Turmschwingungssensor

GEL 3010mit EtherCAT oderCANopen-Schnittstelle

Technische Information Stand 2014-12

... automates motion.

LENORD+BAUER

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Lenord, Bauer & Co. GmbHDohlenstraße 3246145 Oberhausen, DeutschlandD

S21-3010

Allgemeines

2-Achs-Turmschwingungssensor in kompakter BauformIntegriertes Sicherheitsrelais schaltet bei Erreichen dereinstellbaren GrenzwerteWartungs- und verschleißfreier Betrieb durch MEMS-BeschleunigungssensorenMesssystem unterliegt keiner Alterung, ist unempfind-lich gegenüber Temperaturschwankungen, Schmutzoder BetauungRedundantes System durch Einsatz von 2 Turmschwin-gungssensoren möglich

Eigenschaften

Messrichtung X und YAuflösung 0,01 m/s2

Erweiterter Temperaturbereich -40°C bis +85°CSchnittstellen:- EtherCAT,- CANopen- einstellbarer SicherheitsrelaisausgangSchutzart IP 67Installationshöhe 4000 m

Vorteile

Geeignet für alle Standardanwendungen und darüberhinaus für Real-Heavy-Duty-EinsätzeLangzeitstabiles TemperaturverhaltenVolle Funktion bei Kondensation: taupunktfest!

Einsatzgebiet

Windenergie

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Beschreibung

2 Lenord, Bauer & Co. GmbH DS21-3010 (2014-12)

Aufbau und Konstruktion

Der Turmschwingungssensor GEL 3010 ist konzipiert zurÜberwachung von Schwingungen und Vibrationen an Ma-schinen und Anlagen „nach DIN ISO 10816“.Im kompakten Gehäuse aus eloxiertem Aluminium sindMEMS-Beschleunigungssensoren, Sicherheitsrelais undEtherCAT- oder CANopen-Schnittstelle integriert. Über 6Diagnose-LEDs lässt sich der Zustand des Schwingungs-wächters vor Ort überprüfen.Der Turmschwingungssensor beinhaltet einen zwangsge-führten Schaltausgang, der sich in eine bestehende Si-cherheitskette integrieren lässt. Durch Einsatz von zweiTurmschwingungssensoren kann ein redundantes Systemrealisiert werden.Der GEL 3010 ist für den Standard- und Heavy-Duty-Ein-satz geeignet, widersteht auch aggressiven Medien undüberzeugt durch eine hohe und wartungsfreie Lebensdau-er. Er ist im erweiterteten Temperaturbereich von -40°C bis+85°C einsetzbar.

Schnittstellen

Der Turmschwingungssensor ist mit einer EtherCAT oderCANopen Schnittstelle lieferbar.Der Schaltausgang ist ein zwangsgeführtes, potentialfreiesSicherheitsrelais mit einem Öffner und einem Schließer. Imspannungslosen Zustand und im Fehlerfall ist das Relaisgeöffnet. Die Schaltpunkte (Grenzwerte der Auslösung)und die Auslöseverzögerung sind einstellbar.

Messprinzip

Der Turmschwingungssensor GEL 3010 erfasst die Be-schleunigungen in X- und Y-Richtung mit so genanntenMEMS-Beschleunigungssensoren, mikro-elektro-mechan-siche Systeme, die wie Feder-Masse-Systeme arbeiten.Im MEMS-Baustein ist im Prinzip eine Masse frei beweg-lich aufgehängt und wird durch eine Art Federn in einermittleren Position zwischen zwei Bezugselektroden gehal-ten. Die Masse bildet die bewegliche Elektrode zweierKondensatoren.Durch Schwingungen und Vibrationen wird die beweglicheMasse beschleunigt. Sie bewegt sich und der Abstand zwi-schen der mittleren Elektrode und den festen Bezugselekt-roden verändert sich, damit verändert sich auch die elektri-sche Kapazität der Kondensatoren. Die Elektronik misstdiese Kapazitätsänderung und vergleicht die Messwertemit den eingestellten Grenzwerten. Wird die Beschleuni-gung wieder geringer, so stellen die Federn die beweglicheMasse zurück. Ist die Beschleunigung Null, hat die Anlagedie Geschwindigkeit erreicht oder befindet sich außer Be-trieb, so steht das Feder-Masse-System im Ruhezustand.Der GEL 3010 enthält zwei Beschleunigungssensoren, diesowohl die Bewegung in X- als auch in Y-Richtung erfas-sen. Dies ermöglicht die interne Prüfung der Sensoren imSelbsttest.

Sicherheitsfunktion

Selbsttest

Nach dem Einschalten prüft der GEL 3010 im Selbsttestdie internen Beschleunigungssensoren und das Relais. Istdas Gerät betriebsbereit, wird der Status über die Bus-Schnittstelle an die Anlagensteuerung gesendet.Die permanente Selbsttestfunktion des GEL 3010 gewähr-leistet einen Test beider Beschleunigungssensoren im lau-fenden Betrieb. Ein fehlerhafter Sensor wird so sicher er-kannt, und das Gerät meldet über den Feldbus den Ausfalldes Sensors.Im laufenden Betrieb kann durch die Anlagensteuerungentsprechend dem Feldbusprotokoll ein Selbsttest ausge-löst werden. Hierfür wird das Relais einmal geschaltet, da-durch wird die Sicherheitskette geöffnet.Um eine unterbrechungsfreie Sicherheitskette auch imSelbsttest zu gewährleisten, sollten zwei Turmschwin-gungssensoren parallel verschaltet werden. Der über denFeldbus eingeleitete Selbsttest der beiden Geräte darfdann nicht gleichzeitig initiiert werden.

Sicherheitskette

Der GEL 3010 kann innerhalb der Sicherheitskette mit an-deren Überwachungsgeräten in Reihenschaltung fest ver-drahtet werden. Löst ein Überwachungsgerät aus, wird dieSicherheitskette unterbrochen und ggf. eine Notbremsungausgelöst.Bei Erreichen der eingestellten Grenzwerte kann das Si-cherheitsrelais im Turmschwingungssensor geschaltet unddie Sicherheitskette geöffnet werden. Parallel wird der An-lagensteuerung über den Feldbus der kritische Zustandgemeldet. So werden gefährliche, überlagerte Resonanzensicher erkannt und die Anlage in Stillstandsposition gefah-ren.Durch Einsatz mehrerer Turmschwingungssensoren in derSicherheitskette können verschiedene Sicherheitskonzep-te realisiert werden:Onshore Einsatz von zwei Geräten stellt durch einen

Kreuzvergleich Redundanz herOffshore Einsatz von drei Geräten gewährleistet den si-

cheren Betrieb auch bei Ausfall eines Gerätes

Technische Daten

DS21-3010 (2014-12) Lenord, Bauer & Co. GmbH 3

Allgemein

Messachsen 2 (X, Y Richtung)

Messbereich ± 20 m/s2 (2g)

Auflösung ± 0,01 m/s2

Genauigkeit ± 0,05 m/s2 typisch

Nullpunktoffset(1) ± 0,5 10-3 m/s2K

Querempfindlichkeit ≤ 2 %

Elektrische Daten

Betriebsspannung 24 V DC ±10 %

Leistungsaufnahme• CANopen < 2,4 W• EtherCAT < 3,5 W

Abtastrate 5 ms

Digitale Schnittstellen CANopen, EtherCAT

Schaltausgang

Relais Ausführung 1 × Öffner, 1 × Schließerzwangsgeführt, potentialfrei,Position im spannungslosen Zustand: offenPosition im Fehlerfall: offen

Relais Nennwerte 24 V DC / 0,5 A

Relais Minimalstrom ≥ 5 mA bei 24 V DC

Grenzwert Auslösung X-Richtung ± 2 m/s2 (0,2g)

Grenzwert Auslösung Y-Richtung ± 2 m/s2 (0,2g)

Auslöseverzögerung 0,05 s

Sperrzeit nach Relaisauslösung 30 s

Grenzfrequenz Tiefpassfilter 10 Hz

Mechanische Daten

Gehäusematerial Aluminium eloxiert

Masse 625 g

Abmessungen (B×T×H) 156 × 76 × 46 mm

Umweltbedingungen

Arbeitstemperaturbereich -40 °C ... + 85 °C

Lagertemperaturbereich -50 °C ... + 85 °C

Installationshöhe 4000 m

Schutzart nach DIN 60529 IP 67

Vibrationsfestigkeit (DIN EN 60068-2-6) 200 m/s2, 10 ... 2000 Hz

Schockfestigkeit (DIN EN 60068-2-27) 1000 m/s2, 11 ms

EMV EN 61000-6-1 bis 4

Isolationsfestigkeit Ri > 1 MΩ, bei einer Prüfspannung von 500 V AC

Max. relative Luftfeuchte 99 %

Betauung zulässig ja

(1) bei 25 °C

Anschlussübersicht und Statusüberwachung,Schaltungsvarianten


Anschluss- und Anzeigeelemente

Y

X2 POWERX2 POWER

X1 RELAYX1 RELAY

X3 INX3 IN X4 OUTX4 OUT

STATUSSTATUS

DIAGDIAG

X

Bezeichnung Funktion LED-Status-Anzeige

X1 RELAY Relais

aus Ausgelöst (Sicherheitskette geöffnet)

grün Betriebsbereit (Sicherheitskette geschlossen)

rot blinkend Fehler

X2 POWERSpannungsver-sorgung

orange Interne Gerätespannungsversorgung in Ordnung

rot24 V Spannungsversorgung in Ordnung, keine interneVersorgung

DIAG Gerätestatus

grün an-/abschwellend Betriebsbereit (Sicherheitskette geschlossen)

grün blinkend

12

1: Busfehler (Sicherheitskette geöffnet)2: Relais-Sperrzeit abgelaufen

rot blinkend Fehler

langsam blinkendRelais hat ausgelöst, Wiedereinschalten noch nicht er-laubt (Sicherheitskette geöffnet)

schnell rot/grün blinkend Gerät befindet sich im Bootloader-Modus

X3 IN Buseingan

rot/grünFunktion abhängig von der Feldbus-Schnittstelle (siehezugehöriges Referenzdokument)

X4 OUT Busausgang

STATUS Busstatus

Schaltungsvarianten innerhalb der Sicherheitskette

2 × GEL 3010 in Parallelschaltung

ES1

ES2

SC

Y

X

EtherCAT/CANopen

Y

X

PDO

PDO Prozessdatenübermittlung zur Anlagensteuerung

2 × GEL 3010 in Reihenschaltung

SC

ES1

ES2

Y

X

EtherCAT/CANopen

Y

X

PDO

SC Sicherheitskette ES Fehlersignal

Anschlussbelegung,Technische Daten – Schnittstellen


Anschlussbelegung

RelaisM12-Stecker, 4-polig, D-codiert

1

2

4

3

SpannungsversorgungM12-Stecker, 4-polig, A-codiert

1

2 3

4

Pinbelegung

Pin X1 RELAY

1 Öffner

2 Öffner

3 Schließer

4 Schließer

1 × Öffner, 1 × Schließerzwangsgeführt, potentialfrei,

Position im spannungslosen Zustand: offenPosition im Fehlerfall: offen

Pinbelegung

Pin X2 POWER

1 +UB

2 –

3 GND

4 –

Anschlussbelegung – Schnittstellen

EtherCAT CANopen

M12-Buchsen, 4-polig, D-codiert

1

2

4

3

M12-Stecker/Buchse, 5-polig, A-codiert

1

2 3

45 2

1 4

35

IN OUT

Pinbelegung

Pin X3 IN X4 OUT

1 Transmission Data+ Transmission Data+

2 Receive Data+ Receive Data+

3 Transmission Data- Transmission Data-

4 Receive Data- Receive Data-

Pinbelegung

Pin X3 IN X4 OUT

1 Schirm Schirm

2 UB IN UB OUT

3 GND GND

4 CAN_H CAN_H

5 CAN_L CAN_L

Technische Daten — Schnittstellen

Schnittstelle EhterCAT CANopen

Geräteprofil CoE (CANopen over EtherCAT) DS 401 CANopen DS 401

Anschluss D-codierte M12-Steckverbinder und Diagnose-LEDs

A-codierte M12-Steckverbinder und Di-agnose-LEDs

Parameter Grenzwerte in X- und Y-Richtung, Auslösever-zögerung, Relais-Sperrzeit, Grenzfrequenz(Tiefpassfilter)

Grenzwerte in X- und Y-Richtung, Aus-löseverzögerung, Relais-Sperrzeit,Grenzfrequenz (Tiefpassfilter)

Sensor-ID Automatische Adressvergabe LSS nach DS 302

Betriebstemperatur -40 … +85 °C -40 … +85 °C

Maßbild


Maßbild GEL 3010

120

ø 8,5

140

156

46

34 58

76

638

Typenschlüssel,Zubehör


Typenschlüssel GEL 3010

SchnittstelleEC EtherCATCO CANopen

Messachsen2 2–achsig

MessbereichA ± 2g

Meldeausgang1 Relais, 1x zwangsgeführt

MontageartG Bodenmontage

GehäusematerialA Aluminium eloxiert

Gerätevoreinstellung00 Standardeinstellung

GEL 3010 _ _ _ _ _ _ _ _ _

Kundenspezifische Ausführungen

Kundenspezifische Anpassungen von mechanischen und elektrischen Eigenschaften sind grundsätzlich möglich.

Zubehöre

Bescheibung Artikelnummer

CANopen Anschlusskabel 10 m, 5-pol. Stecker / offenes Kabelende mit Aderendhülsen BK 2100

CANopen Anschlusskabel 2 m, 5-pol. Stecker / offenes Kabelende mit Aderendhülsen BK 2101

CANopen Anschlusskabel 10 m, 5-pol. Buchse / offenes Kabelende mit Aderendhülsen BK 2102

CANopen Anschlusskabel 2 m, 5-pol. Buchse / offenes Kabelende mit Aderendhülsen BK 2103

CANopen Verbindungskabel 10 m, 5-pol. Buchse/Stecker BK 2104

CANopen Verbindungskabel 2 m, 5-pol Buchse/Stecker BK 2105

CANopen, Gegenstecker 5-pol. Buchse, A-codiert FS 3020

CANopen, Gegenstecker 5-pol. Stecker, A-codiert FS 3021

CANopen Abschlusswiderstand M12 FS 3040

Spannungsversorgung Anschlusskabel 10 m, 4-pol. Buchse A-codiert / offenes Kabelende mitAderendhülsen

FS 3019

Spannungsversorgung Anschlusskabel 2 m, 4-pol. Buchse A-codiert / offenes Kabelende mitAderendhülsen

FS 3018

EtherCAT, Gegenstecker, M12, 4-pol. Stecker, D-codiert FS 3039

Relaisausgang Anschlusskabel 10 m, 4-pol. Buchse D-codiert / offenes Kabelende mit Aderend-hülsen

FS 3075

Relaisausgang Anschlusskabel 2 m, 4-pol. Buchse D-codiert / offenes Kabelende mit Aderendhül-sen

FS 3074

Relaisausgang Gegenstecker, M12, 4 -pol. Buchse, D-codiert auf Anfrage


Lenord, Bauer & Co. GmbHDohlenstraße 3246145 Oberhausen, DeutschlandTelefon:Telefax:

+49 208 9963–0+49 208 676292

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