Защита каналов ввода/вывода от перегрузок

[VADR]

Приветствую, коллеги.

Вопрос, собственно: какие есть способы защиты каналов ввода/вывода контроллеров от перегрузок? Имеется в виду не встроенные в модули ввода/вывода, а внешние? Со встроенными имею дело постоянно, производитель хорошо об этом позаботился: при любых КЗ не происходит никаких перегрузок по питанию, с канала приходит кроме аналогового сигнала измерения ещё и пачка дискретных сигналов об ошибках, один из битов взводится при КЗ или обрыве. При восстановлении цепи всё оживает само. Не скрою, нравится.
Сейчас работаю с контроллерами, где такой встроенной защиты нет. Проектировщики решают эту проблему клеммниками со встроенными предохранителями, и тут есть некоторые нюансы:
1. КЗ в цепи - практически всегда сгоревший предохранитель, надо иметь их запас, а также допускать КИПовцев в шкафы АСУТП, чего делать не хотелось бы.
2. Для нормальной работы при переключениях надо отключать предохранители, а это снова доступ КИПовцев в шкафы АСУТП.
3. При использовании "хитрых" клеммников с предохранителями и контрольными светодиодами получаем забавный эффект: при сгорании предохранителя и отключении прибора в месте его подключения присутствует =24В (через светодиод и ограничительный резистор). КИПовец видит напряжение и считает, что предохранитель цел. Потом подключает прибор, через те же светодиод, резистор и прибор видит ток порядка 1 мА и начинает искать проблему не там, где она есть, т.е. в приборе.
Так вот, собственно. Существуют ли у кого-нибудь устройства для защиты этих цепей, которые могли бы сами восстанавливаться? В идеале - ещё и выдвавли бы диагностические дискретные сигналы при КЗ и обрыве.

[Sergy6661]

Вот от этих "хитрых" клеммников, с предохранителями, особенно в цепях 24VDC толку мало, т.к при К.З защита на блоке питания срабатывает раньше, чем сгорает предохранитель, делали эксперименты при К.З на дискретном выходе предохранители все целые, а БП в защите и вся группа без напряжения. Поэтому используем селективные разделители по группам питания 24VDC. Предохранители помогают при использовании вместо БП связки трансформатор-диодный мост.
В качестве "заводской-промышленной" защиты каналов можно использовать барьеры искрозащиты.
Можно чудить-кулибинить самоделки на основе варисторов, быстродействующих предохранителей и пр.

[paradoxxx]

Приветствую.

Существуют ли у кого-нибудь устройства для защиты этих цепей, которые могли бы сами восстанавливаться? В идеале - ещё и выдвавли бы диагностические дискретные сигналы при КЗ и обрыве

У феникса видел такие устройства: PTCB
Вживую не щупал, обещают высокое быстродействие, позиционируют как замена предохранителям.

[VADR]

У феникса видел такие устройства: PTCB

Увы, но это не то, что надо в данном случае. У этих ток срабатывания от 1 до 8 А в зависимости от модели. Это очень много при защите канала 4..20 мА.

Вот от этих "хитрых" клеммников, с предохранителями, особенно в цепях 24VDC толку мало, т.к при К.З защита на блоке питания срабатывает раньше, чем сгорает предохранитель, делали эксперименты при К.З на дискретном выходе предохранители все целые, а БП в защите и вся группа без напряжения.

Ну почему же? У нас работают. Предохранителей, правда, нажгли уже кучу в процессе ПНР...

[Sokolov_Dmitry]

модули гальванической развязки и искробезопасные блоки питания http://lpadevice.ru/products/

[Универсал]

А самовосстанавливающийся предохранитель не катит?
https://www.chipdip.ru/product/mf-r005

[VADR]

А самовосстанавливающийся предохранитель не катит?

Нет. Во-первых - применение таких вещей смахивает на самопал, во-вторых - непонятен принцип действия: если он работает по перегреву - там действительно успеет блок питания в защиту уйти раньше, чем эта штука сработает.

модули гальванической развязки и искробезопасные блоки питания

Вот это возможно, но опять таки, непонятно, как поведёт себя цепь датчика при КЗ и возвращении из него. Пусть цепь канала ввода/вывода контроллера не перегружается, это хорошо, но что происходит при КЗ на стороне датчика? Что с его цепью питания? Как будет происходить восстановление при прекращении КЗ и нормальном подключении датчика?

[Универсал]

Тогда просто токоограничительный резистор.

[Sokolov_Dmitry]

при кз в цепи нагрузки датчика - датчик должен работать, у него сопротивление нагрузки рабочее от 0 до несколько сот ом обычно, контроллер покажет, что в цепи ниже 4 ма, значит авария. Ищите кз или обрыв, устраняете. КЗ в цепи питания, канал искробезопасного БП уходит в защиту по кз, контроллер показывает меньше 4 ма, значит авария и т.д..

[Sergy6661]

Вот это возможно, но опять таки, непонятно, как поведёт себя цепь датчика при КЗ и возвращении из него. Пусть цепь канала ввода/вывода контроллера не перегружается, это хорошо, но что происходит при КЗ на стороне датчика? Что с его цепью питания? Как будет происходить восстановление при прекращении КЗ и нормальном подключении датчика?

А что не понятного? Ограничит ток до безопасного <40ma...и все, должен (вернее обязан) восстановится при нормализации цепи.

Ну почему же? У нас работают. Предохранителей, правда, нажгли уже кучу в процессе ПНР...

Интересно, что вы коротили?
Ха-ха из личного опыта- при К.З на стороне датчика на аналоговых модулях S7-300 входы горят мгновенно, ни какие пердохранители не спасают.

[Универсал]

при К.З на стороне датчика на аналоговых модулях S7-300 входы горят мгновенно, ни какие пердохранители не спасают.

Только я их с успехом восстанавливал, вешая резистор на клеммы. Там всего лишь сгорал токовый шунт. Если память не изменяет, 250 Ом.

[VADR]

Интересно, что вы коротили?
Ха-ха из личного опыта- при К.З на стороне датчика на аналоговых модулях S7-300 входы горят мгновенно, ни какие пердохранители не спасают.

Ввод/вывод - аналоговые модули ET200SP от Siemens, тип предохранителей смогу посмотреть послезавтра, когда до объекта доберусь. Точно на 32 мА, наверное, какие-то быстродействующие. Впрочем, на другом объекте, где проектировщики были гораздо менее аккуратны и подключили датчики ко вводу/выводу вообще безо всякой защиты, тоже пока ничего не погорело. Блоки питания в защиту уходили не раз.

[Ryzhij]

Вот это возможно, но опять таки, непонятно, как поведёт себя цепь датчика при КЗ и возвращении из него. Пусть цепь канала ввода/вывода контроллера не перегружается, это хорошо, но что происходит при КЗ на стороне датчика? Что с его цепью питания? Как будет происходить восстановление при прекращении КЗ и нормальном подключении датчика?

Это зависит от типа применяемого блока гальванической развязки (барьера искробезопасности).
То, что во внешней (полевой) цепи ток при КЗ не возрастёт более величины, нормируемой прибором, - факт.
Обычно это 24мА максимум в соответствии со стандартами NAMUR.
Да и во внутренней петле ток ограничен таким же значением.

Были у нас как-то в комплектной поставке на машине отечественные 2-канальные искробезопасные блоки питания, уходившие в защиту по обоим каналам при перегрузке на одном из них, и которые надо было включать-выключать для сброса, откручивая фишку питания ~220VAC.
Постепенно мы от них избавились. Других таких чуднЫх приборов мне не попадалось. Остальные начинают работать сразу после устранения проблемы.

[Jackson]

Вот от этих "хитрых" клеммников, с предохранителями, особенно в цепях 24VDC толку мало, т.к при К.З защита на блоке питания срабатывает раньше, чем сгорает предохранитель

Это определяется тем, как выбран предохранитель. Вставка 1А при токе 1А будет прекрасно работать, а сгорит где-то при 1,3А или того больше. Есть характеристики срабатывания разных вставок, их можно изучить. И даже опыт провести довольно легко.

Какая цепь именно? Ток, напряжение? И где возможно опасное КЗ: внутри или снаружи? Короче говоря, что защищаем, от чего и зачем?

В общем случае - именно быстроплавкий предохранитель, больше ничего не придумано.

надо иметь их запас, а также допускать КИПовцев в шкафы АСУТП, чего делать не хотелось бы.

1. По военным нормативам запас ЗИП по предохранителям - 400%, то есть 100 вставок в щите - 500 штук должно быть, 100 в щите, ещё 400 в ЗИПе. На гражданке и в общепроме такого норматива, как я понимаю, нет, но я всегда ему следую и ещё не было случая чтобы пожалел. Вставки 5х20 копейки стоят.
Чтобы не пускать лишних в шкаф, нужное оборудование нужно вывести за его пределы или на его лицо. Отдельный навесной шкафчик с предохранителями можно сделать.

Мне попадались в руки держатели под 5х20 на ДИН-рейку, в которых есть место для запасной вставки, кажется сименс. То есть сгорел - тут же поменял, если опять сгорел то всё равно разбираться, заодно и зав ЗИПом сходишь.
Удобно когда держатели с индикатором.

Для нормальной работы при переключениях надо отключать предохранители, а это снова доступ КИПовцев в шкафы АСУТП.

Можно поподробнее? Это зачем?

При использовании "хитрых" клеммников с предохранителями и контрольными светодиодами получаем забавный эффект: при сгорании предохранителя и отключении прибора в месте его подключения присутствует =24В (через светодиод и ограничительный резистор). КИПовец видит напряжение и считает, что предохранитель цел.

Саша, это глупый КИПовец. Индикатор же говорит что пред сгорел или отсутствует. Если у КИПовца другое мнение, то я даже не знаю что сказать. Ему вообще любые приборы бесполезны, раз он сам всё придумывает и без приборов и индикаторов. Он там такого найдёт что лучше б и не допускать его до установки вообще.

Существуют ли у кого-нибудь устройства для защиты этих цепей, которые могли бы сами восстанавливаться? В идеале - ещё и выдвавли бы диагностические дискретные сигналы при КЗ и обрыве.

Смотря о каких токах идёт речь. В слаботочке эти устройства требуют обвязки, поэтому они хороши когда изначально встроены.

[VADR]

Можно поподробнее? Это зачем?

Чтобы предохранитель не сгорел случайно при переключениях. Залез в шкаф, откинул предохранитель, пошёл в поле, сделал нужные переключения, вернулся в шкаф, включил предохранитель.

Саша, это глупый КИПовец. Индикатор же говорит что пред сгорел или отсутствует.

Нет, КИПовец там нормальный. Просто меряет он в поле и светодиода на клеммнике с предохранителем в это время не видит. Вот когда стали в шкафу разбираться - увидели светодиод и посмеялись над собой.

[Jackson]

Чтобы предохранитель не сгорел случайно при переключениях.

Если, как ты говоришь, "случайно" может сгореть предохранитель, то точно также - "случайно" - сгорит и вход при отсутствии предохранителя. Поэтому если сгорит пред - это хорошо, это значит что не сгорит вход.

В любом случае отключать надо. А как это сделать проще: пред извлечь из держателя или от зажима на клемме провод отсоединить? По-моему, предом это сделать лучше - отвертка не нужна. А если ящик с предами повесить отдельно на стенку, то и в шкаф АСУ никто не полезет. В ящике прозрачное окно сделать и издалека смотреть не зажглось ли там чего.

Есть преды и с дискретными выходами, сигнализирующими о сгорании. Вот это стОит дороже, на складах не валяются и реально жалко когда они горят пачками.

Предохранители не надо беречь, они сделаны чтобы сгорать. Иначе всё будет строго по закону Мёрфи для быстродействующих защит. :)

[VADR]

По-моему, предом это сделать лучше - отвертка не нужна. А если ящик с предами повесить отдельно на стенку, то и в шкаф АСУ никто не полезет. В ящике прозрачное окно сделать и издалека смотреть не зажглось ли там чего.

Тут дело в том, что система уже сделана, и в ней клеммники с предохранителями стоят в АСУТПшном шкафу. Как раз для отключения предохранителей туда имеют доступ КИПовцы. Выносить их в отдельный шкаф - не лучший вариант, на мой взгляд. По-моему, оборудование в шкафу должно быть защищено от КЗ в любом выходящем из шкафа кабеле, иначе по тем же законам Мёрфи однажды коротнёт между контроллером и шкафом с предохранителями :)
Сейчас же КИПовцам надо просто привыкнуть к работе с такими предохранителями (прежде работали либо с тем защищённым вводом/выводом, о котором я писал выше, либо с простыми предохранителями без контрольных светодиодов, при сгорании которых пропадало напряжение в поле). А мне надо подумать, как эти вещи делать в будущих системах.

[Jackson]

Тут дело в том, что система уже сделана, и в ней клеммники с предохранителями стоят в АСУТПшном шкафу.

Тогда ответ ты уже дал сам. :)

Сейчас же КИПовцам надо просто привыкнуть к работе с такими предохранителями

Выбора-то нет.

По-моему, оборудование в шкафу должно быть защищено от КЗ в любом выходящем из шкафа кабеле

Стоп-стоп. Всё это время идёт разговор о сферическовакуумном оборудовании и цепях. И защитах.
А в ПУЭ тем временем сказано, что да, защита должна быть. А ещё там сказано, что защищать можно человека, оборудование и кабели/цепи - и это три разные вещи. А ещё там сказано, что аппарат защиты от КЗ нет необходимости ставить, если приняты надёжные меры по ограничению тока (до определённого значения номинального тока в цепи). И ещё там сказано что можно делать групповые защиты, то есть аппарат защиты на группу. Вот сколько нюансов.

Теперь надо брать конкретное оборудование, цепи и смотреть, что тут по факту с защитами.
Например, гальваноразвязанный пассивный токовый вход и токовый датчик с гарантированным токоограничением (за счёт БП или самого датчика) - здесь уже приняты надёжные меры по токоограничению, и аппарат защиты уже не нужен. Ставить его не запрещено (если это не трансформатор тока), но и необязательно. Та же история, если датчик Pt100 или термопара. Дискретный вход с опросом собственным опорным напряжением - защита уже есть в БП, питающем эти цепи, и ток КЗ там появится только если появится ещё один источник напряжения, другой, больше нет шансов ему возникнуть. Ведь коротыш в цепи дискретного входа - это просто логическая единица на этом входе, и не более того. Соответственно если такой возможности физически нет то и специальная защита не нужна. Но можно поставить пред чтобы можно было отсечь цепи - это даст всегда логический 0 на входе пока пред вытащен.

Так что давай конкретное оборудование, цепи и схему - и будем смотреть.

Собственно я ставил внутрь шкафов батареи предохранителей исключительно для того, чтобы дать возможность персоналу отключить выборочно нужную цепь, заодно и защита (хотя не нужна). Не было проблем с эксплуатацией, приходил человек, открывал наряд, отключал нужное и работал на другом конце, потом закрывал наряд. Сейчас так и происходит много где.

Но если ты не хочешь пускать человека в шкаф, а отключать надо - тогда без вариантов, коммутацию надо делать вне шкафа. Значит батарею предохранителей или разъединителей надо поставить вне шкафа. Но не в воздухе же их повесить - вот отсюда и отдельный щит с предохранителями. И так тоже делается, я не вижу в этом проблем.

А если защищать всё выходящее без разбора - у тебя весь щит будет состоять из предохранителей. Но так же не делают, и этому есть объяснение. Ты же не видел предохранителей на RS-485? Я тоже не видел. Ибо незачем - в драйвере интерфейса уже все меры приняты.

[VADR]

Так что давай конкретное оборудование, цепи и схему - и будем смотреть.

Конкретно - негальваноразвязанные токовые входы, да и дискретные тоже. Проблемы в поле бывают разные, в том числе и повреждение кабеля на полке с КЗ на землю. И тогда уже без разницы - аналоговый сигнал или дискретный, КЗ провода +24В на землю создаст перегрузку по питанию. То есть - любые подключения, выдающие +24В в поле.

Но если ты не хочешь пускать человека в шкаф, а отключать надо - тогда без вариантов, коммутацию надо делать вне шкафа.

Варианты есть, я предпочту в таком случае пустить КИПовца в шкаф. Дело не в том, что я им не доверяю или у них квалификация недостаточная (на самом деле доверяю и достаточная). Дело в том, что у каждого оборудования должен быть один хозяин. Ну а в моём случае придётся границу раздела провести в другом месте, отдав клеммники с предохранителями внутри шкафа в зону ответственности КИП, раз уж им надо периодически их отключать.

[Jackson]

Мне кажется, в 1 очередь не защиту встраивать надо, а развязывать цепи, уходящие в поле. Ибо странно что этого нет.

[Jackson]

По защитам пример ответа уже дал Универсал: viewtopic.php?p=116394#p116394

Вот это и есть исчерпывающие меры. На выходе БП ставится общий автомат (правильно подобранный, а не абы как) - он защищает сам БП. Он же защищает участок цепей до точки токоограничения. А за резистором, где б ты КЗ ни устроил, оно не будет являться КЗ потому что ток ограничен, и аппарат защиты на выходе БП не сработает по КЗ (если всё подобрано правильно). Но дальше будет отрабатывать перегрузка, это дольше. От этого защищать уже каждую конкретную цепь - как раз быстроплавким предохранителем.

Опаснее ведь не глухое КЗ, а дуговое, потому что при дуговом КЗ ток не достигает уставки отсечки по КЗ, он даже может не достигнуть уставки по перегрузке. Дуга может прекрасно гореть, плавить и поджигать оборудование, а защита и в ус не дует. Применив токоограничение, мы исключаем возможность такого КЗ, потому что дуге всё-таки нужен ток. Таким образом, предохранитель, подобранный под номинал тока в цепи, вместе с токоограничением препятствуют дожиганию оборудования при пробое и дают селективность. Собственно, что и требовалось.

А для полного успокоения твои входы должны быть гальванически развязаны, хотя бы группами по признаку местоположения в поле. И токоограничение с предохранителями тогда можно применять по этим группам, а не индивидуально на каждую цепь. Это уменьшит число предохранителей. И это значительно уменьшит возможность пробоя внутри твоих входов. Так что останется ещё побороться с высоковольтными наводками - это УЗИПы, хорошие экраны а возможно и броня, варисторы и диоды - и применив это всё можно будет жить вполне спокойно.
Например, когда персонал работает только с одним датчиком на установке, остальные установки при этом работают штатно, есть смысл отсечь все цепи сразу только этой установки, а не отсекать каждую цепь этой установки по одной. Ведь установка не работает вся, она в обслуживании вся, а не только какая-то её часть. И тут два способа: либо правильная группировка плюс развязка по питанию (разные БП для каждой группы), либо гальваническая развязка всех входов средствами входов и индивидуальная (можно групповая) защита каждого входа, тогда питание может быть общим (от одного БП) при условии что защиты подобраны правильно. Мне кажется, первый вариант лучше. Хотя лично я применяю и тот и другой (но никогда не комбинирую их в пределах одного шкафа - это бессмысленно и потом персоналу это головная боль).

Ну а где расположить оборудование для оперативного доступа - это уже по месту. Ты изначально говорил что не хотел бы пускать персонал в шкаф - поэтому я придумал ящик с предохранителями. Если пустить персонал в шкаф для этой операции всё-таки приемлемо - значит не нужен этот ящик, а просто конструктор компоновкой должен расположить эти предохранители где-то в одном месте все кучей, не размазывая по шкафу - так будет удобнее и меньше шансов на ошибку. Можно цветные клеммы и предохранители применять (у Клемсана вон они всех цветов радуги есть), можно провода и планки разноцветные делать, и т.п. Это уже всё вторичные меры.

[Jackson]

А то что ты просил - самовосстанавливающаяся защита - это возможно только если она встроена в твои входы. Защита на то и защита чтобы отсечь, а дальше пусть люди смотрят. Это безопасность. Иначе в какой-то пограничной ситуации защита будет клацать непрерывно туда/сюда. Ну к примеру сработало, персонал пошёл, и пока он шёл защиту отпустило. Он пришёл и ничего не видит. ушёл. Потом опять сработало и опять идти без толку. В конце концов персонал на это забивает и перестаёт реагировать. Либо смотрит на всю эту цветомузыку и охеревает.

[+]

У меня была такая история, правда с генератором. На судне электромех зачем-то включил автоподтверждение для защиты по перегрузке генератора. В итоге судно обесточилось, на шинах дофига нагрузки, стартует генератор, включается, тут же отключается по перегрузке, защита сама собой подтверждается, после отключения нагрузки уже нет, защита ушла и генератор снова включается, опять отключается, а алармов нет - они самоквитируются, их никто не успевает заметить. И вот бедный элеткромех стоит перед ГРЩ и смотрит как АВГ включается и выключается, причины не видит и всё судно как ёлка новогодняя мигает. Сюжет - прямо как в кино "Хакеры": электромех решил что автоматика полностью взяла на себя управление и хочет утопить экипаж вместе с судном, потом звонил и рассказывал про искусственный интеллект в нашей системе. :)

Поэтому в топку это. Персоналу надо оставить установку в том виде, которое получилось после защиты, и дальше ничего не делать - персонал должен разобраться из-за чего это получилось. Иначе причина так и не будет устранена и вскоре случится снова, а оно надо?

[VADR]

По защитам пример ответа уже дал Универсал: viewtopic.php?p=116394#p116394

Да, эту схему я видел, но для неё надо весь ввод/вывод менять с 0/4..20 мА на 0/1..5 В (других стандартных вариантов сигналов по напряжению я не знаю). Кроме того, она не защищает от КЗ на землю плюсового провода, если только ограничительный резистор на плюс перенести. Далее смотрим сопротивления. Чтобы превратить 0..20 мА в 0..5 В должно быть Rи=250 Ом. Предположим, максимальный ток по плюсу надо ограничить 100 мА. Тогда для питания =24В должен быть Rогр=240 Ом. Последовательно эти сопротивления при максимальном рабочем токе 20 мА дадут посадку напряжения (250+240)*0,02=9,8 В, т.е. на приборе в этом случае будет не 24 В, а только 14,2. Каждый ли прибор на таком напряжении заработает?

Ну а где расположить оборудование для оперативного доступа - это уже по месту. Ты изначально говорил что не хотел бы пускать персонал в шкаф - поэтому я придумал ящик с предохранителями. Если пустить персонал в шкаф для этой операции всё-таки приемлемо - значит не нужен этот ящик,

Да, не хотел, но в данном случае придётся.

а просто конструктор компоновкой должен расположить эти предохранители где-то в одном месте все кучей, не размазывая по шкафу - так будет удобнее и меньше шансов на ошибку.

Это уже сделано: все клеммними с предохранителями - на двух рейках (на одну не помещались), скомпонованы отдельно от остального оборудования и промаркированы.

[Универсал]

надо весь ввод/вывод менять с 0/4..20 мА на 0/1..5 В

Так ведь это и есть схема ограничения тока для интерфейса 4-20 мА. Там ведь токовый датчик давления изображён. А резистор токоограничения никто не запрещает перенести в плюс.

[Ryzhij]

Так ведь это и есть схема ограничения тока для интерфейса 4-20 мА. Там ведь токовый датчик давления изображён. А резистор токоограничения никто не запрещает перенести в плюс.

Это всё хорошо, когда датчики с 2-проводной схемой подключения в петлю ;)