Erhöhte Anlagenverfügbarkeit durch intelligente 24-V(DC)-Absicherung

Mehr Transparenz in der Stromverteilung

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In der Pharmaindustrie sind die Konstruktion der Stromverteilung und die Absicherung der Verbraucher mit besonderen Herausforderungen verbunden. Im Vordergrund steht die Sicherstellung eines stabilen Prozesses. Die 24-V(DC)-Absicherung ist dabei ein elementarer Bestandteil. Das Absicherungskonzept muss auch bei langen Leitungen sowohl bei Kurzschlüssen in den Zuleitungen als auch bei Überlastereignissen eine sichere Stromversorgung der Verbraucher gewährleisten.

Die standardmäßig verwendeten Sicherungsautomaten für die Absicherung der unterschiedlichen Verbraucher in der Prozessindustrie verfügen meist nur über einen einzelnen Signalkontakt. Diesen kann das Steuerungssystem auswerten. Allerdings gibt es nur die elementare Information, ob der Sicherungsautomat ausgelöst hat oder nicht. Kommt es in der Anlage zu Fehlentwicklungen, so sind diese nicht zu erkennen. Erst im Fehlerfall löst der Sicherungsautomat aus und führt dadurch zu Anlagenstillständen und Unterbrechungen. An diesem Punkt setzt das Controlplex-System CPC20 von E-T-A an. Es erfasst den aktuellen Strom jedes elektronischen Sicherungsautomaten ESX60D und überträgt ihn an den Buscontroller CPC20. Von dort gehen die Daten weiter an die übergeordneten Steuerungssysteme. Dies erfolgt über die Schnittstellen Profinet, MQTT und OPC UA. Als Stromverteilungssystem dient das Modul 18plus. Es lässt sich durch seinen modularen Aufbau perfekt an die Anforderungen der Anlage anpassen.

Probleme mit langen Leitungen

In der Prozessindustrie sind die Leitungslängen aufgrund der Ausdehnung der Anlagen oftmals sehr lang. Leitungslängen von 100 m sind hier keine Seltenheit. Dies hat selbstverständlich Einfluss auf das Absicherungskonzept. Bei einem Kurzschluss besteht der Widerstand eines Lastkreises nur noch aus dem Innenwiderstand des Sicherungsautomaten und dem Leitungswiderstand. Das bedeutet, bei einer Entfernung vom Schaltschrank zum Sensor von 100 m und einem verwendeten Leitungsquerschnitt von 1,0 mm2 kann nach dem ohmschen Gesetz ein maximaler Strom von 6,7 A fließen. Für den Leitungsschutz ist die Absicherung mit einem Leitungsschutzschalter C6A durchaus üblich und ausreichend. Dieser Schutzschalter benötigt aber zur magnetischen Auslösung den 7,5- bis 15-fachen Nennstrom, somit 45 bis 90 A. Das bedeutet, der Strom, der für die magnetische und somit schnelle Auslösung notwendig wäre, kann gar nicht fließen. Eine ähnliche Situation tritt bei der Verwendung von Schaltnetzteilen in Kombination mit Leitungsschutzschaltern auf. Auch hierbei benötigt der Leitungsschutzschalter wieder einen Auslösestrom im oben beschriebenen Bereich. Den kann ein Schaltnetzteil mit einem Ausgangsstrom von üblicherweise 20 oder 40 A aber nicht liefern. Im Kurzschlussfall fließt somit der maximale Strom. Es kommt zu einer Überlastung des Netzteils, dieses schaltet zum eigenen Schutz ab. Damit fallen nicht nur die betroffenen Lastkreise aus, sondern alle angeschlossenen Verbraucher, also ganze Anlagenteile.

Aktive Strombegrenzung

Der elektronische Sicherungsautomat ESX60D verhindert dies. Das Gerät ist steckbar und verfügt auf einer Baubreite von nur 12,5 mm über zwei Kanäle. Die aktive Strombegrenzung begrenzt den Kurzschlussstrom auf das 1,4- bzw. 1,8-fache des Nennstroms des Sicherungsautomaten. So kann es nicht zu einer Überlastung des Schaltnetzteils im Kurzschlussfall kommen. Nur der betroffene Lastkreis wird abgeschaltet. Dadurch ist der Sicherungsautomat ideal für die Absicherung von Verbrauchern hinter Schaltnetzteilen. Aufgrund der Kommunikationsfähigkeit des Sicherungsautomaten ESX60D überträgt er den Status jedes einzelnen Kanals und die Messwerte wie Laststrom, Lastspannung, Temperatur der Sicherungsautomaten und noch viele weitere Informationen an den angeschlossenen Buscontroller. Dies erhöht die Transparenz der Stromverteilung und dadurch die Anlagenverfügbarkeit.

Der ESX60D ist komplett parametrierbar. Aufgrund der Einstellbarkeit des Nennstroms im Bereich von 1 bis 10 A reduziert sich die Lagerhaltung. Nimmt ein Anlagenbediener ein Gerät beispielsweise aus dem Lager und steckt es in das Controlplex-System CPC20, so erkennt das System den Sicherungsautomat und parametriert den Steckplatz automatisch. Ebenso ist es möglich, eine Vielzahl gerätespezifischer Parameter anzupassen. Das ist besonders interessant, wenn es sich bei dem Verbraucher um ein Gerät mit besonderem Einschaltverhalten, z. B. um eine kapazitive Last handelt.

Stromverteilung wird transparent

Die permanente Messwerterfassung und -übertragung ermöglicht die Aufnahme der maßgeblichen Werte der Stromverteilung. Kommt es zu einer Veränderung des Laststroms, so lässt sich dies erkennen. Ein freiparametrierbarer Grenzwert unterstützt darüber hinaus das Wartungspersonal und informiert es bei kritischen Entwicklungen. Dadurch können die Verantwortlichen rechtzeitig Gegenmaßnahmen durchführen, um die Auslösung des Sicherungsautomaten zu verhindern und dadurch Stillstandszeiten zu reduzieren.

Kommt es trotzdem zu einer Abschaltung, liefert der ESX60D zusätzliche Informationen zum Grund der Auslösung. Das Gerät kann zwischen einem Kurzschluss oder einem Überlastereignis unterscheiden. Diese Information hat einen wesentlichen Einfluss auf die Fehlersuche. Bei einem Kurzschluss liegt die Ursache meist bei einem Defekt der Leitung. In diesem Fall beginnt die Fehlersuche am Schaltschrank. Liegt ein Überstromereignis vor, so beginnt die Fehlersuche beim Verbraucher. Das unterstützt das Wartungspersonal bei der Fehlersuche und reduziert die Stillstandszeiten.

Höhere Anlagenverfügbarkeit

Die kontinuierliche Messwerterfassung des intelligenten Controlplex-Systems führt zu mehr Transparenz und dadurch zu einer höheren Anlagenverfügbarkeit, da sich Fehlentwicklungen bei den Lasten schnell erkennen und im Vorfeld einer Auslösung abstellen lassen. Das Stromverteilungssystem auf Basis des Moduls 18plus ermöglicht die Verteilung von bis zu 80 A. Das Verteilungssystem ermöglicht schnelle Erweiterungen und eine übersichtliche Stromverteilung.

Der Buscontroller CPC20 ist das Gehirn des gesamten Systems. Er sammelt alle Informationen der unterschiedlichen Sicherungsautomaten und stellt diese an die übergeordneten Systeme zur Verfügung.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: phpro0219eta


Autor: Thomas Kramer

Geschäftsfeldmanager,

E-T-A

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