Elektrische SPS-Steuerung: Relaisauswahl, Ausgangsverkabelung und Best Practices für Schalttafeln

Ein Techniker ruft an, weil eine SPS-Ausgangskarte in derselben Woche zweimal ausgefallen ist. Die Last ist ein 2,2-kW-Schütz, dessen Spule bei jedem Start für einige Millisekunden annähernd 3 A zieht, und der Ausgang ist für 0,5 A ausgelegt. Ein Ausgangsmodul mit höherer Nennleistung kann dieses Problem nicht beheben. Die richtige Antwort ist ein Schnittstellenrelais zwischen dem Controller und der Spule, und die gleiche Antwort gilt für fast jede induktive Last im Schaltschrank.

Über die elektrische SPS-Steuerung entscheidet weniger das Programm als vielmehr das, was am Ausgangsterminal passiert. In diesem Artikel werden die Ausgangsstufen einer Steuerung, das darauf folgende Relais oder Relaismodul sowie die Prüfungen erläutert, die dafür sorgen, dass ein Panel weit über das erste Betriebsjahr hinaus am Laufen bleibt.

Was eine SPS-Ausgangsstufe schalten kann und was nicht

Ein SPS-Ausgang ist keine Stromquelle. Es handelt sich um einen Schalter, der ein Feldgerät mit einer von Ihnen bereitgestellten Stromversorgung verbindet. Die drei gängigen Ausgangsstufen verhalten sich sehr unterschiedlich und wenn man sie als austauschbar betrachtet, führt das am schnellsten zu einem kaputten Board.

Das Muster ist einfach. Widerstands- und Schwachstromlasten können direkt an einem Ausgang anliegen. Alles mit einer Spule, einem Kondensatoreingang oder einem Glühfaden, der beim Einschalten ein Vielfaches seines Dauerstroms zieht, gehört hinter ein Schnittstellenrelais.

Warum ein Schnittstellenrelais immer noch seinen Platz verdient

Das Entfernen des Zwischenrelais spart ein paar Zentimeter Schiene und ein paar Dollar pro Punkt. Bei den meisten Industrieschränken tritt das Problem aus drei Gründen nach dem ersten Serviceeinsatz wieder auf.

Galvanische Trennung zwischen Logik und Feld

Die Relaisspule wird vom SPS-Ausgang angesteuert und der Kontakt führt den Feldstrom. Ein Kurzschluss in einem Ventilkabel stoppt daher am Relais, anstatt die Ausgangsplatine zu erreichen. Bei einer Maschine mit vierzig Ausgängen beträgt dieser Unterschied ein Relais gegenüber einem Controller.

Einschaltstrom, Rückschlag und Kontaktmaterial

Eine Schützspule kann in den ersten Millisekunden das Fünf- bis Zehnfache ihres Haltestroms aufnehmen und dann beim Öffnen eine Rückspannungsspitze auslösen. Ein Relais mit einer Nennleistung von 16 A bei 250 V AC und Silber-Zinnoxid-Kontakten übernimmt diese Belastung, und ein Austausch kostet nur einen Bruchteil einer Ausgangskarte. Für trockene Schaltkreise, die fast keinen Strom führen, sind vergoldete Kontakte die bessere Wahl, da bei einfachen Silberkontakten eine Oxidschicht entstehen kann, die den Durchgang von Signalen mit niedrigem Pegel verhindert.

Wartungsfreundlichkeit und Ersatzteile

Ein auf einer Schiene oder einem Sockel montiertes Relais wird während eines Wochenendstillstands in zwei Minuten ausgetauscht. Ein ausgefallenes Ausgabemodul bedeutet normalerweise eine angehaltene Leitung, eine Lieferverzögerung und einen Programm-Download, den niemand um zwei Uhr morgens durchführen möchte.

Auswahl eines Schnittstellenrelais für einen SPS-Ausgang

Bei der Auswahl kommt es auf eine Handvoll Zahlen an. Arbeiten Sie sie in dieser Reihenfolge durch und die Spezifikation schreibt sich normalerweise von selbst.

1. Spulenspannung und Betriebsspannung. Bei Maschinensteuertafeln ist eine 24-V-DC-Spule Standard. Stellen Sie sicher, dass die erforderliche Betriebsspannung unter der minimalen Ausgangsspannung der SPS-Versorgung liegt und dass die erforderliche Freigabespannung über etwaigen Restleckströmen von einem Triac- oder Transistorausgang liegt.
2. Spulenstrom im Verhältnis zur Ausgangsleistung. Eine 24-V-DC-Spule mit einer Nennleistung von 0,4 W verbraucht etwa 17 mA. Reduzieren Sie den SPS-Ausgang auf etwa 60 Prozent seiner angegebenen Nennleistung, wenn die Last induktiv ist, und addieren Sie den Gesamtstrom aller Ausgänge, die sich einen gemeinsamen Anschluss teilen.
3. Kontaktbemessung und Lasttyp. Passen Sie die Nennleistung an die tatsächliche Last an, nicht an die Beschriftung auf dem Panel. Ein 16-A-Kontakt, der einen 1-A-Magneten antreibt, ist in Ordnung, während ein 2-A-Kontakt, der eine 3-A-Spule antreibt, nicht funktioniert.
4. Einschaltstrom. Suchen Sie nach einer Kontaktnennleistung, die den Kurzzeitwert angibt, oder fügen Sie einen Vorwiderstand oder einen Thermistor für hohe Einschaltlasten wie große Schütze und Kondensatorbänke hinzu.
5. Einschaltdauer und Lebensdauer. Eine mechanische Lebensdauer von mehreren Millionen Betätigungen ist normal. Die elektrische Lebensdauer unter einer Schützspulenlast ist viel kürzer und sollte mit der Anzahl der Starts verglichen werden, die die Maschine pro Tag durchführt.

Wenn Sie eine Auffrischung der Mechanik hinter der Spule und dem Anker wünschen, ist diese Erklärung hilfreich Was ein elektromagnetisches Allzweckrelais bewirkt im Klartext.

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Relaismodule und DIN-Schienen-Verkabelungspraxis

Ein Relaismodul fasst das Relais, die Spulenanschlüsse und die Schraubanschlüsse in einer einzigen, auf einer Schiene montierten Einheit zusammen. Module, die auf der gleichen Relaisfamilie in 10-A- und 16-A-Kontaktversionen basieren, teilen sich eine Grundfläche, sodass ein Panel später aufgerüstet werden kann, ohne die Schiene neu zu bohren oder das Layout neu zu zeichnen.

Die Verkabelungspraxis ist genauso wichtig wie das Modul selbst. Verwenden Sie Aderendhülsen an Litzendrähten, verlegen Sie die Spulenverkabelung in einem von der Kontaktverkabelung getrennten Kanal, wo immer es die Schalttafelanordnung zulässt, gruppieren Sie die Bezugspotenziale nach Ausgangskarte statt nach Klemmenposition und kennzeichnen Sie jeden Ausgang mit seiner Programmadresse. Eine klare Zeichnung und ein Ersatzrelais jedes Typs verhindern mehr Ausfallzeiten als jede Diagnosefunktion innerhalb der Steuerung.

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Magnetische Verriegelungsrelais in der SPS-Steuerung

Ein magnetisches Halterelais hält seine letzte Position ohne Spulenstrom. Diese Eigenschaft ist in zwei Situationen nützlich: wenn eine Maschine den Zustand eines Ventils oder einer Anzeige während eines Stromausfalls aufrechterhalten muss und wenn Dutzende Spulen, die den ganzen Tag über unter Strom stehen, der Versorgung Wärme und Last hinzufügen.

Selbsthaltende Relais benötigen kurze Impulse statt kontinuierlicher Signale, daher muss das Programm sie bewusst einstellen und zurücksetzen, und die Inbetriebnahme muss einen expliziten Rücksetzschritt beinhalten, da die Kontakte in beiden Positionen ankommen können. Panels, die sie verwenden, verfügen normalerweise über ein Standard-Zwischenrelais in Reihe, sodass die SPS auch eine Last abschalten kann, wenn die Sequenz dies erfordert.

Magnetisches Verriegelungsrelais CYF1-S für Zustandsspeicher mit geringem Stromverbrauch Bistabiles PCB-Relais, das den Kontaktzustand ohne Spulenleistung hält und sich für Energiespar-, Backup- und Stromausfall-Erhaltungsdesigns mit bis zu 16 A Schaltleistung eignet. Produkt anzeigen →

Wo SPS-Steuerungsschnittstellen im Feld versagen

• Verschweißte Kontakte nach monatelangem, wiederholtem Einschalten einer Schützspule.
• Eine Last, die nie vollständig abschaltet, weil an einem Triac- oder Transistorausgang ein paar Volt verloren gehen.
• Spulen sind an den falschen gemeinsamen Anschluss angeschlossen, sodass zwei Ausgänge gegeneinander antreten.
• Keine Flyback-Diode an einer Gleichstromspule, was sowohl die Kontaktlebensdauer als auch die Lebensdauer der Ausgangsstufe verkürzt.
• Lockere Aderendhülsen und Maschinenvibrationen führen zu intermittierenden Kontakten, die auf das Programm zurückzuführen sind.
• Relais, die nur mit einem Stift in einen Sockel gesteckt werden, funktionieren auf der Werkbank und fallen an der Maschine aus.

Inbetriebnahmeprüfungen vor der Übergabe

1. Messen Sie die Spulenspannung an jedem Relais, während die Feldversorgung auf den niedrigsten erwarteten Wert eingestellt ist.
2. Erzwingen Sie die Ausgänge einzeln über die Programmiersoftware und stellen Sie sicher, dass nur das vorgesehene Relais funktioniert.
3. Überprüfen Sie den Durchgang an den Lastklemmen bei aktiviertem Relais und stellen Sie sicher, dass der Kontakt öffnet, wenn der Ausgang freigegeben wird.
4. Prüfen Sie, ob Leckspannung vorhanden ist, wenn alle Ausgänge ausgeschaltet sind, insbesondere an den Triac- und Transistorausgängen.
5. Lassen Sie das Panel 30 Minuten lang laufen und prüfen Sie die Spulen- und Kontakttemperaturen. Eine warme Spule ist normal, ein heißer Kontakt jedoch nicht.
6. Notieren Sie das Relaismodell, die Kontaktkonfiguration und die Programmadresse auf der Schalttafelzeichnung und bewahren Sie einen Ersatz jedes Typs im Schrank auf.

Ningbo Chengyuan Chuangke Electronics stellt seit 1996 Relais in Yinzhou, Ningbo, her und liefert heute universelle elektromagnetische Relais, Reed-Relais, magnetische Verriegelungsrelais und schienenmontierte industrielle Steuerungsmodule. Sie können mehr darüber lesen das Unternehmen und seinen Fertigungshintergrund auf der Website.

Senden Sie eine Spulenspannung, einen Lasttyp und einen Schaltstrom, und die Schnittstelle kann anstelle der Katalogseite an ein Relais oder Modul angepasst werden, das zum Panel passt.