Steuerungstechnik - Hillebrand Elektrotechnik Aus
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Steuerungstechnik Steuerungstechnik Inhaltsverzeichnis Schaltzeichen 4 Schaltzeichen nach DIN EN 60617 Kennzeichnung von el. Betriebsmitteln Kennzeichnung von Kontakten Hilfsschaltglieder Hauptschaltglieder Schützkontakte 4 5 6 6 6 7 Regeln für die Schaltplanerstellung Die Planarten 7 8 Der Übersichtsschaltplan Der Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung Der Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung Die Kontakttabelle Der Kontaktspiegel Die Geräteliste Die Funktionsbeschreibung Der Klemmenplan und Anschlussplan 8 9 10 10 11 12 12 12 Regeln für die Planung von Steuerungen 13 Überstromschutzorgane, Motorschutzschalter Selbsthaltung Kontaktverriegelung Folgesteuerung Tasterverriegelung Zwangsverdrahtung 13 13 13 14 14 14 Überlast- und Kurzschlussschutz Schmelzsicherungen Aufbau von Schmelzsicherungen Betriebsklassen von Schmelzsicherungen Auslöseverhalten von Schmelzsicherungen Leitungsschutzschalter Auslösecharakteristik von Leitungsschutzschaltern Motorschutz Motorschutzschalter Schaltzeichen Funktionsweise Anschluss von Wechselstrommotoren Auslöseverhalten Motorschutzrelais Schaltzeichen Arbeitsprinzip Auslöseverhalten Motorvollschutz Schaltung und Arbeitsprinzip Anwendungsgebiete Schütze 15 15 15 16 16 16 17 17 17 18 18 19 20 20 21 21 22 22 23 23 24 Einteilung der Schütze Schaltzeichen Funktionsweise Zwangsgeführte Kontakte Spiegelkontakte Löschglieder Gebrauchskategorien 24 24 24 25 25 26 26 Seite 2/64 Steuerungstechnik Zeitrelais Schaltzeichen Funktionsweise 27 27 27 Sensoren und Positionsschalter 28 Positionsschalter Annäherungssensoren Arbeitsweise Anschluss von Annäherungssensoren Akustische Annäherungssensoren Kapazitive Annäherungssensoren Induktive Annäherungssensoren Optische Annäherungssensoren Magnetfeldannäherungssensoren Sicherheit el. Anlagen 28 29 29 29 30 30 30 31 31 32 Normenüberblick Gerätesicherheitsgesetz (GSG) Maschinenrichtlinie (MRL) Risiko und Gefahrenbeurteilung Ermittlung der Grenzen der Maschine Risikobeurteilung Risikograph nach EN 954-1 Sicherheitskategorien nach EN 954-1 Grundausstattung von Maschinen nach DIN VDE 0113-1 (EN 60204-1) Netzanschluss und Einrichtungen zum Trennen Ausführung der Netztrenneinrichtung Schutz gegen elektrischen Schlag Überlastschutz von Motoren Schutz bei Unterbrechung der Versorgung oder Spannungseinbruch Potentialausgleich Steuerstromkreise Steuerspannungen Steuertrafo Berechnung der Leistung Auswahl der Sekundärabsicherung EMV im Steuerstromkreis Start- und Stopfunktionen Stillsetzen im Notfall Ausschalten im Notfall Beispiele für das Ausschalten im Notfall Stillsetzen im Notfall bei SPS-Geräten 32 32 33 33 33 34 34 35 35 35 36 37 37 37 37 38 38 38 39 39 40 40 40 41 43 Risikoverminderung Bediengeräte Anzeigeleuchten Kennzeichnung von Leitern 43 44 44 45 Stichwortverzeichnis Anhang A Schaltungsbeispiele Anhang B Prüfprotokolle 46 48 64 Seite 3/64 Steuerungstechnik 1. Schaltzeichen 1.1. Schaltzeichen nach DIN EN 60617 Quelle: WESTERMANN Tabellenbücher Seite 4/64 Steuerungstechnik 1.2. Kennzeichnung von elektrischen Betriebsmitteln nach DIN EN 61346 Nach DI EN 61346 erhalten alle Geräte, nötigenfalls auch die Bauteile eines Gerätes, eine Bezeichnung. Diese setzt sich aus großen Buchstaben für die Geräteart und einer fortlaufenden Ordnungszahl zusammen. z.B.: S1; Q3; M2 Kennbuchstaben zur Objektklassifizierung Kennbuchstabe Hauptaufgabe/Zweck Beispiel A Hauptaufgabe lässt sich nicht eindeutig bestimmen Schaltschrank, Sensorbildschirm B umwandeln einer physikalischen Größe in ein Signal zur Weiterverarbeitung Bewegungsmelder, Fotozelle, Fühler, Messrelais, Messwiderstand, Rauchmelder C speichern von Energie bzw. Information Festplatte, Kondensator, Pufferbatterie, RAM, Speicher E kühlen, heizen, beleuchten, strahlen Boiler, Heizung, Lampe, Laser, Leuchte, Mikrowellengerät F direktes Schützen von Personen oder Einrichtungen Leitungsschutz-Schalter, Überspannungsableiter, RCD, Sicherungen, SH-Schalter G erzeugen von Energie, Materialfluss oder Signalen Batterie, Brennstoffzelle, Generator, Dynamo, Lüfter, Solarzelle, Ventil K verarbeiten von Signalen und Informationen Binärbaustein, Frequenzfilter, Regler, Hilfsschütz, Schaltrelais, Transistor, Zeitrelais M bereitstellen von mechanischer Energie zu Antriebszwecken Elektromotor, Stellmotor P darstellen von Informationen Spannungs-, Strommesser, Drucker, Klingel, Lautsprecher, LED, Uhr, Zähler Q schalten und variieren von Energie, Signal- oder Energiefluss Leistungsschalter, Motoranlasser, Leistungstransistor, Schütz, Stromstoßschalter, Thyristor, Trennschalter R begrenzen oder stabilisieren von Energie-, Informations- oder Materialfluss Begrenzer, Diode, Drosselspule, Widerstand S umwandeln manueller Betätigung in Signale Steuerschalter, Tastschalter, Tastatur, Wahlschalter T umwandeln von Energie bzw. Antenne, Gleichrichter, Ladegerät, Signalen unter Beibehaltung von Modulator, Netzgerät, Transformator, Energieart bzw. Informationsgehalt Verstärker, Wandler, Wechselrichter U halten von Objekten in definierter Lage Isolator, Kabelpritsche, Mast, Montageschiene V verarbeiten oder behandeln von Material oder Produkten Abscheider, Filter W leiten oder führen von Energie oder Signalen Bussystem, Kabel, Leitungen, Lichtwellenleiter, Sammelschiene X verbinden Klemme, Klemmleiste, Steckdose, Stecker, Verbinder Seite 5/64 Steuerungstechnik 1.3. Kennzeichnung von Kontakten 1.3.1. Hilfsschaltglieder 1.3.2. Hauptschaltglieder I> Seite 6/64 I> I> Steuerungstechnik 1.3.3. Schützkontakte 2. Regeln für die Schaltplanerstellung • Die Schaltzeichen sind senkrecht anzuordnen. • Die Schaltungen werden im ausgeschalteten (stromlosen) Zustand gezeichnet. (Ausnahmen werden gekennzeichnet) • Die Gerätebezeichnungen stehen links vom Schaltzeichen. • Die Klemmenbezeichnungen stehen rechts vom Schaltzeichen. Seite 7/64 Steuerungstechnik 3. Die Planarten Im Folgenden sollen einige Planarten anhand einer einfachen Schaltung erläutert werden. 3.1. Der Übersichtsschaltplan Der Übersichtsschaltplan ist eine vereinfachte meist einpolig gezeichnete Darstellung ohne Hilfsleitungen. Nur wesentliche Teile der Schaltung werden dabei berücksichtigt. Seite 8/64 Steuerungstechnik 3.2. Der Stromlaufplan in zusammenhängender Darstellung (Wirkschaltplan) Der Wirkschaltplan ist die vollständige Darstellung einer Schaltung, in der alle Haupt- und Hilfsleitungen eingetragen sind. Besonders wird hier auf die Erkennbarkeit des Zusammenhangs der Geräte Wert gelegt. Die räumliche Anordnung der Geräte wird dabei nicht beachtet. Der Wirkschaltplan ist auf kleinere Schaltungen begrenzt. Seite 9/64 Steuerungstechnik 3.3. Der Stromlaufplan in aufgelöster Darstellung (Stromlaufplan) Der Stromlaufplan ist die Funktionsdarstellung einer Schaltung. Die verzweigten Leitungsführungen werden in eine geordnete Form, in so genannte Stromwege aufgegliedert. Auf die räumliche Lage und die mechanischen Zusammenhänge einzelner Teile braucht keine Rücksicht genommen werden. 3.3.1. Die Kontakttabelle Die Kontakttabelle im Stromlaufplan gibt Auskunft, mit wie vielen Hauptschaltgliedern und Hilfskontakten ein Schütz ausgerüstet ist und in welchem Stromweg (Strompfad) diese liegen. Ein Querstrich in der Tabelle bedeutet, dass ein Schaltglied zwar vorhanden ist, aber nicht in der vorliegenden Schaltung genutzt wird. Seite 10/64 Steuerungstechnik 3.3.2. Der Kontaktspiegel Da die Kontakttabelle keine Aussage ablegt, welcher Kontakt belegt ist, verwendet man heutzutage den Kontaktspiegel. Der Kontaktspiegel gibt an, welche Kontakte belegt sind und in welchem Strompfad diese gezeichnet sind. Außerdem ist leicht ersichtlich, welche Kontakte noch frei sind. CAD-Programme benötigen dafür meist die Herstellerdaten der verwendeten Schütze. Seite 11/64 Steuerungstechnik 3.4. Die Geräteliste Zu jedem Schaltplan gehört eine Geräteliste. Diese ist ein detailliertes Verzeichnis sämtlicher Geräte der Anlage in alphabetischer Reihenfolge der Gerätekennbuchstaben. 3.5. Die Funktionsbeschreibung Die Funktionsbeschreibung einer Schaltung bzw. auch eines Ablaufes erfolgt in Textform kann bei komplexen Zusammenhängen auch in Diagrammform (Folgediagramm) erfolgen. 3.6. Der Klemmenplan und Anschlussplan Der Klemmen- bzw. Anschlussplan zeigt die Anordnung der Klemmen und ihre Nummerierung sowie an welche Klemme welches Betriebsmittel angeschlossen muss. Sind zwei Anlagenteile durch Kabel miteinander verbunden, werden die Leitungen in jedem Anlagenteil auf Klemmleisten geführt. Die Leisten und die Klemmen werden fortlaufen nummeriert. Die Bezeichnung an den Klemmen sind Zielangaben. Steht an der Klemme 4 der Leiste X1 z.B. X2.4, so heißt dies, Die Leitung führt von X1 Klemme Nr. 4 zu Klemme Nr.4 der Klemmleiste 2. Seite 12/64 Steuerungstechnik 4. Regeln für die Planung von Steuerungen 4.1. Überstromschutzorgane, Motorschutzschalter Überstromschutzorgane wie Sicherungen und Motorschutzschalter liegen immer in Reihe am Anfang der Steuerung. Soll der Taster „AUS“ die gesamte Steuerung abschalten, so liegt er ebenfalls Reihe mit den Überstromschutzorganen aber vor dem ersten Stromverteilungspunkt. 4.2. Selbsthaltung Der Haltekontakt liegt immer parallel zum Taster „EIN“. 4.3. Kontaktverriegelung Ist eine Kontaktverriegelung vorhanden, darf der Haltekontakt den Verriegelungskontakt nicht überbrücken. Der Verriegelungskontakt liegt immer vor dem zu verriegelnden Schütz. Seite 13/64 Steuerungstechnik 4.4. Folgesteuerung Ein Schließer des Schützes Q11 vor der Schützspule von Q12 geklemmt bedeutet, dass Q12 erst eingeschaltet werden kann, wenn Q11 angezogen hat. 4.5. Tasterverriegelung Eine Tasterverriegelung, dass entweder Schütz Q1 oder das Schütz Q2 eingeschaltet werden kann. Die Wirklinien der Taster werden dabei nicht mehr mitgezeichnet. 4.5. Zwangsverdrahtung Der Selbsthaltekontakt von Q4/14 ist direkt an Q4/A1 angeschlossen. Die Klemme X2/5 ist ebenfalls direkt an Q4/A1 angeschlossen. Diese zeichnerische Darstellung erleichtert die Fehlersuche, fordert aber ein hohes Maß an Disziplin bei der Installation. Seite 14/64 Steuerungstechnik 5. Überlast- und Kurzschlussschutz 5.1. Schmelzsicherungen Quelle: Moeller Schmelzsicherungen übernehmen den Schutz bei Überstrom wie auch bei Kurzschluss. 5.1.1. Aufbau von Schmelzsicherungen Quarzsand Kontrollplättchen in Kennfarbe der Sicherung . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .. . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . Sicherungsband Fußkontakt Sollschmelzstelle Der Fußkontakt von Schmelzsicherungen (Typ Neozed und Diazed) ist im Durchmesser abgestimmt auf die Nenngröße der Sicherung. In Kombination mit der Passhülse oder Passschraube kann so eine Verwechslung ausgeschlossen werden. Schraubkappe Sicherung Passeinsatz Neozed- und Diazedsicherungen bis 63A dürfen auch von Laien ausgetauscht werden. NHSicherungen können (bauartbedingt) nur durch elektrotechnisch unterwiesene Personen bedient werden. Schmelzsicherungen können allgemein Kurzschlussströme bis 50kA abschalten. Bei kurzen Entfernungen zum Trafo muss evtl. ein Leistungsschalter vorgeschaltet werden, der auch größere auftretende Kurzschlussströme abschalten kann. Seite 15/64 Steuerungstechnik 5.1.2. Betriebsklassen von Schmelzsicherungen Die Betriebsklasse ist durch zwei Buchstaben gekennzeichnet: 1. Buchstabe: Funktionsklasse g: Ganzbereichssicherungen a: Teilbereichssicherungen (nur Kurzschlussschutz) 2. Buchstabe: Schutzobjekt G: allgemeine Anwendung L: Kabel- und Leitungen M: Schaltgeräte R: Halbleiter B: Bergbauanlagen Tr: Transformatoren 5.1.3. Auslöseverhalten von Schmelzsicherungen 5.2. Leitungsschutzschalter Leitungsschutzschalter übernehmen den Schutz bei Überstrom wie auch bei Kurzschluss durch getrennt wirkende Auslöser (Bimetall und Elektromagnet mit Schlagklöppel). Seite 16/64 Steuerungstechnik 5.2.1. Auslösecharakteristik von Leitungsschutzschaltern Im Wesentlichen unterscheiden sich Leitungsschutzschalter unterschiedlicher Charakteristiken in den Ansprechwerten der unverzögerten Auslösung. Als Leitungsschutz werden standartmäßig Leitungsschutzschalter mit Charakteristik B eingesetzt. Sind beim Einschalten von Verbrauchern um Vielfaches größere Ströme zu erwarten (z.B. bei elektromagnetischen Verbrauchern wie Motoren und Trafos) müssen u.U. Leitungsschutzschalter der Charakteristik C oder D eingesetzt werden. 5.3. Motorschutz 5.3.1. Der Motorschutzschalter Motorschutzschalter sind Schalter zum allpoligen Schalten von Motoren und deren Schutz gegen Zerstörung durch Nichtanlauf, Überlastung, Absinken der Netzspannung oder Ausfall eines Außenleiters in Drehstromnetzen. Der Motorschutzschalter ist zum Freischalten von Motoren geeignet. Quelle: Moeller Seite 17/64 Steuerungstechnik 5.3.1.1. Schaltzeichen Kurzschaltzeichen Motorschutzschalter Schaltzeichen 5.3.1.2. Funktionsweise Motorschutzschalter haben eine thermische Auslösung zum Schutz der Motorwicklung (Überlastschutz) und oft eine elektromagnetische Auslösung (Kurzschlussschutz). Sie sind wie alle Schutzschalter mit einer Freiauslösung ausgestattet. Seite 18/64 Steuerungstechnik An Motorschutzschalter lassen sich Zusatzeinrichtungen anbauen, z. spannungsauslöser, Arbeitsstromauslöser, Hilfsschalter und Ausgelöstmelder. Motorschutzschalter mit elektromagnetischem Auslöser, die den an der Kurzschlussstelle auftretenden Kurzschlussstrom sicher beherrschen, d.h. die auch im Kurzschlussfall sicher ein und ausschalten können, dürfen ohne Vorsicherung am Netz betrieben werden. In jedem Strompfad des Motorschutzschalters liegen ein Bimetallauslöser und ein elektromagnetischer Auslöser in Reihe. Bei kleinen Einstellströmen des Motorschutzschalters ist der Eigenwiderstand des Bimetallauslösers so groß, dass er selbst den Kurzschlussstrom auf Werte begrenzt, die kleiner sind als das Schaltvermögen des Motorschutzschalters. Solche Schalter bezeichnet man als eigensichere Motorschutzschalter. Übersteigt der auftretende Kurzschlussstrom das Schaltvermögen des Motorschutzschalters, muss eine vorgeschaltete Schutzeinrichtung den Kurzschlussschutz übernehmen. In sicherungslosen Motorstromkreisen werden dafür meist Leistungsschalter eingesetzt. Diese haben meist ein Schaltvermögen über 50kA und schützen einen oder eine Gruppe von Motorstromkreisen gegen die Folgen von Kurzschlüssen. 5.3.1.3. Anschluss von Wechselstrommotoren Seite 19/64 Quelle: Moeller B. Unter- Steuerungstechnik 5.3.1.4. Auslöseverhalten von Motorschutzschaltern Quelle: Möller 5.3.2. Motorschutzrelais Motorschutzrelais (Bimetallrelais) werden überwiegend in Verbindung mit Schützsteuerungen zum Motorschutz eingesetzt. Eine Kombination aus Schütz und Bimetallrelais kann die Schutzfunktion eines einfachen Motorschutzschalters ersetzen. Handelsübliche Bimetallrelais werden dreipolig gebaut und in Nennstrombereiche bis zu 630A gestuft. Die Bimetallstreifen können durch den hindurchfließenden Strom direkt erwärmt werden, oder die Erwärmung erfolgt indirekt über Heizwiderstände Quelle: Moeller Seite 20/64 Steuerungstechnik 5.3.2.1. Schaltzeichen 1 3 5 2 4 6 95 96 98 5.3.2.2. Arbeitsprinzip Die Rückschalt- oder Wiedereinschaltsperre ist eine mechanische Verklinkung, die sich mittels eines Hebels oder einer Schraube am Relais ein- oder ausstellen lässt. In Verbindung mit Drucktastersteuerungen von Schützen ist eine Wiedereinschaltsperre nicht unbedingt erforderlich, weil eine automatische Wiedereinschaltung der Steuerung nach einer Öffnung der Schützselbsthaltung nicht erfolgen kann. Für Schützsteuerungen ohne Selbsthaltung lässt sich eine selbsttätige. ungewollte Wiedereinschaltung des Schützes verhindern, indem man am Bimetallrelais die Wiedereinschaltsperre einrichtet Ohne Wiedereinschaltsperre könnte sich der überlastete Hauptstromkreis selbsttätig so lange ein- und ausschalten (takten), bis ein ernsthafter Schaden entsteht. Nach einer selbsttätigen Abschaltung durch Überlastung, anschließender Fehlersuche und Fehlerbeseitigung, wird das Bimetallrelais von Hand wieder eingeschaltet. Seite 21/64 Steuerungstechnik 5.3.2.3. Auslöseverhalten von Motorschutzrelais Quelle: Moeller 5.3.3. Motorvollschutz Anders als Motorschutzrelais und Motorschutzschalter wird hier nicht der Motorstrom überwacht, sondern die Temperatur am Motor direkt. Es gibt zwei unterschiedliche Arten, wie dies erfolgt. In der einfachsten Variante wird direkt am Motor ein Bimetallschalter angebracht. Anwendungsgebiete sind oft Kompressoren von Kühlanlagen. Bei der anderen Variante werden temperaturabhängige Widerstände direkt in die Motorwicklungen eingebaut. Seite 22/64 Steuerungstechnik 5.3.3.1. Schaltung und Arbeitsprinzip Die Thermistoren werden in Reihe an das Steuergerät angeschlossen. Bei Kaltleiterthermistoren fließt bei Normaltemperatur in der Wicklung ein so großer Strom im Fühlerstromkreis, dass mit Hilfe elektronischer Verstärkung ein Relais im Steuergerät zum Anziehen gebracht wird. Steigt die Temperatur in der Wicklung, steigt auch der Widerstand der Thermistoren. Wird die eingestellte Ansprechtemperatur erreicht, ist der Strom im Fühlerstromkreis so klein, dass das Relais im Steuergerät abfällt. Über die Hilfskontakte wird der Steuerstromkreis des Motorschützes unterbrochen. Bei Ausfall eines Außenleiters bzw. bei Unterspannung bietet diese Variante aber u.U. keinen vollständigen Schutz. In diesem Fall sind weitere Schutzmaßnahmen notwendig. Quelle: ZIEHL-ABEGG 5.3.3.2. Anwendungsgebiete Der Motorvollschutz wird angewendet, bei: Motoren, die schwer anlaufen, Motoren, die häufig geschaltet werden, bei häufigen Umkehrschaltungen, Motoren mit Bremsbetrieb, bei hoher Umgebungstemperatur, bei schneller Verschmutzung von Motoren, bei Explosionsgefahr. Seite 23/64 Steuerungstechnik 6. Schütze Ein Schütz ist ein elektromechanisches Bauteil, mit dessen Hilfe mit einer kleinen Leistung (viel) größere Leistungen geschaltet werden können. 6.1. Einteilung der Schütze Schütze werden nach Art der Schaltkontakte in zwei große Gruppen unterteilt. Lastschütz: auch als Hauptschütz oder Schaltschütz bezeichnet ist mit 3 stärkeren Kontakten ausgerüstet. Mit Lastschützen können Lastströme bis ca. 600A geschaltet werden. Hilfsschütz: dient zum Schalten von Hilfsenergie. Die Kontakte sind meist nur für Schaltströme bis max. 10A ausgelegt. Quelle: Moeller Zu den Hilfsschützen zählen z.B. auch Zeitrelais und Sicherheitsrelais. 6.2. Schaltzeichen (Bsp.: Lastschütz) A1 1 3 5 13 21 31 43 2 4 6 14 22 32 44 Q ... A2 Häufig gibt es in der untersten Ebene 4 Kontakte (3 Lastkontakte und ein Hilfskontakt). Die Platznummern 2, 3 und 4 entfallen dann. Bei den meisten Schützen lassen sich aber weitere Hilfskontakte aufstecken. Die Platznummern der Kontakte beginnen dann immer bei 5. 6.3. Funktionsweise Schaltkontakte Schaltkontakte beweglicher Anker Magnetspule Seite 24/64 Steuerungstechnik 6.3.1. Zwangsgeführte Kontakte Für sicherheitsbezogene Anwendungen in Steuerungen sind Schütze mit zwangsgeführten Kontakten vorgeschrieben. Zwangsführung heißt, dass die Konstruktion solcher Schütze sicherstellen muss, dass zu keinem Zeitpunkt des Umschaltvorganges Öffner- und Schließerkontakte gleichzeitig geschlossen sein dürfen. Dies gilt auch für den Fehlerfall eines oder mehrerer verschweißter Kontakte. In diesem Fall müssen mindestens 0,5 mm Abstand eingehalten werden. Welche Schaltgeräte diese Forderung erfüllen, ist den Herstellerangaben zu entnehmen. Quelle: Möller 6.3.2. Spiegelkontakte Für sicherheitsbezogene Anwendungen mit hoher Zuverlässigkeit werden in der neueren Zeit von den Herstellern Schütze mit Spiegelkontakten angeboten. Hierbei handelt es sich um Hauptschütze deren Leistungskontakte zusätzlich Hilfs-Öffnerkontakte zugeordnet werden, die den momentanen Schaltzustand der Leistungskontakte widerspiegeln. Seite 25/64 Steuerungstechnik 6.3.3. Löschglieder Um Schäden an der elektronischen Ausrüstung einer Steuerung zu vermeiden, werden für Schütze Löschglieder eingesetzt. Löschglieder begrenzen die beim Schalten von Schützspulen (Induktivitäten) entstehenden Induktionsspannungen. Für Gleichspannungsschütze werden Freilaufdioden und Varistoren verwendet. Bei Schützen mit Wechselstromansteuerung können R-CSchutzbeschaltungen und Varistoren eingesetzt werden. Die Löschglieder werden parallel zu den Schützspulen verdrahtet. Die Hersteller von Schaltgeräten bieten im Zubehör Bausteine an die einfach an die Schütze zu montieren sind. Schutzbeschaltung einer Schützspule a) Freilaufdiode b) Varistor c) R-C-Beschaltung 6.4. Gebrauchskategorien für Niederspannungsschaltgeräte (nach DIN EN 60947) AC – 1 AC – 2 AC – 3 AC – 4 DC – 1 DC – 3 DC – 5 ohmsche Last, schwach induktive Last, Widerstandsöfen Schleifringläufermotoren, Anlassen, Ausschalten Käfigläufermotoren, Anlassen, Ausschalten, gelegentliches Tippen oder Gegenstrombremsen Käfigläufermotoren, Anlassen, Ausschalten, Gegenstrombremsen, Reversieren, Tippen Ohmsche oder schwach induktive Last Nebenschlussmotoren, alle Betriebsarten Reihenschlussmotoren, alle Betriebsarten Seite 26/64 Quelle: Möller Steuerungstechnik 6.5. Zeitrelais Für zeitverzögerte Steuerungsabläufe verwendet man Zeitrelais. Die erforderlichen Ver-zögerungszeiten werden dabei mechanisch, pneumatisch oder elektronisch erreicht. Bei den aktuell immer häufiger eingesetzten elektronischen Zeitrelais sind Verzögerungszeiten von Bruchteilen einer Sekunde bis zu ca. 100 Stunden einstellbar. Da sich diese Zeitrelais auch im Verhalten einstellen lassen, werden diese auch als Universalrelais bezeichnet. Quelle: Moeller 6.5.1. Schaltzeichen A1 7 (anzugverzögert) K3T A2 A1 8 7 (abfallverzögert, rückfallverzögert) K5T A2 8 6.5.2. Funktionsweise anzugverzögert: A1/A2 7/8 t t abfallverzögert: A1/A2 7/8 t Seite 27/64 t Steuerungstechnik 7. Sensoren und Positionsschalter Sensoren werden in der Steuerungs- und Anlagentechnik zur Positions-, Abstands-, Wegeund Bewegungserfassung verwendet. Sie wandeln dabei den momentanen Wert einer physikalischen Größe in eine elektrische Größe für die Steuerung um. 7.1. Positionsschalter Mit Positionsschaltern werden Positionen auf mechanischem Weg überwacht. Standardmäßig sind in Positionsschaltern ein Öffner- und ein Schließerkontakt vorhanden. Quelle: Moeller Werden Antriebe bzw. Maschinen von Positionsschaltern abgeschaltet, sind die Öffnerkontakte zu verwenden. Bei erhöhtem Sicherheitsbedarf müssen Positionsschalter mit mechanisch zwangsöffnenden Kontakten verwendet werden. (siehe nebenstehendes Bild) Öffner bei Federbruch Zwangsöffner mit verschweißten Kontakten Symbol für zwangsöffnende Kontakte: Sind in Positionsschaltern Öffner- und Schließerkontakt vorhanden, dann sind bei Zwangsführung immer beide Kontakte zwangsgeführt. Symbol für Zwangsführung: Im Fehlerfall bleibt beim zwangsgeführten Positionsschalter bei verschweißtem Schließer der Öffner offen. Bei verschweißtem Öffner wird der Öffner zwangsgeöffnet und der Schließer bleibt offen Seite 28/64 Steuerungstechnik 7.2. Annäherungssensoren Annäherungssensoren arbeiten berührungslos sowie kontaktlos und sind damit nahezu verschleißfrei. Damit sind sie auch gegenüber Umwelteinflüssen meist unempfindlich. Als Ausgangssignal werden Schaltsignale, Impulse oder Analogsignale ausgegeben. 7.2.1. Arbeitsweise Sensor B Z F A V Signal zur Steuerung Wenn das Betätigungselement B in die empfindliche Zone Z des Sensors eintritt, wird das Fühlerelement F des Sensors beeinflusst. Abhängig von der physikalischen Größe verändert oder erzeugt das Fühlerelement ein elektrisches Signal. Das Anpasselement A wandelt das oft schwache elektrische Signal in die gewünschte Signalform z.B. Schalt-, Digital- oder Analogsignal um. Der Signalverstärker V liefert ein Ausgangssignal, welches es ermöglicht auch größere Entfernungen bis zur Steuerung ohne Signalverlust zu überbrücken 7.2.2. Anschluss von Annäherungssensoren Annäherungssensoren benötigen für die integrierte Auswerteelektronik immer eine Hilfsspannung. Diese liegt in der Regel zwischen 24 und 30 VDC. Beispiele für den Anschluss: Anschluss eines Schaltsensors: Anschluss eines Analogsensors: Seite 29/64 Steuerungstechnik 7.2.3. Akustische Annäherungssensoren (Ultraschallsensoren) Akustische Annäherungssensoren eignen sich Kernelement ist ein piezokeramischer Sender zurückreflektierte Schallwellen reagiert, ist Erfassungsbereich (Winkel) zu beachten. Dies ist z.B. Rohren relevant. (siehe Beispielgrafik) für mittlere bis größere Entfernungen. und Empfänger. Da der Sensor auf bei diesen Sensoren der große vor allem bei schmalen langen Behältern Beispiel Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors: Quelle: PIL Sensoren GmbH 7.2.4. Kapazitive Annäherungssensoren Kapazitive Annäherungssensoren eignen sich zum Erkennen von Metallen und Nichtmetallen in kurzen Entfernungen. Dabei bildet die Luft vor dem Sensor das Dielktrikum. Tritt ein erkennbares Medium (auch verschiedene Flüssigkeiten, je nach Sensorempfindlichkeit) in die empfindliche Zone des Sensors ein, ändert sich die Kapazität und im Sensor beginnt ein Oszillator zu schwingen. Der Sensor gibt sein Signal aus. Auf Grund dieser Funktionsweise sind diese Sensoren extrem störanfällig bei Verschmutzung. Dies sollte auf alle Fälle in einem Wartungsplan beachtet werden. 7.2.5. Induktive Annäherungssensoren Induktive Annäherungssensoren eignen sich zum Erkennen von Metallen in kurzen Entfernungen. Der Sensor sendet dabei ein wechselndes Magnetfeld aus. Tritt ein Eisenoder Nichteisenmetall in dieses Magnetfeld ein, wird wie bei einem Trafo in diesem Metall eine Spannung induziert. Diese Induktionsspannung erzeugt nun wiederum ein Gegenmagnetfeld, welches vom Sensor erfasst wird. Nur in Sonderbauarten sind diese Sensoren magnetfeldfest gegen äußere Magnetfelder. Seite 30/64 Steuerungstechnik 7.2.6. Optische Annäherungssensoren Optische Annäherungssensoren eignen sich zum Erkennen von Gegenständen in großen Entfernungen. Sie arbeiten nach dem Lichtschranken- oder nach dem Reflexionsprinzip. Bei Lichtschranken liegen Lichtsender und Lichtempfänger meist einander gegenüber. Sie sind damit sehr sabotagesicher und für höchste Sicherheitsfunktionen geeignet. Sie finden auch großflächig als Lichtvorhänge und auch als Lichtgitter Anwendung. In einfachen Bauformen können aber auch Sender und Empfänger in einem Gehäuse untergebracht sein. Dann wird gegenüber ein passiver Reflektor montiert. Die Schaltung erfolgt, wenn der Lichtstrahl unterbrochen wird. Beim Reflexionsprinzip wird das Licht vom Gegenstand zurückgeworfen. Dunkle (schwarze) Gegenstände werden deshalb meist nicht erkannt, da nicht genug Licht zurückreflektiert wird. Außerdem sinkt die Erkennbarkeit von Gegenständen mit der Entfernung und der Farbe der Gegenstände. 7.2.7. Magnetfeldannäherungssensoren Magnetfeldannäherungssensoren eignen sich für hohe Betätigungsfrequenzen. Diese Sensoren reagieren auf externe Magnetfelder. Beim Einbau muss darauf geachtet werden, dass keine Störungen durch vorhandene Magnetfelder auftreten. Seite 31/64 Steuerungstechnik 8. Sicherheit elektrischer Anlagen Bevor die Steuerung für einen elektrische Anlage entwickelt wird, sollte über die Sicherheit der Anlage nachgedacht werden. Dabei sollte als erstes geprüft werden, welche Bestimmungen, Normen, Vorschriften, Gesetze und evtl. Genehmigungsverfahren eingehalten werden müssen. Einige der am häufigsten zu beachtenden Vorschriften und Gesetze: GSG (Gerätesicherheitsgesetz) MRL (Maschinenrichtlinie) UVV (Unfallverhütungsvorschriften der Berufsgenossenschaften) DIN-Normen DIN-VDE-Normen EN-Normen EMV-Gesetz (elektromagnetische Verträglichkeit) 8.1 Normenüberblick Die allgemeinen Rahmenbedingungen für das Errichten, in Verkehr bringen, Einführen und Betreiben von elektrischen Anlagen werden durch Gesetze geregelt. Als Hilfe in Detailfragen stehen die verschiedenen Normen (anerkannte Regeln der Technik) zur Verfügung. Für viele Spezialfälle stellen aber die Berufsgenossenschaften ergänzende Vorschriften, welche Gesetzkraft besitzen. Diese Vorschriften werden nach Auswertung von Unfällen erlassen und können sehr viel schneller umgesetzt werden, da sie national erlassen werden und damit keine langwierigen Einigungsverfahren durchlaufen müssen. Die Normen zur Sicherheit von Maschinen werden in drei Typen unterteilt: Typ A Typ B Sicherheitsgrundnormen (Grundbegriffe und allgemeine Aspekte) Sicherheitsgruppennormen (spezielle Sicherheitsaspekte) Typ C Maschinensicherheitsnormen bestimmte Maschinen (detaillierte Sicherheitsanforderungen für 8.2 Das Gerätesicherheitsgesetz Das Gerätesicherheitsgesetz (GSG) gilt für das in Verkehr bringen und Ausstellen von technischen Arbeitsmitteln. Nach dem GSG dürfen nur technische Arbeitsmittel in Verkehr gebracht werden, die den einschlägigen Sicherheitsvorschriften und den anerkannten Regeln der Technik entsprechen. Der Hersteller (auch Importeur) muss die Sicherheit zu bescheinigen. Im Gebiet der Europäischen Union muss z.B. für elektrische Geräte eine Konformitätserklärung ausgestellt werden. Mit dem CE-Zeichen bescheinigt der Hersteller die Konformität zu bestehenden Normen. Des weiteren ist es nach dem GSG zusätzlich möglich, die Sicherheit von Geräten durch spezielle Prüfstellen prüfen zu lassen und diese Prüfung mit dem GS-Zeichen zu bescheinigen. Seite 32/64 Steuerungstechnik 8.3 Die Maschinenrichtlinie (98/37/EG) Die Maschinenrichtlinie (98/37/EG) gilt für das in Verkehr bringen und in Betrieb nehmen von Maschinen in den Mitgliedstaaten der Europäischen Union. Laut Richtlinie wird eine Maschine definiert als: „- eine Gesamtheit von miteinander verbundenen Teilen oder Vorrichtungen, von denen mindestens eines beweglich ist, sowie gegebenenfalls von Betätigungsgeräten, Steuerund Energiekreisen usw., die für eine bestimmte Anwendung, wie die Verarbeitung, die Behandlung, die Fortbewegung und die Aufbereitung eines Werkstoffes zusammengefügt sind, - eine Gesamtheit von Maschinen, die, damit sie zusammenwirken, so angeordnet sind und betätigt werden, dass sie als Gesamtheit funktionieren, - eine auswechselbare Ausrüstung zur Änderung der Funktion einer Maschine, die nach dem in Verkehr bringen vom Bedienungspersonal selbst an einer Maschine oder einer Reihe verschiedener Maschinen bzw. an einer Zugmaschine anzubringen sind, sofern diese Ausrüstungen keine Ersatzteile oder Werkzeuge sind.“ Die Maschinenrichtlinie fordert, dass von einer Maschine über die komplette Lebensdauer keine Gefahr ausgeht. Dabei zählt auch die Zeit für das Errichten, den bestimmungsgemäßen Betrieb, die Wartung bis hin zur Demontage der Maschine. Der Hersteller der Maschine muss die Konformität mit einschlägigen Normen durch das Anbringen des CE-Zeichens bestätigen. 8.4 Risiko und Gefahrenbeurteilung Bei jeder Maschine besteht ein gewisses Risiko der Verletzung. Existiert für eine bestimmte Maschine oder Anlage keine Typ-C-Norm, muss entsprechend der Maschinenrichtlinie eine Risikobeurteilung durchgeführt werden. Dabei sind unter anderem folgende Normen anzuwenden: • EN 292 „Sicherheit von Maschinen – Grundbegriffe, allgemeine Gestaltungsleitsätze“ beschreibt die zu betrachtenden Risiken • EN 1050 „Sicherheit von Maschinen, Leitsätze zur Risikobeurteilung“ beschreibt die Risikobeurteilung Ziel der Risikobeurteilung ist es, zu ermitteln wie hoch das Risiko einer Maschine oder Anlage ist. In der Folge können dann Maßnahmen festgelegt werden, um das Risiko so weit zu mindern, dass nur noch ein vertretbares Restrisiko von der Maschine ausgeht. 8.4.1. Ermittlung der Grenzen der Maschine Zu Beginn jeder Gefahrenanalyse muss erst einmal der Gefahrenbereich festgestellt werden. Je nachdem welche Bewegungen eine Maschine ausführt, kann dieser Bereich variieren. Seite 33/64 Steuerungstechnik 8.4.2. Risikobeurteilung Die Norm EN 1050 beschreibt Wege der Risikobeurteilung und empfiehlt Arbeitsmethoden hierzu. Die Norm EN 954-1 beschreibt Eigenschaften von Sicherheitsfunktionen und Gestaltungsgrundsätze von sicherheitsbezogenen Teilen einer Steuerung. Für die Auswahl der notwendeigen Sicherheitsfunktionen beschreibt diese Norm in einer graphischen Form eine Risikoanalyse. 8.4.2.1. Risikograph nach EN 954-1 Die Norm EN 954-1 teilt die notwendigen Sicherheitsanforderungen in Kategorien ein. Die untenstehende Grafik zeigt das Auswahlverfahren. Kategorie B 1 2 3 4 S1 P1 Start F1 S2 P2 P1 F2 P2 S Schwere der Verletzung S1 leichte Verletzung S2 schwere irreversible Verletzung oder Tod Bevorzugte Kategorie für Bezugspunkte F Häufigkeit und Aufenthaltsdauer im Gefahrenbereich F1 selten und/oder kurze Dauer F2 häufig bis dauernd überdimmensionierte Maßnahme in Bezug auf das (ermittelte) Risiko P Möglichkeit zur Vermeidung der Gefährdung P1 möglich unter bestimmten Umständen P2 kaum möglich Seite 34/64 mögliche Kategorie, zusätzliche Maßnahmen erforderlich Steuerungstechnik 8.4.2.2. Sicherheitskategorien nach EN 954-1 Die Sicherheitskategorien nach DIN EN 954-1 beschreiben ein Mindestmaß anzuwendender Sicherheit und in wie weit eine Überwachung notwendig wird. Kategorie B : Kategorie 1 : Kategorie 2 : Kategorie 3 : Kategorie 4 : Die sicherheitsbezogenen Teile von Maschinensteuerungen und/oder ihre Schutzeinrichtungen als auch ihre Bauteile müssen in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik so gestaltet, ausgewählt, zusammengestellt und kombiniert werden, dass sie den zu erwartenden Einflüssen standhalten können. Die Anforderungen von Kategorie B müssen erfüllt sein. Verwendung von sicherheitstechnisch bewährten Bauteilen. Die Anforderungen von Kategorie B bei Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Die Sicherheitsfunktionen müssen in geeigneten Zeitabständen durch die Maschinensteuerung geprüft werden. Anmerkung: was geeignet ist, hängt von der Anwendung und der Art der Maschine ab. Die Anforderungen von Kategorie B bei Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Die Steuerungen müssen so gestaltet sein, dass: ein einzelner Fehler in der Steuerung nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion(en) führt und wenn immer in angemessener Weise durchführbar, der einzelne Fehler mit geeigneten, dem Stand der Technik entsprechenden Mitteln erkannt wird. Die Anforderungen von Kategorie B und die Verwendung bewährter Sicherheitsprinzipien müssen erfüllt sein. Eine Steuerungen muss so gestaltet sein, dass: ein einzelner Fehler in der Steuerung nicht zum Verlust der Sicherheitsfunktion(en) führt und wenn immer möglich, ein einzelner Fehler bei oder vor Anforderung der Sicherheitsfunktion erkannt wird oder wenn dies nicht möglich ist, dann eine Anhäufung von Fehlern nicht zu einem Verlust der Sicherheitsfunktion(en) führt. 8.5. Grundausstattung von Maschinen nach DIN VDE 0113-1 (EN 60204-1) 8.5.1. Netzanschluss und Einrichtungen zum Trennen Maschinen sollten möglichst an eine einzige Energieversorgung angeschlossen werden. Der Anschluss sollte dabei immer möglichst fest erfolgen. In der Nähe der Außenleiteranschlussklemme ist ein Anschluss an das externe Schutzleitersystem vorzusehen. Mindestquerschnitt des externen Schutzleiters aus Kupfer: Querschnitt der Außenleiter für den Netzanschluss S mm2 S ≤ 16 Querschnitt des externen Schutzleiters aus Kupfer S mm2 S 16 < S ≤ 35 16 S > 35 S/2 Seite 35/64 Steuerungstechnik An jeder Netzanschlussstelle muss die Klemme für den externen Schutzleiter durch Kennzeichnung mit den Buchstaben PE erkennbar sein (siehe IEC 60445), um Verwechslungen der Anschlusspunkte von Maschine und fester Installation zu vermeiden. Die anderen Klemmen für den Anschluss von Maschinenkomponenten oder Untereinheiten an das Schutzleitersystem der Maschine müssen entweder mit dem graphischen Symbol 60417-IEC-5019: oder mit den Buchstaben PE, wobei dem graphischen Symbol der Vorzug zu geben ist, oder mit der Zweifarben- Kombination GRÜN-GELB gekennzeichnet sein. Eine Netz-Trenneinrichtung muss vorgesehen werden: für jeden Netzanschluss einer Maschine; für die Versorgung zu einem Zuleitungssystem mit Schleifleitungen, Schleifringkörpern, Systemen für flexible Leitungen (aufgetrommelt, als Leitungsgirlande) für eine oder mehrere Maschinen; für jede Bordstromversorgung. Die Netztrenneinrichtung dient u.a. zum Freischalten der Maschine z.B. für Wartungsarbeiten. 8.5.1.1. Ausführung der Netztrenneinrichtung Im einfachsten Fall kann eine Netztrenneinrichtung als Stecker-Steckdosenkombination ausgeführt werden (zulässig bis 3kW Anschlussleistung). Weitere zulässige Trenneinrichtungen sind: Lasttrennschalter; Trennschalter (mit und ohne Sicherung); Leistungsschalter – geeignet zum Trennen. Quelle: Siemens Quelle: Moeller Bei den Schaltern muss die Ein- bzw. Ausstellung deutlich gekennzeichnet sein (durch Symbole „I“ und „O“) und sie müssen leicht zugänglich angebracht sein (Höhe 0,6 bis 1,9m, bevorzugt 1,7m) Seite 36/64 Steuerungstechnik 8.5.2. Schutz gegen elektrischen Schlag Die elektrische Ausrüstung von Maschinen muss so ausgelegt werden, dass Personen gegen direktes Berühren sowie bei indirektem Berühren gegen elektrischen Schlag geschützt sind. Dabei ist die DIN VDE 0100-410 anzuwenden. Abweichend von DIN VDE 0100-410 ist zu beachten: bei PELV-Stromkreisen darf die Spannung nicht größer sein als 25VAC effektiv bzw. 60VDC oberschwingungsfrei, wenn die Ausrüstung üblicherweise in trockenen Räumen verwendet wird und aktive Teile nicht großflächig vom menschlichen Körper berührt werden; in allen anderen Fällen darf die PELV 6VAC effektiv bzw. 15VDC oberschwingungsfrei nicht überschreiten. 8.5.3. Überlastschutz von Motoren Die elektrischen Antriebe über einer Bemessungsleistung von 0,5kW müssen gegen Überlast geschützt werden. 8.5.4. Schutz bei Unterbrechung der Versorgung oder Spannungseinbruch und Spannungswiederkehr Wenn durch einen Spannungseinbruch oder eine Unterbrechung der Versorgung ein gefährlicher Zustand der Maschine entstehen kann, ist ein Unterspannungsschutz vorzusehen. Wird damit die Maschine abgeschaltet, darf diese nicht selbständig wieder anlaufen. Die Wirksamkeit von Stopfunktionen darf durch Unterspannungsschutz nicht beeinträchtigt werden. den Ein verzögerter Unterspannungsschutz darf vorgesehen werden, wenn der Betrieb einer Maschine eine Spannungsunterbrechung oder einen kurzen Spannungseinbruch erlaubt 8.5.5. Potentialausgleich Quelle: Siemens Grundsätzlich werden alle Konstruktionsteile und metallischen Gehäuse in den Potentialausgleich einbezogen. Eine durchgehende Verbindung des Potentialausgleichs und der Schutzleiter muss gewährleistet bleiben. In Steuerstromkreisen ist eine Funktionserdung durchzuführen. Durch diese soll die Folge eines Isolationsfehlers sowie die Folgen von Störsignalen auf empfindliche Teile von Steuerungen minimiert werden. Anschlussstellen für die Schutzleiter durch das Symbol zu kennzeichnen. Seite 37/64 Steuerungstechnik 8.5.6. Steuerstromkreise Steuerstromkreise von Maschinen müssen von Steuertransformatoren versorgt werden. Diese Transformatoren müssen über getrennte Wicklungen verfügen. Werden Gleichspannungsstromkreise an das Schutzleitersystem angeschlossen, müssen diese über eine getrennte Wicklung des Trafos oder einen anderen Trafo versorgt werden. Nicht vorgeschrieben sind Steuertransformatoren für Maschinen mit nur einem einzigen Motor und höchstens zwei Steuergeräten (z.B. Start-/StopBedienstation; Verriegelungseinrichtung). Quelle: Siemens 8.5.6.1. Steuerspannungen Wird die Steuerspannung von einem Transformator gespeist, darf diese 277V nicht übersteigen. Steuerstromkreise sind gegen Überstrom zu schützen (F1). Überstromschutzeinrichtungen sind so auszuwählen, dass die Bauteile von Steuerstromkreisen geschützt werden und ein Verkleben oder Verschweißen von Kontakten durch Fehler verhindert wird. 8.5.6.2. Auswahl von Steuertrafos nach der zu versorgenden Leistung Bei der Auswahl eines Steuertrafos muss die anzuschließende Leistung im Steuerstromkreis ermittelt werden. Mit folgender Näherungsformel lässt sich die Scheinleistung des Steuertrafos ermitteln: S Tr ≈ g ⋅ ( ∑ S H + S A max + ∑ PL ) STr : Transformatorbauleistung in VA ∑ SH : Summe der Halteleistung der Schützantriebe ohne Berücksichtigung des größten Schützes in VA S A max : Einschaltleistung des größten Schützes ∑P L g: : Summe der Meldeleuchten usw. in W Gleichzeitigkeitsfaktor Quelle: Moeller Seite 38/64 Steuerungstechnik 8.5.6.3. Auswahl der Sekundärabsicherung Für die Auswahl der maximalen sekundärseitigen Absicherung der Steuerstromkreise ist zusätzlich auch der Schutz durch automatisches Abschalten der Stromversorgung im Fehlerfall nach DIN VDE 0100-410 zu beachten. Der im Fehlerfall fließende Kurzschlussstrom lässt sich über die Kurzschlussspannung (uk) mit Hilfe der Formel Ikd = In ⋅ 100% uk berechnen. Ikd : In : uk : Dauerkurzschlussstrom Nennstrom sekundär Kurzschlussspannung 8.5.6.4. EMV im Steuerstromkreis Aus Gründen der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sollten Steuerstromkreise immer getrennt von Arbeitsstromkreisen verlegt werden, um Störungen durch große Schaltströme zu vermeiden. Ebenso sollte beachtet werden, dass Schleifen in den Stromkreisen empfindlich gegenüber Störungen sind und selbst auch zu Störsendern werden. EMV-günstige, getrennte Anordnung von Arbeits- und Steuerstromkreisen. EMV-ungünstige, Anordnung von Arbeitsund Steuerstromkreisen. Der Schutzleiter der Funktionserdung des Steuerstromkreises bildet eine große Schleife mit den Leitern des Steuerstromkreises. Der Schutzleiter der Funktionserdung des Steuerstromkreises ist nahe dem Steuerstromkreis gelegt. Außerdem können durch gemeinsame Verlegung von Steuer- und Arbeitsstromkreis Störungen eingekoppelt werden. Seite 39/64 Steuerungstechnik 8.5.7. Start- und Stopfunktionen Das Starten einer Maschine darf nur durch Erregen eines Stromkreises erfolgen. Stopfunktionen müssen gegenüber Startfunktionen vorrangig sein. Stopfunktionen werden in 3 Kategorien eingeteilt. Kategorie 0: Das Stillsetzen der Maschine erfolgt durch sofortiges Abschalten der Energie. (ungesteuertes Stillsetzen) Quelle: Moeller Kategorie 1: gesteuertes Stillsetzen; Dabei wird die Energie zu den Maschinenantriebselementen beibehalten, um das Stillsetzen zu erreichen. Erst wenn der Stillstand erreicht ist, wird die Energie abgeschaltet. Kategorie 2: ist ein gesteuertes Stillsetzen bei dem die Energie zu den Antriebselementen beibehalten wird. (elektronische Drehzahlreduzierung auf n=0) 8.5.7.1. Stillsetzen im Notfall Das Stillsetzen im Notfall muss gegenüber allen anderen Steuerungsfunktionen und Betätigungen Vorrang haben. Die Energie von gefahrbringenden Antriebselementen muss so schnell wie möglich (z.B. durch Notbremsen nach Kategorie 1) abgeschaltet werden. Die Auswahl der Stopkategorie hat durch die Risikobeurteilung zu erfolgen. Für die Stillsetzfunktion im Notfall nach Kategorie 0 dürfen nur festverdrahtete, elektromechanische Betriebsmittel verwendet werden. Findet die Stillsetzfunktion im Notfall nach Kategorie 1 Anwendung, muss das endgültige Abschalten der Energie durch elektromechanische Schaltglieder gewährleistet werden. Quelle: Moeller 8.5.7.2. Ausschalten im Notfall Quelle: Moeller Das Ausschalten im Notfall ist vorzusehen wo ein Schutz gegen direktes Berühren durch Abstand erreicht wird bzw. wenn die Möglichkeit anderer Gefährdungen oder Beschädigungen durch elektrische Energie besteht. Falls für eine Maschine ein Stop nach Kategorie 0 nicht zulässig ist, so sind andere Schutzfunktionen (z.B. gegen direktes Berühren) anzuwenden, so dass ein Ausschalten im Notfall nicht notwendig ist. Seite 40/64 Steuerungstechnik 8.5.7.2.1 Beispiele für das Ausschalten im Notfall Möglichkeit der Abschaltung für einfache Antriebe: Das Gerät zum Ausschalten im Notfall (Not-Aus-Taster) ist dabei immer zwangsöffnend. Bei einem Verkleben der Kontakte von K1M kommt es zu einem Verlust der Sicherheitsfunktion. Mit dieser Schaltung kann eine Maschinensicherheit nach Sicherheitskategorie 1 (nach EN 954-1) erreicht werden. Möglichkeit der Abschaltung, wenn mehrere Stromkreise unterbrochen werden müssen: Bei dieser Schaltung müssen die Schütze mit zwangsgeführten Kontakten ausgerüstet sein. Da bei Ausfall (z.B. Verkleben von Kontakten) eines Schützes die anderen Schütze die Sicherheitsfunktion (Freigabe) übernehmen, handelt es sich um ein redundantes System. Die Zuleitung zum Not-Aus-Taster muss geschützt verlegt werden, da ein Schluss in diesem Zweig einen Ausfall der Sicherheit bewirkt (einkanalige Ansteuerung). Seite 41/64 Steuerungstechnik Zweikanalige Ansteuerung: Bei einer zweikanaligen Ansteuerung müssen alle Sicherheitssysteme durch eine zweite Sicherheitsfunktion abgesichert sein. Im Beispiel werden Not-Aus-Taster mit zwei Öffnern verwendet. Öffnet ein Taster durch einen Fehler nicht mehr, wird durch den zweiten Kreis die Abschaltung übernommen. Ein erneutes Einschalten wird verhindert, da in einem Kreis die Schütze noch angezogen sind und durch die interne Schaltung des Sicherheitsrelais eine Überwachung erfolgt. Wird zusätzlich der Antrieb doppelt geschaltet und erfolgt eine Querschlussüberwachung, kann mit diesem System die Sicherheitskategorie 3 oder 4 erreicht werden (nach EN 954-1). Querschlussüberwachung: Ein Querschluss zwischen den beiden Not-Aus-Kreisen ist ein Kurzschluss zwischen den Ansteuerleitungen untereinander. Querschluss Sicherheits-Not-Aus Relais Bei einkanaligen Ansteuerungen kann solch ein Querschluss zum Ausfall der Sicherheitsfunktion führen. Die meisten Sicherheitsrelais bieten heute die Möglichkeit, Querschlüsse zu überwachen. Im Falle eines solchen Fehlers werden dann die Freigabekanäle abgeschaltet und ein erneutes Einschalten verhindert. Seite 42/64 Steuerungstechnik Stillsetzen im Notfall bei SPS-Geräten: Beim Einsatz von Speicherprogrammierbaren Steuerungen wird in der Regel das SPS-Gerät im Notfall nicht ausgeschaltet. Die Ausschaltfunktion wirkt in diesem Fall jeweils direkt auf die Gefahr bringenden Antriebe und wird separat zur Auswertung auf die SPS geführt. Im Anwenderprogramm muss dann ein automatisches wieder Anlaufen nach dem frei geben des Sicherheitsrelais verhindert werden. Auf Grund dieser programmabhängigen Sicherheit kann mit dieser Schaltung maximal die Sicherheitskategorie 2 (nach EN 954-1) erreicht werden. 8.5.7.3. Risikoverminderung Eine weitere Möglichkeit der Risikominimierung im Gefahrenfall ist ein automatisches Abschalten der Anlage oder von Teilen der Anlage. Eine weitere Erhöhung der Sicherheit kann durch Diversität erfolgen. Diversität bedeutet dass die Sicherheit nicht nur durch Redundanz erreicht wird, sondern dass die Redundanz durch zwei unterschiedliche Systeme erreicht wird. Beispiel: Quelle: Moeller Seite 43/64 funktionelle Kombination Schließer Gerätediversität durch Verwendung unterschiedlicher Gerätearten (hier unterschiedliche Hilfsschütztypen) Schutzeinrichtung offen Rückführkreis Schutzeinrichtung geschlossen Diversität durch von Öffner und Steuerungstechnik 8.5.8. Bediengeräte Bediengeräte sind so anzubringen, dass ein unbeabsichtigtes Bedienen verhindert wird, der Bediener beim Bedienen nicht in eine gefahrbringende Situation gebracht wird, diese leicht zu erreichen sind (für Bedienung und Montage) diese vor Beschädigung geschützt sind, diese vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Drucktaster müssen nach untenstehender Tabelle farblich gekennzeichnet sein: Farbe ROT GELB GRÜN BLAU WEISS GRAU Bedeutung Erklärung Anwendungsbeispiele Notfall bei gefahrbringendem Zustand oder im Notfall betätigen anormal bei einem anormalen Zustand betätigen normal betätigen, um übliche Zustände einzuleiten bei einem Zustand betätigen, der eine zwingende Handlung erfordert für allgemeine Einleitung von Funktionen außer Stillsetzen im Notfall Stillsetzen im Notfall Einleitung von Not-Funktionen (mit gelbem Untergrund), Aus Eingriff, um einen anormalen Zustand zu unterdrücken Eingriff, um einen unterbrochenen automatischen Ablauf wieder zu starten Start zwingend keine spezielle Bedeutung zugeordnet SCHWARZ Rückstellfunktion START/EIN (bevorzugt) STOP/AUS START/EIN STOP/AUS START/EIN STOP/AUS (bevorzugt) Bediengeräte für das Stillsetzen bzw. Ausschalten im Notfall müssen ROT sein, der Hintergrund unmittelbar dahinter muss GELB sein. 8.5.9. Anzeigeleuchten Anzeigeleuchten dienen zur Bestätigung eines Befehls oder Zustandes bzw. als Anzeige, dass eine bestimmte Aufgabe ausgeführt werden sollte. Farbe ROT GELB GRÜN BLAU WEISS Bedeutung Erklärung Anwendungsbeispiele Notfall gefahrbringender Zustand anormal anormaler Zustand; bevorstehender kritischer Zustand normaler Zustand Sofortige Handlung, um auf einen gefahrbringenden Zustand zu reagieren (z. B. durch Betätigung des Stillsetzens im Notfall) Überwachen und/oder Eingreifen (z. B. durch Wiederherstellen der vorgesehenen Funktion) optional normal zwingend neutral Anzeige eines Zustandes, der Handlung durch den Bediener erfordert andere Zustände; darf verwendet werden, wenn Zweifel über die Anwendung von ROT, GELB, GRÜN oder BLAU bestehen Seite 44/64 zwingende Handlung überwachen Steuerungstechnik 8.5.10. Kennzeichnung von Leitern Zur Identifizierung von Leitern dürfen nach EN 60204-1 folgende Farben verwendet werden: SCHWARZ, BRAUN, ROT, ORANGE, GELB, GRÜN, BLAU (einschließlich HELLBLAU), VIOLETT, GRAU, WEISS, ROSA, TÜRKIS. Die Farben GRÜN und GELB sollten nicht verwendet werden, wenn dies zu Verwechslung mit der Farbkombination GRÜN-GELB (Schutzleiter) führen kann. Identifizierung des Schutzleiters: Der Schutzleiter muss durch Anordnung, Form oder Farbe deutlich zu erkennen sein. Wird dieser farblich gekennzeichnet, muss er GRÜN-GELB gekennzeichnet sein. Identifizierung des Neutralleiters: Wird ein farblich gekennzeichneter Neutralleiter verwendet, muss dieser HELLBLAU gekennzeichnet sein. Identifizierung anderer Leiter: Andere Leiter müssen durch Beschriftung (Ziffern oder Buchstaben) oder durch Farbe gekennzeichnet sein. Als Leiterfarben werden empfohlen: SCHWARZ: Hauptstromkreise für Gleich- und für Wechselstrom, ROT: Steuerstromkreise für Wechselstrom, BLAU: Steuerstromkreise für Gleichstrom, ORANGE: Verriegelungsstromkreise, die von externen Stromquellen eingespeist werden. Seite 45/64 Steuerungstechnik Stichwortverzeichnis A H abfallverzögert ...................................................... 27 Annäherungssensoren ......................................... 29 akustische ........................................................ 30 induktive ........................................................... 30 kapazitive ......................................................... 30 optische ............................................................ 31 Anschlussplan ...................................................... 12 Ansteuerung einkanalig ......................................................... 41 zweikanalig....................................................... 42 Anzeigeleuchten ................................................... 44 anzugverzögert ..................................................... 27 Ausschalten im Notfall .......................................... 40 Halteleistung......................................................... 38 Hauptschaltglieder .................................................. 6 Hilfsschaltglieder .................................................... 6 Hilfsschütz ............................................................ 24 B Bimetall ........................................................... 19, 20 Bimetallrelais ........................................................ 20 C CE-Zeichen..................................................... 32, 33 D Dauerkurzschlussstrom ........................................ 39 Diazed-Sicherung ................................................. 15 Diversität............................................................... 43 Drucktaster ........................................................... 44 E einkanalige Ansteuerung ...................................... 41 EMV ...................................................................... 39 EMV-Gesetz ......................................................... 32 EN 1050.......................................................... 33, 34 EN 292.................................................................. 33 EN 60204-1 .......................................................... 35 EN 954-1 .............................................................. 34 F Farbkennzeichnung Anzeigeleuchten............................................... 44 Drucktaster ....................................................... 44 Folgesteuerung..................................................... 14 frei schalten .......................................................... 36 Freiauslösung ....................................................... 18 Freilaufdiode ......................................................... 26 Funktionsbeschreibung ........................................ 12 Funktionserdung ................................................... 37 G Gebrauchskategorien ........................................... 26 Gefahrenanalyse .................................................. 33 Gefahrenbereich ................................................... 33 Gerätebezeichnung ................................................ 7 Geräteliste ............................................................ 12 Gerätesicherheitsgesetz (GSG)............................ 32 Grundausstattung von Maschinen ........................ 35 I indirektes Berühren .............................................. 37 Induktiver Sensor ................................................. 30 K Kapazitiver Sensor ............................................... 30 Kennlinie Motorschutzrelais.................................. 22 Kennlinie Motorschutzschalter.............................. 20 Kennzeichnung el. Betriebsmittel................................................. 5 von Kontakten .................................................... 6 Klemmenbezeichnung ............................................ 7 Klemmenplan ....................................................... 12 Kontaktspiegel ...................................................... 11 Kontakttabelle ....................................................... 10 Kontaktverriegelung.............................................. 13 Kurzschluss .................................................... 16, 19 Kurzschlussspannung .......................................... 39 Kurzschlussstrom ................................................. 15 L Lastschütz ............................................................ 24 Lasttrennschalter .................................................. 36 Leistungsschalter ................................................. 36 Leitungsschutzschalter ......................................... 16 Auslösecharakteristik ....................................... 17 Lichtgitter .............................................................. 31 Lichtschranke ....................................................... 31 Löschglied ............................................................ 26 M Magnetspule ......................................................... 24 Maschinenrichtlinie (MRL) .............................. 32, 33 Motorschutz .......................................................... 17 Motorschutzrelais ................................................. 20 Kennlinie .......................................................... 22 Motorschutzschalter ....................................... 13, 17 Kennlinie .......................................................... 20 Motorvollschutz .................................................... 23 Motorwicklung ................................................ 18, 23 N Neozed-Sicherung ................................................ 15 Netzanschluss ...................................................... 36 Netztrenneinrichtung ............................................ 36 Neutralleiter .......................................................... 45 NH-Sicherung ....................................................... 15 Notfall Ausschalten ..................................................... 40 Stillsetzen......................................................... 40 Seite 46/64 Steuerungstechnik O Optischer Sensor .................................................. 31 P PELV .................................................................... 37 Planarten ................................................................ 8 Positionsschalter .................................................. 28 Potentialausgleich ................................................ 37 Stillsetzen ............................................................. 40 Kategorien........................................................ 40 Stillsetzen im Notfall ............................................. 40 Stromlaufplan ....................................................... 10 Strompfad ............................................................. 10 Stromverteilungspunkt .......................................... 13 Stromweg ............................................................. 10 T Querschlussüberwachung .................................... 42 Tasterverriegelung................................................ 14 Thermistor ............................................................ 23 Transformatorbauleistung..................................... 38 Trennschalter ....................................................... 36 R Ü RC-Beschaltung ................................................... 26 redundant ............................................................. 41 Risiko .................................................................... 33 Risikobeurteilung .................................................. 34 Risikograph........................................................... 34 Risikokategorie ..................................................... 34 rückfallverzögert ................................................... 27 Überlast ................................................................ 37 Überlastschutzschutz ........................................... 15 Übersichtsschaltplan .............................................. 8 Überstrom............................................................. 16 Überstromschutzeinrichtung ................................. 38 Überwachung ....................................................... 35 Q U S Schaltkontakte ...................................................... 24 Schaltplan ............................................................... 7 Schaltzeichen ..................................................... 4, 7 Schmelzsicherung ................................................ 15 Aufbau .............................................................. 15 Auslöseverhalten .............................................. 16 Gebrauchsklassen ........................................... 15 Schütz................................................................... 24 Schutzeinrichtung ................................................. 35 Schützkontakte ....................................................... 7 Schutzleiter ............................................... 36, 37, 45 Sekundärabsicherung ........................................... 39 Selbsthaltung ........................................................ 13 Sicherheitskategorie ............................................. 35 Sicherheitsrelais ................................................... 24 Sicherung Diazed .............................................................. 15 Neozed ............................................................. 15 NH .................................................................... 15 sekundär .......................................................... 39 Spiegelkontakt ...................................................... 25 SPS ...................................................................... 43 Steuerstromkreis .................................................. 38 Steuertransformator.............................................. 38 Ultraschallsensor .................................................. 30 Unfallverhütungsvorschrift .................................... 32 Unterspannung ..................................................... 23 Unterspannungsschutz ......................................... 37 V Varistor ................................................................. 26 Verriegelungsstromkreis ....................................... 45 W Wiedereinschaltsperre .......................................... 21 Wirkschaltplan ........................................................ 9 Z Zeitrelais ......................................................... 24, 27 abfallverzögert ................................................. 27 anzugverzögert ................................................ 27 Zwangsführung ..................................................... 25 zwangsgeführt ...................................................... 28 zwangsöffnend ............................................... 28, 41 Zwangsverdrahtung .............................................. 14 zweikanalige Ansteuerung.................................... 42 Seite 47/64 Anhang A Schaltungsbeispiele Beispiel für den Anschluss einer Speicherprogrammierbaren Steuerung 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 Anhang B Prüfprotokolle Beispiel 64
