BLOCK PC-0724-800-0 e PM-0724-400-0: protezioni elettroniche 24 V DC al posto dei fusibili. Reset, diagnostica e scelta della variante

Una protezione elettronica BLOCK PC-0724-800 (8 canali) o PM-0724-400 (4 canali) può sostituire i fusibili nei circuiti 24 V DC di un quadro elettrico. La condizione è che la somma delle correnti rientri nel limite del modulo e che l’alimentatore e il cablaggio siano adeguati al nuovo sistema. Ogni canale dispone di una corrente di intervento regolabile fino a 10 A, un LED di stato e un pulsante di reset. Dopo un intervento è immediatamente visibile quale circuito è stato disattivato. Il canale può essere riattivato tramite pulsante, segnale PLC oppure IO-Link, senza dover individuare e sostituire un fusibile. Le varianti -0, -0I1, -2 e -3 differiscono principalmente per la segnalazione verso il controller, i morsetti e le omologazioni.

Un fusibile contiene un elemento fusibile sottile che fonde quando viene attraversato da una corrente troppo elevata. Una protezione elettronica misura invece la corrente su ogni canale e lo disattiva mediante un transistor. Sostituire una soluzione con l’altra cambia quindi il modo in cui il quadro reagisce all’avviamento, al sovraccarico e al cortocircuito. Prima della modifica conviene verificare l’alimentatore, le correnti di spunto dei carichi e il modo in cui l’allarme verrà trasmesso al PLC.

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BLOCK PC-0724-800 e PM-0724-400 – come funzionano e quali sono le differenze tra le varianti -0, -0I1, -2 e -3

Qual è la differenza tra una protezione elettronica e un fusibile in un circuito 24 V DC?

Un fusibile funziona secondo un principio termico. L’elemento fusibile si riscalda e fonde, mentre il tempo di intervento dipende dal valore della corrente. In caso di cortocircuito può trattarsi di una frazione di secondo, mentre con un sovraccarico moderato possono essere necessari secondi o persino minuti. I fusibili reagiscono quindi sia ai cortocircuiti sia ai sovraccarichi, ma con velocità differenti. Dopo l’intervento il fusibile deve essere individuato e sostituito. Maggiori informazioni sui diversi tipi sono disponibili nell’articolo fusibili elettrici – tipi e applicazioni.

Una protezione elettronica, chiamata anche interruttore elettronico di protezione, dispone di un microcontrollore che misura la corrente di ogni canale. Tollera brevi picchi di corrente, ad esempio durante la carica dei condensatori d’ingresso dei dispositivi collegati. Un sovraccarico prolungato o un cortocircuito vengono invece interrotti tramite transistor. La serie ECONOMY SMART, alla quale appartengono PC-0724-800 e PM-0724-400, presenta una caratteristica termomagnetica. Ciò significa che il tempo di disattivazione dipende da quanto e per quanto tempo la corrente supera il valore impostato, in modo simile a una classica protezione da sovraccarico.

Perché un fusibile a valle di un alimentatore switching potrebbe non intervenire?

Un alimentatore switching 24 V limita la corrente di uscita in caso di cortocircuito. Se la corrente non raggiunge il valore necessario per fondere rapidamente il fusibile, questo può intervenire con ritardo oppure non intervenire affatto. Nel frattempo la tensione 24 V può diminuire in tutto il quadro. Il PLC e i carichi appartenenti a circuiti perfettamente funzionanti possono quindi riavviarsi.

La protezione elettronica disattiva esclusivamente il canale guasto prima che la tensione dell’alimentatore diminuisca. Il produttore indica che l’intervento affidabile è garantito anche con conduttori lunghi e di piccola sezione, quindi con un’impedenza di linea elevata.

Che cosa non sostituisce una protezione elettronica?

Nelle condizioni previste dall’omologazione UL 2367, i moduli della serie PC-0724 sono descritti come protezioni supplementari per circuiti secondari. Si tratta dei circuiti alimentati da un alimentatore, trasformatore o batteria e non della protezione del circuito derivato dell’impianto di rete. La protezione sul lato 230/400 V AC a monte dell’alimentatore rimane quindi invariata.

Il canale viene disattivato tramite un semiconduttore. La disattivazione del canale con il pulsante non deve quindi essere considerata un sezionamento sicuro per effettuare lavori sul circuito.

Struttura e parametri di BLOCK PC-0724-800 e PM-0724-400

Il PC-0724-800 della linea Power Compact è un modulo largo 42 mm con otto uscite 24 V DC protette. Il PM-0724-400 della linea Power Mini dispone di quattro canali in un involucro in plastica da 45 × 90 × 97,5 mm. Entrambi vengono montati su guida TH35 e alimentati a 24 V tramite un alimentatore su guida DIN.

Parametri del PC-0724-800

• alimentazione 24 V DC, campo di funzionamento 18–30 V DC,
• 8 canali, massimo 10 A per canale,
• impostazioni di corrente 2, 3, 4, 6, 8 e 10 A nelle varianti -0, -2 e -3; nella variante -0I1 regolazione da 1 a 10 A tramite IO-Link,
• corrente totale massima del modulo 70 A, con due morsetti “+” da 40 A ciascuno,
• a temperatura più elevata: 50 A a 60 °C e 40 A a 70 °C per le versioni -0 e -3,
• attivazione sequenziale dei canali in funzione del carico, con ritardo da 50 ms a 5 s,
• le uscite si attivano da 19,5–20 V in ingresso e si disattivano sotto 18 V,
• tempo di blocco dopo l’intervento da 0,5 s in caso di cortocircuito fino a 20 s in caso di sovraccarico,
• fusibile interno da 15 A su ogni uscita come protezione di backup,
• caduta di tensione massima tra ingresso e uscita 200 mV,
• divieto di collegare le uscite in parallelo o in serie,
• temperatura di esercizio da −25 a +70 °C, grado di protezione IP20.

Parametri del PM-0724-400-0

• 4 canali, impostazioni 2, 3, 4, 6, 8 e 10 A,
• corrente totale 40 A a 40 °C, 35 A a 50 °C, 25 A a 60 °C e 20 A a 70 °C,
• morsetti push-in: alimentazione “+” fino a 6 mm², uscite fino a 2,5 mm²,
• peso 0,14 kg,
• stessi tempi di blocco, ritardi di attivazione e fusibile interno da 15 A del PC-0724-800.

Che cosa significano questi valori per la manutenzione?

Otto canali da 10 A corrispondono complessivamente a 80 A, mentre il PC-0724-800 ammette 70 A. Non tutti i canali possono quindi funzionare contemporaneamente alla corrente massima. In un quadro con temperatura di 60 °C, il limite scende a 50 A. Nel PM-0724-400 la differenza è ancora più evidente: quattro canali da 10 A rientrano nel limite soltanto fino a 40 °C, mentre a 60 °C il modulo può gestire complessivamente 25 A. Il bilancio delle correnti deve quindi essere calcolato per le condizioni di esercizio peggiori, non per la temperatura ambiente.

BLOCK confronta la larghezza del modulo, 42 mm per 8 canali, con otto portafusibili da 18 mm, che occuperebbero complessivamente 144 mm. Il reale risparmio di spazio dipende però dai portafusibili già utilizzati nel quadro. I morsetti portafusibile stretti possono occupare meno di 18 mm per circuito.

Quale variante scegliere: PC-0724-800-0, -0I1, -2 o -3?

Tutte le varianti PC-0724-800 dispongono di otto canali fino a 10 A, di un limite complessivo di 70 A per modulo e dello stesso campo di tensione di alimentazione. Si differenziano principalmente per la segnalazione verso il controller, i morsetti e le omologazioni.

PC-0724-800-0 – comando e diagnostica su due conduttori 24 V

• S1: ingresso 24 V per attivazione, disattivazione e reset dei canali,
• S2: uscita 24 V (max. 25 mA) con lo stato di tutti i canali,
• S3: uscita 24 V (max. 25 mA) come segnale collettivo di intervento,
• morsetti push-in, alimentazione “+” fino a 6 mm².

S1 e S2 formano un’interfaccia a due fili con una sequenza di bit codificata mediante codifica Manchester secondo IEEE 802.3. Il controller può attivare e disattivare singoli canali tramite S1 e leggerne lo stato tramite S2. Un semplice reset non richiede codifica: è sufficiente applicare 24 V a S1 per almeno 0,5 s. L’uscita S3 reagisce a un intervento per sovracorrente, ma non alla disattivazione manuale di un canale.

Questa variante è adatta a un quadro senza master IO-Link nel quale il PLC dispone di un ingresso e di un’uscita 24 V liberi e la manutenzione desidera conoscere lo stato di ogni canale.

PC-0724-800-0I1 – comunicazione IO-Link

IO-Link è un’interfaccia digitale punto-punto tra un dispositivo e un modulo master IO-Link, realizzata tramite un cavo standard. Nella variante -0I1 i morsetti di segnale svolgono la funzione delle linee IO-Link C/Q e L-.

• comunicazione secondo la specifica IO-Link V1.1,
• lettura dello stato e delle correnti dei singoli canali,
• attivazione, disattivazione e reset remoto dei canali,
• impostazione della corrente da 1 a 10 A tramite IO-Link,
• file di descrizione dispositivo IODD e blocchi funzione disponibili sul sito del produttore.

Di fabbrica, i canali della variante -0I1 sono disattivati localmente. In questo stato non possono essere attivati tramite IO-Link, quindi la prima attivazione deve essere eseguita con il pulsante sul modulo.

PC-0724-800-2 – reset S1 e contatto privo di potenziale

• S1: ingresso 24 V per il reset dei canali intervenuti,
• 13/14: contatto a semiconduttore privo di potenziale per allarme collettivo, max. 58 V DC / 40 V AC, 100 mA.

Il contatto privo di potenziale è utile quando l’allarme deve essere trasmesso a un circuito con potenziale o tensione differenti dai 24 V del modulo. Lo stato dei singoli canali è visibile soltanto tramite i LED. Al PLC viene trasmesso esclusivamente l’allarme collettivo.

PC-0724-800-3 – morsetti WAGO e omologazione DNV

• segnalazione come nella variante -2: ingresso reset S1 e contatto 13/14,
• morsetti WAGO: alimentazione fino a 10 mm², uscite e segnali fino a 2,5 mm²,
• copertura dei selettori di corrente con possibilità di piombatura,
• omologazione DNV (DNV-CG-0339).

DNV è una società di classificazione la cui omologazione di tipo è richiesta, tra l’altro, per determinate apparecchiature utilizzate su navi e piattaforme offshore. Il contatto 13/14 si apre quando almeno un canale è intervenuto oppure è stato disattivato manualmente.

PM-0724-400-0 e PM-0724-400-2 – quando sono sufficienti 4 canali

Il PM-0724-400-0 dispone degli stessi segnali S1, S2 e S3 del PC-0724-800-0. Il PM-0724-400-2 dispone, come il PC-0724-800-2, di un ingresso S1 e di un contatto 13/14. La versione con IO-Link è denominata PM-0724-400-0I1.

Il manuale del PM-0724-400-0 descrive inoltre una disattivazione selettiva in caso di alimentatore sovraccarico. Quando la tensione dell’alimentatore scende sotto 20 V, il modulo disattiva entro massimo 16 ms i canali che in quel momento superano la propria impostazione di corrente. Gli altri canali continuano a funzionare.

Come restringere la scelta?

• 1. Conta i circuiti 24 V da proteggere: fino a 4 – PM-0724-400, da 5 a 8 – PC-0724-800.
• 2. Stabilisci quali informazioni devono arrivare al PLC: solo allarme collettivo (-2, -3), stato e comando dei canali su due conduttori (-0) oppure diagnostica completa tramite IO-Link (-0I1).
• 3. Verifica la sezione del conduttore di alimentazione del modulo. Oltre 6 mm² sono necessari i morsetti della variante -3.
• 4. Verifica le omologazioni richieste. La variante -3 dispone dell’omologazione DNV.
• 5. Misura o stima la temperatura nel quadro e calcola il bilancio delle correnti.

Il sistema modulare BLOCK EasyB con moduli a 1 e 2 canali verrà trattato in un articolo separato.

Che cosa indicano i LED e come si resetta una protezione BLOCK PC-0724?

Ogni canale dispone di un pulsante con LED integrato. I manuali del PC-0724-800-3 e del PM-0724-400-0 descrivono gli stessi stati:

• verde fisso – canale attivato, funzionamento normale,
• verde lampeggiante – la corrente supera il valore impostato; il canale continua a funzionare ma potrebbe intervenire a breve,
• rosso fisso – canale disattivato manualmente, localmente o da remoto,
• rosso lampeggiante – canale disattivato per sovracorrente; tempo di blocco in corso,
• arancione lampeggiante – tempo di blocco terminato, il canale può essere riattivato,
• rosso lampeggiante rapidamente – guasto del dispositivo, ad esempio fusibile interno del canale intervenuto.

Su alcune pagine prodotto, l’indicazione arancione viene descritta come gialla. Secondo il produttore, l’intervento del fusibile interno indica con elevata probabilità un guasto del modulo. Il dispositivo non contiene parti destinate alla sostituzione da parte dell’utente e BLOCK consiglia di inviarlo per un controllo.

Reset locale tramite pulsante

Quando il LED lampeggia in arancione, premi due volte il pulsante del canale. Il canale torna in funzione. Se il LED lampeggia ancora in rosso, il reset non è ancora possibile e bisogna attendere la fine del tempo di blocco.

Reset remoto tramite S1 (-0, -2, -3)

I canali intervenuti vengono riattivati applicando un impulso 24 V all’ingresso S1 per almeno 0,5 s. Un singolo impulso resetta contemporaneamente tutti i canali intervenuti. Nella variante -0, S1 può essere utilizzato anche per attivare e disattivare singoli canali mediante il segnale codificato.

È preferibile programmare il reset remoto come un singolo impulso dopo la conferma dell’operatore. Un ciclo di reset automatico dal PLC può nascondere un cortocircuito permanente e sollecitare inutilmente i carichi collegati.

Reset tramite IO-Link (-0I1)

Nella variante -0I1 il canale può essere riattivato con il pulsante locale oppure mediante un comando IO-Link. Tramite IO-Link è inoltre possibile attivare e disattivare i canali e leggere i relativi valori di corrente.

Che cosa non significa il LED arancione?

Il LED arancione non conferma che il guasto sia scomparso. Dopo un intervento, il modulo calcola il tempo di blocco in base al modello termico del semiconduttore: da 0,5 s dopo un cortocircuito fino a 20 s dopo un sovraccarico. Se il cortocircuito è ancora presente, il canale interverrà nuovamente dopo il reset. Due interventi consecutivi indicano che è necessario interrompere i tentativi di reset e cercare la causa nel circuito.

È utile ricordare anche alcuni comportamenti del modulo:

• il tempo di blocco residuo viene memorizzato, quindi togliere e ripristinare l’alimentazione non lo riduce,
• un canale disattivato manualmente rimane disattivato anche dopo una mancanza e un successivo ripristino dell’alimentazione,
• nel PC-0724-800-3 tutti i canali sono attivati di fabbrica e impostati a 10 A,
• nel PC-0724-800-0I1 i canali sono disattivati di fabbrica e devono essere attivati inizialmente tramite il pulsante.

La memorizzazione dello stato dei canali spiega perché un circuito potrebbe non riavviarsi dopo il riavvio del quadro. L’impostazione di fabbrica a 10 A significa inoltre che i valori di corrente devono essere configurati prima della messa in servizio.

Come si imposta la corrente di intervento del BLOCK PC-0724-800?

Nelle varianti -0, -2 e -3 e nel PM-0724-400-0, la corrente viene impostata tramite un selettore accanto a ciascun canale. Le posizioni disponibili sono 2, 3, 4, 6, 8 e 10 A e non è previsto un regolaggio continuo. Nel PC-0724-800-3 e nel PM-0724-400-0 i selettori sono collocati sotto una copertura che può essere piombata. Nella variante -0I1 l’impostazione avviene tramite IO-Link.

• 1. Determina la corrente continua dei carichi nel circuito dalla documentazione o tramite misurazione.
• 2. Verifica la corrente di spunto e la capacità d’ingresso dei carichi, ad esempio convertitori, alimentatori, bobine ed elettrovalvole.
• 3. Verifica la portata di corrente ammessa del conduttore del circuito. L’impostazione della protezione non deve superarla.
• 4. Seleziona il valore immediatamente superiore alla normale corrente di esercizio. Considera la tolleranza di misura: la scheda tecnica del PC-0724-800-3 indica ±15% tra 2 e 3 A, ±10% tra 3 e 5 A e ±5% oltre 5 A.
• 5. Somma le correnti di esercizio. Confronta il totale con il limite del modulo alla temperatura reale del quadro e con la corrente nominale dell’alimentatore.
• 6. Registra le impostazioni nella documentazione del quadro.

Un LED verde lampeggiante durante il funzionamento normale indica che il circuito lavora troppo vicino alla soglia di intervento. Verifica l’assorbimento di corrente e seleziona un valore superiore se la sezione del conduttore lo consente. La corrente di spunto può essere misurata più facilmente con una pinza amperometrica DC dotata di funzione inrush oppure con un oscilloscopio e una sonda di corrente.

Sostituzione dei fusibili con BLOCK PC-0724 in un quadro esistente – diagnostica ed errori frequenti

Quale circuito è intervenuto in un quadro 24 V? Procedura dopo l’intervento

Con i fusibili è necessario controllare ogni fusibile singolarmente. Una protezione elettronica indica invece immediatamente quale canale è stato disattivato. Il LED da solo, tuttavia, non spiega perché sia avvenuto. La procedura seguente aiuta a organizzare i primi minuti dopo il fermo della macchina.

• 1. Prima di qualsiasi reset, fotografa i LED di tutti i canali e annota eventuali messaggi dell’HMI o del PLC.
• 2. Verifica se il canale è intervenuto per sovracorrente (LED rosso o arancione lampeggiante) oppure è stato disattivato manualmente (rosso fisso).
• 3. Controlla la tensione all’ingresso del modulo. Sotto 18 V il modulo disattiva le uscite, quindi la causa potrebbe essere l’alimentatore e non il circuito stesso.
• 4. Utilizza lo schema elettrico per identificare i carichi collegati al canale disattivato.
• 5. Effettua un solo reset dopo la fine del tempo di blocco. Un nuovo intervento immediato indica un cortocircuito permanente o un carico difettoso.
• 6. Se il canale si disattiva solo dopo un certo periodo di funzionamento, confronta la corrente del circuito con il valore impostato. La causa può essere un sovraccarico o un aumento dell’assorbimento.
• 7. Scollega uno alla volta i carichi collegati al canale finché non individui quello che provoca l’intervento.
• 8. Registra l’evento nello storico della macchina: data, canale, causa e intervento eseguito.

Quali strumenti utilizzare?

• Multimetro – misura la tensione all’ingresso del modulo e all’uscita del canale, preferibilmente sotto carico, perché una caduta di tensione dell’alimentatore spesso diventa visibile soltanto durante il funzionamento.
• Pinza amperometrica DC – misura la corrente del canale durante il funzionamento e confrontala con il valore impostato.
• Misuratore di isolamento – verifica lo stato dell’isolamento del cablaggio. Esegui questa misura soltanto dopo aver scollegato il modulo e i dispositivi collegati, perché la tensione di prova può danneggiare l’elettronica.

Cause tipiche dell’intervento di un canale

• Cortocircuito permanente – il canale si disattiva immediatamente dopo ogni reset.
• Corrente di spunto o elevata capacità d’ingresso – intervento durante l’accensione della macchina, seguito da funzionamento normale.
• Sovraccarico – intervento dopo alcuni minuti di funzionamento, spesso sotto carico elevato o ad alta temperatura.
• Carico difettoso – ad esempio convertitore, bobina o sensore con assorbimento crescente.
• Caduta di tensione dell’alimentatore – più canali o l’intero modulo si disattivano contemporaneamente.

Che cosa modificare nel quadro quando si sostituiscono i fusibili con PC-0724 o PM-0724?

Il modulo sostituisce la fila di fusibili, ma il circuito 24 V deve comunque essere ricalcolato. I punti più importanti da verificare sono:

• Bilancio delle correnti. La somma delle correnti di esercizio deve rientrare nel limite del modulo alla temperatura massima del quadro e nella corrente nominale dell’alimentatore.
• Alimentatore. L’attivazione sequenziale dei canali riduce il picco di avviamento, ma l’alimentatore deve comunque essere in grado di sostenere il carico di avviamento. Un alimentatore sottodimensionato può far scendere la tensione sotto 18 V e provocare la disattivazione di tutte le uscite del modulo.
• Ritorno 0 V. Porta i conduttori di ritorno 0 V dei carichi direttamente all’alimentatore utilizzando conduttori separati. Il morsetto 0 V del modulo alimenta soltanto la sua elettronica interna.
• Alimentazione del modulo. Il modulo dispone di due morsetti “+”, ciascuno dimensionato fino a 40 A. Per una corrente totale superiore a 40 A, collega l’alimentazione a entrambi i morsetti e dimensiona i conduttori in base alla corrente reale.
• Segnalazione verso il PLC. Nella variante -0, l’uscita S3 segnala esclusivamente un intervento. Nelle varianti -2 e -3, il contatto 13/14 si apre anche dopo la disattivazione manuale di un canale, quindi il PLC non può distinguere le due situazioni senza ulteriori informazioni.
• Distanze e raffreddamento. Il modulo è raffreddato per convezione. Mantieni 40 mm di spazio libero sopra e sotto il modulo; la scheda del PC-0724-800-3 indica 20 mm.
• Impostazioni. Regola la corrente di ogni canale prima della prima attivazione.
• Nessun collegamento in parallelo. Non collegare i canali in parallelo per ottenere più di 10 A.

Errori facili da evitare

• Lasciare l’impostazione di fabbrica a 10 A su un circuito con un conduttore di piccola sezione.
• Far passare il ritorno comune 0 V dei carichi attraverso il morsetto del modulo.
• Calcolare il bilancio delle correnti alla temperatura ambiente invece che alla temperatura reale nel quadro durante l’estate.
• Programmare un reset automatico ciclico dal PLC che nasconde un cortocircuito permanente.
• Non distinguere nel PLC tra un canale disattivato manualmente e un canale intervenuto.
• Non aggiornare lo schema elettrico e la descrizione dei canali dopo la modifica.

Quando una protezione elettronica non è conveniente?

I fusibili continuano a essere una soluzione valida in molti quadri elettrici. Un modulo elettronico non è quindi sempre conveniente.

• Il quadro dispone soltanto di uno o due circuiti 24 V e le protezioni sono intervenute raramente. Il modulo costa più di alcuni portafusibili con relativi fusibili.
• Il circuito richiede più di 10 A. I canali non devono essere collegati in parallelo.
• Il circuito funziona con una tensione diversa da 24 V DC oppure utilizza tensione alternata.
• Non è possibile modificare il cablaggio 0 V e aggiornare la documentazione.

Che cosa preparare prima di una consulenza o di una richiesta di assistenza?

Informazioni precise riducono i tempi di diagnostica e permettono di stabilire se la causa si trova nella protezione, nell’alimentatore oppure nel carico. Prepara:

• una foto delle protezioni 24 V con sigle e LED chiaramente visibili,
• la sigla completa del modulo BLOCK, ad esempio PC-0724-800-0 o PM-0724-400-2,
• la targhetta dell’alimentatore 24 V,
• lo schema dei circuiti 24 V oppure una descrizione di ciò che è collegato a ogni canale,
• le impostazioni di corrente di ciascun canale,
• lo storico degli interventi: quando, quale canale e in quale fase del funzionamento della macchina,
• i messaggi del PLC o dell’HMI,
• la temperatura nel quadro, se misurata,
• l’informazione sulla presenza di un master IO-Link o di ingressi e uscite PLC disponibili.

Le misure e i lavori all’interno del quadro elettrico devono essere eseguiti esclusivamente da personale adeguatamente qualificato. I circuiti 24 V DC sono alimentati da apparecchiature collegate alla rete 230/400 V AC e, in queste parti del quadro, devono essere rispettate le norme di sicurezza previste per i lavori su apparecchiature elettriche.

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