09.07.2015

Modulares Stromversorgungssystem mit Profinet-Kommunikation

Umfassende Transparenz im Steuerstromkreis

Eine Unterbrechung oder gar ein Ausfall der 24-Volt-Versorgung kann industrielle Abläufe massiv beeinträchtigen und kostspielige Folgen haben. Zuverlässigkeit und intelligenter Umgang mit Überlastsituationen und Netzstörungen sind darum wichtige Kriterien moderner Stromversorgungen - und in komplexen und hochoptimierten Prozessen wird vom 'Power Supply' sogar noch mehr erwartet.

Autor: Dipl.-Ing. Peter Hager, Siemens AG.


Bild 1: Das Stromversorgungssystem Sitop PSU8600 ist die erste Gleichstromversorgung mit integrierter Industrial-Ethernet-/Profinet-Schnittstelle. Der Systembaukasten erlaubt die individuelle Erweiterung mit zusätzlichen Ausgängen sowie Puffermodulen.
Bild: Siemens AG

Ein neues modulares Stromversorgungssystem mit erweiterter Funktionalität und Profinet-Kommunikation integriert sich erstmals nahtlos in die durchgängige Automatisierungswelt des Herstellers. Damit bietet es Anwendern höhere Zuverlässigkeit, Effizienz sowie Transparenz im Engineering, in der Inbetriebnahme, im Betrieb sowie bei Wartung und Diagnose.

Modularer Aufbau für unterschiedlichste Anwendungen

Das neue Stromversorgungssystem Sitop PSU8600 ist als modularer Systembaukasten aufgebaut, lässt sich flexibel für die jeweilige Anwendung zusammenstellen und bei neuen Anforderungen sukzessive erweitern. Das Grundgerät ist für einen Ausgangsnennstrom von 40A dimensioniert und bereits mit zwei Ethernet-/Profinet- Ports ausgestattet. Damit lässt es sich einfach in eine Netzwerk-Linienstruktur einbinden. Dabei unterstützt die Systemsoftware die funktionale und datentechnische Integration des Geräts in vernetzte Produktionsumgebungen. Zur Basisausstattung der Stromversorgung gehören vier einzeln parametrierbare Ausgänge mit einem Ausgangsstrom von bis zu 10A. Bei einem Wirkungsgrad von 94% ist die Abwärme vergleichsweise gering und deshalb eine Baubreite von 125mm ausreichend, das Grundgerät ist also besonders platzsparend. Es benötigt nur wenig mehr als die Hälfte der Einbaubreite einer herkömmlichen Stromversorgung gleicher Leistung und den dort nötigen zusätzlichen Komponenten für den selektiven 24-V-Schutz, beispielsweise Leitungsschutzschalter. Die Einspeisung auf der Primärseite erfolgt über einen dreiphasigen Weitbereichseingang für 400 bis 500V. Die Geräte können für 5 Sekunden mit dem 1,5-fachen Nennstrom belastet werden, damit lässt sich z.B. die Stromspitze beim Einschalten der angeschlossenen Verbraucher abgedecken. In der Basisausführung ohne Zusatzmodule überbrückt das Gerät kurzzeitige Netzausfälle von bis zu 20ms. Zur Inbetriebnahme oder im Servicefall kann die Stromversorgung Sitop PSU8600 am Gerät eingestellt und bedient werden. Dazu gibt es frontseitig DIP-Schalter, mehrfarbige LED-Taster sowie Potenziometer für Spannung und Stromschwellwert der einzelnen Ausgänge. Der Stromschwellwert kann zur Erkennung von Überströmen genutzt werden, die vom normalen störungsfreien Betrieb abweichen. Dadurch ist eine Fehleridentifizierung und -behebung möglich, bevor ein 'fehlerhafter' Verbraucher vollständig ausfällt und der Abzweig abgeschaltet wird. Über den integrierten Meldekontakt lässt sich die Betriebsbereitschaft zentral auswerten. Erfordert die Anwendung mehr als vier Ausgänge, kann deren Anzahl über Erweiterungsmodule in Stufen von jeweils vier Ausgängen bis auf 16 erhöht werden. Zur Auswahl stehen Erweiterungsmodule (CNX8600) mit vier Ausgängen bis zu je 5 oder 10A. Diese werden einfach neben dem Grundgerät auf die Hutschiene gesetzt und über den 'System Clip Link' verbunden. Dies ist ein Verbindungsstecker für Energieversorgung und Systemdaten an der Oberseite, der jegliche Zusatzverdrahtung zwischen den Modulen erübrigt. Über den gleichen Mechanismus werden optionale Puffermodule (BUF8600) angeschlossen, womit sich die Netzausfallüberbrückungsdauer deutlich verlängern lässt. Hier stehen Varianten mit Pufferzeiten von 100 sowie 300ms bei einem Laststrom von 40A zur Verfügung. Zwei Puffermodule können kombiniert werden, so lässt sich die Überbrückungszeit Zeit auf bis zu 600ms bei maximalem Laststrom von 40A erhöhen, bei geringerer Last reicht die gepufferte Energie entsprechend länger. Per Parametrierung kann dem Ausgang 1 im Pufferbetrieb Priorität gegeben werden. Die gespeicherte Energie steht dann am Ausgang 1 bis zur maximalen Pufferzeit zur Verfügung, während die anderen Ausgänge nach der halben Pufferzeit abgeschaltet werden. Die Reihenfolge der maximal fünf möglichen Zusatzmodule aus dem Systembaukasten ist beliebig. Ein nachträglicher Ausbau ist darum jederzeit möglich, ohne dass die aktuell installierte Konfiguration verändert werden muss. Die Ausgänge sind beim Einschalten des Netzteils individuell zuschaltbar: entweder alle gleichzeitig, mit einem Versatz von 25ms bzw. 100ms zwischen den Ausgängen, oder lastoptimiert. Letzteres bewirkt, dass der Ausgang durchgeschaltet wird, wenn der Einschaltstrom am vorherigen Ausgang wieder unter dem eingestellten Nennwert abgesunken ist. Die Ausgänge 1 und 2 sowie 3 und 4 lassen sich parallel schalten und jeweils mit einem Ausgangsstrom bis maximal 20A betreiben. Für jeden Ausgang ist die Spannung von 12 bis 28V stufenlos einstellbar. Dadurch können leitungsbedingte Spannungsabfälle einfach kompensiert werden, oder aber zusätzliche Netzteile entfallen, etwa für Sonderspannungen wie DC 12 oder 15V.

Transparenz als Basis für hohe Zuverlässigkeit

Für dauerhaft zuverlässigen Betrieb der Stromversorgung und der versorgten Anlagenteile bietet das System vielfältige Überwachungs- und Diagnosefunktionen. Damit ein Kurzschluss oder Überlast an einem Verbraucher nicht zum Stillstand der gesamten Anlage führen, überwacht die Stromversorgung den Strom und die Spannung an jedem Ausgang separat und kann auch jeden Ausgang bei einer Störung selektiv abschalten. Überwacht werden außerdem die Betriebszustände aller Ausgänge - ob diese ein- oder ausgeschaltet sind und ob das Abschalten manuell, durch Überlast oder per Steuerbefehl erfolgt ist. Dies gilt ebenso für die frei parametrierbaren Vorwarngrenzen für Überlast an jedem Ausgang, sowie die Auslastung und Übertemperatur des Gesamtsystems. Darüber hinaus werden die Zeitpunkte von Netz- und Phasenausfällen erfasst, was beispielsweise zur Analyse der Netzqualität herangezogen werden kann. Alle diese Informationen lassen sich über die Steuerung Simatic S7 auswerten und in WinCC visualisieren. Über den integrierten Webserver ist zudem die Ferndiagnose möglich. Störungen oder besondere Betriebszustände sind so äußerst schnell zu erkennen, zuzuordnen und zu beheben. Mit den umfassenden Überwachungs- und Diagnosefunktionen ermöglicht das System aber auch die effiziente vorbeugende Wartung: Da Spannungen und Ströme jedes Ausgangs laufend erfasst und via Profinet zur Steuerungsebene übertragen werden können, lassen sich dynamische, kontinuierliche oder sich häufende Überlastzustände frühzeitig erkennen. So können Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, noch bevor eine Störung oder ein Ausfall Schäden in der Anlage verursachen.

Integriertes, effizientes Engineering

Das neue Stromversorgungssystem ist voll implementiert ins aktuelle Engineering Framework TIA Portal V13. Auswahl und Vernetzung von Grundgerät und Zusatzmodulen erfolgen ohne lange Einarbeitung mit den bekannten Mitteln und Mechanismen wie Drag & Drop oder Copy & Paste. Im Hardware-Katalog wird die PSU8600 direkt ausgewählt und in die grafische Netzwerkdarstellung übernommen. Die Einbindung in Profinet erfolgt durch einfaches Ziehen von Verbindungen mit der Maus zu den jeweiligen Netzwerkteilnehmern. Das ist schnell und vermeidet typische Fehlerquellen der Projektierung. In der Geräteansicht wählt der Projekteur dann die gewünschten Erweiterungs- sowie Puffermodule per Drag & Drop aus und parametriert beispielsweise Spannung sowie Ausgangsschwellwert der einzelnen Ausgänge oder Betriebs- und Alarmmeldungen. Auch die Zugriffsrechte für das Monitoring über den Web-Server lassen sich mit der integrierten Benutzerverwaltung komfortabel vergeben. Zur einfachen Integration in Anwenderprogramme stellt Siemens für TIA Portal oder Step 7 standardisierte Funktionsbausteine für seine Steuerungen Simatic S7-300/-400/-1200 und -1500 zur Verfügung. Sie übergeben unter anderem die Diagnoseinformationen zur Stromversorgung in die zentrale Systemdiagnose.

Empfehlungen der Redaktion

Bildbausteine für die schnelle und einfache Visualisierung

Zur Visualisierung dienen kostenfrei erhältliche PSU8600-Faceplates (vorgefertigte Bildbausteine). Es gibt sie in mehreren Sprachen für das Bedienen und Beobachten mit Simatic Panels und Simatic WinCC. Damit lassen sich Betriebs- und Diagnosedaten der PSU8600 schnell und einfach auf unterschiedlichen Zielsystemen anzeigen. Dabei werden zum Beispiel sämtliche Alarmmeldungen automatisch generiert und an die Faceplates übergeben, sie müssen nicht länger händisch programmiert werden. Das spart Engineeringzeit und reduziert die Fehlermöglichkeiten.

Unterstützung des Energiemanagements

Nicht zuletzt unterstützt das neue Stromversorgungssystem das Energiemanagement via Profinet und Profienergy. Über die einzeln schaltbaren Ausgänge können Gleichstromverbraucher in Pausenzeiten, wenn sie keine Energie benötigen, programmgesteuert abgeschaltet werden. Die Stromversorgung Sitop PSU8600 erfasst die aktuellen Strom- und Spannungswerte für jeden Ausgang separat und stellt diese zur Auswertung sowie Archivierung (Data-Logging), beispielsweise in überlagerten Energiemanagementsystemen, zur Verfügung. Maschinen- und Anlagenhersteller benötigen heute nicht nur eine zuverlässige, sondern auch eine passgenaue und bei Bedarf flexibel erweiterbare Stromversorgung mit ausreichenden Sicherheitsreserven für Überlastsituationen und Netzstörungen. Sie sollte Spannung und Strom überwachen und diagnostizieren und über Standardkommunikation eine funktionale wie datentechnische Einbettung in Steuerungs- und Energiemanagementsysteme ermöglichen. Das kompakte modulare Stromversorgungssystem Sitop PSU8600 erfüllt solche Ansprüche mit Bravour.

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