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Interfacebausteine für eine hohe Anlagenverfügbarkeit

Bild 1. Die Bauform ermöglicht den einfachen Austausch eines Schaltrelais durch ein Zeitrelais

Bild 2. Koppelrelais mit einsetzbarer Sicherung

Bild 3. Kammbrücken erleichtern die Installation

Bild 4. Isolierplatten ermöglichen einen Abstand von 1,8 mm oder 6,2 mm

War früher der logisch ablaufende Steuerprozess einer Anlage das Bestreben der Steuerungsentwicklung, so gilt es heute, komplexe, mehrschichtige Ziele zu erreichen, die über die erfolgreiche Abnahmeprüfung durch den Anwender hinausgehen. Die Wirtschaftlichkeit der Lösungen ist genauso wichtig wie eine hohe Anlagenverfügbarkeit, wenn man sich nachhaltig im globalen Wettbewerb behaupten will. Die Erfüllung dieser Forderungen unterstützen Interfacebausteine mit innovativen Funktionen.

Betrachtet man den Einsatz von Koppelrelais unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten, so ist festzustellen, dass einige der Aufgaben durch andere Bauelemente erreicht werden können; in der Summe sind derartige Lösungen jedoch teurer als beim Einsatz von Koppelrelais. Da sowohl Anlagenhersteller als auch Anlagenbetreiber dem Wettbewerbsdruck ausgesetzt sind, ist die Steigerung der Anlagenverfügbarkeit häufig der entscheidende Wettbewerbsvorteil auf nationalen und internationalen Märkten, zu der Koppelrelais bereits bei der Konzeption einen Beitrag leisten.
Wie wird beispielsweise ein Anwender entscheiden, der vor einer erneuten Kaufentscheidung zur Ausweitung der Produktionskapazität steht, wenn er bei der vorhandenen Steuerung folgende Erfahrung gemacht hat: Die elektronische Steuerung lässt sich bei einer Änderung leicht neu programmieren, eine Anpassung der in der Peripherie befindlichen Koppelrelais aber kommt nahezu einer Neuinstallation gleich? Eine Neuinstallation bei einer Anpassung an geänderte Bedingungen bedeutet einerseits einen hohen Aufwand und andererseits einen Produktionsausfall.
Bereits bei kleineren Änderungen zeigen sich die Vorteile der Koppelbausteine Master Interface von Finder. Dabei handelt es sich nicht nur um einzelne Ein- und Ausgangskoppelrelais, sondern um eine Serie, bei der die einzelnen Elemente so konzipiert sind, dass sie entsprechend der gewünschten Funktion austauschbar sind. Eine Verdrahtungsänderung oder zusätzlicher Platz auf der Montageschiene sind dabei nicht erforderlich. So kann zum Beispiel ein 6,2 mm breites Ausgangsrelais gegen ein Zeitrelais ohne Verdrahtungsänderung und zusätzlichen Platzbedarf ausgetauscht werden (Bild 1).

Bild 5. Koppelrelais mit Halbleiterausgang (SSR)

Störungen vermeiden
Die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer Anlage hängt in erheblichem Grad davon ab, dass induktive und kapazitive Störsignale auf den Verbindungsleitungen zwischen den jeweiligen Steuerungseingängen keine Störungen verursachen. Da in der Peripherie der zentralen Steuerung derartige Störungen nicht auszuschliessen sind, wird die PLC- oder NC-Steuerung durch Koppelrelais vor Fehlfunktionen und der Zerstörung geschützt. So lassen sich längere Betriebsstillstandzeit vermeiden sowie eine hohe Anlagenverfügbarkeit erreichen.
Bei elektrischen Leitungen sowie bei den angeschlossenen Sensoren und Aktoren sind Kurzschlüsse nicht auszuschließen. Blockierte Motoren und AC-Ventilmagnete ziehen einen überhöhten Strom. Derartige Defekte sollen nicht die elektronische Steuerung beschädigen, sondern in der Peripherie erkannt werden. Bisher bedeutete dies, dass ein zusätzliches Sicherungsmodul auf der Schiene montiert werden musste. Bei der Koppelrelais-Serie 39 sind die 6,2 mm breiten Relais mit einer handelsüblichen Feinsicherung bestückbar (Bild 2). Im Fenster des Sicherungshalters lässt sich eine durchgebrannte Sicherung schnell erkennen und bei Bedarf tauschen. Die Koppelrelais Master Plus und Master Timer sind mit einer handelsüblichen Feinsicherung auch nachträglich aufrüstbar.
Bei den energiesparenden Koppelrelais sind die Ansteuerleistungen gering. Dies hat zur Folge, das aufgrund von Restströmen der Sensoren oder eingekoppelten Spannungen aus benachbarten Leitungen die Relais nicht mehr in die Ruhestellung zurückfallen. Diesem Problem begegnet man durch den Einsatz von Koppelrelais mit Reststromunterdrückung mit der Typenbezeichnung 39.30.3 und 39.31.3.

Einfache Installation
Ein Vorteil des Master-Interface-Systems ist, dass die Anschlussterminals der Varianten in gleicher Weise und Lage angeordnet sind. Parallele Anschlüsse mit gleichem Potential müssen nicht einzeln verdrahtet werden, sondern werden mit Anschlussbrücken hergestellt (Bild 3). Die Übersichtlichkeit einer Steuerung wird durch die lieferbaren Farben der Abschlussbrücken in blau, rot und schwarz erreicht.
In einer Steuerung wird meist mit unterschiedlichen Spannungen gearbeitet. An den Eingangskoppelrelais zur SPS können sich Sensoreingänge von 12 V neben solchen befinden, die mit 230 V arbeiten. Ausgangskoppelrelais schalten 24-V-Magnetventile neben anzusteuernden 230-V-Leistungsrelais. Um bei 6,2 mm breiten Koppelrelais die vorgeschriebene Isolation zwischen den unterschiedlichen Spannungen einzuhalten, gibt es Isolierplatten mit einem Abstand von 6,2 mm. Je nach Anforderung müssen die eingangs- oder ausgangsseitigen Anschlussbrücken dadurch nicht unterbrochen werden (Bild 4). Die Mindestluftstrecke zwischen den abisolierten Bereichen der Anschlussdrähte sollte bei 24 V bis 230 V mindestens 3 mm betragen (Überspannungskategorie III). Für die Anschlüsse mit gleicher Spannung werden die markierten Felder herausgeschnitten, um die Anschlussbrücke an der Isolierplatte vorbei führen zu können. Zur optischen Trennung von Koppelrelaisgruppen oder zur Isolierung zu anderen Bauelementen lässt sich der Abstand durch Ausbrechen der Abstandstege auf die Dicke der Platte von 1,8 mm reduzieren.

Unterschiedliche Schaltaufgaben
Die Schaltaufgabe eines Relais kann von Anwendung zu Anwendung variieren: kleine Messsignale, mittlere Steuerströme, hohe Lastströme, hohe Einschaltströme bei kleinen Dauerströmen, selten auftretende Überwachungssignale, hohe Taktfrequenz, geringe Anzahl der Schaltspiele, verschleißfreies Schalten, hohe Lebensdauer und Kombinationen hiervon. Für Mess- und Überwachungsfunktionen sowie selten auftretende Schaltungen eignen sich vergoldete Kontakte. Höhere Einschaltströme verkraften AgSnO 2-Kontakte zuverlässig und bei hohen Lebensdauererwartungen kommen SSR-Halbleiter-Relais (Bild 5) zum Einsatz. Bei allen anderen Schaltaufgaben ist das Relais mit AgNi-Kontaktwerkstoff die beste Option. Für die verschiedenen Aufgaben sind die Schaltelemente der Koppelrelais austauschbar und nachrüstbar – sei es zu einer späteren Anpassung an eine spezielle Schaltaugabe, dem Ersatz von verbrauchten Kontakten oder dem Austausch bei zyklischen Wartungsarbeiten zur Aufrechterhaltung eines kontinuierlichen Betriebs. Durch den modularen Aufbau werden die Logistikkosten für die Lagerhaltung, die Beschaffung und den Austausch reduziert.

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Autor: Dipl.-Ing. Andreas Heck ist als Leiter Produktmanagement für die Finder GmbH in Trebur-Astheim tätig.