Automatisierung Undefinierte Betriebszustände geplant ausschließen

Autor / Redakteur: Tobias Prem * / Gerd Kucera

Durch selektives Absichern von 24-VDC-Lastkreisen wird bei Überstrom nur der Fehlerpfad vom Schaltnetzteil getrennt, bevor diese ihre Ausgangsspannung senkt und es zum Anlagenstillstand kommt.

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Bild 1: Eine Strom- oder Spannungsverlaufskurve wird nur selten vom Hersteller bereitgestellt. Ohne sie ist die Anpassung eines Sicherungselements an die Last oder die Verbraucher-Gruppe nur schwierig oder gar nicht möglich.
Bild 1: Eine Strom- oder Spannungsverlaufskurve wird nur selten vom Hersteller bereitgestellt. Ohne sie ist die Anpassung eines Sicherungselements an die Last oder die Verbraucher-Gruppe nur schwierig oder gar nicht möglich.
(Bild: E-T-A)

In der komplexen Automatisierungstechnik mit 24-VDC-Anwendungen auf Schaltschrank- und Feldebene ist die normgerechte Planung aller Steuer- und Lastkreise eine konstante Herausforderung. Das betrifft die Elektro- und Hardwarekonstruktion im gesamten Maschinen- und Anlagenbau.

Gerade die selektive Dimensionierung von Sicherungskomponenten spielt bei der Auslegung von Stromkreisen und Verdrahtungskonzepten eine wichtige Rolle. Eine optimale Lösung im Hinblick auf Installation, Inbetriebnahme und Instandhaltung setzt dabei eine sehr strukturierte Vorgehensweise voraus.

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Für die Erstellung einer optimalen Absicherungs- und Stromverteilungslösung braucht das Konstruktionsteam alle Informationen rund um das Gesamtkonzept. Bei einer 24-VDC-Applikation auf der Steuerspannungsebene lässt sich dieses Konzept in vier zentrale Planungsschritte unterteilen:

  • Verbraucher und Lasten,
  • Spannungsversorgung,
  • Zulassungen / Normen / Richtlinien,
  • selektiver Überstromschutz bei Überlast und Kurzschluss.

In den relevanten Applikationen kommen viele unterschiedliche Geräte mit unterschiedlichsten Charakteristiken zum Einsatz. Typische Verbraucher in 24-VDC-Kreisen sind:

  • Steuerungen und CPUs,
  • I/O-Module,
  • Motor- und Antriebssteuerungen,
  • Industrie-PC, Monitor und Touch-Panel,
  • Buskoppler und dezentrale Peripherie,
  • 24-V-Gleichstrommotoren,
  • Magnetventile,
  • Aktoren und Stellglieder,
  • Sensoren und Messumformer.

Die genannten Lasten unterscheiden sich durch Ihre Funktion, den maximalen Betriebsstrom und das Ein- bzw. Abschaltverhalten bei kapazitiven oder induktiven Lasten. Diese technischen Daten müssen bei der Planung bekannt sein und spielen eine wichtige Rolle bei der Dimensionierung.

Eine genaue Funktionsbeschreibung und die exakten Leistungsdaten der Geräte sind in den meisten Fällen in einem Datenblatt aufgeführt. Eine Strom- oder Spannungsverlaufskurve wird dagegen nur selten vom Hersteller bereitgestellt. Jedoch ist die Anpassung eines Sicherungselements an die Last oder die Verbraucher-Gruppe ohne diese Informationen nur schwierig oder gar nicht möglich.

Um die ausgewählten 24-VDC-Verbraucher sicher betreiben zu können, wählt der Planer eine ausreichend dimensionierte Spannungsversorgung. Bei der Suche nach einer passenden Versorgungseinheit kann er dabei beispielsweise auf Trafonetzteile, Trafos und Gleichrichter bzw. Drehstrombrücke oder primär getaktete Stromversorgungen (SNT) zurückgreifen. In der 24-VDC-Technik trifft man hier sehr oft auf die zuletzt genannten Schaltnetzteile mit Nennströmen von 10 bis 40 A.

Bei der Dimensionierung des Leistungsvermögens der Netzteile sollten für alle Betriebs- und Fehlerzustände auch immer ausreichende Leistungsreserven zur Verfügung gestellt werden. Der Überlastfaktor eines Schaltnetzteiles liegt beim ca. 1,5-fachen des Nennstromes. Wird diese Grenze durch z.B. Überlast (ÜL) oder Kurzschluss (KS) überschritten, regelt das Netzteil die Ausgangsspannung zum eigenen Schutz zurück. Dies muss auch bei der Auslegung der Überstromschutzeinrichtungen berücksichtigt werden.

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