Erhöhte Versorgungs-Nennspannung: fehlerfrei zwischen Feld- und Prozessleitebene Störung ausgeschlossen - KEM

Erhöhte Versorgungs-Nennspannung: fehlerfrei zwischen Feld- und Prozessleitebene

Störung ausgeschlossen

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In Stahl- und Walzwerken sind die Entfernungen zwischen Energieversorgung, Steuerung und Schaltgeräten für Aktoren im Feld groß. Die in solchen Anlagen auftretenden Störeinflüsse müssen elektronisch gefiltert werden, denn die vorhandenen Leitungslängen wirken wie Empfangsantennen. Der nachfolgende Beitrag beschreibt eine effektive Lösung.

Um es mal gleich auf den Punkt zu bringen: Damit Betriebs- und Überwachungsfunktionen störungsfrei garantiert werden können, wird die Nennspannung von 24 auf 48 VDC erhöht. Somit übernehmen Steuer- und Auswerteeinheiten ihre Überwachungsfunktion sicher und leiten Rückmeldungen aus der Feldebene an die Steuerungs- und Prozessleitebene störungsfrei weiter.

Wichtige Prozessinformationen in der Stahlindustrie sind:
  • die Auswertung oder Überwachung der Anlagenverfügbarkeit vor und während des Betriebs von Magnetventilen
  • die Überwachung der Verbindungsleitungen bis zu 400 m Entfernung inklusive der verwendeten Magnetventilstecker
  • die Kurzschluss- und Überlastüberwachung.
Weiter ist es erforderlich, die Lastleitungen für beispielsweise Ventile auf Erdschlüsse zu überwachen. Darüber hinaus muss die Steuer- und Auswerteeinheit die eigene Versorgungsspannung auf Unter- beziehungweise Überspannung überwachen. Bei allen Überwachungsfunktionen müssen hohe Anforderungen bezüglich der Störanfälligkeit durch Umgebungseinflüsse wie beispielsweise Wechselrichter, geregelte Antriebs- und Rückkopplungen durch Schaltvorgänge beachtet werden.
Filtern muss sein
Entfernungen von 300 bis 400 m im Lastkreis sind nicht selten. Bei diesen hohen Leitungslängen, wirken die Leitungen, die in Kabelkanälen oder -rinnen verlegt sind, wie Empfangsantennen. Diese „Antennen“ koppeln folglich undefinierte Störimpulse auf die elektronischen Steuer- und Auswertmodule. Beim Betreiben und Überwachen von induktiven Aktoren sind kapazitive Störimpulse besonders störend, da sie einer Induktivität direkt entgegenwirken. Diese auftretenden Störeinflüsse müssen elektronisch gefiltert werden, um keine fehlerhaften Auswertungen beziehungsweise Rückmeldungen abzuleiten.
Bei den rauen Bedingungen in beispielsweise einer Stranggussanlage kommt das zweipolige, elektronische Schutzschaltrelais Typ E-1071–623 zum Einsatz. Es schaltet, steuert und überwacht Pneumatik- und Hydraulikventile sowie Magnetbremsen und Hubmagnete mit Nennspannung von 24 VDC bis maximal 3,1 A (rund 75 W) inklusive deren Zuleitung. Außerdem ermöglicht es die geforderten Überwachungsfunktionen wie zweipolige Kurzschluss-/Überlastabschaltung, Unter- und Überspannungsdetektierung, Drahtbrucherkennung bei unterschiedlichen Leitungslängen beziehungsweise Leitungsquerschnitten. Darüber hinaus ignoriert es zugleich die beschriebenen Störeinflüsse.
Doch wie wurde dies genau realisiert?
Verbraucher-Nennspannung DC 48 V
Die Lösung: zur Gewährleistung des Betriebs und der Überwachungsfunktionen wird die Einheit nicht mit der Verbraucher-Nennspannung von 24 VDC, sondern mit einer erhöhten Spannung von DC 48 V (28 bis 60 VDC) betrieben. Den Aktoren wird durch eine elektronische Regelung genügend Leistung für das Einschalten und den Betrieb zur Verfügung gestellt. Das Gerät besitzt einen Strom treibenden Ausgang, der über ein bestimmtes Puls-Pausenverhältnis ausreichend Strom am Verbraucher zur Verfügung stellt.
Die 24 VDC am Verbraucher werden also durch den getriebenen Strom sichergestellt. Dies wäre mit einer reinen 24 VDC-Versorgung nur bei kürzeren Leitungslängen beziehungsweise größeren Leitungsquerschnitten möglich. Die Spannungsverluste durch die Leitungsdämpfung wären zu groß, um ein sicheres Einschalten und einen sicheren Betrieb des Aktors zu ermöglichen.
Um die induktiven Lasten wie beispielsweise Ventilspulen nicht dauerhaft an der Leistungsgrenze zu betreiben und somit die Lebensdauer des Aktors zu erhöhen, wird im Normalbetrieb der Haltestrom auf rund 60 % des Nennstroms geregelt. Hierdurch wird natürlich auch eine Reduzierung der Betriebstemperatur erreicht.
Rückmeldungen aus der Feldebene an die Steuerungs- und Prozessleitebene werden weitergegeben, ohne durch Störungen beeinflusst zu werden. Die beiden Statusausgänge des Relais melden Betrieb und Funktion. Sie werden mit den I/O-Baugruppen der SPS verdrahtet. Sind alle Rückmeldungen aus dem Feld sowie die Elektronik-Relais in Ordnung, arbeitet das Gerät störungsfrei.
Online-Info

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E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH aus Altdorf bietet für Anwendungen im Stahlbau selektiven Überstromschutz, professionelle Stromverteilungen sowie elektronische Schutzschaltrelais für 24 VDC-Magnetventile, um die Produktion normenkonform gemäß der Maschinenrichtlinie abzusichern. Das Lieferprogramm umfasst dabei vielfältige Komponenten und Komplettlösungen wie thermisch-magnetische Schutzschalter, elektronischen Überstromschutz, magnetische oder hydraulisch-magnetische Schutzschalter, Stromverteilungssysteme und Elektronik-Schutzschaltrelais.
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