Wenn\’s drauf ankommt: Redundant ausgeführte Netzteile

Wie die Firmierung bereits andeutet, spielt Sicherheit bei der Ziemann Sicherheit GmbH eine besondere Rolle. Rund 1000 Mitarbeiter in den elf Betriebsstätten haben täglich mit sehr viel Geld zu tun, denn das Unternehmen ist der größte mittelständische Sicherheits-Dienstleister in Süddeutschland. Sein Leistungsspektrum umfasst Geld- und Werttransporte, Cash-Handling sowie einen Geldautomaten-Service. Mit den etwa 270 Fahrzeugen werden hohe Geldbeträge von Kunden aus der Industrie, dem Handel sowie von Banken abgeholt, gezählt und zur Bundesbank-Filiale transportiert. In der modernen Betriebsstätte in Mannheim überwachen 208 Kameras jeden Winkel der umgebauten ehemaligen Reichs- und Bundesbank, um sämtliche Schritte in der Prozesskette umfassend zu dokumentieren. Höchster Sicherheitsstandard Das altehrwürdige Gebäude in der Mannheimer Innenstadt atmet Geschichte. In den Jahren 1909 bis 1911 wurde der Komplex vom Berliner Baubüro der Deutschen Reichsbank errichtet. Ältere Mannheimer Bürger erinnern sich noch an den 20. Juni 1948, an dem 9.958.500 DM an die 17 städtischen Umtauschstellen übergeben wurden, die das Startgeld der Währungsreform auszahlten. Auch die ersten Euros wanderten vom ehemaligen Reichs- und Bundesbankgebäude in die Portemonnaies der in der Region ansässigen Menschen. Der 2010 bezogene Unternehmenssitz der Ziemann Sicherheit GmbH greift daher auf gute Strukturen zurück, die von der Reichsbank geschaffen und der Bundesbank mit erheblichen finanziellen Mitteln erweitert worden sind. Damit aus dem vorhandenen Bauwerk eine hochmoderne Betriebsstätte wird, hat das Unternehmen nochmals investiert. \“Wir sind bescheiden, aber sehr stolz in einem Objekt dieser Größe und Bedeutung arbeiten zu dürfen. Die gesamte Modernisierung und der Umzug haben viele Ressourcen gebunden\“, erzählt Klaus Heiberger, der die Umbaumaßnahmen geleitet hat. High-Tech in den Innenräumen und ein hervorragendes Sicherheitskonzept garantieren für den optimalen Schutz der Werte. \“Wir haben uns immer wieder gefragt, welche Ecke noch nicht von einem Objektiv erfasst wird. Das am Ende 208 Kameras verbaut worden sind, hat uns selbst überrascht\“, erläutert Ricky Zinn, Leiter IT bei Ziemann. Der Umgang mit Geld und anderen Wertgegenständen ist immerhin ein sensibles Geschäft. Insgesamt wurde die Sicherheit des Gebäudes durch 280qm Panzerglas, vier Tonnen Stahl zur Panzerung der Fensterrahmen sowie 120 Körperschallmelder und 80 Infrarotmelder nochmals erheblich erhöht. Dieter Sauer, zuständig für die Elektrotechnik in allen Betriebsstätten, hat zudem die Versorgung der Kameras mit 12VDC sowie die Aufzeichnung der Bilddaten redundant ausgelegt (Bild 2). Natürlich ist auch die Festplatte, auf der die Bilder für lange Zeit archiviert werden, redundant abgesichert. Kontinuierliche Versorgung durch vollständiges Redundanzkonzept Wichtig in diesem Zusammenhang ist auch die Überwachung der Redundanz, denn was nützt die doppelte Vorhaltung der Geräte, wenn beispielsweise eine Stromversorgung defekt und dies dem Anwender nicht bekannt ist. Deshalb wird jeder Fehler durch eine im Schaltschrank angebrachte LED-Leuchte signalisiert (Bild 3). Die Ansteuerung erfolgt über die bereits integrierten Meldkontakte der Netzteile. Brennt die LED nicht, bedeutet dies, dass eines der Netzteile ausgefallen ist. Da die Verantwortlichen mit den bisher verwendeten Stromversorgungen unzufrieden waren, entschieden sie sich im Zuge des Umzugs zur Umrüstung auf Quint Power Netzteile von Phoenix Contact. Zwei Geräte werden stets als Ersatz vor Ort gelagert, obwohl die bisher installierten Stromversorgungen 24 Stunden pro Tag zuverlässig arbeiten. Wie bereits erwähnt, sind die Netzteile redundant angeschlossen, sodass die kontinuierliche Versorgung der Kameras sichergestellt ist. In einer solchen Lösung muss mindestens ein zusätzliches Netzteil montiert sein. Arbeitet also eine der Stromversorgungen nicht korrekt, werden die Lasten trotzdem weiter beliefert. Ziemann fordert ein besonders zuverlässiges Konzept, weshalb eine \’1+1\‘-Redundanz umgesetzt worden ist. Das bedeutet, dass zwei Module mit je 20 A ausgangsseitig parallel geschaltet sind. Tritt bei einem der Geräte ein interner Defekt auf oder fällt die primärseitige Netzspannungsversorgung aus, übernimmt das zweite Gerät automatisch die Versorgung der Kameras. Zur weiteren Erhöhung der Betriebssicherheit entkoppeln Dioden die parallel geschalteten Netzteile. Im unwahrscheinlichen Fall eines geräteinternen sekundärseitigen Kurzschlusses der einen Stromversorgung liefert die andere weiterhin die volle Leistung. Der Kurzschluss hat keinen Einfluss auf die Versorgung der Last; erst dann spricht man von einer 100-prozentigen Redundanz (Bild 4). Wird auch die Verdrahtung doppelt ausgelegt, lässt sich eine vollständig redundante Lösung bis zum Verbraucher realisieren. Die Dioden- und Redundanzmodule mit zwei Plus-Ausgangsklemmen von Phoenix Contact erlauben die Umsetzung eines solchen Konzepts. Passende Lösung für jede Anforderung Je nachdem, welche Anforderungen an die Redundanz gestellt werden, bietet Phoenix Contact verschiedene Lösungen an. In der einfachsten Variante werden zwei Stromversorgungen parallel betrieben. Zur Realisierung dieses Konzepts eignen sich alle Stromversorgungen der Baureihen Quint, Trio, Mini und Step Power. Benötigt eine Last beispielsweise 4A, wird sie von zwei 5A-Netzteilen im Parallelbetrieb versorgt. Redundanz ist gegeben, weil die zweite Stromversorgung die gesamte Last weiter beliefern kann, falls das andere Gerät ausfällt. Diese Lösung ist jedoch durch zwei potenzielle Fehlerquellen gekennzeichnet: Gibt es einen Kurzschluss in der zuführenden Leitung, sinkt die Spannung an der Last auf 0V, da der gesamte Strom in den Kurzschluss fließt. Ein unbemerkter Leitungsbruch oder ein falsch angeschlossenes Netzteil führen ebenfalls zu Problemen. Die Last würde in diesem Fall vom funktionsfähigen Gerät versorgt. Es besteht allerdings keine Redundanz mehr, was der Anwender erst dann bemerkt, wenn auch diese Stromversorgung nicht mehr arbeitet. Werden die Stromversorgungen entkoppelt, wie dies bei Ziemann der Fall ist, hat ein Kurzschluss am Ausgang eines der Netzteile oder in der Zuleitung vom Netzteil zur Diode keinen Einfluss mehr auf die Last. Zur Umsetzung dieses Ansatzes ist die Step Diode im 18mm schmalen Gehäuse mit 2 x 5A erhältlich. Für hohe Ströme bis 40A und 24 oder 48VDC Spannung kommen die von Ziemann verwendeten Quint Dioden zum Einsatz (Bild 5). Sie entsprechen der DIN EN 60079-15 und dürfen daher innerhalb eines explosionsgefährdeten Bereichs montiert werden, in dem Betriebsmittel der Kategorie 3G erforderlich sind. Die Redundanzmodule Trio Diode mit 2 x 10A für Spannungen von 24 oder 48VDC kontrollieren die Ausgangsspannungen der Stromversorgungen sowie die Verdrahtung bis zur Trio Diode. Über den potentialfreien Relaiskontakt und die LED \’Redundancy OK\‘ informieren die Geräte über Spannungseinbrüche. Entsteht auf einem der Pfade ein Kurzschluss, wird die Last weiterhin beliefert. Leitungsbrüche werden ebenfalls erkannt und gemeldet. Doppelte Lebensdauer bei 70 Prozent weniger Energieverbrauch Zur Hannover Messe 2011 hat Phoenix Contact mit den aktiven Redundanzmodulen Quint Oring eine noch intelligentere Lösung vorgestellt (Bild 5). Die Geräte überwachen die Ausgangsspannungen der Stromversorgungen, die Verdrahtung, die Entkoppelstrecke und den Laststrom. Die Quint-Oring-Module detektieren kritische Betriebszustände und teilen dies dem Anwender frühzeitig mit. Die Kontrolle des Laststroms eröffnet einen erheblichen Vorteil: Schließt der Anwender bei einer Anlagenerweiterung zusätzliche Lasten an eine redundante Stromversorgung an, kann dies den Verlust der Redundanz nach sich ziehen. Eine Steuerung, die 4A benötigt, wird beispielsweise von zwei redundanten Netzteilen mit je 5A Nennstrom versorgt. Nun koppelt der Anwender eine weitere Last mit 4A an. Die Stromversorgungen liefern problemlos 8A, ohne dass ein Spannungseinbruch zu verzeichnen ist. In diesem Fall ist jedoch keine Redundanz mehr gegeben. Fällt jetzt eine der beiden Stromversorgungen aus, kann das zweite Gerät die 8A nicht zur Verfügung stellen. Aus diesem Grund ist die Kontrolle des Laststroms wichtig: Der Anlagenbetreiber bemerkt sofort, wenn keine Redundanz mehr vorhanden ist, denn das Oring-Modul informiert über die Überlast. Dies geschieht erst nach vier Sekunden Verzögerungszeit, damit hohe Ströme, die zum Beispiel durch den Anlauf von Motoren entstehen, nicht als dauerhafte Überlast gemeldet werden. Die neu entwickelte Auto Current Balancing Technology (ACB) der Oring-Geräte verdoppelt die Lebensdauer der redundant betriebenen Stromversorgungen, indem beide Netzteile gleichmäßig ausgelastet werden. Dafür arbeiten die Module mit Mosfets statt mit herkömmlichen Schottky- oder Silizium-Dioden. Diese regeln Eingangsspannungsdifferenzen bis zu 300mV aus. Der Laststrom teilt sich automatisch vollkommen symmetrisch auf. Zudem lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen bis zu 70 Prozent Energie einsparen.