Не кожен сигнал між контролером і польовим пристроєм придатний для безпосереднього підключення. Може знадобитися перетворення або гальванічна розв’язка вимірювального сигналу, підсилення цифрового виходу, надійна комутація навантаження чи керування напрямком обертання та захистом двигуна. Інтерфейсна техніка та комутаційні пристрої Phoenix Contact охоплюють окремі сімейства виробів для цих завдань: нормалізатори сигналів, електромеханічні й твердотільні реле, реле контролю та часу, логічні й комунікаційні модулі, а також рішення CONTACTRON для комутації двигунів.
Правильний вибір не можна зробити лише за вхідною напругою або струмом контактів. Потрібно комплексно оцінити тип сигналу — аналоговий чи цифровий, необхідну гальванічну розв’язку, частоту комутації, тип навантаження, пусковий струм, поведінку в разі відмови, цільові вимоги функціональної безпеки та умови всередині шафи. Цей каталог-посібник пояснює, для яких завдань доцільно застосовувати відповідні сімейства виробів; наведені числові значення стосуються лише зазначеного виробу або офіційного сімейства виробів Phoenix Contact. Остаточний код замовлення потрібно перевірити за актуальним технічним паспортом, документами про відповідність та оцінкою ризиків застосування.
Яке призначення інтерфейсного рівня?
У шафі автоматизації інтерфейсний рівень забезпечує надходження польового сигналу до системи керування у прийнятному вигляді та безпечне виконання команди контролера на стороні навантаження. В аналоговому вимірювальному колі зазвичай потрібно узгодити різні рівні сигналів, зменшити вплив різниці потенціалів заземлення та зберегти придатність вимірювань в умовах завад. На стороні цифрового виходу основними завданнями є комутація навантаження, яким канал PLC не може керувати безпосередньо, забезпечення гальванічної розв’язки або створення релейного інтерфейсу, який можна замінити під час технічного обслуговування.
Об’єднання цих завдань під одним загальним визначенням «реле» може призвести до помилки проєктування. Аналоговий вимірювальний перетворювач, електромеханічний контакт, твердотільний вихід і пускач двигуна мають різні принципи роботи та поведінку в разі відмови. Зношування контактів, струм витоку, мінімальне навантаження, час відгуку, частота комутації, захист від короткого замикання й теплове навантаження залежать від типу виробу. Тому під час складання переліку сигналів потрібно зазначати не лише кількість каналів, а й електричні характеристики та функціональне призначення кожного каналу.
MINI Analog Pro та MACX Analog для аналогових сигналів
Phoenix Contact позиціонує нормалізатори сигналів і вимірювальні перетворювачі як інтерфейси між польовими пристроями та контролером, що ізолюють, перетворюють, фільтрують і підсилюють сигнали. Сімейство MINI Analog Pro розглядають для обмеженого простору в шафі та різних стандартних, Ex-застосувань і застосувань безпеки; сімейство MACX Analog — для стандартних або технологічних застосувань, що потребують широкого вибору функцій і допусків. Згадка Ex або SIL на рівні сімейства не означає, що кожен код замовлення має однаковий допуск. Для вибухонебезпечної зони, контуру безпеки або морського проєкту потрібно окремо перевірити сертифікат конкретного вибраного виробу.
Під час вибору аналогового інтерфейсу спочатку визначають діапазони входу й виходу. Наприклад, струмовий сигнал 4–20 mA від польового пристрою можна перетворити на діапазон, який підтримує плата керування; біполярний сигнал напруги можна перетворити на інший діапазон напруги або струму. Далі розглядають потребу у дво- або тристоронній гальванічній розв’язці, активному чи пасивному виході, спосіб живлення, необхідну точність передавання, час відгуку й температуру довкілля. Спільне живлення через з’єднувач DIN-рейки може зменшити кількість окремих перемичок живлення в багатоканальних шафах; однак кількість модулів, які можна підключити, потрібно розраховувати за споживанням струму виробами.
Конкретний приклад виробу: MACX MCR-UI-UI-NC
MACX MCR-UI-UI-NC з артикулом 2811446 — одноканальний розділювальний підсилювач із тристоронньою гальванічною розв’язкою, що налаштовується DIP-перемикачем. На сторінці виробу Phoenix Contact зазначено можливість налаштування понад 1.600 перетворень сигналу, стандартне налаштування з входу 0–10 V на вихід 0–20 mA та наявність гальванічної розв’язки між входом і виходом. Номінальна напруга живлення пристрою становить 12–24 V DC, а допустимий діапазон живлення — 9,6–30 V DC. Ці дані стосуються саме цього коду замовлення, а не всіх виробів MACX.
Для цього самого виробу граничну частоту 10 kHz можна перемкнути на 30 Hz; виробник наводить типовий час відгуку на ступінчастий сигнал 35 µs за налаштування 10 kHz і 11 ms за налаштування 30 Hz. Опубліковано максимальну похибку передавання 0,1 відсотка від кінцевого значення діапазону, загальну ширину 12,5 mm та робочу температуру від −20 до +70 °C для використання на висоті до 2.000 метрів. Сторінка виробу також містить відомості про SIL 2 згідно з IEC 61508. Водночас відповідність SIL, зазначена для окремого пристрою, не утворює завершеної функції безпеки; архітектуру контуру безпеки, діагностичне покриття, інтенсивність відмов та умови експлуатації потрібно окремо врахувати в розрахунку системи.
Релейний інтерфейс між контролером і польовими пристроями з PLC-INTERFACE
PLC-INTERFACE — компактна релейна система для комутації, ізоляції та підсилення сигналів між контролером і системними I/O або польовими навантаженнями. У цьому сімействі Phoenix Contact пропонує електромеханічні й твердотільні релейні модулі, вхідні та вихідні функції, спеціальні конфігурації контактів і приладдя. Модульна віддалена релейна система може підключати клеми PLC-INTERFACE до мереж PROFINET, EtherNet/IP і Modbus/TCP; на офіційній сторінці виробу для максимальної конфігурації зазначено 56 каналів I/O. Ця місткість є обмеженням відповідного шлюзу та архітектури розширення; її не можна приписувати кожному окремому модулю PLC-INTERFACE.
У релейному інтерфейсі напругу котушки або входу узгоджують із виходом PLC, а контактну сторону — з фактичним навантаженням. Максимальне значення, зазначене для активного навантаження, не можна безпосередньо застосовувати до індуктивного клапана, котушки контактора або ємнісного входу. Потрібно перевірити коло придушення перенапруг для котушок DC, відповідну категорію застосування для навантажень AC і DC, електричну зносостійкість за частої комутації та тепловий вплив сусідніх модулів. Вставна конструкція може полегшити технічне обслуговування; проте під час заміни необхідно використовувати той самий матеріал контактів і виконання котушки.
Конкретний приклад виробу: PLC-RSC-24DC/1/MS/ACT
PLC-RSC-24DC/1/MS/ACT з артикулом 2909661 — модуль PLC-INTERFACE із входом 24 V DC, гвинтовим підключенням і вставним мініатюрним реле з ручним керуванням. На сторінці конкретного виробу зазначено один нормально розімкнений контакт, граничний тривалий струм 6 A, ширину 6,2 mm та робочу температуру від −40 до +60 °C. Виробник також наводить діапазон вхідної напруги 18,5–33,6 V DC за 20 °C, типовий час спрацьовування 5 ms і час відпускання 8 ms. Ці значення не слід переносити на інші виконання котушок, контактів або підключення сімейства PLC-RSC.
Хоча для виробу наведено максимальну комутовану напругу 250 V AC/DC, на сторінці пояснено, що за певних умов напруги між сусідніми модулями потрібна розділювальна пластина. Значення потужності для активного навантаження та категорій застосування AC-15/DC-13 також відрізняються. Цей приклад показує, чому в таблиці вибору недостатньо написати лише «реле 6 A»: потрібно спільно перевірити напругу навантаження, вид струму, категорію застосування, пусковий струм, частоту комутації, запобіжник і розташування сусідніх каналів.
Електромеханічне чи твердотільне реле?
Електромеханічне реле виконує комутацію фізичним контактом і забезпечує гальванічне розділення за розімкненого контакту. Завдяки різним конфігураціям контактів і варіантам навантажень AC/DC воно є гнучким рішенням для застосувань загального призначення; однак електрична зносостійкість контактів залежить від фактичного навантаження та частоти комутації. Твердотільне реле не використовує рухомих контактів, тому має переваги для швидкої та високочастотної комутації. Проте падіння напруги у ввімкненому стані, струм витоку у вимкненому стані, теплові втрати та обмеження щодо напрямку струму або типу навантаження потрібно перевіряти для конкретного виробу.
Під час вибору загальних формулювань на кшталт «не потребує технічного обслуговування» або «довговічне» недостатньо. Котушка клапана, сигнальна лампа, нагрівальний елемент, котушка контактора й електронний вхід мають різні характеристики навантаження. Струм витоку твердотільного виходу може утримувати чутливий вхід у неправильному стані, а надто малий струм через електромеханічний контакт — погіршити надійність контактування. Не слід ухвалювати рішення лише за номінальним струмом без оцінки характеристичних кривих виробника, кидка струму навантаження та елемента придушення перенапруг.
Коли застосовують реле контролю та часу?
Реле контролю EMD призначені для незалежного контролю таких параметрів, як підвищена або знижена напруга, підвищений або знижений струм, обрив фази, послідовність фаз, асиметрія фаз, коефіцієнт потужності, активна потужність, температура обмотки двигуна та рівень заповнення. Ці пристрої можна розглядати, якщо потрібно контролювати просту умову незалежно від програмного забезпечення PLC, передавати сигнал несправності до системи керування через сухий контакт або вимикати певну ділянку. Набір параметрів в одному пристрої та діапазон налаштування порогів залежать від коду замовлення.
Наприклад, EMD-BL-PTC з артикулом 2906252 призначене для контролю температури обмотки двигуна за допомогою щонайбільше шести PTC відповідно до DIN 44081 і DIN 44082, а також для контролю короткого замикання в колі термісторів. Цей виріб не є універсальним регулятором температури; потрібно перевірити підключення ланцюга PTC і схему розміщення датчиків виробника двигуна. Реле часу можуть виконувати прості часові функції, як-от затримка ввімкнення, затримка відпускання, формування імпульсу або циклічна робота. Phoenix Contact зазначає, що асортимент охоплює завдання часового керування від кількох мілісекунд до кількох днів; фактичний діапазон і функції потрібно брати з технічного паспорта вибраного реле часу.
Комутація та захист двигунів із CONTACTRON
Група виробів CONTACTRON містить окремі рішення для прямого або реверсивного пуску трифазних двигунів AC, комутації та реверсування двигунів DC, різних завдань регулювання швидкості й розгону/гальмування, а також захисту навантажень у сучасних мережах DC. Гібридні пускачі двигунів поєднують напівпровідниковий та електромеханічний принципи комутації. Офіційна сторінка сімейства позиціонує автономні гібридні пускачі для комутації та реверсування асинхронних двигунів потужністю від 50 W до 3 kW; ширину 22,5 mm, регульований захист двигуна до 9 A та функції безпечного зупинення SIL 3/PL e у певних виконаннях наведено як варіанти в межах сімейства.
Для всіх значень потужності в цьому діапазоні не використовується один і той самий код виробу. Вибір визначають струм двигуна за паспортною табличкою, напруга мережі, потреба в реверсуванні, тривалість пуску, цикл комутації, тип координації, захист від короткого замикання та функція безпеки. У мережевих варіантах може бути доступне передавання параметрів і діагностичних даних через IFS або IO-Link; підтримуваний спосіб зв’язку потрібно перевіряти для вибраного варіанта та шлюзу. Функцію аварійного зупинення також підтверджують не лише наявністю пристрою, а й оцінкою ризиків машини та перевіркою всього ланцюга безпеки.
Порівняйте сімейства виробів за завданнями
| Завдання застосування | Сімейство Phoenix Contact для розгляду | Дані, що визначають вибір |
|---|---|---|
| Ізоляція або перетворення аналогового вимірювального сигналу | MINI Analog Pro або MACX Analog | Діапазон входу/виходу, ізоляція, точність, відгук, Ex/SIL і живлення |
| Розв’язка виходу PLC від навантаження | PLC-INTERFACE або RIFLINE complete | Напруга котушки, конфігурація контактів, категорія навантаження, струм, можливість заміни |
| Високочастотна комутація | Відповідний твердотільний релейний модуль | AC/DC і напрямок струму, струм витоку, падіння напруги, теплові втрати та частота |
| Контроль стану мережі або двигуна | Реле контролю EMD | Вимірюваний параметр, поріг, затримка, вихідний контакт і живлення |
| Створення простої часової послідовності | Відповідне реле часу | Функція, часовий діапазон, точність налаштування та навантаження контактів |
| Пуск, реверсування та захист двигуна | Пускач двигуна CONTACTRON | Тип двигуна, потужність і струм, напрямок обертання, пуск, захист, зв’язок і безпека |
Деталі, які слід врахувати під час проєктування шафи
Під час розміщення інтерфейсних пристроїв на DIN-рейці не слід обмежуватися розрахунком загальної ширини. Відстань до кабельного каналу, простір для заміни з’єднувачів або реле, розділювальні пластини, температурне зниження допустимого навантаження за монтажу впритул і циркуляцію повітря слід оцінювати з урахуванням інструкцій виробника. Спільні перемички можуть прискорити монтаж; однак необхідно запровадити стандарт колірного позначення, розділення та маркування, який запобігає випадковому з’єднанню різних потенціалів перемичками. У межах одного проєкту має бути забезпечена простежуваність номера каналу, адреси PLC, позначення польового пристрою та функції виробу.
У проєкті з вимогами до функціональної безпеки або вибухозахисту опис сімейства виробів не є доказом відповідності проєктного рішення. До технічного досьє необхідно додати сертифікат для повного коду замовлення, настанову з безпеки, обмеження застосування та актуальну редакцію документації. Значення SIL або PL не означає, що сам пристрій забезпечує машині цей рівень. Так само схвалення Ex не можна вважати чинним без дотримання вимог до способу підключення, зони, групи газів, температурного класу та умов розміщення в оболонці.
Інформація, необхідна для підготовки пропозиції та проєктування
- Вхідний сигнал, вихідний сигнал, номінальне значення та допустима похибка для кожного каналу
- Діапазон входу/виходу, активне або пасивне виконання, гальванічна розв’язка та вимоги до швидкодії аналогових каналів
- Напруга PLC, напруга навантаження, тип AC/DC і фактичний характер навантаження дискретних каналів
- Конфігурація контактів, мінімальне та максимальне навантаження, пусковий струм і кількість комутацій за годину
- Обґрунтування вибору електромеханічного або твердотільного виконання з погляду технічного обслуговування, швидкодії, струму витоку та тепловиділення
- Контрольовані параметри напруги, струму, фаз, температури або часу, а також порогове значення та затримка
- Дані заводської таблички двигуна, потужність, струм, напруга мережі, реверсування та профіль пуску
- Необхідний цільовий рівень SIL, PL або вимоги Ex та оцінка ризиків для конкретного застосування
- Температура в шафі, висота встановлення, вібрація, ступінь забруднення та вимоги до сертифікації
- Технологія підключення, спільне живлення, з’єднання перемичками, маркування та стандарт запасних частин
Перелік інтерфейсів, підготовлений на основі цих даних, перетворює вибір виробу з перегляду каталогу на рішення із системної інженерії. Oskon може визначити сімейство виробів Phoenix Contact і повний код замовлення, проаналізувавши весь ланцюг — від польового сигналу до каналу PLC, від керувального виходу до фактичного навантаження. Перед введенням в експлуатацію необхідно задокументувати схему підключення, захисні елементи, значення моментів затягування, функціональні випробування та, за потреби, валідацію безпеки.
