Systemtechnik Leber Leistungssteller sorgen für Kosteneinsparung bei voller Prozesskontrolle

Was haben die Erwärmung von Wischtüchern, dass Tiefziehen von Kunststoffteilen oder die Extrusion von Plastikbechern gemeinsam? Wie die meisten automatisierten Prozesse müssen sie stets zum richtigen Zeitpunkt mit exakt der richtigen Energiemenge versorgt werden, um konstante Fertigungsqualitäten zu erzielen. Eine typische Aufgabe für Leistungssteller – die dabei verschiedensten Anforderungen gerecht werden müssen.

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Neben den ganz einfachen Leistungsstellern - typischerweise Thyristorsteller - die nur einen Stellwert in der gewünschten Steuerungsart umsetzen, gibt es mittlerweile Geräte mit vielfältigen Zusatzfunktionen die den Einsatz bei fast allen Applikationen zulassen. Dazu zählen zum Beispiel eine unterlagerte Spannungs-, Strom- oder Leistungsregelung.

Oft sind in einer Anlage mehrere Lasten vorhanden, die angesteuert werden sollen. Klassischerweise wird dabei für jede Last ein einzelner Leistungssteller benötigt. Wenn es die Applikation allerdings zulässt, dass die Lasten mit dem gleichen Stellwert ansteuerbar sind, dann empfiehlt sich der Einsatz eines Leistungsstellers mit Teillast-Ausfallerkennung. Damit ergibt sich eine Kosteneinsparung bei voller Prozesskontrolle, da der Ausfall einer einzelnen Last nach wie vor erkannt wird.

Für jede Applikation der richtige Steller

Die Leistungssteller – meist per SPS gesteuert – werden zum variablen Stellen von Prozessenergien zwischen null und 100 Prozent eingesetzt, wobei verschiedene Lasten wie Elektroden, Heizelemente, Strahler oder Lampen mit Energie versorgt werden. Um ein optimales Prozessergebnis zu erhalten, sind bei der Auswahl des geeigneten Gerätes neben der Leistung weitere Kriterien zu beachten:

Steuerungsarten

Die einfachste Art, eine Last zu schalten ist wohl die, sie einfach ein- oder auszuschalten. Dabei übernimmt der Leistungssteller die Synchronisation auf die Nulldurchgänge des Netzes. Er schaltet im Nulldurchgang der Spannung ein und im Nulldurchgang des Stromes aus.

Die Pulsweiten-Modulation (PWM) bestimmt die Leistung durch das Verhältnis von Einschaltdauer zu Pausendauer während einer festen Periode und ist die am meisten angewandte Steuerart.

Die Pulspaketsteuerung (auch: Impulsgruppenbetrieb) als Unterart der PWM sorgt für gezieltes Schalten einzelner Vollwellen des Netzes mit dem Ziel, lange Ein- oder Aus-Phasen zu vermeiden. Diese Betriebsart setzt jedoch eine gewisse thermische Trägheit der Last voraus.

Beim Phasenanschnitt wird jede einzelne Halbwelle direkt angeschnitten. Der Strom fließt dabei vom Zündzeitpunkt bis zum nächsten Nulldurchgang, bei dem der Thyristor wieder automatisch verlöscht. Damit lässt sich die gewünschte Leistung kontinuierlich einstellen. Es ist die genaueste und schnellste Regelungsart. So können auch Prozesse mit hoher Geschwindigkeit und hohen Anforderungen an eine gleichmäßige Leistungsabgabe ideal mit Leistung versorgt werden.

Ansteuerung von Leistungsstellern

Eine gängige Methode zur Ansteuerung von Leistungsstellern bzw. Halbleiterrelais ist die analoge Ansteuerung mit null-zehn V oder vier-20 mA über eine SPS. Dazu wird für jeden einzelnen Leistungssteller ein analoger Ausgang sowie zusätzlich für die gesamte Anlage ein digitaler Freigabe-Ausgang benötigt. Beim seriellen Datentelegramm wird für jeden einzelnen Leistungssteller ein digitaler Ausgang für die Daten sowie zusätzlich für die gesamte Anlage ein digitaler Ausgang für den Takt benötigt. Die serielle Übertragung der analogen Stellwerte setzt ein Protokoll voraus, das vom Leistungssteller verstanden wird und sich über eine SPS ausgeben lässt.

Für die SPS-Familie S5 und S7 von Siemens steht ein kostenloser Treiber zum Download unter www.powercontact.de zur Verfügung. Die aufwändigste Variante der Ansteuerung ist die Verwendung eines Kommunikationsbusses wie Profibus DP. Damit lassen sich die Steller gut in eine bestehende Bus-Infrastruktur integrieren. Zusätzlich stehen weitere Möglichkeiten des Ein- und Auslesens von Werten zur Verfügung.

Überwachungsfunktionen

Die Leistungssteller verfügen über eine umfangreiche Diagnostik um etwa Sicherungsfall, Drahtbruch, Lastbruch, Unterspannung, Ausfall Lastspannung oder Hilfsspannung festzustellen und über einen Alarmausgang zu melden. Ebenso wird das Gerät selbst überwacht (Ausfall, Teilausfall).

Sonderfunktionen

Um auch komplexe Lasten und anspruchsvolle Prozesse sicher fahren zu können, stehen Leistungssteller mit Sonderfunktionen zur Verfügung. Hierzu zählen Regelungsarten wie Spannungsregelung (Konstanthaltung der Spannung z.B. bei Netzspannungsschwankungen), Stromregelung (für komplexe Lasten) oder die Leistungsregelung (exakte Energieabgabe unabhängig von Spannungs- oder Stromschwankungen). Steller mit Strombegrenzung schützen die Last und sorgen für einen sicheren Betrieb.

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