Erschienen am: 20.08.2018, Ausgabe SPS-MAGAZIN 8 2018

Intelligent und kommunikativ

USV in die SPS integrieren

Maschinen und Anlagen müssen auch bei einem Netzausfall ohne Unterbrechung weiterversorgt werden. Dabei spielt die Kommunikationsfähigkeit der USV eine wichtige Rolle. Die neue Quint DC-USV ist die erste intelligente und vernetzbare unterbrechungsfreie Stromversorgung zur Einbindung in das Industrial Ethernet.


Netzschwankungen sowie der Ausfall der Versorgungsspannung bewirken in aller Regel eine Unterbrechung des Betriebsablaufs. Im schlimmsten Fall kann es dabei zum Totalausfall der Anlage kommen. Um dem vorzubeugen und Stillstandzeiten zu vermeiden, kommen in vielen Branchen unterbrechungsfreie Stromversorgungen - abgekürzt USV - zum Einsatz. Eine solche Lösung setzt sich aus drei Funktionseinheiten zusammen: der Stromversorgung, der eigentlichen USV und dem Energiespeicher. Die Stromversorgung liefert so lange Energie an die Verbraucher, wie die primärseitige Netzspannung vorhanden ist. Fällt das Netz aus, übernimmt die USV. Sie schaltet auf den Energiespeicher um, sodass die angeschlossenen Lasten unterbrechungsfrei mit Strom versorgt werden. Die dafür notwendige Energie stellt dann der Energiespeicher bereit.

Vernetzung über Industrial Ethernet

Jederzeit und überall über das komplette USV-System informiert zu sein - das ist eine Anforderung, die auch im Hinblick auf Industrie 4.0 immer häufiger erhoben wird. Denn durch die Netzeinbindung der USV-Systeme besteht die Möglichkeit, in Echtzeit auf sie zuzugreifen. Aufwendige Service-Einsätze, etwa bei Offshore-Anlagen, sind dann erheblich besser zu planen oder können sogar vollständig über den Fernzugriff per Kommunikationsschnittstelle erfolgen. Die Versorgungssicherheit wird gesteigert, da der Techniker permanent über den Betriebszustand des Systems informiert ist. Die von Phoenix Contact entwickelte 'IQ Technology' überwacht den angeschlossenen Energiespeicher und maximiert die Lebensdauer durch selbstständige Anpassung der Ladeparameter. Über die integrierten Industrial-Ethernet-Schnittstellen können alle relevanten Daten und Informationen vom Energiespeicher und dem kompletten USV-System standortunabhängig und zu jedem Zeitpunkt von überall auf der Welt abgerufen werden. Über die Profinet-, Ethernet/IP- oder Ethercat-Schnittstellen kann die USV per Daisy Chain-Einbindung über einen 2-Port-Switch auf einfache Weise in bestehende Netzwerke eingebunden werden. Alle relevanten Informationen werden an übergeordnete Steuerungen übergeben. Für die Integration in bestehende Netzwerke stehen Funktionsbausteine und Gerätebeschreibungen für Engineering-Werkzeuge bereit: PC Worx, Tia-Portal, Studio 5000 RSLogix Designer und Twincat. Diese stehen kostenfrei auf der Webseite von Phoenix Contact zur Verfügung. Die Gerätebeschreibung erzeugt dabei die Schnittstelle zu den Prozessdaten, die dann nur noch mit den entsprechenden Bausteinen verknüpft werden müssen. Die Bausteine bereiten dabei die Rohdaten auf, sodass eine einfache und schnelle Inbetriebnahme erfolgen kann - inklusive Zugriff auf die Daten der USV.

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Intelligentes Batteriemanagement mit IQ Technology

Mit der IQ Technology von Phoenix Contact wird die Anwendung unter Ausnutzung des Energiespeichers zuverlässig versorgt. Die intelligente Quint DC-USV kommuniziert mit dem angeschlossenen Energiespeicher. Auf diese Weise wird die Anlage bei optimaler Nutzung der Energiereserven stabil versorgt. Um von den Vorteilen dieser Technologie zu profitieren, muss der Anwender lediglich die Hardware installieren. Das USV-Modul erkennt den Energiespeicher dann automatisch und optimiert die Ladecharakteristik entsprechend der Batterietechnik sowie Rahmenparametern wie Umgebungstemperatur. Das Batteriemanagementsystem ermittelt anhand des aktuellen Ladezustands die zur Verfügung stehende Restlaufzeit für die angeschlossene Last. Durch die IQ-Technologie ist der Anwender kontinuierlich über den Zustand des Energiespeichers informiert. Die USV ermittelt zuverlässig die verbleibende Lebensdauer der Energiespeicher in Monaten sowie die verbleibende Pufferzeit in Minuten. So werden Versorgungslücken oder ein frühzeitiges oder versehentliches Herunterfahren von Industrie-PCs vermieden. Wartungsarbeiten am System sind viel besser planbar. Ein zu früher Austausch der Batterien kann vermieden werden, weil die verbleibende Lebenserwartung bekannt ist und über die potentialfreien Relais-Kontakte oder über die Industrial Ethernet-Schnittstellen an übergeordnete Steuerungen gemeldet wird. Komplexe Service-Einsätze - etwa unter Wasser bei Gezeitenkraftwerken - sind auch besser planbar oder können bei einigen Applikationen vollständig über einen Fernzugriff per Kommunikationsschnittstelle erfolgen.

Automatische Batterieerkennung

Die Quint DC-USV identifiziert den angeschlossenen Energiespeicher selbstständig. So wird die Installation stark vereinfacht, da keine separaten Ladecharakteristiken parametriert werden müssen. Je nach Batterietechnik oder -größe sowie nach Umgebungsbedingung wählt die USV automatisch die optimale Ladecharakteristik, was die Lebensdauer der Batterie deutlich verlängert. Automatisch erkannt werden die Batterietechniken VRLA, VRLA-WTR und Lithium-Ion (LiFePO4) in unterschiedlichen Kapazitäten. Zur Bestimmung des Ladezustands informiert die Batterie über aktuelle Spannungs- und Stromwerte und über die Temperatur. Für die Berechnung des Ladestroms kommuniziert die USV sowohl mit der Batterie als auch mit der vorgeschalteten Quint Power-Stromversorgung. Die Funktion 'Battery-Start' startet die Stromversorgung auch ohne Eingangsspannung. Auf diese Weise ist auch ein Installations- und Funktionstest ohne Netz kein Problem. Beim Energie-Monitoring wird sowohl der Ausgangsstrom als auch die Ausgangsspannung überwacht. Zusätzlich kann die Anlage manuell zu- oder abgeschaltet werden - dadurch wird die Effizienz des Systems weiter erhöht. Die Quint DC-USV verfügt mit 5A über den zur Zeit stärksten Batterielader am Markt, damit ist der Energiespeicher im Ernstfall bis zu 20 Prozent schneller geladen. Zudem ist eine Lastpriorisierung integriert. Der Ausgangsstrom des Netzteils wird so gesteuert, dass immer ausreichend Energie für die Verbraucher zur Verfügung steht und die Batterie schnell wieder auflädt. Durch das schnelle Wiederaufladen der Batterie ist die Lastversorgung sowie eine extrem hohe Verfügbarkeit der Anlage gesichert.

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