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Von beidem das Beste

01 Das PLC-Modul mit Hybridschalttechnik kombiniert die Vorteile von Halbleitern und elektromechanischen Relais

01 Das PLC-Modul mit Hybridschalttechnik kombiniert die Vorteile von Halbleitern und elektromechanischen Relais

02 Die PLC-Hybridmodule bieten sich insbesondere für Anlagen an, in denen ein Stillstand hohe Kosten nach sich zieht, beispielsweise Offshore-Windenergieanlagen

02 Die PLC-Hybridmodule bieten sich insbesondere für Anlagen an, in denen ein Stillstand hohe Kosten nach sich zieht, beispielsweise Offshore-Windenergieanlagen

03 Die Hybridmodule gibt es sowohl mit der bewährten Schraubanschluss- als auch der einfachen und schnellen Push-in-Technologie

03 Die Hybridmodule gibt es sowohl mit der bewährten Schraubanschluss- als auch der einfachen und schnellen Push-in-Technologie

In die Relais der Produktfamilie PLC-Interface von Phoenix Contact sind die technologischen Entwicklungen und Erfahrungen aus über zwei Jahrzehnten eingeflossen. Die Baureihe, die sich aus elektromechanischen und Solid-State-Relais zusammensetzt, kombiniert jetzt die Vorteile der beiden Technologien in einem Hybridmodul, das sich insbesondere für hoch verfügbare Anwendungen anbietet.
Ob Autos, Waschmaschinen, Smartphones oder Automatisierungstechnik: In allen Bereichen verkürzt sich der Produktlebenszyklus stetig. In immer geringeren zeitlichen Abständen kommen neue Modellreihen auf den Markt, die ihre Vorgänger ersetzen. Wenn sich eine Produktfamilie mehr als 20 Jahre erfolgreich behauptet, muss sie besondere Eigenschaften aufweisen. Natürlich wird die Baureihe PLC-Interface von Phoenix Contact kontinuierlich optimiert und ergänzt, aber das wohldosiert und auf den Nutzen der Anwender ausgerichtet. Die im Unternehmen auch als „spezielle Allrounder“ bezeichneten kompakten Schnittstellen-Module überzeugen unter anderem durch eine große Produktvielfalt sowie umfangreiches Zubehör und die Systemverkabelung. Neben vielen Artikeln für Standardanwendungen, in denen beispielsweise 24-V-Signale zwischen dem Feld und der Steuerung gekoppelt werden müssen, stehen zahlreiche Varianten für speziellere Applikationen zur Verfügung, wie die PLC-Module mit Hybrid-Technologie.
Langjährige Erfolgsgeschichte
Elektromechanische Relais gehören sicher zu den ältesten Komponenten der Automatisierungstechnik. Obwohl ihnen die elektronischen Solid-State-Relais in einigen Fällen den Rang abgelaufen haben, werden sie selbst im 21. Jahrhundert noch in großer und weiterhin wachsender Stückzahl verwendet. Die elektromechanischen Relais kommen in unterschiedlichen industriellen Applikationen zum Einsatz, um kleine Signale im Milliampere- sowie mittlere Ströme im deutlich zweistelligen Ampere-Bereich zu schalten. Wesentliche Vorteile gegenüber Halbleiterschaltern sind die galvanische Trennung im Ausgangskreis, niedrige Kontaktwiderstände, die ausgangsseitig für eine geringe Verlustleistung sorgen, die temporäre Überlastfähigkeit des Ausgangskreises sowie der günstigere Preis.
Begrenzte Lebensdauer
Doch wie jede Medaille zwei Seiten hat, gibt es auch bei den elektromechanischen Relais einige Nachteile. Im direkten Vergleich mit den Halbleiterschaltern zählen dazu neben den erheblich längeren Schaltzeiten, die im ms-Bereich liegen, auch die höhere Schock- und Vibrationsempfindlichkeit. Ihr zentraler Schwachpunkt ist jedoch die begrenzte Lebensdauer, die typischerweise mechanisch sowie elektrisch in Schaltspielen angegeben wird. Die mechanische Lebensdauer beschreibt die maximale Anzahl der Schaltzyklen, ohne dabei einen Strom oder Spannung zu schalten. Für die mechanische Lebensdauer erweist sich die konstruktive Auslegung des Relais als maßgebend. Im Gegensatz dazu definiert sich die elektrische Lebensdauer eines elektromechanischen Relais im Wesentlichen durch die Schaltfrequenz und die zu schaltende Last.
Weil die Schaltlasten im industriellen Umfeld sehr unterschiedlich sein können, lassen sich nur dann zuverlässige Angaben zur Lebensdauer des jeweiligen Relais machen, wenn die genauen Parameter der zu schaltenden Anwendung bekannt sind. Einen erheblichen Einfluss auf diesen Wert haben die Lastspannung, der Laststrom und die Art der Last – also kapazitiv, induktiv oder ohmsch.
Eine etwaige Schutzbeschaltung der Last, wie sie häufig mit einer Freilaufdiode realisiert wird, wirkt sich ebenfalls in hohem Maße auf die elektrische Lebensdauer aus. Durch die große Spanne an verschiedenen möglichen Lasten ergibt sich eine ebensolche Bandbreite hinsichtlich der elektrischen Lebensdauer. Die Einsatzzeit elektromechanischer Relais kann daher zwischen einigen tausend und mehreren Millionen Schaltspielen liegen.
Geringe Schaltleistung
Die Solid-State-Relais bilden auf den ersten Blick das perfekte Gegenstück zu den elektromechanischen Relais, da der Vorteil des einen gleichzeitig der Nachteil des anderen Relaistyps ist und umgekehrt. Die wesentliche Stärke von Solid-State-Relais stellen demnach kurze Schaltzeiten, die Unempfindlichkeit gegen Erschütterungen sowie vor allem die nahezu unendlich große Lebensdauer dar. Als nachteilig erweist sich die relativ hohe Verlustleistung im Ausgangskreis, die insbesondere beim Führen des Ausgangsstroms zu Buche schlägt. Im Vergleich zu elektromechanischen Relais zieht das eine Verringerung der Schaltleistung nach sich. Um die Wärme vom Halbleiter abzuführen, werden Solid-State-Relais zudem oft mit teuren Kühlkörpern ausgestattet.
Zusammengefasst lässt sich somit feststellen, dass sich elektromechanische Relais im Führen des Stroms auszeichnen, während die Solid-State-Relais beim Schalten des Stroms punkten. Genau an diesem Punkt setzt das Hybrid-Relaismodul der PLC-Serie von Phoenix Contact an, indem es die Vorteile beider Relaistypen in sich vereint.
Zeitversetzte Ansteuerung der Schalttechnologien
Halbleiter und elektromechanische Relais können voneinander profitieren, wenn sie geschickt miteinander verschaltet sind, wie es bei dem PLC-Hybridmodul von Phoenix Contact der Fall ist (Bild 1). Grundsätzlich sind beide Schaltelemente parallel zueinander angeordnet. Als Besonderheit der Schaltung zeigt sich die zeitversetzte Ansteuerung der zwei verschiedenen Schalttechnologien. Dadurch übernimmt der Halbleiter den Schaltvorgang des Laststroms. Nur wenige ms später wird das Relais angesteuert, welches dann mit seinen niederohmigen Schaltkontakten die Stromführung übernimmt. Das Verfahren stellt sicher, dass einerseits die Verlustleistung gering ist und sich andererseits die Lebensdauer des Moduls beträchtlich erhöht. Schließlich ist hierbei nicht die elektrische, sondern die mechanische Lebensdauer anzunehmen, die in der Regel 20 Mio. bis 30 Mio. Schaltspiele beträgt.
Reduzierter Verdrahtungsaufwand
Aufgrund der Kombination der positiven Eigenschaften der unterschiedlichen Schalttechnologien bieten sich die PLC-Hybridmodule besonders für Anwendungen an, die eine hohe Schaltleistung bei gleichzeitig langer Lebensdauer fordern. Daher spielen sie ihre Stärken insbesondere in Anlagen aus, in denen ein Stillstand zu hohen Kosten führt, wie in der Prozessindustrie oder Offshore-Windenergieanlagen (Bild 2).
Außerdem verfügen die Hybridmodule über alle typischen Merkmale der erfolgreichen PLC-Produktfamilie. So können die Geräte beispielsweise sowohl mit der bewährten Schraubanschluss- als auch der einfachen und schnellen Pushin-Technologie bestellt werden (Bild 3). Die Push-in-Technik erlaubt das werkzeuglose Stecken massiver und flexibler Leiter mit Aderendhülse – und das schon ab einem Anschlussquerschnitt von 0,34 mm2 . Zudem reduzieren die 500 mm langen Brücken, die der Anwender individuell ablängen kann, den Verdrahtungsaufwand. Die Summe der genannten Eigenschaften macht die Produktfamilie PLC-Interface deshalb selbst nach über 20 Jahren so interessant für den Anwender. (no)

Komplettes Portfolio für das clevere Schalten

Die Relais der Produktfamilie PLC-Interface sind ein wesentlicher Bestandteil des Schalt geräte-Portfolios von Phoenix Contact

Die Relais der Produktfamilie PLC-Interface sind ein wesentlicher Bestandteil des Schalt geräte-Portfolios von Phoenix Contact

Die Relais der Produktfamilie PLC-Interface stellen einen wichtigen Baustein im umfangreichen Schaltgeräte-Spektrum von Phoenix Contact dar. Ergänzt wird das Portfolio um die steckbaren Koppelrelais Rifline Complete mit bis zu vier Wechslerkontakten. Von 6 mm schmalen Schließern bis zu robusten dreifachen 16-A-Kontakten umfasst das Rifline-System alle Bauformen. Verschiedene Funktionsmodule, die eingangsseitig in den Relaissockel gesteckt werden können, schützen vor hohen induzierten Spannungen, signalisieren den Schaltzustand des Relais per LED oder machen es zu einem Zeitrelais (Bild).
Monitoring-Relais der Produktfamilie EMD erfassen Parameter, wie Spannung, Strom, Leistung und Temperatur. Abweichungen von den zentralen Sollwertvorgaben werden sofort gemeldet. Wenn es um den Schutz von Menschen und Maschinen geht, bieten die schmalen SIL-Koppelmodule der PSR-Familie eine hohe Leistungsdichte und Sicherheit bis SIL 3 und PLe. Die Hybrid-Motorstarter Contactron vereinen die Funktionen Motorstart und Motorschutz sowie Reversieren und Not-Halt in einem Gerät, sodass sich bis zu 75 % Platz einsparen lässt. Die Kombination aus robuster Relaistechnik und verschleißfreier Halbleitertechnologie verzehnfacht zudem die Lebensdauer.
Nicht zu vergessen ist das programmierbare Logikrelaissystem „PLClogic“, mit dem sich die IO-Signale kleiner Applikationen einfach und platzsparend schalten und steuern lassen.

Andreas Wöhrmeier ist Gruppenleiter im Produktmarketing Interface Components bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont. awoehrmeier@phoenixcontact.com

Andreas Wöhrmeier ist Gruppenleiter im Produktmarketing Interface Components bei der Phoenix Contact Electronics GmbH in Bad Pyrmont. awoehrmeier@phoenixcontact.com