25.04.2019

Stromverteilungssysteme mit Anbindung an die Steuerungsebene

Vorausschauende Wartung

Elektronische Sicherungsautomaten für 24VDC-Steuerstromkreise sind ein etablierter Bestandteil moderner Steuerungssysteme. Dies gilt für den Maschinen- und Anlagenbau ebenso wie für die Prozessindustrie. Hauptaufgabe dieser Überstromschutzgeräte ist die selektive Absicherung der Automatisierungskomponenten. Diagnosefähigkeit und Fernwartbarkeit der Stromkreise spielen dabei eine entscheidende Rolle.


Das holistische System besteht aus Controller, Stromverteilung und Überstromschutz. Der elektronische Sicherungsautomat ist zweikanalig und gibt per LED den Status aus.
Bild: E-T-A Elektrotechnische Apparate GmbH

Abweichungen vom Normalzustand bereits im Vorfeld einer Störung erkennen und beheben zu können, führt zu einer erhöhten Anlagenverfügbarkeit, zu einem stabilen Fertigungsprozess und letztendlich zu einer nachhaltigen Senkung der Produktionskosten. Maschinenwartung und Anlagenservice befinden sich auf dem besten Weg in die Digitalisierung. Bedienfehler und falsche System- oder Parameter-Einstellungen gehören aufgrund der viel besseren Datenanalyse praktisch der Vergangenheit an. Für Service-Techniker gilt auch in diesem Zusammenhang: Frühzeitiges und zielgerichtetes Vorbeugen ist besser als nachträgliches und aufwändiges Heilen. Gerade im Hinblick auf Condition Monitoring und Predictive Maintenance bietet das intelligente ControlPlex-System neue Ansätze für Industrie-4.0-Themen. Das System besteht aus dem Controller CPC20PN, dem flexiblen Stromverteilungssystem Modul 18PLUS mit 80A-Einspeisung und kompletter Lastverdrahtung (L+, 0V, FE) mit Push-in-Klemmen sowie den zweikanaligen elektronischen Sicherungsautomaten ESX60D-S .Drei wesentliche Funktionen sollen den Erfolg von Predictive Maintenance unterstützen:

1. Die digitale Erfassung von Daten mittels Sensoren durch die integrierten Strom-, Spannungs- und Temperatursensoren der elektronischen Sicherungsautomaten.

2. Die Analyse und Auswertung der gesammelten Daten im Controller inklusive Weiterleitung an die Steuerung.

3. Die Vorhersage wahrscheinlich eintretender Ereignisse z.B. über einstellbare Grenzwerte für Laststrom und Lastspannung je Stromkreis.

Überstromschutz hält Spannung stabil

Das Herzstück des Systems bilden die elektronischen Sicherungsautomaten. Die Nennstromeinstellung von 1 bis 10A erfolgt über die Steuerung. Eine mehrfarbige LED gibt den jeweiligen Betriebszustand des Lastkreises an. Der integrierte Taster ermöglicht das Rücksetzen oder die Abschaltung des Stromkreises zur gezielten Fehlersuche. Für alle Steuerungskomponenten inklusive Aktorik und Sensorik der 24VDC-Ebene bietet der ESX60D-S eine einzige Abschaltkennlinie. Diese eignet sich für alle Lastarten ebenso wie für die Absicherung einer kapazitiven Last bis 40.000µF oder kleiner DC-Motoren. Diese Charakteristik soll durch die integrierte Strombegrenzung gewährleisten, dass im Kurzschlussfall die 24VDC-Steuerspannung stabil bleibt und alle anderen Verbraucher unbeeinflusst weiterlaufen. Die Einstellung von Warngrenzwerten für den Laststrom im Bereich 50 bis 100% gibt bei der Inbetriebnahme und während des Betriebes einen schnellen Überblick über den Auslastungsgrad der einzelnen Schutzschalter. Zusätzlich erfolgt eine Übertragung von Eingangsspannung, Laststrom, Lastspannung, Grenzwerte, Gerätetemperatur jedes einzelnen Lastkreises direkt an den Controller. Die Meldung des Zustandes der Systemspannung und die Statusmeldung je Kanal (Überlast/Kurzschluss) runden die umfassenden Zustandsmeldungen des Systems ab. Die permanente Schutzschalter-Funktion ist immer gewährleistet, denn die Geräte arbeiten stets autark als Überstromschutz - auch ohne Betrieb über die Kommunikations-Schnittstellen.

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Anbindung über Profinet und mehr

Der CPC20PN beinhaltet neben einer Feldbusanbindung über Profinet zusätzlich eine separate Ethernet-Schnittstelle mit Einbindung von OPC-UA für die Machine-to-Machine Kommunikation. Hinzu kommt MQTT als offenes Nachrichtenprotokoll. Der integrierte Webserver und die mitgelieferte ControlPlex-Software bieten eine schnelle Erfassung und Analyse aller Messdaten und Statusinformationen. Die selbst erklärenden Benutzeroberfläche soll eine klare Übersichtlichkeit bei Inbetriebnahme, Wartung oder Erweiterung gewährleisten. Dies sorgt für mehr Transparenz in der Steuerspannung und bietet eine schnelle Erkennung von Abweichungen in Stromaufnahme und Betriebsverhalten der unterschiedlichen Automatisierungskomponenten. Der zusätzlich integrierte Historienspeicher bietet nach einer Überstromabschaltung eine zusätzliche Unterstützung für die schnelle Fehlerlokalisierung und den zielgerichteten Neuanlauf der Anlage. Die Steuerung erhält digitalisierte Oszilloskop-Bilder von Ausgangsspannung und Laststrom auf dem Panel angezeigt. Diese visualisieren die letzten 4 Sekunden bis zur Abschaltung.

Frühzeitig Fehler erkennen

Der Fernzugriff auf bis zu 64 elektronische Sicherungsautomaten reduziert die Stillstandzeiten im Fehlerfall. Durch die Analyse des Auslöseverhaltens detektiert die ControlPlex-Software frühzeitig Fehlerursachen wie Kurzschluss oder Überlast für eine schnelle Instandhaltung. Im Kurzschlussfall beginnt die Fehlersuche immer hinter dem Sicherungsautomaten direkt im Lastabgangskreis. Sehr wahrscheinlich liegt hier im oder in der Nähe des Schaltschranks eine Beschädigung der Lastleitung oder der Defekt einer Komponente vor. Hat der elektronische Sicherungsautomat wegen einer Überlast abgeschaltet, dann beginnt die Suche nach der Fehlerursache direkt im Feld bei der angeschlossenen Last. Mit diesem Lösungsansatz für das schnelle Auffinden von Fehlern durch Überstrom halbiert sich die Stillstandzeit der Anlage.

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MTS Sensor Technologie  GmbH & CO. KG
LTN Servotechnik GmbH - November 2019