSE200U szelektív modulok optimálisan illeszkednek a kapcsolt üzemmódú tápegységekhez, és az áramot a beállított érték 1,5-szeresére korlátozzák. Annak érdekében, hogy a 24 V soha ne essen le, a feszültséget folyamatosan figyeljük, és a kritikus elágazást azonnal kikapcsoljuk. A többi elágazás teljesen megszakítás nélküli energiával van ellátva, és a PLC futási módban marad.
Klaus Schürman (Weidmüller): A gépirányelv néhány évvel ezelőtti módosítása ismét felhívta a figyelmet erre a témára. Eszerint a „gyakori okokból eredő hibák elkerülése” kiemelt fontosságú. Rövidzárlat esetén a biztosíték kioldásának elmulasztása az egyenáramú kimenő áramkörökben a teljes vezérlőfeszültség meghibásodásához vezethet, ami a gép veszélyes üzemi állapotát eredményezheti. Ennek elkerülése érdekében az egyenáramú védelmi rendszereket úgy kell megtervezni, hogy rövidzárlat esetén a hibás áramkört nagyon rövid időn belül kikapcsolják. Az IEC 61131-1 szabvány szerint a vezérlés működése akkor tekinthető biztonságosnak, ha a bekövetkező feszültségesések (pl. Mint ebben az esetben a rövidzárlat miatt) nem tartanak tovább 10 ms-nál. Különösen az elektronikus biztosítékok szolgálják ezt a védelmi célt, ezért évek óta egyre több alkalmazásban nyernek teret.
Mario Stolzenberg (Phoenix Contact): Sok ügyfelünk és üzleti partnerünk már mélyen megérti a problémát. Különösen a gépipar és az üzemépítés területén magától értetődik az áramellátás, a kábel keresztmetszetének és hosszának kölcsönhatása, valamint a biztosítékok vagy más túláramvédő eszközök leállási viselkedése. A legtöbb esetben már vannak elektronikus biztosítékok, amelyek megakadályozzák a feszültség összeomlását. Az alkalmazások széles körében azonban gyakran szükség van magyarázatokra az elektronikus védelem felépítésével és funkcionalitásával kapcsolatban. Például, ha a jelleggörbéről kérdezzük, gyakran láthatjuk az évtizedekig tartó gondolkodást olyan feltételekkel, mint a biztosíték tehetetlensége vagy a gépek különböző kiváltó jellemzői.
Peter Tillmann (Wago): A problémát a gyakorlatban sokáig kevesen ismerték. De ez jelenleg egyre inkább változik. Korábban az ügyfelek látogatása és a vásárok alkalmával többször rámutattunk arra, hogy gyakran különleges intézkedésekre van szükség, amikor a másodlagos oldalt kapcsolt üzemmódú tápegység mögé rögzítik. A hagyományos védelmi módszerekkel az EN 60204 szerinti megbízható leállítás nem feltétlenül garantált. Megfigyelésem az, hogy munkánk lassan meghozza gyümölcsét, és az egész iparágban növekszik ennek a problémának a tudata.
Elektro AUTOMATION: Mit tehetnek a hagyományos miniatűr megszakítók az egyes áramkörök szelektív védelme érdekében, és mikor szükséges feltétlenül az elektronikus biztosítékok használata? Hogyan lehet megoldani a különösen hosszú kábelek problémáját, például a folyamatiparban?
Fischer: A hagyományos megszakítók csak az EN 60947-2 szabvány szerinti vonalvédelem funkcióját töltik be. A mágneses B vagy C karakterisztika széles tűrési sávja vagy a 24 VDC rendszerben lévő vonali ellenállás megakadályozza az azonnali kioldást rövidzárlat esetén. A vezérlőfeszültség összeomlik, mert az áramellátás önvédelembe megy, és nem biztosítja a szükséges áramot. Az elektronikus túláramvédelem mindig az első választás, ha az áramellátást dinamikusan működtetik a terhelési határig, vagy ha a hosszú terhelési vezetékek túlterhelés esetén jelentősen szűkebb határértékeket igényelnek. Az ESS30 elektronikus megszakító megoldja a hosszú kábelek problémáját a folyamatiparban azáltal, hogy ötvözi az időre optimalizált túlterhelést és a rövidzárlat kikapcsolását az elektromos szigeteléssel és az integrált áramkorlátozással. Egyébként a TÜV is így látja.
Holzmann: A hagyományos miniatűr megszakító legitimitását nem szabad megkérdőjelezni, de egyre inkább csak egyedi esetekben alkalmazzák. Még akkor is, ha csak néhány csatornát kell biztosítani, az elektronikus biztosítékokkal rendelkező koncepció gazdaságosabb és könnyebben használható. Példánk a Mico intelligens teljesítményfigyelő rendszer, amelyet pontosan 24 V-os alkalmazásokhoz fejlesztettünk ki; pontosan azért, mert még nagyobb megbízhatóságot akartunk nyújtani, mint ami a miniatűr megszakítókkal lehetséges. Természetesen örömteli, hogy ehhez kevesebb hely szükséges, és hogy jóval több csatorna figyelhető meg lényegesen kevesebb erőfeszítéssel, mint miniatűr megszakítókkal. A Mico Pro ekkor a logikus továbbfejlesztés. A moduláris felépítés lehetővé teszi a rendszerek pontos alkalmazkodását az adott alkalmazáshoz - ez kedvező költség-haszon hatást kínál maximális helymegtakarítás mellett.
Kronsbein: A vezetékes megszakító méretezése összetett, mert ismerni kell az összes csatlakoztatott fogyasztó névleges áramát áganként. A bekapcsolási áramokat is figyelembe kell venni, hogy az LSS ne induljon túl korán. A Sitop PSE200U szelektivitás modul segítségével a kioldási áram minden egyes adagolóhoz beállítható a telepítés után. Vagy az áramfigyelő segítségével, amely feszültségértékként adja ki az áramot egy voltmérővel történő méréshez (1 V megfelel 1 A-nak), vagy a potenciométer forgatásával, amíg a LED villogni kezd a túlterhelés miatt. Az LSS általában nem nyújt elegendő szelektivitást a hosszú kábelekhez. Mivel a maximális áramot rövidzárlat esetén is korlátozza az ohmos ellenállás, az LSS csak akkor vált ki, amikor a feszültség már leesett, és a PLC stop üzemmódra váltott. A legrosszabb esetben az LSS egyáltalán nem vált ki, és a hibaelhárítás türelem játékává válik. A Sitop PSE200U legkésőbb 5 másodperces kritikus túláram után kiold. Különösen a Simatic PCS7 folyamatirányító rendszer számára van egy könyvtár, amelyen keresztül a kikapcsolt kimenetet megjelenítik. Az egycsatornás üzenet soros kódként küldi az információt egy digitális bemenetre.
Stolzenberg: Nagy indítóáramú terhelések esetén az elektronikus biztosítékok már hibaként értelmezhetik azokat, és akaratlanul kikapcsolhatják őket. Ezekben az esetekben a hagyományos miniatűr megszakító lehet a megfelelő megoldás. A kiválasztás során azonban fontos biztosítani, hogy az áramellátás meg tudja adni a megszakítóhoz szükséges kioldási áramot hiba esetén - azaz rövidzárlat vagy túláram esetén. A Quint Power családból származó tápegységeink pontosan megfelelnek ennek az igénynek az SFB (Selective Fuse Breaking) technológiával. Az optimálisan megbízható kioldás biztosítása érdekében a lehető leghosszabb kábelek mellett is a CB TM típusú termomágneses megszakító család jelleggörbéje pontosan illeszkedik az SFB technológia viselkedéséhez. Ha a különösen hosszú kábelek ellenállása még a legerősebb tápellátás mellett sem tesz lehetővé kellő kioldási áramot, akkor nincs megoldás az elektronikus biztosíték körül.
Tillmann: A hagyományos miniatűr megszakítókhoz a megbízható indításhoz a névlegesnél nagyobb áramra van szükség. Ezen túlmenően ez az áram még tovább növekszik a DC alkalmazások esetében, mivel a gyártók megadnak egy DC tényezőt. Az áramellátás előtti tápegységnek ezért képesnek kell lennie áramellátásra hiba esetén. Ezt például egy boost funkcióval ellátott tápegységek biztosítják. A hagyományos miniatűr megszakítókkal csak akkor lehet szelektív védelmet biztosítani, ha a tápegység nem okoz feszültségesést a hiba által okozott árammal. Ezenkívül a vezeték impedanciája olyan magas lehet, hogy ekkora kioldási áram nem tud folyni a vezetékben. Ebben az esetben a klasszikus miniatűr megszakítókkal ellátott másodlagos oldali védelem nem működik. Az elektronikus megszakítók itt segíthetnek, mert pontosan meghatározott kioldási jellemzők jellemzik őket, így lényegesen alacsonyabb túláramoknál is kikapcsolnak.
Elektro AUTOMATION: Gyártóként most már sokféle elektronikus biztosítékot kínál, kapcsolott üzemmódú tápegységekkel együtt. Melyik kiválasztási kritérium szerint és milyen részletességgel kell a felhasználónak választania a számára optimális megoldást? Segítséget nyújthat a tápegységek és biztosítékok közös specifikációjában?
Fischer: Az impulzus tápegységek kimeneti jellemzőinek optimális összehangolása a REX12 és ESX10-T biztosítékaink kikapcsolási jellemzőivel optimális teljesítményt nyújt a felhasználó számára a vezérlőfeszültség DC 12/24/48 V tartományában. az optimális az adott alkalmazástól függ. Ez például egyedi védelmet nyújthat a vezérlőelemekhez vagy csoportos védelmet a perifériás alkatrészekhez. Egy másik kritérium az energiaelosztási koncepció megválasztása. Itt központi, decentralizált vagy vegyes koncepció használható. Az E-T-A átfogó tanácsokat kínál az áramellátás, a túláramvédelem, az áramelosztás és a kommunikáció optimális megoldásáról.
Holzmann: Ha a részletességről van szó, akkor az eset világos számunkra: Mi nem építünk be több csatornát a szükségesnél, hanem Mico-Pro állomásunkat pontosan az igényekhez igazítjuk. Ez az ügyfelek számára az optimális igény/erőfeszítést kínálja. És nem szabad megemlíteni: a moduláris konfigurációnak köszönhetően az sem probléma, ha további modult adunk hozzá, ha például egy kiegészítő egységet csatlakoztatunk a géphez. Ügyfeleink támogatása érdekében kifejlesztettünk egy praktikus konfigurátort, és természetesen kapcsolattartóink, akik rendszeres párbeszédet folytatnak ügyfeleinkkel, nagyon megoldásorientáltak és határozottak ebben a kérdésben.
Kronsbein: A Siemens, mint a teljesen integrált automatizálás szakembere, felajánlja a TIA Selection Tool-nak, hogy optimálisan tervezzen egy rendszert a tervezési fázisban a vezérléstől kezdve a hajtásokon át, a HMI-alkatrészektől a 24 VDC-tápig. Ez az eszköz egy 24 V-os fogyasztói nézetet tartalmaz, amellyel könnyen meghatározható az ellátandó terhelések áramellátása. Az áramellátás meghatározása után a helyes szelektivitás modul is meghatározható. Erre a célra automatikusan felhasználják a tervezett Siemens alkatrészek és a többi fogyasztó energiaigényét kézi bevitel útján. További kiválasztási kritériumok például az ágak száma, a NEC 2. osztály követelményei és a diagnosztikai üzenetek köre. A TIA Selection Tool nélkül sincsenek gondok a Sitop szelektivitási modulok méretezésével, mert az aktuális küszöbérték a helyszínen egyénileg beállítható.
Schürmann: Az a tendencia, hogy az elektronikus biztosítékok tovább terjednek. Helytakarékosak, különösen akkor, ha sok terhelési áramkör van. Különféle távvezérlési lehetőségek is rendelkezésre állnak, beleértve a terepi busz csatlakozásokat is. A miniatűr megszakítók jó opcióval bírhatnak rövid kábelhosszúságú gépekben-
és a szelektivitást nem kell minden alkalmazásban fenntartani. A mai áramellátó rendszereket holisztikusan kell szemlélni. Ez az etetőhálózatok ellátási minőségével és a felhasználás helyének környezeti körülményeivel, valamint a csatlakoztatott terhelések dinamikus vagy túlterhelési követelményeivel kezdődik, és megfelelő terhelésvédelemmel zárul. A Weidmüller itt számos megoldást kínál. Értékesítési mérnökeink szívesen adnak tanácsot és fejlesztenek optimális koncepciókat.
Stolzenberg: Tapasztalataink szerint a felhasználók többsége a lehető legkevésbé akar gondolkodni a biztosíték alapvető funkciójának műszaki részletein. Csak működnie kell. Ehelyett más terméktulajdonságok kerülnek előtérbe döntési kritériumként. Ha sok fogyasztói áramkört szelektíven védenek egy alkalmazásban, akkor többcsatornás biztosítékokat javasolunk. Ez jelentősen csökkentheti a kapcsolószekrényben szükséges helyet. Nagyfokú rugalmasságot igénylő alkalmazásokhoz moduláris egycsatornás biztosítékok széles választékát kínáljuk. A megfelelő tápegység megadásakor a kapcsoló tápegységekkel kapcsolatos éves tapasztalatainkra támaszkodunk. Különösen a részletes ismeretek - például a teljesítménynövelésről, vagyis az időnként lényegesen nagyobb áramok biztosításáról - lehetővé teszik számunkra, hogy egyénileg tanácsot adjunk a holisztikus 24 VDC rendszer kialakításában.
Elektro AUTOMATION: Az áramellátás, az elektronikus biztosítékok és az UPS eszközök mellett a koncepciók széles körű lehetőségeket kínálnak a folyamatok hatékonyságának értékelésére. Milyen jövőbeni lehetőségeket lát itt, és mely kommunikációs csatornákat kell támogatni?
Fischer: A diagnosztika, a távvezérlés és az energiagazdálkodás képessége a teljes irányítási és terepi szinten meghatározó szerepet játszik. A különböző kommunikációs platformokhoz kapcsolódó intelligens áramelosztó rendszereket egyre inkább használják. Az E-T-A ControlPlex rendszerei tartalmazzák a paraméterezést, az állapotkijelzést, az előzmények memóriáját, a mért értékeket és elemzéseket, valamint a vezérlést kapcsolási reléként. A REX12D IO-Link és Modbus-RTU-val van felszerelve-
A rendszer már belép az alsó mezőszint digitalizálásába. A csúcskategóriás rendszerek még csatlakozást kínálnak a Profinethez vagy az Ethercat-hoz. A jövőben a kapcsolat a magasabb szintű rendszerekkel az OPC UA és az MQTT révén is létrejön. Az integrált webszerver közvetlen hozzáférést is lehetővé tesz.
Holzmann: A felhasználók kifejezetten olyan termékekről és megoldásokról kérdeznek, amelyek lehetővé teszik a megelőző diagnózis felállítását. Megértette: A prediktív fenntartási intézkedések gyakran megtérülnek az első elkerülendő kudarccal. Ezért tulajdonítunk nagy jelentőséget annak, hogy tápegységeinket az optimális időben, „a lehető legkésőbb, de a lehető leghamarabb” cseréljük ki. A megfelelő ellenőrzésre szolgáló rendszerek ebben támogatnak minket, az alkatrészeket a lehető leghatékonyabban használják, de soha nem a bizonytalanság tényezőként megbízható működéshez - ez az alkatrészek leggazdaságosabb módja.
Schürmann: Weidmüller az elsők között vezette be a Protop sorozat kommunikációs tápellátását, így korai szakaszban szembesült az Ipar 4.0 kihívásaival. A távvezérlés, a paraméterezés és az állapotfigyelés lehetőségei most megvalósíthatók. Az idei Hannover Messe rendezvényen ennek eredményeként bemutatunk egy kommunikációs elektronikus biztonsági rendszert, amely számos távvezérlési lehetőséggel és az adatok átláthatóságával rendelkezik. Mindkét eszköz IO-Link segítségével csatlakoztatható vezérlőrendszerekhez. A jövőben a kommunikációs UPS vezérlés is elérhető lesz. A felhő és az IOT technológiák ezután egyre konkrétabbá válnak.
Stolzenberg: Az elektronikus biztosítékok mérik, elemzik és folyamatosan értékelik a gépek és rendszerek állapotát. Az így meghatározott adatok a tárgyak internetének korában gyorsan egyre fontosabbá válnak. Az információ - hibaüzenetek, terhelési viselkedés, működési idők vagy meghibásodási frekvenciák - összegyűjtésének és egy magasabb szintű vezérlővel való kommunikációjának kommunikációs interfészeken keresztül történő cseréje már elterjedt gyakorlat. Az ilyen alkalmazások gazdasági életképességének növekedése csak idő kérdése.
Tillmann: Az elektronikus megszakítók, az UPS rendszerek és a tápegységek már ma is képesek kommunikálni. Ily módon a hibák korai szakaszban azonosíthatók és megelőző karbantartást hajthatnak végre. Az elektronikus megszakítók távolról is működtethetők. Például egy kiváltott csatornát a vezérlő újra bekapcsolhat, vagy a megszakító elektronikus kapcsolóként is működhet. Az aktuális terhelési áramok figyelemmel kísérése segít meghatározni a rendszer energiafogyasztását, és segíthet a mozgó alkatrészek kopásának jeleiben is. A jövőben úgy látom, hogy minden terhelést külön-külön elektronikusan rögzítenek. Ez azt jelenti, hogy több biztosítékra van szüksége, de elosztó terminálokat ment. A hibák gyorsabban lokalizálhatók vagy kijavíthatók, és hozzájárulnak a rendszer fokozott rendelkezésre állásához.
Tápegységek az Egyesült Államokban és Kanadában: az UL 508 helyébe az UL 61010 lép