Alles im Blick per Software »Intelligente« USV im Schaltschrank managen

In vielen Applikationen sind unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) mittlerweile ein unverzichtbarer Bestandteil des Schaltschranks. Als besonders flexibel hinsichtlich des zu puffernden Stroms und der gewünschten Überbrückungszeit erweisen sich Lösungen, die aus drei Funktionseinheiten bestehen: Stromversorgung, elektronische Umschalteinheit und Energiespeicher. Aber erst die passende Software nutzt diese Konfiguration optimal aus.

USVs im Schaltschrank sichern insbesondere Industrie-PCs ab, um im Fall eines Spannungseinbruchs oder -ausfalls den Datenverlust zu vermeiden. Bei einer Konfiguration bestehend aus Stromversorgung, elektronischer Umschalteinheit und Energiespeicher liefert die Stromversorgung so lange Energie an die Verbraucher, wie die primärseitige Netzspannung vorhanden ist.

Fällt das Netz aus, greift die elektronische Umschalteinheit ein. Sie schaltet unterbrechungsfrei auf den Ener-giespeicher um, sodass die angekoppelten Lasten kontinuierlich versorgt sind. In sämtlichen derzeit am Markt erhältlichen Konzepten zeigt sich die Batterie als unbekannte Größe. Denn herkömmliche USV-Lösungen geben keine Auskunft darüber, ob sie voll geladen ist. Außerdem ist unbekannt, wie lange die Batterie die angeschlossenen Teilnehmer tatsächlich beliefern kann.

Alter und hohe Umgebungstemperaturen verringern ihre Leistungsfähigkeit und können dazu führen, dass Maschinen und Anlagen infolge eines unzuverlässigen Versorgungsnetzes stillstehen, ohne die prozessrelevanten Daten vorher gesichert zu haben.

Vor diesem Hintergrund ermittelt die in die Stromversorgungen »Quint UPS-IQ« integrierte »IQ«-Technologie von Phoenix Contact alle relevanten Zustände der Batterie (Bild 1). Das schafft die notwendige Transparenz, um die Stabilität der Versorgung jederzeit sowie unter bestmöglicher Ausnutzung der Batterie sicherzustellen. Das »intelligente« Batterie-Management kennt den aktuellen Ladezustand der angebundenen Batterie und errechnet daraus die zur Verfügung stehende Restlaufzeit.

So lassen sich Versorgungslücken der angekoppelten Lasten sowie das frühzeitige Herunterfahren von Industrie-PCs unterbinden. Die Funktion »Intelligent Battery Control« identifiziert automatisch den angeschlossenen Batterietyp und maximiert dessen Lebensdauer durch eine optimal angepasste Ladecharakteristik. Dazu umfasst der Energiespeicher eine eigene Elektronik, die mit der Quint UPS-IQ kommuniziert. Über das Signal-kabel meldet die Batterie beispielsweise ihre Seriennummer oder die aktuelle Betriebstemperatur.

Konfiguration und Überwachung

Der Anwender kann die Vorteile der IQ-Technik nutzen, sobald die Hardware installiert ist. Über die Software »UPS-Conf« kann er die USV-Lösung konfigurieren und überwachen. Um das kostenlos erhältliche Tool verwenden zu können, muss der Anwender die Datei aus dem E-Shop von Phoenix Contact herunterladen und die unterbrechungsfreie Stromversorgung über das Datenkabel mit dem PC oder Industrie-PC verbinden.

Nach der Installation und dem ersten Start erkennt die Software das aus Stromversorgung, elektronischer Umschalteinheit und Energiespeicher bestehende USV-System automatisch. Unter dem Symbol des Energiespeichers erscheint beispielsweise die Angabe »Bleibatterie, 12 Ah« (Bild 2). Darüber hinaus visualisiert das Tool die ein- und ausgehenden Spannungen der Komponenten sowie den LED-Status auf den Gerätefronten.

Über die Software UPS-Conf kann sich der Anwender zudem die Werte »State of Charge« (SOC), »State of Health« (SOH) und »State of Function« (SOF) darstellen lassen. Diese Angaben informieren über den aktuellen Ladezustand des Energiespeichers und die verbleibende Restlaufzeit sowie die verbleibende Lebenserwartung und die gegenwärtige Leistungsfähigkeit der Batterie.

In der Statusleiste sind alle wichtigen Zustände zusammengefasst, zum Beispiel ob das Netz ausgefallen ist oder der Energiespeicher derzeit aufgeladen wird. Die verschiedenen USV-Varianten für DC-Anwendungen mit Ausgangsströmen von 5 A bis 40 A bieten mit der aktuell leistungsstärksten Bleibatterie Pufferzeiten von acht Stunden bei 5 A Laststrom. Die Quint UPS-IQ mit 500 VA Ausgangsleistung bedient AC-Applikationen mit 85 V bis 264 V. Längere Pufferzeiten lassen sich durch parallel geschaltete Energiespeicher umsetzen.

Neben fünf Blei-AGM-Akkus von 1,3 Ah bis 38 Ah umfasst das Portfolio von Phoenix Contact auch einen Lithium-Ionen-Akku mit 120 Wh für Anwendungen mit Umgebungstemperaturen von -20 °C bis +60 °C. Wird das USV-System zur Versorgung eines Industrie-PCs genutzt, erweist sich der spezielle PC-Modus als vorteilhaft, denn der Rechner wird bei einem Netzausfall so lange wie möglich mit Energie aus der Batterie beliefert.

Bevor die Batteriespannung dann einbricht, fährt der Industrie-PC kontrolliert herunter. In der Einstellung »PC-Mode« am Drehwahlschalter der Quint UPS-IQ folgt die USV-Funktion einer zeitlichen Abfolge, die sich über die Software parametrieren und damit individuell für die jeweilige Applikation optimieren lässt (Bild 3). Der Ablauf unterscheidet vier aufeinander folgende Aktionen:

  • Verzögerungszeit: Die Verzögerungszeit errechnet sich automatisch aus der aktuellen Restlaufzeit der Batterie abzüglich des Zeitbedarfs, den der Industrie-PC zum Herunterfahren benötigt. So ist sichergestellt, dass der Rechner so lange wie möglich versorgt wird und das kontrollierte Abschalten in vielen Fällen vermieden werden kann. Alternativ lässt sich eine feste Verzögerungszeit auswählen.
  • Programmstart: Nach Ablauf der Verzögerungszeit besteht die Möglichkeit, ein Programm zu starten. Dabei kann es sich um eine Software handeln, welche die Daten der Maschine oder Anlage sukzessive sichert.
  • PC herunterfahren: Unter diesem Menüpunkt stellt der Anwender die Zeit ein, die der Industrie-PC zum Herunterfahren erfordert.
  • PC-Leerlaufzeit: Steht das Versorgungsnetz in dem Zeitraum, der zum Herunterfahren des Rechners notwendig ist, wieder zur Verfügung, wird die Ausgangsspannung für die Reset-Zeit unterbrochen. Der Industrie-PC startet danach automatisch.

Wirtschaftliche Planung von Service-Einsätzen

Die Software UPS-Conf zeigt auch die Lebensdauer der Batterie an, was Service-Einsätze planbar macht. Wird der Energiespeicher zum optimalen Zeitpunkt ausgewechselt, lassen sich außerdem Kosten einsparen, die durch einen zu frühen Gerätetausch oder Ausfall entstanden wären. In Wind-energieanlagen wird beispielsweise die Notbeleuchtung im Inneren des Turms aus Batterien gespeist.

Tritt ein Problem auf, kann der Monteur so gefahrlos in die Gondel gelangen. Das Ersetzen des Energiespeichers ist allerdings aufgrund der teils schlechten Erreichbarkeit der Anlagen mit hohen Kosten verbunden. Hier reduziert die Meldung über die aktuelle Lebenserwartung der Batterie unnötige Arbeitseinsätze und Materialkosten.

Unter dem Menüpunkt »Einstellungen« kann der Anwender in der Software die Schwellwerte für Warn- und Alarmmeldungen anpassen. So setzt das System zum Beispiel eine Warnmeldung ab, wenn die Lebenserwartung des Energiespeichers auf sechs Monate sinkt. Beträgt die Lebenserwartung dann lediglich zwei Monate, generiert UPS-Conf einen Alarm.

Die konfigurierbaren Meldungen können auf die Schaltausgänge der Quint UPS-IQ gelegt werden. Alternativ lässt sich direkt aus der Software eine E-Mail versenden (Bild 4). In diesem Fall erhält der Planer der Service-Einsätze eine Warnmeldung, während die Alarmierung sofort den Servicetechniker erreicht.

Über die Autorin:

Anja Moldehn arbeitet im Marketing des Geschäftsbereichs Power Supplies bei Phoenix Contact Electronics.