Press Image NRG Array with heater Profinet 70Proz RGB

Die industrielle Automation unterliegt derzeit einer digitalen Transformation. Reichten vor nicht allzu langer Zeit wenige Werte um einen Prozess oder Zustand zu beurteilen, so müssen heutzutage eine Vielzahl von Daten erfasst und verarbeitet werden.

Erst leistungsfähige Steuerungen und moderne Feldbussysteme machen dies überhaupt möglich und erhöhen damit die Anforderungen an vermeintlich einfache Geräte wie z.B. Halbleiterrelais oder Thyristorsteller. In vielen Prozessen spielen diese Geräte zwar schon jetzt eine zentrale Rolle, sind aber nur mit hohen Aufwand mit modernen Steuerungen vernetzbar.
Ein großer Bereich sind Infrarot- oder UV-Heizungen, die immer häufiger in Fertigungsprozessen in der Industrie eingesetzt werden. So kommen z. B. moderne Lacktrocknungsprozesse in den Verpackungsmaschinen nicht mehr ohne gezielte Erwärmung oder Aushärtung durch Infrarotstrahler aus.
Lassen sich die Regelungsfunktionen noch analog ganz gut realisieren, werden Fehlfunktionen bei einem UV- oder IR-Strahler jedoch meist erst sichtbar, wenn das produzierte Teil nicht den Qualitätsvorgaben entspricht.
Oft bestehen die Strahler aus einer Vielzahl von kleinen Heizpatronen, die aus Kosten- oder Platzgründen nur partiell über einen Temperaturfühler überwacht werden können. Der Ausfall einer einzelnen Heizung wird oft erst am Ergebnis sichtbar.

Solche Ausfälle in industriellen Heizprozessen lassen sich jedoch durch eine frühzeitige Erkennung von Fehlern und Funktionsstörungen reduzieren – vorausgesetzt, die Daten der verschiedenen Anlagenkomponenten werden kontinuierlich erfasst und analysiert. Bei elektronischen Schaltelementen bietet sich hierfür ein integriertes Diagnose- und Überwachungssystem an, wie es beispielsweise das ‚NRG‘-System von CARLO GAVAZZI zur Verfügung stellt. Das System beruht auf Halbleiterschützen / -relais, die um eine Kommunikations-schnittstelle erweitert wurden, so dass eine Vielzahl von Messwerten und die Funktionen der Module in Echtzeit erfasst und an die Steuerung übermittelt werden können.

Press Image NRGC General system setup NRGC NRG system setup GER RGB

Press Image NRGC PN LED Sideview RGBPress Image RG CM N Range 50Proz RGB

Ein ‚NRG‘-System setzt sich aus einer Steuereinheit, dem ‚NRGC‘, und bis zu 32 Schaltmodulen, den ‚RGC1A60CM..EN oder RGS1A60CM..EN, zusammen, die über einen internen RS485-Bus kommunizieren. Die Schaltmodule liefern die Daten der überwachten Prozess-Variablen. Die Steuereinheit stellt als Gateway die Verbindung zwischen den Modulen und der SPS her und ermöglicht den Datenaustausch.

NGR1 

Es gibt die Steuereinheit derzeit mit Feldbus-Schnittstelle für Modbus sowie mit Industrial-Ethernet-Schnittstelle für Profinet IO.

NGR2

 

 

Durch den Feldbus kann über den Controller jedes einzelne Halbleiterschütz / -relais in der Kette angesteuert und ein- oder ausgeschaltet werden. Neben der direkten Steuerung können Anwender zwischen weiteren Betriebsmodi wählen:

NGR3

Pulspaketsteuerung

NGR4

Vollwellensteuerung

NGR5

 

Erweiterte Ganzwellensteuerung

Diese Funktionen entlasten die SPS und verringern den Kommunikationsaufwand über den Feldbus erheblich.

Eine Reihe von Diagnosedaten als auch Fehlermeldungen ermöglichen die gezielte Überwachung der Prozesse und sorgen im Fehlerfall für nur kurze Unterbrechungen.

 

Erkennung der Alterung der Heizung

Die Lebensdauer ist ein weiterer Faktor, der sich von Heizgerät zu Heizgerät unterscheidet. Die Lebensdauer der Heizungen hängt von den Einsatzbedingungen ab. Ein Wichtiger Faktor um die Alterung einer Heizung zu erkennen ist die Änderung des Widerstands zu beobachten. Diese Abweichung ermöglichen einen bald eintretenden Ausfall der Heizung zu erkennen. Damit kann ein ungeplantes Abschalten der Maschine verhindert werden.
Mit dem NRG ist diese Identifikation möglich. Der NRG-Ansatz zur Vorhersage eines möglichen Heizungsausfalls besteht darin, den Heizungswiderstand kontinuierlich zu messen. Hierzu werden die Strom- und Spannungsmessungen vom Halbleiterrelais verwendet. Wenn die gemessenen Werte außerhalb der festgelegten Grenzen liegen erfolgt eine Warnung an die Maschinensteuerung. Diese Abweichung kann über die Maschinenschnittstelle angezeigt oder dem Bediener an dem HMI der Maschine digital mitgeteilt werden, um dann einen rechtzeitigen Eingriff zu planen.
Die folgende Tabelle erläutert die Funktionsweise der vom NRG angezeigten Werte um eine Vorhersage des Heizungsausfalls zu erkennen. Diese Funktion wird durch einen Teach-Befehl und einen %-Wert aktiviert, der die zulässige Lastabweichung (und damit Widerstandsabweichung) festlegt. Der mögliche Einstellbereich liegt zwischen 5 und 100%.
Bei dieser Teach-In-Funktion erstellt jedes einzelne NRG-Halbleiterrelais eine Momentaufnahme und zeichnet die Strom- und Spannungsmessungen dieses Moments als Referenzmessungen (I ref, V ref) auf. Während des Betriebs überwacht das NRG-Halbleiterrelais kontinuierlich Strom und Spannung und berechnet den tatsächlichen Widerstand, um ihn mit dem abgespeicherten Widerstandswert zu vergleichen. Wenn der gemessene Widerstand im Vergleich zum eingestellten Widerstand die zulässige Abweichung überschreitet, wird ein Lastabweichungsalarm ausgegeben.
Alle Berechnungen werden vom NRG-Halbleiterrelais selbsttätig im Hintergrund ausgeführt. Die einzige Ausgabe des Systems an die Steuerung ist ein Lastabweichungsalarm, wenn eine Abweichung über den Grenzwert auftritt.

Tabelle Lastabweichung

  Zusammenfassung

  • NRG_System mit PROFINET oder Modbus RTU Interface
  • Ein NRG-System belegt nur 1 Knoten in PROFINET oder 1 Modbus Adresse
  • Max. 32 NRG-Halbleiterrelais (RG..CM..N) in einem NRG-System
  • NRG Halbleiterrelais bis zu 660 VAC 65 A, 90 A (Versionen ohne Kühlkörper)
  • ON/OFF oder % Leistungssteuermodus
  • Wählbare Steuermodi
  • Erkennung für Lastunregelmäßigkeiten
  • Istwerte: Strom, Spannung, Leistung, Energie kWh, Betriebsstunden (Last und SSR)
  • Fehlererkennung: Netzausfall, Lastverlust, SSR Kurzschluß, SSR Übertemperatur, Spannung/ Strom/ Frequenz: Werte außerhalb Bereich(einstellbar)

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