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PLC Controllore Logico Programmabile
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| Luogo di origine | Germania |
| Marca | SIMENS |
| Certificazione | CE RoHS |
| Numero di modello | 6ES7307-1EA00-0AA0 |
L' Siemens 6ES7307-1EA00-0AA0 è la versione da 5 ampere del modulo di alimentazione SIMATIC PS 307 — il convertitore AC-DC dedicato con cui inizia ogni sistema di controllo S7-300 standard. Prima che una CPU, un modulo di segnale o un modulo di espansione possano funzionare, il PS 307 deve convertire l'alimentazione di rete AC dell'impianto nella tensione stabilizzata di 24V DC che alimenta il backplane S7-300 e fornisce la tensione di carico per i dispositivi sul campo.
La relazione tra il PS 307 e la stazione S7-300 è fondamentale: il PS 307 non è un accessorio o un'opzione. È il punto di partenza elettrico della stazione.
Dove alcuni sistemi di controllo richiedono alimentatori esterni separati per il PLC e per i carichi dei dispositivi sul campo, il PS 307 è progettato per svolgere entrambi i ruoli da un'unica unità.
L'uscita da 24V DC alimenta la tensione di sistema S7-300 (alimentando la CPU, il bus backplane e tutti i moduli installati) e può contemporaneamente fornire 24V DC agli I/O sul campo — sensori di prossimità, bobine di valvole a solenoide, circuiti di controllo contattori, spie luminose — tutti attingendo dalla stessa linea regolata da 24V.
La capacità di uscita di 5A (120W a 24V) è dimensionata per gestire un rack S7-300 completamente equipaggiato più un ragionevole carico sul campo I/O.
La commutazione automatica del range di tensione è un vantaggio pratico che rende il PS 307 un alimentatore veramente universale. Nessun jumper da spostare, nessun selettore da impostare correttamente, nessun rischio di applicare 230V AC a un alimentatore configurato per ingresso 120V.
Il PS 307 rileva internamente la tensione di ingresso e adegua di conseguenza il suo circuito di rettifica e regolazione — collegandosi alla rete 120VAC in Nord America, o alla rete 230VAC in Europa, o a qualsiasi tensione nominale intermedia che rientri nel range consentito, produce la stessa uscita 24V DC.
| Parametro | Valore |
|---|---|
| Tensione di Ingresso | 120/230VAC (auto) |
| Frequenza di Ingresso | 47–63Hz |
| Tensione di Uscita | 24VDC |
| Corrente di Uscita | 5A |
| Consumo Energetico | 138W |
| Efficienza | 87% |
| Perdita di Potenza | 18W tipica |
| Corrente di Spunto | 20A a 25°C |
| I²t | 1.2 A²s |
| Isolamento | 250VAC (EN 60950) |
| Dimensioni (L×A×P) | 80×125×120mm |
| Peso | 740g |
L'efficienza dell'87% del PS 307 — con 138W di ingresso, 120W di uscita utile da 24V DC, con 18W dissipati come calore — ha implicazioni pratiche per la progettazione termica dell'armadio.
In un armadio di controllo, ogni watt di perdita di potenza diventa calore che deve essere gestito. Una perdita di 18W solo dall'alimentatore contribuisce in modo significativo al requisito totale di dissipazione del calore dell'armadio. Se combinato con il calore di un modulo CPU (tipicamente 4–6W), diversi moduli di segnale (40–80mW per modulo) e qualsiasi modulo funzione o processore di comunicazione nel rack, il carico termico totale dell'armadio è facilmente di 30–50W per un'installazione S7-300 di medie dimensioni.
I produttori di armadi specificano temperature ambiente interne massime ammissibili (tipicamente 40°C o 55°C a seconda delle classificazioni dei moduli).
Se la convezione naturale dell'armadio non riesce a rimuovere il carico termico totale abbastanza rapidamente, la temperatura interna aumenta, superando infine le classificazioni dei moduli e causando guasti prematuri.
Il contributo di 18W del PS 307 a questo budget termico dovrebbe essere incluso in ogni calcolo termico dell'armadio.
Il design a commutazione del PS 307 (a differenza di un design lineare basato su trasformatore) è ciò che raggiunge l'efficienza dell'87% in un modulo compatto largo 80mm.
Un alimentatore lineare allo stesso livello di potenza sarebbe tipicamente efficiente al 50–60% e dissiperebbe 40–60W come calore dalla stessa uscita da 120W — quasi tre volte il carico termico.
Il vantaggio di efficienza del PS 307 a commutazione è direttamente visibile nelle prestazioni termiche dell'armadio.
Quando i requisiti di alimentazione di una singola stazione S7-300 superano l'uscita da 5A del PS 307, due moduli PS 307 da 5A possono essere collegati in parallelo sullo stesso bus di uscita da 24V DC — erogando un totale di 10A.
Questa operazione in parallelo richiede la corrispondenza della regolazione della tensione di uscita di entrambi gli alimentatori in modo che uno non porti una quota sproporzionatamente maggiore della corrente.
Il design del PS 307 supporta l'operazione in parallelo e entrambi i moduli condividono la corrente di carico senza richiedere hardware aggiuntivo per il bilanciamento della corrente.
L'approccio parallelo fornisce non solo capacità aggiuntiva ma anche un certo grado di ridondanza: se un PS 307 si guasta, l'altro continua a erogare 5A, che potrebbe essere sufficiente a mantenere in funzione parti critiche della stazione.
Tuttavia, questo non è equivalente a un vero alimentatore ridondante in hot-standby (dove diodi di uscita o circuiti attivi di condivisione del carico garantiscono nessuna caduta di tensione durante il passaggio) — quando un PS 307 in una coppia parallela si guasta, ci sarà una breve transizione prima che il modulo superstite si stabilizzi alla sua uscita massima.
Per applicazioni in cui anche una momentanea perturbazione dell'alimentazione a 24V è inaccettabile, dovrebbero essere specificati moduli di alimentazione ridondanti dedicati con funzionalità hot-swap e circuiti di condivisione del carico.
Due caratteristiche sul pannello frontale meritano attenzione nella pratica di installazione e manutenzione:
L' LED 24V DC conferma che la tensione di uscita è all'interno del range di regolazione specificato. Si illumina di verde quando l'uscita 24V è presente e nei limiti.
Se il LED è spento con alimentazione AC applicata, l'uscita è inferiore alla soglia (sovraccarico, cortocircuito o guasto di regolazione) o il PS 307 si è guastato internamente. Il controllo del LED è il primo passo diagnostico quando una stazione non si accende.
L' interruttore ON/OFF (presente su molti modelli PS 307) consente di accendere o spegnere l'uscita da 24V DC mentre l'alimentazione di rete AC rimane collegata al modulo.
Questa capacità viene utilizzata durante le operazioni di hot-swap dei moduli — spegnendo l'uscita 24V (in modo che il bus 24V sia morto) prima di rimuovere o inserire un modulo di segnale sotto tensione — quando l'architettura del sistema lo richiede.
Consente inoltre il riavvio controllato del bus 24V senza scollegare l'alimentazione AC, utile per le procedure di reset dei guasti.
D1: Il PS 307 da 5A può alimentare sia la tensione di sistema S7-300 che i dispositivi sul campo contemporaneamente, e c'è il rischio di sovraccaricarlo se i dispositivi sul campo assorbono più corrente del previsto?
Sì, un'unica linea di uscita PS 307 è destinata ad alimentare sia la tensione di sistema S7-300 (assorbita dalla CPU e da tutti i moduli installati tramite il backplane) sia i carichi sul campo da 24V DC (sensori, solenoidi, lampade, bobine contattori) collegati al cablaggio sul campo dei moduli I/O.
La corrente totale assorbita da tutti questi consumatori non deve superare continuamente la capacità di uscita di 5A.
Il calcolo del budget di corrente effettivo prima dell'installazione del sistema è essenziale: aggiungere il consumo di corrente da 24V nominale di ogni modulo S7-300 dal suo datasheet (tipicamente 80–200mA per modulo), la corrente di campo massima da tutte le alimentazioni dei sensori nei circuiti I/O (ogni sensore a 2 fili assorbe 4–20mA; più sensori si aggregano rapidamente), e qualsiasi bobina di attuatore o lampada alimentata dalla stessa linea da 24V.
Se il totale si avvicina o supera i 5A, un secondo modulo PS 307 — in parallelo o che alimenta una linea di carico sul campo separata — dovrebbe essere incluso nel progetto.
Il sovraccarico del PS 307 ne causa il ripiegamento della tensione di uscita (si attiva la protezione da cortocircuito), potenzialmente causando comportamenti anomali della stazione difficili da tracciare senza misurare la corrente di uscita effettiva.
D2: Qual è lo scopo della specifica della corrente di spunto (20A a 25°C, I²t = 1.2 A²s) e come influisce sulla selezione della protezione del circuito a monte?
Quando il PS 307 viene energizzato per la prima volta — o ri-energizzato dopo una breve interruzione di corrente — i suoi condensatori di filtro interni devono essere caricati da zero alla tensione operativa. Durante questo intervallo di carica (tipicamente della durata di pochi millisecondi), la corrente istantanea assorbita dall'alimentazione AC è molto più alta della corrente operativa a regime.
I 20A di spunto del PS 307 a 25°C sono il picco di questo transitorio di corrente di carica.
Il valore I²t di 1.2 A²s caratterizza il contenuto energetico dell'evento di spunto — il prodotto del quadrato della corrente e del tempo durante il quale scorre — e questa è la cifra utilizzata per selezionare interruttori automatici e fusibili a monte.
Un interruttore automatico con una caratteristica di sgancio troppo stretta (tipo B, che scatta a 3–5× la corrente nominale istantaneamente) potrebbe scattare per errore quando il PS 307 viene acceso, anche se non si è verificato alcun guasto.
Siemens raccomanda un interruttore automatico miniaturizzato (MCB) di tipo C da almeno 6A per la protezione di un singolo PS 307 — gli interruttori di tipo C tollerano correnti istantanee fino a 10–15× la corrente nominale prima di scattare, il che è più appropriato per il profilo di spunto del PS 307. Se due moduli PS 307 vengono utilizzati in parallelo, lo spunto combinato all'avvio dovrebbe essere considerato nel dimensionamento dell'MCB a monte.
D3: Il PS 307 è elencato come sostituito dal 6ES7307-1EA01-0AA0. I due moduli sono meccanicamente ed elettricamente intercambiabili in un'installazione S7-300 esistente?
Il 6ES7307-1EA01-0AA0 (successore) è un sostituto funzionale diretto del 6ES7307-1EA00-0AA0 (questo modulo).
Le dimensioni fisiche (80×125×120mm), la geometria di montaggio (barra S7-300 standard, singolo slot), le specifiche di uscita (24VDC, 5A), le specifiche di ingresso (120/230VAC, commutazione automatica) e il posizionamento dei connettori sono tutti identici — il modulo successore sostituisce fisicamente l'originale senza alcuna modifica all'armadio, regolazione della barra o modifica del cablaggio.
La differenza principale tra le due revisioni è interna — il successore incorpora aggiornamenti dei componenti e miglioramenti minori di produzione che migliorano le metriche di affidabilità, non le specifiche visibili all'utente. Quando si acquista un sostituto per un 6ES7307-1EA00-0AA0 guasto, il 6ES7307-1EA01-0AA0 è il sostituto corrente preferito. Se un 6ES7307-1EA00-0AA0 nuovo-vecchio stock viene installato in una stazione esistente, funziona in modo identico all'originale.
D4: Il PS 307 fornisce una protezione contro brevi interruzioni di corrente AC in ingresso e cosa succede all'uscita 24V durante un breve guasto di alimentazione?
Il PS 307 fornisce un ponte per brevi interruzioni di alimentazione — l'uscita continua a erogare 24V DC per un periodo minimo definito dopo che l'alimentazione AC è venuta a mancare.
Il tempo di ponte è specificato come minimo 5 millisecondi, con una frequenza di ripetizione minima di 1 secondo prima che sia disponibile il successivo intervallo di ponte.
Questo ponte di 5ms è sufficiente per superare le brevi interruzioni di alimentazione causate da disturbi transitori sul sistema di distribuzione AC — cadute di tensione causate dall'avvio di grandi motori sulla stessa linea di distribuzione, brevi interruzioni da commutazione automatica di trasferimento o operazioni di commutazione dell'alimentazione.
Non è sufficiente per mantenere l'operatività durante guasti di alimentazione prolungati — per questi, è necessario un gruppo di continuità (UPS) sul lato ingresso AC. Il ponte di 5ms è una caratteristica hardware dell'accumulo di energia interna del PS 307 (condensatori di filtro); non è regolabile dall'utente.
Il ponte per guasto di alimentazione della CPU 312 è di 5ms sul pin di alimentazione della CPU, che è indipendente dal ponte del PS 307. In un sistema correttamente progettato, il ponte di 5ms del PS 307 garantisce che il bus da 24V rimanga stabile abbastanza a lungo affinché i circuiti di monitoraggio dell'alimentazione della CPU eseguano una sequenza di arresto controllato ordinata se il guasto di alimentazione continua.
D5: Il PS 307 può essere utilizzato come alimentatore da pannello generico da 24VDC per dispositivi diversi dai moduli PLC S7-300 e quali sono le considerazioni sull'installazione?
Sì. L'uscita da 24V DC del PS 307 non è elettricamente differenziata tra l'uso come tensione di sistema S7-300 e l'uso come carico generale del pannello — fornisce una linea da 24V DC regolata, stabilizzata e protetta da cortocircuito che può alimentare qualsiasi carico da 24V DC entro la sua capacità di corrente di 5A.
È pratica comune utilizzare il PS 307 come unica alimentazione da 24V per una stazione S7-300 combinata e i suoi dispositivi sul campo locali: il bus backplane assorbe corrente attraverso l'assemblaggio della linea e i carichi cablati sul campo (alimentazioni sensori, bobine valvole, circuiti di controllo contattori) attingono dagli stessi terminali di uscita tramite morsettiere fuse.
La principale considerazione sull'installazione è la messa a terra: l'uscita 0V del PS 307 (terminale negativo) deve essere collegata al sistema PE (terra di protezione) dell'armadio per garantire che la linea da 24V sia correttamente referenziata.
Linee da 24V DC flottanti (non messe a terra) creano condizioni di tensione di modo comune che possono causare errori di misurazione nei moduli I/O analogici e interferenze nei circuiti di comunicazione.
Il datasheet del PS 307 specifica il punto di connessione di terra e la pratica di cablaggio raccomandata sia per configurazioni da 24V messe a terra che non messe a terra.
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