Aktuální vydání

celé číslo

04

2022

veletrh Amper 2022
celé číslo

Relé Sirius – monitorování elektrických i neelektrických veličin

číslo 11/2005

Relé Sirius – monitorování elektrických i neelektrických veličin

Součástí koncepce plně integrované automatizace (Totally Integrated Atomation – TIA) společnosti Siemens je rovněž řada relé s obchodním názvem Sirius, která jsou určena pro monitorování elektrických i neelektrických fyzikálních veličin. Tato relé se velmi dobře uplatní např. tam, kde je nutné velmi přesně monitorovat teplotu či stejnosměrné proudy, ale i v dalších aplikacích, jež jsou popsány v článku.

Obr. 1.

Obr. 1. Převodní charakteristiky snímačů teploty použitelných s monitorovacím relé Sirius 3RS: a) odporové a polovodičové snímače, b) termočlánky (vybrané typy)

Monitorování teploty

Měřit a jednoduše sledovat teplotu pevných látek, kapalin i plynů umožňují monitorovací relé Sirius 3RS. Teplota může být měřena odporovými snímači Pt100 nebo Pt1000, termočlánky typů J, K, T, E, N, R, S nebo B a termistory nebo polovodičovými snímači KTY83 a KTY84 v mezích daných jejich převodními charakteristikami (obr. 1). Monitorovací relé přitom porovnává skutečnou a žádanou hodnotu teploty nastavenou přímo na přístroji a vyhodnocuje, zda je skutečná hodnota větší nebo menší než hodnota nastavená.

Široké možnosti využití
Úlohou typickou pro relé Sirius 3RS je např. hlídání mezních hodnot teploty v rozmezí od –100 do +1 800 °C. Monitorovací relé sledující teplotu chrání motory před přetížením, monitorují teplotu v rozváděčích, klimatizačních jednotkách, výměnících tepla, tepelných čerpadlech nebo slunečních kolektorech apod. Uplatnění naleznou také při sledování teploty ložisek, olejů, chladicích médií a spalin. Zvláštním druhem použití je vyhodnocování teploty v technologických procesech a v zařízeních pro výrobu tepla, tj. tam, kde je nutné splnit požadavky norem (např. DIN 3440).

Obr. 2.

Obr. 2. Monitorovací relé Sirius 3RS pro sledování teploty s analogovým nastavováním

Uživatel může zvolit jednodušší variantu přístroje s analogovým nastavováním (obr. 2) nebo provedení s digitálním ovládáním a displejem (obr. 3), které splňuje požadavky norem kladené na hlídače a omezovače teploty. Relé Sirius 3RS s digitálním ovládáním jsou proto schválena k použití ve výtopnách a teplárnách.

Analogové ovládání
Relé Sirius 3RS s analogovým ovládáním je vhodným a cenově dostupným řešením pro nejjednodušší úlohy. Jeho předností je jednoduché nastavení jedné mezní hodnoty teploty jediným ovládacím prvkem – potenciometrem. Relé s analogovým ovládáním se dodávají v různých provedeních pro různé typy snímačů teploty.

Digitální ovládání
V provedení s digitálním nastavováním poskytuje relé Sirius 3RS větší pohodlí při nastavování, zobrazuje skutečnou hodnotu teploty na třímístném displeji a je univerzální – lze k němu připojit všechny již zmíněné druhy snímačů teploty. Jednoduchou skokovou regulaci teploty, bez nároku na předvídací schopnosti PID regulátorů, je možné realizovat zadáním dvou mezních hodnot teploty. Pohybuje-li se měřená teplota v blízkosti nastavených mezních hodnot, je výhodné využít časové zpoždění až do 999 s, a tak předejít neustálému spínání a rozpínání kontaktů monitorovacího relé. Relé zjišťuje také přerušení či zkrat vedení ke snímači, což urychluje a usnadňuje identifikaci místa případné závady. Novinkou je možnost zobrazit teplotu také v jednotkách Fahrenheitovy stupnice.

Obr. 3.

Obr. 3. Monitorovací relé Sirius 3RS pro sledování teploty s digitálním ovládáním

Digitální monitorovací relé je také ideálním přístrojem k ochraně motoru před přetížením při častém spouštění. Jeden přístroj může zároveň měřit teplotu všech tří vinutí nebo jednoho vinutí a obou ložisek. Toto řešení šetří pořizovací náklady i místo v rozváděči, protože místo tří samostatných monitorovacích relé postačí pouze jediné, typ 3RS1041. Teplota změřená jednotlivými snímači je cyklicky zobrazována na displeji. Jedno relé tedy může měřit teplotu nezávisle až na třech místech, přičemž mezní hodnoty jsou pro všechna měřicí místa shodné.

Monitorování elektrických veličin a signálů

Vedle provedení určených k monitorování teploty jsou součástí řady Sirius také relé přímo zpracovávající elektrické veličiny a umožňující sledovat např. zatížení elektromotoru, směr otáčení pohonu, výskyt nadproudu a podpětí v napájecí síti apod. Pro jejich univerzální vlastnosti je lze s výhodou využít i v dalších, méně obvyklých případech. O některých bude zmínka v následujících odstavcích.

Monitorování stejnosměrných proudů
Proudová relé mohou přímo na vstupních svorkách elektrických zařízení měřit proudy, zpravidla do 10 až 20 A, což je pro většinu úloh dostatečný rozsah. Větší proudy je nutné nejprve transformovat měřicími transformátory proudu, použitelnými ovšem pouze ve střídavých soustavách. Pro stejnosměrné proudy jsou k dispozici měřicí bočníky s přesně stanoveným úbytkem napětí, např. 150 mV při 500 A. Tento malý úbytek napětí (řádově stovky milivoltů) se zesiluje analogovými převodníky typové řady 3RS17 na standardní analogový signál 0 až 10 V nebo 0/4 až 20 mA, který je již možné zpracovat v běžném proudovém nebo napěťovém relé, popř. programovatelném automatu. „Malá“ relé Sirius mohou tak za přijatelnou cenu monitorovat i velké stejnosměrné proudy.

Rozlišení fázového a nulového vodiče
Existují zařízení, u nichž musí být vyhodnoceno připojení fázových vodičů a nulového vodiče k odpovídajícím svorkám. S tímto požadavkem se lze nejčastěji setkat u přenosných a mobilních zařízení, kdy při připojování k napájecí síti může být zaměněn fázový a nulový vodič. Řešením je připojení měřicího obvodu jednofázového napěťového relé ke svorkám N a PE, tzn. ke svorkám, k nimž má být připojen střední vodič N a ochranný vodič PE. Vstupní obvod napěťových relé typové řady 3UG má velkou vstupní impedanci a v žádném případě nemá vliv na ochranu před nebezpečným dotykem těch částí, které nejsou pod napětím. Je-li napěťové relé nastaveno na vyhodnocení přepětí, výstupní obvod signalizuje výskyt napětí mezi svorkami N a PE, a tím i chybné připojení zařízení k síti.

Uvedená relé řady Sirius 3UG lze použít v mnoha dalších úlohách. Které veličiny mohou monitorovat a co tyto monitorované veličiny mohou např. reprezentovat, je uvedeno v tab. 1. Případná porucha je signalizována do řídicího systému a zařízení může být včas odpojeno, popř. je vůbec nelze spustit.

Tab. 1. Veličiny monitorované relé Sirius 3UG a možné odpovídající stavy zařízení

Měřená veličina

Sledovaný stav zařízení

sled fází

směr otáčení pohonu

výpadek fází

výpadek řídicího napájecího napětí

přetavení pojistkové vložky

nadměrné oteplení motoru při výpadku fáze

fázová asymetrie

nadměrné oteplení motoru při nesymetrickém napájecím napětí

nerovnoměrné zatížení sítě

podpětí

nadměrné oteplení motoru způsobené zvýšeným odběrem proudu

nechtěné zpětné nastavení přístroje

výpadek fáze (bez vyhodnocení generátorového režimu)

výpadek napájecí sítě, především při napájení z baterií

monitorování hodnoty analogového řídicího signálu 0 až 10 V

přepětí

zvýšení hodnoty napájecího napětí

zapnutí zařízení, je-li připojeno napětí požadované hodnoty

monitorování velikosti analogového řídicího signálu 0 až 10 V

izolační stav

zemní spojení v sítích IT (neuzemněné sítě)

proud

přetížení elektrických strojů

činnost elektrických spotřebičů

přerušení vodiče

spotřeba energie (monitorování hodnoty fázového proudu)

monitorování hodnoty analogového řídicího signálu 0/4 až 20 mA

cos j (účiník)

zatížení motoru, chod motoru naprázdno

zatížení několika motorů jedním relé

poloha hladiny vodivých kapalin

výška hladiny v nádržích nebo nádobách

řízení čerpadel (ochrana před chodem naprázdno, přetečením nádrže)

Ovládání plynových hořáků
Při regulaci plynového hořáku je nutné sledovat přítomnost plamene. Jednou z možností je měřit teplotu ve spalovacím prostoru. Nevýhodou tohoto řešení je však dlouhá doba odezvy, protože teplota ve spalovacím prostoru klesá jen pozvolna. Dostupným a spolehlivým řešením s krátkou dobou odezvy je monitorování intenzity světla, např. fototranzistorem, a následné sledování změny vodivosti fototranzistoru prostřednictvím relé Sirius v provedení pro měření polohy hladiny vodivých tekutin: klesne-li vodivost fototranzistoru pod nastavenou hodnotu, popř. vzroste-li nad ni, výstupní obvod relé signalizuje, zda plamen hoří či nikoliv.

Hlídání počítače (watchdog)
Pravděpodobnost, že řídicí počítač (PLC apod.) přestane pracovat, je sice malá, ale nelze ji zcela vyloučit. Existuje způsob, jak jeho výpadek zjistit?

Nabízí se možnost využít relé Sirius určené k monitorování poklesu otáček. Na jeho řídicí vstup se přivádí impulsní signál, zpravidla generovaný indukčním bezdotykovým snímačem polohy. Relé porovnává nastavenou hodnotu zpoždění s okamžitou hodnotu zpoždění sousedních impulsů (prodlevou), která závisí na rychlosti otáčení. Je-li okamžitá hodnota větší než nastavená, výstupní obvod signalizuje pokles otáček pod nastavenou hodnotu.

Uvedený princip lze využít také např. k vyhodnocení výpadku počítače. K řídicímu vstupu relé se připojí výstup z PLC, který periodicky zapíná a vypíná a generuje tak vstupní impulsní signál, jen když PLC či jiný počítač správně funguje. V případě poruchy počítače přestane být impulsní signál generován a výstupní obvod relé signalizuje závadu.

Souhrn

Monitorovací relé Sirius jsou dodávána v mnoha různých provedeních umožňujících na vysoké technické úrovni a současně ekonomicky řešit mnoho nejrůznějších úloh, které spočívají ve sledování teploty nebo široké škály elektrických veličin a signálů. V článku jsou popsány běžné i některé méně běžné způsoby jejich použití. Existuje ale ještě mnoho dalších.

Ing. Zdeněk Bekr,
Siemens, s. r. o.