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Anlagenverfügbarkeit erhöhen

01  Redundanzmodule bieten zusätzlichen Schutz vor einem Ausfall der 24-V-Versorgung

02  Pufferung eines Simatic-IPC mit DC-USV mit Kondensator: Zur Erhaltung beziehungsweise Speicherung der Messwerte werden der IPC und die Sensoren über die DC-USV mit 24 V versorgt. Die DC-USV ist so dimensioniert, dass der PC bei Netz­ausfall die Daten speichern kann und ordnungsgemäß herunterfährt

03  Absicherung von 24-V-Abzweigen mit dem Selektivitätsmodul Sitop PSE200U: Bei Gefahr eines 24-V-Spannungseinbruchs werden fehlerhafte Abzweige durch das Selektivitätsmodul sofort abgeschaltet. Kritische Verbraucher wie eine SPS werden unterbrechungsfrei weiterversorgt

04  Kompletter Rundumschutz mit Redundanzmodul, unterbrechungsfreier Stromversorgung DC-USV und Selektivitätsmodul

Netzausfälle können teuer werden. Deshalb ist es umso wichtiger, die Produktionsanlage mit einer sicheren 24-V-Gleichspannungsversorgung auszustatten, sodass ein optimaler Schutz vor Störungen sowohl primär- als auch sekundär­seitig gegeben ist. Siemens hat dies mit einem flexiblen Stromversorgungssystem gelöst, das je nach Anforderung individuell bis zum kompletten Rundumschutz erweiterbar ist.

Die Produktivität von automatisierten Anlagen und Maschinen hängt wesentlich von einer zuverlässigen Versorgungsspannung ab. Steuerungen, Bediengeräte, Sensoren und Aktoren werden üblicherweise über ein Schaltnetzgerät mit 24 V Gleichspannung versorgt. Moderne, qualitativ hochwertige Industrienetzgeräte bieten bereits ein Höchstmaß an Versorgungssicherheit, sind jedoch allein nicht in der Lage, eine störungsfreie 24-V-Versorgung sicherzustellen. Der Ausfall des Netzteils, große Netzspannungsschwankungen, längere Netzausfälle oder ein defekter 24-V-Verbraucher können den Anlagenbetrieb beeinflussen und somit Kosten verursachen. Als Antwort darauf bieten Stromversorgungssysteme wie Sitop von Siemens optimalen Schutz vor Störungen sowohl auf der Primär- als auch auf der Sekundärseite.

Redundanzmodul überbrückt Netzgeräteausfall
Vor allem in der Prozess- oder Verfahrenstechnik wird die Erhöhung der Verfügbarkeit der 24-V-Versorgung durch deren redundanten Aufbau realisiert. Ein bewährter Weg ist der Einsatz eines Sitop-Redundanzmoduls, an das zwei typgleiche Netzgeräte angeschlossen werden (1:1-Redundanz). Der ordnungsgemäße Betrieb der einspeisenden Netzgeräte wird vom Redundanzmodul überwacht und beim Ausfall eines Geräts übernimmt automatisch das andere die Versorgung (Bild 1). Durch die Entkopplung der beiden Stromversorgungen über Dioden hat ein ausgefallenes Netzgerät ­keinen Einfluss auf die Stromversorgung. So bleibt die 24-V-Versorgung immer gesichert. Zusätzlich erfolgt eine Signalisierung über einen potentialfreien Relaiskontakt, die von einer Steue­rung, einem PC oder Leitsystem ausgewertet werden kann.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung – auch bei Netzausfall
Die meisten Netzausfälle dauern oft nur ­wenige Sekunden oder Bruchteile von Sekunden, was in sensiblen Produk­tionsbereichen wie in der Kunststoffverarbeitung in einer Spitzgießmaschine aber schon zeit- und kostenintensive Schäden verursachen kann. Überbrückungen von bis zu zehn Sekunden ermöglicht das Puffermodul mit Elektrolytkondensatoren für die Stromversorgungen Sitop modular oder Sitop smart. Zur Überbrückung längerer Netzausfälle gibt es unterbrechungsfreie Gleichstromversorgungen (DC-USV). Für längere Ausfälle bis in den Minutenbereich eignen sich die wartungsfreien DC-USV mit Kondensator-Technologie (Bild 2) und bis in den Stundenbereich die DC-USV-Module mit Batterie. Alle DC-USV-Module haben die gleiche Grundfunktionalität mit umfangreichen Überwachungen und Melde­kontakten und sind mit einer PC-Schnittstelle verfügbar. Ein kostenfreies Software-Tool sorgt für eine einfache Einbindung in PC-basierte Automatisierungslösungen. Es unterstützt die Weiterverarbeitung der Statusmeldungen, das sichere Herunterfahren sowie den korrekten Neustart des Systems.

Sicherung der PC-Daten und geregeltes Herunterfahren in einer Minute
In vielen PC-basierten Automatisierungslösungen kann größerer Schaden durch Netzausfall verhindert werden, indem die Anlage in einen definierten Zustand gebracht wird. Das hierfür erforderliche Sichern der Betriebsdaten und das anschließende geregelte Herunterfahren des PC erfolgen in der Regel innerhalb einer Minute. Die hochkapazitiven Doppelschicht-Kondensatoren der ­Sitop UPS500 in Schutzart IP20 oder IP65 liefern hierfür ausreichend Energie und sind wartungsfrei. Auch bei hoher Umgebungstemperatur zeichnen sich die Kondensatoren durch eine lange Lebensdauer aus. Die Wartung oder ein Austausch des Energiespeichers entfällt, wodurch sich DC-USV-Module bereits nach kurzer Zeit amortisieren. Und weil die Kondensatoren kein Gas emittieren, entfällt auch die Schaltschrankentlüftung. Kurze Aufladezeiten stellen die Pufferbereitschaft nach einem Netzausfall schnell wieder her. Eine USB-Schnittstelle ermöglicht die einfache Kommunikation mit dem PC.
Wenn bis in den Stundenbereich die 24-V-Versorgung gepuffert werden muss oder ein größerer Pufferstrom benötigt wird, bietet die DC-USV mit wartungsfreien Blei-Akkus optimale Sicherheit. Damit können Prozesse oder Teile ­davon weiter betrieben werden, Messwerte lassen sich unterbrechungsfrei erfassen und die Kommunikation wird aufrecht erhalten. Das Batteriemanagement der kompakten DC-USV-Module sorgt für eine optimale Ladung der Akkus – und damit für eine zuverlässige Pufferbereitschaft. Die aktive Akku-Test-Funktion kontrolliert auch das Alter des Akkus. Das macht einen prophylaktischen Akku-Austausch überflüssig – und spart Kosten. Alle relevanten Meldungen werden über potentialfreie Kontakte ausgegeben, optional auch über eine serielle oder USB-Schnittstelle.

Selektive Absicherung von 24-V-Abzweigen
Ob robuste elektromechanische Lasten oder hoch sensible Elektronik, alle 24-V-Verbraucher werden in modernen Anlagen und Maschinen gemeinsam durch ein einziges geregeltes Schaltnetzteil versorgt. Damit Störungen an einem Verbraucher nicht am Ausgang des Netzgeräts zum totalen Spannungseinbruch führen, wird der 24-V-Versorgungsstromkreis auf einzelne Abzweige aufgeteilt und selektiv abgesichert. Das elektronische Selektivitätsmodul Sitop PSE200U (Bild 3) ist speziell auf das Verhalten von Schaltnetzteilen zugeschnitten, lässt kurzfristige Stromspitzen zu und schaltet längere Überlasten stromlos. So können auch lange Leitungen zuverlässig abgesichert werden, bei denen der Kurzschlussstrom durch den hohen ohmschen Widerstand begrenzt ist. Alternativ eingesetzte Leitungsschutzschalter kommen hier nicht oder zu spät zum Auslösen, selbst wenn das Netzgerät den Strom liefern könnte. Im Überlastfall schaltet das Selektivitätsmodul den fehlerhaften Verbraucherabzweig zuverlässig ab. Für alle nicht überlasteten Abzweige bleibt die 24-V-Versorgung ohne störenden Einbruch erhalten was wiederum die Anlagenverfügbarkeit erhöht. Die Störung wird kanalgenau durch eine LED am Gerät angezeigt und je nach Gerätevariante über einen Summen­meldekontakt oder als Einzelkanalmeldung ausgegeben. Für die kanalgenaue Auswertung ist der Meldeausgang mit nur einem Standard-Digitaleingang der Steuerung zu verbinden. Ein Puls-Pausen-Protokoll ermöglicht die Signalisierung des abgeschalteten Kanals sowie die schnelle Auswertung über die Steuerung. Kostenfrei im Internet verfügbare Simatic-S7 -Funktionsbausteine für S7-1200/300/400 ermöglichen die einfache Integration in die Simatic-S7-Dia­gnose. Fehler sind so schnell lokalisierbar, was zu einer weiteren Reduzierung von Stillstandzeiten führt.

Zuverlässige Stromversorgung für hohe Anlagenverfügbarkeit
Das Stromversorgungssystem Sitop umfasst ein breites Produktspektrum zum Schutz gegen unterschiedliche Gefahrenquellen auf der Primär- und Sekundärseite des Netzgeräts. Die verschiedenen Ergänzungsmodule, wie Redundanzmodule oder Selektivitätsmodule, sowie unterbrechungsfreien Stromversorgungen ermöglichen eine flexible Erweiterung und den Ausbau bis zum kompletten Rundumschutz (Bild 4). Mit diesen Möglichkeiten zur sicheren Stromversorgung wird die Anlagenverfügbarkeit erhöht, was letztlich zu einer wirtschaftlicheren Produktion führt. (ih)

Das Sitop -Sortiment

Das Sitop -Spektrum umfasst Redundanz- und Selektivitätsmodule sowie DC-USV mit Kondensatoren oder Batteriemodulen für unterschiedliche Pufferungszeiträume.

Doppelte Sicherheit durch Sitop -Redundanzmodule

  • Zuverlässige Versorgung auch bei Ausfall einer Strom­versorgung, kompakte Redundanzmodule für Netzgeräte bis zu 40 A,
  • Diagnosemeldung über LED sowie Meldekontakte und
  • einstellbare Schaltschwelle für LED sowie Meldekontakte.

Minuten-Pufferung mit Sitop DC-USV mit Kondensatoren

  • Pufferung bis in den Minutenbereich mit wartungsfreien Kondensatoren,
  • langlebige Kondensatoren ersparen den Akkuaustausch,
  • keine Belüftung des Einbauorts nötig,
  • für die Hutschienen-Montage sowie für den dezentralen Einsatz (Schutzart IP65) geeignet,
  • schnelle Wiederherstellung der Pufferbereitschaft sowie
  • einfache PC-Einbindung mit dem DC-USV-Software-Tool.

Stunden-Pufferung mit Sitop DC-USV mit Batteriemodulen

  • Pufferung bis in den Stundenbereich mit wartungsfreien Batteriemodulen,
  • hohe Sicherheit und Verfügbarkeit durch Überwachung der Betriebsbereitschaft, Batteriezuleitung, -alterung und des Ladezustands,
  • lange Lebensdauer der Verbraucher und Akkus durch ­integriertes Batteriemanagement,
  • unterbrechungsfreier Übergang vom Bereitschafts- in den Pufferbetrieb sowie
  • einfache PC-Einbindung mit dem DC-USV-Software-Tool.

Selektives Abschalten mit Sitop Selektivitätsmodul

  • Sicheres Abschalten auch bei geringem Kurzschlussstrom, etwa wegen langer Leitungen, kleiner Aderquerschnitte oder schleichender Kurzschlüsse,
  • unterbrechungsfreier Betrieb von Verbrauchern wie SPS durch sofortiges Abschalten fehlerhafter Abzweige bei ­Gefahr eines Spannungseinbruchs,
  • Fehlerdiagnose über LED und Summen-Meldekontakt oder Einzelkanalmeldung (Auswertung über Simatic-S7-Funktionsbaustein mit Integration in S7-Diagnose) sowie
  • manueller Reset und Fern-Reset.

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Autor: Dipl.-Ing. (FH) Peter Hager ist Leiter Marketing Management Industrie-Stromversorgungen Sitop in der Division Industry Automation bei der Siemens AG.