Elektronische Schutzschalter, Bild: Phoenix Contact

Elektrische Verbraucher müssen sicher und zuverlässig arbeiten – mit elektronischen mehrkanaligen Schutzschaltern lassen sich die Schutzmechanismen präzise anpassen. Bild: Phoenix Contact

Auch im Bereich der Antriebstechnik ist der Anlagenbetreiber für die elektrische Sicherheit einer Anlage verantwortlich. Diese Verantwortung kann zwar partiell übertragen werden, jedoch muss stets alles getan werden, um Gesetze und Vorschriften einzuhalten. Somit liegt es im Interesse der verantwortlichen Person, bereits bei der Planung einer Anlange alles vorzusehen, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. So kann beispielsweise die Sicherheit durch selektives Abschalten im Fehlerfall deutlich erhöht werden. Eine gezielte Rückmeldung aus der Anlage hilft dann, diesen Fehler schnell zu identifizieren.

Wenn die Maschinen 24 Stunden am Tag und sieben Tage die Woche laufen sollen, dürfen keine Störungen den Betrieb aufhalten. Eine wichtige Rolle für den störungsfreien Betrieb einer Maschine oder Anlage spielt auch die Versorgungsspannung der einzelnen Verbraucher. Wenn sie nämlich von der zulässigen Betriebsspannung abweicht, können Verbraucher ausfallen und die Maschine stoppt. Nicht selten entstehen dabei hohe Stillstandskosten.

Elektrische Anlagen im Wandel der Zeit

Schaltnetzteile sind mittlerweile Standard in elektrischen Anlagen. Bei allen Vorteilen, die ein modernes Schaltnetzteil heute bietet, gibt es auch Nachteile. Ist das versorgende Netzteil nicht korrekt ausgelegt oder wurden die daran angeschlossenen Verbraucher erweitert, wird der zur Verfügung stehende Strom zu weit ausgereizt. Weil es für den Fehlerfall keine Reserve gibt, kann es bei Überlast oder Kurzschluss zum Spannungseinbruch kommen. Die Steuerung fällt aus und die Anlage stoppt.

Stromversorgungen werden immer intelligenter: Sie sind in der Regel kurzschlussfest, bieten hohe Leistungsreserven und zahlreiche Kommunikationsschnittstellen und sie lassen sich in vielen Parametern konfigurieren. Dennoch ist es wichtig, die Ausgangsspannung vor einem Einbruch zu schützen. Dies kann nur effektiv geschehen, wenn verschiedene Bereiche oder Verbrauchergruppen aufgeteilt und einzeln geschützt und überwacht werden. Hilfreich ist es auch, wenn bereits bei der Auswahl der Komponenten darauf geachtet wird, dass beispielsweise Diagnosemöglichkeiten und Fernmeldung zur Anlagensicherheit beitragen. Dadurch können die Betreiber der Anlagen auf die individuelle Situation kurzfristig reagieren und den Betrieb der Anlage sicherstellen.

Norm für Speicherprogrammierbare Steuerungen, Bild: Phoenix Contact
Die Norm für Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) beschreibt, dass eine Steuerung im Spannungsbereich von 20,4 bis 28,8 Volt zuverlässig arbeitet – eine Abweichung ist nur für zehn Millisekunden erlaubt, sonst folgt der Ausfall. Bild: Phoenix Contact

Normative Kennwerte – was ist das Maß der Dinge?

Das Herzstück einer Anlage ist die Steuerung. Fällt sie aus, stoppt alles. Eine Fehlerdiagnose ist aufwendig, da die Steuerung dann ja auch nicht in der Lage ist, alles zu dokumentieren. Der Fehler kann praktisch überall liegen.

Die Norm IEC 61131-2 behandelt die Anforderungen an eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS). Darin finden sich die wichtigen Eckwerte zum sicheren Betrieb einer Steuerung: welche Werte die Spannung erreichen darf und wie lange davon abgewichen werden darf. Ein Spannungsbereich von 20,4 bis 28,8 Volt ist noch unproblematisch. Wird jedoch davon abgewichen – beispielsweise unter 20,4 Volt – darf die Steuerung ohne Batteriepufferung erst nach zehn Millisekunden ausfallen. Bis zu diesem Zeitpunkt muss die Steuerung den Spannungseinbruch selbstständig überbrücken.

Folglich kommt es darauf an, den Spannungseinbruch – soweit möglich – zu verhindern oder den fehlerhaften Strompfad rechtzeitig abzuschalten. Da jede Anlage und jede Fehlersituation anders ist, kann ein Spannungseinbruch nicht immer verhindert werden. Daher kann die Lösung nur in der Überwachung durch einen elektronischen Schutzschalter liegen, der intelligent genug ist, den Fehler auch als solchen zu erkennen. Die Abschaltung muss dann innerhalb der oben genannten zehn Millisekunden erfolgen.

Gegenüberstellung unterschiedlicher mechanischer und einer elektronischen Kennlinie, Bild: Phoenix Contact
Gegenüberstellung unterschiedlicher mechanischer und einer elektronischen Kennlinie – die elektronischen Schutzschalter sind deutlich präziser in der Auslösung und vereinfachen so die Planung erheblich. Bild: Phoenix Contact