Jste zde

Vícekanálový hlídač přetížení 24 V napájení – PISA

Antonín Vojáček, 15. Leden 2011 - 23:03

Jak ochránit a oddělit 24 V napájení různých částí systému, aby například jeden zkratovaný snímač neochromil funkci celého zařízení? A jak naopak zajistit, aby se při poruše jedné komponenty odpojilo i napájení dalších komponent s ní souvisejících? Toto je možné provést instalací hlídacích a ochranného modulu PISA.

Stejnosměrné napájecí napětí 24 V je všeobecně v průmyslové automatizaci považováno za standard a většina zařízení, komponent i snímačů, pokud nejsou určeny pro střídavé napájení 230 V, jsou obvykle navrženy pro 24 V. Toto napětí se obvykle generuje ve skříních / rozvaděčích systémů jedním 24 V zdrojem (měničem 230 V AC / 24 V DC), který obvykle napájí všechny připojené komponenty. S ohledem na jejich souhrnný příkon (spotřebu) se volí i výkon zdroje, tedy jmenovité a maximální proudové zatížení.

Kvalitní moderní 24 V zdroje dnes obvykle mají hned několik ochran, zajišťujících odpojení výstupu při zkratu, přetížení, nadproudu. Pokud však na jeden zdroj je napojeno více napájených komponent, způsobí porucha jedné z nich vybavení ochrany zdroje a automaticky i odpojení napájení pro ostatní části systému, včetně třeba i těch signalizačních, které by měly uživatele informovat o problémech. Navíc velký zdroj s velkým výkonem nemusí zareagovat na problémy komponenty s malým odběrem, protože i když pro ni je z nějakého důvodu vzniklý nadproud likvidační, zdroj to nemusí poznat, protože z jeho pohledu jde jen o malé navýšení spotřeby.

Jednou z možností jak toto řešit je buď instalovat více 24 V zdrojů a z nich odděleně napájet různé části systému (pak vybavení ochrany jednoho zdroje ponechá v chodu ostatní komponenty napojené na ty další) nebo instalovat elektronické ochrany mezi výstupními svorkami zdroje a napájecími svorkami jednotlivých komponent. Proto existují jednotlivé elektronické ochrany například v podobě tenkých modulů ve formě svorek na DIN lištu, jako jsou například ochrany společnosti Lutze s názvem LOCC-Box. Ty umožňují nastavení hodnoty „odpojovacího proudu“ v rozsahu 1 až 10 A a zvolit typ ampér-sekundové vypínací charakteristiky v rozmezí pomalá/středně rychlá/rychlá. Tímto způsobem můžeme odpojit jednu napájecí větev, zatímco ostatní komponenty, napájené z jiných větví budou běžet. Někdy však chceme, aby při poruše jedné komponenty se zároveň odpojilo i napájení některých dalších komponent, které jsou například provozně s ní svázány, zatímco aby například varovná signalizace a ochranné a základní provozní systémy napojené na stejný napájecí zdroj nadále pracovaly. Pro tuto aplikaci například může dobře posloužit ochranný 4kanálový modul PISA od společnosti PULS, známého německého výrobce napájecích zdrojů.

Vícekanálová elektronická ochrana PISA

Název modulu PISA je zkratkou slov Protect (chránit), Interrupt (přerušit), Secure (jistit) a Assist (pomáhat). Jde o plně elektronické ochranné zařízení, které hlídá velikost odebíraného proudu (spotřebu) na něj napojených komponent ve čtyřech větvích rozvodu stejnosměrného napětí 24 VDC. Jeho překročení vede k současnému rychlému odpojení všech čtyř hlídaných napájecích větví. Přesněji řečeno modul nehlídá jen samotný proud, ale i pokles napájecího napětí připojeného zdroje vlivem jeho přílišného zatížení. Tedy ochrana vybaví i v případě, že odběr jednotlivých komponent není extrémní, ale jejich souhrnná spotřeba již přetěžuje napájecí zdroj. Funkce systému je tak i ochráněna pro případ, že byl instalován málo výkonný 24 V zdroj, který například i náhodný současný chod více částí systému „neutáhne“. Odpojení vadné či přílišné zátěže je tedy včasné a je provedeno dříve než vůbec na to zareagují ochranné obvody zdroje či ostatní důležité napájené části zařízení, u kterých by jen třeba mžikový výrazný pokles 24 V napětí mohl vyvolat jejich chybnou funkci či reset (například procesoru). Modul PISA konkrétně hlídá, aby 24 V napájecí napětí nespadlo pod hranici cca 21 V. Zajišťuje tak podmínky napájení 24 VDC dle normy EN/ IEC 61131-2 , která definuje, že napětí se musí pohybovat v rozmezí 20,4 až 30 V a výpadek (pokles) mimo tento rozsah může být dlouhý max.10 ms.

Použití modulu PISA předpokládá rozdělení všech napájených komponent a částí systému na kritické (ty jsou připojené mimo hlídač přímo na výstupy zdroje), např. ochranné a signalizační prvky systému, které by měly pracovat za všech okolností (jejich porucha má pak odstavit celý systém), a na ostatní napájené části, jejichž porucha by neměla ochromit základní chod stroje. Tyto ostatní části by se pak měly dále rozdělit do skupin podle toho, jak jsou na sobě závislé a tedy, které komponenty se mají nuceně odpojit při poruše jedné z nich. Na níže uvedeném obrázku je příklad základního zapojení modulu PISA:

Zde napájecí zdroj přímo napájí výše zmíněné kritické části systému a další 4 napájené komponenty (z pohledu zdroje zátěže) jsou připojeny přes PISu. Pokud jedna ze zátěží 1 až 4 bude odebírat větší proud než je hlídací hranice modulu PISA, dojde k odpojení nejen jeho, ale i ostatních zátěží 1 až 4. To samé nastane, když odběr jednotlivých zátěží je v normě, ale celkově přetíží zdroj a dojde k poklesu napětí ze 24 V pod hranici 21 V. Naopak kritické zátěže nebo případně další na zdroj připojené moduly PISA ze svými zátěžemi zůstanou bez problému v provozu a jakýkoli problém zátěží 1 až 4 jejich funkci neohrozí. Pokud je zde požadavek na společné hlídaní a odpojování skupiny zátěží většího počtu (více než 4 kanály), je možné použít více vzájemně propojených PISA modulů. Tím je zajištěna jejich tzv. synchronizace a případná velká spotřeba kterékoli z na ně připojených komponent odpojí všechny zátěže všech zasynchronizovaných modulů PISA.

Hlídače PISA se aktuálně vyrábí s několika kombinacemi hodnot hlídaného proudu:

Každý ze 4 kanálu s limitem 1/2/3/4/6/10 A
Dva kanály s úrovní 3 A a dva s úrovní 6 A
Dva kanály s úrovní 6 A a dva s úrovní 10 A
V budoucnu i provedení s nastavitelnou hranicí 1 – 4 a 4 – 12 A

Samozřejmostí je signalizace stavu jednotlivých kanálů pomocí LED diod, externí (vzdálené) ovládání (zapnutí/vypnutí/reset modulu) a pomocný kontakt OK, kterým lze například nadřazený elektronický systém informovat o problému.

Blokové schéma provedení ochranného modulu PISA

Příklad propojení / synchronizace čtyř modulů PISA

Závěr

Pro mnohé výrobce strojů, zařízení a systémů je stále ještě použití účinných doplňkových ochran „španělskou vesnicí“ a jen zbytečným vyhazování peněz do komponent, které nemají bezprostřední vliv na chod zařízení a bezdůvodně jen zvyšují ceny strojů. Jenže právě zajištění chodu a ochrany ostatních částí systému při poruše jedné z jeho komponent je základním kamenem budoucích spolehlivých automatických robotizovaných zařízení, které se hned celé nezhroutí i v případě banálního zkratu na některém z připojených senzorů za „pár“ korun. A právě spolehlivost a odolnost proti nenadálým poruchovým stavům je u současných byť supermoderních a výkonných strojů obvykle na stále dost špatné úrovni a mnoho výrobních společností této oblasti zůstává ještě dost dlužna. Masivnější použití elektronických ochran napájení jednotlivých částí systémů je prvním krůčkem ke zlepšení této situace.

Článek vytvořil z informací výrobce: Antonín Vojáček