SISTEMAS DESCENTRALIZADOS: Distribución selectiva y protección de la corriente directamente sobre el terreno

 

By: Kamil Buczek, Sebastian Lederer, Maximilian Hülsebusch I PULS GmbH

Traducción Dept. Marketing de electrónica OLFER

La demanda de sistemas modulares flexibles está dando forma al mundo de los sistemas y la ingeniería mecánica. La descentralización de los componentes del sistema ha demostrado ser un factor importante en esta tendencia creciente. Acelera el proceso de planificación del sistema, simplifica el mantenimiento y facilita la expansión sencilla. Para muchas empresas, sin embargo, el suministro de energía ha sido un obstáculo en el camino hacia una descentralización constante. En particular, donde es necesario implementar funciones como la distribución selectiva de corriente, la protección y el monitoreo del estado, todo mientras se proporciona la máxima confiabilidad y tiempo de actividad. Este informe técnico explicará cómo se pueden lograr estos requisitos con una fuente de alimentación todo en uno.

Sistemas descentralizados PULS

 

 

 

CONTENIDO

1. Fuente de alimentación descentralizada:

        El desafío y la solución

2. Distribución selectiva y protección de corriente

3. Monitorización del estado

4. Resumen

 

 

  

1. Fuente de alimentación descentralizada: el desafío y la solución

El reto:

Una solución convencional es diseñar un sistema que se pueda montar directamente en la máquina o en el sistema. La fuente de alimentación y otros componentes estándar, como fusibles electrónicos, terminales de comunicación, bloques distribuidores o interruptores, se trasladan del armario de control central a recintos más pequeños directamente en el terreno. Además, se requiere una clasificación IP más alta que ofrezca protección contra el polvo y la humedad para la instalación fuera del armario central. Se necesita una carcasa con clase de protección IP54, IP65 o IP67, según la aplicación.

El resultado es un armario in situ pequeño y descentralizado para el que se deben seleccionar, pedir, almacenar, montar e instalar los componentes individuales, lo que requiere mucho tiempo. Por lo general, hay muy poco espacio disponible para los sistemas de control, por lo que encontrar una ubicación para este armario puede crear problemas. Los ingenieros a menudo deben ser creativos y colocar los armarios por encima o por debajo del sistema, lo que dificulta el acceso a los técnicos de servicio.

La solución todo en uno de PULS:

PULS, distribuida en España y Portugal por electrónica OLFER, ahora ofrece una solución compacta todo en uno, para aplicaciones descentralizadas. La nueva familia de fuentes de alimentación de campo FIEPOS se basa en una plataforma modular desarrollada para su uso fuera del armario. Todas las unidades se basan en monofásicas o trifásicas con una clasificación de 300W o 500W. Todos los dispositivos de la familia FIEPOS proporcionan un 120% de energía de forma continua (hasta + 45°C) y un 200% durante 5s. Esto los hace adecuados para iniciar cargas exigentes.

Con un tamaño de carcasa de solo 182 x 183 x 57mm (Ancho x Alto x Profundo), se pueden instalar incluso en aplicaciones donde el espacio es escaso. Las unidades se pueden montar a través del carril DIN o montarse en su lugar utilizando una variedad de orificios de montaje.

La familia de productos FIEPOS tiene dos versiones; la serie Basic con una salida de CC y la serie eFused con hasta cuatro salidas de CC con limitación de corriente para garantizar una distribución de corriente selectiva y sencilla, protección y monitorización directamente en el terreno, sin necesidad de accesorios adicionales ni costosos cierres.

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Gráfico 1: Las fuentes de alimentación conmutadas FIEPOS se pueden conectar directamente a la máquina y reemplazar los complejos armarios de control descentralizado

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Distribución selectiva y protección de corriente

Las fuentes de alimentación FIEPOS de la serie eFused ofrecen una alternativa a las fuentes de alimentación que están protegidas mediante un módulo de protección electrónico externo de cuatro canales, cuatro fusibles externos o disyuntores. Debido a la distribución de corriente selectiva, las versiones eFused son adecuadas para suministrar simultáneamente cargas electromecánicas (por ejemplo, motores) y cargas sensibles como controles o sensores a través de una fuente de alimentación con fusibles descentralizada.

Esto se logra mediante hasta cuatro fusibles electrónicos integrados en las versiones eFused. En lugar del módulo eFused, las versiones Basic están equipadas con un MOSFET de desacoplamiento integrado opcional para desarrollar sistemas de suministro de energía redundantes. Esto demuestra las ventajas del diseño modular FIEPOS.

Todos los suministros FIEPOS se fabrican mediante una combinación de placas modulares. En el futuro, se pueden agregar nuevas funciones simplemente integrando tableros alternativos.

¿Qué sucede en caso de avería?

Si hay un cortocircuito, la fuente de alimentación apaga selectivamente solo la salida defectuosa y lo informa a través de la señal IO-Link u Output-OK y la interfaz LED en la parte frontal del dispositivo. Debido a la limitación de corriente activa, todas las demás salidas continúan recibiendo la tensión adecuada. Esto es particularmente importante en el caso de cargas sensibles y críticas para la seguridad, como PLC o sensores.

Sistemas descentralizados PULSOpción 1: dos salidas - cuatro ramas de carga

Esta configuración permite hasta cuatro ramas de carga independientes con dos salidas. Para esta solución, PULS ofrece tres modelos eFused con una potencia de salida de 300W o 500W.

Con estos modelos, se pueden lograr dos circuitos eléctricos separados por salida. Esto permite que los sensores y actuadores sean independientes entre sí. Si una rama de carga del sensor falla debido a un fallo, las otras tres ramas de carga continúan recibiendo energía. El fallo se indica a través de IO-Link y el LED de estado en la parte frontal del dispositivo. Las comunicaciones y el estado de los LED permiten que el mantenimiento se realice de forma rápida y eficiente. El canal disparado se restablece mediante el botón en la parte frontal del dispositivo o, alternativamente, a través de IO-Link.

 

 

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Opción 2: Tres salidas - Tres ramas de carga.

Estas opciones permiten hasta tres ramas de carga separadas y protegidas individualmente con una fuente de alimentación para varios sensores y actuadores con energía a través de cada rama de carga.

Si falla un sensor conectado a la salida 1, el circuito eléctrico está abierto. Todos los sensores y actuadores conectados a la salida defectuosa ya no reciben energía. El fallo se indica mediante IO-Link y el LED de estado en la parte frontal del dispositivo. Las salidas 2 y 3 no se ven afectadas por este fallo y se mantiene la alimentación a estas salidas.

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Opción 3: Cuatro salidas - Cuatro ramas de carga NEC Clase 2

Puede ser necesaria una fuente de alimentación con potencia limitada para aplicaciones operadas en Norteamérica. Por esta razón, la potencia del modelo FIEPOS FPT300.246-042-101 cumple con los requisitos de NEC Clase 2. Se pueden configurar hasta cuatro ramas de carga directamente en la parte frontal del dispositivo o en las versiones con interfaz IO-Link integrada, también se pueden configurar de forma remota.

En el caso de una sobrecarga, la corriente se limita para garantizar que no se exceda la potencia máxima de 100W definida para NEC Clase 2. Las otras ramas de carga NEC Clase 2 no se ven afectadas por el fallo en la primera salida.

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Más información sobre la serie eFused

Característica de disparo

La corriente de disparo para cada salida individual se puede configurar mediante los botones en el panel frontal del dispositivo. En cada caso se aplica una curva característica diferente, en función de la corriente de disparo ajustada. Si la corriente de disparo se establece en 4A, la salida permite 1,25 veces la corriente nominal (5A) durante 2 segundos y luego se apaga. Consulte el diagrama a continuación para obtener más detalles.

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Gráfica 5: El diagrama muestra las curvas características que forman la base para apagar las salidas. Se aplica una curva diferente en cada caso, dependiendo de la corriente de disparo configurada.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Protección priorizada mediante función de selectividad

Las fuentes de alimentación eFused tienen una función de selectividad integrada que permite la protección priorizada de cargas sensibles. La salida 1 del dispositivo eFused de cuatro canales FPT300.246-042-101 tiene la prioridad más alta, la salida 4 la más baja. Por lo tanto, una carga sensible, de seguridad o crítica del sistema, como un PLC, se alimenta mejor a través de la salida 1. Si se excede la corriente total, la alimentación desconecta primero las salidas con la prioridad más baja.

La activación de las salidas también es escalonada y se encienden en incrementos de 100ms y según su prioridad.

 

3. Monitorización del estado

Supervise su aplicación en cualquier momento y lugar.

La digitalización ha dado lugar a que se le otorgue una alta prioridad a un sistema de monitoreo de condición central constante. La conexión en red y la comunicación fluidas entre los diversos componentes del sistema permiten un análisis completo de su estado y la detección temprana de anomalías en el sistema. De esta manera, se puede llevar a cabo un mantenimiento preventivo y rentable, reduciendo al mínimo el tiempo de inactividad del sistema.

¿Pero estos datos se pueden utilizar para ver la utilización en la aplicación actual o también para una decisión estratégica de expandir el sistema?

En ambos casos, la información proporcionada por la fuente de alimentación juega un papel clave. La fuente de alimentación está en el corazón del sistema y permite sacar conclusiones sobre sus condiciones generales. Las fuentes de alimentación FIEPOS eFused se pueden integrar fácilmente en un sistema de monitoreo de condición existente, proporcionando datos de estado de varias maneras.

Interfaz LED y pulsadores en el panel frontal del dispositivo

Los LED permiten un diagnóstico inmediato directamente en el campo. De un vistazo, el técnico puede ver cómo de grande es la carga en la fuente de alimentación. El dispositivo también indica si uno o más de los canales protegidos se ha disparado y se puede restablecer mediante los botones en la parte frontal del dispositivo. Las corrientes de disparo también se pueden configurar directamente en el dispositivo.

Supervisión de estado a través de IO-Link

En aplicaciones a gran escala, a menudo hay cientos de fuentes de alimentación distribuidas en un área amplia. En estas aplicaciones, el mantenimiento preventivo eficiente a través de un sistema de monitoreo de condición central es particularmente importante para evitar costosos tiempos de inactividad. Con la ayuda de esta información, un técnico puede desplegarse rápidamente en la ubicación correcta, posiblemente evitando que ocurra un fallo.

Para la implementación de la integración del sistema digital de fuentes de alimentación, PULS otorga un gran valor a una solución flexible y fácil de usar. Sin embargo, la interfaz de comunicación no debería afectar las funciones principales y la alta confiabilidad de la fuente de alimentación. Según estos criterios, PULS utiliza tecnología IO-Link (IEC 61131-9).

IO-Link es una interfaz de comunicación global y estandarizada adecuada para uso industrial con comunicación serial bidireccional punto a punto entre un dispositivo IO-Link y el IO-Link Master. Todo lo que se necesita para el cableado entre un dispositivo IO-Link y el IO-Link Master son cables simples y sin blindaje. El IO-Link Master permite la integración en cualquier bus de campo o protocolo IIoT de uso común, como PROFINET, EthernetIP, EtherCAT u OPC-UA. De esta manera, la fuente de alimentación puede comunicarse directamente con un PLC o una puerta de enlace IIoT a través del IO-Link Master.  

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Descripción del dispositivo IO (IODD)

Una ventaja clave de la interfaz IO-Link es el bajo número de componentes adicionales necesarios en la fuente de alimentación. El MTBF (tiempo medio entre fallos), una cifra clave importante para la evaluación de la fiabilidad del sistema, permanece prácticamente sin cambios.

Las fuentes de alimentación FIEPOS brindan a los usuarios acceso a la siguiente información a través de IO-Link:

¿Cuánta corriente de salida, calidad de la tensión de red, temperatura y si la carga en el suministro es estática o dinámica? Esta información le permite detectar sobretensiones transitorias anormalmente altas en la fuente de alimentación, que no solo pueden dañar la fuente de alimentación, sino también afectar negativamente a todos los demás componentes conectados. Con los modelos eFused, también puede detectar a través del IO-Link qué salida de corriente limitada se ha disparado, y también los canales se pueden restablecer de forma remota.

Toda esta información puede analizarse en un sistema central de monitoreo de condición, lo que permite el mantenimiento preventivo adecuado y aumenta la confiabilidad del sistema al tiempo que reduce los costes de mantenimiento y operación.

Contacto de señalización de salida OK

Como alternativa al IO-Link, las fuentes de alimentación eFused de la familia de productos FIEPOS también están disponibles con una interfaz Output-OK. La interfaz Output-OK se puede seleccionar como una alternativa simplificada al IO-Link. Su funcionamiento es similar a la señal DC-OK establecida de una fuente de alimentación industrial. Si falla la tensión de CC, el dispositivo informa de un fallo a través de un contacto de señalización común además de la pantalla LED en el panel frontal del dispositivo. Sin embargo, la causa del fallo solo puede ser diagnosticada por un técnico in situ. Los canales también solo se pueden restablecer en el panel frontal del dispositivo. Se proporciona una conexión M12 en la parte inferior de la fuente de alimentación para la señal Output-OK, así como para el IO-Link.

 

4.Resumen

Una solución de suministro de energía basada en la familia de productos flexible FIEPOS es un paso decisivo en el camino hacia la descentralización integral y permite el mayor grado de flexibilidad en la planificación del sistema.

Estas soluciones ofrecen muchas ventajas, especialmente en aplicaciones a gran escala con cable largo, ya que ahora se pueden utilizar cables más cortos y secciones de cable más pequeñas. Esto ahorra el coste de cableado e instalación. La eliminación de varios armarios libera más espacio en el sistema en general, por lo que es necesario pedir e instalar menos componentes.

PULS está ampliando actualmente la familia de productos FIEPOS para ofrecer a todos los clientes una solución estándar descentralizada adecuada que se puede suministrar desde el almacén. PULS está trabajando con numerosas empresas de diversas industrias, incluida la logística interna, la automatización de fábricas, la automoción y el control de procesos para garantizar el cumplimiento de todos los requisitos de una fuente de alimentación sin armario.

Comuníquese con PULS o con nuestros equipo de los departamentos técnico y comercial de electrónica OLFER en cualquier momento si tiene preguntas sobre el uso de FIEPOS para su aplicación específica.