Inovace Sirius

Ing. Zdeněk Bekr
Siemens, s. r. o.

 

Nová generace spínací techniky Siemens zkracuje dobu montáže, šetří čas při projektování, uvádění do provozu a údržbě
Automatizační a spínací technika musí umožnit realizovat jednoduchá, efektivní a hospodárná řešení pro výrobu a projektování rozváděčů. Splnění tohoto předpokladu bylo hlavním kritériem při vývoji druhé generace spínacích přístrojů modulárního systému Sirius, který byl uveden na trh předním světovým výrobcem nízkonapěťové spínací techniky. Siemens optimalizoval přístroje Sirius první generace s ohledem na montáž a propojení s řídícím systémem a jeho softwarovou platformou. Inovace Sirius se týkají přístrojů konstrukčních velikostí S00 a S0. Click ‘n‘ go!

Technika zásuvných spojů

Kromě tradičního připojování šroubovými svorkami je charakteristickým rysem přístrojů druhé generace důsledné uplatnění techniky zásuvných spojů v podobě pružinových svorek. Uživatel proto může snadno a takřka bez nářadí individuálně sestavovat typově zkoušené kombinace přístrojů. Tím šetří čas a vyvaruje se chybného zapojení. Spojovacím prvkem mezi jističem 3RV2 a stykačem 3RT2 je tzv. propojovací modul. Zdola lze na stykač nasunout jisticí nadproudové nebo monitorovací proudové relé. Hlavní obvod spotřebičového vývodu se zatížitelností do 38 A (AC-3) je tak kompletní; zahrnuje i monitorovací prvek nežádoucích provozních stavů zařízení, které lze zjistit vyhodnocením změn činného nebo zdánlivého proudu.

Sestavování spouštěčů bez nářadí
Díky modulům doplňkových funkcí, které se upevňují na čelní panel stykače, je zajištěno časové zpoždění, elektrické blokování, popř. komunikace s řídicím systémem zařízení (programovatelným automatem), což zjednodušuje montáž a především zapojování řídicích obvodů spouštěčů přímých, reverzačních i typu hvězda-trojúhelník. Ve stykačích 3RT2 jsou rovněž vestavěny potřebné pomocné kontakty. K propojení modulů doplňkových funkcí slouží plochý kabel zakončený konektory. Uživatel se přitom může rozhodnout, jaký způsob připojení k řídicímu systému zařízení upřednostní: tradiční paralelní připojení (bez komunikace), AS-Interface nebo IO-link.

Jestliže se rozhodne pro AS-Interface, popř. IO-link, ušetří místo v rozváděči a výdaje za propojování při realizaci řídicích a diagnostických funkcí. Spouštěče motorů jsou totiž prostřednictvím komunikace začleněny do jednotné softwarové platformy (Step 7) řídicího systému strojního zařízení, a diagnostika i provozní stavy jsou proto dostupné jak lokálně na jednotlivých vývodech v rozváděčích, tak centrálně na systémech pro ovládání a vizualizaci (operátorské panely). Řízení provozu je tak transparentnější. Jádrem spotřebičového vývodu nemusí být bezpodmínečně elektromechanický stykač. Stejným způsobem a pomocí jednotného příslušenství lze s jističem motoru kombinovat softstartér nebo polovodičový stykač. Stykače a softstartéry lze kombinovat s monitorovacími relé proudu. Toto podporuje operativnost při projektování i montáži a rozšiřuje aplikační možnosti modulárního systému Sirius druhé generace do 38 A (18,5 kW/400 V). Přitom zůstala zachována zástavbová šířka spotřebičových vývodů 45 mm. Zmíněné vlastnosti především vyniknou, využije-li uživatel k propojování přístrojů pružinové svorky s doporučeným příslušenstvím.

Snadné napájení vývodů energií

Připojení hlavního obvodu musí být efektivní a hospodárné také v případě většího počtu spotřebičů. K zajištění tohoto požadavku jsou určeny systémy napájení 3RV29 a 3RA68, které umožňují rychlé upevnění a bezchybné zapojení motorových vývodů zasunutím, obdobně jako se zasouvá relé do patice. Výrobci rozváděčů se sníží výdaje spojené se zapojováním. Kdo se i přes uvedené přednosti obejde bez těchto napájecích systémů, může využít tradiční paralelní propojení třífázovými napájecími přípojnicemi neboli hřebeny, popř. použít přístrojové adaptéry 8US, které se upevní na přípojnicový rozvod v rozváděčích.

Ať už se uživatel rozhodne pro efektivní a hospodárný systém napájení nebo pro jednodušší řešení, všechny přístroje Sirius druhé generace jsou k dostání v provedení s pružinovými nebo šroubovými svorkami. Plynotěsné pružinové svorky jsou odolné proti vibracím a otřesům. Vodiče není nutné zakončovat dutinkami. Provozní spolehlivost byla ověřena četnými typovými zkouškami (přibližně 40 000 typových zkoušek spotřebičových vývodů s koordinacemi typu 1 a 2 podle ČSN EN 60947-4-1). Důležitým hlediskem je hospodárnost tohoto způsobu připojení: při důsledném používání pružinových svorek se podstatně zkracuje doba zapojování v porovnání s připojováním šroubovými svorkami.

Bezpečnost na strojních zařízeních

Vývojáři našli také praktické řešení, které se uplatní při redundantním zapojení dvou stykačů v bezpečnostních obvodech. Sériové zapojení hlavních kontaktů dvou stykačů, které je předpokladem pro dosažení PL e podle ČSN EN 13849-1, popř. SIL 3 podle ČSN EN 62061, zajistí tzv. bezpečnostní propojovací modul.

Kompaktní vývod – vše v jednom

Náročným požadavkům na ještě jednodušší manipulaci při montáži i zapojování jednotlivých přístrojů vyhoví kompaktní vývody 3RA6, které jsou konstruovány pro přímé a reverzační spouštění třífázových motorů do 32 A (15 kW/400 V). V jediném přístroji jsou sloučeny funkce jištění při zkratu (jistič), provozního spínání (stykač) a jištění při přetížení (elektronické jisticí nadproudové relé). Kromě toho je vývod vybaven pomocnými kontakty, které rozlišují provozní stavy zapnuto, vypnuto, vypnutí zkratovou spouští nebo spouští na přetížení.

Zvětšené rozsahy ovládacího napětí (AC/ /DC 24 V, 42 až 70 V nebo 110 až 240 V) a nastavení proudu v poměru 1 : 4 (pro porovnání tepelná nadproudová relé mají poměr asi 1 : 1,4) snižují počet provedení – pro celé výkonové spektrum do 32 A existuje pouze pět typů (objednacích čísel) – vždy pro přímý a reverzační spouštěč. Mají-li motory v zařízeních provozní proud větší než 1 A, vystačí uživatel pouze se třemi typy kompaktních spouštěčů. Tím se snižují pořizovací náklady a investice vázané skladovými zásobami.

Rovněž kompaktní vývody je možné připojit šroubovými nebo pružinovými svorkami. Jedinečnou a mimořádně hospodárnou montáž a rozvod energie k jednotlivým vývodům zajistí napájecí systém 3RA68, který lze kombinovat se systémem napájení 3RV29. Výhodou, kterou nelze podceňovat, je přípojnice pro připojení ochranného Obr. 8. Monitorovací proudové relé v provedení basic 3RR21 (vpravo) a v provedení standard 3RR22 (vlevo) Obr. 5. Kompaktní vývody Sirius 3RA6 poskytují uživateli důležité diagnostické informace: rozlišují vypnutí zkratem nebo přetížením, signalizují skončení životního cyklu a spotřebič přitom spolehlivě odpojí od přívodu energie Obr. 7. Monitorovací relé 3UG4641 k měření činného proudu a cos φ vodiče PE; vodiče ze svorkovnice motoru tak mohou být připojeny přímo ke svorkám kompaktního vývodu. Díky odnímatelným blokům svorek hlavního, řídicích a pomocných obvodů je případná výměna rychlá a bez nutnosti použít nářadí.
Provozní stavy jsou signalizovány lokálně v rozváděči přímo na spouštěči. Tyto informace mohou být současně k dispozici centrálně v řídicím systému zařízení, jestliže jsou využity kompaktní vývody s komunikačním rozhraním AS-Interface nebo IO-link. Při komunikaci IO-link je k dispozici tzv. diagnostický kanál s upřesňujícími informacemi o poruchových stavech. Přitom se rozlišuje vypnutí zkratem, přetížením a opotřebení hlavních kontaktů stykače. Na rozdíl od stykače je u kompaktního vývodu zajištěno mechanické rozepnutí svařených kontaktů při skončení životního cyklu a následné odpojení spotřebiče od napájecí sítě. Otočný ovladač na čelním panelu kompaktního vývodu přitom přepne do polohy vybaveno (tripped) a bílý terčík označený RLT (Remaining Life Time) signalizuje skončení životního cyklu kompaktního spouštěče 3RA6.

Monitorování zařízení

Uživatelé nejrůznějších průmyslových zařízení vědí, že kromě jištění motoru při přetížení a zkratu (mezní provozní stavy) je nutné vyhodnotit i některé nežádoucí provozní stavy – např. chod čerpadla naprázdno, prokluzování nebo přetržení řemene,
zacpání podavače dopravníku aj.

Inovovaný systém Sirius poskytuje monitorovací proudová relé, která lze začlenit přímo do motorového vývodu, aniž by bylo nutné další vnější propojování se stykačem. Připevní se jednoduše na stykač obdobně jako jisticí nadproudové relé. Rovněž samostatné měřicí transformátory proudu není nutné instalovat. Monitorovací proudová relé jsou vhodná k vyhodnocení míry zatížení motorů nebo jiných spotřebičů, vycházejícího z výsledků měření efektivní hodnoty střídavého proudu odebíraného spotřebičem. Naměřená hodnota je porovnávána s nastavenými mezními hodnotami a vyhodnocena sepnutím kontaktu. Zatímco vyhodnocování činného proudu je použitelné jen v oblasti jmenovitého zatížení nebo přetížení, měření činného proudu umožňuje vyhodnotit míru zatížení v celé oblasti momentové charakteristiky motoru.

Monitorovací relé 3RR2 je k dostání ve dvou provedeních: basic a standard. Relé jednoduššího provedení basic má analogové nastavení parametrů potenciometry, zdánlivý proud spotřebiče měří ve dvou fázích a dosažení mezních hodnot signalizuje jedním přepínacím kontaktem, spolehlivě vyhodnocuje změny v oblasti jmenovitého zatížení a přetížení.
Relé varianty standard poskytuje větší komfort: zobrazování měřených hodnot na displeji, digitální nastavování parametrů třemi tlačítky v menu na displeji a vyhodnocení dalších veličin. Činný nebo zdánlivý proud je v tomto případě měřen ve všech třech fázích. Kromě toho mohou být vyhodnocovány chybový (svodový) proud a sled fází. Je ideálně vhodné pro vyhodnocení poklesu zatížení. Přepínací výstup je doplněn polovodičovým výstupem, který hlásí blížící se nežádoucí stav zařízení (výstraha).

Monitorovací relé v provedení basic i standard jsou dodávána v konstrukčních velikostech S00 a S0 a připojují se šroubovými nebo pružinovými svorkami.

Přehled použití monitorovacích relé: 

•  monitorování podproudu a nadproudu, 
• vyhodnocení přerušení vodiče, 
• vyhodnocení chodu naprázdno a odlehčení,
• popř. shození zátěže, např. přetržení nebo prokluzování řemene, chod čerpadla naprázdno, 
• vyhodnocení přetížení, např. čerpadla vlivem znečištěného filtračního systému, 
• vyhodnocení provozního stavu elektrických spotřebičů, např. topení, 
• zajištění správného připojení (monitorováním sledu fází) mobilních zařízení, např. kompresorů a jeřábů, 
• zjištění chybových (svodových) proudů, např. v důsledku poškození izolace nebo vniknutí vlhkosti, 
• vyhodnocení zablokování rotoru.

http://www.siemens.cz

Obr. 1. Modulární systém Sirius druhé generace, spotřebičový vývod s komunikačním rozhraním AS-Interface/IO-link
Obr. 2. Stykače i ostatní přístroje druhé generace jsou k dostání se šroubovými a pružinovými svorkami
Obr 3. Jednotlivé přístroje lze kombinovat do spotřebičových vývodů pro spouštění přímé, reverzační, typu hvězda-trojúhelník, softstartéry nebo polovodičovými stykači
Obr. 4. Moduly doplňkových funkcí zjednodušují zapojení řídicích obvodů spouštěčů reverzačních a typu hvězda-trojúhelník včetně elektrického blokování a časového zpoždění, popř. komunikačního rozhraní AS-Interface nebo IO-link
Obr. 5. Kompaktní vývody Sirius 3RA6 poskytují uživateli důležité diagnostické informace: rozlišují vypnutí zkratem nebo přetížením, signalizují skončení životního cyklu a spotřebič přitom spolehlivě odpojí od přívodu energie
Obr. 6. Kompaktní vývody Sirius 3RA6 s rozhraním AS-Interface/IO-link zjednodušují připojení k řídicímu systému stroje: diagnostické informace jsou dostupné centrálně na systémech pro ovládání a vizualizaci, dále umožňují lokální ruční ovládání až čtyř spotřebičů jedním ovládacím modulem
Obr. 7. Monitorovací relé 3UG4641 k měření činného proudu a cos φ
Obr. 8. Monitorovací proudové relé v provedení basic 3RR21 (vpravo) a v provedení standard 3RR22 (vlevo)