Надеждна защита на 24 V контролни вериги
Експертни мнения за надеждното захранване и защита на 24 V управляващи вериги
Задачата е все по-фокусирана
Въпросите зададе Андреас Гийс, зам. Главен редактор електро АВТОМАТИЗАЦИЯ
Електро АВТОМАТИЗАЦИЯ: Дигитализацията в индустрията напредва. Все по-често се използват електронни контроли, сензори и задвижвания, често с 24 или 48 V. Надеждното захранване е от съществено значение за работата. Отговорните на практика обаче са напълно наясно с проблема, който възниква от използването на импулсни захранвания в контролния шкаф?
Ерих Фишер (E-T-A): Много електрически проектанти и крайни потребители сега се фокусират все повече върху тази задача. Безопасността на експлоатацията и наличността на производствените системи зависят много от гладкото взаимодействие на използваните компоненти. Ранното интегриране на системното обслужване и поддръжка играе важна роля във веригата на стойността на машините и системите. Той вече осигурява стабилността на управляващото напрежение 24 VDC във фазата на планиране. Защото без енергия дигитализацията пада по пътя. Добре координираната комбинация от захранване със стабилно поведение при претоварване със селективна, електронна защита на 24 VDC вериги повишава безопасността и времето на работа на машини и системи.
Флориан Холцман (Murrelektronik): Нормативните спецификации оставят малко пространство за маневриране: те гарантират, че системите се проверяват подробно, преди да бъдат пуснати в експлоатация. Вълнуващо изискване от практиката е въпросът дали електромагнитните влияния (ключова дума EMC), които могат да възникнат от захранващи блокове с превключен режим, имат отрицателно въздействие върху комуникацията на данни. Тук в Murrelektronik считаме, че е много важно да се разглеждат системите за електрозахранване като цяло и да се координират перфектно. Следователно ние работим с добре обмислено портфолио: Има надеждни буферни модули и ефективни филтри в същия дизайн за захранванията с превключен режим. Друг вариант, който е все по-търсен в дискусиите на клиентите, е преместването на захранването в индустриалната област. Ние предлагаме IP67 решения за това, които са във възход.
Карстен Кронсбейн (Siemens): За разлика от трансформаторите, които са били използвани в миналото, захранващите устройства с превключен режим ограничават изходния си ток за самозащита. При конвенционалните миниатюрни прекъсвачи електронното ограничение на тока може да доведе до проблеми, особено в случай на късо съединение. Тъй като тук се появява характеристиката за бързо електромагнитно освобождаване, която изисква до 14 пъти номиналния ток за постоянен ток, който захранването не може непременно да достави. Модулите за селективност Sitop PSE200U са оптимално съчетани с захранвания с превключен режим и ограничават тока до 1,5 пъти зададената стойност. За да се гарантира, че 24 V няма да спадне по всяко време, напрежението се следи постоянно и критичният клон се изключва незабавно. Останалите клонове се доставят с абсолютно непрекъсната мощност и PLC остава в работен режим.
Клаус Шюрман (Вайдмюлер): Изменението на Директивата за машините преди няколко години повиши осведомеността по този въпрос отново. Съгласно това „избягването на грешките с обща причина“ е от висок приоритет. В случай на късо съединение, неспазването на предпазител в изходящите DC вериги може да доведе до повреда на цялото управляващо напрежение, което да доведе до опасно работно състояние на машината. За да се избегне това, системите за постоянен ток трябва да бъдат проектирани по такъв начин, че в случай на късо съединение, дефектната верига да се изключи за много кратко време. В съответствие със стандарта IEC 61131-1, работата на контролера се счита за безопасна, ако падането на напрежението (напр. В този случай поради късо съединение) не продължи повече от 10 ms. Електронните предпазители по-специално служат на тази цел за защита и следователно от години се налагат във все повече приложения.
Марио Столценберг (Phoenix Contact): Много от нашите клиенти и бизнес партньори вече имат дълбоко разбиране за проблема. По-специално в областта на машиностроенето и машиностроенето, взаимодействието на захранването, напречните сечения и дължини на кабелите, както и поведението при изключване на предпазители или други устройства за защита от свръхток, е нещо разбираемо. В повечето случаи електронните предпазители вече са на място, за да предотвратят срутването на напрежението. В широката гама от приложения обаче често има нужда от обяснения по отношение на дизайна и функционалността на електронната защита. Например, когато ни попитат за характеристичната крива, често може да се види дългогодишното мислене в термини като инерцията на предпазител или различните задействащи характеристики на машините.
Питър Тилман (Уаго): Проблемът всъщност беше малко известен на практика дълго време. Но това се променя все повече и повече в момента. В миналото, когато посещаваме клиенти и по време на търговски панаири, многократно сме посочвали, че често се изискват специални мерки при осигуряване на вторичната страна зад захранване с превключен режим. При конвенционалните методи за защита не е задължително да се гарантира надеждно изключване съгласно EN 60204. Моето наблюдение е, че нашата работа бавно дава плодове и че информираността за този проблем нараства в индустрията като цяло.
Електро АВТОМАТИЗАЦИЯ: Какво могат да направят конвенционалните миниатюрни прекъсвачи за селективната защита на отделни вериги и кога използването на електронни предпазители е абсолютно необходимо? Как може да се реши проблемът с особено дългите кабели, например в технологичната индустрия?
Fischer: Конвенционалните прекъсвачи изпълняват само функцията за защита на линията съгласно EN 60947-2. Широката допустима лента на магнитната характеристика B или C или линейното съпротивление в 24 VDC система предотвратяват незабавното изключване в случай на късо съединение. Управляващото напрежение се срива, защото захранването преминава в самозащита и не подава необходимия ток. Електронната защита от свръхток винаги е първият избор, когато захранващият блок работи динамично до границата на натоварване или когато дългите натоварващи линии изискват значително по-тесни параметри на изключване в случай на претоварване. Електронният прекъсвач ESS30 решава проблема с дългите кабели в технологичната индустрия, като комбинира оптимизирано по време претоварване и изключване на късо съединение с електрическа изолация и интегрирано ограничение на тока. Между другото, TÜV също го вижда по този начин.
Холцман: Легитимността на конвенционалния прекъсвач не трябва да се поставя под съмнение, но той все повече ще се използва само в отделни случаи. Дори ако само няколко канала трябва да бъдат защитени, концепцията с електронни предпазни мерки е по-икономична и по-лесна за използване. Нашият пример е интелигентната система за наблюдение на мощността Mico, която разработихме точно за 24 V приложения; точно защото искахме да предложим дори повече надеждност, отколкото е възможно с миниатюрни прекъсвачи. Разбира се, тогава е приятно, че за това е необходимо по-малко място и че много повече канали могат да бъдат наблюдавани със значително по-малко усилия, отколкото с миниатюрни прекъсвачи. Тогава Mico Pro е логичното по-нататъшно развитие. Модулната структура дава възможност да се адаптират системите точно към конкретното приложение - това предлага благоприятен ефект на разходите и ползите с максимално спестяване на пространство.
Кронсбейн: Оразмеряването на линейния прекъсвач е сложно, тъй като номиналните токове на всички свързани консуматори на клон трябва да бъдат известни. Пусковите токове също трябва да бъдат взети под внимание, за да не се задейства LSS твърде рано. С модула за селективност Sitop PSE200U, токът на отключване може да се настрои за всяко подаващо устройство след инсталирането. Или с помощта на текущия монитор, който извежда тока като стойност на напрежението за измерване с волтметър (1 V съответства на 1 A) или чрез завъртане на потенциометъра, докато светодиодът мига поради претоварване. LSS обикновено не предлагат достатъчна селективност за дълги кабели. Тъй като максималният ток е ограничен от омичното съпротивление дори в случай на късо съединение, LSS се задейства само когато напрежението вече се е срутило и PLC е преминал в режим на спиране. В най-лошия случай LSS изобщо не се задейства и отстраняването на неизправности се превръща в игра на търпение. Sitop PSE200U се задейства най-късно след критичен свръхток от 5 s. Съществува библиотека специално за системата за управление на процесите Simatic PCS7, чрез която се визуализира изключеният изход. Едноканалното съобщение изпраща информацията като сериен код на цифров вход.
Stolzenberg: В случай на товари с високи пускови токове, електронните предпазители вече могат да ги интерпретират като грешки и да ги изключат неволно. В тези случаи конвенционалният миниатюрен прекъсвач може да бъде правилното решение. При избора обаче е важно да се гарантира, че захранването може да осигури необходимия ток на изключване за прекъсвача в случай на повреда - т.е. късо съединение или свръхток. Нашите захранвания от семейството Quint Power адресират точно тази нужда с технологията SFB (Selective Fuse Breaking). За да се осигури оптимално надеждно изключване дори с възможно най-дългите кабели, характеристичната крива на семейството термомагнитни прекъсвачи от тип CB TM е точно съобразена с поведението на технологията SFB. Ако в случай на особено дълги кабели, съпротивлението не позволява достатъчен ток на изключване, дори при най-мощното захранване, няма заобикаляне на електронен предпазител.
Tillmann: Конвенционалните миниатюрни прекъсвачи изискват значително по-висок ток от номиналния за надеждно задействане. Освен това този ток се увеличава още повече за приложенията с постоянен ток, тъй като производителите определят коефициент на постоянен ток. Следователно захранващият блок нагоре по веригата трябва да може да подава този ток в случай на повреда. Това се осигурява например от захранващи блокове с функция за усилване. Селективна защита с конвенционални миниатюрни прекъсвачи може да бъде осигурена само ако захранващият блок не причинява спад на напрежението с тока, причинен от повредата. В допълнение, линейният импеданс може да бъде толкова висок, че толкова голям ток на изключване не може да тече в линията. В този случай защитата на вторичната страна с класически миниатюрни прекъсвачи не работи. Електронните прекъсвачи могат да осигурят решение тук, тъй като те се характеризират с точно определена характеристика на изключване и по този начин се изключват при значително по-ниски свръхток.
Електро АВТОМАТИЗАЦИЯ: Като производител вече предлагате разнообразно портфолио от електронни предпазители, също в комбинация с импулсни захранвания. Според кои критерии за подбор и при коя детайлност потребителят трябва да избере оптималното решение за него? Предложете помощ при съвместна спецификация на захранвания и предпазители?
Fischer: Оптималната координация на изходните характеристики на импулсните захранващи устройства с характеристиката на изключване на нашите електронни предпазители REX12 и ESX10-T предлага на потребителя оптимална производителност на управляващото напрежение в диапазона DC 12/24/48 V. Каква гранулираност на номиналните токове е оптимално зависи от конкретното приложение. Това може например да осигури индивидуална защита за управляващите компоненти или групова защита за периферните компоненти. Друг критерий е изборът на концепцията за разпределение на енергия. Тук може да се използва централна, децентрализирана или смесена концепция. E-T-A предлага изчерпателни съвети за оптималното решение по отношение на захранването, защитата от свръхток, разпределението на енергия и комуникацията.
Холцман: Що се отнася до гранулирането, случаят за нас е ясен: ние не вграждаме повече канали, отколкото е необходимо, вместо това ние подравняваме нашата станция Mico-Pro точно с изискванията. Това предлага на нашите клиенти оптималния ефект на необходимост/усилия. И не бива да се споменава: благодарение на модулната конфигурация също не е проблем да добавите допълнителен модул, ако например към машината е прикрепен допълнителен модул. За да подкрепим нашите клиенти, ние разработихме практичен конфигуратор и разбира се нашите контакти, които са в редовен диалог с нашите клиенти, са много ориентирани към решения и твърди по този въпрос.
Кронсбейн: Siemens, като специалист по напълно интегрирана автоматизация, предлага инструмента за избор на TIA за оптимално проектиране на система във фазата на планиране от управлението, през задвижванията, компонентите на HMI до захранването с 24 VDC. Този инструмент включва потребителски изглед от 24 V, с който може лесно да се определи захранването за подаваните товари. След определяне на захранването може да се определи и правилния модул за селективност. За тази цел автоматично се използва изискването за мощност на планираните компоненти на Siemens и това на други потребители чрез ръчно въвеждане. Допълнителни критерии за подбор са напр. броя на клоновете, изискванията на NEC клас 2 и обхвата на диагностичните съобщения. Дори и без инструмента за избор на TIA няма проблеми при оразмеряването на модулите за селективност на Sitop, тъй като текущата прагова стойност може да се зададе индивидуално на място.
Шюрман: Има тенденция електронните предпазители да продължават да напредват. Те спестяват място, особено когато има много вериги за натоварване. Има и различни опции за дистанционно управление, включително връзки на полевата шина. Прекъсвачите могат да имат добра работа в машини с къса дължина на кабела-
и селективността не трябва да се поддържа във всички приложения. Днешните системи за захранване трябва да се разглеждат цялостно. Започва с качеството на захранването на захранващите мрежи и околните условия на мястото на употреба, както и изискванията за динамично или претоварване на свързаните товари и завършва с подходяща защита на товара. Weidmüller предлага множество решения тук. Нашите търговски инженери с удоволствие съветват и разработват оптимални концепции.
Stolzenberg: Опитът ни показва, че повечето потребители искат да мислят възможно най-малко за техническите подробности за основната функция на предпазителя. Просто трябва да работи. Вместо това, другите свойства на продукта излизат на преден план като критерии за вземане на решение. Ако много потребителски вериги трябва да бъдат селективно защитени в дадено приложение, препоръчваме многоканални предпазители. Това може значително да намали необходимото пространство в контролния шкаф. За приложения, които изискват високо ниво на гъвкавост, ние предлагаме широка гама от модулни едноканални предпазители. Когато посочваме правилното захранване, ние използваме нашия дългогодишен опит с превключване на захранванията. По-специално, подробните познания - например за усилване на мощността, т.е. осигуряването на значително по-високи токове на моменти - ни позволяват да консултираме индивидуално за дизайна на холистичната 24 VDC система.
Електро АВТОМАТИЗАЦИЯ: В допълнение към захранването, електронните предпазители и UPS устройствата, концепциите предлагат широки възможности за оценка на ефективността на процесите. Какви бъдещи опции виждате тук и кои комуникационни канали трябва да се поддържат?
Фишер: Способността за диагностика, дистанционна поддръжка и управление на енергията на цялото ниво на контрол и поле играят решаваща роля. Все по-често се използват интелигентни системи за разпределение на енергия с връзка към различни комуникационни платформи. Системите ControlPlex от E-T-A включват параметризиране, показване на състоянието, памет на историята, събиране и анализ на измерена стойност, както и активиране като свързващи релета. REX12D е оборудван с IO-Link и Modbus-RTU-
Системата вече влиза в дигитализацията на долното ниво на полето. Системите от висок клас дори предлагат връзка с Profinet или Ethercat. В бъдеще връзката със системи от по-високо ниво също ще бъде чрез OPC UA и MQTT. Вграденият уеб сървър също така позволява директен достъп.
Holzmann: Потребителите конкретно питат за продукти и решения, които им позволяват да извършват превантивна диагностика. Разбрали сте: Мерките за предсказуема поддръжка често се изплащат с първия избегнат неуспех. Ето защо ние отдаваме голямо значение на факта, че нашите захранващи компоненти се сменят в оптималния момент от времето, „възможно най-късно, но възможно най-рано.“ Системите за подходящ мониторинг ни подкрепят в това, компонентите се използват възможно най-ефективно, но никога като фактор на несигурност за надеждна работа - това е най-икономичният начин за използване на компоненти.
Шюрман: Weidmüller е един от първите, който въвежда комуникативно захранване със серията Protop и по този начин се сблъсква с предизвикателствата на Индустрия 4.0 на ранен етап. Опциите за дистанционно управление, параметризиране и наблюдение на състоянието вече могат да бъдат приложени. На тазгодишния Hannover Messe ще представим комуникативна електронна система за сигурност с множество опции за дистанционно управление и прозрачност на данните. И двете устройства могат да бъдат свързани към системи за управление чрез IO-Link. Комуникативните контроли за UPS също ще се предлагат в бъдеще. Тогава облачните и IOT технологии ще стават все по-конкретни.
Stolzenberg: Електронните предпазители измерват, анализират и непрекъснато оценяват състоянието на машините и системите. Данните, определени по този начин, бързо придобиват значение в ерата на Интернет на нещата. Стъпката за събиране на информацията - съобщения за грешки, поведение на натоварване, време на работа или честоти на неизправности - и обмен с контролер от по-високо ниво чрез комуникационни интерфейси е вече обичайна практика. Увеличението на фона на икономическата жизнеспособност на такива приложения е само въпрос на време.
Tillmann: Електронните прекъсвачи, UPS системите и блоковете за захранване вече могат да комуникират днес. По този начин грешките могат да бъдат идентифицирани на ранен етап и да се извърши превантивна поддръжка. Електронните прекъсвачи също могат да се управляват дистанционно. Например, задействан канал може да бъде включен отново от контролера или прекъсвачът също може да функционира като електронен превключвател. Мониторингът на текущите токове на натоварване помага да се определи консумацията на енергия на системата и също така може да помогне за идентифициране на признаци на износване на движещи се части. В бъдеще виждам, че всеки товар ще бъде осигурен по електронен път индивидуално. Това означава, че имате нужда от няколко предпазители, но запазвате разпределителни терминали. Неизправностите могат да бъдат локализирани или отстранени по-бързо и да допринесат за повишена наличност на системата.
Захранвания в САЩ и Канада: UL 508 заменен с UL 61010