6ES7307-1EA00-0AA0 SIEMESN 6ES73O7-1EAOO-OAAO 6ES73071EA000AA0 Energieversorgung

Siemens 6ES7307-1EA00-0AA0 | SIMATIC S7-300 PS 307 Geregeltes Netzteil — 5A, 120/230VAC Automatische Umschaltung, 24VDC Ausgang, 87% Wirkungsgrad, Kurzschlussfest, 80×125×120mm

Übersicht

Der Siemens 6ES7307-1EA00-0AA0 ist die 5-Ampere-Version des SIMATIC PS 307 Netzteilmoduls — der dedizierte AC-zu-DC-Wandler, mit dem jedes Standard-S7-300-Steuerungssystem beginnt. Bevor eine CPU, ein Signalmodul oder ein Erweiterungsmodul funktionieren kann, muss das PS 307 die AC-Netzversorgung der Anlage in die stabilisierten 24V DC umwandeln, die die S7-300-Backplane versorgen und die Lastspannung für Feldgeräte liefern.

Die Beziehung zwischen dem PS 307 und der S7-300-Station ist grundlegend: Das PS 307 ist kein Zubehör oder eine Option. Es ist der elektrische Ausgangspunkt der Station.

Wo einige Steuerungssysteme separate externe Netzteile für die SPS und für Feldgeräte-Lasten erfordern, ist das PS 307 so konzipiert, dass es beide Rollen von einer einzigen Einheit aus erfüllt.

Der 24V DC Ausgang versorgt die S7-300 Systemspannung (versorgt die CPU, den Backplane-Bus und alle installierten Module) und kann gleichzeitig 24V DC an Feld-E/A liefern — Näherungsschalter, Magnetventilspulen, Schützsteuerkreise, Anzeigelampen — die alle von der gleichen geregelten 24V-Schiene gespeist werden.

Die 5A Ausgangskapazität (120W bei 24V) ist so dimensioniert, dass sie einen voll ausgestatteten S7-300-Rack plus eine angemessene Feldlast für E/A bewältigen kann.

Die automatische Spannungsbereichsumschaltung ist ein praktischer Vorteil, der das PS 307 zu einem wirklich universellen Netzteil macht. Kein Jumper muss umgestellt werden, kein Wahlschalter muss korrekt eingestellt werden, kein Risiko, 230V AC an eine für 120V Eingang konfigurierte Versorgung anzulegen.

Das PS 307 erkennt intern die Eingangsspannung und passt seine Gleichrichtungs- und Regelungsschaltung entsprechend an — der Anschluss an 120VAC-Netze in Nordamerika oder 230VAC-Netze in Europa oder jede Nennspannung dazwischen, die innerhalb des zulässigen Bereichs liegt, erzeugt denselben 24V DC Ausgang.

Wichtige Spezifikationen

87% Wirkungsgrad und 18W Verlustleistung — Auswirkungen auf das thermische Design

Der 87%ige Wirkungsgrad des PS 307 — bei 138W Eingang, 120W nutzbare 24V DC Ausgangsleistung, mit 18W als Wärme abgeführt — hat praktische Auswirkungen auf das thermische Design des Schranks.

In einem Schaltschrank wird jede Watt Verlustleistung zu Wärme, die abgeführt werden muss. Ein Verlust von 18W allein aus dem Netzteil trägt maßgeblich zur gesamten Wärmeableitungsanforderung des Schranks bei. In Kombination mit der Wärme einer CPU (typischerweise 4–6W), mehrerer Signalmodule (40–80mW pro Modul) und beliebiger Funktionsmodule oder Kommunikationsprozessoren im Rack beträgt die gesamte Schrankwärmelast bei einer mittelgroßen S7-300-Installation leicht 30–50W.

Schrankhersteller geben maximale zulässige interne Umgebungstemperaturen an (typischerweise 40°C oder 55°C, je nach Modulbewertung).

Wenn die natürliche Konvektion des Schranks die gesamte Wärmelast nicht schnell genug abführen kann, steigt die Innentemperatur an, überschreitet schließlich die Modulbewertungen und verursacht vorzeitige Ausfälle. 

Der Beitrag von 18W des PS 307 zu diesem Wärmebudget sollte in jeder thermischen Schrankberechnung berücksichtigt werden.

Das Schaltnetzteil-Design des PS 307 (im Gegensatz zu einem transformatorbasierten linearen Design) ermöglicht einen Wirkungsgrad von 87% in einem kompakten 80mm breiten Modul.

Ein lineares Netzteil auf demselben Leistungsniveau hätte typischerweise einen Wirkungsgrad von 50–60% und würde 40–60W Wärme von derselben 120W Ausgangsleistung abführen — fast die dreifache thermische Last.

Der Effizienzvorteil des Schaltnetzteils PS 307 ist in der thermischen Leistung des Schranks direkt sichtbar.

Parallelschaltung — Erweiterung auf 10A Ausgang

Wenn die Leistungsanforderungen einer einzelnen S7-300-Station den 5A Ausgang des PS 307 überschreiten, können zwei PS 307 5A Module parallel an derselben 24V DC Ausgangsschiene angeschlossen werden — was eine kombinierte Leistung von 10A liefert.

Dieser Parallelbetrieb erfordert die Anpassung der Ausgangsspannungstrimmung beider Netzteile, damit eines nicht unverhältnismäßig mehr Strom trägt. 

Das Design des PS 307 unterstützt den Parallelbetrieb, und beide Module teilen sich den Laststrom, ohne dass zusätzliche Stromausgleichshardware erforderlich ist.

Der parallele Ansatz bietet nicht nur zusätzliche Kapazität, sondern auch ein gewisses Maß an Redundanz: Wenn ein PS 307 ausfällt, liefert das andere weiterhin 5A, was ausreichen kann, um kritische Teile der Station am Laufen zu halten.

Dies ist jedoch kein Ersatz für ein echtes Hot-Standby-Redundanznetzteil (bei dem Ausgangsdioden oder aktive Lastteilungs-Schaltungen sicherstellen, dass es während der Übergabe keinen Spannungsabfall gibt) — wenn ein PS 307 in einem parallelen Paar ausfällt, gibt es einen kurzen Übergang, bevor das überlebende Modul seine maximale Leistung stabilisiert. 

Für Anwendungen, bei denen selbst eine kurzzeitige 24V-Versorgungsstörung inakzeptabel ist, sollten dedizierte redundante Netzteilmodule mit Hot-Swap- und Lastteilungs-Schaltungen spezifiziert werden.

Die Diagnose-LED und der EIN/AUS-Schalter

Zwei Frontpanel-Funktionen verdienen bei Installation und Wartung Beachtung:

Der 24V DC LED bestätigt, dass die Ausgangsspannung innerhalb des spezifizierten Regelbereichs liegt. Sie leuchtet grün, wenn die 24V Ausgang vorhanden und innerhalb der Grenzwerte ist.

Wenn die LED bei angeschlossener Wechselspannung aus ist, liegt die Ausgangsspannung entweder unter dem Schwellenwert (Überlastung, Kurzschluss oder Regelungsfehler) oder das PS 307 ist intern ausgefallen. Die Überprüfung der LED ist der erste Diagnoseschritt, wenn eine Station nicht hochfährt.

Der EIN/AUS-Schalter (bei vielen PS 307 Modellen vorhanden) ermöglicht das Ein- und Ausschalten des 24V DC Ausgangs, während die Wechselstromversorgung weiterhin am Modul angeschlossen ist.

Diese Funktion wird bei Modul-Hot-Swap-Vorgängen verwendet — das Ausschalten der 24V-Ausgangsspannung (damit die 24V-Schiene stromlos ist), bevor ein unter Spannung stehendes Signalmodul entfernt oder eingesetzt wird —, wenn die Systemarchitektur dies erfordert.

Sie ermöglicht auch einen kontrollierten Neustart der 24V-Schiene, ohne die Wechselstromversorgung zu trennen, was für Fehlerbehebungsverfahren nützlich ist.

FAQ

F1: Kann das PS 307 5A Netzteil sowohl die S7-300 Systemspannung als auch Feldgeräte gleichzeitig versorgen, und besteht die Gefahr einer Überlastung, wenn Feldgeräte mehr Strom ziehen als erwartet?

Ja, eine einzelne PS 307 Ausgangsschiene ist dafür vorgesehen, sowohl die S7-300 Systemspannung (die von der CPU und allen installierten Modulen über die Backplane bezogen wird) als auch 24V DC Feldlasten (Sensoren, Magnetventile, Lampen, Schützspulen) zu versorgen, die an die Feldverdrahtung der E/A-Module angeschlossen sind.

Der Gesamtstromverbrauch aller dieser Verbraucher darf die 5A Ausgangsleistung nicht dauerhaft überschreiten.

Die Berechnung des tatsächlichen Strombudgets vor der Installation des Systems ist unerlässlich: Addieren Sie den Nenn-24V-Stromverbrauch jedes S7-300-Moduls aus seinem Datenblatt (typischerweise 80–200mA pro Modul), den maximalen Feldstrom von allen Sensornetzteilen in den E/A-Schaltungen (jeder 2-Draht-Sensor zieht 4–20mA; mehrere Sensoren summieren sich schnell) und alle Aktorspulen oder Lampen, die von derselben 24V-Schiene gespeist werden.

Wenn die Summe 5A erreicht oder überschreitet, sollte ein zweites PS 307 Modul — entweder parallel oder zur Versorgung einer separaten Feldlastschiene — in das Design einbezogen werden.

Eine Überlastung des PS 307 führt dazu, dass es seine Ausgangsspannung reduziert (Kurzschlussschutz wird aktiviert), was zu unerklärlichem Stationsverhalten führen kann, das ohne Messung des tatsächlichen Ausgangsstroms schwer nachzuvollziehen ist.

F2: Was ist der Zweck der Angabe des Einschaltstroms (20A bei 25°C, I²t = 1,2 A²s) und wie beeinflusst er die Auswahl des vorgelagerten Schutzes?

Wenn das PS 307 zum ersten Mal eingeschaltet wird — oder nach einer kurzen Stromunterbrechung wieder eingeschaltet wird —, müssen seine internen Filterkondensatoren von Null auf die Betriebsspannung aufgeladen werden. Während dieses Ladeintervalls (das typischerweise einige Millisekunden dauert) ist der momentane Strom, der aus der AC-Versorgung gezogen wird, weitaus höher als der stationäre Betriebsstrom.

Der 20A Einschaltstrom des PS 307 bei 25°C ist der Spitzenwert dieses Lade-Stromtransienten. 

Der I²t-Wert von 1,2 A²s charakterisiert den Energiegehalt des Einschaltvorgangs — das Produkt aus dem Quadrat des Stroms und der Zeit, über die er fließt —, und dies ist der Wert, der zur Auswahl von vorgelagerten Schutzschaltern und Sicherungen verwendet wird.

Ein Schutzschalter mit zu engen Auslösecharakteristiken (Typ B, der bei 3–5-fachem Nennstrom sofort auslöst) kann beim Einschalten des PS 307 zu Fehlauslösungen führen, obwohl kein Fehler aufgetreten ist.

Siemens empfiehlt einen Mindest-6A-Leitungsschutzschalter (LS) vom Typ C für den Schutz eines einzelnen PS 307 — Typ-C-Schalter tolerieren momentane Ströme bis zum 10–15-fachen des Nennstroms, bevor sie auslösen, was für das Einschaltstromprofil des PS 307 besser geeignet ist. Wenn zwei PS 307 Module parallel betrieben werden, sollte der kombinierte Einschaltstrom beim Start bei der Dimensionierung des vorgelagerten LS berücksichtigt werden.

F3: Das PS 307 wird als abgelöst durch das 6ES7307-1EA01-0AA0 aufgeführt. Sind die beiden Module mechanisch und elektrisch in einer bestehenden S7-300-Installation austauschbar?

Das 6ES7307-1EA01-0AA0 (Nachfolger) ist ein direkter funktionaler Ersatz für das 6ES7307-1EA00-0AA0 (dieses Modul).

Die physikalischen Abmessungen (80×125×120mm), die Montagegeometrie (Standard-S7-300-Schiene, Einzelsteckplatz), die Ausgangsspezifikation (24VDC, 5A), die Eingangsspezifikation (120/230VAC, automatische Umschaltung) und die Steckplatzpositionen sind alle identisch — das Nachfolgemodul ersetzt das Original physisch ohne Schrankmodifikationen, Schienenanpassungen oder Verdrahtungsänderungen. 

Der Hauptunterschied zwischen den beiden Revisionen ist intern — der Nachfolger enthält Komponenten-Updates und geringfügige Fertigungsverbesserungen, die die Zuverlässigkeitskennzahlen verbessern, nicht die für den Benutzer sichtbaren Spezifikationen. Bei der Beschaffung eines Ersatzes für ein ausgefallenes 6ES7307-1EA00-0AA0 ist das 6ES7307-1EA01-0AA0 der bevorzugte aktuelle Ersatz. Wenn ein neues Altbestands-6ES7307-1EA00-0AA0 in einer bestehenden Station installiert wird, funktioniert es identisch mit dem Original.

F4: Bietet das PS 307 Schutz gegen kurze AC-Eingangsunterbrechungen und was passiert mit dem 24V Ausgang während eines kurzen Stromausfalls?

Das PS 307 bietet eine kurzzeitige Überbrückung von Stromausfällen — der Ausgang liefert weiterhin 24V DC für eine definierte Mindestdauer nach Ausfall des AC-Netzes.

Die Überbrückungszeit wird mit mindestens 5 Millisekunden angegeben, mit einer Mindestwiederholrate von 1 Sekunde, bevor das nächste Überbrückungsintervall verfügbar ist.

Diese 5ms Überbrückung reicht aus, um kurze Stromunterbrechungen zu überstehen, die durch transiente Störungen im AC-Verteilungssystem verursacht werden — Spannungsabfälle durch den Start großer Motoren im selben Verteilungsnetz, kurze Unterbrechungen durch automatische Umschaltvorrichtungen oder Netzumschaltvorgänge. 

Sie reicht nicht aus, um den Betrieb bei längeren Stromausfällen aufrechtzuerhalten — dafür ist ein unterbrechungsfreies Stromversorgungsgerät (USV) auf der AC-Eingangsseite erforderlich. Die 5ms Überbrückung ist eine Hardware-Eigenschaft der internen Energiespeicherung (Filterkondensatoren) des PS 307; sie ist nicht vom Benutzer einstellbar.

Die eigene Stromausfallüberbrückung der CPU 312 beträgt 5ms am CPU-Versorgungsanschluss, was unabhängig von der Überbrückung des PS 307 ist. In einem korrekt ausgelegten System stellt die 5ms Überbrückung des PS 307 sicher, dass die 24V-Schiene lange genug stabil bleibt, damit die eigenen Stromüberwachungsschaltungen der CPU eine geordnete, kontrollierte Stoppsequenz ausführen können, wenn der Stromausfall anhält.

F5: Kann das PS 307 als universelles 24VDC Panel-Netzteil für andere Geräte als die S7-300 SPS-Module verwendet werden und welche Installationsüberlegungen gibt es?

Ja. Der 24V DC Ausgang des PS 307 ist elektrisch nicht zwischen der S7-300 Systemspannungsnutzung und der allgemeinen Panel-Lastnutzung differenziert — er liefert eine geregelte, stabilisierte, kurzschlussfeste 24V DC Schiene, die jede 24V DC Last innerhalb ihrer 5A Stromkapazität versorgen kann.

Es ist üblich, das PS 307 als alleinige 24V-Versorgung für eine kombinierte S7-300-Station und ihre lokalen Feldgeräte zu verwenden: Der Backplane-Bus bezieht Strom über die Schienenmontage, und feldverdrahtete Lasten (Sensorversorgungen, Ventilspulen, Schützsteuerkreise) beziehen Strom von denselben Ausgangsklemmen über abgesicherte Reihenklemmen.

Die wichtigste Installationsüberlegung ist die Erdung: Der 0V Ausgang (Minuspol) des PS 307 muss mit dem PE (Schutzleiter) System des Schranks verbunden werden, um sicherzustellen, dass die 24V-Schiene korrekt referenziert ist.

Schwebende (ungeerdete) 24V DC Schienen erzeugen Gleichtaktspannungsbedingungen, die Messfehler bei analogen E/A-Modulen und Störungen in Kommunikationsschaltungen verursachen können.

Das Datenblatt des PS 307 gibt den Erdungspunkt und die empfohlene Verdrahtungspraxis für geerdete und ungeerdete 24V-Konfigurationen an.