Spoľahlivá ochrana riadiacich obvodov 24 V.

Odborné posudky na spoľahlivé napájanie a ochranu riadiacich obvodov 24 V.
Úloha je čoraz viac zameraná

Otázky kládol zástupca Andreas Gees. Šéfredaktor elektro AUTOMATION

spoľahlivá

AUTOMATIZÁCIA Elektro: Digitalizácia v priemysle pokročila. Elektronické ovládače, snímače a pohony, často s 24 alebo 48 V, sa používajú čoraz častejšie. Pre prevádzku je nevyhnutný spoľahlivý zdroj napájania. Avšak problém, ktorý vzniká pri použití spínaných napájacích zdrojov v ovládacej skrini, je osobám zodpovedným v praxi úplne známy?

Erich Fischer (E-T-A): Mnoho projektantov elektrických sietí a koncových používateľov sa teraz čoraz viac zameriava na túto úlohu. Prevádzková bezpečnosť a dostupnosť výrobných systémov veľmi závisí od hladkej interakcie použitých komponentov. Včasná integrácia servisu a údržby systému hrá dôležitú úlohu v hodnotovom reťazci strojov a systémov. Už vo fáze plánovania zaisťuje stabilitu riadiaceho napätia 24 VDC. Pretože bez energie klesá digitalizácia na vedľajšiu koľaj. Dobre koordinovaná kombinácia napájacieho zdroja s robustným chovaním pri preťažení so selektívnou elektronickou ochranou obvodov 24 VDC zvyšuje bezpečnosť a dobu prevádzky strojov a systémov.

Florian Holzmann (Murrelektronik): Normatívne špecifikácie nechávajú malý manévrovací priestor: zaisťujú dôkladnú kontrolu systémov pred uvedením do prevádzky. Vzrušujúcou požiadavkou z praxe je otázka, či elektromagnetické vplyvy (kľúčové slovo EMC), ktoré môžu vyplynúť z spínaných napájacích zdrojov, majú negatívny vplyv na dátovú komunikáciu. V spoločnosti Murrelektronik zastávame názor, že je veľmi dôležité brať do úvahy systémy napájania ako celok a perfektne ich koordinovať. Pracujeme preto s premysleným portfóliom: Pre spínané zdroje existujú spoľahlivé vyrovnávacie moduly a efektívne filtre v rovnakom dizajne. Ďalšou možnosťou, ktorá je čoraz viac dopytovaná v diskusiách so zákazníkmi, je premiestnenie dodávky energie do priemyselnej oblasti. K tomu ponúkame riešenia IP67, ktoré sú na vzostupe.

Karsten Kronsbein (Siemens): Na rozdiel od transformátorov, ktoré sa používali v minulosti, spínané zdroje obmedzujú ich výstupný prúd kvôli vlastnej ochrane. Pri bežných miniatúrnych ističoch môže obmedzenie elektronického prúdu viesť k problémom, najmä v prípade skratu. Pretože práve tu vstupuje do hry charakteristika rýchleho elektromagnetického uvoľňovania, ktoré vyžaduje až 14-násobok menovitého prúdu pre jednosmerný prúd, ktorý napájací zdroj nemusí nevyhnutne dodávať. Selektívne moduly Sitop PSE200U sú optimálne prispôsobené spínaným zdrojom a obmedzujú prúd na 1,5-násobok nastavenej hodnoty. Aby sa zabezpečilo, že 24 V neklesne, je neustále monitorované napätie a kritická vetva je okamžite vypnutá. Ostatné vetvy sú napájané absolútne neprerušovaným napájaním a PLC zostáva v prevádzkovom režime.

Klaus Schürman (Weidmüller): Novela smernice o strojových zariadeniach pred niekoľkými rokmi opäť zvýšila povedomie o tejto problematike. Podľa toho je „predchádzanie chybám z bežných príčin“ vysokou prioritou. V prípade skratu môže zlyhanie vypnutia poistky v jednosmerných výstupných obvodoch viesť k poruche celého riadiaceho napätia, čo má za následok nebezpečný prevádzkový stav stroja. Aby sa tomu zabránilo, musia byť jednosmerné ochranné systémy navrhnuté tak, aby sa v prípade skratu chybný obvod vo veľmi krátkom čase vypol. Podľa normy IEC 61131-1 sa prevádzka regulátora považuje za bezpečnú, ak poklesy napätia (napr. V tomto prípade v dôsledku skratu) netrvajú dlhšie ako 10 ms. Tomuto cieľu ochrany slúžia najmä elektronické poistky, ktoré sa preto už roky presadzujú v čoraz väčšom počte aplikácií.

Mario Stolzenberg (Phoenix Contact): Mnoho našich zákazníkov a obchodných partnerov už tento problém hlboko chápe. Interakcia napájania, prierezov a dĺžok káblov, ako aj vypínacie vlastnosti poistiek alebo iných nadprúdových ochranných zariadení sú samozrejmosťou, najmä v oblasti strojárstva a strojárstva. Vo väčšine prípadov sú už elektronické poistky na mieste, aby sa zabránilo zrúteniu napätia. V širokej škále aplikácií je však často potrebné vysvetlenie, pokiaľ ide o dizajn a funkčnosť elektronickej ochrany. Napríklad, keď sa vás spýtame na charakteristickú krivku, môžete často vidieť desaťročia trvajúce uvažovanie v pojmoch, ako je zotrvačnosť poistky alebo rôzne charakteristiky spúšťania strojov.

Peter Tillmann (Wago): Problém bol v skutočnosti v skutočnosti dlho známy. To sa však momentálne mení čoraz viac. V minulosti sme pri návšteve zákazníkov a na veľtrhoch opakovane poukazovali na to, že pre sekundárnu ochranu za spínaným zdrojom sú často potrebné špeciálne opatrenia. Pri bežných spôsoboch ochrany nie je nevyhnutne zaručené spoľahlivé vypnutie podľa EN 60204. Poznamenávam, že naša práca pomaly prináša ovocie a že povedomie o tomto probléme rastie v priemysle ako celku.

Elektro AUTOMATIZÁCIA: Čo môžu bežné miniatúrne ističe urobiť pre selektívnu ochranu jednotlivých obvodov a kedy je bezpodmienečne potrebné použitie elektronických poistiek? Ako možno vyriešiť problém obzvlášť dlhých káblov, napríklad v spracovateľskom priemysle?

Fischer: Bežné ističe plnia iba funkciu ochrany vedenia podľa EN 60947-2. Široké tolerančné pásmo magnetických charakteristík B alebo C alebo odpor vedenia v systéme 24 VDC zabraňujú okamžitému vypnutiu v prípade skratu. Riadiace napätie sa zrúti, pretože napájací zdroj prechádza do vlastnej ochrany a nedodáva potrebný prúd. Elektronická nadprúdová ochrana je vždy prvou voľbou, keď je napájanie napájané dynamicky až do limitu zaťaženia alebo keď dlhé silové vedenia vyžadujú v prípade preťaženia podstatne užšie vypínacie parametre. Elektronický istič ESS30 rieši problém dlhých káblov v priemyselnom priemysle kombináciou časovo optimalizovaného preťaženia a skratu s galvanickým oddelením a integrovaným obmedzením prúdu. Mimochodom, aj TÜV to tak vidí.

Holzmann: Legitimita konvenčného ističa by nemala byť spochybňovaná, ale bude sa čoraz viac využívať iba v jednotlivých prípadoch. Aj keď je potrebné zabezpečiť iba niekoľko kanálov, koncept s elektronickými zabezpečovacími prvkami je ekonomickejší a ľahšie použiteľný. Našim príkladom je inteligentný systém monitorovania napájania Mico, ktorý sme vyvinuli presne pre 24 V aplikácie; práve preto, že sme chceli ponúknuť ešte väčšiu spoľahlivosť, ako je to možné u miniatúrnych ističov. Potom je samozrejme potešiteľné, že je na to potrebných menej miesta a že oveľa viac kanálov je možné monitorovať s podstatne menším úsilím ako s miniatúrnymi ističmi. Mico Pro je potom logickým ďalším vývojom. Modulárna štruktúra umožňuje prispôsobiť systémy presne konkrétnej aplikácii - to ponúka priaznivý efekt nákladov a prínosov s maximálnou úsporou miesta.

Kronsbein: Dimenzovanie ističa vedenia je zložité, pretože musia byť známe nominálne prúdy všetkých pripojených spotrebiteľov na jednu vetvu. Musia sa brať do úvahy aj zapínacie prúdy, aby LSS nezaskočila príliš skoro. So selektívnym modulom Sitop PSE200U je možné po inštalácii nastaviť vypínací prúd pre každý podávač. Buď pomocou prúdového monitora, ktorý vydáva prúd ako hodnotu napätia na meranie voltmetrom (1 V zodpovedá 1 A), alebo otáčaním potenciometra, kým LED dióda z dôvodu preťaženia nebliká. LSS vo všeobecnosti neponúkajú dostatočnú selektivitu pre dlhé káble. Pretože maximálny prúd je ohmickým odporom obmedzený aj v prípade skratu, spúšťa sa LSS iba vtedy, keď už napätie kleslo a PLC sa prepol do režimu zastavenia. V najhoršom prípade sa LSS nespustí vôbec a riešenie problémov sa stane hrou trpezlivosti. Sitop PSE200U sa vypne najneskôr po kritickom nadprúde 5 s. Špeciálne pre systém riadenia procesov Simatic PCS7 existuje knižnica, pomocou ktorej je vizualizovaný vypnutý výstup. Jednokanálová správa odošle informácie ako sériový kód na digitálny vstup.

Stolzenberg: V prípade záťaží s vysokými rozbehovými prúdmi ich elektronické poistky môžu už interpretovať ako chyby a neúmyselne ich vypnúť. V týchto prípadoch môže byť správnym riešením konvenčný miniatúrny istič. Pri výbere je však dôležité zabezpečiť, aby napájací zdroj mohol dodať potrebný vypínací prúd pre istič v prípade poruchy - teda v prípade skratu alebo nadprúdu. Naše napájacie zdroje z rodiny Quint Power uspokojujú túto potrebu práve s technológiou SFB (Selective Fuse Breaking). Aby sa zaistilo optimálne spoľahlivé vypnutie aj pri najdlhších možných kábloch, je charakteristická krivka rodiny termomagnetických ističov typu CB TM presne zladená s chovaním technológie SFB. Ak v prípade obzvlášť dlhých káblov odpor neumožňuje dostatočný vypínací prúd, a to ani pri najsilnejšom zdroji napájania, nedochádza k obchádzaniu elektronickej poistky.

Tillmann: Bežné miniatúrne ističe vyžadujú na spoľahlivé spustenie výrazne vyšší prúd ako menovitý prúd. Okrem toho sa tento prúd ešte viac zvyšuje pri jednosmerných aplikáciách, pretože výrobcovia určujú jednosmerný faktor. Predchádzajúci napájací zdroj musí byť preto schopný v prípade poruchy dodať tento prúd. Toto zaisťujú napríklad napájacie zdroje s funkciou zosilnenia. Selektívnu ochranu konvenčnými miniatúrnymi ističmi možno zabezpečiť, iba ak napájací zdroj nespôsobí pokles napätia s prúdom spôsobeným poruchou. Okrem toho môže byť impedancia vedenia taká vysoká, že v linke nemôže prúdiť taký veľký vypínací prúd. V takom prípade ochrana sekundárnej strany s klasickými miniatúrnymi ističmi nefunguje. Nápravou tu môžu byť elektronické ističe, ktoré sa vyznačujú presne definovanou vypínacou charakteristikou, a teda sa vypínajú pri výrazne menších nadprúdoch.

AUTOMATIZÁCIA Elektro: Ako výrobca teraz ponúkate rozmanité portfólio elektronických poistiek, a to aj v kombinácii so spínanými zdrojmi napájania. Podľa akých výberových kritérií a akej podrobnosti by si mal používateľ zvoliť pre neho optimálne riešenie? Ponuka pomoci pri spoločných špecifikáciách napájacích zdrojov a poistiek?

Fischer: Optimálna koordinácia výstupných charakteristík impulzných napájacích zdrojov s charakteristikou vypínania našich elektronických poistiek REX12 a ESX10-T ponúka užívateľovi optimálny výkon riadiaceho napätia v rozsahu 12/24/48 V ss. Ktorá zrnitosť menovitých prúdov je optimálne závisí od konkrétnej aplikácie. To môže napríklad poskytnúť individuálnu ochranu pre riadiace komponenty alebo skupinovú ochranu pre periférne komponenty. Ďalším kritériom je výber koncepcie distribúcie energie. Môže sa tu použiť ústredný, decentralizovaný alebo zmiešaný koncept. E-T-A ponúka komplexné poradenstvo týkajúce sa optimálneho riešenia napájania, nadprúdovej ochrany, distribúcie energie a komunikácie.

Holzmann: Pokiaľ ide o granularitu, je nám tento prípad jasný: Nestaváme viac potrubí, ako je potrebné, namiesto toho prispôsobujeme našu stanicu Mico-Pro presne podľa požiadaviek. Toto ponúka našim zákazníkom optimálny efekt potreby/úsilia. Nemalo by sa to vynechať: vďaka modulárnej konfigurácii tiež nie je problém pridať ďalší modul, napríklad ak sa má k stroju pripojiť ďalšia jednotka. Na podporu našich zákazníkov sme vyvinuli praktického konfigurátora a samozrejme naše kontakty, ktoré s našimi zákazníkmi pravidelne komunikujú, sú v tejto otázke veľmi zamerané na riešenie a pevné.

Kronsbein: Spoločnosť Siemens ako špecialista na Totally Integrated Automation ponúka nástroj na výber TIA na optimálne navrhnutie systému vo fáze plánovania od riadenia, cez pohony, komponenty HMI až po napájanie 24 VDC. Tento nástroj obsahuje pohľad 24 V na spotrebiteľa, pomocou ktorého možno ľahko určiť napájací zdroj pre napájané spotrebiče. Po určení napájacieho zdroja je možné určiť aj správny selektívny modul. Na tento účel sa automaticky využíva energetická náročnosť plánovaných komponentov Siemens a ostatných spotrebiteľov pomocou manuálneho vstupu. Dodatočné výberové kritériá sú napr. Počet pobočiek, požiadavky NEC triedy 2 a rozsah diagnostických správ. Aj bez nástroja na výber TIA nie sú problémy s dimenzovaním selektívnych modulov Sitop, pretože aktuálnu prahovú hodnotu je možné nastaviť individuálne na mieste.

Schürmann: Existuje tendencia elektronických poistiek pokračovať vpred. Sú priestorovo nenáročné, najmä keď je veľa zaťažovacích obvodov. K dispozícii sú tiež rôzne možnosti diaľkového ovládania vrátane pripojení priemyselnej zbernice. Miniatúrne ističe môžu mať dobrý výkon v strojoch s malými dĺžkami káblov-
selektivita sa nemusí nevyhnutne zachovávať vo všetkých aplikáciách. Dnešné systémy napájania je potrebné vnímať holisticky. Začína sa to kvalitou dodávky napájacích sietí a okolitými podmienkami miesta použitia, ako aj požiadavkami na dynamiku alebo preťaženie pripojených bremien a končí sa to vhodnou ochranou bremena. Weidmüller tu ponúka množstvo riešení. Naši predajní technici radi poradia a vypracujú optimálne koncepty.

Stolzenberg: Naše skúsenosti ukazujú, že väčšina používateľov chce čo najmenej myslieť na technické podrobnosti základnej funkcie poistky. Musí to jednoducho fungovať. Namiesto toho sa ako rozhodovacie kritériá dostávajú do popredia ďalšie vlastnosti produktu. Ak má byť v aplikácii selektívne chránených veľa spotrebiteľských obvodov, odporúčame vám viackanálové poistky. To môže výrazne znížiť potrebný priestor v rozvádzači. Pre aplikácie, ktoré si vyžadujú vysokú úroveň flexibility, ponúkame širokú škálu modulárnych jednokanálových poistiek. Pri určovaní správneho napájacieho zdroja vychádzame z našich dlhoročných skúseností so spínaním napájacích zdrojov. Najmä podrobné znalosti - napríklad o zvýšení výkonu, t. J. Zaistení občasných výrazne vyšších prúdov, nám umožňujú individuálne poradiť s návrhom holistického systému 24 VDC.

AUTOMATIZÁCIA Elektro: Okrem napájania, elektronických poistiek a zariadení UPS ponúkajú koncepty rozsiahle možnosti hodnotenia efektívnosti procesov. Aké ďalšie možnosti sa tu zobrazia a ktoré komunikačné kanály by mali byť podporované?

Fischer: Schopnosť diagnostikovať, diaľková údržba a správa energie na celej úrovni riadenia a poľa zohrávajú rozhodujúcu úlohu. Stále viac sa využívajú inteligentné systémy distribúcie energie s pripojením na rôzne komunikačné platformy. Systémy ControlPlex od E-T-A zahŕňajú parametrizáciu, zobrazovanie stavu, pamäť histórie, získavanie a analýzu nameraných hodnôt a tiež riadenie spojovacích relé. REX12D je vybavený IO-Link a Modbus-RTU-
Systém už vstupuje do digitalizácie nižšej úrovne poľa. Špičkové systémy dokonca ponúkajú pripojenie k Profinet alebo Ethercat. V budúcnosti sa prepojenie so systémami vyššej úrovne uskutoční aj prostredníctvom OPC UA a MQTT. Integrovaný webový server umožňuje aj priamy prístup.

Holzmann: Používatelia sa osobitne pýtajú na produkty a riešenia, ktoré im umožňujú vykonávať preventívnu diagnostiku. Pochopili ste: Opatrenia na prediktívnu údržbu sa často vyplatia samy pri prvom vyhnúť sa zlyhaniu. Preto prikladáme veľký význam skutočnosti, že naše komponenty napájacieho zdroja sú vymieňané v optimálnom čase, „čo najskôr, ale čo najskôr.“ Systémy vhodného monitorovania nás v tom podporujú, komponenty sa používajú čo najefektívnejšie, nikdy však nie ako faktor neistoty pre spoľahlivú prevádzku - toto je najekonomickejší spôsob použitia komponentov.

Schürmann: Weidmüller bol jedným z prvých, kto predstavil komunikačný zdroj napájania so sériou Protop, a tak už v ranom štádiu čelil výzvam priemyslu 4.0. Teraz je možné implementovať možnosti diaľkového ovládania, parametrizácie a monitorovania stavu. Na tohtoročnom veľtrhu Hannover Messe následne predstavíme komunikačný elektronický bezpečnostný systém s mnohými možnosťami diaľkového ovládania a transparentnosťou údajov. Obidve zariadenia je možné pripojiť k riadiacim systémom pomocou IO-Link. V budúcnosti budú k dispozícii aj komunikatívne ovládacie prvky UPS. Cloudové a IOT technológie potom budú čoraz konkrétnejšie.

Stolzenberg: Elektronické poistky merajú, analyzujú a neustále vyhodnocujú stav strojov a systémov. Takto určené údaje rýchlo nadobúdajú na význame v dobe internetu vecí. Krok zhromažďovania informácií - chybové správy, správanie sa záťaže, prevádzkové časy alebo frekvencie porúch - a ich výmena s nadradeným radičom prostredníctvom komunikačných rozhraní je už bežnou praxou. Nárast na pozadí ekonomickej životaschopnosti takýchto aplikácií je len otázkou času.

Tillmann: Elektronické ističe, systémy UPS a napájacie zdroje už dnes môžu komunikovať. Týmto spôsobom je možné včas identifikovať chyby a vykonať preventívnu údržbu. Elektronické ističe je možné ovládať aj na diaľku. Napríklad spustený kanál môže byť radičom znovu zapnutý alebo istič môže fungovať aj ako elektronický spínač. Monitorovanie prúdov aktuálnej záťaže pomáha určiť energetickú náročnosť systému a môže tiež pomôcť identifikovať príznaky opotrebenia pohyblivých častí. V budúcnosti vidím, že každé zaťaženie bude elektronicky zabezpečené individuálne. To znamená, že potrebujete niekoľko poistiek, šetríte však distribučné terminály. Poruchy je možné lokalizovať alebo odstrániť rýchlejšie a prispieť tak k zvýšeniu dostupnosti systému.

Napájacie zdroje v USA a Kanade: UL 508 nahradené UL 61010