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
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
4 Lenord, Bauer & Co. GmbH DS21-3010 (2014-12)
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
DS21-3010 (2014-12) Lenord, Bauer & Co. GmbH 5
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
6 Lenord, Bauer & Co. GmbH DS21-3010 (2014-12)
Maßbild GEL 3010
120
ø 8,5
140
156
46
34 58
76
638
Typenschlüssel,Zubehör
DS21-3010 (2014-12) Lenord, Bauer & Co. GmbH 7
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
8 Lenord, Bauer & Co. GmbH DS21-3010 (2014-12)
Lenord, Bauer & Co. GmbHDohlenstraße 3246145 Oberhausen, DeutschlandTelefon:Telefax:
+49 208 9963–0+49 208 676292
Internet: www.lenord.comE-Mail: [email protected]
Technische Änderungen und Druckfehler vorbehalten.Die aktuellste Version finden Sie im Internet unter www.lenord.com.
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