Надійний захист схем управління 24 В
Висновки експертів щодо надійного живлення та захисту схем управління 24 В
Завдання все більше фокусується
Питання задавав Андреас Гіс, заступник. Головний редактор електро АВТОМАТИЗАЦІЯ
Електро АВТОМАТИЗАЦІЯ: Оцифровка у промисловості йде вперед. Все частіше використовуються електронні елементи управління, датчики та приводи, часто з напругою 24 або 48 В. Надійне джерело живлення має важливе значення для роботи. Однак проблема, яка виникає внаслідок використання імпульсних джерел живлення в шафі керування, повністю відома відповідальним на практиці?
Еріх Фішер (E-T-A): Багато планувальників електроенергії та кінцевих споживачів зараз все більше зосереджуються на цьому завданні. Безпека експлуатації та доступність виробничих систем дуже сильно залежать від безперебійної взаємодії використовуваних компонентів. Рання інтеграція системного обслуговування та обслуговування відіграє важливу роль у ланцюжку створення вартості машин та систем. Це вже забезпечує стабільність контрольної напруги 24 В постійного струму на етапі планування. Оскільки без енергії оцифровка відстає. Добре скоординована комбінація джерела живлення з надійною поведінкою при перевантаженні із селективним електронним захистом схем 24 В постійного струму підвищує безпеку та час роботи машин та систем.
Флоріан Хольцманн (Муррелектронік): Нормативні вимоги залишають мало місця для маневру: вони забезпечують детальну перевірку систем перед введенням їх в експлуатацію. Захоплюючою вимогою на практиці є питання про те, чи впливають електромагнітні впливи (ключове слово ЕМС), що можуть виникати від блокованих блоків живлення, негативно на передачу даних. Тут, у Murrelektronik, ми дотримуємося думки, що дуже важливо розглядати системи електропостачання в цілому та ідеально координувати їх. Тому ми працюємо з продуманим портфоліо: Є надійні буферні модулі та ефективні фільтри в одній конструкції для імпульсних джерел живлення. Іншим варіантом, який все частіше користується попитом в обговореннях із замовниками, є перенесення енергопостачання на промислове поле. Ми пропонуємо для цього рішення IP67, які зростають.
Карстен Кронсбейн (Siemens): На відміну від трансформаторів, які використовувались раніше, імпульсні джерела живлення обмежують свій вихідний струм для самозахисту. Зі звичайними мініатюрними вимикачами електронне обмеження струму може призвести до проблем, особливо у випадку короткого замикання. Оскільки тут вступає в дію характеристика швидкого електромагнітного вивільнення, яка вимагає до 14 разів номінального струму постійного струму, який джерело живлення не може обов'язково подавати. Модулі селективності Sitop PSE200U оптимально підігнані до імпульсних джерел живлення і обмежують струм в 1,5 рази від встановленого значення. Щоб 24 В ніколи не впав, напруга постійно контролюється і критична гілка негайно відключається. Інші гілки забезпечуються абсолютно безперебійним живленням, а ПЛК залишається в режимі роботи.
Клаус Шюрман (Вейдмюллер): Кілька років тому поправка до Директиви про машинобудування знову привернула увагу до цього питання. Відповідно до цього, «уникнення помилок загальної причини» є пріоритетом. У разі короткого замикання відмова запобіжника у вихідних ланцюгах постійного струму може призвести до виходу з ладу всієї керуючої напруги, що призведе до небезпечного робочого стану машини. Щоб цього уникнути, системи захисту постійного струму повинні бути спроектовані таким чином, щоб у разі короткого замикання несправна схема вимикалася протягом дуже короткого часу. Відповідно до стандарту IEC 61131-1, робота контролера вважається безпечною, якщо падіння напруги (наприклад, як у цьому випадку через коротке замикання) не триває довше 10 мс. Електронні запобіжники, зокрема, служать цій меті захисту, і тому роками завойовують все більше і більше додатків.
Маріо Столценберг (Phoenix Contact): Багато наших клієнтів та ділових партнерів вже глибоко розуміють проблему. Зокрема, у галузі машинобудування та машинобудування взаємодія джерела живлення, перетину та довжини кабелю, а також поведінка відключення запобіжників чи інших пристроїв захисту від перевантаження по струму є звичайною справою. У більшості випадків електронні запобіжники вже є на місці, щоб запобігти руйнуванню напруги. Однак у широкому діапазоні застосувань часто потрібні пояснення щодо конструкції та функціональності електронного захисту. Наприклад, коли запитують про характеристичну криву, часто можна побачити багаторічне мислення в таких термінах, як інерція запобіжника або різні характеристики спускових механізмів машин.
Пітер Тілманн (Ваго): Проблема насправді довгий час була мало відома на практиці. Але це в даний момент змінюється дедалі більше. Раніше, відвідуючи покупців та на ярмарках, ми неодноразово зазначали, що для захисту вторинної сторони за переключеним джерелом живлення часто потрібні спеціальні заходи. Звичайні способи захисту не гарантують надійне відключення відповідно до EN 60204. Я зауважую, що наша робота повільно приносить свої плоди, і що усвідомлення цієї проблеми зростає у галузі в цілому.
Електро АВТОМАТИЗАЦІЯ: Що можуть зробити звичайні мініатюрні вимикачі для селективного захисту окремих ланцюгів і коли використання електронних запобіжників є абсолютно необхідним? Як можна вирішити проблему особливо довгих кабелів, наприклад, у переробній промисловості?
Фішер: Звичайні вимикачі виконують лише функцію захисту лінії відповідно до EN 60947-2. Широкий діапазон допусків магнітної характеристики В або С або лінійний опір в системі 24 В постійного струму запобігають негайному спрацюванню у випадку короткого замикання. Керуюча напруга руйнується, оскільки джерело живлення переходить у режим самозахисту і не подає необхідний струм. Електронний захист від перевантаження по струму завжди є першим вибором, коли джерело живлення працює динамічно до межі навантаження або коли довгі навантажувальні лінії вимагають значно вужчих параметрів відключення у разі перевантаження. Електронний вимикач ESS30 вирішує проблему з довгими кабелями в переробній промисловості, поєднуючи оптимізовану за часом перевантаження та коротке замикання з електричною ізоляцією та інтегрованим обмеженням струму. До речі, TÜV також бачить це так.
Гольцманн: Легітимність звичайного мініатюрного вимикача не повинна ставити під сумнів, але він все частіше застосовуватиметься лише в окремих випадках. Навіть якщо потрібно захистити лише кілька каналів, концепція з електронними запобіжниками є більш економічною та зручною у використанні. Нашим прикладом є інтелектуальна система контролю потужності Mico, яку ми розробили саме для додатків на 24 В; саме тому, що ми хотіли запропонувати ще більшу надійність, ніж це можливо з мініатюрними вимикачами. Звичайно, це радує, що для цього потрібно менше місця і що набагато більше каналів можна контролювати із значно меншими зусиллями, ніж за допомогою мініатюрних вимикачів. Тоді Mico Pro є логічним подальшим розвитком. Модульна структура дає можливість точно адаптувати системи до конкретного застосування - це забезпечує сприятливий ефект з вигодою та максимальною економією місця.
Кронсбайн: Розміри лінійного вимикача є складним, оскільки номінальні струми всіх підключених споживачів на відгалуження повинні бути відомі. Також слід враховувати пускові струми, щоб LSS не спрацював занадто рано. За допомогою модуля вибірковості Sitop PSE200U струм спрацьовування можна встановити для кожного живильника після встановлення. Або за допомогою монітора струму, який виводить струм як значення напруги для вимірювання вольтметром (1 В відповідає 1 А), або обертаючи потенціометр, поки світлодіод не блимає через перевантаження. LSS зазвичай не пропонують достатньої вибірковості для довгих кабелів. Оскільки максимальний струм обмежений омічним опором навіть у випадку короткого замикання, LSS спрацьовує лише тоді, коли напруга вже впала, а ПЛК перейшов у режим зупинки. У гіршому випадку LSS взагалі не спрацьовує, і усунення несправностей стає грою терпіння. Sitop PSE200U спрацьовує після критичного перенапруги не пізніше 5 с. Спеціально для системи управління процесами Simatic PCS7 існує бібліотека, за допомогою якої візуалізується відключений вихід. Одноканальне повідомлення надсилає інформацію у вигляді послідовного коду на цифровий вхід.
Штольценберг: У випадку навантажень з високим пусковим струмом електронні запобіжники вже можуть сприймати їх як помилки та ненавмисно вимикати. У цих випадках звичайний мініатюрний вимикач може бути правильним рішенням. Однак, роблячи вибір, важливо переконатися, що джерело живлення може подавати необхідний струм відключення вимикача у разі несправності - тобто короткого замикання або перевантаження по струму. Наші джерела живлення із сімейства Quint Power відповідають саме цій потребі за допомогою технології SFB (селективне запобіжник). Для того, щоб забезпечити оптимально надійне спрацьовування навіть із максимально довгими кабелями, характеристична крива сімейства термомагнітних вимикачів типу CB TM точно відповідає поведінці технології SFB. Якщо у випадку особливо довгих кабелів опір не дозволяє достатнього струму спрацьовування навіть при найпотужнішому блоці живлення, електронний запобіжник не обійдеться.
Тілманн: Звичайні мініатюрні автоматичні вимикачі вимагають значно вищого струму, ніж номінальний струм для надійного спрацьовування. Крім того, цей струм ще більше зростає для додатків постійного струму, оскільки виробники вказують коефіцієнт постійного струму. Тому блок живлення, що стоїть вище, повинен мати можливість подавати цей струм у разі несправності. Це забезпечується, наприклад, джерелами живлення з функцією підсилення. Вибірковий захист звичайними мініатюрними вимикачами може бути забезпечений лише в тому випадку, якщо блок живлення не викликає падіння напруги струмом, спричиненим несправністю. Крім того, імпеданс лінії може бути настільки високим, що такий великий струм відключення не може протікати в лінії. У цьому випадку вторинний захист класичними мініатюрними вимикачами не працює. Тут можуть допомогти електронні вимикачі, оскільки вони характеризуються точно визначеною характеристикою спрацьовування і, таким чином, вимикаються навіть при значно менших надтоках.
Електро АВТОМАТИЗАЦІЯ: Ви як виробник пропонуєте різноманітний асортимент електронних запобіжників, також у поєднанні з імпульсними джерелами живлення. Відповідно до яких критеріїв вибору та в якій деталізації користувач повинен вибрати оптимальне для нього рішення? Надайте допомогу у визначенні джерел живлення та запобіжників разом?
Фішер: Оптимальна координація вихідних характеристик імпульсних блоків живлення з характеристикою відключення наших електронних запобіжників REX12 та ESX10-T пропонує користувачеві оптимальну роботу керуючої напруги в діапазоні постійного струму 12/24/48 В. Яка деталізація номінальних струмів є оптимальним, залежить від конкретного застосування. Це може, наприклад, забезпечити індивідуальний захист контрольних компонентів або груповий захист периферійних компонентів. Іншим критерієм є вибір концепції розподілу енергії. Тут можна використовувати центральну, децентралізовану або змішану концепцію. E-T-A пропонує вичерпні поради щодо оптимального рішення для електропостачання, захисту від перевантаження по струму, розподілу електроенергії та зв'язку.
Хольцманн: Що стосується деталізації, то для нас справа зрозуміла: ми не вбудовуємо більше каналів, ніж потрібно, натомість ми адаптуємо нашу станцію Mico-Pro точно до вимог. Це пропонує нашим клієнтам оптимальний ефект потреби/зусилля. Це не слід залишати без згадування: завдяки модульній конфігурації також не проблема створити додатковий модуль, наприклад, якщо до машини слід приєднати додатковий блок. Для підтримки наших клієнтів ми розробили практичний конфігуратор, і, звичайно, наші контакти, які ведуть регулярний діалог з нашими клієнтами, дуже орієнтовані на рішення та твердо вирішують це питання.
Кронсбейн: Siemens, як фахівець з повністю інтегрованої автоматизації, пропонує інструмент вибору TIA для оптимального проектування системи на етапі планування від управління, через приводи, компоненти HMI до джерела живлення 24 В постійного струму. Цей інструмент включає споживчий вигляд 24 В, за допомогою якого можна легко визначити джерело живлення для навантажень, що подаються. Після визначення джерела живлення також можна визначити правильний модуль вибірковості. Для цього автоматично використовується потреба в енергії запланованих компонентів Siemens та інших споживачів за допомогою ручного введення. Додатковими критеріями відбору є, наприклад, кількість гілок, вимоги класу 2 NEC та обсяг діагностичних повідомлень. Навіть без інструменту вибору TIA не виникає проблем при розмірі модулів селективності Sitop, оскільки поточне порогове значення можна встановити окремо на місці.
Шюрманн: Існує тенденція до подальшого просування електронних запобіжників. Вони економлять простір, особливо коли існує багато ланцюгів навантаження. Існують також різні варіанти дистанційного керування, включаючи підключення до польової шини. Мініатюрні вимикачі можуть мати хорошу роботу в машинах з короткою довжиною кабелю-
і вибірковість не обов’язково повинна підтримуватися у всіх додатках. Сучасні системи електропостачання повинні розглядатися цілісно. Починається з якості подачі живильних мереж та умов навколишнього середовища місця використання, а також динамічних або перевантажувальних вимог підключених вантажів і закінчується відповідним захистом навантаження. Weidmüller пропонує тут безліч рішень. Наші інженери з продажу з радістю консультують та розробляють оптимальні концепції.
Штольценберг: Наш досвід показує, що більшість користувачів хочуть якомога менше думати про технічні деталі основної функції запобіжника. Це просто має спрацювати. Натомість інші властивості товару виходять на перший план як критерії прийняття рішень. Якщо багато додаткових схем потрібно вибірково захищати в додатку, ми рекомендуємо багатоканальні запобіжники. Це може значно зменшити простір, необхідний в шафі управління. Для додатків, що вимагають високого рівня гнучкості, ми пропонуємо широкий спектр модульних одноканальних запобіжників. Визначаючи правильне джерело живлення, ми спираємось на багаторічний досвід перемикання джерел живлення. Зокрема, детальні знання - наприклад, про підвищення потужності, тобто забезпечення часом значно вищих струмів - дозволяють нам надавати індивідуальні поради щодо проекту цілісної системи 24 В постійного струму.
Електро АВТОМАТИЗАЦІЯ: На додаток до джерела живлення, електронних запобіжників та пристроїв ДБЖ, концепції пропонують широкі можливості для оцінки ефективності процесів. Які майбутні варіанти ви бачите тут і які канали зв'язку слід підтримувати?
Фішер: Діагностичні можливості, дистанційне обслуговування та управління енергією всього контролю та польового рівня відіграють вирішальну роль. Все частіше використовуються інтелектуальні системи розподілу енергії з підключенням до різних платформ зв'язку. Системи ControlPlex від E-T-A включають параметризацію, відображення стану, пам'ять історії, отримання та аналіз виміряних значень, а також управління як реле зв'язку. REX12D оснащений IO-Link та Modbus-RTU-
Система вже входить в оцифровку нижнього рівня поля. Системи високого класу навіть пропонують підключення до Profinet або Ethercat. У майбутньому зв’язок із системами вищого рівня також буде здійснюватися через OPC UA та MQTT. Вбудований веб-сервер також забезпечує прямий доступ.
Хольцманн: Користувачі спеціально запитують про продукти та рішення, які дозволяють їм проводити профілактичну діагностику. Ви зрозуміли: заходи з інтелектуального обслуговування часто окупаються з першим уникнутим збоєм. Ось чому ми приділяємо велике значення тому, що наші компоненти блоку живлення замінюються в оптимальний момент часу, «якомога пізніше, але якомога раніше». Системи для відповідного контролю підтримують нас у цьому, компоненти використовуються максимально ефективно, але ніколи як фактор невизначеності для надійної роботи - це найбільш економічний спосіб використання компонентів.
Шюрманн: Вайдмюллер був одним із перших, хто представив комунікативне джерело живлення із серією Protop і, отже, на ранній стадії зіткнувся з проблемами Індустрії 4.0. Тепер можна реалізувати можливості дистанційного керування, параметризації та контролю стану. На цьогорічному Hannover Messe ми будемо представляти комунікативну електронну систему безпеки з безліччю можливостей дистанційного керування та прозорістю даних. Обидва пристрої можна підключити до систем управління за допомогою IO-Link. Комунікативні елементи керування ДБЖ також будуть доступні в майбутньому. Тоді хмарні та IOT-технології стануть все більш конкретними.
Штольценберг: Електронні запобіжники вимірюють, аналізують та постійно оцінюють стан машин та систем. Дані, визначені таким чином, швидко набувають значення в епоху Інтернету речей. Крок збору інформації - повідомлень про помилки, поведінки навантаження, часу роботи або частоти відмов - і обміну нею з контролером вищого рівня через інтерфейси зв'язку - це вже загальноприйнята практика. Зростання на тлі економічної доцільності таких додатків - це лише питання часу.
Тілманн: Електронні вимикачі, системи ДБЖ та блоки живлення вже можуть спілкуватися сьогодні. Таким чином, на ранньому етапі можна виявити помилки та провести профілактичне обслуговування. Електронними вимикачами також можна керувати дистанційно. Наприклад, спрацьований канал може бути знову ввімкнений контролером або автоматичний вимикач може також функціонувати як електронний вимикач. Моніторинг струмів струму навантаження допомагає визначити споживання енергії системою, а також може допомогти виявити ознаки зносу рухомих частин. У майбутньому я бачу, що кожен вантаж буде захищений електронним способом окремо. Це означає, що вам потрібно кілька запобіжників, але ви зберігаєте розподільні термінали. Несправності можна локалізувати або виправити швидше і сприяти збільшенню доступності системи.
Блоки живлення в США та Канаді: UL 508 замінено UL 61010