Steuerungstechnik - Hillebrand Elektrotechnik Aus

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
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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
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Steuerungstechnik
1. Schaltzeichen
1.1. Schaltzeichen nach DIN EN 60617
Quelle: WESTERMANN Tabellenbücher
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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
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Steuerungstechnik
1.3. Kennzeichnung von Kontakten
1.3.1. Hilfsschaltglieder
1.3.2. Hauptschaltglieder
I>
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I>
I>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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
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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.
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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
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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:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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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)
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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.
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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
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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.
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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.
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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).
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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
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Anhang A Schaltungsbeispiele
Beispiel für den Anschluss einer Speicherprogrammierbaren Steuerung
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Anhang B Prüfprotokolle
Beispiel
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