Mini PWZ II

1.1Warnhinweise

Dieses Handbuch enthält Hinweise, die Sie zu Ihrer persönlichen Sicherheit sowie zur Vermeidung von Sachschäden beachten müssen. Die Hinweise zu Ihrer persönlichen Sicherheit sind durch ein Warndreieck hervorgehoben, Hinweise zu alleinigen Sachschäden stehen ohne Warndreieck. Je nach Gefährdungsstufe werden die Warnhinweise in abnehmender Reihenfolge wie folgt dargestellt.

Beim Auftreten mehrerer Gefährdungsstufen wird immer der Warnhinweis zur jeweils höchsten Stufe verwendet.

Wenn in einem Warnhinweis mit dem Warndreieck vor Personenschäden gewarnt wird, dann kann im selben Warnhinweis zusätzlich eine Warnung vor Sachschäden angefügt sein.

1.2Qualifiziertes Personal

Das zu dieser Dokumentation zugehörige Produkt/System darf nur von für die jeweilige Aufgabenstellung qualifiziertem Personal gehandhabt werden unter Beachtung der für die jeweilige Aufgabenstellung zugehörigen Dokumentation, insbesondere der darin enthaltenen Sicherheits- und Warnhinweise. Qualifiziertes Personal ist auf Grund seiner Ausbildung und Erfahrung befähigt, im Umgang mit diesen Produkten/Systemen Risiken zu erkennen und mögliche Gefährdungen zu vermeiden.

1.3Bestimmungsgemäße Verwendung

1.3.1Erlaubte Verwendung

Mit diesem Gerät (PWZ - Phasen-Winkel-Zuschaltung) können asynchrone Schaltsignale auf ein Referenzsignal synchronisiert werden, um diese zu einem einstellbaren Phasenwinkel zu schalten:

• Die (asynchronen) digitalen Eingänge können zu beliebigen Zeitpunkten beispielsweise über eine SPS aktiviert werden.
• Sobald von der PWZ eine solche Startbedingung erkannt wurde, wird das Eingangssignal an den entsprechenden digitalen Ausgang weitergegeben.

Der Zeitpunkt der Schaltvorgänge (Aktivieren und Deaktivieren) an den Ausgängen erfolgt aber nicht wie beim Eingang zu einem beliebigen Zeitpunkt, sondern zu einem konfigurierbaren Zeitpunkt (der einem Phasenwinkel entspricht). Über den Referenzeingang (Wechselspannung mit einer Frequenz um 50 Hz) ist dem Modul der aktuelle Phasenwinkel bekannt.

1.4Haftungsausschluss

Alle Angaben und Hinweise in dieser Anleitung wurden unter Berücksichtigung der geltenden Normen und Vorschriften, des Stands der Technik sowie unserer langjährigen Erkenntnisse und Erfahrungen zusammengestellt.

Der Hersteller übernimmt keine Haftung für Schäden aufgrund:

• Nichtbeachtung der Anleitung
• Nichtbestimmungsgemäßer Verwendung
• Einsatz von nicht ausgebildetem Personal
• Eigenmächtiger Umbauten
• Technischer Veränderungen
• Verwendung nicht zugelassener Ersatzteile

Der tatsächliche Lieferumfang kann bei Sonderausführungen, der Inanspruchnahme zusätzlicher Bestelloptionen oder aufgrund neuester technischer Änderungen von den hier beschriebenen Erläuterungen und Darstellungen abweichen.

Es gelten die im Liefervertrag vereinbarten Verpflichtungen, die Allgemeinen Geschäftsbedingungen sowie die Lieferbedingungen des Herstellers und die zum Zeitpunkt des Vertragsabschlusses gültigen gesetzlichen Regelungen.

Technische Änderungen im Rahmen der Verbesserung der Gebrauchseigenschaften und der Weiterentwicklung behalten wir uns vor.

Ersatzteile können über IRS oder direkt beim Hersteller der jeweiligen Komponente bezogen werden.

Dieser Abschnitt gibt einen Überblick über alle wichtigen Sicherheitsaspekte für einen optimalen Schutz des Personals sowie für den sicheren und störungsfreien Betrieb.

Die Nichtbeachtung der in dieser Anleitung aufgeführten Handlungsanweisungen und Sicherheitshinweise kann zu erheblichen Gefährdungen führen!

Für Schäden, die aufgrund der Missachtung der Bestimmungen dieser Betriebsanleitung entstehen, übernimmt die IRS Systementwicklung GmbH keine Haftung.

3.1Vernünftigerweise vorhersehbare Fehlanwendung

3.2Besondere Gefahren

Die hier aufgeführten Sicherheitshinweise und die Warnhinweise in den weiteren Kapiteln dieser Anleitung beachten, um Gesundheitsgefahren zu reduzieren und gefährliche Situationen zu vermeiden.

3.3Verhalten im Gefahrenfall und bei Unfällen

Vorbeugende Maßnahmen

• Stets auf Unfälle oder Feuer vorbereitet sein.
• Erste-Hilfe-Einrichtungen (Verbandskasten, Decken usw.) und Feuerlöscher griffbereit aufbewahren.
• Personal mit Unfallmelde-, Erste-Hilfe- und Rettungseinrichtungen vertraut machen.
• Zufahrtswege für Rettungsfahrzeuge freihalten.

Maßnahmen bei Unfällen

• Erste-Hilfe-Maßnahmen einleiten.
• Personen aus der Gefahrenzone bergen.
• Verantwortlichen am Einsatzort informieren.
• Rettungsdienst alarmieren.
• Zufahrtswege für Rettungsfahrzeuge frei machen.

3.4Allgemeine Warnung vor Restrisiken

Das Prüfsystem ist nach dem Stand der Technik und den anerkannten sicherheitstechnischen Regeln aufgebaut. Dennoch können im Umgang mit dem Prüfsystem Risiken für Leib und Leben des Benutzers oder Dritter entstehen. Insbesondere Störungen oder Betriebszustände, die die Sicherheit der Anwender beeinträchtigen können, erzwingen das Stillsetzen der Vorrichtung (Hauptschalter). In diesem Fall ist eine sachgerechte Wiederherstellung des bestimmungsgemäßen Zustandes erforderlich (z.B. durch Instandhaltung).

3.5Allgemeine Beschilderung der Prüfanlage

Allgemeine Hinweise zur Beschilderung der Prüfanlage:

3.6Sicherheitshinweise zum MiniPWZ-2

Grundlegende Gefahren:

Mit der Mini PWZ II können asynchrone Schaltsignale auf ein Referenzsignal synchronisiert werden, um diese zu einem einstellbaren Phasenwinkel zu schalten: Die (asynchronen) digitalen Eingänge können zu beliebigen Zeitpunkten beispielsweise über eine SPS aktiviert werden. Die (synchronen) digitalen Ausgänge werden geschaltet, wenn das Referenzsignal das nächste Mal den eingestellten Phasenwinkel erreicht.

4.1Betriebsmodi

Das genaue Verhalten der Ausgänge ist abhängig vom eingestellten Modus:

4.2Beispiele

Das Verhalten der Ausgänge hängt vom Zustand der Eingänge beim Erreichen des eingestellten Phasenwinkels ab. Ist beispielsweise als Einschaltwinkel 90° eingestellt, wird beim Erreichen des Phasenwinkels 90° geprüft, ob der Eingang gesetzt ist und falls ja, wird der Ausgang eingeschaltet. Wenn der Ausgang bereits eingeschaltet ist, bleibt er eingeschaltet.

4.3Kanäle

Die Mini PWZ II verfügt über 4 unabhängige Kanäle, die jeweils einen eigenen Digitaleingang und einen eigenen Digitalausgang besitzen. Die Zuordnung der Kanäle zu den Ein- und Ausgängen ist statisch. Das heißt Input0 und Output0 gehören zu Channel0, Input1 und Output1 gehören zu Channel1 und so weiter.

Für jeden Kanal können der Modus sowie die Ein- und Ausschaltwinkel unabhängig von den anderen Kanälen eingestellt werden. Näheres zur Konfiguration findet sich im Abschnitt WebServer.

4.4Freigabesignal

An Input4 kann ein Freigabesignal der SPS angeschlossen werden. Die Eingangslogik des Freigabesignals ist invertiert. Ist an Input4 nichts angeschlossen oder beträgt der Signalpegel der SPS 0 V, verhalten sich alle Ausgänge wie im WebServer konfiguriert. Falls von der SPS an Input4 24 V angelegt werden, werden alle Ausgänge der Mini PWZ II deaktiviert.

4.5Statussignale

Die Mini PWZ II gibt die folgenden Signale über den Webserver aus:

Signal Detected:

Es wird die Zeit seit dem letzten positiven Nulldurchgang überwacht. Wenn die Zeit größer als 100 ms wird, wird das Signal auf false gesetzt.

Frequency Ok:

Mit Hilfe der positiven Nulldurchgänge wird die aktuelle Eingangsfrequenz berechnet. Wenn der gemessene Wert zwischen 44 und 66 Hz liegt, ist das Signal auf true.

SPLL Is Locked:

Der aktuelle Phasenwinkel wird von einem internen Referenzsignal abgeleitet. Das interne Referenzsignal ist mit einer Phasenregelschleife (Software PLL = SPLL) an das Eingangssignal gekoppelt. Wenn die Abweichung zwischen internem und externem Signal zu groß wird, wird das Signal "Is Locked" auf false gesetzt.

4.6Statusausgang

Zusätzlich gibt die Mini PWZ II an Output4 ein Statussignal aus. Der Ausgangspegel beträgt 24 V, wenn alle oben genannten Signale true sind und 0 V, wenn eines der oben genannten Signale false ist.

Die Parameter können über den WebServer (empfohlen) oder mit dem IRS.DiscoveryTool (erhältlich über den IRS Download-Bereich) geändert werden. Die Vorgehensweise ist im Kapitel Erste Inbetriebnahme beschrieben.

5.1Werkseinstellungen

Wird der Factory settings-Taster länger als 4 Sekunden (bis die rote LED leuchtet) gedrückt, werden die Standardeinstellungen wiederhergestellt.

5.2Ethernet

Standardeinstellungen

• IP-Adresse: 192.168.222.1
• Subnetz-Maske: 255.255.255.0
• Gateway: 0.0.0.0

5.3FD CAN

Standardeinstellungen

• Adressierung: 0 (siehe Aufbau Identifier)
• Bitrate nominal: 1 Mbit/s
• Bitrate Daten: 4 Mbit/s

Frame-Format

Das Modul unterstützt Classic CAN und FDCAN.

Datenbank

Im IRS Download-Bereich kann eine Datenbankdatei (SYM oder DBC) heruntergeladen werden, welche alle Kommandos beschreibt.

myIRS – Downloads

5.3.1Aufbau Identifier

Es werden ausschließlich Extended identifier verwendet.

Die MiniPWZ-2 wird meistens nicht als alleinstehendes Gerät verwendet, sondern in Kombination mit weiteren Schaltungsteilen. Beispielsweise ist ein weiterer Trafo zum Heruntertransformieren von Mittelspannung vorgeschaltet oder es sind zusätzliche Schaltstufen auf der Ausgangsseite vorhanden. Diese zusätzlichen Schaltungsteile können die Phasenlage und die Laufzeiten der Schaltsignale beeinflussen. Um diesen Einfluss auszugleichen, können in der MiniPWZ-2 für jeden Kanal individuelle Verzögerungszeiten hinterlegt werden.

6.1Vorgehensweise

6.1.1Schritt 1: Messung vorbereiten

Um die Verzögerungszeiten zu messen, empfiehlt es sich die MiniPWZ-2 mit Mode4, Angle On = 0° und Angle Off = 180° zu konfigurieren.

6.1.2Schritt 2: Verzögerungszeiten messen

Die Messung unterscheidet sich je nach Aufbau der Ein- und Ausgangsschaltung. Im folgenden Beispiel wurde ein Testsignal von einem Funktionsgenerator in den 50-Hz-Eingang der MiniPWZ-2 eingespeist (gelb) und das Ausgangssignal mit einem Oszilloskop gemessen (rot). Dabei ist zu beachten, dass das Ausgangssignal auf Grund der Open-Drain-Schaltung der verwendeten Ausgangsplatine invertiert ist (24V = "Off", 0V = "On"). Bei komplexeren Aufbauten kann die Messung deutlich komplizierter sein. Die Verzögerungszeit für das Einschalten ("On") wurde als Zeit zwischen erster steigender Flanke des Eingangssignals und erster fallender Flanke des Ausgangssignals gemessen (FRFF(C1,C2)). Die Verzögerungszeit für das Ausschalten ("Off") wurde als Zeit zwischen erster fallender Flanke des Eingangssignals und erster steigender Flanke des Ausgangssignals gemessen (FFFR(C1,C2)). Die gewählten Messmethoden können sich je nach Aufbau unterscheiden.

6.1.3Schritt 3: Verzögerungszeiten einstellen

Die Verzögerungszeiten können auf der Seite "Delay Config" für jeden Kanal und getrennt für Ein- und Ausschalten konfiguriert werden. Die Werte werden dauerhaft in der MiniPWZ-2 gespeichert und bleiben auch nach einem Neustart erhalten. Im Beispiel wurde in Schritt 2 eine Verzögerungszeit von 30 µs für das Einschalten und -17 µs für das Ausschalten gemessen. Um diese Werte zu kompensieren, wurden die Verzögerungszeiten auf -30 µs für das Einschalten und +17 µs für das Ausschalten eingestellt.

6.1.4Schritt 4: Kontrolle des Ergebnisses

Nachdem die Verzögerungszeiten eingestellt wurden, sollte die Messung aus Schritt 2 wiederholt werden. Die Verzögerungszeiten sollten nun nahe 0 sein.

6.2Verzögerungen, die größer sind als eine Periode

Die Mini PWZ II ist in der Lage Verzögerungen im Bereich von -100 ms bis +100 ms auszugleichen. Daher kann die Verzögerung größer als eine Periode des Netzsinus (20 ms bei 50 Hz) sein. Im folgenden Abschnitt wird beschrieben wie Verzögerungen gehandhabt werden, bei denen dies der Fall ist.

Die Mini PWZ II tastet das Referenzsignal mehrmals pro Netzperiode ab und berechnet immer die aktuelle Periode des Referenzsignals. Mit der berechneten Periode und den konfigurierten Verzögerungen werden die Schaltzeitpunkte kontinuierlich an das Referenzsignal angepasst.

Vereinfacht erfolgt die Berechnung des Schaltzeitpunkts folgendermaßen:

Anschließend wird überprüft ob der Schaltzeitpunkt kleiner als 0 oder größer als die Periode ist. Ist dies der Fall wird so lange die Periodendauer addiert oder subtrahiert, bis der Schaltzeitpunkt zwischen 0 und der Periodendauer liegt und anschließend dieser Schaltzeitpunkt gespeichert.

Dieses Vorgehen sorgt dafür, dass auch bei großen Verzögerungen der Ausgangsstufe zum richtigen Phasenwinkel geschaltet wird. Allerdings kann es vorkommen, dass zwei Kanäle mit deutlich unterschiedlichen Verzögerungen (> 20 ms) trotzdem in der gleichen Periode schalten. Dieses Verhalten soll im Folgenden an Hand eines Beispiels erläutert werden. Um die Berechnungen zu vereinfachen, wird von einer Periode von 20 ms ausgegangen.

Man erkennt, dass die beiden Verzögerungen zum korrekten Schaltwinkel führen. Allerdings schalten die Ausgangsstufen in unterschiedlichen Perioden.

Bei Verzögerungen, die größer als eine Periode sind, ist daher der korrekte zeitliche Bezug zwischen zwei Kanälen nicht in allen Fällen gegeben.

Der WebServer kann im Browser entweder durch Eingeben der IP-Adresse oder des Hostnamens (z. B. irs24bg00961.local) erreicht werden.

Das Menü befindet sich auf der linken Seite und hat drei Auswahlmöglichkeiten

7.1Angle and Mode Config

Für jeden Kanal können Modus, Einschaltwinkel und Ausschaltwinkel einzeln konfiguriert werden. Die Phasenwinkel können im Bereich von -180° bis +540° eingestellt werden. Die verschiedenen Modi werden im Abschnitt Funktionsbeschreibung näher erläutert.

Des Weiteren werden auf dieser Seite Informationen zum Referenzsignal angezeigt.

7.2Delay Config

Für jeden Kanal können Einschalt- und Ausschaltverzögerung einzeln konfiguriert werden.

7.3System Info

Diese Seite zeigt unter anderem die verbauten Varianten für die Ein- und Ausgabebaugruppen sowie aufgetretene Fehler an.

Außerdem kann hier die Netzwerk-Konfiguration vorgenommen werden.

Zur Bereitstellung neuer Features kann ein Update der Mikrocontroller-Firmware notwendig sein. Hierfür ist eine PC-Anwendung verfügbar.

myIRS – Downloads

Nach Installation und Start der PC-Anwendung erfolgt das Update in 5 einfachen Schritten.

1. IP-Adresse der MiniPWZ-II eingeben
2. Bootloader-Typ wählen (TCP und StdBootloader) (dies sind die Standardeinstellungen)
3. Auf Start klicken
4. Im daraufhin erscheinenden Dateidialog die Update-Datei auswählen (diese kann vom IRS Support bezogen werden)
5. Update startet automatisch, der Erfolgsfall wird mit Update completed (im Log-Fenster) angezeigt, zusätzlich kann nach dem Update die Firmware-Version über den WebServer geprüft werden

9.1Schritt 1: Verdrahtung

• Die anzuschließenden Signale hängen von der Systemumgebung ab, die folgende Liste stellt das Minimum dar.
  • Spannungsversorgung (+24V Supply/Supply Return)
  • Referenzsignal (50 Hz Voltage Input)
  • Ein unsynchronisiertes Eingangssignal (Input 0/Input Reference)
  • Ein synchronisiertes Ausgangssignal (Output 0/Output Reference)
  • Ethernet über RJ45-Steckverbinder (für Konfiguration über WebServer)

9.2Schritt 2: IP-Konfiguration

9.2.1WebServer

Zum Setzen der Ethernet-Konfiguration wird die Web-Oberfläche empfohlen, vgl. dazu auch das vorherige Kapitel WebServer.

9.2.2DiscoveryTool

1. mDNS (Multicast DNS, Protokoll zum Übersetzen von IP-Adressen) auswählen
2. Modulsuche starten
3. Gewünschtes Modul auswählen
4. Menü für Netzwerkkonfiguration öffnen

Mit einem Klick auf Update werden die Änderungen in den Mikrocontroller geschrieben und der Controller neu gestartet. Danach wird das Konfigurationsfenster automatisch geschlossen.

• DNS server: wird für dieses Modul nicht benötigt
• DHCP/AutoIP: falls kein DHCP-Server zur Verfügung steht, wird auf AutoIP umgeschaltet (die zugewiesene Adresse kann über einen erneuten Suchlauf ermittelt werden)

9.3Schritt 3: Sonstiges

Es wird empfohlen, die Verzögerungszeiten wie im Kapitel Einstellen der Verzögerungszeiten beschrieben zu ermitteln und entsprechend einzutragen.

10.1Grün

10.2Rot

Die aufgetretenen Fehler können über die Web-Oberfläche ausgelesen und zurückgesetzt werden.

11.1Allgemein

11.1.1Aufbauart/Montage

11.1.2Umgebung und mechanische Eigenschaften

11.2Elektrische Eigenschaften

11.2.1Versorgung

11.2.2Referenzeingang

11.2.3Digitaleingänge und -ausgänge

11.2.4FDCAN

11.2.5Ethernet (100BASE-TX)