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

Siemens 6ES7307-1EA00-0AA0 | SIMATIC S7-300 PS 307 Fonte de Alimentação Regulada — 5A, Comutação Automática 120/230VAC, Saída 24VDC, Eficiência de 87%, Protegida Contra Curto-Circuito, 80×125×120mm

Visão Geral

O Siemens 6ES7307-1EA00-0AA0 é a versão de 5 amperes do módulo de fonte de alimentação SIMATIC PS 307 — o conversor AC-para-DC dedicado com o qual todo sistema de controle S7-300 padrão começa. Antes que qualquer CPU, módulo de sinal ou módulo de expansão possa operar, o PS 307 deve converter a alimentação AC da rede elétrica da instalação na tensão estabilizada de 24V DC que alimenta o barramento S7-300 e fornece a tensão de carga para os dispositivos de campo.

A relação entre o PS 307 e a estação S7-300 é fundamental: o PS 307 não é um acessório ou uma opção. É o ponto de partida elétrico da estação.

Onde alguns sistemas de controle exigem fontes de alimentação externas separadas para o PLC e para as cargas dos dispositivos de campo, o PS 307 é projetado para servir a ambas as funções a partir de uma única unidade.

A saída de 24V DC fornece a tensão do sistema S7-300 (alimentando a CPU, o barramento do backplane e todos os módulos instalados) e pode simultaneamente fornecer 24V DC para I/O de campo — sensores de proximidade, bobinas de válvulas solenoides, circuitos de controle de contator, lâmpadas indicadoras — todos retirando da mesma linha regulada de 24V.

A capacidade de saída de 5A (120W a 24V) é dimensionada para lidar com um rack S7-300 totalmente equipado mais uma carga de campo de I/O razoável.

A comutação automática da faixa de tensão é um benefício prático que torna o PS 307 uma fonte de alimentação verdadeiramente universal. Nenhum jumper para mover, nenhum seletor para ajustar corretamente, nenhum risco de aplicar 230V AC a uma fonte configurada para entrada de 120V.

O PS 307 detecta internamente a tensão de entrada e ajusta seu circuito de retificação e regulação de acordo — conectar à rede de 120VAC na América do Norte, ou à rede de 230VAC na Europa, ou qualquer tensão nominal intermediária que esteja dentro da faixa permitida, produz a mesma saída de 24V DC.

Especificações Principais

Eficiência de 87% e Perda de Potência de 18W — Implicações de Design Térmico

A eficiência de 87% do PS 307 — com 138W de entrada, 120W de saída utilizável de 24V DC, com 18W dissipados como calor — tem implicações práticas para o design térmico do gabinete.

Em um gabinete de controle, cada watt de perda de energia se torna calor que deve ser gerenciado. Uma perda de 18W apenas da fonte de alimentação contribui significativamente para o requisito total de dissipação de calor do gabinete. Quando combinada com o calor de um módulo de CPU (tipicamente 4–6W), vários módulos de sinal (40–80mW por módulo) e quaisquer módulos de função ou processadores de comunicação no rack, a carga térmica total do gabinete é facilmente de 30–50W para uma instalação S7-300 de médio porte.

Fabricantes de gabinetes especificam temperaturas ambientes internas máximas permitidas (tipicamente 40°C ou 55°C, dependendo das classificações dos módulos).

Se a convecção natural do gabinete não conseguir remover a carga térmica total rapidamente o suficiente, a temperatura interna aumenta, eventualmente excedendo as classificações dos módulos e causando falhas prematuras. 

A contribuição de 18W do PS 307 para este orçamento de calor deve ser incluída em todos os cálculos térmicos do gabinete.

O design de modo de comutação do PS 307 (em oposição a um design linear baseado em transformador) é o que atinge 87% de eficiência em um módulo compacto de 80mm de largura.

Uma fonte linear no mesmo nível de potência seria tipicamente de 50–60% eficiente e dissiparia 40–60W como calor da mesma saída de 120W — quase três vezes a carga térmica.

A vantagem de eficiência do PS 307 de modo de comutação é diretamente visível no desempenho térmico do gabinete.

Fiação Paralela — Estendendo para Saída de 10A

Quando os requisitos de energia de uma única estação S7-300 excedem a saída de 5A do PS 307, dois módulos PS 307 de 5A podem ser conectados em paralelo no mesmo barramento de saída de 24V DC — entregando um total combinado de 10A.

Esta operação paralela requer a correspondência do ajuste de tensão de saída de ambas as fontes para que uma não carregue uma parcela desproporcionalmente maior da corrente. 

O design do PS 307 suporta operação paralela, e ambos os módulos compartilham a corrente de carga sem exigir qualquer hardware adicional de balanceamento de corrente.

A abordagem paralela fornece não apenas capacidade adicional, mas também um grau de redundância: se um PS 307 falhar, o outro continua entregando 5A, o que pode ser suficiente para manter partes críticas da estação em funcionamento.

No entanto, isso não é equivalente a uma fonte de alimentação redundante de hot-standby real (onde diodos de saída ou circuitos de compartilhamento de carga ativos garantem que não haja queda de tensão durante a transferência) — quando um PS 307 em um par paralelo falha, haverá uma breve transição antes que o módulo sobrevivente se estabilize em sua saída máxima. 

Para aplicações onde mesmo uma perturbação momentânea da fonte de 24V é inaceitável, módulos de fonte de alimentação redundantes dedicados com funcionalidade hot-swap e circuitos de compartilhamento de carga devem ser especificados.

O LED de Diagnóstico e o Interruptor LIGAR/DESLIGAR

Dois recursos no painel frontal merecem atenção na prática de instalação e manutenção:

O LED de 24V DC confirma que a tensão de saída está dentro da faixa de regulação especificada. Ele acende em verde quando a saída de 24V está presente e dentro dos limites.

Se o LED estiver apagado com a alimentação AC conectada, a saída está abaixo do limiar (sobrecarga, curto-circuito ou falha de regulação) ou o PS 307 falhou internamente. Verificar o LED é o primeiro passo de diagnóstico quando uma estação não liga.

O interruptor LIGAR/DESLIGAR (presente em muitos modelos PS 307) permite que a saída de 24V DC seja ligada ou desligada enquanto a alimentação AC permanece conectada ao módulo.

Essa capacidade é usada durante operações de hot-swap de módulos — desligando a saída de 24V (para que o barramento de 24V esteja desenergizado) antes de remover ou inserir um módulo de sinal energizado — quando a arquitetura do sistema o exige.

Também permite a reinicialização controlada do barramento de 24V sem desconectar a alimentação AC, útil para procedimentos de reset de falhas.

FAQ

Q1: O PS 307 5A pode fornecer energia tanto para a tensão do sistema S7-300 quanto para dispositivos de campo simultaneamente, e há risco de sobrecarregá-lo se os dispositivos de campo consumirem mais corrente do que o esperado?

Sim, um único barramento de saída PS 307 destina-se a fornecer tanto a tensão do sistema S7-300 (consumida pela CPU e todos os módulos instalados através do backplane) quanto cargas de campo de 24V DC (sensores, solenoides, lâmpadas, bobinas de contator) conectadas à fiação de campo dos módulos de I/O.

A corrente total consumida por todos esses consumidores não deve exceder continuamente a classificação de saída de 5A.

Calcular o orçamento de corrente real antes da instalação do sistema é essencial: some o consumo de corrente de 24V nominal de cada módulo S7-300 de sua folha de dados (tipicamente 80–200mA por módulo), a corrente de campo máxima de todas as fontes de alimentação de sensores nos circuitos de I/O (cada sensor de 2 fios consome 4–20mA; múltiplos sensores se agregam rapidamente), e quaisquer bobinas de atuador ou lâmpadas que sejam alimentadas pela mesma linha de 24V.

Se o total se aproximar ou exceder 5A, um segundo módulo PS 307 — seja em paralelo ou alimentando uma linha de carga de campo separada — deve ser incluído no projeto.

A sobrecarga do PS 307 faz com que ele reduza sua tensão de saída (a proteção contra curto-circuito é ativada), potencialmente causando comportamento inexplicável da estação que é difícil de rastrear sem medir a corrente de saída real.

Q2: Qual é o propósito da especificação de corrente de partida (20A a 25°C, I²t = 1.2 A²s), e como isso afeta a seleção da proteção de circuito upstream?

Quando o PS 307 é energizado pela primeira vez — ou reenergizado após uma breve interrupção de energia — seus capacitores de filtro internos precisam ser carregados de zero para a tensão operacional. Durante este intervalo de carregamento (tipicamente durando alguns milissegundos), a corrente instantânea retirada da fonte AC é muito maior do que a corrente operacional em estado estacionário.

A corrente de partida de 20A do PS 307 a 25°C é o pico desse transiente de corrente de carregamento. 

O valor I²t de 1.2 A²s caracteriza o conteúdo de energia do evento de partida — o produto do quadrado da corrente e o tempo durante o qual ela flui — e este é o valor usado para selecionar disjuntores e fusíveis upstream.

Um disjuntor com uma característica de desarme muito apertada (tipo B, que desarma a 3–5× a corrente nominal instantaneamente) pode desarmar indevidamente quando o PS 307 é ligado, mesmo que nenhuma falha tenha ocorrido.

A Siemens recomenda um disjuntor miniatura (MCB) tipo C de no mínimo 6A para proteção de um único PS 307 — disjuntores tipo C toleram correntes instantâneas de até 10–15× a corrente nominal antes de desarmar, o que é mais apropriado para o perfil de partida do PS 307. Se dois módulos PS 307 forem operados em paralelo, a corrente de partida combinada na inicialização deve ser considerada ao dimensionar o MCB upstream.

Q3: O PS 307 é listado como substituído pelo 6ES7307-1EA01-0AA0. Os dois módulos são mecanicamente e eletricamente intercambiáveis em uma instalação S7-300 existente?

O 6ES7307-1EA01-0AA0 (sucessor) é um substituto funcional direto para o 6ES7307-1EA00-0AA0 (este módulo).

As dimensões físicas (80×125×120mm), geometria de montagem (trilho padrão S7-300, slot único), especificação de saída (24VDC, 5A), especificação de entrada (120/230VAC, comutação automática) e posicionamento dos conectores são todos idênticos — o módulo sucessor substitui fisicamente o original sem qualquer modificação no gabinete, ajuste no trilho ou alteração na fiação. 

A principal diferença entre as duas revisões é interna — o sucessor incorpora atualizações de componentes e melhorias de fabricação menores que aprimoram as métricas de confiabilidade, não as especificações visíveis pelo usuário. Ao adquirir um substituto para um 6ES7307-1EA00-0AA0 com defeito, o 6ES7307-1EA01-0AA0 é o substituto atual preferido. Se um estoque antigo novo de 6ES7307-1EA00-0AA0 for instalado em uma estação existente, ele opera identicamente ao original.

Q4: O PS 307 fornece alguma proteção contra interrupções breves de energia AC, e o que acontece com a saída de 24V durante uma falha de energia curta?

O PS 307 fornece ponte de falha de energia de curto prazo — a saída continua a fornecer 24V DC por um período mínimo definido após a falha da entrada AC.

O tempo de ponte é especificado como um mínimo de 5 milissegundos, com uma taxa de repetição mínima de 1 segundo antes que o próximo intervalo de ponte esteja disponível.

Esta ponte de 5ms é suficiente para superar as breves interrupções de fornecimento causadas por distúrbios transitórios no sistema de distribuição AC — quedas de tensão causadas pela partida de motores grandes no mesmo painel de distribuição, breves interrupções de comutação de transferência automática ou operações de comutação de fornecimento. 

Não é suficiente para manter a operação durante falhas de energia prolongadas — para essas, uma Fonte de Alimentação Ininterrupta (UPS) no lado da entrada AC é necessária. A ponte de 5ms é uma característica de hardware do armazenamento de energia interno do PS 307 (capacitores de filtro); não é ajustável pelo usuário.

A ponte de falha de energia da própria CPU 312 é de 5ms no pino de alimentação da CPU, o que é independente da ponte do PS 307. Em um sistema corretamente projetado, a ponte de 5ms do PS 307 garante que o barramento de 24V permaneça estável por tempo suficiente para que os circuitos de monitoramento de energia da própria CPU executem uma sequência de parada controlada e ordenada se a falha de energia continuar.

Q5: O PS 307 pode ser usado como uma fonte de alimentação de painel 24VDC de propósito geral para dispositivos diferentes dos módulos PLC S7-300, e quais são as considerações de instalação?

Sim. A saída de 24V DC do PS 307 não é eletricamente diferenciada entre o uso de tensão do sistema S7-300 e o uso de carga geral do painel — ela fornece uma linha de 24V DC regulada, estabilizada e protegida contra curto-circuito que pode alimentar qualquer carga de 24V DC dentro de sua capacidade de corrente de 5A.

É prática comum usar o PS 307 como a única fonte de 24V para uma estação S7-300 combinada e seus dispositivos de campo locais: o barramento do backplane consome corrente através do conjunto de trilhos, e as cargas com fiação de campo (fontes de sensores, bobinas de válvulas, circuitos de controle de contator) consomem dos mesmos terminais de saída através de blocos de terminais com fusíveis.

A principal consideração de instalação é o aterramento: o 0V de saída do PS 307 (terminal negativo) deve ser conectado ao sistema PE (terra de proteção) do gabinete para garantir que a linha de 24V seja referenciada corretamente.

Linhas de 24V DC flutuantes (não aterradas) criam condições de tensão de modo comum que podem causar erros de medição em módulos de I/O analógicos e interferência em circuitos de comunicação.

A folha de dados do PS 307 especifica o ponto de conexão de aterramento e a prática de fiação recomendada para configurações de 24V aterradas e não aterradas.