DC-24-V-Strom intelligent verteilen

Bild 1a: Für die Hutschienenmontage: Das busfähige Control-Plex-Board ist mit SVS16 und Profibus-DP ausgestattet. ETA

Der Trend ist aber die clevere Anbindung an industrielle Kommunikationssysteme durch intelligentere Systeme.

Das DC-24-V-Stromverteilungssystem vom Typ Control-Plex-Board mit SVS16 (Bild 1) verfügt über eine Profibus-DP-Schnittstelle, die alle Übertragungsraten bis maximal 12 MBaud unterstützt. Damit reduziert das Control-Plex-Board die Verdrahtung und erhöht die Diagnosefähigkeit des entsprechenden Gesamtsystems. Dabei ist es egal ob es sich um Anwendungen im Maschinen- und Anlagenbau, im Chemie-, Pharma- und Food-Bereich, in der Kraftwerkstechnik, der Stahlerzeugung oder auch in der Automobilfertigung handelt.

Bild 1b: Mit dem Control-Plex-Board erfolgt die Spannungsversorgung für alle Steckplätze F1 bis F16 und der Lasten aus der DC-24-V-Versorgung. ETA

Selektiven Überstromschutz und die Stromverteilung von Lastkreisen und digitalen Ausgängen bis 10 A, liefert das Control-Plex-Board mit SVS16. Das Schalten beziehungsweise Rücksetzen einzelner Stromkreise der DC-24-V-Ebene über Profibus-DP machen ihn zu einem intelligenten Subsystem auf der Steuerungsebene. Dabei beinhaltet das Basismodul acht Steckplätze für elektronische Sicherungsautomaten bis 10 A vom Typ ESX10-125 (mit Reseteingang) beziehungsweise ESX10-115 (mit Steuereingang). Diese sorgen für den Überstromschutz von Sensoren/Aktoren, dezentralen Peripherie-Baugruppen, Busmodulen und deren Zuleitungen. Alternativ ermöglichen die Steckplätze den Einsatz der verschiedenen elektronischen Koppelrelais vom Typ E-1048-7xx. So lassen sich Hydraulik- oder Pneumatikmagnetventile, Signallampen und andere im Bereich von 0,5 bis 5 A ansteuern, überwachen und auf Kurzschluss/Überlast oder Leitungsbruch untersuchen. Für größere Anlagen ist zusätzlich eine 16-kanalige Version verfügbar.

Das integrierte PBM-Modul überträgt über den neunpoligen Sub-D-Stecker via Profibus-DB alle Fehlerzustände der acht oder 16 Stromkreise zur SPS. Mit Hilfe des gleichen Profibus-Kabels erhalten die elektronischen Überstromschutzgeräte ESX-10 oder die elektronischen Schutzschaltrelais E-1048-7xx nach einer Überstromabschaltung einen Fern-Reset oder den Steuerbefehl Ein/Aus. Bei der Einzelsignal-Verdrahtung wird also, statt mindestens 18 Leitungen für Signalisierung und Ansteuerung,  nur das Profibus-Kabel angedockt. Damit können zusätzliche E/A-Baugruppen problemlos entfallen.

Um auch bei anderen Automatisierungs-Plattformen einen Durchgriff auf die DC-24-V-Steuerungsebene zu ermöglichen, kommt aktuell für diese Plattform eine weitere Kommunikations-Schnittstelle hinzu. EtherNet/IP ist ein offener Standard für industrielle Netzwerke und überträgt zyklische E/A-Daten für Geräteansteuerung und Diagnose.

Jede Menge Kommunikation

Bild 2: Das Blockschaltbild des Control-Plex-Boards mit SVS100 und elektronischen Sicherungsautomaten ESX-50D. ETA

In der Konstellation Control-Plex-Board mit SVS100 besteht dieses System aus den Komponenten Stromverteilungssystem SVS100-PWR, der Kommunikations-Plattform SVS100-COM und den elektronischen Sicherungsautomaten ESX-50D-S (Bild 2). Der maximale Nennstrom beträgt dabei 40 A. Die Einspeisung von +DC 24 V, 0 V und PE erfolgt jeweils über Zugfederklemmen mit maximal zehn Quadratmillimetern. Das System ist einsetzbar in dezentralen IP-67-Systemen und als IP-20-Modell. Die Spannungsversorgung für alle Steckplätze F1 bis F16 und der Lasten erfolgt direkt aus der DC-24-V-Versorgung.

Überstromschutz mit vielen Parametern

Im Zentrum von Control-Plex-Board mit SVS100 stehen die elektronischen Sicherungsautomaten vom Typ ESX-50D-S (Bild 3). Dabei sind die steckbaren Geräte in zwei verschiedenen Parametrier-Varianten verfügbar:

Bild 3: Die elektronischen Sicherungsautomaten des Typs ESX-50D-S. ETA

• ESX-50D-S100 mit Nennstromeinstellung 1 bis 10 A per Software über die interne Kommunikations-Schnittstelle (Bild 3, links),
• ESX-50D-S110 mit der Möglichkeit einer offline Nennstromeinstellung direkt am Gerät über Wahlschalter 1 bis 10 A (Bild 3, rechts). Hier informiert eine mehrfarbige LED wie eine Ampel über den jeweiligen Betriebszustand des Lastkreises, damit auch vor Ort im Schaltschrank eine eindeutige Diagnose vorliegt. Über den eingebauten Steuerschalter lässt sich der Stromkreis rücksetzen oder gezielt zur Fehlersuche abschalten.

Für sämtliche gängigen Steuerungs-Komponenten der DC-24-V-Ebene besitzt der ESX-50D eine einzige Abschaltkennlinie für alle Lastarten, wie kapazitive Last bis 40.000 µF und kleine DC-Motoren. Diese Charakteristik sorgt durch die integrierte Strombegrenzung dafür, dass die DC-24-V-Steuerspannung im Kurzschlussfall stabil bleibt und alle anderen Verbraucher unbeeinflusst weiterlaufen.

Die Übertragung der Eingangsspannung, des Laststroms, der Lastspannung, der Grenzwerte und der Gerätetemperatur jedes einzelnen Lastkreises geht direkt an die integrierte Applikation-CPU. Die Weiterverarbeitung dieser Messwerte durch die übergeordnete Steuerungstechnik erfolgt dann zukünftig über diverse Kommunikationsschnittstellen wie Profinet, Profibus, Ethernet/IP, Interbus, Modbus, die man in das System integriert. Die Zustandsmeldungen des Systems umfassen die Meldung des Zustandes der Systemspannung (DC-24-V o.k) und die Statusmeldung je Kanal (Überlast/Kurzschluss).

Die Hardware-Adressierungen der Steckplätze ist ab Werk fest implementiert und erlaubt so echtes Plug-and-play und Hot-Plug. Dies ermöglicht die einfache und schnelle Implementierung des Gesamtsystems beim Schaltschrankbau, auf der Baustelle und in der laufenden Produktion. Die permanente Schutzschalter-Funktion der ESX-50D ist konstant gesichert, denn die Steckplätze F1 bis F16 arbeiten immer autark als Überstromschutz – auch ohne Betrieb über die Kommunikations-Schnittstellen.

Wichtig für das Energiemanagement von Maschinen und Anlagen (wie Profi-Energy) ist die Fernsteuerbarkeit On/Off beziehungsweise Reset des einzelnen D-24-V-Lastkreises sowie die Einstellung von Einschaltverzögerung und Abschaltsequenzen per Software, das bedeutet ohne zusätzliche Hardware-Verdrahtung ein wichtiges Kriterium. Dies unterstützt eine Steuerung des Energieverbrauches von Montagelinien und Schweißroboterzellen in der Automobilproduktion.

Software mit Benutzeroberfläche

Bild 4: Das Abschalten bei Überlast oder Kurzschluss. ETA

Die mitgelieferte Control-Plex-Software und die Benutzeroberfläche sorgen für Übersichtlichkeit bei Inbetriebnahme, Wartung oder Erweiterung. Wenn eine Überstromabschaltung erfolgt ist, erhält der Nutzer eine Übersicht (Bild 4). Das eingebundene Amperemeter liefert dabei einen ersten Überblick über die Gesamtauslastung des DC-24-V-Netzteils.

Das System ist über USB oder direkt über die externe Busschnittstelle der Steuerung parametrierbar. Alle Einstellung wie Nennstrom 1 bis 10A in 1-A-Schritten, Grenzwertschwellen für den Laststrom, Einschaltsequenzen speichert das System intern in der Applikation-CPU oder auf der externen Kommunikationsplattform. Diese Eigenschaften liefern dem Kunden eine integrierte Dokumentation von der Planung bis zum Abnahme-Protokoll der Maschine oder Anlage. Alle zukünftigen Änderungen und ein Gerätetausch sind nachvollziehbar im elektronischen Logbuch oder auch auf einem Web-Server dokumentiert.

Bild 5: Screenshot des Software-Menüpunktes Aktionen. ETA

Im Menü-Punkt Aktionen (Bild 5) erfolgt für jeden Steckplatz die Parametrierung von Nennstrom, Einschaltverhalten und Einschaltverzögerung sowie die Grenzwerteinstellung für Laststrom. Eine einzige elektronische Standardkennlinie, die alle Lastarten abdeckt, erleichtert die Projektierung der DC-24-V-Ebene spürbar. Diese einzigartige Charakteristik sichert, dass auch bei Kurzschluss oder Überlast die Ausgangsspannung des Netzteils konstant bleibt und sich nur der fehlerhafte Stromkreis selektiv abschaltet. Der Lastausgang des ESX-50D lässt sich gezielt ein- beziehungsweise ausschalten oder nach erfolgter Überstromabschaltung zurücksetzen. Ein Fehlerspeicher zeigt den Grund und auch die Anzahl der Überstromauslösung (Kurzschluss oder Überlast) an.

In dem Menüpunkt Messwerte sind Strom und Spannung des jeweiligen Lastkreises, die Systemspannung und auch die interne Gerätetemperatur angezeigt. Die Datenübertragung erfolgt an die Applikation-CPU. Diese Werte können über die integrierte USB-Schnittstelle und über externe Kommunikations-Schnittstellen (wie Profinet, Profibus) Weiterverabeitung finden, um beispielweise im Probelauf einer Maschine eine repräsentative Leistungsbilanz des DC-24-V-Stromkreises zu erhalten.

Darüber hinaus besitzt das Control-Plex-Board zukünftig auch eine Anleitung für die Fehlersuche im Klartext Histomemo genannt. Diese verfolgt das Ziel, die Ausfallzeiten der Systeme drastisch zu senken.

(rao)