Temperaturmessung mit Grenzwertschaltern

Intelligent und effizient

von Dipl.–Ing. Andreas Grimsehl

Elektrische Maschinen sind aus der Automatisierungstechnik nicht wegzudenken. Vor allem als­ ­Antriebe beispielsweise für Förderschnecken und -bänder ­sowie für Pumpen erfüllen sie elementare Funktionen. Die zuverlässige Überwachung sicherheitsrelevanter Parameter von elektrischen Maschinen kann vor ­Gefahren für Mensch und Natur sowie der Maschine und einer Anlage insgesamt wirksam schützen. ­Eine interessante Alternative zu Prozessleitsystemen oder ­SPSen bei der Überwachung einzelner Messwerte ist der Einsatz von Trennbausteinen mit Grenzwert­relais.

Ausfall, Überlastung oder Fehlfunktion von elektrischen Maschinen können in der Prozessindustrie weit reichende Auswirkungen haben. Die falsche Drehrichtung einer Welle aufgrund einer umgekehrten Phasenfolge am Motor führt dazu, dass Transportgut auf Bändern oder Schnecken in die falsche Richtung befördert wird. Eine zu hohe Drehzahl kann zu mechanischen Schäden der Wellenlager führen. Werden Synchronmaschinen beispielsweise bei Inselnetzen zu stark belas­tet, droht die Gefahr eines Stillstandes. Die Überhitzung von Komponenten aufgrund mechanischer oder elektrischer Wärmeentwicklung kann zu Schäden an den Geräten selbst führen, aber auch zur Gefahr für Personal und Anlage werden.

Daher muss das Ziel eines Überwachungskonzeptes sein, sicherheitsrelevante Parameter zuverlässig zu kontrollieren und im Störfall das betreffende Gerät abzuschalten.

Beispiel Temperaturmessung

Bei Temperaturmessungen an elektrischen Maschinen sind vor allem die Messwerte von Stator, Lagern und Oberflächen relevant. Sie spiegeln beispielsweise Anomalien bei Erregerströmen, Schmiermitteldruck oder Kühlung wider. Ist die elektrische Maschine als Antrieb einer Pumpe eingesetzt, kann auch die Überwachung der Temperaturen von Förderflüssigkeiten sinnvoll sein, um eine Über­lastung des Antriebes zu verhindern. Bei Förder­medien, deren Stockpunkt über der Umgebungstemperatur liegt, kann durch Temperatur­überwachung des Mediums das Anfahren ­einer Pumpe ­solange verzögert werden, bis die ­Viskosität des Mediums ­einen Betrieb zulässt.

Im Gegensatz zu Parametern wie Drehzahl oder Drehrichtung sind Temperaturänderungen nicht offensichtlich und mit menschlichen Sinnen nicht ohne Weiteres zu erfassen. Die ­Messung von Temperaturen ist zudem durch Nichtlinearität ­gekennzeichnet, die berücksichtigt werden muss.

Realisierung mit Trennbausteinen

Grenzwerte können beim Vorhandensein eines Prozessleit­systems oder einer SPS in der zentralen Steuerung hinterlegt werden, sodass beim Erreichen oder Überschreiten dieser Werte definierte Prozesse ausgelöst werden – im einfachsten Fall die Abschaltung der betreffenden Komponente.

Aufgrund der in der Regel ­langen und damit störan­fälligen Signalwege sind zwischen Feldebene und Steuerung Trennbausteine zu ver­wenden – entweder als Trennbarrieren, um den explosionsgefährdeten ­Bereich vor zu hohem Energieeintrag zu schützen oder als Sig­nal­trenner für den sicheren ­Bereich: Auch zwischen den nichtexplosionsgefährdeten ­Bereichen im Feld und der ­Steuerung ist dringend eine ­gal­vanische Trennung geboten. Sie bieten wirksamen Schutz vor Ausgleichsströmen durch Erdschleifen, elektromagnetischen Störungen oder auch gefährlich hohen Spannungen auf den ­Signalleitungen im Fehlerfall. Trennungen in der Steuerung befinden sich in der ­Regel zwischen den Eingangskarten und der Prozessoreinheit und können daher nicht den Schutz von Signal­trennern ersetzen.

Werden als Trennbausteine ­Tem­peraturmessumformer mit ­parametrierbaren Grenzwertausgängen ausgeführt, stehen am Relaisausgang bereits Schalt­signale zur Verfügung, ohne auf eine zentrale Steuerung zurückgreifen zu müssen.

System bestimmt den Benefit

Für die effiziente Realisierung einer Überwachung von sicherheitsrelevanten Parametern sollten Temperaturmessum­former für alle Arten von bei Temperaturmessungen vor­kommen­den Messgrößen geeignet sein. Schaltpunkte müssen frei einstellbar sein. Zudem muss das Modul über eine ­Leitungs- und Sensorbruchüberwachung verfügen, um Messwerte zulässig zu übermitteln.

Der Temperaturmessumformer mit Grenzwerten KFD2-GUT des K-Systems von Pepperl+Fuchs bietet neben diesen Grundvoraussetzungen eine Reihe weiterer Vorteile. Das Modul nimmt die Temperatur auf und schaltet bei Erreichen des Grenzwertes den Relaisausgang. Es ist sowohl für den Einsatz in explosionsgefährdeten Berei­chen als auch als Signaltrenner für Signale aus dem sicheren Bereich verfügbar.

Das Modul ist Teil der K-System-Produktfamilie mit weiteren Grenz­wertschaltern, sodass praktisch alle kritischen Parameter nach demselben Prinzip zu überwachen sind.

// Drehzahlüberwachung

// Gleichlaufüberwachung

// Transmitterspeisung mit programmierbarem Hoch- oder Tiefalarm

Die Versorgung der Module erfolgt über das so genannte Power Rail, ein Tragschienenprofil mit Einlegeteil, das die Möglichkeit einer Sammelfehlermeldung bietet. Die Tragschienenmontage erlaubt das einfache Aufstecken der Module.

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