Die Funktionsweise der intelligenten elektronischen Sicherungen von PISA ist wie folgt: Wir verwenden ein 24-V-Gleichstromnetzteil. Kritische Verbraucher, wie beispielsweise eine SPS, sind direkt an den Ausgang dieses Netzteils angeschlossen, um eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu gewährleisten.
Andererseits verbinden wir die elektronische Sicherung PISA mit dem Ausgang des Netzteils und dem Ausgang des PISA-Moduls für nicht kritische Lasten (Abbildung 1). Die intelligente und sichere elektronische Sicherung PISA funktioniert auf zwei Arten.
Wenn eine der an einen PISA-Kanal angeschlossenen Lasten die Nennstromstärke dieses Kanals überschreitet, wird der Stromfluss kurzzeitig begrenzt. Dadurch wird ein Trennen des Kanals vermieden, beispielsweise aufgrund eines Anlaufstroms oder eines anderen vorübergehenden Problems. Bei einem Kurzschluss oder einer Störung in einem an die Sicherung angeschlossenen Zweig wird der Strom für einige Millisekunden begrenzt. Besteht das Problem weiterhin, werden alle an die elektronische Sicherung angeschlossenen Lasten getrennt. Dies verhindert, dass eine Störung in einer nicht kritischen Last, wie z. B. einem Motor, Relais oder Display, zum Ausfall des Kernsystems und der Steuerung unserer Anwendung (Steuerungs-PC oder SPS) führt.
Zudem ermöglicht es uns, den erforderlichen Kabelquerschnitt für jeden Zweig zu reduzieren. Wenn beispielsweise ein 10-A-Netzteil einen Kurzschluss mit 15 A verursachen kann, sollte der Kabelquerschnitt selbst bei einer Last von 1 A in einem Zweigstromkreis für 15 A ausgelegt sein. Im Falle eines Kurzschlusses in diesem Stromkreis muss der Kabelquerschnitt der vollen Stromstärke standhalten können, die das Netzteil liefern kann, sonst besteht Brandgefahr.
Dies wird jedoch bereits von anderen elektronischen Sicherungen auf dem Markt implementiert. Das innovativste Merkmal ist die Spannungsregelung für kritische Verbraucher.
Am Eingang dieser Module befindet sich eine Sicherheitsschaltung, die als Ventil fungiert und nur den maximal zulässigen Strom durchlässt, sofern die Eingangsspannung (entsprechend der Versorgungsspannung) nicht unter 21 V DC fällt. Dadurch wird sichergestellt, dass direkt an die Stromversorgung angeschlossene kritische Verbraucher stets mit der erforderlichen Versorgungsspannung versorgt werden.
Impulsnetzteile reduzieren bei Kurzschluss oder Überlastung die Versorgungsspannung, während der Ausgangsstrom konstant bleibt (dadurch können sie Anlaufspannungen bewältigen, Akkus laden usw.). Wenn die Last eines Netzteils erhöht und seine Kapazität überschritten wird, sinkt die Spannung. Dieses intelligente Sicherungssystem begrenzt den Stromfluss zu den angeschlossenen Verbrauchern, um ein Abschalten kritischer Verbraucher durch zu niedrige Versorgungsspannung zu verhindern. Elektronische Sicherungen gewährleisten die korrekte Stromversorgung kritischer Verbraucher, während herkömmliche Systeme lediglich den Stromfluss überwachen.
In einem Netzteil, beispielsweise einem 24-V-10-A-Netzteil, werden häufig mehrere Verbraucher angeschlossen. Dabei müssen die Sicherungen der einzelnen Zweige oft angepasst werden, um Anlaufstromspitzen oder kurzzeitige Lastspitzen abzufangen. Stellen Sie sich beispielsweise vor, wir schließen eine SPS mit 1 A und zwei Motoren mit je 4 A an dieses Netzteil an. Für die Motoren wäre wahrscheinlich eine herkömmliche Sicherung mit mindestens 5 A erforderlich, um bestimmte Schaltvorgänge und Anläufe zu ermöglichen. Es ist möglich, dass beide Motoren 5 A und die SPS 1 A ziehen, insgesamt also 11 A.
Dies überschreitet die Kapazität des Netzteils, was zu einer Abschaltung und Trennung aller Geräte, einschließlich der SPS, führen kann. Denn die Stromstärke der einzelnen Sicherungen in den Zweigen ist zwar noch nicht überschritten, die Kapazität des Netzteils jedoch schon. Mit intelligenten PISA-Sicherungen kann dies nicht passieren. Selbst wenn der maximale Strom nicht überschritten wird, begrenzt das System den Strom, sobald es erkennt, dass die Versorgungsspannung kritischer Verbraucher gefährdet ist. Es lässt nur so viel Strom durch, wie unbedingt nötig ist, ohne diese Verbraucher zu gefährden. In unserem Fall würden die Motoren, obwohl sie 5 A benötigen, nur mit 4,5 A versorgt, zuzüglich weiterer 4 A für unsere SPS. Dieses innovative und revolutionäre System vereinfacht die Arbeit erheblich. Die Überprüfung der theoretischen Stromberechnungen für jeden Zweig entfällt, ebenso die präzise Anpassung der Kanalwerte an die jeweilige Last. Die intelligente elektronische Sicherung PISA verhindert Probleme mit unseren kritischen Verbrauchern.
Weniger kritische Lasten, die von Kurzschlussunterbrechungen nicht betroffen sind oder gar die Ursache eines Ausfalls der 24V-Stromversorgung sein könnten, können an einen der vier Ausgangskanäle des PISA-Moduls angeschlossen und somit überwacht und begrenzt werden.
Zwei Schutzfunktionen in einem Modul
– Erster Schutz: Verhindert Spannungsabfälle durch Überwachung der Eingangsspannung. Exklusiv bei Puls.
Zweiter Schutz: Verhindert Überhitzung der Kabel durch Kurzschlüsse und überwacht die Ausgangsströme.
Die Puls-Schutzmodule PISA verfügen über einen 24-V-Eingang und vier Ausgangskanäle zur Stromverteilung. Der Strom in jedem Kanal wird elektronisch gemessen, und alle Ausgänge werden bei Überlastung oder Fehler abgeschaltet. Das Modul zeigt stets den ausgefallenen Kanal an und identifiziert so schnell das Problem (Abbildung 1).
Benötigen Sie mehr als vier Ausgangskanäle, können Sie mehrere PISA-Module mit demselben Netzteil verwenden.
Sobald die Synchronisationsleitungen an jedes Modul angeschlossen sind, verhält sich der gesamte Satz von PISA-Modulen wie ein einzelnes Modul. Tritt der Fehler aufgrund von Überstrom in einem bestimmten Kanal auf, wird nur dieses Modul isoliert. Ist die Abschaltung jedoch auf einen Gesamtüberstrom zurückzuführen, der das Netzteil gefährdet, schalten sich alle synchronisierten Module ab. Dies zeigt an, dass der Fehler nicht durch Überschreiten des maximal zulässigen Stroms eines bestimmten Kanals, sondern durch die Gesamtlast verursacht wurde.
PISA-Module sind auf der DIN-Schiene nur 45 mm breit. Sie sind unempfindlich gegenüber kleinen Überlastspitzen, und dank einer aktiven Schutzschaltung lösen Stromspitzen, beispielsweise durch kapazitive Lasten, keine Schutzschaltung aus. Die Module können elektronisch begrenzt werden, um Probleme zu vermeiden, und gleichzeitig große kapazitive Lasten oder Geräte mit hohen Anlaufströmen problemlos starten.
Diese Module sind sehr benutzerfreundlich. Ihre Integration in Maschinen und andere Systeme ist denkbar einfach und birgt praktisch kein Risiko von Fehldimensionierung oder falscher Planung. Auch Modifikationen, Anpassungen oder Erweiterungen der Systeme, in die sie integriert sind, stellen keine größeren Hürden dar. In vielen Fällen können sogar kleinere Netzteile verwendet werden, da sie nicht den zusätzlichen Strom benötigen, der üblicherweise von anderen elektronischen Sicherungen auf dem Markt gefordert wird.
Ein Relaiskontakt signalisiert, ob ein Ausgang abgeschaltet wurde. Das Modul kann entweder direkt am Gerät oder per Fernzugriff durch Anlegen einer Spannung an das Eingangssignal zurückgesetzt werden.
Darüber hinaus sind die Kosten eines PISA-Moduls etwa halb so hoch wie die Kosten von 4-Kanal-Elektroniksicherungen auf dem Markt und nur geringfügig höher als die Gesamtkosten von 4 herkömmlichen Leitungsschutzschaltern mit Hilfskontakt.
Zulässiger Spannungsbereich:
Gemäß IEC/EN 61131-2 sind Spannungsschwankungen oder -abfälle unter 20,4 V bei 24-V-Versorgungsspannungen nicht zulässig.
Der Bereich von 19,2 bis 20,4 V ist nur als Wechselstrom-Welligkeitsüberlagerungsspannung zulässig (Abbildung 2).
Spannungsunterbrechungen:
SPSen und andere Steuergeräte dürfen bei Spannungsunterbrechungen von bis zu 10 ms gemäß IEC/EN 61131-2 keine Fehlfunktionen aufweisen. (Abbildung 3)
Wie wir sehen, ist das Sicherheitskonzept für 24-V-Gleichstromsysteme komplexer als zunächst angenommen. Ein herkömmlicher Ansatz mit einkanaligen Sicherungen funktioniert zwar, ist aber teurer. Es empfiehlt sich, die einzelnen Zweige selektiv zu schalten. In vielen Fällen können wir mit dem neuen PISA PULS-Modul Kosten sparen, ohne Risiken einzugehen.
Elektronische Sicherungen können mit oder ohne aktive Strombegrenzung ausgestattet sein (Abbildung 3). Das Basismodell umfasst lediglich die Stromüberwachung mit anschließender Abschaltung am Ausgang. Dieses Konzept ermöglicht zwar eine kostengünstigere Konstruktion, führt aber zu einer höheren Belastung des Netzteils und einem unkontrollierten Stromfluss im fehlerhaften Zweig. Um einen übermäßigen Spannungsabfall zu vermeiden, ist eine sehr schnelle Abschaltung erforderlich.
Wie wir sehen, ist das Sicherheitskonzept für 24-VDC-Systeme nicht so einfach wie zunächst angenommen. Ein herkömmlicher Ansatz mit einkanaligen Sicherungen funktioniert zwar, ist aber teurer. Es empfiehlt sich, die selektive Abschaltung der einzelnen Zweige zu wählen. In vielen Fällen können wir mit dem neuen PISA PULS-Modul (Abbildung 4) Kosten sparen, ohne Risiken einzugehen.
OLFER ist offizieller Distributor von PULS.
Autor:
Michael Raspoting, Puls
