Koppelrelais-Module Hohe Anlagenverfügbarkeit trotz Störsignalen auf langen Steuerleitungen

Relais, die zur Anlagensteuerung eingesetzt werden, müssen absolut zuverlässig schalten und abfallen. In langen Steuerleitungen kann es zum Einkoppeln von Störspannungen und damit zu Leckströmen kommen, die das ordnungsgemäße Abfallen der Relais verhindern. Am Beispiel der Steuerrelais eines Ziegelei-Ofens zeigen wir, wie sich dies verhindern lässt.

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In den großflächigen Anlagen des Ziegelei-Anlagenherstellers Keller H.C.W. GmbH kommen extrem lange Steuerleitungen zum Einsatz. Dabei können sich leicht Störsignale einkoppeln. Um dies zu vermeiden, setzt Keller zur Statusüberwachung der Brenner spezielle Relaismodule von Phoenix Contact ein.

Lange Wege durch den Tunnelofen

In einer Ziegelei wird das Rohmaterial Ton zunächst zerkleinert und dann zu Mauer-, Dach- oder Hohlkörperziegel geformt. Die so genannten Formlinge werden anschließend in Tunnelöfen gebrannt. Die fertigen Ziegel werden verpackt und über Zwischenhändler auf die Baustellen geliefert und verbaut.

Die fertig geformten und vorgetrockneten Ziegel durchlaufen auf speziellen Wagen einen Tunnelofen. Bis zu 350 Gasbrenner säumen den bis zu 200 m langen Ofen entlang der Decke und je nach Ziegelerzeugnis auch an den Seitenwänden. Dabei werden die Ziegel in verschiedenen Temperaturzonen langsam auf die Garbrandtemperatur von bis zu 1200 °C gebracht. Nach dem Brennen muss der Abkühlvorgang ähnlich verzögert ablaufen wie der Aufheizvorgang, um Schäden und Kleinstrisse in den Ziegeln zu vermeiden. Ein Ziegel benötigt bis zu 40 Stunden, um den Tunnelofen zu durchlaufen, die Produktionskapazität liegt bei bis zu 25 Tonnen pro Stunde.

Die Gasbrenner werden in Baugruppen von je 15 Stück zusammengefasst. Jede Gruppe hat eine autarke Zünd- und Flammenüberwachung. Über hochpolige Leitungen gelangen die Statussignale der Steuerungen über weite Entfernungen zur zentralen Tunnelofen-Steuerung.

Gefahr durch induzierte Störspannungen

Die Leitungen dieser Anlagen sind bis zu 250 m lang – mit Hin- und Rückleiter bis zu 500 m. „Im täglichen Betrieb können hier leicht Störspannungen von bis zu 100 V einkoppeln“, sagt Dipl.-Ing. Peter Overmeyer, der für die Elektrokonstruktion bei Keller verantwortlich ist. Die induzierte Störspannung treibt einen Leckstrom von einigen mA durch die Relaisspule. Meist ist der Leckstrom nicht so hoch, dass er das Relais aus eigener Kraft erregen kann. Allerdings kann die Energie so groß sein, dass ein Relais nicht zuverlässig abfällt, obwohl ein Null-Signal am SPS-Ausgang anliegt. Das Problem tritt nur in Wechselstromkreisen auf.

Laut der Relais-Norm IEC 61810-1 gilt für Relais mit Gleichspannungsspule eine minimale Rückfallspannung von 5%, für Wechselspannungsrelais eine minimale Rückfallspannung von 15% der Nennspannung. Ein Relais mit einer Nennspannung von 230 VAC muss demzufolge bei einer Eingangs- oder auch Störspannung von bis zu 34,5 V sicher abfallen.

Spezialrelais lösen das Problem

Damit der Betrieb derartiger Applikationen nicht beeinträchtigt wird, hat Phoenix Contact Relaismodule entwickelt, die auch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Diese Relaismodule aus der Baureihe PLC-Interface gibt es in unterschiedlichen Ausführungen für unterschiedliche Applikationen. Bei Keller kommt das Relaismodul PLC-BSC-230UC/21/SO46 zum Einsatz. Durch eine spezielle Filterschaltung im Eingangskreis der Grundklemme wird die Rückfallspannung im Relaismodul auf einen höheren Spannungswert angehoben. Während ein normales 230-VAC-Relais eine minimale Rückfallspannung von 34,5 V hat, hat dieses PLC-Relaismodul eine Rückfallspannung von 80 VAC. Das entspricht einer 2,3-fach höheren Rückfallspannung – Störspannungen bis zu 80 V haben keinen negativen Einfluss auf die Funktion des Relais.

Da sich die steckbaren PLC-Relais nach Erreichen der Verschleißgrenze schnell und ohne Lösen der Verdrahtung auswechseln lassen, reduzieren sich der Wartungsaufwand sowie teure Stillstandszeiten der Anlage auf ein Minimum. Durch den Einsatz von farbigen Steckbrücken lassen sich gleiche Potenziale schnell und einfach verbinden. Die Baubreite von nur 6,2 mm pro Kanal spart zudem Platz im Schaltschrank.

Viele Keller-Anlagen gehen in den Export, zur Zeit sind Ziegeleien in Russland wichtige Abnehmer. Mit dem Anstieg des Exportanteils werden neben den technischen Funktionen auch die weltweite Verfügbarkeit der Module und Ersatz-Relais für Wartungszwecke immer wichtiger.

*Andreas Wöhrmeier ist Mitarbeiter in der Business Unit Interface der Phoenix Contact Electronics GmbH

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