Alles für die Anlagenverfügbarkeit
Zuverlässige Versorgung in einer All Electric Society
Die stetige Elektrifizierung, Vernetzung und Automatisierung verschiedener Sektoren treibt den Bedarf an zuverlässigen Stromversorgungs- und Monitoring-Lösungen in die Höhe. Nötig sind in diesem Zusammenhang sichere Konzepte für die gesamte Energieinfrastruktur, von der Einspeisung bis zum Endgerät.
Das Zukunftsbild der All Electric Society (AES) beschreibt eine Welt, in der regenerativ erzeugte elektrische Energie als primäre Energieform weltweit in ausreichendem Maße und bezahlbar für alle zur Verfügung steht. Grundlage dafür ist die Elektrifizierung, Vernetzung und Automatisierung aller Sektoren von Wirtschaft und Infrastruktur. Mit seinem Power-Reliability-Produktportfolio bietet Phoenix Contact für jede Anforderung ganzheitliche Systeme und Lösungen für eine hohe Anlagenverfügbarkeit (Bild 1).
Moderne Anlagen sind auf die Sekunde genau durchgetaktet. Fällt auch nur eine Komponente aus, kommt es zu Anlagenstillständen. Überspannungen, Netzunterbrechungen oder -schwankungen sowie Überlast oder Kurzschluss beeinträchtigen die Verfügbarkeit. Die Überwachung elektrischer Energiedaten und die zuverlässige Versorgung sind daher wichtig – auch, um Schäden an Maschinen und Anlagen zu vermeiden. Für einen effizienten und sicheren Betrieb sind zuverlässige Versorgungslösungen ein Muss. Sie bestehen aus Überspannungsschutz, Stromversorgung, Geräteschutz sowie einem Energiemonitoring mit der zugehörigen Messtechnik.
Platzsparende Lösungen für den Serienmaschinenbau
Neben einer sicheren Versorgung spielt auch die Erhaltung des laufenden Betriebs eine entscheidende Rolle, genauso wie eine Vermeidung von Schäden. Die kompakte Plugtrab-SEC-Familie bietet vor allem bei der Nutzung von sensiblen Komponenten im Schaltschrank Schutz und erhöht die Lebensdauer und Verfügbarkeit.
Zudem werden sichere und energieeffiziente Fertigungsprozesse immer wichtiger, was unter anderem eine Transparenz der Energiedaten erfordert. Angefangen bei der Erkennung von Datenabweichungen über die Ermittlung des Energieverbrauchs bis hin zur effektiven Umsetzung der Energierückgewinnung im Fertigungsprozess können die Energiemessgeräte EMpro von Phoenix Contact sämtliche elektrischen Kenngrößen erfassen und über das Gerätedisplay oder eine Kommunikationsschnittstelle zur Verfügung stellen. Ob das AC-Versorgungsnetz ein-, zwei- oder dreiphasig ausgelegt ist, ob eine Direktstrommessung oder über konventionelle Stromwandler gemessen werden soll: Das EMpro-Portfolio bietet eine Vielzahl von Varianten an, die sämtliche Informationen des AC-Versorgungsnetzes erfassen, analysieren, darstellen und zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung stellen.
Für einen zuverlässigen Fertigungsprozess der Serienmaschine gilt es, eine stabile DC-Versorgung sicherzustellen. Dabei kann es im laufenden Betrieb zu kritischen Versorgungssituationen kommen, die es zu vermeiden oder abzufangen gilt. Hier hat Phoenix Contact mit der Trio-Power-Familie ein Produktportfolio, das den Grundstein für eine zuverlässige Versorgung des Maschinenbetriebs legt (Bild 2). Diese Produktlinie definiert sich durch Robustheit, schmale Bauform und eine Funktionsvielfalt mit präventiver Funktionsüberwachung durch Tri-Color-LED.
Eine einzigartige Stromversorgung mit Doppelfunktion als AC/DC-Wandler und elektronischer Geräteschutzschalter für bis zu acht Kanäle liefert eine zuverlässige und bereits abgesicherte DC-Versorgung. Diese kombinierte Stromversorgung spart bis zu 60 Prozent Baubreite gegenüber einer herkömmlichen Versorgung, bestehend aus einer Stromversorgung und Leitungsschutzschaltern, im Schaltschrank ein und verringert den Verdrahtungsaufwand. Eine dynamische Boost-Funktion, sprich Leistungsreserve, versorgt die Anlage stabil – selbst bei kurzzeitigen Versorgungsschwankungen durch schwere Verbraucher im Einschaltmoment.
Hohe Flexibilität bei Sondermaschinen
Kompakte Lösungen kombiniert mit Standardisierung vereinfachen den Prozess von der Planung bis hin zur Inbetriebnahme. Platz- und Kostendruck, Standardisierung, aber auch Robustheit: Zusätzlich zu diesen Herausforderungen wächst auch der Anspruch an die Flexibilität. Das breite Power-Reliability-Portfolio punktet hier mit seiner Funktionalität und Modularität.
Eine beispielhafte Lösung für den Sondermaschinenbau beinhaltet einen Überspannungsschutz, gefolgt von einem Überwachungsrelais, einer Stromversorgung mit integrierter unterbrechungsfreier Stromversorgung, einer Batterie und einem Geräteschutz für die zu versorgenden Lasten (Bild 3).
Das Typ-2-Überspannungsschutzgerät aus der SEC-Produktfamilie mit nur 12 mm Baubreite pro Pfad und einem maximalen Ableitstrom von 40 kA schützt optimal vor unerwünschten Überspannungen. Darüber hinaus sorgen Fernmeldekontakt und Steckbarkeit für eine anwenderfreundliche Bedienung.
Das 3-Phasen-Überwachungsrelais überwacht die Einspeisung und sorgt für ein primärseitiges Monitoring und frühzeitige Fehlererkennung. Überspannungs-, Unterspannungs- und Spannungsfensterüberwachung sowie Funktionen zur Überwachung von Phasenfolge, Phasenverlustfehler, Asymmetrie und Neutralleiter stellen alle notwendigen Daten der Netzversorgung bereit. Speziell der Weitbereichseingang von 160 VAC bis 690 VAC erlaubt einen weltweiten Einsatz.
Die kompakte Stromversorgung mit integrierter unterbrechungsfreier Stromversorgung aus der Trio-Power-Produktlinie ist optimal geeignet für den Serien- und Sondermaschinenbau. Durch die Doppelfunktion als AC/DC-Wandler und Batterieversorgung ist die Trio-USV zuverlässig, robust und platzsparend. Bei Störungen im Versorgungsnetz ist eine sichere DC-Versorgung der elektrischen Lasten sichergestellt: Die USV schaltet unterbrechungsfrei auf Batteriebetrieb um. In dieser Betriebsart hängt die Ausgangsspannung direkt von der Batteriespannung ab. Bei Netzwiederkehr schaltet die USV automatisch in den Normalbetrieb zurück: Das Versorgungsnetz speist die angeschlossenen Verbraucher und lädt die Batterie, alles automatisch und ohne Beeinträchtigung der DC-Versorgung.
Ein schmaler, mehrkanaliger elektronischer Geräteschutzschalter der Produktlinie CBM rundet die Versorgungslösung ab. Dieser sichert acht Kanäle mit jeweils bis zu 10 A auf nur 41 mm Baubreite gegen Kurzschluss sowie Überlast ab und bietet bis zu 70 Prozent Platzersparnis gegenüber herkömmlichen Leitungsschutzschaltern.
Kommunikative Lösungen für den Anlagenbau
Im Maschinen- und Anlagenbau werden darüber hinaus Applikationsdaten immer wichtiger. Sei es, um das allgemeine Verhalten der Anlage zu überwachen oder die Daten direkt in den Prozess einzubinden (Bild 4). Über die Einbindung in den Prozess lässt sich zum Beispiel ein erhöhter Energieverbrauch und somit ein schleichender Verschleiß frühzeitig erkennen.
Auf der AC-Seite können mit der EMpro-Familie als Fronttafelvariante für die Schaltschranktür oder als Tragschienenvariante für die Hutschiene alle elektrischen Kenngrößen, wie Spannung, Strom, Leistung und die Energie erfasst und über das Gerätedisplay angezeigt werden. Sowohl die konventionellen Stromwandler als auch der nachträgliche Einbau über Rogowski-Spulen ist sehr einfach möglich.
Die Auswahl einer Vielzahl von Kommunikationsprotokollen bietet für jede gängige Applikation die passende Lösung. Neben den Standardprotokollen wie Modbus/TCP, Modbus/RTU, Profinet und Ethernet IP bietet Phoenix Contact auch eine REST-API-Schnittstelle an. Sämtliche erfassten Werte lassen sich über die Kommunikationsschnittstellen auslesen.
Bei so vielen wertvollen Daten sollte auch deren Schutz an vorderster Stelle stehen.
Daher darf ein entsprechender Überspannungsschutz nicht fehlen. Auch dieser liefert Daten über den Schutz – über einen integrierten Fernmeldekontakt.
Die Produktfamilie VAL-SPP mit verstärkter Isolierung für zusätzliche Anwender- und Anlagensicherheit sorgt für eine zuverlässige Schutzwirkung. Das direkte Ansprechverhalten schont Vorsicherung und Installation. Die schnelle Abtrennung bietet eine hohe Betriebssicherheit.
Zudem muss die Steuerung mit Strom versorgt werden, und zwar robust und mit ausreichend Leistung für die entsprechende Applikation. Auch hier lassen sich viele relevante Daten sammeln und weiterverarbeiten:
- Wie ist die Stromversorgung ausgelastet?
- Wie hoch ist die Anzahl der Betriebsstunden?
- Ist die 3-Phasen-Versorgung auf AC-Seite in Ordnung?
All das kann über die IO-Link-Schnittstelle der Quint 4 drei Phasen Stromversorgungen abgefragt werden. Die Stromversorgung der Produktlinie Quint Power definiert sich durch eine zuverlässige Ausgangsseite, eine robuste Eingangsseite und die präventive Funktionsüberwachung. Dies ermöglicht eine frühzeitige Fehlerüberwachung und -lokalisierung.
Im modularen Ansatz mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung stellt dieses System die Lösung für jede gepufferte Anforderung dar. Die unterbrechungsfreie Stromversorgung zeichnet sich durch Intelligenz und Kommunikation aus. Ein intelligentes Batteriemanagement durch IQ-Technology, ein erweitertes Lastmanagement und die Kommunikationsschnittstellen überwacht die Ausgangs- und Batteriespannungen und zugehörige Ströme, ermittelt zuverlässig die verbleibende Lebensdauer und Pufferzeit und kommuniziert diese Daten an das übergeordnete System. Durch die Bereitstellung der Daten lässt sich die Anlage optimal überwachen und versorgen.
Elektronische mehrkanalige Schutzschalter schützen nicht nur die angeschlossenen Lasten selektiv vor Überstrom und Kurzschluss, sondern lassen sich auch optimal an die angeschlossene Last über einen einstellbaren Nennstrom anpassen und aus der Ferne wieder einschalten. Hinzu kommen noch Informationen wie fließender Strom je Kanal, um den Energiefluss bis ins tiefste Detail nachvollziehen zu können.
Darüber hinaus bietet das Geräteschutzschalter-System Caparoc die Möglichkeit, eine Quint-4-Stromversorgung über eine Systembus-Schnittstelle anzuschließen. Somit können die Daten beider Geräte zentral beispielsweise über eine Profinet-Schnittstelle zur Verfügung gestellt werden.
Die Autoren
Samuel Krein
ist im Bereich Product Marketing Energy Measurement, BU Interface Components bei Phoenix Contact tätig.
Sunit Saran
ist im Bereich Product Marketing Power Supplies bei Phoenix Contact Power Supplies tätig.
Timo Beßler
ist im Bereich Application & Technical Support, BU System Protection Technologies bei Phoenix Contact tätig.
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